• Facebook
  • LinkedIn
  • KONTAKT
  • ANNONCERING
  • OM KEMIFOKUS
  • PARTNERLOGIN

KemiFOKUS

Fokus på kemi

  • Analytisk kemi
  • Arbejdsmiljø/Indeklima
  • Biokemi
  • Biologi
  • Bioteknologi
  • Branchenyt
  • Energi
  • Fødevarekemi
  • Historisk kemi
  • Kemiteknik
  • Kemometri
  • Klikkemi
  • Klima og miljø
  • Lovgivning og patenter
  • Medicinalkemi
  • Nanoteknologi
  • Organisk kemi
  • Artikler fra Dansk Kemi

Artikler fra Dansk KemiBioteknologiTop19. 12. 2023 | Heidi Thode

Ny viden om samspillet mellem enzymer i oxidativ nedbrydning af plantebiomasse

Artikler fra Dansk KemiBioteknologiTop19. 12. 2023 By Heidi Thode

Oxidativ, enzymkatalyseret nedbrydning af plantebiomasse er et voksende forskningsfelt i forbindelse med enzymatisk nedbrydning og bioraffinering af lignocellulose.

Artiklen har været bragt i Dansk Kemi nr. 6, 2023 og kan læses uden illustrationer, strukturer og ligninger herunder.

Læs originalartiklen her

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 biomassenedbrydning, 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 forskning, især for at forstå, hvordan forsyningen af ​​elektroner, 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-reaktioner skal LPMOer bruge oxygen til at indføje en hydroxylgruppe til et af C-atomerne i forbindelse med den katalytiske spaltning 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 komponenter 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 skimmelsvampen secernerer. Imidlertid var det længe en gåde, hvordan eksterne elektrondonorer kontinuerligt kan levere elektroner til det aktive site i LPMOer under katalyse med O2, og visse detaljer er stadig uklare.
Det var et ægte paradigmeskift, da det i 2017 blev vist, at hydrogen peroxid (H2O2), snarere end O2, er det foretrukne co-substrat til LPMO-katalysen på cellulose, og at H2O2 samtidig eliminerer behovet for forsyningen af elektroner andetstedsfra til den kontinuerlige katalytiske oxidation [1,2]. Til denne såkaldte LPMO peroxygenase-aktivitet leverer H2O2 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 afgørende 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, inden ​​enzymet binder til cellulose. Vi har for nylig vist, at hvis både cellulose og H2O2 er til stede, kan flere spaltningscyklusser udfolde sig efter en enkelt priming-reduktion, fordi Cu(I)-tilstanden opretholdes ved afslutningen af ​​hver cyklus (figur 2) [3].
At opfattelsen oprindeligt var, at LPMOer var oxygenaser, som primært brugte O2 som substrat, skyldes, at de LPMO-enzymer, som ikke er bundet til cellulose, tilsyneladende selv kan levere små mængder H2O2 via oxidation, såfremt O2 og reduktionsmidler er til stede. Det har senere vist sig, at andre enzymer som svampen udskiller samtidig, for eksempel laccase, ligeledes kan producere små mængder H2O2 [4]. Det er klart en mulighed, at denne type H2O2-produktion kan sætte gang i peroxygenase LPMO-reaktionen (figur 2). Samlet set indikerer disse observationer, at den oprindelige monooxygenase-aktivitet, som har lagt navn til LPMO-aktiviteten, i virkeligheden er et resultat af peroxygenase-reaktioner, der er drevet af H2O2 genereret in situ [2].

H2O2 spiller central rolle
I vores studier af disse enzymreaktioner på DTU har vi for nylig opnået resultater, der bekræfter paradigmet om, at peroxygenase dominerer over monooxygenaseaktivitet i LPMOer [3]. Vores resultater viser, at ​​diphenoler (typisk i form af dihydroxybenzener), effektivt fremmer LPMO-primings-reaktionen, men ikke hverken H2O2-dannelse via autooxidation eller LPMO-monooxygenase aktivitet. Disse data understøtter dermed, at der kræves H2O2 til den LPMO-katalyserede cellulosespaltning. Når diphenoler anvendes som reduktionsmidler, er cellulosespaltning med LPMO alene således kun mulig ved eksogen H2O2-tilførsel.
Det særligt interessante ved dette er, at diphenoler såsom 3-methoxycatechol og 3,4-dihydroxy-5-methoxybenzosyre let kan dannes fra lignin-afledte monophenoler såsom guaiacol og vanillinsyre via en ortho-hydroxyleringsreaktion katalyseret af fungale polyphenol oxidaser – i vores arbejde konkret med en polyphenoloxidase, MtPPO7, fra skimmelsvampen Myceliophthora thermophila (svampen kaldes også Thermothelomyces thermophilus). Den konkrete polyphenoloxidase MtPPO7 katalyserer omdannelsen af methoxylerede monophenoler, der typisk produceres under svampens lignin-nedbrydning. Vores data tyder på, at polyphenoloxidase-reaktionen kan spille sammen med LPMOer i cellulosenedbrydning, udover at aktiviteten i sig selv kan katalysere nye kemiske funktionaliseringer på lignin og lignin-afledte forbindelser. Opdagelsen betyder med andre ord, at polyphenoloxidasen spiller en rolle i ”priming” af LPMO enzymernes kobber, at polyphenoloxidasen ikke deltager i den videre understøttelse af LPMO-aktiviteten, men samtidig kan være et redskab til at funktionalisere lignin-komponenter.  
Afsløringen af ​disse reaktioner, er de facto også opdagelsen af en ny skalérbar metode til at kontrollere H2O2-forsyningen til LPMO-katalyse. En kontrolleret forsyning af H2O2 reducerer risikoen for enzyminaktivering, der typisk observeres, når overskydende H2O2 akkumuleres i reaktionen. Yderligere viden venter forhåbentlig, når vi dykker endnu dybere ned i samspillet mellem forskellige typer oxidative enzymer, der er involveret i at nedbryde plantebiomasse.

