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1、锰过氧化物酶（MnP）的研究进展第34卷第4期2005年08月Vo1.34No.4Aug.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
2、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
3、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[
4、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F
5、e¨,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—CompoundI还原为MnP—CompoundⅡ,同时自身被氧化为Mn",随后MnP—CompoundlI再被一个
6、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
7、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(edAIk
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9、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木素中含酚结构模型的分解(见图3)MnP被认为是苯酚氧化酶中最有效用的一种n,这取决于Mn"的氧化能力,它能对二聚苯酚进行氧化,包括含酚的木素复合物.在这一反应
