漆酶催化生物體內(nèi)有機物合成與分解代謝的雙功能機制及其在生物技術(shù)領(lǐng)域中的應(yīng)用

孫 凱，程 行，余家琳，陳羅建，韋家畯，司友斌*，李舜堯

（1.農(nóng)田生態(tài)保育與污染防控安徽省重點實驗室，安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院，合肥 230036；2.南京農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，南京 210095）

漆酶（Laccase，EC 1.10.3.2）是由微生物、植物和昆蟲等生物體分泌的一類胞外含銅多酚氧化酶[1-2]，其催化中心包含4個銅離子。漆酶不僅可以催化低分子有機物的氧化耦合形成大分子聚合產(chǎn)物，也能夠介導(dǎo)高分子有機物的降解作用形成小分子化合物[3-4]。該過程漆酶以水體中溶解的分子氧作為最終電子接受體，催化多種有機物的單電子氧化反應(yīng)形成活性自由基中間體，隨后這些活性中間體導(dǎo)致底物發(fā)生同源/異源耦合或鍵斷裂反應(yīng)[5-6]。與過氧化物酶對比，漆酶催化有機物轉(zhuǎn)化的最大優(yōu)點是反應(yīng)條件溫和、處理效率高、操作可控、無需添加過氧化氫，以及生成的副產(chǎn)物僅包含水，是一種無二次污染的環(huán)境友好型綠色催化劑[7]。因此，漆酶在生物技術(shù)領(lǐng)域中存在廣闊的實際應(yīng)用潛力，備受國際研究者關(guān)注。

目前，漆酶的研究內(nèi)容主要涵蓋微生物學(xué)、植物學(xué)、生物化學(xué)、酶學(xué)、光譜學(xué)、分子生物學(xué)和遺傳學(xué)等方面，其結(jié)構(gòu)特征、底物譜、催化功能、基因克隆和異源表達等已經(jīng)逐漸被研究者熟知[8-9]。例如，Alexandre等[10]利用已知真菌和植物漆酶的保守氨基酸序列比對及其二級結(jié)構(gòu)預(yù)測結(jié)果，證實漆酶廣泛存在于細菌中?；谄崦附閷?dǎo)有機物氧化耦合與降解反應(yīng)的雙功能機制，其已經(jīng)被廣泛地應(yīng)用于生物修復(fù)、染料脫色、纖維改性、有機合成和紙漿漂白等生物技術(shù)領(lǐng)域[5，11]。此外，漆酶的雙功能屬性也能夠參與生物體內(nèi)有機物合成與分解代謝過程，進而影響生物體的正常生命代謝活動和生理生化指標[12-15]。采用基因組、轉(zhuǎn)錄組、質(zhì)譜分析和遺傳分析等現(xiàn)代技術(shù)手段為生物體內(nèi)漆酶基因的獲取和異源表達提供了有力保障，有助于深入研究生物體內(nèi)漆酶的活性表達及其涉及到的木質(zhì)素降解、纖維素合成、黑色素生成和角質(zhì)層硬化等多功能過程[15-16]。本文簡要綜述漆酶分子的結(jié)構(gòu)特征、底物譜及其催化功能，重點剖析酚類化合物對漆酶介導(dǎo)生物體內(nèi)有機物合成與分解代謝的影響及其雙功能作用機制，總結(jié)并展望漆酶的雙功能屬性在生物技術(shù)領(lǐng)域中的最新應(yīng)用前景，旨在為拓展和開發(fā)漆酶的多功能應(yīng)用提供新穎的見解和思路。

1 漆酶的化學(xué)結(jié)構(gòu)、底物譜和催化功能

漆酶是一種糖蛋白，其肽鏈大約由500～600個氨基酸組成，糖配基占整個分子的10%～45%。漆酶分子結(jié)構(gòu)中包含4個銅離子，即1個Ⅰ型銅離子（T1 Cu2+）、1個Ⅱ型銅離子（T2 Cu2+）和2個Ⅲ型銅離子（T3 Cu2+）[5，17]。其中 T1 Cu2+與半胱氨酸S配位結(jié)合形成的共價鍵在610 nm處有強烈的特征吸收峰，致使漆酶分子呈藍色。漆酶分子中1個T1 Cu2+形成單核位點參與底物的催化氧化過程，能夠從底物分子中獲得電子并傳遞給水體中的溶解氧分子；2個T3 Cu2+由單個羥基橋偶聯(lián)形成雙核，該雙核與1個T2 Cu2+結(jié)合形成3核銅簇中心，其可以接收來自T1 Cu2+單核位點傳遞的電子，將分子氧還原成水[3，18]。整個漆酶介導(dǎo)的單電子催化氧化循環(huán)過程中，單個分子的氧被還原成2個分子的水，4個底物分子被氧化形成4個相應(yīng)的反應(yīng)活性自由基中間體[19]。

