陶國翔,李愛秀*,劉子泉,張 敏,羅 力
(1.武警后勤學(xué)院基礎(chǔ)部藥物設(shè)計實驗室,天津 300309;2.武警后勤學(xué)院附屬醫(yī)院全軍災(zāi)害應(yīng)急救援醫(yī)學(xué)重點實驗室,天津 300162;3.武警后勤學(xué)院科研部,天津 300309)
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木質(zhì)素降解產(chǎn)物用于漆酶-介質(zhì)體系的結(jié)構(gòu)理論研究
陶國翔1,李愛秀1*,劉子泉2,張 敏3,羅 力1
(1.武警后勤學(xué)院基礎(chǔ)部藥物設(shè)計實驗室,天津 300309;2.武警后勤學(xué)院附屬醫(yī)院全軍災(zāi)害應(yīng)急救援醫(yī)學(xué)重點實驗室,天津 300162;3.武警后勤學(xué)院科研部,天津 300309)
為從天然產(chǎn)物中尋找廉價、低毒、高效的漆酶新介質(zhì),利用分子模型和分子對接技術(shù)在分子水平研究木質(zhì)素降解產(chǎn)物在漆酶-介質(zhì)體系中與漆酶活性位點的結(jié)合模式與反應(yīng)能力,以探明其結(jié)構(gòu)特征。結(jié)果表明,10種木質(zhì)素降解產(chǎn)物小分子介質(zhì)酚羥基鄰位取代基可保持與漆酶作用過程中介質(zhì)構(gòu)象的穩(wěn)定,鄰位取代基的給電子能力可增強(qiáng)介質(zhì)自由基中間體的穩(wěn)定性,介質(zhì)酚羥基對位取代基的吸電子性有利于加強(qiáng)與Phe265間的π-π堆積作用,但對位取代基吸電子性過強(qiáng)反而不利于提高介質(zhì)反應(yīng)活性及苯氧自由基穩(wěn)定性。該研究為新介質(zhì)的發(fā)現(xiàn)及介質(zhì)結(jié)構(gòu)的改造與修飾奠定了理論基礎(chǔ)與研究方向。
木質(zhì)素降解產(chǎn)物;漆酶;介質(zhì);漆酶-介質(zhì)體系;分子對接;結(jié)構(gòu)特征
漆酶(laccase,EC1.10.3.2)是一種含銅氧化酶,根據(jù)其來源主要分為植物漆酶、昆蟲漆酶、細(xì)菌漆酶和真菌漆酶。不同來源的漆酶因結(jié)構(gòu)上的差異導(dǎo)致理化性質(zhì)與功能的不同[1-2]。真菌漆酶與其它來源漆酶相比具有分泌能力強(qiáng)、產(chǎn)量大、氧化電勢高、催化氧化效果好、結(jié)構(gòu)簡單的優(yōu)勢,在理化性質(zhì)和結(jié)構(gòu)方面研究最深入。目前,已有超過100種真菌漆酶得到純化,已知66個漆酶晶體結(jié)構(gòu)中真菌漆酶占38個[3-4],為在分子水平研究介質(zhì)與漆酶的結(jié)合模式和相互作用奠定了基礎(chǔ)。其中,來源于變色栓菌(Trametes versicolor)的漆酶是真菌漆酶中高產(chǎn)優(yōu)良品種,常作為研究漆酶的首選[5-6]。在蛋白數(shù)據(jù)庫(PDB)中,變色栓菌漆酶的晶體結(jié)構(gòu)有2種,PDB編號為1KYA和1GYC。1KYA為變色栓菌漆酶與2,5-二甲基苯胺的四聚體復(fù)合物,分辨率為2.40 ?;1GYC為無內(nèi)嵌配體的變色栓菌漆酶,分辨率為1.90 ?。一般分辨率小于2.50 ?的晶體結(jié)構(gòu)在分子模擬中對預(yù)測對接位點具有較高的準(zhǔn)確度,兩者均滿足條件。含有內(nèi)嵌配體的漆酶晶體結(jié)構(gòu)有助于確定介質(zhì)與漆酶的結(jié)合位點及介質(zhì)的活性構(gòu)象,還可以幫助研究者觀察晶體結(jié)構(gòu)中介質(zhì)與漆酶活性位點的結(jié)合模式,為研究其它介質(zhì)與漆酶活性位點相互作用機(jī)制提供重要參考,在分子對接研究中極大提高了預(yù)測介質(zhì)與漆酶結(jié)合模式的可信度。
