ABTS

17.4 Phenols

Tetracystis aeriaのラッカーゼによる古典的Lac基質ABTSの酸化は葉緑素海藻に広く分布している。 また、クラミドモナス（Chlamydomonas moewusii）やテトラシスチス（T. aeria）などのモウシノギ属の種は、いわゆる「真の」Lacを排泄している。 これらの酵素は、中性からアルカリ性のpHで最適にフェノール基質を酸化する。 テトラシスチス ラッカーゼは、ABTSを酸化還元剤としてビスフェノールA、17α-エチニルエストラジオール、ノニルフェノール、トリクロサンなどの他の化合物を効率的に変換するが、アントラセン、ベラトリルアルコール、アドレロールは変化しないままである。 複雑なポリマーの合成や解毒プロセスなど、酵素の自然な機能が、悪環境での藻類の生存を助けている可能性がある。 汚染された表流水において、Lacを産生する緑藻類は、環境中のフェノール汚染物質の分解に寄与しているかもしれない。 5370>

フェノールは、バイオリファイニングプロセスにおけるセルラーゼおよび発酵微生物に対する阻害剤として知られています。 Lacの添加は、フェノール化合物を除去し、その後、発酵微生物のラグフェーズを減少させる。 しかし、Lacの添加は、酵素加水分解中のグルコース放出を減少させる。 5370>

環境バイオテクノロジーにおける興味深い応用の1つは、Lacを固定化し、酸化によってフェノール系汚染物質を除去することである。 フュームドシリカナノ粒子は、水相中の微小汚染物質の除去などの応用の観点から、収着支援によるLac固定化のための担体材料として興味深い可能性を持っている。 リヴァイアサン属のLac、Coriolopsis polygonal、Cerrena unicolor、P. ostreatus、T. versicolorを単独または組み合わせてフュームドシリカナノ粒子に固定化すると、pH3から7の範囲で活性が向上した。 それぞれのLacは、そのpH至適性と基質親和性が異なる。 これらの違いを利用することで、溶解した酵素や別々に固定化した酵素よりも広い範囲の基質を酸化できる、テーラーメイドのナノバイオ触媒を調製することができた。 このナノバイオ触媒は、複数の標的汚染物質を除去するための生化学的酸化の可能性を持っている 。 シリカナノ粒子へのLac固定化により得られた非ボカール型ナノバイオ触媒は、フェノール性EDC（ビスフェノールA）のような難分解性汚染物質の分解に関して、幅広い基質スペクトルを有することが確認されている。

Lacはフェノール化合物の1電子酸化を触媒し、共有結合を介して互いに結合できるラジカル中間体を生成することができる。 これらの反応は環境中の加湿プロセスやフェノール官能基を含む汚染物質の変換に重要な役割を果たすと考えられている。 金属-HA結合平衡と速度論の統合により反応モデルを開発し、HAとCa2+, Mg2+, Cd2+, Co2+, Mn2+, Ba2+, Zn2+などの二価金属イオン存在下でのトリクロサンの変換速度を予測した。

水酸化ポリ臭化ジフェニルエーテル (OH-PBDEs) は新興有機汚染物質として海洋生物圏で頻繁に発見されてきた。 OH-PBDEの生成は、2,4-DBPまたは2,4,6-TBPのLac触媒による酸化で生成したブロモフェノキシラジカルがカップリングした結果であると考えられる。 Lacによるブロモフェノールの変換はpH依存的であり、また酵素活性の影響を受ける。 2,4-DBPと2,4,6-TBPの存在量とLacの系統的分布を考慮すると、Lac触媒によるブロモフェノールの変換はOH-PBDEの天然生合成のための重要な経路である可能性がある。

Phanerochaete chrysosporiumはリグニン分解菌のグループに属し、リグニンペルオキシダーゼ（LiP）やマンガンペルオキシダーゼ（MnP）など、様々な酸化還元酵素を分泌している。 しかし、この菌におけるLacの生産は完全には証明されておらず、依然として議論のあるところである。 T. versicolor 由来の LacIIIb 遺伝子と Pleurotus eryngii 由来の vpl2 遺伝子、さらに内在性遺伝子 mnp1 と lipH8 の共発現により、野生型に比べ最大 5 倍のペルオキシダーゼとラッカースの共発現を改善することができた。 また、この形質転換体は、親株と比較して、フェノール／非フェノールの生変換スペクトルが広く、合成色素の脱色率も高く、適切な担子菌種でLacsとペルオキシダーゼを簡便かつ効率的に共発現させることができる。

近年、Lacは研究分野が拡大しているナノバイオテクノロジーに応用され、追加の補酵素なしに電子移動反応を触媒する。.