漆酶具有廣泛的底物譜，可以催化多種有機物發(fā)生氧化耦合反應(yīng)或參與目標底物的降解過程[5，8，15]。漆酶也能夠在含有羥基、羧基、氨基和苯基等官能團的聚合材料表面發(fā)生催化氧化反應(yīng)，該類反應(yīng)有效地擴展了漆酶的底物譜及其在材料合成中的應(yīng)用價值[20]。如圖1所示，在漆酶介導(dǎo)氧化還原過程中，1-羥基苯并三唑（HBT）、2，6-二甲氧基苯酚（2，6-DMP）、2，2，6，6-四甲基哌啶氧化物（TEMPO）和2，2-聯(lián)氮-二（3-乙基-苯并噻唑-6-磺酸）二銨鹽（ABTS）等人工合成的氧化還原介質(zhì)起到電子載體等作用，促進漆酶在生物體外的催化氧化效能[21]；而天然存在的低分子酚醛樹脂類化合物也可以作為漆酶的氧化還原介質(zhì)，增加漆酶在生物體內(nèi)的表達量和催化氧化活性[14]。需強調(diào)，人工合成的氧化還原介質(zhì)在環(huán)境中的應(yīng)用成本較高，且能夠造成二次污染，在實際應(yīng)用中受到限制[22]。漆酶-氧化還原介質(zhì)體系催化底物氧化耦合與降解反應(yīng)的雙功能機制也廣泛地存在于生物體內(nèi)有機物合成與分解代謝過程中[13，15，23]。明確漆酶的雙功能屬性對生物體內(nèi)有機物合成與分解代謝的影響及其作用機理，可以為拓展和研發(fā)漆酶在生物技術(shù)領(lǐng)域中的應(yīng)用提供新穎的見解和思路。

圖1 漆酶反應(yīng)體系中常見的幾種人工合成和天然氧化還原介質(zhì)的化學(xué)結(jié)構(gòu)Figure 1 The chemical structures of several synthetic and natural redox mediators in laccase-catalyzed oxidation reaction systems

目前，在微生物、植物和昆蟲等生物體內(nèi)均發(fā)現(xiàn)了漆酶介導(dǎo)有機物合成與分解代謝的氧化還原反應(yīng)[2，24]。不同生物體內(nèi)的漆酶存在分子結(jié)構(gòu)和酶學(xué)性能差異，其參與有機物的氧化耦合或降解作用也有所不同，進而影響生物體內(nèi)有機物合成和分解代謝過程[15，24]。如圖2所示，真菌來源的漆酶在催化氧化高分子木質(zhì)素降解（通過氧化、脫甲基化等途徑）和低分子酚類、胺類化合物同源/異源耦合的反應(yīng)中扮演著重要角色[5，25-26]；植物漆酶在生物體內(nèi)纖維素的合成代謝中起到關(guān)鍵作用[27]，該過程可以利用漆酶介導(dǎo)的反應(yīng)活性自由基耦合機制將低分子酚類化合物聚合并偶聯(lián)在植物纖維組分中；而昆蟲漆酶能夠催化氧化酚類化合物和甲殼素/蛋白質(zhì)的交叉偶聯(lián)反應(yīng)形成高分子聚合物，導(dǎo)致昆蟲角質(zhì)層硬化[15，28-29]。與植物和昆蟲分泌的漆酶相比，真菌漆酶研究最為廣泛和深入，主要集中于擔(dān)子菌門（Basidiomycota）、子囊菌門（Ascomycota）和半知菌門（Deuteromycota）[5]。研究者主要采用添加誘導(dǎo)劑和基因工程提高真菌漆酶的產(chǎn)量及其氧化還原電位。與其他類型的天然酶對比（如木質(zhì)素酶和過氧化物酶），漆酶不僅避免了反應(yīng)過程對生態(tài)環(huán)境的破壞，也不需要通過活化過氧化氫進行氧化還原反應(yīng)[5，26]。因此，漆酶已經(jīng)在生物修復(fù)、染料脫色、纖維改性、有機合成和紙漿漂白等生物技術(shù)領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用[5，11]。

