木材白腐菌分解木质素的酶系统_锰_省略_素过氧(2)

154 菌 物 学 报 26卷 分解而使酶分子能进入到分解后的孔隙内之前，就已经从细胞壁内部脱除了木质素。因此最初对木材细胞壁中的木质素进行降解必须是由一些小分子量的、能够扩散到木材细胞壁内部的氧化剂引起，这些小分子量的物质要比分解木质素的酶分子小得多，它们是分解木质素的酶反应系统的一部分（Harvey et al., 1986; Hammel, 1996）。研究表明，上述三种酶都能与低分子量的中介体共同作用，即酶产生具有攻击木质素结构能力的反应中间产物，间接地引起木质素的氧化反应，从而导致木质素的分解，这已被提出作为木质素的降解机制。探索这些酶的催化分解机制，以及进一步探索这些酶的协同作用机制，都具有非常重要的理论和应用意义。本文综述了木材白腐菌产生的这3种分解木质素的酶对木质素的催化分解机制。 1锰过氧化物酶（MnP）

在真菌分泌的降解木质素的非特异性细胞外氧化还原酶中，锰过氧化物酶（MnP; EC1.11.1.13）起着至关重要的作用。MnP是一种最常见的降解木质素的过氧化物酶，是分解木质素的主要酶系，广泛存在于白腐菌中（Orth et al., 1993; Hatakka, 1994），如著名的生物制浆菌种虫拟蜡菌Ceriporiopsis subvermispora产生MnP和漆酶（Rüttimann et al., 1992）。很容易在白腐菌以木质纤维素基质作底物时检测到MnP的存在，几乎所有能引起木材白色腐朽的担子菌和各种栖息土壤的枯落层降解担子菌都能产生这种酶，将其分泌到真菌存在的微环境中。这些担子菌主要分布于非褶菌目木材腐朽菌中的伏革菌科Corticiaceae、韧革菌科Stereaceae、猴头菌科Hericiaceae、灵芝菌科Ganodermataceae、刺革菌科Hymenochaetaceae和多孔菌科Polyporaceae，以及伞菌目土壤枯落层分解菌中的球盖菇科Strophariaceae 和口磨科Tricholomataceae等。但是细菌、酵母菌、丝状真菌和菌根菌都不产生MnP（Hofrichter, 2002）。这种含亚铁血红素的糖蛋白是由两个国际研究小组（M.Gold的研究小组和Crawford的研究小组）20年前在金孢展齿革菌Phanerochaete chrysosporium中发现的（Glenn ＆ Gold, 1985; Paszcynski et al., 1985），但和P. chrysoporium 产生的另一种细胞外氧化酶-木质素过氧化物酶（LiP）相比，这种酶最初并没有受到足够的重视。MnP这种糖基化的亚铁血红素蛋白质通常以多种复合的形式产生，即有多种同工酶，分子量（MW）一般在38kDa～62.5kDa之间，稍大于LiPs，大多数纯化后的MnP的分子量都在45kDa左右。这些同工酶主要是等电点（pIs）不同，通常具有偏酸性的最适pH值（pH3～4）。但在某些真菌中也发现有等电点为弱酸性和中性的MnP同工酶。

MnPs进行常规的过氧化物酶催化循环，与木质素过氧化物酶（LiPs）的催化循环相似，包括MnP本体这种含铁酶、以及反应中介体MnP化合物Ⅰ和MnP化合物Ⅱ。MnPs对酚和非酚化合物1个电子氧化的还原电位为1.1V（Heinzkill ＆ Messner, 1997），在细胞状态下，MnPs可以提供低分子量的可扩散到木材细胞内的氧化剂- Mn3+螯合物（Paszczynski et al., 1986）。MnP优先地氧化永远存在于木材和土壤中的二价锰离子Mn2+ ，以Mn2+作为首选还原底物，即电子供体，使其变成高度活性的三价锰离子Mn3+。催化循环由H2O2结合到MnP本体上起开始启动，形成一种过氧化铁复合体。然后过氧化物的氧-氧键断裂，从亚铁血红素上转移2个电子，形成由H2O2 2个电子的氧化产生的中介体之一-MnP化合物Ⅰ，它是一个Fe4+-氧-卟啉复合体，可以氧化酚底物和二价锰离子Mn2+ ，此时H2O2的双氧分子键断裂后释放一个水分子。接下来氧化还原反应继续进行，一个二价锰离子Mn2+首先被有二齿的有机酸螯合剂如乙醇酸盐或草酸盐螯合，螯合的Mn2+充当MnP化合物Ⅰ的1个电子供体，被氧化成Mn3+，乙醇酸盐和草酸盐继续稳定由Mn2+转化成的Mn3+产物，并促进Mn3+螯合物从酶内的释放，而MnP化合物Ⅰ被还原，形成MnP化合物Ⅱ，也是一个Fe4+-氧-卟啉复合体。MnP化合物Ⅱ的还原反应以MnP化合物Ⅰ同样的方式继续进行下去，只是MnP化合物Ⅱ只能被二价锰离子Mn2+还原，即另一个Mn2+转化成Mn3+，从而导致MnP本体被释放，同时也产生第二个水分子（Kishi et al., 1994; Wariishi et al., 1988）（图1）。可以看出整个催化反应循环需要Mn2+的被氧化，使其变成高度活性的三价锰离子Mn3+来完成，这种活性的Mn3+由真菌