• 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

Chemical ionization mass spectrometry in atmospheric studies

Analytisk kemiArtikler fra Dansk KemiTop19. 05. 2025

Advances in chemical ionization mass spectrometry can improve our understanding of atmospheric composition. Artiklen har været bragt i Dansk Kemi nr. 2, 2025 og kan læses uden illustrationer, strukturer eller ligninger herunder(læs originalartiklen her) Af Varun Kumar, Institut for

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

AktueltArtikler fra Dansk KemiBioteknologi14. 05. 2025

Oldgamle CO2-ædende mikroorganismer kan fange CO2 direkte fra skorstensrøg og omdanne kulstoffet til grønne molekyler. Artiklen har været bragt i Dansk Kemi nr. 2, 2025 og kan læses uden illustrationer, strukturer eller ligninger herunder(læs originalartiklen her) Af Mads Ujarak Sieborg1 og

Centrotherm clean solutions bliver til Pfeiffer Vacuum+Fab Solutions

AktueltBranchenyt14. 05. 2025

Busch Group annoncerer, at deres brand centrotherm clean solutions bliver en del af Pfeiffer Vacuum+Fab Solutions. Fra september 2025 vil gasreduktionssystemerne til Semicon-industrien, som tidligere blev tilbudt under dette mærke, blive integreret i Pfeiffer-porteføljen og fremover være

I dag får professor Per Halkjær Nielsen Videnskabernes Selskabs Guldmedalje

Branchenyt14. 05. 2025

For blot fjerde gang i dette årtusinde uddeles Videnskabernes Selskabs Guldmedalje. Det sker i dag, hvor bakterieforsker Per Halkjær Nielsen, professor ved Institut for Kemi og Biovidenskab ved Aalborg Universitet, får den fine hæder for sit livsværk og sin holdånd. Han er manden, der kortlægger

Atmosfærisk transport af PFAS til Højarktis

AktueltArtikler fra Dansk KemiKlima og miljø28. 04. 2025

Tilstedeværelsen af PFAS-forbindelser skyldes ikke kun lokale kilder, men de kan langtransporteres i luften til selv meget fjerntliggende arktiske egne. Artiklen har været bragt i Dansk Kemi nr. 2, 2025 og kan læses uden illustrationer, strukturer eller ligninger herunder(læs originalartiklen

Biotek-firma bag fedme-medicin på tabletform har lagt en klar plan om samarbejde eller opkøb

AktueltMedicinalkemi21. 04. 2025

I dag er det frem med nålen, hvis man er i behandling med diverse former for fedme-medicin. Det hæmmer imidlertid udbredelsen på specielt asiatiske og afrikanske markeder, hvor der er en udtalt nålefobi. Derfor arbejder det danskstiftede biotekselskab Pila Pharma med at få udvikle deres

Dansk virksomhed vil vende produktionen af ammoniak på hovedet – ned i en lille container

AktueltBioteknologiFødevarekemi07. 04. 2025

NitroVolt, en dansk biotech-virksomhed, vil vende produktionen af ammoniak på hovedet. I stedet for den velkendte løsning, der bygger på den energitunge Haber-Bosch-proces, vil produktionen nu foregå i en container, der fx kan stå direkte ude hos en landmand. Ammoniak til kunstgødning er en slags

En EU-historie om nomenklatur – og ginseng til hunde, katte og heste!

AktueltArtikler fra Dansk KemiHistorisk kemi01. 04. 2025

Artiklen har været bragt i Dansk Kemi nr. 6, 2024 og kan læses uden illustrationer, strukturer og ligninger herunder. Læs originalartiklen her Nomenklaturudvalget får indimellem henvendelser om dansk kemisk nomenklatur fra de oversættere i EU, hvis opgave det er at oversætte EU-lovgivning på

Tysk elektrolyseanlæg er som det første i verden blevet integreret direkte i kemisk produktion

AktueltEnergi31. 03. 2025

Efter en byggeperiode på omkring to år, er BASF nye 54 megawatt elektrolyseanlæg blevet indviet. Udover at være Tyskland største, med en kapacitet til at producere op til 8.000 ton grøn brint årligt, skriver det også historie på et andet område. Brinten skal primært anvendes som råmateriale i

Dansk innovation blander sig i toppen over lande med de fleste patentansøgninger

AktueltBranchenyt31. 03. 2025

Danske virksomheder er fortsat nogle af de mest aktive i Europa til at innovere. Det viser nye tal fra Den Europæiske Patentmyndighed, EPO, som udsteder patenter, der kan dække i op til 45 lande. Vestas, Novozymes og Danmarks Tekniske Universitet har leveret de største bidrag til, at Danmark kan

Tilmeld Nyhedsbrev

Tilmeld dig til dit online branchemagasin/avis





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

/Nyheder

  • Kem-En-Tec Nordic

    Opnå rent DNA/RNA på få minutter og på bæredygtig vis!

  • Kem-En-Tec Nordic

    Sikker gelfarvning på kun 15 minutter?

  • DENIOS ApS

    Her er den oversete vej til et sundere arbejdsmiljø

  • Busch Vakuumteknik A/S

    Pfeiffer Vacuum+Fab Solutions lancerer den nye HiCube Neo RGA

  • Busch Vakuumteknik A/S

    centrotherm clean solutions bliver til Pfeiffer Vacuum+Fab Solutions

  • DENIOS ApS

    Ved du, hvornår det er tid til at vedligeholde, udskifte eller flytte dit opsamlingskar?

  • DENIOS ApS

    3 sikkerhedsfunktioner, du skal kigge efter på dit opsamlingskar

  • Holm & Halby

    VidensDage 2025: To dage i videnskabens og fremtidens tegn

  • Holm & Halby

    Holm & Halby deltager i Europe Biobank Week 2025

  • LABDAYS – Fagmesse for Laboratorieteknik

    LabDays – Almost sold out

Vis alle nyheder fra vores FOKUSpartnere ›

Seneste Nyheder

  • 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

  • Atmosfærisk transport af PFAS til Højarktis

    28.04.2025

  • Biotek-firma bag fedme-medicin på tabletform har lagt en klar plan om samarbejde eller opkøb

    21.04.2025

  • Dansk virksomhed vil vende produktionen af ammoniak på hovedet – ned i en lille container

    07.04.2025

  • En EU-historie om nomenklatur – og ginseng til hunde, katte og heste!

    01.04.2025

  • Tysk elektrolyseanlæg er som det første i verden blevet integreret direkte i kemisk produktion

    31.03.2025

  • Dansk innovation blander sig i toppen over lande med de fleste patentansøgninger

    31.03.2025

  • Ny grundbog tager studerende på videregående uddannelser ind i den basale kemi

    26.03.2025

  • Nedrivningsarbejdere i kontakt med PCB slipper med skrækken – kun lave niveauer i blodet

    25.03.2025

  • Styrkelse af nyfundet gen kan gøre kartoflen resistent over for svampeangreb

    24.03.2025

  • Fra forskning i nanosikkerhed til mere sikker håndtering af nanomaterialer i det danske arbejdsmiljø

    21.03.2025

  • Dansk forbud mod PFAS er lige på trapperne – indsigelsesfrist mod 2024-aftale er overskredet

    20.03.2025

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