圖2 真菌、植物和昆蟲體內(nèi)漆酶參與有機物的合成與分解代謝Figure 2 Laccase-mediated anabolism and catabolism processes of organics in microorganisms，plants，and insects

2 酚類化合物對漆酶介導(dǎo)生物體內(nèi)有機物合成與分解代謝的影響

低分子酚類化合物是漆酶介導(dǎo)生物體內(nèi)有機物合成與分解代謝過程中的關(guān)鍵底物分子[23]。研究指出，微生物、植物和昆蟲等生物體內(nèi)的漆酶能夠催化氧化低分子酚類化合物產(chǎn)生苯氧活性自由基中間體，該活性中間體不僅可以通過同源耦合或異源耦合反應(yīng)形成大分子聚合產(chǎn)物，也能夠作為氧化還原介質(zhì)促進大分子化合物的氧化降解反應(yīng)形成小分子有機物，實現(xiàn)自然界中的碳、氮循環(huán)[5，13-15]。在生物體內(nèi)，漆酶介導(dǎo)有機物的合成代謝過程主要是以低分子酚類化合物作為結(jié)構(gòu)單元，催化氧化其參與單電子氧化耦合反應(yīng)生成多種二聚體同分異構(gòu)體[5，30]。這些二聚體可以進一步發(fā)生單電子轉(zhuǎn)移，再次形成苯氧活性自由基中間體并與酚類單體氧化耦合形成三聚體、四聚體和高分子聚合物[5，22]。

目前，已經(jīng)有研究者從功能缺失的突變體中獲取了關(guān)于漆酶介導(dǎo)天然低分子酚類化合物參與生物體內(nèi)有機物合成代謝反應(yīng)的直接證據(jù)。例如，Pourcel等[31]指出，擬南芥（Arabidopsis thaliana）種皮中漆酶表達量的減少與類黃酮單體濃度的增加呈顯著相關(guān)性，表明生物體內(nèi)漆酶活性的降低能夠影響天然酚類化合物的氧化聚合反應(yīng)。此外，植物體內(nèi)漆酶活性的變化也能夠影響木質(zhì)部組織的木質(zhì)化程度[30]。Berthet等[32]證實，植物體內(nèi)漆酶基因LAC4和LAC17的缺失可以導(dǎo)致其莖中木質(zhì)化程度呈現(xiàn)顯著下降趨勢。漆酶介導(dǎo)生物體內(nèi)有機物的合成代謝過程也能夠影響昆蟲的角質(zhì)層硬化和真菌的黑色素生成[29，33-34]。例如，Arakane等[23]采用RNAi技術(shù)敲除甲蟲角質(zhì)層中的漆酶基因，證實甲蟲體內(nèi)的漆酶可以顯著地影響其角質(zhì)層硬化和色素沉積，缺乏漆酶會導(dǎo)致甲蟲外殼無色、柔軟。另有研究指出，漆酶能夠催化昆蟲體內(nèi)來源于多巴胺和二羥基苯乙醇的鄰苯二酚，其氧化形成醌中間體后與蛋白質(zhì)通過C-N和C-O連接生成異源耦合產(chǎn)物是導(dǎo)致昆蟲角質(zhì)層硬化的關(guān)鍵步驟[29，33]。昆蟲漆酶參與角質(zhì)層的硬化不僅有利于保護昆蟲免受外界損傷，也能夠在昆蟲運動、呼吸和交流等方面發(fā)揮至關(guān)重要的作用。在真菌體內(nèi)，外源或內(nèi)源酚類化合物如兒茶素、兒茶酚、二羥基萘和二羥基苯丙氨酸能夠被漆酶活性氧化，隨后這些化合物發(fā)生以自由基耦合為基礎(chǔ)的同源或異源聚合反應(yīng)生成黑色素[35-36]。此外，真菌漆酶介導(dǎo)酚類化合物的氧化耦合反應(yīng)也能夠引起生物體內(nèi)活性氧（ROS）、生色團和抗菌性能發(fā)生改變[15，37]。這些變化與真菌體內(nèi)有機物合成代謝過程中的生物學(xué)功能具有密切相關(guān)性，如細胞壁完整性、機體免疫功能、毒性效應(yīng)和色素沉淀等[14-15]。

