DE19856928A1 - Enzymatic preparation of mangan ions, superoxide anions and hydrogen peroxide uses laccase - Google Patents

Enzymatic preparation of mangan ions, superoxide anions and hydrogen peroxide uses laccase

Info

Publication number
DE19856928A1
DE19856928A1 DE1998156928 DE19856928A DE19856928A1 DE 19856928 A1 DE19856928 A1 DE 19856928A1 DE 1998156928 DE1998156928 DE 1998156928 DE 19856928 A DE19856928 A DE 19856928A DE 19856928 A1 DE19856928 A1 DE 19856928A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
laccase
ions
hydrogen peroxide
reaction
iii
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
DE1998156928
Other languages
German (de)
Inventor
Dietmar Schlosser
Christine Hoefer
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Schlosser Dietmar Drrernat 04157 Leipzig De
Original Assignee
Friedrich Schiller Universtaet Jena FSU
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Friedrich Schiller Universtaet Jena FSU filed Critical Friedrich Schiller Universtaet Jena FSU
Priority to DE1998156928 priority Critical patent/DE19856928A1/en
Publication of DE19856928A1 publication Critical patent/DE19856928A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12Q—MEASURING OR TESTING PROCESSES INVOLVING ENZYMES, NUCLEIC ACIDS OR MICROORGANISMS; COMPOSITIONS OR TEST PAPERS THEREFOR; PROCESSES OF PREPARING SUCH COMPOSITIONS; CONDITION-RESPONSIVE CONTROL IN MICROBIOLOGICAL OR ENZYMOLOGICAL PROCESSES
    • C12Q1/00—Measuring or testing processes involving enzymes, nucleic acids or microorganisms; Compositions therefor; Processes of preparing such compositions
    • C12Q1/26—Measuring or testing processes involving enzymes, nucleic acids or microorganisms; Compositions therefor; Processes of preparing such compositions involving oxidoreductase
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B09—DISPOSAL OF SOLID WASTE; RECLAMATION OF CONTAMINATED SOIL
    • B09C—RECLAMATION OF CONTAMINATED SOIL
    • B09C1/00—Reclamation of contaminated soil
    • B09C1/08—Reclamation of contaminated soil chemically
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F1/52—Treatment of water, waste water, or sewage by flocculation or precipitation of suspended impurities
    • C02F1/5236—Treatment of water, waste water, or sewage by flocculation or precipitation of suspended impurities using inorganic agents
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F1/72—Treatment of water, waste water, or sewage by oxidation

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Wood Science & Technology (AREA)
  • Proteomics, Peptides & Aminoacids (AREA)
  • Water Supply & Treatment (AREA)
  • Hydrology & Water Resources (AREA)
  • Zoology (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Microbiology (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • Bioinformatics & Cheminformatics (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Biophysics (AREA)
  • Genetics & Genomics (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biotechnology (AREA)
  • Soil Sciences (AREA)
  • Preparation Of Compounds By Using Micro-Organisms (AREA)

Abstract

An enzymatic preparation of mangan(III)-ions, superoxide anions and hydrogen peroxide, comprises preparing Mn(III)-ions using laccase, is new. The preparation of superoxide anions and hydrogen peroxide is achieved in the presence of Mn(II)-ions, laccase, low-molecular organic acids and oxygen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur enzymatischen Erzeugung von Mangan(III)-Ionen, Superoxid-Anionen und Wasserstoffperoxid als Oxidan­ tien mit hoher Oxidationskraft. Das Verfahren kann vielseitig im (umwelt-)­ technischen und gewerblichen Bereich sowie in der Abfallwirtschaft zur Eliminierung von organischen Stoffen in Industrie- und Prozeßabwässern, Böden, und festen Abfallstoffen eingesetzt werden. Weitere Anwendungen ergeben sich u. a. durch Laborverfahren zum Nachweis des enzymatischen Abbaus von nieder- und hochmolekularen Substanzen und Substanz­ gemischen.The invention relates to a process for the enzymatic production of Manganese (III) ions, superoxide anions and hydrogen peroxide as the oxidane high oxidation power. The process can be versatile in (environmental) technical and commercial area as well as in waste management Elimination of organic matter in industrial and process waste water, Soils, and solid waste materials are used. More applications arise u. a. through laboratory methods for the detection of the enzymatic Degradation of low and high molecular weight substances and substance mix.

