Lignin-modifying enzyme
लिग्निन-मॉडिफाइंग एंजाइम (एल. एम. ई.) कवक और बैक्टीरिया द्वारा उत्पादित विभिन्न प्रकार के एंजाइम हैं जो लिग्निन के टूटने को उत्प्रेरित करते हैं, जो आमतौर पर पौधों की कोशिका दीवारों में पाया जाने वाला एक बायोपॉलिमर है। शब्द लिग्निनेस और लिग्नेसेस एक ही वर्ग के लिए पुराने नाम हैं, लेकिन "लिग्निन-संशोधित करने वाले एंजाइम" नाम को अब पसंद किया जाता है, यह देखते हुए कि ये एंजाइम हाइड्रोलाइटिक नहीं हैं, बल्कि अपने एंजाइमेटिक तंत्र द्वारा ऑक्सीडेटिव (इलेक्ट्रॉन वापस लेने) हैं। एल. एम. ई. में पेरोक्सीडेस शामिल हैं, जैसे कि लिग्निन पेरोक्सीडेस (), मैंगनीज पेरोक्सीडेस (), बहुमुखी पेरोक्सीडेस (), और लैक्केस प्रकार के कई फेनोलॉक्सीडेस। एल. एम. ई. को सफेद सड़ांध बेसिडियोमाइसेटस कवक की कई प्रजातियों द्वारा उत्पादित किया जाने के लिए जाना जाता है, जिनमें शामिल हैंः फनेरोकैट क्रायोस्पोरियम, सेरिपोरियोप्सिस सबवर्मिस्पोरा, ट्रामेट्स वर्सीकलर, फ्लेबिया रेडिएटा, प्लूरोटस ऑस्ट्रिटस और प्लूरोटस एरिंगी। एल. एम. ई. का उत्पादन न केवल लकड़ी-सफेद सड़ने वाले कवक द्वारा किया जाता है, बल्कि अगरिकस बिस्पोरस (सामान्य बटन मशरूम) जैसे कूड़े-सड़ने वाले बेसिडियोमाइसेटस कवक और कई कॉप्रिनस और एग्रोसाइब प्रजातियों द्वारा भी किया जाता है। ब्राउन-रॉट कवक, जो सेलूलोज़ का क्षरण करके लकड़ी का उपनिवेश करने में सक्षम हैं, केवल आंशिक रूप से लिग्निन का क्षरण करने में सक्षम हैं। कुछ बैक्टीरिया भी एल. एम. ई. का उत्पादन करते हैं, हालांकि कवक एल. एम. ई. लिग्निन क्षरण में अधिक कुशल होते हैं। कवक को प्राकृतिक प्रणालियों में लिग्निन क्षरण में सबसे महत्वपूर्ण योगदानकर्ता माना जाता है। एल. एम. ई. और सेल्यूलेस पारिस्थितिक चक्रों के लिए महत्वपूर्ण हैं (उदाहरण के लिए, वृद्धि/मृत्यु/क्षय/पुनः विकास, कार्बन चक्र और मिट्टी का स्वास्थ्य) क्योंकि वे पौधे के ऊतकों को जल्दी से विघटित करने की अनुमति देते हैं, जिससे जीवन की नई पीढ़ियों द्वारा पुनः उपयोग के लिए उसमें पदार्थ छोड़ दिया जाता है। एल. एम. ई. कई अलग-अलग उद्योगों के लिए भी महत्वपूर्ण हैं। उद्योग अनुप्रयोग पिछले एक दशक से कागज और लुगदी उद्योग में लिग्निन-संशोधित करने वाले एंजाइमों का सक्रिय रूप से उपयोग किया जा रहा है। उनका उपयोग उद्योग में डिटॉक्सिफाइंग और डिकोलोराइजिंग दोनों गुणों के होने की खोज के तुरंत बाद किया गया था; ऐसे गुण जिन पर लुगदी उद्योग सालाना $100 मिलियन अमरीकी डालर से अधिक खर्च करता है। हालाँकि इन एंजाइमों को पिछले दस वर्षों से उद्योग में लागू किया गया है, लेकिन इष्टतम और मजबूत किण्वन प्रक्रियाएँ स्थापित नहीं की गई हैं। सक्रिय अनुसंधान का एक क्षेत्र है क्योंकि वैज्ञानिकों का मानना है कि इन एंजाइमों के लिए इष्टतम स्थितियों की कमी औद्योगिक शोषण को सीमित कर रही है। लिग्निन-संशोधित एंजाइम उद्योग को लाभान्वित करते हैं क्योंकि वे लिग्निन को तोड़ सकते हैं जो कागज और लुगदी उद्योग का एक सामान्य अपशिष्ट उत्पाद है। इन एंजाइमों का उपयोग पॉप्लर के परिशोधन में किया गया है क्योंकि लिग्निन उपचारित पॉप्लर के एंजाइमेटिक हाइड्रोलिसिस को रोकता है और लिग्निन-संशोधित करने वाले एंजाइम लिग्निन को कुशलता से खराब कर सकते हैं और इस तरह इस समस्या को ठीक कर सकते हैं। लिग्निन संशोधित करने वाले एंजाइमों का एक अन्य उपयोग पादप बायोमास उपयोग का अनुकूलन है। ऐतिहासिक रूप से, पादप बायोमास उपयोग का केवल एक छोटा सा अंश वास्तव में गूदे के स्रोतों से निकाला जा सकता है, जिससे अधिकांश पौधे अपशिष्ट उत्पादों के रूप में रह जाते हैं। लिग्निन के कारण, पौधे का अपशिष्ट क्षरण की ओर अपेक्षाकृत निष्क्रिय होता है और अपशिष्ट उत्पादों के बड़े संचय का कारण