カーボンナノ粒子は酵素の固定化の有望な候補である。 遊離のLacと比較して、固定化された酵素は反応速度が著しく低下する。 カーボンナノ粒子の凝集によって引き起こされる拡散制限は、反応時間の増加、効率の低下、高い経済的コストにつながるため、無視することはできない。 さらに、この問題は低濃度の環境汚染物質が存在する場合に悪化する。

ビスフェノールA（BPA）は内分泌撹乱化学物質であり、その幅広い産業利用により環境中に遍在している。 世界で最も広く栽培されているキノコ（白色腐朽菌P. ostreatus）の細胞外LacはBPAを効率的に分解した。

撹拌槽反応器とセラミック膜を組み合わせた反応器構成で、合成および実際の生物学的処理廃水において評価したLacによるBPAの連続酵素膜反応による除去は、BPAをほぼ完全に除去することが示された。 重合と分解がLacによるBPAの変換機構と考えられる。

担子菌門の生物はフェノールオキシダーゼによるフェノール類の分解で非常に大きなバイオレメディエーションの可能性を持っている。 LacはT. versicolorに、チロシナーゼはAgaricus bisporusに主に存在する。 酵素の新しい有望な野生型生産者が出現し、また、主に酵母やアスペルギルス株を宿主とする組み換え株も多数構築された。 これらの構築物は、フェノール類、ポリフェノール、クレゾール、アルキルフェノール、ナフトール、ビスフェノール、ハロゲン化（ビス）フェノールなどの分解への応用を可能にするものである。 生物学的手法と物理化学的手法を組み合わせることで、工業的な使用に適したプロセスにすることができた。 これらの酵素をフェノール汚染除去に大規模に使用するには、安価で豊富、かつ容易に入手できるペルオキシダーゼ含有物質が必要である。 澱粉工業の廃棄物であるポテトパルプは大量の活性ペルオキシダーゼを含み、ポテトパルプ酵素はpH4〜8で活性を維持し、広い温度範囲にわたって安定である。 ポテトパルプのフェノール除去効率は95%以上 .5370>

ナノ多孔質シリカビーズに固定化したLacは、短時間（12時間）で2,4-ジニトロフェノールを90%以上分解することがわかった。 固定化処理により、Lacの汚染物質分解に対する活性と持続性が向上した。 50℃以上の温度では、酵素活性が約60%まで低下する。 しかし、pHとメディエーター濃度は、酵素活性に影響を与えなかった。 ライグラス（Lolium perenne）の水性滲出液は、天然有機物（NOM）の非存在下および存在下の両方でBPAを分解することができた。 NOMを添加した滲出液では、NOMなしの場合よりも分解過程が長くなる。 滲出液中のペルオキシダーゼとLac活性は、BPAの分解にこれらの酵素が大きく関与していることを示唆した。

有機フッ素化合物は、広範囲の先端材料、ポリマー、農薬、医薬品の重要な構成要素となっている。 生体触媒（Lac）、tBuOOH、およびラングロワ試薬またはバラン硫酸亜鉛のいずれかを用いて、保護されていないフェノール類にトリフルオロメチル基を導入する概念を実現した。 この方法は、Lacによって直接生成されたフェノールラジカルカチオンとCF3ラジカルの2つのラジカル種の再結合に依存している。 Lac触媒によるトリフルオロメチル化は温和な条件で進行し、従来の方法では利用できなかったトリフルオロメチル置換フェノールを分解した。

Lac 産生淡水産子嚢菌 Phoma sp. strain UHH 5-1-03 は、実用レベルの微細汚染物質除去につながる可能性を持っている。 ビスフェノールA（BPA）、カルバマゼピン（CBZ）、17α-エチニルエストラジオール（EE2）、ジクロフェナク（DF）、スルファメトキサゾール（SMX）、ノニルフェノール（tNP）、トリクロサン（TCS）は順位の高い基質であり、この基質となる。 EE2≫BPA>TCS>t-NP>DF>SMX>CBZ. 得られた代謝物は、水酸化反応、環化反応、脱炭酸反応、およびLac反応に特徴的な酸化的カップリング反応を示している。 この結果は、Phoma sp.の細胞外Lacが真菌の生体内変換に大きく寄与していることを強く示唆する。

ナノバイオカタリシスへの注目が高まっている。 LacをCu(ΙΙ)-およびMn(ΙΙ)-キレートした磁性微小球に可逆的に固定化し、水からBPAを除去することに成功した。 遊離のLacと比較して、固定化Lacの熱安定性、保存安定性は著しく向上している。 しかし、溶液中の酵素を水処理に使用するには、再利用できない、酵素の寿命が短い、単回使用でコストが高いなどの制約がある。 陳らは合成生物学的手法を用い、酵母細胞表面に菌体Lacを固定化した新しいタイプの生体触媒を開発した。 この生体触媒はsurface display Lac (SDL)と呼ばれ、8回のバッチ反応を繰り返した後でも初期活性の74%を保持しており、高い安定性で再利用することが可能である。 ビスフェノールAとスルファメトキサゾールを用いて、SDLの有効性と新興汚染物質処理における概念実証を行った

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