Mn(III)-Ionen, die enzymatisch herkömmlicherweise durch Mangan- Peroxidasen aus Weißfäulepilzen gebildet werden, haben sich als effektive Oxidantien bei der Depolymerisierung und Mineralisierung von organischen, sowohl nieder- als auch hochmolekularen Natur- und Fremdstoffen erwiesen, darunter unterschiedlichste persistente Umweltschadstoffe [M. Hofrichter, K. Scheibner, I. Schneegaß and W. Fritsche: "Enzymatic combustion of aromatic and aliphatic compounds by manganese peroxidase from Nematoloma frowardii", (1998), Appl. Environ. Microbiol. 64, S. 399-404; oder M. Hofrichter, K. Scheibner, F. Bublitz, I. Schneegaß, D. Ziegenhagen, R. Martens and W. Fritsche: "Depolymerization of straw lignin by manganese peroxidase from Nematoloma frowardii is accompanied by release of carbon dioxide", (1998), Holzforschung 52, S. 1-6; oder M. Hofrichter, K. Scheibner, I. Schneegaß, D. Ziegenhagen and W. Fritsche: "Mineralization of synthetic humic substances by manganese peroxidase from the white-rot fungus Nematoloma frowardii", (1998), Appl. Microbiol. Biotechnol. 49, S. 584-588]. Mittels Mangan-Peroxidase hergestellte Mangan(III)-Ionen können auch zur Delignifizierung und Bleichung bei der Papierherstellung und zur Behandlung von Abwässern aus der Holz- und Papierindustrie sowie der Textilindustrie eingesetzt werden [JP 09075079 A oder WO 93/20959].Mn (III) ions, which are enzymatically conventionally produced by manganese Peroxidases formed from white rot fungi have proven to be effective Oxidants in the depolymerization and mineralization of organic, both low and high molecular weight natural and foreign substances have been proven, including various persistent environmental pollutants [M. Court judge, K. Scheibner, I. Schneegaß and W. Fritsche: "Enzymatic combustion of aromatic and aliphatic compounds by manganese peroxidase from Nematoloma frowardii ", (1998), Appl. Environ. Microbiol. 64, pp. 399-404; or M. Hofrichter, K. Scheibner, F. Bublitz, I. Schneegaß, D. Ziegenhagen, R. Martens and W. Fritsche: "Depolymerization of straw lignin by manganese peroxidase from Nematoloma frowardii is accompanied by release of carbon dioxide ", (1998), Holzforschung 52, pp. 1-6; or M. Hofrichter, K. Scheibner, I. Schneegaß, D. Ziegenhagen and W. Fritsche:  "Mineralization of synthetic humic substances by manganese peroxidase from the white-red fungus Nematoloma frowardii ", (1998), Appl. Microbiol. Biotechnol. 49, pp. 584-588]. Made with manganese peroxidase Manganese (III) ions can also be used for delignification and bleaching Paper manufacture and for the treatment of waste water from the wood and Paper industry and the textile industry are used [JP 09075079 A or WO 93/20959].

Auch der Einsatz von unterschiedlichen mangan-unabhängigen Peroxidasen, beispielsweise Meerrettich-Peroxidase oder Peroxidasen und Lignin-Peroxi­ dasen aus Pilzen, zur Delignifizierung und Bleichung bei der Papier­ herstellung und zur Behandlung von Abwässern aus der Holz- und Papier­ industrie, wie auch der Textilindustrie, ist bekannt [WO 94/12619, EP 0418201 A2, oder DE 195 23 389 A1, oder WO 93/24618]. Diese Enzyme werden weiterhin zum Abbau von durch Kohlenteer verursachten Kontaminationen eingesetzt [WO 88/01255]. Peroxidase-Reaktionen verlan­ gen entsprechend dem Charakter der katalysierten Reaktion die Anwesenheit von Wasserstoffperoxid.The use of different manganese-independent peroxidases, for example horseradish peroxidase or peroxidases and lignin peroxi made from mushrooms, for delignification and bleaching on paper production and treatment of waste water from wood and paper industry, as well as the textile industry, is known [WO 94/12619, EP 0418201 A2, or DE 195 23 389 A1, or WO 93/24618]. These enzymes continue to be mined by coal tar Contamination used [WO 88/01255]. Peroxidase reactions required presence depending on the nature of the catalyzed reaction of hydrogen peroxide.

Wasserstoffperoxid kann auch als Oxidationsmittel bei der in situ-Sanierung von Grundwässern, die mit polyzyklischen aromatischen Kohlenwasser­ stoffen (PAK), Chlorbenzoaten, Phenolen, Chloranilinen, polychlorierten Benzenen, Pestiziden, wie DDT oder Lindan, Dioxinen, oder Farbstoffen kontaminiert sind, eingesetzt werden [NL 1000372].Hydrogen peroxide can also act as an oxidant in in situ remediation of groundwater containing polycyclic aromatic hydrocarbons substances (PAH), chlorobenzoates, phenols, chloroanilines, polychlorinated Benzene, pesticides, such as DDT or lindane, dioxins, or dyes are contaminated, are used [NL 1000372].

