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木质素过氧化物酶(LiP)

发布时间:2016-05-31 00:00 作者:北纳创联

木质素过氧化物酶(LiP)是最早被发现的催化木质素及其他异生物质发生降解的,也是研究的相对深入和比较清楚的木质素降解酶。1983年,Glenn等首先在黄孢原毛平革中发现了该酶。后来,在其他一些担子(Phlebia radiata、Trametes versicolor、Bierkandera adusta、Nematoloma frowardiiii) 和一株子囊(chrysonllia sitophlla)中也发现了LiP。LiP是一种含血红素的糖蛋白,分子质量为38~46ku,pI为3.3~4.7。

根据cDNA克隆获得的氨基酸顺序表明:除了酶部位附近的序列以外,LiP(及MnP)与植物和其他真菌的过氧化物酶具有非常低的同质性。从静止态酶到LiP I,再从LiPⅠ到LiPⅡ,又恢复回静止态酶,这样就形成了LiP的循环;同时伴随着对作为底物的化学物质(AH2)的氧化性催化。这就是LiP的催化循环,具体如下:

 

催化反应的第一步是LiP与H2O2反应,生成失去两个电子的氧化中间体LiP I;接着LiP I与一个底物分子反应,得到一个电子,生成LiPⅡ和一个自由基产物;最后LiPⅡ再得到一个电子还原成LiP,同时再将一个底物分子变成一个自由基产物。LiP的催化循环特点,同其他过氧化物(包括MnP)类似。图7一l显示的正是过氧化物酶共同具有的催化循环简图。其中,RH为催化的底物。

 

可以成为LiP底物的范围很广,主要是非酚类的芳香族化合物(包括非酚类的木质素模式化合物和芳烃类污染物)等其他化学物质。煤炭作为含有大量类似木质素结构的芳烃类物质,LiP在本质上可以对其进行生物降解转化。LiP所能进行催化反应的类型并在黄孢原毛平革降解木质素过程中得到验证的有苄醇的氧化、C—C键断裂(包括侧链断裂和开环)、羟基化、脱甲基、脱甲氧基和酚二聚化或聚合等。LiP的作用是催化木质素中芳环发生单电子氧化。木质素聚合物的解聚可以认为是一个通过自由基调节的C—C键的断裂过程,这在煤炭生物降解转化的各种产物检测中也得到了验证。稳态动力学研究表明LiP催化氧化底物是双底物乒乓机制,如图7—2所示。LiP能够氧化多种化合物,尤其是芳香族化合物。

 

许多研究表明,纯化的LiP具有降解煤大分子物质的能力。wondtack等发现美国北达科他州的褐煤和德国的次烟煤经硝酸处理后的煤聚合物可被部分提纯的Phanerochae techrysosporium的LiP部分解聚。溶于水和有机溶剂的煤聚合物(如N,N一二甲基甲酰胺)可以被降解成溶于水的小分子片段,加入藜芦醇能增强这一解聚作用。Ralph等用黄孢原毛平革降解经碱处理的煤,经过16d的培养发现85%的煤发生脱色。进一步的研究表明,解聚、脱色过程需要加入藜芦醇。藜芦醇在整个解聚过程中的作用并不十分清楚。有人认为,作为氧化还原中间体,但是藜芦醇阳离子自由基的半衰期太短并不能引藜芦醇起煤的降解。

他们分别将分子量大于30kDa的甲基化和未甲基化的煤用部分纯化的LiP处理进行比较,发现两种煤的脱色程度分别是39%和26%,而且甲基化的煤中发现有分子量小于30kDa的产物,显然在脱色过程中,甲基化的煤大分子更容易被LiP降解,大分子物质只有被甲基化后才发生真正的解聚作用。未经处理的碱溶煤不能作为LiP的底物,甲基化似乎可促进LiP催化煤分子键的断裂。很多研究者认为经甲基化的煤恢复了木质素的一些结构,因而更容易被LiP降解。煤经甲基化后溶于水的部分可转化为低分子量的产品,在产品中可检测到不同甲基化芳香族单体的存在。

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