漆酶的結(jié)構(gòu)及其應(yīng)用研究進(jìn)展

李　平，易　弋，鄧　春，伍時(shí)華，黎　婭*

（廣西科技大學(xué)生物與化學(xué)工程學(xué)院，廣西柳州545006）

漆酶的結(jié)構(gòu)及其應(yīng)用研究進(jìn)展

李平，易弋，鄧春，伍時(shí)華，黎婭*

（廣西科技大學(xué)生物與化學(xué)工程學(xué)院，廣西柳州545006）

漆酶是一類含銅的多酚氧化酶，它通過(guò)將分子氧還原成水來(lái)氧化多種酚類和非酚類化合物。近年來(lái)，該酶已被應(yīng)用于紡織、紙漿造紙以及食品行業(yè)，其也被運(yùn)用于生物傳感器和生物燃料電池的設(shè)計(jì)、醫(yī)學(xué)診斷工具、生物修復(fù)劑進(jìn)行清理除草劑、殺蟲(chóng)劑和修復(fù)含有炸藥的土壤等方面。該文綜述了漆酶的結(jié)構(gòu)、作用機(jī)理、特性、生產(chǎn)及應(yīng)用的研究進(jìn)展，以期對(duì)該酶的深入研究提供一定的借鑒。關(guān)鍵詞：漆酶；晶體結(jié)構(gòu)；活性中心；工業(yè)應(yīng)用

近年來(lái)，酶在工業(yè)應(yīng)用中獲得了極其重要的地位，漆酶（EC1.10.3.2）就是其中之一。該酶是一種含銅多酚氧化酶，和植物中的抗壞血酸氧化酶、哺乳動(dòng)物的血漿銅藍(lán)蛋白同屬藍(lán)色多銅氧化酶家族，是研究最早最多的酶系統(tǒng)［1］。漆酶最初是在漆樹(shù)的分泌物中發(fā)現(xiàn)，廣泛分布于高等植物、真菌分泌物、少量的細(xì)菌和昆蟲(chóng)中。在卷心菜、蘿卜、土豆、梨、蘋(píng)果及其他蔬菜中都有發(fā)現(xiàn)漆酶，并已從子囊菌綱、半知菌綱和擔(dān)子菌綱的60余種真菌菌株中分離得到［2］。由于漆酶是一種氧化還原酶，其作用主要是催化氧化還原反應(yīng)。在植物體內(nèi)，它主要是催化木質(zhì)素的聚合過(guò)程，使木質(zhì)素沉積，而真菌產(chǎn)生的漆酶則進(jìn)行相反的過(guò)程，使木質(zhì)素發(fā)生降解。

漆酶是一種糖蛋白，利用分子氧通過(guò)自由基-催化反應(yīng)機(jī)制來(lái)催化氧化各種酚類和非酚類化合物。當(dāng)?shù)孜锝?jīng)漆酶催化氧化時(shí)，底物失去一個(gè)電子，形成自由基，可發(fā)生進(jìn)一步的氧化或非酶促反應(yīng)，包括水合、歧化和聚合等反應(yīng)。由于漆酶催化電子轉(zhuǎn)移反應(yīng)無(wú)需額外的輔助因子的能力，最近其已經(jīng)被有效地應(yīng)用到納米生物技術(shù)中。而且生物分子的固定化技術(shù)也可用于保護(hù)漆酶的酶活性，為漆酶的應(yīng)用提供了條件。

漆酶在食品工業(yè)、紙漿造紙工業(yè)、紡織工業(yè)、合成化學(xué)、化妝品、土壤生物修復(fù)、生物降解酚類環(huán)境污染物和環(huán)境激素的去除方面起著重要作用［3］。這些酶應(yīng)用于紙漿去除木質(zhì)素、農(nóng)藥或殺蟲(chóng)劑的降解、有機(jī)合成［2］、廢物排毒、紡織染料改造、食品加工、生物傳感器及其分析應(yīng)用等方面。然而不同來(lái)源的漆酶氧化還原能力相差較大，這些差別決定于漆酶分子的結(jié)構(gòu)。本文就近年來(lái)漆酶的結(jié)構(gòu)及其特性、作用機(jī)理、生產(chǎn)及應(yīng)用的研究進(jìn)展做扼要綜述。