漆酶通過與底物之間的電子傳遞完成對底物的催化氧化[7]。漆酶的經(jīng)典底物為酚類和芳香胺類化合物。在漆酶中加入某些小分子可擴(kuò)寬底物范圍、提高催化效率,這類小分子稱為“介質(zhì)”。在漆酶-介質(zhì)體系(laccase-mediatorsystem,LMS)中,介質(zhì)主要通過減少漆酶與底物之間的空間阻礙和間接提高漆酶氧化電勢來提高電子傳遞效率。有些漆酶因活性空腔較小或活性空腔與底物空間匹配性較差而影響了二者結(jié)合,介質(zhì)可充當(dāng)漆酶與底物之間電子傳遞的“電子梭”,實現(xiàn)底物與漆酶之間的電子傳遞。漆酶作用介質(zhì)后,介質(zhì)可生成具有較高氧化電勢的介質(zhì)中間體,加快電子傳遞速率,更利于漆酶對底物的催化氧化[8]。目前已知的漆酶介質(zhì)主要為人工合成化合物,如2,2-聯(lián)氨-二(3-乙基-苯并噻唑-6-磺酸)(ABTS)、N-羥基苯并三唑(HBT)、N-羥基乙酰苯胺(NHA)等,它們大多存在毒性或刺激性較強(qiáng)、生產(chǎn)成本高、中間體穩(wěn)定性較差等問題[9],因此,尋找天然來源的漆酶介質(zhì)成為研究熱點[10]。從木質(zhì)素降解產(chǎn)物中得到的漆酶介質(zhì),具有低毒、易獲得、提取成本低、催化效率高等優(yōu)勢,實現(xiàn)了木質(zhì)素類可再生能源的高值化利用,已成為研究者關(guān)注的重點,為漆酶新介質(zhì)的發(fā)現(xiàn)開辟了一條新的途徑。
木質(zhì)素是一種三維網(wǎng)狀高分子聚合物,廣泛存在于高等植物細(xì)胞中,是自然界中唯一能夠提供可再生芳基化合物的非石油資源,具有極高的潛在應(yīng)用價值[11]。木質(zhì)素降解產(chǎn)物的基本結(jié)構(gòu)單元有3種類型,分別為紫丁香基單元、愈創(chuàng)木基單元和對羥苯基單元[12-13],其在分子結(jié)構(gòu)上的差異主要體現(xiàn)在酚羥基鄰位甲氧基取代基的數(shù)目上,如圖1所示。
圖1 木質(zhì)素降解產(chǎn)物基本結(jié)構(gòu)單元Fig.1 The basic structural units of lignin degradation products
目前,雖已證實多種木質(zhì)素降解產(chǎn)物可與漆酶構(gòu)成LMS[14-21],但木質(zhì)素降解產(chǎn)物的介導(dǎo)效果有顯著差異。Camarero等[22]和Moldes等[23]首次嘗試將木質(zhì)素降解產(chǎn)物作為漆酶介質(zhì),發(fā)現(xiàn)其中的乙酰香草酮、香草酸甲酯、香草醛等能促進(jìn)漆酶對污染物的催化降解;Camarero等[24]在降解合成染料活性黑的研究中發(fā)現(xiàn),乙酰丁香酮、紫丁香醛和香草醛對活性黑的降解率分別為88%、83%和66%;Rosado等[20]測試了丁香酸甲酯、乙酰丁香酮和紫丁香醛作為漆酶介質(zhì)降解非酚類木質(zhì)素的效果,其中丁香酸甲酯作為介質(zhì)時的降解效果最好,紫丁香醛最差。
為了深入探討介質(zhì)分子結(jié)構(gòu)差異對LMS催化氧化效果的影響,作者在此選取來自木質(zhì)素降解產(chǎn)物的10種漆酶介質(zhì),通過分子對接技術(shù)模擬介質(zhì)與漆酶的結(jié)合模式,探究介質(zhì)分子結(jié)構(gòu)中酚羥基鄰位和對位取代基對結(jié)合模式的影響,以期為新介質(zhì)的開發(fā)奠定理論基礎(chǔ)。