E-mail:
Anne S. Meyer: asme@dtu.dk

Referencer/yderligere læsning
1. B. Bissaro, A.K. Røhr, G. Müller, P. Chylensky, M. Skaugen, Z. Forsberg, S.J. Horn, G. Vaaje-Kolstad, V.G.H. Eijsink, Nat Chem Biol. 2017, 13, 1123-1128.
2. B. Bissaro, V.G.H. Eijsink, Essays Biochem. 2023, 67, 575-584.
3. C. De Oliveira, G. Silva, M. Vuillemin, M.A. Kabel, W.J.H. Van Berkel, A.S. Meyer, J.W. Agger, ChemSusChem 2023, e202300559.
4. V. Perna, A.S. Meyer, J. Holck, L.D. Eltis, V.G.H. Eijsink, J.W. Agger, ACS Sust Chem Eng, 2020, 8, 831-841.

Skrevet i: Artikler fra Dansk Kemi, Bioteknologi, Top

Seneste nyt fra redaktionen

Jubilæumsudgaven af Labdays i Aarhus er kommet godt fra start

BranchenytTop10. 09. 2025

Lige fra morgenstunden stod de første besøgende klar til at komme ind på LabDays messen, der i år afholdes i smilets by, Aarhus. Her kunne de finde oplagte udstillere, der gennem messens to dage står klar til at præsentere deres produkter, der inkluderer alt indenfor laboratorieverdenen. Der ud

Kvantealgoritmer og kemisk forståelse i åbne systemer

AktueltArtikler fra Dansk Kemi03. 09. 2025

Fra myten om den heroiske beregning til realistiske simuleringer af elektronoverførsel i åbne systemer med hukommelse. Artiklen har været bragt i Dansk Kemi nr. 4, 2025 og kan læses uden illustrationer, strukturer eller ligninger herunder(læs originalartiklen her) Af Lea K. Northcote1,2 og

Grøn kemi, affald og plast

AktueltArtikler fra Dansk KemiGrøn omstilling26. 08. 2025

Grøn kemi – læren om hvordan kemi udføres bæredygtigt og sikkert – bliver kun vigtigere. Artiklen har været bragt i Dansk Kemi nr. 4, 2025 og kan læses uden illustrationer, strukturer eller ligninger herunder(læs originalartiklen her) Af Christine Brænder Almstrup og Mikael Bols, Kemisk

Det gyldne mikrobiom: Tarmbakterier som kilde til det essentielle B-vitamin riboflavin

AktueltArtikler fra Dansk KemiBiokemiBioteknologiMedicinalkemi20. 08. 2025

Riboflavin er et essentielt vitamin, der spiller en nøglerolle for vores sundhed samt for at opretholde et sundt tarmmikrobiom. Artiklen har været bragt i Dansk Kemi nr. 3, 2025 og kan læses uden illustrationer, strukturer eller ligninger herunder(læs originalartiklen her) Af Emmelie Joe

Antibiotikaresistens i vores naturlige miljøer

AktueltArtikler fra Dansk KemiBiologi12. 08. 2025

Spredning af antibiotikaresistens kan ske via mineraloverflader. Artiklen har været bragt i Dansk Kemi nr. 3, 2025 og kan læses uden illustrationer, strukturer eller ligninger herunder(læs originalartiklen her) Af Karina Krarup Svenninggaard Sand, associate professor, Globe Institute,

Nye metoder giver indsigt i plantebaseret strukturdannelse

AktueltArtikler fra Dansk KemiFødevarekemi04. 08. 2025

Et afsluttet ph.d.-projekt fra Institut for Fødevarer ved Aarhus Universitet. Artiklen har været bragt i Dansk Kemi nr. 3, 2025 og kan læses uden illustrationer, strukturer eller ligninger herunder(læs originalartiklen her) Af Julie Frost Dahl*, Sandra Beyer Gregersen og Milena Corredig,