1　漆酶的結(jié)構(gòu)

在漆酶的結(jié)構(gòu)中一般含有銅原子，這不僅是漆酶結(jié)構(gòu)的共同特征，而且與其氧化還原功能緊密相關(guān)。銅離子參與漆酶活性中心的構(gòu)建，共同構(gòu)成漆酶結(jié)構(gòu)中最重要的部分，決定著漆酶的活力和特異性，是結(jié)合底物及直接參與鍵斷裂形成的區(qū)域。通過(guò)蛋白質(zhì)晶體結(jié)構(gòu)研究發(fā)現(xiàn)，大多數(shù)漆酶有3個(gè)銅離子結(jié)合位點(diǎn)，結(jié)合有4個(gè)銅離子。根據(jù)氧化還原電勢(shì)、光學(xué)和磁學(xué)特征的不同，將其分為3種不同類型的銅離子：Ⅰ型Cu2+（T1Cu）、Ⅱ型Cu2+（T2Cu）和Ⅲ型Cu2+（T3Cu）［4］。這三種類型可以通過(guò)紫外可見(jiàn)光譜和電子順磁共振（electron paramagnetic resonance，EPR）光譜來(lái)區(qū)分。在氧化狀態(tài)下，T1Cu形成單核中心，在波長(zhǎng)610 nm處有藍(lán)色特征吸收峰（EPR檢測(cè)）；T2Cu沒(méi)有顏色顯示，但能檢測(cè)到EPR信號(hào)；T3Cu（2個(gè)T3Cu耦聯(lián)于一個(gè)羥基上而形成了雙核位點(diǎn)）沒(méi)有EPR信號(hào)產(chǎn)生，但在近紫外區(qū)有弱吸收峰［5］。

T1Cu中心相對(duì)獨(dú)立，并且都與兩個(gè)組氨酸（His）的N和一個(gè)半胱氨酸（Cys）的S配位，形成扭曲的四面體結(jié)構(gòu)，其中共價(jià)鍵Cu-S（Cys）的配位使漆酶呈現(xiàn)藍(lán)色，是還原態(tài)底物的結(jié)合位點(diǎn)。T2Cu和T3Cu中心緊密相連形成一個(gè)三核銅簇。三核銅簇與8個(gè)His配位結(jié)合，其中T2Cu結(jié)合2個(gè)His，T3Cu結(jié)合6個(gè)His。T2Cu和T3Cu構(gòu)成的三核銅簇是該酶催化的活性中心［6］（見(jiàn)圖1）。

圖1　漆酶活性中心結(jié)構(gòu)Fig.1 Struc ture of laccase ac tive cente r

由于漆酶的含糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)較高，一直難以獲得用于X衍射分析的單晶，漆酶空間結(jié)構(gòu)的研究進(jìn)展受其阻礙。1998年Ducros制備了第一個(gè)Ⅱ型Cu缺失型漆酶晶體Lac-Cc（CcL：pdb注冊(cè)號(hào)1A65）［7］，并解析了它的結(jié)構(gòu)。此后，各種漆酶的三維結(jié)構(gòu)相繼得到報(bào)道［8］。圖2a顯示的是從熱白絲菌（Melanocarpus albomyces）中獲得的漆酶蛋白的三維結(jié)構(gòu)，它含完整（四個(gè)）的銅原子活性。圖2b從灰蓋鬼傘菌（Coprinus cinereus）中獲得漆酶基因，將其在米曲霉（Aspergillus oryzae）上表達(dá)進(jìn)行研究。這是最早描繪的漆酶三維圖。