1.1 技術(shù)平臺
所有計算均利用分子模擬與分子設(shè)計軟件包MOE 2009(molecular operating environment 2009)在計算機(jī)上完成。
1.2 漆酶和介質(zhì)結(jié)構(gòu)
漆酶來自PDB中變色栓菌漆酶與2,5-二甲基苯胺復(fù)合物的晶體結(jié)構(gòu)(PDB編號:1KYA),1KYA中漆酶活性位點由Phe162、Leu164、Asp206、Asn264、Phe265、Phe332、Phe337、Pro391、Gly392、Ala393、Ile455和His458等氨基酸組成[25]。
介質(zhì)為來源于木質(zhì)素降解產(chǎn)物的10種小分子介質(zhì),分別為紫丁香醛、乙酰丁香酮、紫丁香醇、丁香酸甲酯、香草醛、乙酰香草酮、香草醇、香草酸甲酯、對羥基苯甲醛和對羥基苯甲醇,其結(jié)構(gòu)如圖2所示。
圖2 源于木質(zhì)素降解產(chǎn)物的介質(zhì)結(jié)構(gòu)Fig.2 Structures of mediators from lignin degradation products
根據(jù)酚羥基鄰位取代基數(shù)目的不同(即母核結(jié)構(gòu)不同)將介質(zhì)分為3組,每組保持母核結(jié)構(gòu)相同、酚羥基對位取代基不同,組一為紫丁香基介質(zhì):紫丁香醛、乙酰丁香酮、紫丁香醇、丁香酸甲酯;組二為愈創(chuàng)木基介質(zhì):香草醛、乙酰香草酮、香草醇、香草酸甲酯;組三為對羥苯基介質(zhì):對羥基苯甲醛、對羥基苯甲醇。探究介質(zhì)酚羥基鄰位取代基對結(jié)合漆酶的影響時,進(jìn)行組間比較;探究介質(zhì)酚羥基對位取代基對結(jié)合漆酶的影響時,進(jìn)行組內(nèi)比較。
1.3 研究方法
1.3.1 漆酶的初始構(gòu)象
將1KYA復(fù)合物晶體結(jié)構(gòu)導(dǎo)入MOE 2009軟件包,刪除其雜原子、溶劑分子、配體等,保留漆酶A鏈,在Amber99力場下[26],利用Protonate 3D模塊,在pH值5.0、溫度300 K條件下對漆酶加氫加電荷,保存,作為漆酶的初始構(gòu)象。
1.3.2 介質(zhì)的初始構(gòu)象
介質(zhì)結(jié)構(gòu)使用MOE-Build模塊繪制,之后以1KYA復(fù)合物晶體結(jié)構(gòu)中2,5-二甲基苯胺的構(gòu)象作為模板,利用MOE-Flexible Alignment模塊將介質(zhì)與2,5-二甲基苯胺疊合,根據(jù)疊合打分,選擇疊合較好的構(gòu)象作為介質(zhì)對接的初始構(gòu)象[27]。
1.3.3 分子對接
采用MOE 2009軟件包進(jìn)行分子對接,在MOE-Dock模塊中,以構(gòu)成變色栓菌漆酶活性位點的氨基酸Phe162、Leu164、Asp206、Asn264、Phe265、Phe332、Phe337、Pro391、Gly392、Ala393、Ile455和His458為對接位點,設(shè)定力場(forcefield)為MMFF94x、放置函數(shù)(placement)為Triangle Mather、打分函數(shù)1(rescoring 1)為London dG、優(yōu)化函數(shù)(refinement)為Forcefield、打分函數(shù)2(rescoring 2)為London dG。對接完成后,選取介質(zhì)分子和以漆酶活性位點為中心、半徑5 ?范圍內(nèi)氨基酸殘基,其余部分固定,在MMFF94x力場下進(jìn)行能量優(yōu)化[28]。
2.1 漆酶-介質(zhì)空間匹配結(jié)果
