Applicazioni industriali di multicopper oxidases per la degradazione della lignina

Lignocellulosic biomass has proven to be a valuable source of renewable energy that can be used for the production of biofuels and renewable chemical materials. Lignin has the characteristic of being very resistant to degradation processes. However, in nature there are several fungal and bacterial species that are able to modify and degrade lignin due to their enzymes.Among the main ligninolytic enzymes are the multi-copper oxidases (MCOs). To this class belong the enzymes nitrite reductase (NIR), laccase (Lac), ascorbate oxidase (AO) and ceruplasmines (Cp). This paper focuses on recent developments in understanding the enzymatic activity of MCOs and their involvement in the lignin degradation process, with particular emphasis on the class of laccases (Lac). In nature, different types of laccases have been found in various species of living organisms such as plants, insects, fungi and bacteria. These proteins are able to oxidise the phenolic compounds present in lignin by simultaneously reducing molecular oxygen to water and avoiding the formation of harmful by-products such as reactive oxygen species (ROS). Numerous studies have also shown that in the presence of low molecular weight redox mediators, laccases can also partially oxidise non-phenolic compounds. The reduced environmental impact of manufacturing processes using laccases has led to their presence in several industrial supply chains, such as: (i) pulp production and bleaching processes where they are used during chip pre-treatment work; (ii) bleaching work as viable substitutes for chlorine-containing compounds, (iii) the textile industry as efficient bleaches; (iv) wastewater disposal and treatment processes, (v) the production of biofuels derived from lignocellulosic biomass.

La biomassa lignocellulosica si è dimostrata una preziosa fonte di energia rinnovabile che può essere impiegata per la produzione di biocarburanti e materiali chimici rinnovabili. La lignina ha la caratteristica di essere molto recalcitrante ai processi di degradazione, ciononostante in natura esistono diverse specie fungine e batteriche che grazie al proprio corredo enzimatico sono in grado di modificarla e degradarla. Tra i principali enzimi ligninolitici ritroviamo le ossidasi multirame (MCO). A questa classe appartengono gli enzimi: nitrito reduttasi (NIR), laccasi (Lac), ascorbato ossidasi (AO) e le ceruplasmine (Cp). Questo elaborato si concentra sui recenti sviluppi relativi alla comprensione dell’attività enzimatica delle MCO e sul loro coinvolgimento nel processo degradativo della lignina, ponendo particolare attenzione alla classe delle laccasi (Lac). In natura sono stati ritrovati diversi tipi di laccasi in varie specie di organismi viventi come le piante, gli insetti, i funghi e i batteri. Queste proteine sono in grado di ossidare i composti fenolici presenti nella lignina, grazie alla contemporanea riduzione dell’ossigeno molecolare ad acqua evitando la formazione di sottoprodotti dannosi come le specie reattive all’ossigeno (ROS). Numerosi studi hanno inoltre dimostrato che in presenza di mediatori redox a basso peso molecolare le laccasi possono anche ossidare parzialmente i composti non fenolici. Il ridotto impatto ambientale dei processi di lavorazione che prevedono l’utilizzo delle laccasi ha portato alla loro presenza in diverse filiere industriali, quali: (i) i processi di produzione e sbiancamento della pasta di legno in cui vengono utilizzati durante i lavori di pretrattamento dei trucioli; (ii) i lavori di sbiancamento come validi sostituti dei composti contenenti il cloro, (iii) il settore industriale tessile come efficienti decoloranti; (iv) i processi di eliminazione e trattamento delle acque reflue, (v) la produzione di biocarburanti derivanti dalla biomassa lignocellulosica.