ABTS

17.4 Phenols

Oxidação do substrato clássico de Laca ABTS pela lacuna da aeria de Tetracystis está difundido nas algas clorofíceas. Por exemplo, espécies da Moewusinia, incluindo Chlamydomonas moewusii e T. aeria, excretam putativas “verdadeiras” Lacs. Os substratos fenólicos são oxidados por estas enzimas de forma óptima a pH neutro a alcalino. O Tetracystis laccase transforma eficazmente outros compostos como o bisfenol A, 17α-ethinylestradiol, nonylphenol e triclosan na presença de ABTS como mediador redox, enquanto o antraceno, o veratrylalcohol e o adlerol permanecem inalterados. Possíveis funções naturais das enzimas, tais como a síntese de polímeros complexos ou processos de desintoxicação, podem auxiliar a sobrevivência das algas em ambientes adversos. Em águas de superfície contaminadas, algas verdes produtoras de laca podem contribuir para a decomposição ambiental dos poluentes fenólicos .

Laca Putativa (CotA) de Bacillus pumilus MK001 clonada e expressa em E. coli foi encontrada como termoestável exibindo uma meia-vida de 60 minutos a 80°C e mostrando potenciais afinidades de ligação com ácido ferúlico, ácido cafeico e vanilina .

Fenóis são inibidores conhecidos para celulase e microrganismos fermentativos em processos de biorefinação. A adição de Lac remove os compostos fenólicos e subsequentemente reduz a fase de defasagem do microrganismo fermentativo. No entanto, a aplicação de Lac diminui a libertação de glicose durante a hidrólise enzimática. A proporção de lignina e a composição de fenóis são agentes chave na inibição da celulase quando a hidrólise enzimática é combinada com a desintoxicação de Lac .

Uma aplicação interessante em biotecnologia ambiental é a imobilização de Lac para eliminar contaminantes fenólicos via oxidação. Nanopartículas de sílica fundida têm um potencial interessante como material de suporte para imobilização de Laca via imobilização assistida por sorção, na perspectiva de aplicações como a eliminação de micro-poluentes em fases aquosas. A imobilização de Laca de um gênero Leviathan, Coriolopsis poligonal, Cerrena unicolor, P. ostreatus e T. versicolor em nanopartículas de sílica pirogênica, separadamente ou em combinação, produz um aumento de atividade em uma faixa de pH entre 3 e 7. Os diferentes Lacs diferem no seu pH óptimo e na afinidade do substrato. A exploração das suas diferenças permitiu a formulação de um nanobiocatalisador à medida capaz de oxidar uma gama mais ampla de substratos do que as enzimas dissolvidas ou imobilizadas separadamente. O nanobiocatalisador tem o potencial de oxidação bioquímica na eliminação de múltiplos poluentes alvo. Foi confirmado que os nanobiocatalisadores não vocacionais obtidos pela imobilização de laca em nanopartículas de sílica possuem um amplo espectro de substrato em relação à degradação de poluentes recalcitrantes, tais como os EDCs fenólicos (bisfenol A) .Isto sublinha o potencial das nanopartículas de sílica pirogenada/compósitos de fossa para o tratamento biológico avançado de águas residuais.

Lacs são capazes de catalisar a oxidação de um elétron de compostos fenólicos em intermediários radicais que podem posteriormente se acoplar um ao outro através de ligações covalentes. Acredita-se que estas reacções desempenham um papel importante no processo de humificação e transformação de contaminantes que contêm funcionalidades fenólicas no ambiente. Um modelo de reação foi desenvolvido pela integração de equilíbrios de ligação metal-HA e equações cinéticas, prevendo a taxa de transformação do triclosan na presença de HA e íons metálicos divalentes incluindo Ca2+, Mg2+, Cd2+, Co2+, Mn2+, Ba2+, e Zn2+ .

Éteres difenílicos polibromados hidróxilados (OH-PBDEs) têm sido frequentemente encontrados na biosfera marinha como contaminantes orgânicos emergentes. A produção de OH-PBDEs é provavelmente resultado do acoplamento de radicais bromophenoxy, gerados a partir da oxidação Lac-catalítica de 2,4-DBP ou 2,4,6-TBP. A transformação dos bromofenóis por Lac é dependente do pH, e também é influenciada pela atividade enzimática. Dada a abundância de 2,4-DBP e 2,4,6-TBP e a distribuição filogenética da Laca no ambiente, a conversão dos bromofenóis por Laca pode ser potencialmente uma via importante para a biossíntese natural dos OH-PBDEs.

Phanerochaete chrysosporium pertence a um grupo de fungos degradantes da lignina que segregam várias enzimas oxidoreductivas, incluindo lignina peroxidase (LiP) e manganês peroxidase (MnP). No entanto, a produção de Lacs neste fungo não foi completamente demonstrada e permanece controversa. A coexpressão do gene LacIIIb de T. versicolor e o gene vpl2 de Pleurotus eryngii, e também os genes endógenos mnp1 e lipH8 melhoraram a coexpressão de peroxidases e laccas até cinco vezes em comparação com espécies do tipo selvagem. As cepas transformadoras têm um amplo espectro na biotransformação fenólica/não-fenólica e uma alta percentagem na descoloração de corantes sintéticos em comparação com a cepa parental e são uma coexpressão fácil e eficiente de Lacs e peroxidases em espécies adequadas de basidiomielite.

Recentemente, Lac tem sido aplicado à nanobiotecnologia, que é um campo de pesquisa crescente, e catalisa reacções de transferência de electrões sem cofactores adicionais .