In chemisch-physikalischen Verfahren zur Wasserdekontamination dient Wasserstoffperoxid als Oxidationsmittel zur Initiierung des Abbaus der Fremdstoffe [K. E. Koeppke und G. von Hagel: "Wastewater treatment by hydrogen peroxide oxidation", (1994), GWF, Gas-, Wasserfach: Wasser/Ab­ wasser 132, S. 313-317; oder K. E. Koeppke: "Disposal site leachate water treatment by chemical wet oxidation", (1994), Muell Abfall 23, S. 273-280]. Used in chemical-physical processes for water decontamination Hydrogen peroxide as an oxidizing agent to initiate the breakdown of the Foreign substances [K. E. Koeppke and G. von Hagel: "Wastewater treatment by hydrogen peroxide oxidation ", (1994), GWF, Gas-, Wasserfach: Wasser / Ab water 132, pp. 313-317; or K. E. Koeppke: "Disposal site leachate water treatment by chemical wet oxidation ", (1994), Muell Abfall 23, pp. 273-280].  

Problematisch bei der Anwendung von Wasserstoffperoxid in enzymatischen oder chemisch-physikalischen Verfahren ist:Problematic when using hydrogen peroxide in enzymatic or chemical-physical process is:

Peroxidasen sind im allgemeinen bei zu hohen Wasserstoffperoxid­ konzentrationen instabil. Bestimmte Konzentrationsbereiche dürfen somit nicht überschritten werden. Bei Zufuhr externen Wasserstoffperoxids ist daher eine entsprechende Dosierung nötig, die nur durch apparativen Aufwand erreichbar ist. Zusätzlicher Aufwand entsteht durch die notwendige Anlieferung und Lagerung des Wasserstoffperoxids. Letztgenanntes gilt auch für chemisch-physikalische Verfahren.Peroxidases are generally when hydrogen peroxide is too high concentrations unstable. Certain concentration ranges are allowed not be exceeded. When external hydrogen peroxide is added Therefore an appropriate dosage is necessary, which can only be achieved by apparatus Effort is achievable. Additional effort arises from the necessary Delivery and storage of the hydrogen peroxide. The latter also applies for chemical-physical processes.

Bei Bildung von Wasserstoffperoxid im Reaktionssystem durch Wasser­ stoffperoxid-generierende Enzyme, wie z. B. Glucose-Oxidase, muß ein zusätzliches Enzymsubstrat, wie beispielsweise Glucose, eingesetzt werden. Neben dem damit verbundenen Aufwand erhöht sich auch die Gefahr mikrobieller Fremdinfektionen. Die Langzeitstabilität von Enzymen, wie Glucose-Oxidase, unter konkreten Reaktionsbedingungen ist darüber hinaus begrenzt. Nach einer Woche werden selten mehr als 50% Restaktivität erhalten.When water forms hydrogen peroxide in the reaction system peroxide-generating enzymes, such as. B. glucose oxidase, must additional enzyme substrate, such as glucose, can be used. In addition to the effort involved, the risk also increases external microbial infections. The long-term stability of enzymes, such as Glucose oxidase, under specific reaction conditions, is beyond that limited. After a week there is rarely more than 50% residual activity receive.

Aufgabe der Erfindung ist es, die Oxidantien möglichst langzeitstabil, umweltfreundlich und aufwandgering, insbesondere mit begrenztem Kosten- und Energieeinsatz, bereitzustellen. Die Gefahr von mikrobiellen Fremd­ infektionen soll dabei weitgehend vermieden werden.The object of the invention is to keep the oxidants stable for as long as possible, environmentally friendly and effortless, especially with limited costs and energy input. The danger of microbial foreign infections should be largely avoided.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Oxidantien durch enzymatische Aktivierung von Luftsauerstoff erzeugt werden. Als neuartige enzymatische Reaktion wurde überraschend gefunden, daß Laccase in der Lage ist, die Oxidation von Mangan(II) zu Mangan(III) zu katalysieren, und darüber hinaus bei Anwesenheit von niedermolekularen organischen Säuren und Luftsauerstoff die Bildung von Superoxid-Anionen und Wasserstoff­ peroxid initiiert. Versuche haben ergeben, daß mit diesem Verfahren unter Reaktionsbedingungen nach einem Monat noch ca. 70% Aktivität der Laccase erhalten sind.The object is achieved in that the oxidants by enzymatic activation of atmospheric oxygen are generated. As a novel enzymatic reaction was surprisingly found that laccase in the Able to catalyze the oxidation of manganese (II) to manganese (III), and moreover in the presence of low molecular weight organic acids  and atmospheric oxygen the formation of superoxide anions and hydrogen initiated peroxide. Experiments have shown that with this method under Reaction conditions after a month still about 70% activity of the Laccase are preserved.