與合成代謝對比，生物體內(nèi)涉及到漆酶參與的分解代謝過程主要存在于白腐真菌中[38-39]。例如，Bermek等[40]利用白腐真菌的漆酶缺陷突變體誘導(dǎo)大分子木材降解，證實木材的降解需要白腐真菌分泌的漆酶參與；但是漆酶的氧化還原電位無法覆蓋木材表面的非酚類官能團，其驅(qū)動木材的降解過程也需要借助天然酚類化合物的協(xié)助[41]。研究者總結(jié)了漆酶催化氧化大分子木材降解為小分子化合物的作用機理，主要包括兩個方面[42]:（1）在Fe2+存在條件下，漆酶催化氧化2，5-二甲氧基氫醌形成ROS，進而誘導(dǎo)木材的氧化降解反應(yīng)形成低分子化合物；（2）另一方面，低分子酚類化合物作為漆酶降解大分子木材的氧化還原介質(zhì)，能夠促進漆酶催化底物形成苯氧活性自由基，導(dǎo)致木材轉(zhuǎn)化成氧化的聚合產(chǎn)物，隨后該類聚合物進一步發(fā)生氧化降解或鍵斷裂反應(yīng)形成低分子有機物。漆酶-低分子酚類化合物構(gòu)成的氧化還原介質(zhì)體系也涉及到大分子木材的徹底礦化和腐殖化作用，這些過程能夠參與生態(tài)系統(tǒng)中的碳、氮循環(huán)[14-15]。該系統(tǒng)催化生物體內(nèi)有機物分解代謝的效率主要取決于漆酶的氧化還原電位及其催化氧化底物形成苯氧活性自由基的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和半衰期長短[43]。

3 漆酶介導(dǎo)生物體內(nèi)有機物合成與分解代謝的雙功能機制

在生物體內(nèi)，漆酶能夠催化氧化酚類有機物合成與分解代謝過程；而在生物體外，漆酶的催化底物更為廣泛，包括酚類、胺類、芳香類和硝?；惖然衔颷5，13，15，44]。研究證實，漆酶催化生物體內(nèi)有機物合成與分解代謝的雙功能機制包括活性自由基介導(dǎo)小分子有機物的氧化耦合反應(yīng)和漆酶-氧化還原介質(zhì)介導(dǎo)大分子化合物的分解反應(yīng)[15，23]。耦合反應(yīng)促進了生物體內(nèi)小分子有機物的合成代謝形成同源或異源大分子聚合產(chǎn)物[30]，而分解反應(yīng)增強了生物體內(nèi)大分子難降解化合物的分解代謝形成小分子有機物[38]。明確漆酶介導(dǎo)生物體內(nèi)有機物合成與分解代謝的雙功能機制，有望為開拓和研發(fā)漆酶在生物技術(shù)領(lǐng)域中的最新應(yīng)用潛力提供理論依據(jù)和技術(shù)指導(dǎo)。