圖2　漆酶的三維結(jié)構(gòu)Fig.2 Tertiary structure of laccase

已報(bào)道的漆酶一般具有相似的保護(hù)金屬離子和調(diào)節(jié)其反應(yīng)活性的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)，其折疊一般稱作杯蛋白（cupredoxin）型，被分成三部分結(jié)構(gòu)域，三者緊密結(jié)合形成球狀結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)形式是銅藍(lán)蛋白家族所共有的。

2　漆酶作用機(jī)制

漆酶催化氧化反應(yīng)需要氧氣參與，催化氧化機(jī)理主要表現(xiàn)在底物自由基中間體的產(chǎn)生和氧氣還原成水兩個(gè)方面。首先T1活性位點(diǎn)的銅離子從還原態(tài)的底物吸收電子，底物被氧化形成自由基，進(jìn)而導(dǎo)致各式各樣的非酶促次級(jí)反應(yīng)，如羥化、歧化和聚合等［9］。其次，T1活性位點(diǎn)的銅離子將單個(gè)電子通過(guò)Cys-His途徑傳遞到T2/T3Cu三核中心位點(diǎn)，該位點(diǎn)結(jié)合了第二底物分子氧，氧接受T1Cu的電子，從而被還原成水［10］。漆酶中的4個(gè)銅原子在完成反應(yīng)后都被氧化成Cu2+。氧分子還原成水主要經(jīng)歷了兩步雙電子反應(yīng)：第一步形成超氧化物過(guò)渡體，第二步再生成水。

通過(guò)插入介體，可以使漆酶能夠催化氧化非酚類物質(zhì)。介體是漆酶能夠催化氧化的低分子質(zhì)量有機(jī)化合物。僅有漆酶的時(shí)候，非酚類化合物不能被高度活化的陽(yáng)離子自由基氧化。最常用的合成介體有1-羥基苯并三唑（hydroxybenzotriazole，HOBT）、N-羥基鄰苯二甲酰亞胺（N-hydroxyphthalimide，NHPI），2，2-聯(lián)氮-二（3-乙基-苯并噻唑-6-磺酸）二銨鹽（2，2-azinobis-（3-ethylbenzthiazoline-6-sulphonate），ABTS）和3-羥基鄰氨基苯甲酸（3-hydroxyanthranilic acid）等［9］。

圖3　漆酶催化氧化反應(yīng)機(jī)理Fig.3 Reaction m echanism of laccase catalytic oxidation

對(duì)介體的研究表明在絕大多數(shù)非天然介體中都存在著N-OH的共同結(jié)構(gòu)特征，而正是N-OH能夠在漆酶的作用下生成自由基，然后通過(guò)生成的自由基去攻擊大分子底物或者非酚型底物。目前，對(duì)漆酶應(yīng)用的研究主要集中在漆酶及其介體系統(tǒng)上，特別是天然有效廉價(jià)介體的尋找是目前的一個(gè)研究熱點(diǎn)。

3　漆酶特性

漆酶的結(jié)構(gòu)決定了漆酶的特性。漆酶的來(lái)源很多（真菌、植物、昆蟲(chóng)、細(xì)菌），結(jié)構(gòu)各異，因而也決定了不同的漆酶表現(xiàn)出來(lái)的特性相差很大。

3.1理化性質(zhì)

漆酶一般含有520～600個(gè)氨基酸殘基的多肽序列，且都有N-末端分泌肽。其氨基酸序列的同源性差異很大，不同來(lái)源的漆酶一般＜50%。不同來(lái)源的漆酶，其糖基化程度和糖基種類也不同，一般糖配基占整個(gè)分子的10%～45%。由于分子中糖基化的差異，漆酶的分子質(zhì)量也隨來(lái)源不同會(huì)有很大差異［11］。一般來(lái)說(shuō)，大多數(shù)漆酶的等電點(diǎn)（isoelectric point，PI）值在3～5范圍內(nèi)變動(dòng)。

3.2氧化特性

不同的漆酶的氧化能力不一樣，而且其氧化方式也不盡相同，甚至完全相反。如植物漆酶氧化木質(zhì)素單體形成木質(zhì)素聚合物，而白腐真菌漆酶則降解或降聚木質(zhì)素。漆酶能催化許多化合物的氧化反應(yīng)，一些漆酶能高效地氧化抗壞血酸，另外一些真菌漆酶還能催化木質(zhì)素和甲氧基酚酸的脫甲基反應(yīng)。