Hofmeister – nem at anvende, svær at forstå

AktueltArtikler fra Dansk KemiFødevarekemi23. 06. 2025

Franz Hofmeister opløste æggehvide i vandige saltopløsninger. En artikel fra 1888 beskriver, hvordan nogle ioner får proteiner til at udfælde, mens andre ioner har den modsatte effekt. Fødevarekemien bruger stadig Hofmeister, men langt mere nuanceret. Artiklen har været bragt i Dansk Kemi nr. 3,

Udvinding af fødevareproteiner fra kløvergræs ved membranteknologi

AktueltArtikler fra Dansk KemiFødevarekemi17. 06. 2025

Hvis kløvergræs skal kunne anvendes som ny ressource til udvinding af fødevareproteiner, kan membranteknologi være vejen frem. Artiklen har været bragt i Dansk Kemi nr. 3, 2025 og kan læses uden illustrationer, strukturer eller ligninger herunder(læs originalartiklen her) Af Mette Lübeck, Mads

Trinatriumhexafluo… hvad for noget?

AktueltArtikler fra Dansk KemiHistorisk kemi09. 06. 2025

Artiklen har været bragt i Dansk Kemi nr. 2, 2025 og kan læses uden illustrationer, strukturer eller ligninger herunder(læs originalartiklen her) I år fejrer man internt i IUPAC 20-året for offentliggørelsen af The Red Book (i det følgende blot "RB2005") med anbefalinger vedrørende

Prisen på grisen: Hvad koster oprensning af beskidt CO2?

AktueltArtikler fra Dansk KemiGrøn omstilling02. 06. 2025

Hvor rent er CO2 fra CO2-fangst? Og hvor dyrt er det at oprense CO2? Denne artikel giver indsigt i nogle af udfordringerne ved at implementere en global CO2 infrastruktur. Artiklen har været bragt i Dansk Kemi nr. 2, 2025 og kan læses uden illustrationer, strukturer eller ligninger herunder(læs

Tilmeld Nyhedsbrev

Tilmeld dig til dit online branchemagasin/avis





Få fuld adgang til indlægning af egne pressemeddelelser...
Læs mere her

/Nyheder

  • Holm & Halby

    VidensDage 2025: To dage med viden, visioner og værdi

  • Holm & Halby

    LAF kabinetter: Er du rustet til den nye EN12469 / Annex 1

  • Drifton

    Mød Drifton og DACOS på LabDays 2025 i Aarhus

  • DENIOS ApS

    Hvordan håndterer du noget, du ikke kan se?

  • Mikrolab – Frisenette A/S

    Vægtbytte er blevet opdateret: Nu får du flere muligheder

  • Dansk Laborant-Forening/HK

    LABORANTER CAND.ALT.

  • Kem-En-Tec Nordic

    Lad os fortsætte traditionen – vi ses på LabDays!

  • DENIOS ApS

    Ses vi på HI-messen?

  • Holm & Halby

    Automatiseret prøveforberedelse sparer tid og øger sikkerheden

  • Mikrolab – Frisenette A/S

    nerbe plus: EcoRacks, X-Frame plates, and more you’ll love

Vis alle nyheder fra vores FOKUSpartnere ›

Seneste Nyheder

  • Jubilæumsudgaven af Labdays i Aarhus er kommet godt fra start

    10.09.2025

  • Kvantealgoritmer og kemisk forståelse i åbne systemer

    03.09.2025

  • Grøn kemi, affald og plast

    26.08.2025

  • Det gyldne mikrobiom: Tarmbakterier som kilde til det essentielle B-vitamin riboflavin

    20.08.2025

  • Antibiotikaresistens i vores naturlige miljøer

    12.08.2025

  • Nye metoder giver indsigt i plantebaseret strukturdannelse

    04.08.2025

  • Hofmeister – nem at anvende, svær at forstå

    23.06.2025

  • Udvinding af fødevareproteiner fra kløvergræs ved membranteknologi

    17.06.2025

  • Trinatriumhexafluo… hvad for noget?

    09.06.2025

  • Prisen på grisen: Hvad koster oprensning af beskidt CO2?

    02.06.2025

  • Der er brug for lange måleserier af miljøparametre

    26.05.2025

  • Chemical ionization mass spectrometry in atmospheric studies

    19.05.2025

  • Gamle processer, nye muligheder: Nyt kemisk-biologisk koncept til CO2-fangst og omdannelse

    14.05.2025

  • Centrotherm clean solutions bliver til Pfeiffer Vacuum+Fab Solutions

    14.05.2025

  • I dag får professor Per Halkjær Nielsen Videnskabernes Selskabs Guldmedalje

    14.05.2025

Alle nyheder ›

Læs Dansk Kemi online

Annoncering i Dansk Kemi

KONTAKT

TechMedia A/S
Naverland 35
DK - 2600 Glostrup
www.techmedia.dk
Telefon: +45 43 24 26 28
E-mail: info@techmedia.dk
Privatlivspolitik
Cookiepolitik