Das Verfahren kann einzeln oder in Kombination mit existierenden biologischen oder chemisch-physikalischen Verfahren eingesetzt werden.The method can be used individually or in combination with existing ones biological or chemical-physical processes can be used.

Die Erfindung soll nachstehend anhand dreier in den Zeichnungen dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert werden:The invention is based on three in the drawings illustrated embodiments are explained in more detail:

Es zeigen:Show it:

Fig. 1a: Extinktion von spektralphotometrisch verfolgten Mangan(III)- Pyrophosphat-Komplexen in Abhängigkeit der Reaktionszeit Fig. 1a: Absorbance of spectrophotometric manganese (III) - pyrophosphate complexes depending on the reaction time

Fig. 1b: Extinktion der gemäß Fig. 1a gebildeten Mangan(III)-Pyro­ phosphat-Komplexe in Abhängigkeit von der Wellenlänge nach vier Stunden Reaktionszeit FIG. 1b: absorbance of Figure 1a formed manganese (III) pyro-phosphate complexes as a function of wavelength, after four hours of reaction time Fig.

Fig. 2: wellenlängenabhängige Extinktion einer auf Grund der Oxidation von Mn(II)-Ionen ablaufenden Reduktion des ersten Kupferzen­ trums der Laccase Fig. 2: Wavelength-dependent absorbance of a reduction of the first copper center of the laccase due to the oxidation of Mn (II) ions

Fig. 3: durch Laccase katalysierte Bildung von Mn(III)-Komplexen und Wasserstoffperoxid nach 4 Stunden Reaktionszeit in Abhängigkeit unterschiedlicher organischer Säuren Fig. 3: Laccase-catalyzed formation of Mn (III) complexes and hydrogen peroxide after 4 hours reaction time varies depending different organic acids

Fig. 4: Bildung von Mn(III)-Malonat-Komplexen unter Einfluß unter­ schiedlicher Enzyme Fig. 4: Formation of Mn (III) -Malonat complexes under the influence of different enzymes

Ausführungsbeispiel 1Embodiment 1

Mangan(II)-Sulfat einer Konzentration von 0,5 mmol/l wurde durch säulenchromatografisch gereinigte Laccase (eingesetzte Ausgangsaktivität: 0,2 U/ml) in Gegenwart von 100 mmol/l Natriumpyrophosphat bei einem pH- Wert von 4,5 und einer Temperatur von 35°C oxidiert. Die Bildung der dabei entstehenden Mangan(III)-Pyrophosphat-Komplexe wurde spektral­ photometrisch verfolgt (der kinetische Reaktionsverlauf ist in Fig. 1a dargestellt). Fig. 1b zeigt dabei das nach einer Reaktionszeit von vier Stunden erhaltene UV-Spektrum, das für die Mangan(III)-Pyrophosphat- Komplexe charakteristisch ist und zu deren Identifizierung dient.Manganese (II) sulfate at a concentration of 0.5 mmol / l was purified by laccase purified by column chromatography (starting activity used: 0.2 U / ml) in the presence of 100 mmol / l sodium pyrophosphate at a pH of 4.5 and one Oxidized temperature of 35 ° C. The formation of the manganese (III) -pyrophosphate complexes formed was monitored spectrally photometrically (the kinetic course of the reaction is shown in FIG. 1a). FIG. 1b shows the obtained after a reaction time of four hours UV spectrum that is characteristic of the manganese (III) complexes and -Pyrophosphat- used to identify it.

Die Messungen wurden an einem Zweistrahl-Spektralphotometer gegen einen Blindwert, der den kompletten Reaktionsansatz mit thermisch inaktiviertem Enzym enthielt, durchgeführt.The measurements were taken on a two-beam spectrophotometer against one Blank value that shows the complete reaction batch with thermally inactivated Enzyme contained carried out.

