Из Википедии, свободной энциклопедии
  (Перенаправлено с лигниназы )
Перейти к навигации Перейти к поиску

Лигнин модифицирующих ферментов ( КМЭ ) являются различными видами ферментов , производимых грибами и бактерий , которые катализируют распад лигнина , А биополимер обычно встречается в клеточных стенках из растений . Термины лигниназы и лигназы являются более старыми названиями для того же класса, но теперь предпочтительным является название «ферменты, модифицирующие лигнин», учитывая, что эти ферменты не гидролитические, а скорее окислительные (отводящие электроны) по своим ферментативным механизмам. LME включают пероксидазы , такие каклигнин пероксидазы ( ЕС 1.11.1.14 ), марганец пероксидаза ( EC 1.11.1.13 ), универсальная пероксидаза ( EC 1.11.1.16 ), и многие phenoloxidases в лакказах типа.

Известно , что LME продуцируются многими видами базидиомицетных грибов белой гнили , включая Phanerochaete chrysosporium , Ceriporiopsis subvermispora , Trametes versicolor , Phlebia radiata , Pleurotus ostreatus и Pleurotus eryngii .

LME производятся не только древесно-белыми гниющими грибами, но и разлагающими подстилку базидиомицетами, такими как Agaricus bisporus (обыкновенный шампиньон) и многими видами Coprinus и Agrocybe . Грибки бурой гнили, способные колонизировать древесину за счет разложения целлюлозы , способны лишь частично разлагать лигнин.

Некоторые бактерии также продуцируют LME, хотя грибковые LME более эффективны в разложении лигнина. Считается, что грибы вносят наибольший вклад в разложение лигнина в природных системах. [1]

LME и целлюлазы имеют решающее значение для экологических циклов (например, рост / смерть / распад / отрастание, углеродный цикл и здоровье почвы ), потому что они позволяют тканям растений быстро разлагаться, высвобождая вещества в них для повторного использования новыми поколениями жизни . LME также имеют решающее значение для ряда различных отраслей.

Отраслевое приложение [ править ]

Ферменты, модифицирующие лигнин, в последнее десятилетие активно используются в целлюлозно-бумажной промышленности. Они были использованы в промышленности вскоре после того, как было обнаружено, что они обладают как детоксифицирующими, так и обесцвечивающими свойствами; свойства, на развитие которых целлюлозная промышленность ежегодно тратит более 100 миллионов долларов США. [2] Хотя эти ферменты применялись в промышленности в течение последних десяти лет, оптимальные и надежные процессы ферментации еще не установлены. Существует область активных исследований, поскольку ученые считают, что отсутствие оптимальных условий для этих ферментов ограничивает их промышленное использование. [3]

Ферменты, модифицирующие лигнин, приносят пользу промышленности, поскольку они могут расщеплять лигнин ; обычный отход целлюлозно-бумажной промышленности. Эти ферменты использовались при очистке тополя, поскольку лигнин ингибирует ферментативный гидролиз обработанного тополя, а ферменты, модифицирующие лигнин, могут эффективно разрушать лигнин, таким образом решая эту проблему. [4]

Еще одно применение ферментов, модифицирующих лигнин, - это оптимизация использования растительной биомассы. [5] Исторически только небольшая часть используемой растительной биомассы могла быть фактически извлечена из источников целлюлозы, оставляя большинство растений в виде отходов. Из-за лигнина растительные отходы относительно инертны по отношению к разложению и вызывают большое скопление отходов. LME могут эффективно расщеплять его на другие ароматические соединения .

Изначально LME использовались для отбеливания сточных вод . В настоящее время существует несколько запатентованных процессов, в которых эти ферменты используются для отбеливания целлюлозы, многие из которых все еще находятся в стадии разработки. [6]

Экологическая промышленность заинтересована в использовании LME для разложения ксенобиотических соединений. Ведутся активные исследования по детоксикации гербицидов с помощью LME. Было показано, что Trametes versicolor эффективно разлагает глифосат in vitro. [ необходима цитата ]

Бактериальные ферменты, модифицирующие лигнин [ править ]

Несмотря на то, что было проведено много исследований для понимания грибковых LME, только недавно было уделено больше внимания характеристике этих ферментов у бактерий. Основными LME как у грибов, так и у бактерий являются пероксидазы и лакказы. [1]

Хотя бактерии не имеют гомологов наиболее распространенных грибковых пероксидаз (лигнинпероксидаза, пероксидаза марганца и универсальная пероксидаза), многие из них вырабатывают пероксидазы, обесцвечивающие красители ( пероксидазы DyP-типа). [1] Бактерии различных классов экспрессируют пероксидазы DyP, включая Gammaproteobacteria , Firmicutes и Actinobacteria . [7] Пероксидазы деполимеризуют лигнин путем окисления перекисью водорода . Пероксидазы грибов обладают более высокой окислительной способностью, чем бактериальные пероксидазы DyP-типа, изученные до сих пор, и способны разрушать более сложные структуры лигнина. Было обнаружено, что пероксидазы DyP-типа действуют на широкий спектрсубстраты , включая синтетические красители , монофенольные соединения, соединения, производные лигнина, и спирты . [1]