漆酶催化生物體內(nèi)有機物合成代謝的機理是活性自由基介導(dǎo)的氧化耦合反應(yīng)（圖3）。研究指出，漆酶不僅能夠催化氧化單一低分子有機物通過C-C、C-O或C-N耦合反應(yīng)形成多種同源二聚體的同分異構(gòu)體，也可以催化氧化兩種或兩種以上不同低分子有機物的共價耦合作用形成多種異源聚合物的同分異構(gòu)體，這些低聚物能夠進一步參與底物的氧化耦合反應(yīng)形成高分子聚合產(chǎn)物[5，45-46]。一方面，研究者可以在自由基介導(dǎo)的氧化耦合反應(yīng)發(fā)生前，利用反應(yīng)活性自由基中間體的電子位移作用獲得多種不同化學(xué)結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)化產(chǎn)物[47]；而經(jīng)過長時間的反復(fù)耦合過程能夠誘導(dǎo)同源或異源大分子高聚物的產(chǎn)生。另一方面，漆酶催化低分子有機物的氧化耦合反應(yīng)也可以通過結(jié)合作用促使大分子聚合物表面形成具有特殊作用的化學(xué)功能團[48-49]。研究已經(jīng)證實，同源耦合和異源耦合過程是漆酶參與生物體內(nèi)有機物合成代謝的主要機制[23]。例如，漆酶介導(dǎo)生物體內(nèi)的木質(zhì)化過程、類黃酮合成和黑色素生成等合成代謝過程[31-34]。此外，漆酶介導(dǎo)的ROS清除、生色團形成和黏附功能也能夠顯著地改變生物體內(nèi)有機物的多羥基苯官能團、雙鍵結(jié)合和芳香性等結(jié)構(gòu)特征[14-15]。漆酶催化生物體內(nèi)有機物的合成代謝性質(zhì)增加了其在生物合成工藝領(lǐng)域中的應(yīng)用范圍。

圖3 漆酶介導(dǎo)有機物合成與分解代謝的雙功能機制Figure 3 The bi-functional mechanisms of the anabolism and catabolism of organics in in-vivo by laccase-mediated oxidation reactions

漆酶介導(dǎo)生物體內(nèi)有機物分解代謝的過程主要通過漆酶-氧化還原介質(zhì)體系完成（圖3）。在早期的研究中，人工合成的氧化還原介質(zhì)（如HBT和ABTS）應(yīng)用較為廣泛，而天然氧化還原介質(zhì)主要來源于生物體內(nèi)木質(zhì)素降解過程中衍生的低分子酚類化合物，如香草酸、丁香酸、香草醛和香豆酸等[31]。與漆酶催化有機物的合成代謝機制不同，氧化還原介質(zhì)在漆酶催化氧化有機物分解代謝過程中起到關(guān)鍵作用，如電子轉(zhuǎn)移或氫原子轉(zhuǎn)移[22，50]。在氧化還原介質(zhì)存在條件下，漆酶催化有機物的單電子氧化過程中形成的反應(yīng)活性自由基可以恢復(fù)目標底物中的氫原子或電子。例如，HBT可以通過氫原子轉(zhuǎn)移實現(xiàn)漆酶催化目標底物降解的氧化還原過程，該過程中漆酶催化單電子的去除，隨后從HBT介質(zhì)的N-OH中自發(fā)釋放質(zhì)子[22]；而ABTS則能夠通過電子轉(zhuǎn)移機制促進漆酶催化氧化有機物的C-C、C-O或C-N鍵斷裂形成小分子降解產(chǎn)物[50]。此外，研究者發(fā)現(xiàn)在漆酶-TEMPO介質(zhì)系統(tǒng)中存在一種非自由基離子機理，該反應(yīng)過程中能夠形成相應(yīng)的氧代銨離子參與目標化合物的氧化降解反應(yīng)[51]。由此可見，漆酶-氧化還原介質(zhì)體系能夠促使酚類化合物和非酚類化合物的快速氧化或官能團裂解，形成多種小分子降解產(chǎn)物。例如，漆酶-HBT介質(zhì)體系可以催化三氯生的醚鍵斷裂，形成2，4-二氯苯酚、3-氯苯酚及其脫氯和開環(huán)的小分子化合物[22]。因此，漆酶-氧化還原介質(zhì)體系催化生物體內(nèi)大分子有機物的分解代謝機制可用于生物體外纖維漂白和難降解有機物的環(huán)境修復(fù)，其反應(yīng)速率主要取決于反應(yīng)活性自由基的氧化還原電位和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性[5，22，52]?；谄崦附閷?dǎo)生物體內(nèi)有機物合成與分解代謝的雙功能機制，有望在生物體外拓展和研發(fā)出多種新型技術(shù)應(yīng)用于生物技術(shù)領(lǐng)域。