As nanopartículas de carbono são candidatos promissores para a imobilização enzimática. Em comparação com a Laca livre, as enzimas imobilizadas têm taxas de reação significativamente reduzidas. A limitação da difusão induzida pela agregação de nanopartículas de carbono não pode ser ignorada porque pode levar ao aumento dos tempos de reação, baixa eficiência e altos custos econômicos. Além disso, este problema é exacerbado quando baixas concentrações de contaminantes ambientais estão presentes .

Bisfenol A (BPA) é uma substância química desreguladora do sistema endócrino que é onipresente no ambiente devido ao seu amplo uso industrial. Laca extracelular do cogumelo mais amplamente cultivado no mundo (i.e., fungo de papagaio branco, P. ostreatus) degradou eficientemente o BPA. A exposição ao BPA não tem efeitos nocivos neste fungo comestível .

A remoção do BPA por Lac num reactor de membrana enzimática contínua avaliado em águas residuais sintéticas e tratadas biologicamente de forma real numa configuração de reactor baseada num reactor de tanque agitado acoplado a uma membrana cerâmica, mostrou uma remoção quase completa do BPA. A polimerização e degradação são mecanismos prováveis de transformação de BPA por Lac .

Os organismos do filo Basidiomycota têm um enorme potencial de biorremediação pelas suas oxidases de fenol na degradação dos fenólicos. Laca e tirosinase estão principalmente em T. versicolor e Agaricus bisporus, respectivamente. Novos promissores produtores de enzimas do tipo selvagem surgiram e uma série de cepas recombinantes também foram construídas, baseadas principalmente em leveduras ou cepas de Aspergillus como hospedeiros. As construções permitem aplicações para a degradação de fenóis, polifenóis, cresóis, alquilfenóis, naftóis, bisfenóis e (bis)fenóis halogenados. Métodos biológicos e físico-químicos poderiam ser combinados para tornar os processos adequados para uso industrial .

Peroxidases vegetais têm forte utilidade potencial para descontaminação de águas residuais poluídas com fenol. O uso em larga escala destas enzimas para a despoluição de fenol requer material contendo peroxidase barato, abundante e de fácil acesso. A polpa de batata, um produto residual da indústria do amido, contém grandes quantidades de peroxidases activas, e as enzimas da polpa de batata mantêm a sua actividade a pH 4-8 e são estáveis numa vasta gama de temperaturas. A eficiência de remoção do fenol da polpa de batata é superior a 95% .

Laca imobilizada em esferas de sílica nanoporosas degradam mais de 90% do 2,4-dinitrofenol num curto espaço de tempo (12 horas). O processo de imobilização melhora a atividade e a sustentabilidade da Laca para a degradação do poluente. Temperaturas acima de 50°C reduzem a atividade enzimática para cerca de 60%. No entanto, o pH e a concentração do mediador não poderiam afectar a actividade enzimática. A cinética de degradação está de acordo com uma equação de Michaelis-Menten .

Exsudados aquosos de azevém (Lolium perenne) podem degradar o BPA tanto na ausência como na presença de matéria orgânica natural (NOM). Em exsudados com adição de NOM, o processo de degradação é mais longo do que sem NOM. As actividades da peroxidase e da laca nos exsudados sugerem um envolvimento significativo destas enzimas na degradação da BPA .

Os compostos organofluorados tornaram-se importantes blocos de construção para uma vasta gama de materiais avançados, polímeros, agroquímicos e produtos farmacêuticos. O conceito para a introdução do grupo trifluorometilo em fenóis não protegidos através do emprego de um biocatalisador (Lac), tBuOOH, e do reagente de Langlois ou do sulfato de zinco de Baran foi alcançado. O método baseia-se na recombinação de duas espécies radicais, nomeadamente o catião radical fenol gerado directamente pelo Lac e o CF3-radical. A trifluorometilação catalizada do Lac prossegue em condições leves e degrada os fenóis subtituídos por trifluorometil que não estavam disponíveis pelos métodos clássicos .

A ascomycete Phoma sp. de água doce produtora de lac lac lac lac lac lac. estirpe UHH 5-1-03 tem potencial para a remoção prática de micropoluentes. Bisfenol A (BPA), carbamazepina (CBZ), 17α-etinilestradiol (EE2), diclofenaco (DF), sulfametoxazol (SMX), nonilfenol técnico (t-NP) e triclosan (TCS) são substratos com a ordem de classificação: EE2≫BPA>TCS>t-NP>DF>SMX>CBZ. Os metabólitos obtidos indicam reações de hidroxilação, ciclização e descarboxilação, assim como o acoplamento oxidativo típico das reações Lac. As observações sugerem fortemente que a Laca extracelular de Phoma sp. contribui largamente para a biotransformação fúngica .

Tem sido dadas mais atenção à nanobiocatálise. A laca reversivelmente imobilizada em Cu(ΙΙ)- e Mn(ΙΙ)- microesferas magnéticas quelatadas foi bem sucedida na remoção de BPA da água. Em comparação com a Laca livre, a estabilidade térmica e de armazenamento da Laca imobilizada é significativamente melhorada. Mais de 85% do BPA foi removido em condições óptimas .

No entanto, a utilização de enzimas em solução para tratamento de água tem limitações de não reutilizabilidade, curta duração da enzima, e alto custo de utilização única. Chen et al. desenvolveram um novo tipo de biocatalisador através da imobilização de laca fúngica na superfície das células de levedura utilizando técnicas de biologia sintética. O biocatalisador é chamado de superfície exposta Lac (SDL) e pode ser reutilizado com alta estabilidade, pois reteve 74% da atividade inicial após oito reações de lote repetidas. A eficácia do SDL e a prova de conceito no tratamento de contaminantes de preocupação emergente foram demonstradas com bisfenol A e sulfametoxazol.