The laccasa , p- diphenol: oksidoreduktase dioksigen-benzenediol oksidoreduktase oksigen , atau, enzim milik kelompok enzim yang disebut oksidase "tembaga biru oksidase".
Mereka ada pada tumbuhan tingkat tinggi, pada beberapa serangga, pada bakteri dan pada hampir semua jamur yang telah dipelajari; warna biru karakteristiknya adalah produk dari empat atom tembaga yang menempel pada molekul di lokasi katalitiknya.
Representasi grafis dari struktur molekul enzim Laccase (Sumber: Jawahar Swaminathan dan staf MSD di European Bioinformatics Institute melalui Wikimedia Commons)
Enzim-enzim ini dijelaskan oleh Yoshida dkk. Pada tahun 1883, ketika mempelajari resin pohon Rhus vernicifera atau "pohon pernis" Jepang, ditentukan bahwa fungsi utamanya adalah untuk mengkatalisis reaksi polimerisasi dan depolimerisasi senyawa.
Jauh kemudian ditemukan bahwa, pada jamur, protein dengan aktivitas enzimatik ini memiliki fungsi khusus dalam mekanisme penghilangan fenol beracun dari lingkungan tempat mereka tumbuh, sedangkan pada tumbuhan mereka terlibat dalam proses sintetik seperti lignifikasi.
Kemajuan ilmiah mengenai studi enzim ini memungkinkan penggunaannya di tingkat industri, di mana kapasitas katalitiknya telah digunakan, terutama dalam konteks bioremediasi, tekstil, dalam penghilangan pewarna yang diterapkan pada tekstil, di industri kertas, di antaranya orang lain.
Alasan utama mengapa lakase begitu menarik dari sudut pandang industri berkaitan dengan fakta bahwa reaksi oksidasinya hanya melibatkan reduksi oksigen molekuler dan produksi air sebagai elemen sekunder.
karakteristik
Enzim lakase dapat disekresikan atau ditemukan di daerah intraseluler, tetapi ini tergantung pada organisme yang dipelajari. Meskipun demikian, sebagian besar enzim yang dianalisis (dengan pengecualian beberapa protein dari jamur dan serangga tertentu) adalah protein ekstraseluler.
Distribusi
Enzim-enzim ini, sebagaimana dibahas di atas, sebagian besar ditemukan pada jamur, tumbuhan tingkat tinggi, bakteri, dan beberapa spesies serangga.
Di antara tumbuhan yang terbukti keberadaannya adalah pohon apel, asparagus, kentang, pir, mangga, persik, pinus, plum, dan lain-lain. Serangga pengekspres lak terutama berasal dari genera Bombyx, Calliphora, Diploptera, Drosophila, Musca, Papilio, Rhodnius, dan lainnya.
Jamur adalah organisme dari mana jumlah dan varietas lakase terbesar telah diisolasi dan dipelajari, dan enzim ini terdapat pada ascomycetes dan deuteromycetes dan basidiomycetes.
Katalisis
Reaksi yang dikatalisis oleh lakase terdiri dari oksidasi monoelektronik dari molekul substrat, yang dapat termasuk dalam kelompok fenol, senyawa aromatik atau amina alifatik, ke radikal reaktif yang sesuai.
Hasil dari reaksi katalitik adalah reduksi satu molekul oksigen menjadi dua molekul air dan oksidasi, pada saat yang sama, empat molekul substrat menghasilkan empat radikal bebas reaktif.
Radikal bebas perantara dapat mengikat dan membentuk dimer, oligomer atau polimer, itulah sebabnya lakase dikatakan mengkatalisis reaksi polimerisasi dan "depolimerisasi".
Struktur
Lakase adalah glikoprotein, yaitu protein yang memiliki residu oligosakarida yang secara kovalen terkait dengan rantai polipeptida, dan ini mewakili antara 10 dan 50% dari total berat molekul (dalam enzim tumbuhan persentasenya mungkin sedikit lebih tinggi) .
Porsi karbohidrat dari jenis protein ini mengandung monosakarida seperti glukosa, manosa, galaktosa, fukosa, arabinosa, dan beberapa heksosamin, dan glikosilasi dianggap berperan penting dalam sekresi, kerentanan proteolitik, aktivitas, retensi tembaga, dan stabilitas termal protein.
Enzim ini umumnya ditemukan di alam sebagai monomer atau homodimer, dan berat molekul setiap monomer dapat bervariasi antara 60 dan 100 kDa.
Pusat katalitik lakase terdiri dari empat atom tembaga (Cu), yang memberikan warna biru pada molekul secara umum karena penyerapan elektronik yang terjadi dalam ikatan tembaga-tembaga (Cu-Cu).