本研究所選的10種介質(zhì)均能結(jié)合在漆酶活性位點,介質(zhì)酚羥基均與酸性氨基酸Asp206形成氫鍵,堿性氨基酸His458作為電子受體接受來自底物的電子[10],介質(zhì)主體均與Leu164、Phe265、Gly392產(chǎn)生疏水作用;介質(zhì)酚羥基鄰位有1個甲氧基取代基時,苯環(huán)可與Phe265產(chǎn)生π-π堆積作用,主體與Leu164、Phe265、Gly392、Ala393產(chǎn)生疏水作用;介質(zhì)酚羥基鄰位有2個取代基時,Asn264可與其中1個甲氧基的氧原子產(chǎn)生氫鍵作用,苯環(huán)與Phe265產(chǎn)生π-π堆積作用,主體與Leu164、Phe265、Gly392、Ala393、Pro394和Ile455產(chǎn)生疏水作用;介質(zhì)酚羥基鄰位無取代基時,主體與Phe162、Leu164、Phe265、Gly392產(chǎn)生疏水作用。
以紫丁香醛、香草醛和對羥基苯甲醛分別作為3組介質(zhì)的代表,與漆酶活性位點結(jié)合模式如圖3所示。表1總結(jié)了10種介質(zhì)與漆酶活性位點氨基酸殘基相互作用的情況。
2.2 漆酶-介質(zhì)能量匹配結(jié)果
介質(zhì)與漆酶相互作用時還需滿足能量匹配原則。MOE 2009軟件包的分子對接模塊中綜合了構(gòu)象能量、放置函數(shù)得分、優(yōu)化函數(shù)得分等因素,以最終得分S來評價對接結(jié)果,S值越低表示結(jié)合越穩(wěn)定。表2為各介質(zhì)與漆酶活性位點的對接得分結(jié)果。
從表2可知,介質(zhì)母核結(jié)構(gòu)和酚羥基對位取代基均會對對接得分產(chǎn)生影響。當(dāng)介質(zhì)酚羥基對位取代基相同時,鄰位取代基越多對接得分越低,結(jié)合效果越好;當(dāng)介質(zhì)酚羥基對位均為吸電子基時,吸電子能力大小為羥甲基<甲酸甲酯基<乙?;?醛基;當(dāng)介質(zhì)酚羥基鄰位取代基數(shù)目相同時,對位取代基吸電子能力越弱對接得分越低,結(jié)合效果越好。介質(zhì)酚羥基與Asp206的氫鍵作用也體現(xiàn)了以上特點,酚羥基對位取代基保持一致,鄰位取代基越多氫鍵作用越強(qiáng),鍵長越短;酚羥基鄰位取代基數(shù)目保持一致,對位取代基吸電子能力越弱氫鍵作用越強(qiáng),鍵長越短。以上對接結(jié)果與Rosado等[20]的實驗結(jié)果相符。
圖3 介質(zhì)與漆酶活性位點的結(jié)合模式Fig.3 Binding mode of mediator and laccase active site
表1 介質(zhì)與漆酶活性位點氨基酸殘基的相互作用
Tab.1 Interactions of mediator and amino acid residues at laccase active site
2.3 討論
2.3.1 介質(zhì)酚羥基鄰位取代基對結(jié)合漆酶的影響
介質(zhì)酚羥基鄰位取代基對結(jié)合漆酶的影響主要體現(xiàn)在兩點:第一,穩(wěn)定介質(zhì)與漆酶活性位點結(jié)合時的構(gòu)象;第二,提高介質(zhì)自由基中間體的穩(wěn)定性。
(1)鄰位取代基對介質(zhì)構(gòu)象的影響
