真菌漆酶结构与功能研究进展_刘忠川.pdf

生物物理学报 2013 年 9 月 第 29 卷 第 9 期: 629-645 ACTA BIOPHYSICA SINICA Vol.29 No.9 Sep. 2013: 629-645 综述 / Mini Review 真菌漆酶结构与功能研究进展 刘忠川 1,2,3， 王刚刚 1,2,3 1. 中国科学院成都生物研究所，成都 610041； 2. 中国科学院环境与应用微生物重点实验室，成都 610041； 3. 环境微生物四川省重点实验室，成都 610041 收稿日期：2013-07-23 ；接受日期：2013-09-12 基金项目：中国科学院环境与应用微生物重点实验室开放基金资助项目(Y1C5101101) 通讯作者：王刚刚，电话：(028E-mail ：wanggg@ 摘要： 真菌漆酶是一种多酚氧化酶, 可以利用铜离子特有的氧化还原能力 ， 对还原性底物进行单 电子氧化， 同时传递四个电子 ， 将作为第二底物 的氧气还原成水。 已经在 60 多种真菌菌株中发 现并确定了漆酶活性 。 真菌漆酶在结构上存在多态性 ， 功能上具有多样性 ， 且因其具有较高的 氧化还原电势 ， 在工业催化中具有巨大 的应用潜力。 文章对真菌漆酶的结构与功能关系研 究进 展进行综述 ， 重点介绍了近年来 真菌漆酶 晶体结构研究的 新 成果 ， 以及 真菌漆酶保守 结构特 征 对其功能的 影响 ， 并综合光谱学 、 动力 学和晶体学研究结 果 ， 详细 介绍了真菌漆酶中电子传递 机制和 真菌漆酶反 应机理研究的 最新进展 。 关键词：真菌漆酶 ； 结构 ； 功能 ； 电子传递； 反应机理 中图分类号：Q6 DOI ：10.3724/SP.J.1260.2013.30107 引 言 漆酶 (EC ) 是一种含铜的多酚氧化酶，与抗坏血酸氧化酶、哺乳动物血浆铜蓝 蛋白和胆红素氧化酶等同属于蓝色多铜氧化酶家族 (multi copper oxidase ，MCO)[1]。漆酶最 初是由日本人 Yoshida ( 1883 年) 在日本漆树的生漆液中发现的，并因此而得名[2]。一个世 纪后, Bertrand (1985 年) 首次鉴定漆酶为一种含金属的氧化酶[3]。现今 ，除了植物[4]，在昆 虫[5]、真菌[6]和细菌[7,8] 中也发现了漆酶。其 中，真菌漆酶研究最为广泛和深入，已经在 60 多 种真菌菌株 中发现并确定了漆酶活性，这些菌株主要集 中于担子菌属、子囊菌属和半知菌 属[9,10]。漆酶的催化底物较为广泛，主要包括酚类和芳香类化合物。2,2- 连氮 - 双 (3- 乙基苯 并噻唑啉 -6- 磺酸) 〔2,2-azino-bis(3-ethylbenzothiazoline-6-sulfonic acid) ，ABTS 〕常作为真 菌漆酶的特征底物， 另外 ，丁香醛连氮 ( Syringaldizine，SGZ) 和 二甲基 苯酚 (dimythyl- phenol ，DMP) 也是检测漆酶活性 的常用底物[9,10]。漆酶可以利用铜离子特有 的氧化还原能 力，对还原性底物进行单 电子氧化，同时传递四个电子，将作为第二底物的氧气还原成水 。 近年来，漆酶介导体系 (laccase mediator system ，LMS) 的发展拓宽了漆酶的多用性。利用 漆酶和介体 (如丁香醛连氮) 的催化反应，能生成很不稳定的活性阳离子，这些 阳离子可以 629 综述 / Mini Review 生物物理学报 2013 年 第 29 卷 第 9 期 依次氧化大分子底物和非芳香族化合物等更为复杂的底物[11]。随着介导体系 的引入 ，使漆 酶催化底物的范围进一步扩大，漆酶的应用领域及其经济价值也得到了进一步 的拓展和提 升。本文将就真菌漆酶结构与功能的研究进展进行评述。 真菌漆酶的保守结构特征