Лигнинді өзгертетін фермент - Lignin-modifying enzyme

Лигнинді өзгертетін ферменттер (LMEs) әр түрлі болып табылады ферменттер өндірілген саңырауқұлақтар және бактериялар бұзылуын катализдейді лигнин, а биополимер жиі кездеседі жасуша қабырғалары туралы өсімдіктер. Шарттар лигниназдар және лигниялар бір сыныптың ескі атаулары, бірақ қазір бұл ферменттер болмайтынын ескере отырып, «лигнинді өзгертетін ферменттер» атауына артықшылық беріледі гидролитикалық бірақ керісінше тотығу (электрондарды алу) олардың ферменттік механизмдерімен. LME құрамына кіреді пероксидазалар, сияқты лигнин пероксидазасы (EC 1.11.1.14 ), марганец пероксидаза (EC 1.11.1.13 ), жан-жақты пероксидаза (EC 1.11.1.16 ) және көптеген фенолоксидазалар туралы laccase түрі.

LME ақ шіріктің көптеген түрлері шығаратыны белгілі болды базидиомицетті саңырауқұлақтар, оның ішінде: Phanerochaete chrysosporium, Ceriporiopsis subvermispora, Trametes versicolor, Phlebia radiata, Pleurotus ostreatus және Pleurotus eryngii.

LME тек ағаш-ақ шіріген саңырауқұлақтармен ғана емес шығарылады қоқысты бұзатын сияқты базидиомицетті саңырауқұлақтар Agaricus bisporus (қарапайым батырма саңырауқұлағы) және көптеген Копринус және Агроциб түрлері. Ағашты деградациялау арқылы колонизациялауға қабілетті қоңыр шірік саңырауқұлақтар целлюлоза, лигнинді ішінара деградациялауға қабілетті.

Кейбір бактериялар LME түзеді, дегенмен саңырауқұлақты LME лигниннің деградациясында тиімді. Саңырауқұлақтар табиғи жүйелердегі лигнин деградациясының ең маңызды ықпал етушілері болып саналады.[1]

LME және целлюлазалар үшін өте маңызды экологиялық циклдар (мысалы, өсу / өлу / ыдырау / қайта өсу, көміртегі айналымы, және топырақтың денсаулығы ) өйткені олар өсімдік тінін тез ыдыратуға мүмкіндік беріп, ондағы заттарды жаңа буындардың қолдануы үшін босатады өмір. LME әр түрлі салалар үшін өте маңызды.

Өнеркәсіптік қолдану

Лигнинді өзгертетін ферменттер соңғы онжылдықта қағаз және целлюлоза өндірісінде белсенді қолданылады. Олар өндірісте детоксикациялаушы және түссіздендіретін қасиеттері бар екендігі анықталғаннан кейін көп ұзамай қолданылды; целлюлоза саласы жыл сайын іздеуге $ 100 миллионнан астам АҚШ долларын жұмсайтын қасиеттер.[2] Бұл ферменттер соңғы он жылда өнеркәсіпте қолданылғанымен, оңтайлы және берік ашыту процестері анықталмаған. Ғалымдардың пікірінше, бұл ферменттер үшін оңтайлы жағдайлардың жоқтығы өндірістік қанауды шектейді деп санайтын белсенді зерттеулер бағыты бар.[3]

Лигнинді өзгертетін ферменттер өндіріске пайдалы, өйткені олар ыдырауы мүмкін лигнин; қағаз және целлюлоза өнеркәсібінің жалпы қалдықтары. Бұл ферменттер теректерді нақтылау кезінде қолданылған, өйткені лигнин ингибирлейді ферментативті гидролиз Терапия мен Лигнинді өзгертетін ферменттер лигнинді нашарлатуы мүмкін, осылайша бұл проблема шешіледі.[4]

Лигнинді түрлендіретін ферменттердің тағы бір қолданылуы өсімдік биомассасын пайдалануды оңтайландыру болып табылады.[5] Тарихи тұрғыдан өсімдіктердің биомассасын қолданудың аз ғана бөлігін целлюлоза қайнарларынан шығаруға болатын, ал өсімдіктердің көп бөлігі қалдық ретінде қалады. Лигниннің арқасында зауыттың қалдықтары деградацияға қатысты инертті және қалдықтардың көп жиналуына себеп болады. LME оны басқаларға тиімді түрде бөлуі мүмкін хош иісті қосылыстар.

Бастапқыда LME қалдықтарды ағарту үшін қолданылған ағынды сулар. Қазір бұл ферменттерді целлюлозаны ағартуға қолданатын бірнеше патенттелген процестер бар, олардың көпшілігі әлі дамуда.[6]

Экологиялық өнеркәсіп ксенобиотикалық қосылыстардың деградациясы үшін LME қолдануға мүдделі. LMEs гербицидтерін детоксикациялау бойынша белсенді зерттеулер бар. Trametes versicolor in vitro жағдайында Глифосаттың тиімді деградациясы көрсетілген.[дәйексөз қажет ]

Бактериялық лигнинді өзгертетін ферменттер

Саңырауқұлақты LME-ді түсіну үшін көптеген зерттеулер жүргізілгенімен, жақында бактериялардағы осы ферменттерді сипаттауға көп көңіл бөлінді. Саңырауқұлақтарда да, бактерияларда да негізгі LME пероксидазалар мен лакказалар болып табылады.[1]

