Nel laboratorio di Biochimica vegetale sono attivi progetti di ricerca che hanno come obiettivo l'utilizzo di proteine enzimatiche di origine fungina per applicazioni biotecnologiche e l'analisi di processi metabolici operanti in tessuti vegetali. Qui di seguito si illustra nel dettaglio il primo di questi progetti. E' ampiamente riconosciuto che la capacità degli enzimi di catalizzare reazioni chimiche con elevata specificità di substrato e aumento notevolissimo della velocità di reazione rende queste molecole ottimi candidati per conversioni biocatalitiche e produzioni industriali non inquinanti. In alcuni casi, anche la caratteristica di alcuni enzimi di avere una bassa specificità può rivelarsi molto utile; le laccasi, ad esempio, sono catalizzatori molto versatili, capaci di ossidare un numero notevole di composti aromatici, principalmente derivati fenolici ed amminici. Queste proprietà rendono le laccasi interessanti per applicazioni nell'industria della carta e del legno, nello sviluppo di biosensori, nel disinquinamento di acque e terreni. Le laccasi (benzenediol:ossigeno ossidoreduttasi, EC 1.10.3.2) furono originariamente scoperte nelle piante, ma sono prodotte da funghi, insetti e procarioti; indubbiamente sono i funghi i produttori di laccasi più noti ed utilizzati. In genere, il brodo culturale di funghi produttori di laccasi contiene una laccasi principale ed un numero variabile di isoforme, alcune strutturalmente e funzionalmente correlate alla forma principale, altre notevolmente diverse. La produzione di isoforme è dovuta alla presenza nei funghi di famiglie multigeniche; è noto che l'espressione di alcuni di questi geni è regolata dalla presenza, nei brodi di coltura, di specifici induttori, quali rame, acido ferulico, 2,5-xilidina. La maggior parte delle laccasi fungine sono glicoproteine monomeriche con peso molecolare intorno ai 60000 Da; appartengono alla famiglia delle ossidasi a rame e catalizzano la ossidazione di una grande varietà di substrati mediante sottrazione di un elettrone, riducendo l'ossigeno molecolare a due molecole di acqua. Nelle laccasi "blu" il processo redox è condotto da quattro atomi di rame arrangiati strutturalmente in tre diversi siti della proteina e coordinati principalmente da residui di istidina e cisteina e, a seconda della provenienza dell'enzima, di leucina o fenilalanina. Gli enzimi secreti da basidiomiceti presentano, con alcune eccezioni, alti valori di potenziale redox (fino a circa 800 mV), mentre quelli prodotti da ascomiceti hanno potenziali redox più bassi. Negli ultimi anni, sono state analizzate le strutture tridimensionali di diverse laccasi, e sono noti quindi le sequenze e i residui conservati che sono,come è lecito attendersi, coinvolti nella conservazione delle caratteristiche molecolari e funzionali comuni di queste proteine, quali i siti di coordinamento degli ioni rame, le tasche per l'interazione con i substrati e i prodotti, i tratti peptidici strutturati. Queste conoscenze hanno reso possibile procedere a studi di mutagenesi sito-specifica al fine di ottenere enzimi modificati con capacità catalitiche più rispondenti alle esigenze di particolari applicazioni tecnologiche.

Enzymes catalyze chemical reactions with high specificity and tremendous rate enhancement thus providing a great opportunity for clean industrial productions and efficient biocatalytic conversions. Enzymes with low substrate specificity, too, may attract interest for manifold biotechnological applications. Laccase, indeed, are very versatile enzymes, being able to oxidize an extensive list of aromatic compounds containing hydroxy or amino groups, including pesticides, polycyclic aromatic hydrocarbons and dyes. These properties make laccases good candidates for applications in the pulp and paper industry, textile industry, biosensor development, bioremediation of polluted water and soil. Laccases (benzenediol:oxygen oxidoreductase, EC 1.10.3.2) were discovered in plants, then have been described in fungi, insects and, more recently, in prokaryotes; laccases are thought to be nearly ubiquitous among fungi, where they are usually produced in multiple isoforms as extracellular proteins. The cultural broth of laccase-producing fungi contains generally a main laccase and a number of isoforms some of which closely related, others differing for structural and catalytic properties. The production of different isoenzymes is due to the occurrence of multiple laccase genes in fungi; it is known that the expression of some of these genes is regulated by the presence in the cultures of specific inducers such as copper, ferulic acid 2,5-xylidine. Most fungal laccases are monomeric glycoproteins with molecular masses of about 60,000 Da; they belong to the family of the multi-copper oxidases and catalyze the one-electron oxidation of a large variety of substrates coupled with the reduction of dioxygen to two molecules of water. In the blue laccases, the redox process is brought about by four copper ions arranged in three different centres and coordinated mainly by histidine and cysteine residues and, accordingly to the origin of the enzyme, by leucine or phenylalanine residues. Laccases produced by basidiomycetes show usually a high redox potential (up to about 800 mV), while the enzymes from ascomycetes present lower redox potentials. In recent years, the three-dimensional structure of some laccases has been reported: the comparative analysis of these structures suggested the presence of several conserved or semi-conserved residues and peptides, involved in copper-ligation, interactions with substrates and products, and structured traits. These studies allowed to carry out site-specific mutagenesis studies with the aim to produce engineered enzymes with catalytic properties more useful for specific technological applications.