Войти
Лигнин-модифицирующие ферменты (LME ) - это различные типы ферментов, производимые грибы и бактерии, которые катализируют распад лигнина, биополимера, обычно обнаруживаемого в клеточных стенках 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 являются t гидролитический, но скорее окислительный (отвод электронов) за счет их ферментативных механизмов. LME включают пероксидазы, такие как пероксидаза лигнина (EC 1.11.1.14 ), пероксидаза марганца (EC 1.11.1.13 ), универсальная пероксидаза (EC 1.11.1.16 ), и многие фенолоксидазы типа лакказы.
LME, как известно, продуцируются многими видами грибов белой гнили базидиомицетов, включая: Phanerochaete chrysosporium, Trametes versicolor, Phlebia radiata, Pleurotus ostreatus и Pleurotus eryngii.
LME продуцируются не только древесно-белыми гниющими грибами, но также разлагающими подстилку базидиомицетными грибами, такими как как Agaricus bisporus (обыкновенный шампиньон) и многие виды Coprinus и Agrocybe. Грибы бурой гнили, которые способны колонизировать древесину за счет разложения целлюлозы, способны только частично разлагать лигнин.
Некоторые бактерии также продуцируют LME, хотя LME грибов более эффективны в разложении лигнина. Считается, что грибы вносят наибольший вклад в деградацию лигнина в естественных системах.
LME и целлюлазы имеют решающее значение для экологических циклов (например, рост / смерть / распад / отрастание, углеродный цикл и здоровье почвы ), потому что они позволяют растительной ткани быстро разлагаться, высвобождая материал в ней для повторного использования новыми поколениями жизни. LME также имеют решающее значение для ряда различных отраслей.
Ферменты, модифицирующие лигнин, активно использовались в бумажной и целлюлозной промышленности в течение последнего десятилетия. 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. 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 промышленное использование.
Лигнин-модифицирующие ферменты 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 расщеплять лигнин, таким образом решая эту проблему.
Другое применение лигнина модификация ферментов - это оптимизация использования растительной биомассы. Исторически только небольшая часть используемой растительной биомассы могла быть фактически извлечена из источников целлюлозы, в результате чего большинство растений оставалось как отходы. 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.
LME изначально использовались для отбеливания отходов стоков. В настоящее время существует несколько запатентованных процессов, в которых эти ферменты используются для отбеливания целлюлозы, многие из которых все еще находятся в стадии разработки.
Экологическая промышленность заинтересована в использовании LME для разложения ксенобиотических соединений. Ведутся активные исследования по детоксикации гербицидов с помощью LME. Trametes versicolor эффективно разлагает глифосат in vitro.
Несмотря на то, что было проведено много исследований для понимания грибковых LME, только недавно было уделено больше внимания была посвящена характеристикам этих ферментов у бактерий. Основными LME как у грибов, так и у бактерий являются пероксидазы и лакказы.
Хотя у бактерий нет гомологов наиболее распространенным грибковым пероксидазам (лигнинпероксидаза, пероксидаза марганца и универсальная пероксидаза), многие из них продуцируют 43>красители, обесцвечивающие пероксидазы (пероксидазы DyP-типа). Бактерии из различных классов экспрессируют пероксидазы DyP, включая Gammaproteobacteria, Firmicutes и Actinobacteria. Пероксидазы деполимеризуют лигнин путем окисления с использованием перекиси 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 работают на большом количестве субстратов, включая синтетические красители, монофенольные соединения, соединения на основе лигнина и спирты.
лакказы, которые являются оксидазами мультикоппера, представляют собой еще один 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.
Существует интерес к использованию бактериальных лакказ и пероксидаз DyP для промышленного применения, биотехнологии и биоремедиации, поскольку о большей легкости манипулирования 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 пульпы, модификацию текстильных красителей, обеззараживание сточных вод и производство фармацевтических строительных блоков. Кроме того, бактериальные лакказы функционируют при более высоких температурах, щелочности и концентрациях солей, чем грибковые лакказы, что делает их более подходящими для промышленного использования.
И внутриклеточный, и внеклеточный бактериальный DyP Были идентифицированы пероксидазы и лакказы -типа, что позволяет предположить, что некоторые из них используются в качестве внутриклеточных ферментов, а другие секретируются для разложения соединений в окружающей среде. Однако их роль в бактериальной физиологии и их естественных физиологических субстратах еще предстоит детализировать.