4 漆酶雙功能屬性在生物技術(shù)領(lǐng)域中的應(yīng)用

漆酶催化氧化生物體內(nèi)有機物的雙功能屬性表現(xiàn)為合成和分解代謝過程，表1總結(jié)了漆酶的雙功能特性在生物技術(shù)領(lǐng)域中的應(yīng)用。目前，漆酶介導(dǎo)有機物的氧化耦合反應(yīng)主要用于有機合成和聚合物表面官能團的功能化[48-49]。例如，采用漆酶催化氨基苯酚的氧化聚合反應(yīng)可以用于合成放線菌素和吩惡嗪酮抗生素，該過程包括同源耦合和環(huán)縮合反應(yīng)[37]。同時，漆酶也能夠催化氧化具有天然生物活性的有機物同源耦合反應(yīng)。例如，Nicotra等[53]利用漆酶催化反式白藜蘆醇合成的二聚體可以用于反應(yīng)過程中ROS的清除。此外，研究者也提出了利用不同有機物的交叉偶聯(lián)反應(yīng)制備具有特殊功能的異源聚合產(chǎn)物。例如，Schroeder等[54]利用漆酶介導(dǎo)3-（3-叔丁基-4-羥基苯基）丙酸甲酯和HBT的交叉偶聯(lián)反應(yīng)，成功合成了紫外線吸收試劑。漆酶介導(dǎo)小分子酚類有機物的同源/異源氧化耦合反應(yīng)形成的功能性聚合物也具有黏附、導(dǎo)電和形成生色團等特殊功能[14]。

表1 漆酶介導(dǎo)有機物耦合與降解的雙功能屬性在生物技術(shù)領(lǐng)域中的應(yīng)用Table 1 Applications of laccase-mediated coupling and degradation of organics in biotechnological areas

利用漆酶的雙功能屬性拓展和開發(fā)具有特殊物理化學(xué)功效的生物試劑應(yīng)用于化妝品、攝影和制藥行業(yè)也具有一定的可行性。例如，采用漆酶催化氧化天然酚類化合物的同源或異源耦合作用形成的新型生色團化合物可以用作環(huán)保型染發(fā)劑[45]。López等[55]研究指出，利用漆酶催化4-氟-2-甲氧基苯酚氧化耦合形成具有高熱阻、低熔點和發(fā)光性能的聚合產(chǎn)物在攝影制作方面發(fā)揮重要作用。此外，研究者通過改變漆酶催化氧化耦合過程中使用的有機溶劑能夠控制合成產(chǎn)物的分子量大小和化學(xué)結(jié)構(gòu)，也可以通過篩選低分子有機物或利用漆酶催化低分子有機物與聚合材料的結(jié)合反應(yīng)獲得具有特殊功能的新型聚合材料[3]。例如，可以將抗生素和抗氧化劑引入到目標聚合物表面，合成具有抗菌和抗氧化性能的多功能聚合材料[49，56]。另一方面，漆酶介導(dǎo)的催化氧化耦合作用也能夠用于水體中大分子難降解有機污染物的去除和凈化。例如，Sun等[6，57]研究證實，漆酶能夠催化水體中三氯生和17β-雌二醇的單電子氧化耦合反應(yīng)形成高分子聚合物，聚合物的形成顯著地降低了母體化合物的生物有效性和毒性。該方法首先將水體中的有機污染物氧化耦合形成高分子聚合沉淀物，隨后通過簡單的過濾或沉降作用即可達到污染物的高效去除[57]。

漆酶-氧化還原介質(zhì)體系可以催化醇、烯烴和醚等非酚類官能團的氧化降解，表明該體系能夠用于生物氧化或降解工藝，如天然大分子聚合物的漂白作用和合成染料的脫色反應(yīng)[25，58-59]。該過程類似于生物體內(nèi)漆酶-低分子酚類化合物介質(zhì)體系降解大分子木質(zhì)素，普遍用于生物煉制和紙漿研磨工業(yè)中的去木質(zhì)化過程[58-61]。另有研究指出，在氨基酸的協(xié)同作用下，漆酶可以增加纖維原料中的羧基含量，進而影響纖維負電性、提升成紙性能[61-62]。此外，漆酶-氧化還原介質(zhì)體系也能夠用于游離或結(jié)合態(tài)紙漿谷甾醇的降解，增加纖維的亮度和韌性[63]。其中人工合成的氧化還原介質(zhì)，如HBT和紫尿酸具有相對較高的漂白效率[64-65]，而某些天然氧化還原介質(zhì)也具有類似效果[21，66]。另一方面，漆酶-氧化還原介質(zhì)體系將漆酶的生物修復(fù)潛力擴展到非酚類污染物的降解和解毒作用。該介質(zhì)體系能夠有效地降解合成染料、雌激素、抗生素、三氯生、殺蟲劑和多環(huán)芳烴等難降解有機污染物[22，59，67-68]。例如，漆酶-ABTS 反應(yīng)體系能夠高效地降解土壤中大分子多環(huán)芳烴苯并[a]芘[69]。與漆酶介導(dǎo)的氧化耦合反應(yīng)相比，漆酶-氧化還原介質(zhì)體系顯著地增加了大分子難降解有機污染物的去除效率，并縮短了其降解半衰期。該體系含有較高的能量，可以誘導(dǎo)大分子難降解有機污染物氧化鍵裂解形成小分子化合物，甚至將其礦化為二氧化碳和水[5，70-71]。