對比組一、組二、組三的對接得分結(jié)果發(fā)現(xiàn),酚羥基鄰位有2個取代基的紫丁香基介質(zhì)和有1個取代基的愈創(chuàng)木基介質(zhì)與漆酶結(jié)合情況普遍優(yōu)于酚羥基鄰位無取代基的對羥苯基介質(zhì)。即介質(zhì)酚羥基對位取代基相同時,其鄰位甲氧基取代基越多,介質(zhì)與漆酶的結(jié)合越穩(wěn)定。鄰位甲氧基取代基越多,介質(zhì)與漆酶活性位氨基酸殘基作用的數(shù)目越多,分子間相互作用力的類型越多。如:介質(zhì)母核為紫丁香基時,發(fā)生相互作用的氨基酸殘基為9個:2個氫鍵作用、1個π-π堆積作用和6個疏水作用;介質(zhì)母核為愈創(chuàng)木基時,發(fā)生相互作用的氨基酸殘基為6個:1個氫鍵作用、1個π-π堆積作用和4個疏水作用;介質(zhì)母核為對羥苯基時,發(fā)生相互作用的氨基酸殘基為6個:1個氫鍵作用和4個疏水作用,無π-π堆積作用。Phe265與介質(zhì)苯環(huán)之間的π-π堆積作用、Asn264與甲氧基的氫鍵作用以及更多的疏水作用可以更好地穩(wěn)定介質(zhì)在漆酶活性位點處的構(gòu)象[29]。
表2 介質(zhì)與漆酶活性位點對接得分結(jié)果及與Asp206氫鍵作用參數(shù)
Tab.2 Docking score of mediator and laccase active site and parameters of hydrogen bonding interaction with Asp206
酚羥基鄰位無取代基的對羥苯基介質(zhì)可與Phe162產(chǎn)生疏水作用,而未發(fā)現(xiàn)該氨基酸殘基與紫丁香基介質(zhì)和愈創(chuàng)木基介質(zhì)產(chǎn)生相互作用,這是因為,酚羥基鄰位無取代基時,對羥苯基母核介質(zhì)進(jìn)入漆酶活性位點空間阻礙較小(圖3)。由表2可以看出,對羥苯基介質(zhì)與Asp206之間的氫鍵鍵長較短,可更深入漆酶活性位點與Phe162產(chǎn)生疏水作用,但是對羥苯基介質(zhì)由于鄰位無取代基,無法對介質(zhì)與漆酶活性位點結(jié)合時的構(gòu)象及介質(zhì)中間體起到穩(wěn)定作用,故作為介質(zhì)的效果不如紫丁香基介質(zhì)和愈創(chuàng)木基介質(zhì)。
從能量匹配的角度來看,保持介質(zhì)酚羥基對位取代基相同,酚羥基鄰位取代基越多,介質(zhì)與漆酶活性位點對接得分越低,結(jié)合效果越好,再次印證介質(zhì)酚羥基鄰位取代基在與漆酶結(jié)合時產(chǎn)生的重要作用。
(2)鄰位取代基對介質(zhì)自由基中間體穩(wěn)定性的影響
D′Alfonso等[30]研究介質(zhì)與漆酶的相互作用時發(fā)現(xiàn),介質(zhì)失去質(zhì)子形成苯氧自由基中間體,苯氧自由基再與底物反應(yīng),最終降解底物,去除污染物。但是苯氧自由基中間體十分不穩(wěn)定,在反應(yīng)過程中會發(fā)生聚合、重排等反應(yīng)。LMS的催化效率與苯氧自由基的穩(wěn)定性密切相關(guān)。當(dāng)介質(zhì)酚羥基鄰位有甲氧基(為給電子基團(tuán))時,增大了苯氧自由基的電子云密度,提高了苯氧自由基穩(wěn)定性,從而降低了其發(fā)生聚合、重排等反應(yīng)的幾率。同時,甲氧基中氧原子p軌道孤對電子可與苯氧自由基的單電子占據(jù)分子軌道(SOMO)重疊,產(chǎn)生共振作用穩(wěn)定苯氧自由基。所以,酚羥基鄰位有甲氧基取代時,苯氧自由基在以上2個因素的共同影響下得以保持穩(wěn)定。
2.3.2 介質(zhì)酚羥基對位取代基對結(jié)合漆酶的影響
酚羥基對位取代基對苯環(huán)同時存在誘導(dǎo)效應(yīng)和共軛效應(yīng),兩者共同影響介質(zhì)與漆酶的反應(yīng)活性、介質(zhì)苯環(huán)與Phe265的π-π堆積作用強(qiáng)度及介質(zhì)自由基中間體的穩(wěn)定性。
(1)對位取代基對反應(yīng)活性及π-π堆積作用的影響
