过氧化物酶

过氧化物酶（Peroxidase，PX）广泛存在于动物、植物、真菌和细菌中。它能催化过氧化氢和有机过氧化物对各种有机物和无机物的氧化作用。其分子量范围为35000～100000，其中含铁PX是一类结构相似、功能相同的酶，它们都通过一个二质子二电子还原过程催化H2O2对底物的氧化。

10.3.2.1 木质素过氧化物酶（LiP）

LiP最早在黄孢原毛平革菌中被发现能催化木质素，并与其他异生物质发生降解，后来证明其普遍存在于白腐真菌中。LiP是微生物在营养物质不足时合拿樱成分泌的一种过氧化物酶。该酶含一种血红素的糖蛋白，有多种同工酶存在形式，分子质量一般为38～46kDa。在辅助酶系产生的H2O2氧化作用下，LiP成为缺电子活性中间体，这种中间体催化底物发生失电子的氧化反应后恢复为原状态。LiP催化氧化木质素过程，首先是从木质素的芳环上取得一个电子，使木质素形成阳离子活性基团，然后发生一系列的裂解反应。催化丙基侧链的Ca-Cβ 并发生断裂，这一裂解反应被认为是木质素降解中最重要的过程（Kenneth，1997）。LiP的活性中间体Ⅰ，Ⅱ具有比其他过氧化物酶高纳高得多的还原电位。因此能作用于多种化合物，其中包括非酚类的芳香族化合物（芳烃类污染物和非酚类的木质素）、合成木质素等化合物。LiP催化反应的类型有：①苄醇的氧化；②C-C键断裂；③羟基化；④脱甲氧基；⑤脱甲基；⑥氧化性脱氯；⑦酚二聚化或聚合。

催化作用机制是一种自由基化学，酶的氧化中间体底物形成芳基阳离子自由基，这种阳离子自由基非酶促反应时使底物发生降解；催化的降解过程是一个由H2O2启动的一系列自由基的链式反应，从而实现对底物的部分和彻底的氧化。

10.3.2.2 锰过氧化物酶（MnP）

MnP几乎在所有木生白腐菌和各种土壤中的枯叶分解真菌中普遍存在，是一种木质素修饰过氧化物酶。MnP由一个血红素基和一个Mn²⁺构成其活性中心的糖蛋白，也发现它有多种同工酶，分子量在40～60kDa之间。MnP催化机制类似于LiP，催化循环是由H2O2或有机过氧化物所启动的。过氧化物结合在天然的正Fe态酶上，从血红素中转移2个电子，形成一种过氧化物铁复合体。MnP Ⅰ双氧键发生异裂后释放一分子水，随后MnP I再经历还原反应，形成 MnP Ⅱ（中间体的电子供体），最后MnP Ⅱ本身被氧化成Mn（Ⅲ）。MnP的催化反应绝对需要MnP Ⅱ来实现，Mn（Ⅲ）起到氧化还原调节剂的作用，但调节能力有待进一步的发挥。Bonnarme等（1990）研究证明 MnP 在 H2O2和Mn（Ⅱ）存在的情况下，能氧化亚香草基丙酮、2，6-二甲氧基苯酚、姜黄素、丁香酸、愈创木酚及各种染料、胺类、木质素模式化合物、木质素及各种酚类化合物等。Perez等（1992）证明，MnP能解聚合成的木质素。Bao等（1994）证明，MnP通过脂类过氧化作用可以降解难降解的芳香族化合物。研究证明，MnP可能依靠多种机制氧化木质素的非酚类部分。反应类型：①谷胱甘肽（GSH）促进非酚类木质素的模式二聚体在苄位发生氧化，导致了二聚物的芳基-醚基断裂；②不饱和脂肪酸及其衍生物促进了MnP对非酚类木质素的降解；③MnP与纤维二糖脱氢酶（CDH）合作，CDH产生的羟基自由基，调节底物发生脱甲基作用和/或羟基化作用，促进非酚类结构转化成酚类结构，为MnP进攻底物做准备。

10.3.2.3 过氧化物酶基因克隆

黄孢原毛平革菌编码LiP的基因组成已基本明确，其LiP家族由至少10个结构上紧密关联的基因编码，它们分别被命名为lipA～lipJ，定位于4个连锁消茄丛群，每个基因还有不同形式的等位基因。Stewart等（1999）建立了lip基因的物理图谱，4个基因lipA，lipB，lipC，lipE定位于一个35 kb的区域，lipG，lipH，lipI，lipJ定位于一个15 kb的区域，lipD和lipF不与其他的基因相连。黄孢原毛平革菌中编码MnP的3个同工酶基因分别为mnpI，mnpII和mnpIII，其中mnpI编码H4蛋白，mnpII编码H3蛋白，关于mnpIII的报道较少。Margaret等（1997）对黄孢原毛平革菌中编码mnpIII的基因进行了克隆和测序，结果表明，mnpIII基因编码的蛋白（357个氨基酸）带有1条25个氨基酸组成的信号肽。在MnP III蛋白中含有酶活性部位、Mn²⁺结合位点和形成二硫键的氨基酸。mnpIII基因包含有6个内含子，其启动子包括金属反应结构和热休克结构，这些结构与mnp基因转录被含锰底物调节和热休克密切相关。另外，Luis等（2005）的研究表明，黄孢原毛平革菌中的nop基因能编码一种新型的过氧化物酶，包含295个氨基酸残基，比其II型过氧化物酶（例如LiP和MnP）要短。