摘要：
漆酶是一類含銅的氧化還原酶。它們催化的反應(yīng)是利用分子氧,，產(chǎn)生的副產(chǎn)物只有水,，是“生態(tài)友善的”酶。近年來(lái)在多方面得到應(yīng)用,，具有廣闊的應(yīng)用前景,。
1. 漆酶的基本特性
1.1.漆酶的一般性質(zhì)
漆酶是一種含銅的演化還原酶，酶的命名和分類號(hào)為EC 1.10.3.2,，學(xué)名應(yīng)為對(duì)二酚∶二氧氧化還原酶,，屬于氧化酶的藍(lán)銅家族,。它們廣泛地存在于自然界中，植物中有,，更是在幾乎所有的真菌中都有,。這一類酶最初發(fā)現(xiàn)于漆樹的樹脂中，也因此得名,。迄今,，在昆蟲和原核生物中，都已經(jīng)鑒定到這一類型的酶,。它們可以是分泌的酶,，也可以定位在細(xì)胞內(nèi)，因物種而異,。
漆酶在不同的物種發(fā)揮不同的功能：在昆蟲中,，它們參與甲殼的硬化；在植物中,，參與細(xì)胞壁形成,，還與木質(zhì)素化和去木質(zhì)素有關(guān)；在芽孢桿菌中,，則是和抗紫外線的孢子組裝有關(guān),；在一些植物致病性真菌利用這類酶免除植物抗毒素和鞣酸的作用，因此,，漆酶也可看成是許多真菌疾病的毒力因子,。
1.2.漆酶的催化機(jī)制
漆酶合適的底物分子是酚類，以及芳香性和脂肪性的胺類,。它們催化的過(guò)程是底物的單電子氧化,，生成相應(yīng)的活性自由基。酶分子中含有4個(gè)銅原子構(gòu)成的簇作為催化核心（圖1a）,，實(shí)施氧化還原過(guò)程,。在催化核心中銅原子的相互作用引起了強(qiáng)烈的電子吸收，產(chǎn)生了典型的藍(lán)色,。圖1b為漆酶催化的循環(huán)過(guò)程,，1分子的氧被還原為2分子的水同時(shí)4個(gè)底物分子氧化產(chǎn)生4個(gè)自由基，這些活性的中間物隨后轉(zhuǎn)變?yōu)槎垠w,、寡聚體和高聚物,。
漆酶催化的反應(yīng)可以因?yàn)槠渌肿哟嬖谂c否而分為3種不同的模式，見圖2,。最簡(jiǎn)單的模式是,，只有一種底物分子，并不存在其它分子，如圖2a 所示,。在這樣的情況下,，酶直接催化底物的氧化，完成整個(gè)反應(yīng),。第二種情況是,，在酶和底物中存在著一個(gè)中介分子，通過(guò)中介分子的氧化還原過(guò)程,，進(jìn)行電子的傳遞,，見圖2b。,。這種情況更常見,，因?yàn)橛袝r(shí)需要氧化的分子太大，無(wú)法與酶活性中心—銅簇接近,，此時(shí)需要中介分子,，或者因?yàn)榈孜锓肿拥难趸€原電位太高，反應(yīng)不能一次完成,，此時(shí)也需要中介分子的幫助,。圖2c所示的情況最復(fù)雜，在這種模式中,，除了有中介分子外,，還需含有黃素作為輔基的脫氫酶介導(dǎo)電子的傳遞。
2. 漆酶的應(yīng)用
目前漆酶的應(yīng)用大致分為2個(gè)方面：工業(yè)和化學(xué)反應(yīng),。
2.1.漆酶的工業(yè)應(yīng)用
根據(jù)漆酶的作用模式,，漆酶的應(yīng)用也可相應(yīng)地分為幾種不同的類型。
漆酶的工業(yè)應(yīng)用中的一個(gè)重要方面是酚類的除去,。這是圖2中的直接作用模式,。例如污水處理中,，漆酶可以是酚類氧化成為多聚的多酚衍生物,，因?yàn)楹笳呤浅恋恚虼?，很容易去除,。在飲料業(yè)中，為了使果汁,、紅酒和啤酒能穩(wěn)定地存放,，也需要去除酚類，因?yàn)槠崦覆豢赡茏鳛槭称诽砑觿?，因此,，只能使用固定化的漆酶。甚至為了使紅酒能長(zhǎng)期保存，酒瓶的軟木塞也經(jīng)漆酶處理,。