Zum Nachweis der Oxidation der Mangan(II)-Ionen (Ausgangskonzentration: 0,1 mmol/l) durch Reduktion des ersten Kupferzentrums der Laccase wurde diese in säulenchromatografisch gereinigter Form mit einer Ausgangsaktivität von 17,5 U/ml eingesetzt.To detect the oxidation of the manganese (II) ions (initial concentration: 0.1 mmol / l) by reducing the first copper center of the laccase this in a form purified by column chromatography with a starting activity of 17.5 U / ml.

Fig. 2 zeigt die spektralphotometrisch im sichtbaren Bereich verfolgte und auf Grund der Oxidation von Mn(II)-Ionen ablaufenden Reduktion des ersten Kupferzentrums der Laccase für unterschiedliche Reaktionsbedingungen:
Kurve 1: erstes Kupferzentrum in oxidierter Form (Peak bei 605 nm) zu Reaktionsbeginn
Kurve 2: erstes Kupferzentrum in durch die Oxidation von Mn(II)-Ionen bewirkter teilweise reduzierter Form (Reaktionszeit 5 min.)
Kurve 3: erstes Kupferzentrum in durch die Oxidation von Mn(II)-Ionen bewirkter teilweise reduzierter Form (Reaktionszeit 20 min.)
Kurve 4: erstes Kupferzentrum in vollständig reduzierter Form, bewirkt durch die Zugabe von Natriumdithionit FIG. 2 is followed spectrophotometrically in the visible region and due to the oxidation of Mn (II) ions running reduction shows the first copper center of laccase for different reaction conditions:
Curve 1: first copper center in oxidized form (peak at 605 nm) at the start of the reaction
Curve 2: first copper center in a partially reduced form caused by the oxidation of Mn (II) ions (reaction time 5 min.)
Curve 3: first copper center in a partially reduced form caused by the oxidation of Mn (II) ions (reaction time 20 min.)
Curve 4: first copper center in a completely reduced form, caused by the addition of sodium dithionite

Das erste Kupferzentrum der Laccase zeigt in oxidierter Form ein charak­ teristisches Spektrum mit einem Peak bei 605 nm, der bei vollständiger Reduktion desselben verschwindet. Diese Reduktion kann, wie in Fig. 2 gezeigt, auch chemisch durch Zugabe von Natriumdithionit demonstriert werden. Zur Verhinderung der Reoxidation des ersten Kupferzentrums der Laccase, die im intakten Enzym durch einen Elektronenfluß vom ersten zum zweiten Kupferzentrum und die dort stattfindende Übertragung der Elektro­ nen auf molekularen Sauerstoff erfolgt, wurde das zweite Kupferzentrum durch Zugabe von 2 mmol/l Natriumfluorid zum Reaktionsansatz spezifisch gehemmt. Die Messungen wurden wiederum an einem Zweistrahl-Spektral­ photometer gegen einen Blindwert, der den kompletten Reaktionsansatz mit durch Zugabe von Natriumdithionit vollständig reduziertem Enzym enthielt, durchgeführt.The first copper center of the laccase shows in oxidized form a characteristic spectrum with a peak at 605 nm, which disappears when the latter is completely reduced. As shown in FIG. 2, this reduction can also be demonstrated chemically by adding sodium dithionite. To prevent reoxidation of the first copper center of laccase, which takes place in the intact enzyme by an electron flow from the first to the second copper center and the transfer of the electrons to molecular oxygen taking place there, the second copper center was specifically added to the reaction mixture by adding 2 mmol / l sodium fluoride inhibited. The measurements were again carried out on a double-beam spectrometer against a blank value, which contained the complete reaction mixture with enzyme completely reduced by adding sodium dithionite.

Ausführungsbeispiel 2Embodiment 2

Die durch Laccase katalysierte Bildung von Mangan(III)-Komplexen sowie von Wasserstoffperoxid in Gegenwart von unterschiedlichen organischen Säuren, die jeweils in einer Ausgangskonzentration von 100 mmol/l eingesetzt wurden, ist tabellarisch in Fig. 3 dargestellt. Die Reaktion wurde jeweils in Gegenwart von säulenchromatografisch gereinigter Laccase mit einer Ausgangsaktivität von 0,2 U/ml sowie in Anwesenheit von Mangan(II)- Sulfat mit einer Ausgangskonzentration von 0,1 mmol/l bei einem pH-Wert von 5,0 und einer Temperatur von 35°C über einen Zeitraum von 4 Stunden verfolgt. Als Kontrollansätze dienten jeweils die kompletten Reaktions­ gemische mit thermisch inaktiviertem Enzym.The formation of manganese (III) complexes catalyzed by laccase and of hydrogen peroxide in the presence of different organic acids, each of which was used in an initial concentration of 100 mmol / l, is shown in a table in FIG. 3. The reaction was carried out in the presence of column chromatography-purified laccase with an initial activity of 0.2 U / ml and in the presence of manganese (II) sulfate with an initial concentration of 0.1 mmol / l at a pH of 5.0 and at a temperature of 35 ° C over a period of 4 hours. The complete reaction mixtures with thermally inactivated enzyme served as control approaches.