3.3對(duì)抑制劑的敏感性

一般來(lái)說(shuō)，不同抑制劑對(duì)漆酶活性的抑制作用不同，同種抑制劑對(duì)不同來(lái)源的漆酶的抑制作用也不同。大量研究表明，Co2+、Ni2+、Cd2+、Fe3+、Ag+等離子對(duì)酶活性的抑制作用很強(qiáng)，其原因可能是反應(yīng)過(guò)程中，這些金屬離子占據(jù)了漆酶的活性中心，改變了漆酶的結(jié)構(gòu)，從而抑制了酶的活性［12］。此外，溫度、pH值等也對(duì)漆酶活性有一定的影響。多數(shù)真菌漆酶的最適反應(yīng)溫度在20～50℃，但也有較耐高溫的漆酶，如嗜熱白腐真菌漆酶最適反應(yīng)溫度為70℃，60℃處理9 h仍具有完全活性［13］。多數(shù)漆酶在堿性環(huán)境中不穩(wěn)定，易失活，其反應(yīng)的最適pH值隨來(lái)源和反應(yīng)底物不同而不同。

3.4反應(yīng)動(dòng)力學(xué)

米氏常數(shù)（Km值）的大小可以反映出漆酶對(duì)底物親和力的大小，而漆酶對(duì)底物的親和力又是影響氧化底物速率的一個(gè)重要因素。漆酶催化氧化的底物廣泛，不同種類的漆酶氧化底物的范圍不同。一般情況下，只要底物具有相似于鄰/對(duì)二酚的結(jié)構(gòu)就能被漆酶氧化。在所能夠催化氧化的底物上，一些真菌漆酶能夠氧化的底物漆樹(shù)漆酶不能氧化（如甲酚）。在催化氧化速率上，真菌漆酶也比漆樹(shù)漆酶要快幾倍甚至幾十倍［14］。

4　漆酶的生產(chǎn)

漆酶是一些真菌在次生代謝過(guò)程中分泌的胞外酶，但不是所有的真菌都能產(chǎn)生漆酶，如接合菌綱和壺菌綱［15］。已有文獻(xiàn)報(bào)道了通過(guò)楓香擬莖點(diǎn)霉（Phomopsis liquidambari）來(lái)生產(chǎn)漆酶的方法［16］。此外，一些因素也影響著漆酶的生產(chǎn)，如培養(yǎng)類型（液體或固體）、碳源、氮源等［17］。

4.1碳源和氮源的影響

將微生物分別培養(yǎng)在含有1%的酵母提取物和1%的不同碳源和氮源的合成培養(yǎng)基中。以葡萄糖、甘露糖、麥芽糖、果糖或乳糖作為碳源。由于阻遏作用，過(guò)多的葡萄糖和蔗糖會(huì)降低漆酶的產(chǎn)量。但這一問(wèn)題可以通過(guò)使用聚合物為底物來(lái)改進(jìn)提高，如使用纖維素［18］。以酵母提取物、蛋白胨、脲、硫酸銨或硝酸鈉作為氮源。漆酶是通過(guò)消耗氮來(lái)觸發(fā)產(chǎn)生的［19］。一些研究表明提高的漆酶活性可通過(guò)使用較低的碳/氮比實(shí)現(xiàn)，但也有其他研究表明其在較高的碳/氮比下也可以實(shí)現(xiàn)。

4.2溫度的影響

在不同菌株之間，漆酶的最適溫度有著顯著差異。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，在光照條件下漆酶生產(chǎn)的最適溫度是25℃；在黑暗條件下，其最適溫度是30℃［5］。漆酶生產(chǎn)的最適溫度范圍是25～30℃［20］。FARNET A M等［21］發(fā)現(xiàn)在40℃和50℃條件下對(duì)酶預(yù)溫育可以大大提高漆酶的活性。擔(dān)子菌漆酶在55℃活性最高，并且在20～60℃條件下酶蛋白結(jié)構(gòu)穩(wěn)定［22］。KIM H W等［23］發(fā)現(xiàn)，由嗜熱棲熱菌（Thermus thermophilus）產(chǎn)生的漆酶最適溫度為75℃，而且在85℃條件下其半衰期為50 min。

