木材白腐菌分解木质素的酶系统_锰_省略_素过氧(3)

1期 池玉杰等：木材白腐菌分解木质素的酶系统-锰过氧化物酶、 漆酶和木质素过氧化物酶催化分解木质素的机制 155 形成的螯合剂如草酸等有机酸所稳定（Hatakka, 2001; Wariishi et al., 1992）。螯合的Mn3+作为低分子量的物质，成为氧化还原中介体，是可渗透或扩散到木材细胞内木质素结构中的氧化剂，可在远离酶的一定位置上发挥作用，经由氢原子和一个电子的提取，非特异性地进攻和氧化木质素有机分子中的酚结构，这类酚结构大约占木质素结构单元的10%，从而导致酚木质素结构形成不稳定的易于自发裂解的苯氧基团自由基，这种一个电子的氧化形成的苯氧基团经历一系列的反应，其中的一部分导致木质素聚合体在一定的结构上裂解，裂解可发生在芳香环与α碳原子之间（Tuor et al, 1992; Wariishi et al, 1991）。研究表明虫拟蜡菌C. subvermispora侵染的木材在相对较短的时间内，就会在菌丝上产生大量的草酸钙结晶和在局部区域有锰的沉积（Akhtar et al., 1998）。草酸和锰都是锰过氧化物酶发生作用的必要化学成分。

图1 锰过氧化物酶MnP的催化循环

Fig.1 The catalytic cycle of manganese peroxidase (MnP)

MnP首先被认为是一种酚氧化酶，因为Mn3+能氧化各种单酚和二聚酚，包括酚木质素模型化合物。酚结构的底物被氧化成苯氧基，苯氧基然后进一步被脱甲基化、烷基苯基键断裂、α碳原子被氧化、α碳原子和β碳原子之间的键断裂。一个由P. chrysosporium 产生的MnP、丙二酸钠、Mn2+和H2O2组成的反应体系，可催化β-1型木质素结构酚紫丁香基的α碳原子和β碳原子之间的键断裂、α碳原子被氧化、烷基-芳基键的断裂（Tuor et al., 1992）。

Mn 3+和羧酸（如草酸盐、丙二酸盐、苹果酸盐、酒石酸盐、乳酸盐）的螯合物能引起多种底物的单电子氧化作用。酚及氨基芳香化合物都可以由脱氢作用被氧化，分别形成酚氧基和氨基自由基。一些氧化还原能力较低的非酚芳香族物质，如四甲氧基苯（茴香醚）或蒽易于从芳香环中脱去一个电子，形成芳香阳离子基团。Mn3+和羧酸（如草酸盐或丙二酸盐）的螯合物也可能发生相互反应，转变成烷基团，这些烷基团以后经历与氧分子发生的自发反应，形成其他的基团（如超氧化物）。这些基团被认为是过氧化物的前体，可以通过自动的催化反应产生，它们在外源过氧化氢缺乏的情况下，可以被MnP利用。

但是锰过氧化物酶-Mn系统的氧化还原潜能较木质素过氧化物酶低，因为Mn3+螯合物不是一种很强的氧化剂，弱于LiP的氧化作用，简单的MnP酶系统不能攻击和氧化木质素的非酚单元。然而在木质素的全部芳香结构中，仅有一小部分由酚羟基组成，大部分是非酚类结构，这些非酚类结构在通常情况下难以降解，不能通过直接受Mn3+螯合物攻击的作用机制而被氧化。因此，MnPs对木质素内的酚基单元的催化反应不可能导致木质素聚合体的大量分解，然而，那些缺乏LiP 而产生MnPs的白腐菌已经显示出能分