• 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

Aminosyrer til folk og fæ – hvad er egentlig ”L-cystin”?

Artikler fra Dansk KemiHistorisk kemiTop29. 04. 2026

Artiklen har været bragt i Dansk Kemi nr. 2, 2026 og kan læses uden illustrationer, strukturer eller ligninger herunder(læs originalartiklen her) I forbindelse med EU-forordninger om fodertilsætningsstoffer (jf. Appendiks) fik Nomenklaturudvalget en forespørgsel fra en oversætter i EU om

Kemiens etik:

Artikler fra Dansk Kemi22. 04. 2026

Et overset felt med voksende betydning Kemisk forskning og teknologi påvirker i stigende grad sundhed, miljø og samfund. Derfor er der behov for større opmærksomhed på kemiens etiske dimensioner i både forskning, undervisning og faglige organisationer. Artiklen har været bragt i Dansk Kemi nr.

Plastik i luften – havets usynlige bidrag

Artikler fra Dansk KemiKlima og miljø22. 04. 2026

Springende bobler på havets overflade kan transportere mikroskopiske plastikpartikler fra vand til luft. Artiklen har været bragt i Dansk Kemi nr. 2, 2026 og kan læses uden illustrationer, strukturer eller ligninger herunder(læs originalartiklen her) Af Eva R. Kjærgaard, Institut for Kemi,

Polycykliske aromatiske kulbrinter – multi-redox systemer

Artikler fra Dansk Kemi22. 04. 2026

Kombinationen af polycykliske aromatiske kulbrinter og den organiske svovlforbindelse tetrathiafulvalen giver nye multi-redox systemer. De har potentiel anvendelse inden for materialekemien som elektrisk ledende materialer, elektrokrome materialer eller som komponenter i batterier. Artiklen har

Physical Unclonable Functions

Artikler fra Dansk KemiNanoteknologi22. 04. 2026

Fremtidens sikkerhedsløsninger baserer sig på tilfældige mønstre. Artiklen har været bragt i Dansk Kemi nr. 2, 2026 og kan læses uden illustrationer, strukturer eller ligninger herunder(læs originalartiklen her) Af Thomas Just Sørensen, Nano-Science Center og Kemisk Institut, Københavns

Ozon i den arktiske troposfære

Artikler fra Dansk KemiKlima og miljø22. 04. 2026

Ozon (O3) i atmosfæren er en vigtig klimagas – desuden er den giftig for dyr og mennesker samt skadelig for planter. Artiklen har været bragt i Dansk Kemi nr. 2, 2026 og kan læses uden illustrationer, strukturer eller ligninger herunder(læs originalartiklen her) Af Henrik Skov, Claus

Stratosfærisk ozon

Artikler fra Dansk KemiKlima og miljø22. 04. 2026

En status. Artiklen har været bragt i Dansk Kemi nr. 2, 2026 og kan læses uden illustrationer, strukturer eller ligninger herunder(læs originalartiklen her) Af Ole John Nielsen, Kemisk Institut, Københavns Universitet Stratosfærisk ozon har været vigtig for livets udvikling og beståen på

Ti, Mo, Cs, Pr, Nd – hvad har disse fem til fælles?

AktueltArtikler fra Dansk KemiHistorisk kemi21. 04. 2026

Artiklen har været bragt i Dansk Kemi nr. 1, 2026 og kan læses uden illustrationer, strukturer eller ligninger herunder(læs originalartiklen her) Kemisk Forenings Nomenklaturudvalg (KFNU) i dets nuværende inkarnation daterer sig fra 1940. Udvalgets første større bedrift var i 1952 at nedkomme med

To naturfagslærere fra slutningen af 1800-tallet

AktueltArtikler fra Dansk KemiHistorisk kemi13. 04. 2026

Naturvidenskab kom ind i latinskolen – den lærde skole – i midten af 1800-tallet. Hvad var det for lærere, der underviste i naturvidenskab i den lærde skole og realskolen? Artiklen har været bragt i Dansk Kemi nr. 1, 2026 og kan læses uden illustrationer, strukturer eller ligninger

CleanCloud målekampagne i Nordøstgrønland

AktueltArtikler fra Dansk KemiKlima og miljø06. 04. 2026

CleanCloud er et EU-finansieret forskningsprojekt, hvor der blandt andet er udført to målekampagner på Villum Research Station (VRS) på Station Nord i Nordgrønland, med det formål at undersøge, hvordan partikler og skyer interagerer. Artiklen har været bragt i Dansk Kemi nr. 1, 2026 og kan læses

Tilmeld Nyhedsbrev

Tilmeld dig til dit online branchemagasin/avis





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

/Nyheder

  • Busch Vakuumteknik A/S

    Pfeiffer Vacuum+Fab Solutions introducerer COMBI WVD-vakuum booster pumpe enhed

  • Kem-En-Tec Nordic

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

  • DENIOS ApS

    Hvordan bortskaffer du lithiumbatterier?

  • MD Scientific

    EcoSEC Elite® GPC System

  • Mikrolab – Frisenette A/S

    Gør drikkevandsanalyse enkel, hurtig og pålidelig – nu med 20% i rabat

  • Busch Vakuumteknik A/S

    Design af vakuumprocesser for øget effektivitet – fire vigtige overvejelser

  • DENIOS ApS

    Vil du have et opslagsværk til arbejdssikkerhed og miljøbeskyttelse?

  • DENIOS ApS

    Må du opbevare to forskellige stoffer på det samme opsamlingskar?

  • Busch Vakuumteknik A/S

    Pfeiffer Vacuum+Fab Solutions introducerer CenterLine CNR-serien

  • Kem-En-Tec Nordic

    Sikker gelfarvning på kun 15 minutter?

Vis alle nyheder fra vores FOKUSpartnere ›

Seneste Nyheder

  • Aminosyrer til folk og fæ – hvad er egentlig ”L-cystin”?

    29.04.2026

  • Kemiens etik:

    22.04.2026

  • Plastik i luften – havets usynlige bidrag

    22.04.2026

  • Polycykliske aromatiske kulbrinter – multi-redox systemer

    22.04.2026

  • Physical Unclonable Functions

    22.04.2026

  • Ozon i den arktiske troposfære

    22.04.2026

  • Stratosfærisk ozon

    22.04.2026

  • Ti, Mo, Cs, Pr, Nd – hvad har disse fem til fælles?

    21.04.2026

  • To naturfagslærere fra slutningen af 1800-tallet

    13.04.2026

  • CleanCloud målekampagne i Nordøstgrønland

    06.04.2026

  • Svensk opfinder af pengeseddelautomaten har doneret over 538 mio. SEK til demensforskning

    25.03.2026

  • Svampe giver køerne kamp til stregen, når det kommer til produktion af mælkeprotein

    11.03.2026

  • Strontium understøtter tandemaljens robusthed – men hvordan?

    04.03.2026

  • Hvad sker der på spildevandsanlægget, når ”det pisser ned”?

    25.02.2026

  • ISO 13391 og ISO 25078

    18.02.2026

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