Ausführungsbeispiel 3Embodiment 3

Die Wirkung der durch Laccase initiierten Bildung von Superoxid-Anionen und Wasserstoffperoxid auf eine Peroxidase soll am Beispiel der Mangan- Peroxidase-Reaktion erläutert werden. Fig. 4 zeigt dabei als Vergleich die Bildung von Mangan(III)-Malonat-Komplexen unter dem Einfluß der folgenden Enzyme:
Kurve 1: Mangan-Peroxidase
Kurve 2: Laccase
Kurve 3: Laccase + Mangan-Peroxidase
Kurve 4: Laccase + Mangan-Peroxidase + Superoxid-DismutaseThe effect of the formation of superoxide anions and hydrogen peroxide initiated by laccase on a peroxidase will be explained using the example of the manganese peroxidase reaction. Fig. 4 shows as a comparison the formation of manganese (III) malonate complexes under the influence of the following enzymes:
Curve 1: manganese peroxidase
Curve 2: laccase
Curve 3: laccase + manganese peroxidase
Curve 4: laccase + manganese peroxidase + superoxide dismutase

Die Mangan-Peroxidase-Reaktion katalysiert die Oxidation von Mangan(II) zu Mangan(III) unter Verbrauch von Wasserstoffperoxid nach der folgenden Reaktionsgleichung:
The manganese peroxidase reaction catalyzes the oxidation of manganese (II) to manganese (III) using hydrogen peroxide according to the following reaction equation:

2 Mn(II) + H2O2 + 2H+ → 2 Mn(III) + 2 H2O (1)2 Mn (II) + H 2 O 2 + 2H + → 2 Mn (III) + 2 H 2 O (1)

In Gegenwart von Malonat-Ionen werden die entstehenden Mangan(III)- Ionen durch Komplexbildung stabilisiert. Die gebildeten Mangan(III)- Malonat-Komplexe verfügen über ein Absorptionsmaximum bei 270 nm und können spektralphotometrisch erfaßt werden.In the presence of malonate ions, the manganese (III) - Ions stabilized by complex formation. The manganese (III) formed - Malonate complexes have an absorption maximum at 270 nm and can be recorded spectrophotometrically.

Die Entstehung von Superoxid-Anionen kann mit Hilfe der Superoxid- Dismutase nachgewiesen werden, die folgende Reaktion katalysiert:
The formation of superoxide anions can be demonstrated with the help of superoxide dismutase, which catalyzes the following reaction:

2 O2 - + 2 H+ → H2O2 + O2 (2)2 O 2 - + 2 H + → H 2 O 2 + O 2 (2)

Die Bildung von Wasserstoffperoxid wird chemisch ebenfalls durch Reaktion des Superoxid-Anions mit Mangan(II)-Ionen nach folgender Gleichung katalysiert:
The formation of hydrogen peroxide is also chemically catalyzed by reaction of the superoxide anion with manganese (II) ions according to the following equation:

2 O2 - + 4 H+ + 2 Mn(II) → 2 H2O2 + 2 Mn(III) (3)2 O 2 - + 4 H + + 2 Mn (II) → 2 H 2 O 2 + 2 Mn (III) (3)

Entsprechend den Gleichungen (2) und (3) führt die Reaktion (3) im Vergleich zur Reaktion (2) zu einer doppelten Menge Wasserstoffperoxid. Die Anwesenheit von Superoxid-Dismutase führt zur Konkurrenz der Reaktionen (2) und (3). Es wird daher im Resultat weniger Wasserstoff­ peroxid (Substrat für die Mangan-Peroxidase) als bei Abwesenheit von Superoxid-Dismutase gebildet, was in Fig. 4 durch eine verlangsamte Mangan-Peroxidase-Reaktion bei Anwesenheit von Superoxid-Dismutase zum Ausdruck kommt.According to equations (2) and (3), reaction (3) leads to double the amount of hydrogen peroxide compared to reaction (2). The presence of superoxide dismutase leads to competition between reactions (2) and (3). As a result, less hydrogen peroxide (substrate for the manganese peroxidase) is formed as a result than in the absence of superoxide dismutase, which is shown in FIG. 4 by a slowed down manganese peroxidase reaction in the presence of superoxide dismutase.