4.3pH的影響

在漆酶催化下，不同底物引起的反應(yīng)不同，所以其最適pH值也不同。許多文獻(xiàn)指出，漆酶的活性是對(duì)稱型分布的。在高pH值時(shí)，酚類底物和T1Cu之間的電位差可以促進(jìn)底物氧化，且氫氧根離子（OH-）結(jié)合到T2/T3三核銅簇中心，這些作用有助于確定漆酶的最適pH值［24］。CORDI L等［25］用丁香醛連氮作為底物，并在pH3.0～8.0的范圍內(nèi)確定pH值對(duì)酶活性的影響。L1（漆酶同工酶）的最適pH值為4.0，而L2的最適pH值為5.0。從扁韌革菌（Stereum ostrea）提取的漆酶在pH 6.0、40℃條件下活性最高［26］。當(dāng)真菌生長(zhǎng)在pH值為5.0的培養(yǎng)基中，會(huì)大量產(chǎn)生漆酶。大多數(shù)的研究表明，適合產(chǎn)酶的pH值是在4.5到6.0之間［5］。

4.4攪拌的影響

攪拌是另一種影響漆酶生產(chǎn)的要素。HESS J等［27］發(fā)現(xiàn)，當(dāng)在攪拌罐反應(yīng)器中培養(yǎng)真菌時(shí)會(huì)使菌絲受損，多色栓菌（Trametes multicolour）的漆酶產(chǎn)量也會(huì)大大降低。MOHORIM等［28］發(fā)現(xiàn)，在極低的攪拌速度下可實(shí)現(xiàn)白腐真菌煙管菌（Bjerkandera adusta）在攪拌釜式反應(yīng)器中的培養(yǎng)。TAVARES A P M等［29］觀察到，在由變色栓菌生產(chǎn)漆酶過(guò)程中攪拌并沒(méi)有起到任何作用。

4.5誘導(dǎo)物的影響

漆酶一般都由漆酶產(chǎn)生菌低濃度發(fā)酵生產(chǎn)，但會(huì)在培養(yǎng)基中添加較高濃度的各種添加劑，如生物外源性化合物［30］。添加芳香族化合物能誘導(dǎo)增加漆酶活性，如2，5-二甲基苯胺、木質(zhì)素、藜蘆醇。藜蘆醇是芳族化合物，在培養(yǎng)基中添加可增加漆酶的產(chǎn)量［31］。培養(yǎng)24 h后，加入2，5-二甲基苯胺，漆酶的誘導(dǎo)性能最高，可提高漆酶活性九倍。但由于其毒性，較高濃度的2，5-二甲基苯胺對(duì)漆酶活性有降低的效果。

漆酶的啟動(dòng)子區(qū)域的編碼中包含特異的外源物和重金屬的各種識(shí)別位點(diǎn)［32］。誘導(dǎo)物可以結(jié)合到識(shí)別位點(diǎn)，誘導(dǎo)漆酶的生產(chǎn)。YANG Y等［33］發(fā)現(xiàn)Cu2+和Fe2+等金屬離子能誘導(dǎo)白腐真菌長(zhǎng)絨毛栓菌（Trametes velutina）5930漆酶的基因轉(zhuǎn)錄和合成。此外，木質(zhì)素結(jié)構(gòu)相關(guān)的一些芳香族化合物也有相似作用，如丹寧酸、丁香酸、肉桂酸、沒(méi)食子酸和愈創(chuàng)木酚。

4.6培養(yǎng)方式的影響

液態(tài)發(fā)酵和固態(tài)發(fā)酵是漆酶生產(chǎn)最常用的發(fā)酵方式。野生型絲狀真菌通過(guò)不同的培養(yǎng)技術(shù)被用于大規(guī)模生產(chǎn)漆酶。