介質(zhì)與漆酶相互作用時,介質(zhì)分子表面電子云密度增大有利于降低介質(zhì)的氧化電勢,使之更易被漆酶氧化。本研究中,介質(zhì)的對位取代基對苯環(huán)同時存在誘導(dǎo)效應(yīng)和共軛效應(yīng),表現(xiàn)出吸電子作用,使介質(zhì)分子表面電子云密度減小,不利于介質(zhì)反應(yīng)活性的提高,對位取代基的吸電子作用越弱,該不利因素對介質(zhì)反應(yīng)活性影響越小。
紫丁香基介質(zhì)與愈創(chuàng)木基介質(zhì)均會與漆酶活性位點中的Phe265產(chǎn)生π-π堆積作用。研究發(fā)現(xiàn)[31],在復(fù)合物體系中,苯環(huán)含有吸電子基時有利于提高π-π堆積作用強(qiáng)度,因此,介質(zhì)酚羥基對位吸電子取代基有利于提高其與活性位點中Phe265的π-π堆積作用強(qiáng)度,保持構(gòu)象穩(wěn)定。
(2)對位取代基對介質(zhì)自由基中間體穩(wěn)定性的影響
苯氧自由基中間體極不穩(wěn)定,所以保持苯氧自由基的穩(wěn)定是反應(yīng)順利進(jìn)行的關(guān)鍵。當(dāng)對位取代基與苯氧自由基之間存在共軛效應(yīng)時,苯氧自由基的負(fù)電荷分布在共軛體系中,從而保持了苯氧自由基的穩(wěn)定,然而對位取代基同時具有吸電子效應(yīng),會降低苯氧自由基的穩(wěn)定性,最終表現(xiàn)為對位取代基吸電子能力越弱,苯氧自由基穩(wěn)定性越高。
利用分子對接技術(shù)探究了10種來自木質(zhì)素降解產(chǎn)物的介質(zhì)酚羥基鄰、對位取代基對結(jié)合漆酶的影響。介質(zhì)與漆酶作用過程中,酚羥基鄰位取代基和對位吸電子取代基通過與漆酶活性位點氨基酸殘基發(fā)生相互作用,提高介質(zhì)與漆酶結(jié)合構(gòu)象的穩(wěn)定性;酚羥基對位取代基暴露在活性位點外,不與活性位點氨基酸殘基發(fā)生相互作用,僅影響介質(zhì)分子表面電子云分布。在酚羥基鄰、對位取代基共同作用下介質(zhì)分子表面及苯氧自由基電子云密度發(fā)生改變,從而影響介質(zhì)氧化電勢、反應(yīng)活性及苯氧自由基穩(wěn)定性。該研究在分子水平闡明了來源于木質(zhì)素降解產(chǎn)物的介質(zhì)的結(jié)構(gòu)特征對結(jié)合漆酶的影響,為介質(zhì)結(jié)構(gòu)的合理改造奠定了理論基礎(chǔ)。
[1] DWIVEDI U N,SINGH P S,PANDY V P,et al.Structure-function relationship among bacterial,fungal and plant laccases[J].Jounal of Molecular Catalysis B:Enzymatic,2011,68(2):117-128.
[2] 于孟蘭,倪金鳳.昆蟲漆酶的研究進(jìn)展[J].生物加工過程,2014,12(1):80-85.
[3] 靳蓉,張飛龍.漆酶的來源與分離純化技術(shù)[J].中國生漆,2012,31(3):7-14.
[4] RIVERA-HOYOS C M,MORALES-ALVAREZ E D,POUTOU-PINALES R A,et al.Fungal laccases[J].Fungal Biology Reviews,2013,27(3/4):67-82.
[5] 司靜,李偉,崔寶凱,等.真菌漆酶性質(zhì)、分子生物學(xué)及其應(yīng)用研究進(jìn)展[J].生物技術(shù)通報,2011(2):48-55.
[6] 劉禹,蘭進(jìn),徐新然,等.靈芝屬不同菌種漆酶活性的比較[J].中藥材,2016,39(8):1692-1695.
