n BIOTEKNOLOGI Ny viden om samspillet mellem enzymer i oxidativ nedbrydning af plantebiomasse Oxidativ, enzymkatalyseret nedbrydning af plantebiomasse er et voksende forskningsfelt i forbindelse med enzymatisk nedbrydning og bioraffinering af lignocellulose. Af Caio D.O.G. Silva, Anne S. Meyer og Jane W. Agger, DTU Bioengineering, Danmarks Tekniske Universitet Det komplicerede samspil mellem forskellige oxidative enzymer, der udskilles af skimmelsvampe under biomasse - nedbrydning, har for nylig fået betydelig forskningsmæssig opmærksomhed. I den forbindelse er de kobberholdige lytiske polysaccharid monooxygenaser, LPMOer, en særlig interessant gruppe enzymer, idet de spiller en central rolle i katalysen af den oxidative spaltning af krystallinsk cellulose. Detaljerne i LPMOers katalytiske mekanisme er genstand for intens forsk - ning, især for at forstå, hvordan forsyningen af e lektroner, der understøtter LPMOernes katalytiske aktivitet, foregår på det molekylære niveau. Ny forståelse af LPMOer Det står nu klart, at LPMOer ikke kun er monooxygenaser, som oprindeligt beskrevet. For at katalysere monooxygenase-reakti oner skal LPMOer bruge oxygen til at indføje en hydroxylgrup - pe til et af C-atomerne i forbindelse med den katalytiske spalt - ning af en β-1,4-glykosidbinding i cellulose (figur 1). En sådan hydroxylering fører til destabilisering og efterfølgende spaltning af glykosidbindingen. For at opretholde en kontinuert katalyse kræver monooxygenase-reaktionen, udover ilt, en kontinuerlig tilførsel af elektroner til kobber-ionen i LPMO-enzymets aktive site, konkret kræves 2 e - til hver katalytisk runde (figur 2). Mens man typisk bruger askorbinsyre (vitamin C) som elektrondonor i laboratorieforsøg med LPMO-katalyserede reaktioner, vil elektronerne i naturen skulle komme fra andre kilder. Formentlig forsynes elektronerne enten fra stoffer, som er naturligt til stede i substratet, for eksempel phenoliske kom- ponenter eller andre forbindelser; disse aktiveres sandsynligvis via andre enzymer, som skimmelsvampene udskiller, mens de vokser på plante-biomassen. Alternativt leveres elektronerne direkte fra forskellige reducerende stoffer, som skimmelsvam - pen secernerer. Imidlertid var det længe en gåde, hvordan eksterne elektrondonorer kontinuerligt kan levere elektroner til det aktive site i LPMOer under katalyse med O 2 , og visse detaljer er stadig uklare. Det var et ægte paradigmeskift, da det i 2017 blev vist, at hydrogen peroxid (H 2 O 2 ), snarere end O 2 , er det foretrukne co- substrat til LPMO-katalysen på cellulose, og at H 2 O 2 samtidig eliminerer behovet for forsyningen af elektroner andetstedsfra til den kontinuerlige katalytiske oxidation [1,2]. Til denne såkaldte LPMO peroxygenase-aktivitet leverer H 2 O 2 således også de elektroner, der kræves til cellulosespaltningen, dog undtaget den første indledende elektron, som kræves for at udløse reaktionen. Denne indledende elektrondonation, kaldet ”priming”-reaktionen, er en initieringsreaktion, der er afgø - rende nødvendig for at reducere kobberionen Cu(II) i enzymets aktive site fra enzymets ”hviletilstand” til reaktivt Cu(I), som kræves til katalysen. Priming-reaktionen antages at finde sted, Figur 1. Glykosidbindingsspaltningsreaktion i cellulose katalyseret af LPMO. 22 Dansk Kemi, 104, nr. 6, 2023 -
Download PDF fil
Se arkivet med udgivelser af Dansk Kemi her
TechMedias mange andre fagblade kan læses her