4.6.1液態(tài)深層發(fā)酵

液態(tài)深層發(fā)酵涉及微生物的富氧液體培養(yǎng)。真菌深層發(fā)酵的發(fā)酵液黏度是其主要問(wèn)題。當(dāng)真菌細(xì)胞生長(zhǎng)，菌絲形成而阻礙了葉輪的轉(zhuǎn)動(dòng)，從而限制了氧氣和物料傳遞。為了解決這些問(wèn)題，已經(jīng)采用了一些不同的方法?；谶B續(xù)式生物反應(yīng)器，已開(kāi)發(fā)出了使用變色栓菌發(fā)酵的脈沖式反應(yīng)器［34-35］。發(fā)酵液黏度、氧氣和物料的傳遞問(wèn)題也可通過(guò)細(xì)胞固定化來(lái)解決。LUKE A K等［36］報(bào)道，由于對(duì)粗糙脈孢菌的固定化，其可以進(jìn)行為期4個(gè)月的持續(xù)產(chǎn)酶，且無(wú)酶失活。生產(chǎn)漆酶的最有效的方法是補(bǔ)料分批操作，通過(guò)它可得到相對(duì)較高的漆酶活性。

4.6.2固態(tài)發(fā)酵

固態(tài)發(fā)酵（solid state fermentation，SSF）是適合于使用天然底物（如農(nóng)業(yè)廢物）來(lái)生產(chǎn)酶，因?yàn)樗鼈兡軌蚰M真菌生長(zhǎng)的自然條件［37］。木質(zhì)素、纖維素和半纖維素中含有豐富的糖分，能促進(jìn)真菌在發(fā)酵罐中生長(zhǎng)，使過(guò)程更經(jīng)濟(jì)［38］。其主要缺點(diǎn)在于生物反應(yīng)器的設(shè)計(jì)，其中熱量和質(zhì)量傳遞是受限制的。為生產(chǎn)漆酶，已經(jīng)研究了一些不同的生物反應(yīng)器配置，如浸沒(méi)裝置、膨脹床、托盤(pán)等，其中托盤(pán)獲得的效果最好［39］。

許多農(nóng)業(yè)廢物［40-41］如葡萄籽、葡萄莖、大麥麩、棉桿、糖蜜廢水和甘蔗渣也被用作漆酶生產(chǎn)的基質(zhì)。但是，在固態(tài)和液態(tài)發(fā)酵中漆酶的生產(chǎn)都沒(méi)有達(dá)到到最大水平，因此，進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間的發(fā)酵是必需的。

5　漆酶的應(yīng)用

漆酶的重要性體現(xiàn)在它能夠氧化有毒和無(wú)毒的底物。它應(yīng)用于紡織工業(yè)、食品加工業(yè)、木材加工業(yè)、制藥工業(yè)、化工等行業(yè)。這種酶是非常特殊的、生態(tài)可持續(xù)發(fā)展的、成熟的催化劑。

5.1染料脫色

紡織行業(yè)的濕法工藝會(huì)利用大量的水和化學(xué)品來(lái)進(jìn)行。這些化學(xué)品包括各種無(wú)機(jī)化合物和有機(jī)化合物。當(dāng)暴露于光、水和其他化學(xué)物質(zhì)下，染料的化學(xué)結(jié)構(gòu)是其褪色的阻力。漆酶能夠降解染料（其中包括合成染料），所以以漆酶為基礎(chǔ)的方法已被開(kāi)發(fā)，并在此行業(yè)中沿用至今。

XU Y等［42］發(fā)現(xiàn)元蘑（Hohenbuehelia serotina）能夠產(chǎn)生漆酶，且該酶能脫色多種染料。BENZINA O等［43］使用漆酶處理紡織工業(yè)污水，發(fā)現(xiàn)脫色，污水的毒性降低。以漆酶為基礎(chǔ)的染發(fā)劑比傳統(tǒng)染發(fā)劑刺激性更小，也更容易處理，這是因?yàn)槠崦复媪藗鹘y(tǒng)染料配方中的過(guò)氧化氫。

