漆酶在环境生物治理中的应用1.ppt

1、漆酶在环境生物处理技术中的应用，内容、介绍、一般环境生物处理技术，都直接用微生物来处理污染物。与直接利用微生物处理废水相比，酶制剂催化反应具有以下优点：分解效率高、毒性低、操作简单。微生物通常具有致病性，而酶对环境友好，因为酶及其反应产物在环境中容易生物降解。该酶应用范围广，可在较宽的酸碱度、温度和盐浓度范围内处理低浓度或高浓度的污染物。然而，微生物通常只适用于处理低浓度的污染物。简介：酶制剂的主要缺点是价格高，易被各种因素(如盐浓度、酸碱度和有机溶剂等)变性和失活。)。但是随着现代生物技术的发展，通过有效的分离、纯化、基因表达和重组技术。生产大量廉价的酶是可能的。采用新型酶固定化技术，可以明

2、显提高酶的稳定性和重复利用率，从而进一步降低其使用成本。漆酶，漆酶(EC 1。10.3.2)、对二酚：(双)氧化还原酶，也称为酚酶、多酚氧化酶、漆酚氧化酶等。是一种含铜的糖蛋白氧化酶，属于蓝铜氧化酶家族。漆酶已被研究了100多年，它是迄今为止发展最早的酶之一。1883年，日本人吉田在研究漆树生漆溶液时发现了这种酶成分，但当时被误认为是淀粉酶。漆酶得名。1898年，法国人伯特兰在研究越南产漆液时首次提出漆酶的概念，至今已使用两年。在自然界，漆酶分布在许多植物中，几乎所有的真菌和一些昆虫和细菌。它们可以是分泌的酶，也可以位于细胞中，这因物种而异。工业实践和科学研究中使用的漆酶主要来自漆树漆酶和真菌

3、漆酶。真菌漆酶一直被用作研究漆酶的模型。分泌漆酶的真菌主要集中在高等真菌中，如担子菌亚门、子囊菌亚门和半知菌亚门，其中以担子菌亚门的白腐真菌3号最为重要。漆酶是糖蛋白，它们的糖含量和类型因来源不同而不同。一些菌株的漆酶由几种同工酶组成，其中大多数是单体酶，具有广泛的底物特异性。漆酶的分子特征漆酶是一种糖蛋白，肽链一般由约500个氨基酸组成，苷元占整个分子的10%。糖成分包括己糖胺、葡萄糖、甘露糖、半乳糖、岩藻糖和阿拉伯糖。由于分子中糖基的不同，漆酶的分子量因来源不同而差异很大，甚至同一来源的漆酶的分子量也不同。漆酶的性质和生化特性可以催化许多具有广泛底物的化合物的氧化，包括许多与对苯二酚结构相

4、似的化合物，如氨基苯酚、邻对苯二酚、多酚、多胺、木质素和芳基二胺。一些漆酶能有效氧化抗坏血酸，一些真菌漆酶能催化木质素和甲氧基酚酸的脱甲基。必须注意，过氧化物酶和其他多酚氧化酶可以催化类似的反应，但是这些酶不使用分子氧作为第二底物，因此测量催化反应中的氧吸收率可以用作漆酶活性的可靠证据。大多数漆酶抑制剂是铜离子螯合剂，包括卤化物、半胱氨酸、乙二胺四乙酸和十二烷基硫酸钠等。不同的离子强度也会影响酶的活性。漆酶的合适底物分子是酚、芳香胺和脂肪胺。它们催化的过程是底物的单电子氧化产生相应的活性自由基。酶分子包含一个由四个铜原子组成的簇作为催化核心(图一)，进行氧化还原过程。催化核心中铜原子的相互作用

5、导致强烈的电子吸收，产生典型的蓝色。图二显示了漆酶催化的循环过程，其中一个氧分子被还原成两个水分子，同时四个底物分子被氧化产生四个自由基，这些活性中间体随后被转化成二聚体、低聚物和聚合物。漆酶催化的反应可以根据其他分子的存在分为三种不同的模式，如上图所示。在最简单的模式中，只有一个底物分子，不存在其他分子，如图A所示.在这种情况下，酶直接催化底物氧化完成整个反应。在第二种情况下，酶和底物中有一个中间分子，它通过中间分子的氧化还原过程转移电子，如图二所示.这种情况更常见，因为有时待氧化的分子太大而不能靠近酶活性中心的铜簇，这需要中间分子，或者因为底物分子的氧化还原电位太高，反应不能一次完成，这也

6、需要中间分子的帮助。图3所示的情况是最复杂的。在这种模式下，除了介体分子外，还需要含有黄素作为辅助基团的脱氢酶来介导电子转移。生产5。菌株的筛选和选育、培养方法、培养基和培养条件。目前，研究最多的是液体培养，但也有固体培养的报道。这两种不同的培养方法对细菌生长和漆酶活性的影响仍不清楚。在液体培养中，在优化基础培养基时，大多是根据碳源、氮源、碳氮比、无机盐和微量元素对漆酶活性的影响来选择的；此外，在培养基中加入一些天然物质制备半合成培养基也非常有利于漆酶产量的提高。在确定合适的培养基后，还应考察环境条件对漆酶产生的影响。要考虑的因素包括细菌年龄、液体体积、接种量、培养温度、培养时间、初始酸碱度、