更多地是使用中介分子的第二種模式,。在紙漿和造紙工業(yè)中，木質(zhì)纖維中的木質(zhì)素需要除去,。在木質(zhì)纖維中,，木質(zhì)素是纖維素和半纖維素之間的連接者，它們之間存在著牢固的共價(jià)鍵,。因此,，傳統(tǒng)的去木質(zhì)素方法是用氯和氧化氯（Cl2O）。現(xiàn)今氯是禁止使用的,，氧化氯的使用也受到限制,。為此，在新的探索中使用漆酶,，由于木質(zhì)素是復(fù)雜的體系,，是水不溶的，不能為漆酶接近,，必需只用中介分子,。在去木質(zhì)素中，最早使用的中介分子是圖3中的b分子,。圖3中所列的其他分子也得到使用,，其中帶有N-OH的氮雜環(huán)是較有效的。在紡織工業(yè)中,，也引進(jìn)了漆酶處理,，將靛藍(lán)氧化為靛紅（見圖4a）。
2.2.漆酶在化學(xué)反應(yīng)中的應(yīng)用
除了漆酶在工業(yè)中巨大的應(yīng)用前景外,，目前也被用有機(jī)合成中,。其中一個(gè)很重要的方面是闡明漆酶的作用機(jī)制和開發(fā)新的中介分子。
因?yàn)槠崦敢殉^(guò)地應(yīng)用木質(zhì)素的去除,，漆酶的應(yīng)用從原先是針對(duì)酚類拓展到其它的非酚類的取代基,，例如圖4b中羥基變?yōu)橥Ｆ崦负涂梢詫⒐烟侵械奶腔鵆6的羥基氧化為羧基,，如圖4d,。在這些有機(jī)合成中，漆酶的催化機(jī)制可分為3種類型：一是由圖3b化合物催化的電子轉(zhuǎn)移,；二是由圖3d類化合物催化的自由基轉(zhuǎn)移反應(yīng),；三是圖3h化合物催化的離子氧化反應(yīng)。一般在水中的Cu+2/Cu+的離子氧化還原電位僅0.15 V,，而漆酶催化的離子氧化反應(yīng),，相應(yīng)的電位增大為0.6~0.8 V,。
圖5中例舉了另一些漆酶催化的聚合和交聯(lián)反應(yīng)。圖5a是一個(gè)底物（雌二醇）氧化后可得到不同的二聚體產(chǎn)物,，但是這些產(chǎn)物可以彼此分離,。而圖5c則是兩個(gè)不同的分子可以被氧化交聯(lián)。其中一些反應(yīng)的轉(zhuǎn)化率可達(dá)到30%~40%,。
2.3.漆酶催化的最佳反應(yīng)條件
漆酶的底物多數(shù)是溶解度很差的分子,，因此，在選擇反應(yīng)條件時(shí),，經(jīng)常需要使用有機(jī)溶劑或?qū)⑵崦腹潭ɑ?/p>
在催化雌二醇氧化反應(yīng)中,，選用的兩相的體系，水-乙酸乙酯,。就這樣的體系而言,，優(yōu)點(diǎn)是酶在水中比較穩(wěn)定不易失活，缺點(diǎn)是兩相反應(yīng),，需經(jīng)過(guò)底物的分配,，速度慢。如果選用和水能混合的有機(jī)溶劑,，成為均相反應(yīng),，最大的問(wèn)題是酶的穩(wěn)定性差，酶活性降低,。利用去垢劑構(gòu)出的反相微團(tuán),，可能維持酶的活性。
將酶固定化是目前常用的穩(wěn)定酶的一種方法,，可以在有機(jī)溶劑中仍不使酶失活,。有趣的是，在使用固定化酶時(shí)曾發(fā)現(xiàn),，有機(jī)溶劑四氫-2-萘醇可影響圖5d中2種產(chǎn)物的比例,，這似乎提示了有機(jī)溶劑影響了酶的特異性。
總之,，為了在化學(xué)工業(yè)和相關(guān)研究中能達(dá)到保護(hù)環(huán)境的綠色化目的時(shí),，可以使用藍(lán)色的漆酶。
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