Alle Reaktionen wurden in Gegenwart von Mangan(II)-Sulfat einer Ausgangskonzentration von 0,5 mmol/l und Na-Malonat einer Ausgangs­ konzentration von 100 mmol/l bei einem pH-Wert von 4,5 und einer Tem­ peratur von 35°C in einem Zweistrahl-Spektralphotometer verfolgt. Als Blindwerte dienten jeweils die kompletten Reaktionsansätze mit themisch inaktiviertem Enzym. Laccase und Manganperoxidase wurden in säulen­ chromatografisch gereinigter Form mit einer Ausgangsaktivität von 0,2 U/ml eingesetzt, Superoxid-Dismutase mit einer Ausgangsaktivität von 20 U/ml.All reactions were carried out in the presence of manganese (II) sulfate Initial concentration of 0.5 mmol / l and Na malonate from an initial concentration of 100 mmol / l at a pH of 4.5 and a tem temperature of 35 ° C in a two-beam spectrophotometer. As Blank values served the complete reaction approaches with thematic inactivated enzyme. Laccase and manganese peroxidase were in columns chromatographically purified form with an initial activity of 0.2 U / ml used, superoxide dismutase with an initial activity of 20 U / ml.

Claims (9)

1. Verfahren zur enzymatischen Erzeugung von Mn(III)-Ionen, Superoxid- Anionen und Wasserstoffperoxid, gekennzeichnet dadurch, daß die Bildung von Mn(III)-Ionen durch Laccase katalysiert und die Erzeugung von Superoxid-Anionen und Wasserstoffperoxid in Gegenwart von Laccase, Mn(II)-Ionen, niedermolekularen organischen Säuren, und Luftsauerstoff durchgeführt wird.1. A process for the enzymatic generation of Mn (III) ions, superoxide anions and hydrogen peroxide, characterized in that the formation of Mn (III) ions is catalyzed by laccase and the generation of superoxide anions and hydrogen peroxide in the presence of laccase, Mn (II) ions, low molecular weight organic acids, and atmospheric oxygen is carried out. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Aktivität der Laccase zwischen 0,05 und 200 Internationalen Einheiten pro Milliliter Reak­ tionsvolumen (1 U = 1 I. E. = 1 µmol/min.) liegt.2. The method according to claim 1, characterized in that the activity of Laccase between 0.05 and 200 international units per milliliter of reak tion volume (1 U = 1 IU = 1 µmol / min.). 3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Aktivität der Laccase zwischen 0,05 und 200 Internationalen Einheiten pro Gramm Fest­ stoff (U/g) liegt.3. The method according to claim 1, characterized in that the activity of Laccase between 0.05 and 200 international units per gram of solid substance (U / g). 4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Laccase frei suspendiert eingesetzt wird.4. The method according to claim 1, characterized in that the laccase is free is used suspended. 5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Laccase in an sich bekannter immobilisierter Form eingesetzt wird.5. The method according to claim 1, characterized in that the laccase in known immobilized form is used. 6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Reaktion bei pH-Werten zwischen 2,5 und 10, vorzugsweise bei pH-Werten zwischen 4 und 7, durchgeführt wird. 6. The method according to claim 1, characterized in that the reaction at pH values between 2.5 and 10, preferably at pH values between 4 and 7.   7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Reaktion bei Temperaturen zwischen 5°C und 70°C, vorzugsweise zwischen 15°C und 45°C, durchgeführt wird.7. The method according to claim 1, characterized in that the reaction at Temperatures between 5 ° C and 70 ° C, preferably between 15 ° C and 45 ° C, is carried out. 8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Reaktion in Gegenwart von zweiwertigen Mn-Ionen im Konzentrationsbereich zwischen 0,01 und 10 mmol/l durchgeführt wird.8. The method according to claim 1, characterized in that the reaction in Presence of divalent Mn ions in the concentration range between 0.01 and 10 mmol / l is carried out. 9. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Reaktion in Gegenwart von Phosphat-, Pyrophosphat-, Acetat-, Glyoxalat-, Citrat-, Malat-, Malonat-, Lactat-, Tartrat-, Formiat und/oder Oxalat-Ionen in Konzentrationsbereichen zwischen 5 und 500 mmol/l durchgeführt wird.9. The method according to claim 1, characterized in that the reaction in Presence of phosphate, pyrophosphate, acetate, glyoxalate, citrate, Malate, malonate, lactate, tartrate, formate and / or oxalate ions in Concentration ranges between 5 and 500 mmol / l is carried out.
DE1998156928 1998-12-10 1998-12-10 Enzymatic preparation of mangan ions, superoxide anions and hydrogen peroxide uses laccase Withdrawn DE19856928A1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE1998156928 DE19856928A1 (en) 1998-12-10 1998-12-10 Enzymatic preparation of mangan ions, superoxide anions and hydrogen peroxide uses laccase