7、摇床转速和培养液粘度。不同的菌株对这些条件有不同的要求。在分离纯化漆酶时，通常将最佳发酵条件下的发酵液用快速定性滤纸过滤，得到粗酶液，然后对粗酶液进行盐析、等电点沉淀和有机溶剂分馏处理；然后用凝胶过滤、离子交换层析、吸附层析、亲和层析等方法进一步分离纯化。如有必要，选择区域电泳和等电聚焦作为最后的纯化步骤；最后，通过控制温度、盐析、加入有机溶剂或调节酸碱度可以得到漆酶晶体。固定化，通过使用新的酶固定化技术，可以显著提高酶的稳定性和重复利用率，从而可以进一步降低其使用成本。固定化漆酶是指水溶性漆酶通过物理或化学方法固定在有机或无机载体上，形成酶活性不溶于水的酶衍生物。有三种物理方法：物理吸附、包

8、埋和离子吸附。化学方法主要包括共价键和交联键。固定化方法，固定化真菌漆酶6。废水中氯酚类有机化合物是一种非常重要的工业有机化合物，广泛应用于染料、颜料、防腐剂、除草剂、杀虫剂和杀菌剂等多种商品中。由于氯酚具有不同程度的毒性，生产这些物质所排放的工业废物是一个污染源；此外，石油相关行业、纺织行业和造纸行业的纸浆漂白废水和饮用水在氯消毒过程中会产生一些氯酚及其衍生物，对环境和人体健康造成严重危害。辣根过氧化物酶和酪氨酸酶具有降解环境中这些有毒有害物质的能力。据报道，漆酶与这两种酶具有相似的性质，但在反应中不需要加入过氧化氢。影响降解的因素、底物转化的量与取代基、取代基在底物化学结构中的位置和数量有

9、关。一般来说，在漆酶转化酚类物质的能力依次为甲酚甲氧基酚、1氯酚和溴酚。同时，底物的漆酶转化效率降低了7。一般来说，体系的酸碱度对酶活性有很大影响，底物的化学结构也影响最适酸碱度7。随着酚芳香环中取代氯原子数量的增加，过氧化物酶的最适pH值将从4-氯酚的8.3降至二氯苯酚的6.5、三氯酚的6.1和五氯酚的5.4。漆酶的浓度对氯酚底物的转化率有很大影响。在任何底物浓度下，底物转化率随着酶量的增加而增加。在相同漆酶用量下，不同底物的转化率不同。底物浓度对漆酶活性也有一定影响。底物和漆酶的浓度、添加剂、反应时间和温度以及一些添加剂的加入都可以大大促进漆酶对酚类物质的处理。印染废水和合成染料广泛应用于

10、印染行业，目前已有10000多种。根据染料的不同结构，可分为漆酶底物染料和非漆酶底物染料。蒽醌染料是漆酶的底物，漆酶可以直接氧化蒽醌染料，脱色降解程度与酶活性成正比。实验表明。白腐菌曲革菌分泌的漆酶和锰过氧化物酶降解硝基苯和蒽醌混合物，1224天去除率达90%以上。漆酶的活性和稳定性远高于锰过氧化物酶，锰过氧化物酶在降解污染物中起主导作用。印染废水、偶氮染料和靛蓝染料不是漆酶的底物，但加入小分子介体ABTS后，降解效果明显提高，提高比例与ABTS浓度成正比。实验还表明，偶氮染料和靛蓝染料在漆酶的作用下降解非常缓慢，加入(33umol)蒽醌染料后，降解速度迅速提高到3540mg/(11h)10，

11、使漆酶在工业染料降解中的应用成为可能。在造纸工业中，造纸过程之一是纸浆漂白。传统的化学漂白方法使用氯和氯化物漂白纸浆。含氯漂白废液含有许多有毒的氯化有机物(如氯仿、各种氯化酚、二恶英等)。)。在使用化学漂白剂前用漆酶处理可以降解化学纸浆中残留的木质素，从而减少漂白所需的漂白剂用量，降低废水的污染负荷，减少废水中的有毒物质，使废水易于处理。一些研究者用漆酶处理麦草化学浆，观察其对降低氯漂废水污染负荷的效果。为了从根本上去除纸浆中残留的木质素，消除有毒含氯漂白废水的污染，必须使用三种能直接攻击木质素的主要氧化酶：木质素过氧化物酶、锰过氧化物酶和漆酶。漆酶被认为是最有前途的酶。通过木聚糖酶和漆酶的联

12、合作用，有望完全降解纸浆中残留的木质素，实现真正的生物漂白。在造纸工业中，据1990年报道，漆酶在电子转移介质的帮助下可以氧化非酚木质素模型化合物，漆酶漂白已成为生物漂白研究的热点。一般认为漆酶介体在脱木素过程中存在氧化还原循环，即漆酶氧化介体形成小分子化合物自由基，这些自由基扩散到纸浆中，然后与纸浆中的木质素发生反应将其降解。漆酶介体系统在生物漂白过程中木质素降解机理示意图，参考文献，10，000云阳，杜玉民。漆酶的结构和催化机理。化学通报，2007，70 (9) : 662- 670。2姜丽金。天然漆(生漆)北京：化学工业出版社，19603360-29。于惠生，傅，等.白腐菌漆酶的研究进展.微生物学通报，1998，25 (4) : 233-236.4 .漆酶：的性质、催化机理及应用。应用生物化学生物技术，49 : 257280 5范，刘。漆酶生产及应用研究进展J.农产品加工学报，2007，5 :15-17 6万云阳，杜玉民.漆酶来源与绿色化学应用林产化学与工业，2008，28(6): 100-108 7 12 .博拉格.氧化还原酶通过聚合反应对取代酚的解毒作用.拱门。环境。Cont am托西。1990，19:5438 YAROPOOV等.漆酶的性质，催化机理和适用性.