[7] BERTRAND B,MARTINEZ-MORALES F,TINOCO-VALENICIA R,et al.Biochemical and molecular characterization of laccase isoforms produced by the white-rot fungusTrametesversicolorunder submerged culture conditions[J].Journal of Molecular Catalysis B:Enzymatic,2015,122:339-347.
[8] RICH J O,ANDERSON A M,BERHOW M A.Laccase-mediator catalyzed conversion of model lignin compounds[J].Biocatalysis and Agricultural Biotechnology,2016,5:111-115.
[9] CANAS A I,CAMARERO S.Laccases and their natural mediators:biotechnological tools for sustainable eco-friendly processes[J].Biotechnology Advances,2010,28(6):694-705 .
[10] 陶國翔,李愛秀,羅力,等.漆酶-介質(zhì)體系中介質(zhì)的研究進(jìn)展及應(yīng)用[J].解放軍預(yù)防醫(yī)學(xué)雜志,2017,35(1):65-68.
[11] CHRISTOPHER L P,YAO B,JI Y.Lignin biodegradation with laccase-mediator systems[J].Froniters in Energy Research,2014,2:1-14.
[12] 文甲龍.生物質(zhì)木質(zhì)素結(jié)構(gòu)解析及其預(yù)處理解離機(jī)制研究[D].北京:北京林業(yè)大學(xué),2014.
[13] 劉曉歡,王春鵬,王基夫,等.丙烯酰氯改性木質(zhì)素模型物制備丙烯酸單體及聚合活性分析[J].光譜學(xué)與光譜分析,2014,34(4):1031-1034.
[14] NGUYEN L N,van de MERWE J P,HAI F I,et al.Laccase-syringaldehyde-mediated degradation of trace organic contaminants in an enzymatic membrane reactor:removal efficiency and effluent toxicity[J].Bioresource Technology,2016,200:477-484.
[15] KUNAMNENI A,CAMARERO S,GARCIA-BURGOS C,et al.Engineering and applications of fungal laccases for organic synthesis[J].Microbial Cell Factories,2008,7:32.
[16] 周生飛,詹懷宇,黃周坤,等.漆酶-天然介體體系用于硫酸鹽竹漿漂白[J].紙和造紙,2011,30(7):48-51.
[17] 羅小林,詹懷宇,付時雨,等.從黑液中分離小分子酚類化合物作為漆酶的天然介體[J].中國造紙學(xué)報,2008,23(3):102-106.
[18] 田景陽.木素在離子液體/氧氣體系中的氧化降解研究[D].廣州:華南理工大學(xué),2015.
[19] QIU W H,ZHANG W Y,CHEN H Z.Natural laccase mediators separated from water-washed solution of steam exploded corn straw by nanofiltration and organic solvent fractionation[J].Bioresource Technology,2014,156:368-371.
[20] ROSADO T,BERNARDO P,KOCI K,et al.Methyl syringate:an efficient phenolic mediator for bacterial and fungal laccases[J].Bioresource Technology,2012,124:371-378.
[21] 黃相振.微波輔助液化木質(zhì)素制取生物油及殘余木質(zhì)素的消解[D].廣州:華南理工大學(xué),2015.
[22] CAMARERO S,IBARRA D,MARTINEZ A T,et al.Paper pulp delignification using laccase and natural mediator[J].Enzyme and Microbial Technology,2007,40:1264-1271.
[23] MOLDES D,DAZ M,TZANOV T,et al.Comparative study of the efficiency of synthetic and natural mediators in laccase-assisted bleaching of eucalyptus kraft pulp[J].Bioresource Technology,2008,99(17):7959-7965.
[24] CAMARERO S,IBARRA D,MARTINEZ M J,et al.Lignin-derived compounds as efficient laccase mediators for decolorization of different types of recalcitrant dyes[J].Applied and Environmental Microbiology,2005,71(4):1775-1784.
[25] BERTRAND T,JOLIVALT C,BRIOZZO P,et al.Crystal structure of a four-copper laccase complexed with an arylamine:insights into substrate recognition and correlation with kinetics[J].Biochemistry,2002,41(23):7325-7333.
