LiP

リグニンは、複雑で安定した生物学的高分子物質の一種であり、その生成量はセルロースに次いで多いです。リグニンペルオキシダーゼ（LiP）は、リグニンの生分解過程における主要な酵素であり、リグニンポリマー内でフリーラジカルを形成し、結合の安定性を低下させ、リグニン高分子を破壊します。リグニンペルオキシダーゼは、ストローや飼料中のリグニンを加水分解し、飼料成分の質を向上させ、その栄養価を改善します。

特性と出所

1983年、初めてLiPがPhanerochaete chrysosporiumの制限培地で発見されました。これは酸化還元酵素と見なされ、真菌によって分泌されるヘムの糖鎖化された細胞外タンパク質ペルオキシダーゼです。研究によると、LiPの糖鎖化されたヘムタンパク質は通常、さまざまなアイソザイムを含む複雑な形態で生成されます。LiPの分子量は一般的に37から47 kDaの間です。精製されたLiPの分子量は約40 kDaで、等電点は約3.5、最適酵素活性温度は35-55°C、最適pHは2-5です。LiPの酸化還元電位は1.5 Vです。LiPはH₂O₂の存在下で芳香族環の重合体を酸化・分解することができ、リグニン分解のための重要な酵素の一つと考えられています。

LiPは主にPhanerochaete chrysosporium、Coriolus versicolor、Trametes versicolor、Pleurotus ostreatus、およびDioscorea oppositaなどの微生物の分泌によって生成されます。1989年には、グラム陽性菌T7AもLiPを生成できることが発見されました。

構造

LiPは約343のアミノ酸残基を含み、4つのジスルフィド結合を持っています。LiPは約50 × 40 × 40 Åのサイズの球状形状を形成します。ヘムによって近位ドメインと遠位ドメインに分けられ、ヘムはタンパク質内に完全に固定されていますが、2つの小さなチャネルを通じてアクセス可能です。LiPの折りたたみモチーフは、8つの主要なαヘリックス、8つの小さなヘリックス、および3つの短い逆平行βシートを含んでいます。

触媒メカニズム

LiPはFe³⁺、ポルフィリン環、およびヘム補欠基を含む一連のアイソザイムです。1988年、研究者たちはLiPがH₂O₂および有機過酸化物を使用して一連の基質を触媒でき、その触媒作用は非特異的であることを発見しました。さらに、LiPはフェノール系および非フェノール系の芳香族化合物を含む広範な基質を持ち、リグニンモノマー、ダイマー、トリマー、および多環芳香族炭化水素（ベンゾピレンなど）を酸化することができます。リグニンペルオキシダーゼの触媒サイクルは3つのステップで構成されています。最初の反応ステップは、電子受容体として過酸化水素（H₂O₂）によって休止状態の三価鉄酵素[Fe (III)]が酸化され、化合物Iオキソフェリル中間体が形成されることです。第二のステップでは、オキソフェリル中間体（2e⁻が不足している）が基質の分子、例えば非フェノール系芳香族基質（S）によって還元され、基質は化合物Iに1つの電子（1e⁻）を供与して第二の中間体、化合物II（1e⁻が不足している）を形成します。最後のステップでは、還元された基質が化合物IIに第二の電子を供与し、LiPを休止状態の三価酸化状態に戻し、酸化サイクルの完了を示します。

図2. LiPの触媒反応。(Falade A O. et al. 2016)

活性測定

LiPの酵素活性は、主にレスベラトロール酸化速度法によって決定されます。レスベラトロールはLiPの作用の直接的な基質であるため、LiPの酵素活性は310 nmで測定されたレスベラトロールの吸光度値に基づいて決定されます。具体的な方法は次のとおりです：反応溶液1 mLには、レスベラトロール溶液0.2 mL、酒石酸バッファー0.4 mL（250 mmoL/L、pH 3.0）、培養溶液または希釈液0.4 mL、20 μLの20 mmoL/L H₂O₂溶液が含まれ、30°Cで2分間反応させます。310 nmで吸光度を測定しました。対照群では、H₂O₂溶液を蒸留水に置き換え、他の反応物は変更しませんでした。

応用

飼料産業では、LiPはストロー中のリグニンとセルロースを分解するために使用され、ストローの嗜好性を向上させ、消化吸収が容易になります。農薬産業では、Phanerochaete chrysosporiumによって生成されたLiPは、さまざまなポリフェノールを酸化することができ、これらのポリフェノールの一部は広範囲のバイオサイドや除草剤の前駆体であることがよくあります。製紙産業では、パルプはLiP単独または他の酵素との適切な組み合わせで処理され、生成された紙は良好な引張強度と滑らかさを持ち、紙の白さを向上させるだけでなく、紙のカッパ数を減少させます。LiPは、2,4-ジブロモフェノールなどの工業廃水を処理し、酸化中にダイマー、トリマー、テトラマーを形成し、廃水の毒性を除去します。

参考文献