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE1998156928 DE19856928A1 (en) 1998-12-10 1998-12-10 Enzymatic preparation of mangan ions, superoxide anions and hydrogen peroxide uses laccase

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE19856928A1 true DE19856928A1 (en) 2000-06-15

Family

ID=7890583

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE1998156928 Withdrawn DE19856928A1 (en) 1998-12-10 1998-12-10 Enzymatic preparation of mangan ions, superoxide anions and hydrogen peroxide uses laccase

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE19856928A1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116219785A (en) * 2023-02-27 2023-06-06 安徽金坤达包装集团有限公司 Method for degrading lignin in situ by manganese oxide coupling laccase

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116219785A (en) * 2023-02-27 2023-06-06 安徽金坤达包装集团有限公司 Method for degrading lignin in situ by manganese oxide coupling laccase

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Zhang et al. Characterization of a manganese peroxidase from white-rot fungus Trametes sp. 48424 with strong ability of degrading different types of dyes and polycyclic aromatic hydrocarbons
Yang et al. Degradation and detoxification of the triphenylmethane dye malachite green catalyzed by crude manganese peroxidase from Irpex lacteus F17
Hammel et al. The oxidative 4-dechlorination of polychlorinated phenols is catalyzed by extracellular fungal lignin peroxidases
Barapatre et al. Biodegradation of malachite green by the ligninolytic fungus Aspergillus flavus
DE60225478T2 (en) PROCESS FOR PREPARING COENZYME Q10
Acevedo et al. Degradation of polycyclic aromatic hydrocarbons by the Chilean white-rot fungus Anthracophyllum discolor
Mielgo et al. Oxidative degradation of azo dyes by manganese peroxidase under optimized conditions
Hofrichter et al. Oxidative decomposition of malonic acid as basis for the action of manganese peroxidase in the absence of hydrogen peroxide
Archibald Lignin peroxidase activity is not important in biological bleaching and delignification of unbleached kraft pulp by Trametes versicolor
Collado et al. Biodegradation of dissolved humic substances by fungi
EP0354441A2 (en) Method for the colorimetric determination of analyte using enzymatic oxydation
Aguiar et al. Oxalic acid, Fe3+-reduction activity and oxidative enzymes detected in culture extracts recovered from Pinus taeda wood chips biotreated by Ceriporiopsis subvermispora
JPH0718108B2 (en) Method for producing cellulose from lignin-containing raw material
US5389356A (en) Compounds and methods for generating oxygen free radicals used in general oxidation and reduction reactions
Khindaria et al. Evidence for formation of the veratryl alcohol cation radical by lignin peroxidase
Gangwar et al. Evaluation of cellobiose dehydrogenase and laccase containing culture fluids of Termitomyces sp. OE147 for degradation of Reactive blue 21
Aguiar et al. Effect of aqueous extracts from Ceriporiopsis subvermispora-biotreated wood on the decolorization of Azure B by Fenton-like reactions
DE19856928A1 (en) Enzymatic preparation of mangan ions, superoxide anions and hydrogen peroxide uses laccase
EP0312793A1 (en) Process for degrading difficultly degradable aromatics in contaminated soil, or wastes to be dumped, by means of microorganisms
JP2831048B2 (en) Pulp bleaching method
Fang et al. Optimization of cellobiose dehydrogenase production by Schizophyllum commune and effect of the enzyme on kraft pulp bleaching by ligninases
EP1165881B1 (en) Multi-component system for the enzyme-catalysed oxidation of substrates and method for carrying out enzyme-catalysed oxidation
JP2005349327A (en) Method for treating waste water
AT505437B1 (en) PROCESS FOR THE OXIDATIVE CLEAVAGE OF AROMATIC RINGS CONJUGATED ETHYLENIC DOUBLE BONDINGS
WO2006122537A1 (en) Method for decontaminating cyanide-containing soils/aquifers and groundwaters

Legal Events

Date Code Title Description
8127 New person/name/address of the applicant

Owner name: SCHLOSSER, DIETMAR, DR.RER.NAT., 04157 LEIPZIG, DE

8141 Disposal/no request for examination