漆酶也可用于脫氯的過(guò)程。二甲基苯胺是一種漆酶誘導(dǎo)劑，其增加了脫氯活性，是因?yàn)槠渲腥芙庋鯘舛冉档土?。ROMERO S等［35］發(fā)現(xiàn)，細(xì)菌嗜麥芽窄食單胞菌（Stenotrophomonas maltophilia）可以脫色一些合成染料（亞甲藍(lán)、甲基綠、甲苯胺藍(lán)、剛果紅、甲基橙和粉紅色）和工業(yè)廢水。

5.2生物修復(fù)和生物降解

由于廣泛地使用農(nóng)藥，使土壤、水和空氣產(chǎn)生污染，造成了如今嚴(yán)重的環(huán)境問(wèn)題。多氯聯(lián)苯（polychlorinated biphenyls，PCB）、苯、甲苯、乙苯、二甲苯、多環(huán)芳烴（polycyclic aromatic hydrocarbons，PAH）、五氯苯酚（pentachlorophenol，PCP）、1，1，1-三氯-2，2-二（4-氯苯基）乙烷（dichlorodiphenyltrichloroethane，DDT）和三硝基甲苯（2，4，6-trinitrotoluene，TNT）等，都是已知能夠致癌、致突變并能持久穩(wěn)定的環(huán)境污染物質(zhì)。

使用變色栓菌生物修復(fù)低水分和有機(jī)物含量的土壤中的農(nóng)藥阿特拉津，這在半干旱和地中海般的生態(tài)系統(tǒng)中是很常見(jiàn)的。BAUTISTA L F等［44］從變色栓菌中獲得的漆酶可降解多種多環(huán)芳烴類化合物。一色齒毛菌（Cerrena unicolor）產(chǎn)生的漆酶，24 h、30℃條件下可降低的甘蔗渣中的木質(zhì)素含量高達(dá)36%［45］。

5.3紙漿造紙

在工業(yè)造紙中，氯氣和氧氣為基礎(chǔ)的化學(xué)氧化劑被用于分離和降解木質(zhì)素。但這存在一些問(wèn)題，如回收、成本和毒性等問(wèn)題仍然沒(méi)有得到解決。然而，在現(xiàn)有的漂白過(guò)程中，漆酶及其介體系統(tǒng)（laccase mediator system，LMS）可以很容易地實(shí)現(xiàn)，它可以部分替代紙漿中的二氧化氯，比化學(xué)法對(duì)環(huán)境更加友好［24］。

5.4食品加工

在食品工業(yè)中，漆酶用于在烘焙、果汁加工和廢水的生物修復(fù)等過(guò)程中去除不良的酚類化合物?，F(xiàn)如今，已開(kāi)始廣泛地使用酶來(lái)改善面包的質(zhì)地、外觀、味道和新鮮度。當(dāng)漆酶加入到生面團(tuán)，生面團(tuán)的面筋結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和烘烤效果得到改善，提高了烘焙產(chǎn)品的柔軟度。漆酶還能應(yīng)用于白酒、蘋(píng)果和葡萄汁、啤酒、茶葉等飲料中，在這些飲料中會(huì)存在一些酚類化合物，其存在會(huì)使飲料發(fā)生渾濁和色澤的變化從而影響它們的品質(zhì)，漆酶能夠氧化其中的酚類，漆酶的處理能夠有選擇性的氧化酚類物質(zhì)使得這些飲料既能夠保持其風(fēng)味，又能夠降低它們的變色和變質(zhì)的速度。2002年，M INUSSI R C等［46］的綜述詳細(xì)介紹了漆酶在食品中的應(yīng)用。