Akase nabati memiliki titik isoelektrik dengan nilai mendekati 9 (cukup basa), sedangkan enzim jamur berada di antara titik isoelektrik 3 dan 7 (jadi merupakan enzim yang bekerja dalam kondisi asam).
Isoenzim
Banyak jamur penghasil lakase juga memiliki isoform lakase, yang dikodekan oleh gen yang sama atau oleh gen yang berbeda. Isoenzim-isoenzim ini berbeda satu sama lain terutama dalam hal stabilitas, pH dan suhu optimal untuk katalis, dan afinitasnya untuk berbagai jenis substrat.
Dalam kondisi tertentu, isoenzim ini dapat memiliki fungsi fisiologis yang berbeda, tetapi hal ini bergantung pada spesies atau kondisi tempat hidupnya.
fitur
Beberapa peneliti telah menunjukkan bahwa lakase terlibat dalam "sklerotisasi" kutikula pada serangga dan pembentukan spora yang resisten terhadap sinar ultraviolet dalam mikroorganisme dari genus Bacillus.
Pada tumbuhan
Dalam organisme tumbuhan, lakase berpartisipasi dalam pembentukan dinding sel, dalam proses lignifikasi dan "delignifikasi" (kehilangan atau disintegrasi lignin); dan lebih jauh lagi, mereka telah dikaitkan dengan detoksifikasi jaringan melalui oksidasi fenol antijamur atau deaktivasi phytoalexins.
Dalam jamur
Sangat melimpah dalam kelompok organisme ini, lakase berpartisipasi dalam berbagai proses seluler dan fisiologis. Di antara mereka, kami dapat menyebutkan perlindungan jamur patogen dari tanin dan tumbuhan "phytoalexins"; sehingga dapat dikatakan bahwa untuk jamur, enzim tersebut merupakan faktor virulensi.
Akase juga berperan dalam morfogenesis dan diferensiasi ketahanan dan struktur spora basidiomiset, serta dalam biodegradasi lignin pada jamur yang merusak jaringan spesies tumbuhan berkayu.
Pada saat yang sama, lakase berpartisipasi dalam pembentukan pigmen di miselia dan tubuh buah dari banyak jamur dan berkontribusi pada proses adhesi sel-sel, dalam pembentukan "lem" polifenol yang mengikat hifa, dan dalam penghindaran. dari sistem kekebalan inang yang terinfeksi jamur patogen.
Di industri
Enzim khusus ini digunakan secara industri untuk berbagai tujuan, tetapi yang paling menonjol berhubungan dengan industri tekstil dan kertas dan untuk bioremediasi dan dekontaminasi air limbah yang dihasilkan oleh proses industri lainnya.
Secara khusus, enzim ini sering digunakan untuk oksidasi fenol dan turunannya yang ada dalam air yang terkontaminasi dengan limbah industri, yang produk katalisisnya tidak larut (terpolimerisasi) dan mengendap, yang membuatnya mudah dipisahkan.
Dalam industri makanan, mereka juga penting karena penghilangan senyawa fenolik diperlukan untuk menstabilkan minuman seperti anggur, bir, dan jus alami.
Mereka digunakan dalam industri kosmetik, dalam sintesis kimiawi banyak senyawa, dalam bioremediasi tanah dan dalam nanobioteknologi.
Yang paling banyak digunakan adalah lakase dari jamur, tetapi baru-baru ini telah ditentukan bahwa lakase bakteri memiliki karakteristik yang lebih menonjol dari sudut pandang industri; Mereka mampu bekerja dengan lebih banyak variasi substrat dan pada suhu dan kisaran pH yang lebih luas, serta jauh lebih stabil terhadap agen penghambat.
Referensi
- Claus, H. (2004). Laksas: struktur, reaksi, distribusi. Micron, 35, 93–96.
- Couto, SR, Luis, J., & Herrera, T. (2006). Aplikasi lakase industri dan bioteknologi: Tinjauan. Biotechnology Advances, 24, 500–513.
- Madhavi, V., & Lele, SS (2009). Laccase: properti dan aplikasi. Bioresources, 4 (4), 1694–1717.
- Riva, S., Molecolare, R., & Bianco, VM (2006). Laccases: enzim biru untuk kimia hijau. Trends in Biotechnology, 24 (5), 219–226.
- Singh, P., Bindi, C., & Arunika, G. (2017). Kasus bakteri: pembaruan terkini pada produksi, properti, dan aplikasi industri. Biotech, 7 (323), 1-20.