Лакказы, являющиеся оксидазами мультикоппера, представляют собой другой класс ферментов, обнаруженных как в бактериях, так и в грибах, которые обладают значительными свойствами разложения лигнина. Лакказы разлагают лигнин путем окисления кислородом. Лакказы также широко распространены среди видов бактерий, включая Bacillus subtilis , Caulobacter crescentus , Escherichia coli и Mycobacterium tuberculosum . Как и пероксидазы DyP-типа, бактериальные лакказы имеют широкий диапазон субстратов. [1] [8]

Существует интерес к использованию бактериальных лакказ и пероксидаз DyP для промышленных применений, биотехнологии и биоремедиации из-за большей простоты манипуляций с бактериальными геномами и экспрессией генов по сравнению с грибами. Широкий спектр субстратов для этих типов ферментов также увеличивает диапазон процессов, в которых они могут быть использованы. Эти процессы включают переработку целлюлозы, модификацию текстильных красителей, обеззараживание сточных вод и производство фармацевтических строительных блоков. [1] [7] Кроме того, бактериальные лакказы функционируют при более высоких температурах, щелочности и концентрациях солей, чем грибковые лакказы, что делает их более подходящими для промышленного использования. [1] [8]

Оба внутриклеточные и внеклеточные бактериальные пероксидазы DYP типа и лакказы были идентифицированы, предполагая , что некоторые из них используются в качестве внутриклеточных ферментов , в то время как другие секретируются деградировать соединения в окружающей среде. Однако их роль в физиологии бактерий и их естественные физиологические субстраты еще предстоит детализировать. [1]

Ссылки [ править ]

  1. ^ a b c d e f g h де Гонсало, Гонсало; Colpa, Dana I .; Хабиби, Мохамед Х.М.; Фраайе, Марко В. (16 августа 2016 г.). «Бактериальные ферменты, участвующие в деградации лигнина» . Журнал биотехнологии . 236 : 110–119. DOI : 10.1016 / j.jbiotec.2016.08.011 . PMID  27544286 .
  2. Перейти ↑ Gonçalves, Luisa (1996). «Использование лакказы для отбеливания пульпы и очистки сточных вод». Ферменты для переработки целлюлозы и бумаги . Серия симпозиумов ACS. 655 . Публикации ACS. С. 197–206. DOI : 10.1021 / Б.К.-1996-0655.ch015 . ISBN 978-0-8412-3478-9.
  3. ^ Мартани, F .; Lotti, M .; Порро, Д. (2017). «Важность ферментативных условий для биотехнологического производства ферментов, модифицирующих лигнин, из грибов белой гнили» . FEMS Microbiol Lett . 364 (13). DOI : 10.1093 / femsle / fnx134 . PMID 28655193 . 
  4. ^ Ричард, Чандра; На, Чжун (2016). «Влияние лигнина на предварительную обработку паром и механическую обработку древесины тополя для достижения высокого извлечения сахара и облегчения ферментативного гидролиза». Биоресурсные технологии . 199 : 135–141. DOI : 10.1016 / j.biortech.2015.09.019 . PMID 26391968 . 
  5. ^ Дана, Колпа; Гонсало, Гонсало (2016). «Бактериальные ферменты, участвующие в деградации лигнина» (PDF) . Журнал биотехнологии . 236 : 110–119. DOI : 10.1016 / j.jbiotec.2016.08.011 . PMID 27544286 .  
  6. ^ Raghukumar, C .; Д'Суза, Т. (1999). «Лигнин-модифицирующие ферменты Flavodon flavus, базидиомицета, выделенного из прибрежной морской среды» . Журнал AEM . 65 (5): 2103–11. PMC 91304 . PMID 10224007 .  
  7. ^ а б Багг, Тимоти DH; Ахмад, Марк; Hardiman, Elizabeth M .; Сингх, Рахул (июнь 2011 г.). «Растущая роль бактерий в деградации лигнина и образовании биопродуктов». Текущее мнение в области биотехнологии . 22 (3): 394–400. DOI : 10.1016 / j.copbio.2010.10.009 . PMID 21071202 . 
  8. ^ а б Чоудхари, Панкадж; Чандра, Рам (2015). «Свойства бактериальных лакказ и их применение в биоремедиации промышленных отходов». Наука об окружающей среде: процессы и воздействия . 17 (2): 326–342. DOI : 10.1039 / C4EM00627E . PMID 25590782 . 

См. Также [ править ]

  • Хитиназа