5.5其他應(yīng)用

漆酶不僅用于食品工業(yè)、造紙和紙漿工業(yè)、紡織工業(yè)，還有其他方面的應(yīng)用。漆酶具有降低從垃圾處置場(chǎng)、畜牧場(chǎng)和紙漿廠中產(chǎn)生的氣味的能力。由于漆酶催化的電子轉(zhuǎn)移反應(yīng)，無(wú)需額外的輔助因子，它們也可以用來(lái)作為生物傳感器來(lái)檢測(cè)各種酚類化合物和疊氮化物等。作為生物傳感器的酶［47］，漆酶可以檢測(cè)多巴胺、嗎啡、可待因、兒茶酚胺等。最近，漆酶已被作為生物催化劑用于有機(jī)物質(zhì)的合成，以及生物燃料電池的設(shè)計(jì)［48］。此外，漆酶還被用于對(duì)食品工業(yè)廢水的生物修復(fù)，在生物修復(fù)過(guò)程中，污染物被生物轉(zhuǎn)化為對(duì)環(huán)境無(wú)不良影響的狀態(tài)。

6　結(jié)束語(yǔ)

漆酶是多功能的酶，催化氧化反應(yīng)將分子氧還原成水。它們是廣泛分布于高等植物和真菌中的多銅酶。能夠降解木質(zhì)素，并在許多白腐真菌中大量存在。它們能夠使工業(yè)廢水和污水進(jìn)行脫色和解毒處理。對(duì)酚類和非酚類木質(zhì)素相關(guān)化合物以及難降解的環(huán)境污染物的作用，使得研究人員把它們應(yīng)用于不同的生物技術(shù)領(lǐng)域。它們可以有效地應(yīng)用于紙漿造紙工業(yè)、紡織工業(yè)、異型生物質(zhì)降解、生物修復(fù)和生物傳感器等方面。因漆酶催化電子轉(zhuǎn)移反應(yīng)而無(wú)需額外的輔助因子的能力，其已用于納米生物技術(shù)這一熱門(mén)的研究領(lǐng)域。近來(lái)，幾種技術(shù)（如自組裝等）已經(jīng)被開(kāi)發(fā)用于生物分子的固定化。

本文闡述了漆酶在食品工業(yè)等幾個(gè)領(lǐng)域有很大的應(yīng)用潛力。然而，對(duì)于漆酶的大規(guī)模應(yīng)用存在許多限制因素。其一就是缺乏以合理的成本生產(chǎn)大量高活性漆酶的能力。最近，正在探索生產(chǎn)漆酶的廉價(jià)來(lái)源。在這方面，工業(yè)廢水管理這個(gè)新興的領(lǐng)域正在開(kāi)發(fā)其營(yíng)養(yǎng)潛力而用于漆酶生產(chǎn)。除了固體廢物，來(lái)自食品加工的工業(yè)廢水也特別有前景。

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Research progress on structure and application of laccase

LI Ping，YI Yi，DENG Chun，WU Shihua，LI Ya*
（College of Biological and Chemical Engineering，Guangxi University of Science and Technology，Liuzhou 545006，China）

Laccases is a kind of copper-containing polyphenol oxidase and oxidize the degradation of various phenolic and non-phenolic compounds through the reduction of molecular oxygen to water.In recent years，laccases have been applied in textile，pulp and paper，and food industry.It is also used in the design of biosensors and biofuel cells，as a medical diagnostics tool and bioremediation agent to clean up herbicides，pesticides and to repair soil contained explosives and so on.This paper summarized the research progress of the structure，mechanism of action，characteristic，production and applications of laccases，so as to provide a certain reference for further research of laccase.

laccase；crystal structure；active center；industrial application

Q554

0254-5071（2016）05-0010-06

10．11882/j．issn．0254-5071．2016．05．003

2016-01-29

柳州市科學(xué)研究與技術(shù)開(kāi)發(fā)計(jì)劃課題（2013E020602）；廣西自然科學(xué)基金（2013GXNSFBA019081）

李平（1990-），男，碩士研究生，研究方向?yàn)槲⑸锓肿由飳W(xué)。

黎婭（1980-），女，講師，碩士，研究方向?yàn)槲⑸镱I(lǐng)域。