锰过氧化物酶（MnP）的研究进展.doc

锰过氧化物酶（MnP）的研究进展 第34卷第4期 2005年08月 Vo1.34No.4 Aug.2005 锰过氧化物酶(MnP)的研究进展 王蓓,王圆,周晓云,芦国营 (浙江工业大学生物与环境T程学院.浙江杭州310014) 摘要:锰过氧化物酶是一种能降解木素的酶,由担子真菌中的特定种属产生,广泛应用于生物制浆,纸浆的 酶法漂白,有机污染物的降解和环境的生物修复等方面.本文全面介绍了锰过氧化物酶的产生菌,催化机理,以及 基因工程方面的研究成果,并对其可能带来的工业应用前景以及今后的研究方向进行了展望. 关键词:锰过氧化物酶;木素降解;真菌 中图分类号:Q554.9文献标识码:A文章编号:1671—9905(2005)04—0028—04 锰过氧化物酶(Manganeseperoxidase;EC1. 11.1.13)是在大约2O多年以前由MGoldsgroud 和R.Crowfordsgroup两家国际研究小组从黄孢原 毛平革菌(Phanerochaetechrysosporium)的发酵液 中发现的_】j,是一种真菌分泌的糖基化胞外蛋白,分 子量在38～62.5kDa,含有血红素辅基.自然界中, 木素是仅次于纤维素的第二大天然聚合物,主要由 天然的芳香族聚合物组成,占植物细胞化学组成的 20～3O,它提供细胞壁足够的力度和韧性口j, 但由于疏水性及复杂立方体结构,不能像其它绝大 多数自然界中的聚合体(如纤维素,淀粉)被水解酶 所水解.自然界的绝大多数的微生物不具备降解木 素的能力,只有少数可分泌胞外过氧化物酶的白腐 真菌以及一些特定的枯草真菌可以分别将木头(树 干,树枝)在地面以及土壤中分解,主要通过自身产 生的漆酶(Iaccases),木素过氧化物酶(IiP)和锰过 氧化物酶(MnP),参与对木素大分子的最初降解反 应,并在降解过程中在木素聚合物内形成自由基,导 致键的不稳定从而打断木素大分子_3]. 1MnP的产生菌[5-7] MnP的产生菌仅仅被局限在担子真菌中的特 定一类,在细菌,酵母,霉菌和会产生菌根的担子真 菌中不会产生.在引起白腐的木腐菌和土壤枯草菌 这两个担子真菌系统中,MnP大量存在于其微环境 中.典型的木腐真菌有:Meruliaceae,Coriolaceae和 Polyporaceae;土壤枯草菌有:Strophariaceae和 Tricholomataceae.另外,还有一些来自于腐败的海 草,冷却塔的木料和褐煤中的MnP产生菌. 2MnP的催化体系 2.1催化反应机理 MnP的反应链类似于其他含有亚铁血红素亚 基的过氧化物酶,同样包含了Fe¨,以及活性的中 问体CompoundI和CompoundⅡ[(见图1). 图1MnP的反应循环 不同点是MnP以在木素和土壤中广泛存在的 Mn抖为酶反应底物.循环始于含有Fe.的酶与 H.O:或有机过氧化物结合形成铁过氧化物联合体, 同时亚铁血红素上的2个电子转移到过氧化物的双 氧键上,使其断裂释放出1分子HO,并形成活性氧 络合Fe卟啉联合体一MnP—CompoundI_H9j.接着由 一 个螯合的Mn作为电子供体将MnP—Compound I还原为MnP—CompoundⅡ,同时自身被氧化为 Mn,随后MnP—CompoundlI再被一个螫合的 Mn.还原回原型完成该循环,放出2个分子Ho. Mn抖通过螯合作用与有机酸(如草酸,丙二酸,苹果 作者简介:王蓓(1975一),女,浙江义乌人,主要从事发酵工程方面的研究 收稿日期:2005—03—28 第4期王蓓等:锰过氧化物酶(MnP)的研究进展29 酸等)结合形成稳定的高氧化还原电势,螯合的 Mn抖作为可扩散的氧化还原介质氧化苯酚,甲氧基 芳香族化合物,硝基/氯代芳香族化合物和有机 酸E].另外,MnP对高浓度的HO敏感,易被氧化 为无活性的氧化态Compound111. 2.2催化体系中形成的自由基 有机酸螫合的Mn件能与多种底物发生电子转 移反应,形成各类自由基[1(见图2).酚类和氨基芳 香类化合物被氧化一个H分别形成相应的苯氧基 自由基和苯氨自由基.一些特定的非酚类芳香化合 物失去一个电子被氧化为芳基阳离子自由基.羧酸 与螯合的Mn反应形成相应的烷基自由基,后被 转化为另一种形态的超氧化物.该自由基被认为是 HO的供应源,能在外部缺少H0的情况下被 MnP应用.硫醇和不饱和脂肪酸与MnP反应分别 形成相应的具有高反应活性的硫醇自由基和过氧化 氢自由基.在分子氧存在的情况下进攻顽固的木素 分子结构,分解木素,同时,它们同样也是H0的 供应源L1. U~(UPd(edAIkTIrjdI口l 卜m -,=lt;: ¨d…IIhg^l一l|I 图2MnP分解系统中形成的活性自由基 3木素分解模型 3.1木素