Бактериялар жетіспесе де гомологтар ең көп таралған саңырауқұлақ пероксидазаларына дейін (лигнин пероксидаза, марганец пероксидаза және жан-жақты пероксидаза) бояуды кетіретін пероксидазалар (DyP типті пероксидазалар).[1] Түрлі кластардағы бактериялар DyP пероксидазаларын, соның ішінде экспрессиялайды Гаммапротеобактериялар, Firmicutes, және Актинобактериялар.[7] Пероксидазалар лигнинді тотығу арқылы деполимерлейді сутегі асқын тотығы. Саңырауқұлақ пероксидазалары осы уақытқа дейін зерттелген бактериялық DyP типті пероксидазаларға қарағанда жоғары тотығу қабілетіне ие және күрделі лигнин құрылымдарын бұзуға қабілетті. DyP типті пероксидазалардың үлкен ауқымда жұмыс істейтіні анықталды субстраттар, оның ішінде синтетикалық бояғыштар, монофенолды қосылыстар, лигниннен алынған қосылыстар және алкоголь.[1]

Мультипроксидті лакказалар болып табылатын бактериялар мен саңырауқұлақтарда кездесетін, лигнинді ыдырататын қасиеттері бар тағы бір ферменттер класы. Лакказиндер лигнинді оттегімен тотығу арқылы ыдыратады. Сондай-ақ, лакказиялар бактериалды түрлер арасында кең таралған, оның ішінде Bacillus subtilis, Caulobacter crescentus, Ішек таяқшасы және Mycobacterium tuberculosum. DyP типті пероксидазалар сияқты, бактериялық лакказалардың да субстрат диапазоны кең.[1][8]

Өнеркәсіптік қолдану үшін бактериялық лакказиялар мен DyP пероксидазаларын қолдануға қызығушылық бар, биотехнология және биоремедиация саңырауқұлақтармен салыстырғанда бактериалды геномдар мен гендердің экспрессиясының манипуляциясы едәуір жеңіл болғандықтан. Ферменттердің осы түрлеріне арналған субстраттардың кең спектрі олар қолданатын процестердің ауқымын көбейтеді. Бұл процестерге целлюлозаны өңдеу, тоқыма бояуларын өзгерту, ағынды суларды залалсыздандыру және фармацевтикалық құрылыс блоктарын шығару кіреді.[1][7] Сонымен қатар, бактериалды лакказалар саңырауқұлақ лакказаларына қарағанда жоғары температурада, сілтілікте және тұздың концентрациясында жұмыс істейді, бұл оларды өнеркәсіптік қолдануға қолайлы етеді.[1][8]

Екеуі де жасушаішілік және жасушадан тыс бактериялық DyP типті пероксидазалар мен лакказалар анықталды, олардың кейбіреулері жасушаішілік ферменттер ретінде қолданылады, ал басқалары қоршаған ортадағы қосылыстарды ыдырату үшін бөлінеді. Алайда олардың бактериалды физиологиядағы рөлі және табиғи физиологиялық субстраттары әлі егжей-тегжейлі сипатталған жоқ.[1]

  1. ^ а б c г. e f ж сағ де Гонсало, Гонсало; Колпа, Дана I .; Хабиби, Мохамед Х. М .; Фрайдже, Марко В. (16 тамыз 2016). «Лигнин деградациясына қатысатын бактериялық ферменттер». Биотехнология журналы. 236: 110–119. дои:10.1016 / j.jbiotec.2016.08.011. PMID  27544286.
  2. ^ Гонсалвес, Луиза (1996). «Лакажды целлюлозаны ағарту және ағындарды тазарту үшін қолдану». Целлюлоза мен қағазды өңдеуге арналған ферменттер. ACS симпозиумдары сериясы. 655. ACS басылымдары. 197–206 бет. дои:10.1021 / bk-1996-0655.ch015. ISBN  978-0-8412-3478-9.
  3. ^ Мартани, Ф .; Лотти, М .; Porro, D. (2017). «Ақ шірінді саңырауқұлақтардан лигнин модифицирлеуші ​​ферменттердің биотехнологиялық өндірісі үшін ашыту жағдайларының маңызы». FEMS Microbiol Lett. 364 (13). дои:10.1093 / femsle / fnx134. PMID  28655193.
  4. ^ Ричард, Чандра; На, Чжун (2016). «Лигниннің қанды жоғары қалпына келтіруге және ферментативті гидролизді жеңілдетуге арналған теректі ағашты бумен алдын-ала өңдеуге және механикалық ұнтақтауға әсері». Биоресурстық технология. 199: 135–141. дои:10.1016 / j.biortech.2015.09.019. PMID  26391968.
  5. ^ Дана, Колпа; Гонсало, Гонсало (2016). «Лигнин деградациясына қатысатын бактериялық ферменттер» (PDF). Биотехнология журналы. 236: 110–119. дои:10.1016 / j.jbiotec.2016.08.011. PMID  27544286.
  6. ^ Рагукумар, С .; D’Souza, T. (1999). «Флаводон флавусының, лигиниді өзгертетін ферменттер, жағалаудағы теңіз ортасынан оқшауланған басидиомицет». AEM журналы. 65 (5): 2103–11. PMC  91304. PMID  10224007.
  7. ^ а б Бугг, Тимоти Д.Х .; Ахмад, Марк; Хардиман, Элизабет М .; Сингх, Рахул (маусым 2011). «Лигнин деградациясы мен биоөнімнің түзілуіндегі бактериялардың пайда болатын рөлі». Биотехнологиядағы қазіргі пікір. 22 (3): 394–400. дои:10.1016 / j.copbio.2010.10.009. PMID  21071202.
  8. ^ а б Чодхари, Панкай; Чандра, Рам (2015). «Бактериялық лаккалардың қасиеттері және оларды өндірістік қалдықтарды биоремедиациялауда қолдану». Экологиялық ғылым: процестер мен әсерлер. 17 (2): 326–342. дои:10.1039 / C4EM00627E. PMID  25590782.

Сондай-ақ қараңыз