[26] 吳瓊,康宏,王歡歡,等.AT1受體的中藥活性成分篩選模型及其作用機(jī)理研究[J].化學(xué)學(xué)報,2012,70(6):796-802.
[27] 劉海波,崔巍,徐峻,等.中藥活性成分對血栓素A2受體抑制作用的分子模擬[J].物理化學(xué)學(xué)報,2010,26(9):2549-2556.
[28] 梅佳亮,鮑勁霄,狄嵐,等.計算機(jī)輔助蔗糖酶結(jié)構(gòu)模擬及其與阿拉伯糖相互作用研究[J].藥物生物技術(shù),2015,22(2):112-115.
[29] 陶國翔,李愛秀,封加棟,等.基于分子對接技術(shù)探究漆酶與介質(zhì)間的結(jié)合模式與相互作用機(jī)制[J].化學(xué)與生物工程,2016,33(12):42-47.
[30] D′ALFONSO C,LANZALUNGA O,LAPI A,et al.Comparing the catalytic efficiency of ring substituted 1-hydroxybenzotriazol-es as laccase mediators[J].Tetrahedron,2014,70(18):3049-3055.
[31] WHEELER S E,HOUK K N.Substituent effects in the benzene dimer are due to direct interactions of the substituents with the unsubstituted benzene[J].Journal of the American Chemical Society,2008,130(33):10854-10855.
Structural Theory of Lignin Degradation Product Used in Laccase-Mediator System
TAO Guo-xiang1,LI Ai-xiu1*,LIU Zi-quan2,ZHANG Min3,LUO Li1
(1.DrugDesignLaboratoryoftheBasicScienceDepartment,LogisticsUniversityofChinesePeople′sArmedPoliceForce,Tianjin300309,China;2.KeyLaboratoryofDisasterandEmergencyRescueMedicine,AffiliatedHospitalofLogisticsUniversityofChinesePeople′sArmedPoliceForce,Tianjin300162,China;3.ScientificResearchDepartment,LogisticsUniversityofChinesePeople′sArmedPoliceForce,Tianjin300309,China)
Inordertofindnewlaccasemediatorwhichislow-cost,low-toxicityandhigh-efficiencyfromnaturalproducts,usingmolecularmodelandmoleculardockingtechniqueatthemolecularlevel,thebindingmodeandreactivitybetweenlignindegradationproductsandlaccaseactivesitesinlaccase-mediatorsystem(LMS)wereinvestigatedtoverifytheirstructuralfeatures.Resultsshowedthat,theorthosubstitutedphenolichydroxylgroupsoftenkindsoflignindegradationproductmediatorscouldmaintainthestabilityofmediatorconformationduringtheinteractionwithlaccase.Besides,theelectrondonatingabilityoforthosubstitutedgroupscouldimprovethestabilityofradicalintermediate;theelectronwithdrawingabilityofmediator′sparasubstitutedphenolichydroxylgroupscouldstrengthentheπ-πstackinginteractionbetweenbenzenringandPhe265,butthestrongelectronwithdrawingabilityofparasubstitutedgroupsmightbeunfavorabletoimprovethereactivityofmediatorandthestabilityofphenoxyradical.Thisstudyprovidestheoreticalfoundationandresearchdirectionforthediscoveryofnewmediatorandstructuredesignofmediator.
lignindegradationproduct;laccase;mediator;laccase-mediatorsystem;moleculardocking;structuralfeature
天津市衛(wèi)生局科技基金資助項目(2015KZ123),武警后勤學(xué)院基礎(chǔ)研究項目(WHJ2016025)
2016-12-13
陶國翔(1991-),男,河北南宮人,碩士研究生,研究方向:計算機(jī)輔助藥物設(shè)計,E-mail:taoguoxiang91@126.com; 通訊作者:李愛秀,教授,E-mail:liaixiu2006@126.com。
10.3969/j.issn.1672-5425.2017.04.007
O641 Q814.9
A
1672-5425(2017)04-0028-06
陶國翔,李愛秀,劉子泉,等.木質(zhì)素降解產(chǎn)物用于漆酶-介質(zhì)體系的結(jié)構(gòu)理論研究[J].化學(xué)與生物工程,2017,34(4):28-33.