此外，漆酶的雙功能機制也能夠應(yīng)用于醫(yī)療診斷、食品改性、生物監(jiān)測和環(huán)境評估等生物技術(shù)領(lǐng)域[72-76]。在醫(yī)療診斷方面，將漆酶固定在網(wǎng)狀電極上能夠用于快速測定腦神經(jīng)組織成分中的兒茶酚，該方法避免了抗壞血酸對檢測結(jié)果的干擾；同時，漆酶的固定化技術(shù)也可以用于人體內(nèi)氫醌和對苯二胺含量的分析檢測[77]。在食品工業(yè)方面，漆酶不僅能夠生產(chǎn)出穩(wěn)定和澄清的果汁，也可以提高果汁的感官品質(zhì)和風(fēng)味[73]。在生物監(jiān)測和環(huán)境評估方面，采用漆酶和葡萄糖脫氫酶構(gòu)建的雙酶電極可以顯著地提高二茂鐵和腎上腺素的檢測靈敏度[74]，而利用漆酶修飾的納米電極能夠制作生物傳感器[78]。近年來，隨著漆酶雙功能機制的深入研究，其也逐漸被用于生物發(fā)電、納米反應(yīng)器制備和復(fù)合材料接枝等方面[79-81]。因此，拓展和研發(fā)漆酶的雙功能屬性在生物技術(shù)領(lǐng)域中的應(yīng)用具有巨大的商業(yè)價值。

5 結(jié)論與展望

在生物體外，漆酶擁有氧化耦合和降解有機物的雙功能屬性，其對微生物、植物和昆蟲等生物體內(nèi)有機物合成與分解代謝過程發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。在合成代謝過程中，漆酶能夠催化生物體內(nèi)低分子有機物的同源/異源氧化耦合形成高分子聚合產(chǎn)物。該機制可以用于制備多功能聚合材料、水污染凈化和有機合成等方面。在分解代謝過程中，漆酶能夠介導(dǎo)大分子有機物的氧化降解和鍵斷裂反應(yīng)形成小分子化合物。該機制可以利用低分子酚類化合物作為漆酶的氧化還原介質(zhì)，強化目標化合物的氧化還原循環(huán)過程。這種漆酶-氧化還原介質(zhì)體系能夠有效地用于纖維漂白、去木質(zhì)化和難降解有機污染物的去除。

能否利用生物體內(nèi)涉及到漆酶催化氧化小分子酚類物質(zhì)合成代謝與大分子有機物分解代謝的雙功能機制，拓展和開發(fā)漆酶在生物技術(shù)領(lǐng)域中的潛在應(yīng)用價值仍然是研究者亟待解決的難點問題之一。鑒于此，我國研究者今后應(yīng)當(dāng)從以下幾個方面著手:（1）明確漆酶在微生物、植物和昆蟲等生物體內(nèi)的催化氧化功能，并將其應(yīng)用于生物體外的化學(xué)合成與降解工藝；（2）利用漆酶的催化偶聯(lián)機制將低分子有機物結(jié)合在聚合材料表面，獲得具有多功能屬性的新型聚合材料；（3）采用基因工程和分子生物學(xué)技術(shù)對生物體內(nèi)漆酶進行異源表達，挖掘漆酶的雙功能屬性在環(huán)境、生物、醫(yī)學(xué)和化工等領(lǐng)域中新的應(yīng)用前景和商業(yè)價值。