बनता है। एल. एम. ई. प्रभावी रूप से इसे अन्य सुगंधित यौगिकों में विभाजित कर सकते हैं। एल. एम. ई. का उपयोग शुरू में अपशिष्ट प्रवाह के प्रक्षालन के लिए किया जाता था। अब कई पेटेंट प्रक्रियाएं हैं जो लुगदी विरंजन के लिए इन एंजाइमों का उपयोग करती हैं, जिनमें से कई अभी भी विकास के चरण में हैं। पर्यावरण उद्योग को ज़ेनोबायोटिक यौगिकों के क्षरण के लिए एल. एम. ई. का उपयोग करने में रुचि है। एल. एम. ई. द्वारा जड़ी-बूटियों के विषहरण में सक्रिय शोध किया जा रहा है। ट्रामेट्स वर्सीकलर को प्रभावी रूप से ग्लाइफोसेट इन विट्रो को खराब करने के लिए दिखाया गया था। बैक्टीरियल लिग्निन-मॉडिफाइंग एंजाइम हालांकि फंगल एल. एम. ई. को समझने के लिए बहुत शोध किया गया है, लेकिन हाल ही में बैक्टीरिया में इन एंजाइमों को चिह्नित करने पर अधिक ध्यान दिया गया है। कवक और बैक्टीरिया दोनों में मुख्य एल. एम. ई. पेरोक्सीडेस और लैकासेस हैं। हालांकि बैक्टीरिया में सबसे आम कवक पेरोक्सीडेस (लिग्निन पेरोक्सीडेस, मैंगनीज पेरोक्सीडेस और बहुमुखी पेरोक्सीडेस) के लिए समरूपता की कमी होती है, कई डाई डिकोलोराइजिंग पेरोक्सीडेस (डी. आई. पी.-प्रकार पेरोक्सीडेस) का उत्पादन करते हैं। विभिन्न वर्गों के बैक्टीरिया डी. आई. पी. पेरोक्सीडेस को व्यक्त करते हैं, जिनमें गैमाप्रोटोबैक्टीरिया, बेसिलोटा और एक्टिनोमाइसेटोटा शामिल हैं। पेरोक्सीडेस हाइड्रोजन पेरोक्साइड का उपयोग करके ऑक्सीकरण द्वारा लिग्निन को डिपॉलिमराइज़ करते हैं। फंगल पेरोक्सीडेस में अब तक अध्ययन किए गए बैक्टीरियल डी. आई. पी.-प्रकार के पेरोक्सीडेस की तुलना में अधिक ऑक्सीकरण शक्ति होती है, और ये अधिक जटिल लिग्निन संरचनाओं को नीचा दिखाने में सक्षम होते हैं। डी. आई. पी.-प्रकार के पेरोक्सीडेस को सिंथेटिक रंगों, मोनोफेनोलिक यौगिकों, लिग्निन-व्युत्पन्न यौगिकों और अल्कोहल सहित सब्सट्रेट की एक बड़ी श्रृंखला पर काम करने के लिए पाया गया है। लैकेसेस, जो मल्टीकॉपर ऑक्सीडेस हैं, बैक्टीरिया और कवक दोनों में पाए जाने वाले एंजाइमों का एक और वर्ग है जिसमें महत्वपूर्ण लिग्निन-क्षरण गुण होते हैं। लैकेसेस ऑक्सीजन का उपयोग करके ऑक्सीकरण द्वारा लिग्निन का क्षरण करते हैं। बैसिलस सबटिलिस, कोलोबैक्टर क्रेसेंटस, एस्चेरिचिया कोलाई और माइकोबैक्टीरियम ट्यूबरकुलोसम सहित जीवाणु प्रजातियों के बीच भी लाइकेस व्यापक रूप से वितरित किए जाते हैं। डी. आई. पी.-प्रकार के पेरोक्सीडेस की तरह, बैक्टीरियल लैक्केस में एक विस्तृत सब्सट्रेट रेंज होती है। कवक की तुलना में जीवाणु जीनोम और जीन अभिव्यक्ति के हेरफेर में अधिक आसानी के कारण उद्योग अनुप्रयोगों, जैव प्रौद्योगिकी और जैव उपचार के लिए जीवाणु लैकेसेस और डी. आई. पी. पेरोक्सीडेस का उपयोग करने में रुचि है। इस प्रकार के एंजाइमों के लिए सब्सट्रेट की विस्तृत श्रृंखला भी उन प्रक्रियाओं की सीमा को बढ़ाती है जिनमें उनका उपयोग किया जा सकता है। इन प्रक्रियाओं में लुगदी प्रसंस्करण, कपड़ा रंग संशोधन, अपशिष्ट जल का कीटाणुशोधन और दवा निर्माण खंडों का उत्पादन शामिल है। इसके अलावा, बैक्टीरियल लैक्केस फंगल लैक्केस की तुलना में उच्च तापमान, क्षारीयता और नमक की सांद्रता पर कार्य करते हैं, जिससे वे औद्योगिक उपयोग के लिए अधिक उपयुक्त हो जाते हैं। अंतःकोशिकीय और बाह्यकोशिकीय जीवाणु डी. आई. पी.-प्रकार पेरोक्सीडेस और लैकेसेस दोनों की पहचान की गई है, यह सुझाव देते हुए कि कुछ का उपयोग अंतःकोशिकीय एंजाइमों के रूप में किया जाता है जबकि अन्य पर्यावरण में यौगिकों को नष्ट करने के लिए स्रावित होते हैं। हालाँकि, बैक्टीरियल फिजियोलॉजी और उनके प्राकृतिक फिजियोलॉजिकल सब्सट्रेट में उनकी भूमिकाओं का विवरण अभी तक नहीं दिया गया है। संदर्भ यह भी देखें कि चिटिनेज एंजाइम