要旨

産業界では未処理の排水を水域に、排気ガスを大気に放出し、それぞれ水質と大気を悪化させている。 工業活動に由来する膨大な量の汚染物質は,環境と生態系の均衡を脅かすものである。 フェノール類やハロゲン化フェノール、多環芳香族炭化水素(PAH)、内分泌かく乱物質(EDC)、農薬、ダイオキシン、ポリ塩化ビフェニル(PCB)、工業染料、その他のゼノバイオティクスは、最も重要な汚染物質の一つである。 ペルオキシダーゼは、様々な化合物をフリーラジカル機構に従って変換し、酸化物や重合物を生成することができる酵素である。 これらの汚染物質のペルオキシダーゼ変換は、生物活性の損失、生物学的利用能の低下、または水相からの除去(特に汚染物質が水中に存在する場合)による毒性の減少を伴うものである。 本総説では、ペルオキシダーゼの起源、触媒反応、環境汚染物質の管理への応用について解説する。 はじめに

人類にとって予期せぬ2つの課題はエネルギーと環境である。 社会全体の機能と将来の進歩は,新しい再生可能なエネルギー源の利用可能性と,汚染を引き起こす生産プロセスを環境に優しい新しいプロセスに変更する能力にかかっている。 このような背景から、人類が地球とその天然資源との関係をより持続可能なものに変えていくためには、環境科学が重要であるとの認識が高まっています。 ペルオキシダーゼは、フェノール、クレゾール、塩素化フェノールを含む廃水のバイオレメディエーション、合成繊維のアゾ染料のバイオパルプ化や脱色など、環境汚染を低減する可能性を秘めている。 ペルオキシダーゼ (EC 1.11.1.7) は、過酸化水素 (H2O2) などの過酸化物の還元や、さまざまな有機・無機化合物の酸化を触媒する酸化還元酵素である。

ペルオキシダーゼは、フェノール類、クレゾール類、塩素化フェノール類で汚染された廃水のバイオレメディエーション、製紙業におけるバイオパルプ化バイオブリーチ、繊維染料の分解、食品、産業廃棄物などの物質からの過酸化物除去に期待されています。 繊維工場からの処理水は、従来の漂白処理に耐性を持ち、ペルオキシダーゼによって分解されるローダミン染料が含まれているため、しばしば強い色調を呈します。 白色腐朽菌がリグニンを分解するユニークな能力は、その細胞外のペルオキシダーゼが行う非特異的なフリーラジカルを介した酸化反応に大きく起因している。 ペルオキシダーゼは、Mn(II)の非存在下でジメトキシベンゼン、リグニン二量体、フェノール、アミン、染料、芳香族アルコールを酸化し、フェノール性基質および非フェノール性基質を酸化する。 さらに、アガリクス茸由来の色素脱色ペルオキシダーゼは、色素とフェノール化合物の酸化を触媒することが報告されている。 白色腐朽菌は、ダイオキシン、ポリ塩化ビフェニル、石油系炭化水素、軍需廃棄物(トリニトロトルエンなど)、工業染料廃液、除草剤、殺虫剤などの環境汚染物質の多くを分解するユニークな能力を有している。

2 ペルオキシダーゼの起源

ペルオキシダーゼ (EC 1.11.1.7) は、自然界に広く分布しています。 これらの酵素は植物、動物、微生物を含む様々な供給源によって生産されている。 微生物由来としては、細菌(Bacillus sphaericus, Bacillus subtilis, Pseudomonas sp., Citrobacter sp.)、藍藻(Anabaena sp.)、真菌(Candida krusei, Coprinopsis cinerea, Phanerochaete chrysosporium)、放線菌(Streptomycces sp, Thermobifida fusca)、酵母などがあり、汚染物質の分解、動物原料の生産、化学・農業・製紙産業の原料、繊維染料の分解、紙パルプ産業のリグニン分解、染料脱色、下水処理、バイオセンサーなどに利用されている。 ペルオキシダーゼの生産源となる植物は、ワサビ、パパイヤ(Carica papaya)、バナナ(Musa paradisiacal)、ベア(Acorus calamus)など多数報告されています。 ワサビから得られるペルオキシダーゼ(HRP)は、診断薬やELISA法による抗体の標識、各種芳香族化合物の合成、食材や産業廃棄物などの過酸化物の除去などに広く用いられている(図1)

図1

HRPが触媒する一般反応。

3 ペルオキシダーゼの特徴

ペルオキシダーゼは、過酸化水素などの過酸化物の還元、様々な有機・無機化合物の酸化など、様々な反応を触媒する酸化還元酵素である。 ヘムタンパク質であり、補欠基として鉄(III)プロトポルフィリンIXを含む。 分子量は30~150kDaである。 ペルオキシダーゼという用語は、NADHペルオキシダーゼ(EC 1.11.1.1)、グルタチオンペルオキシダーゼ(EC 1.11.1.9 )、ヨードペルオキシダーゼ(EC 1.11.1.1 などの特定の酵素群を表している。8)、および単にペルオキシダーゼとして知られている様々な非特異的酵素。

4. 環境汚染物質の管理における応用とペルオキシダーゼ生触媒

4.1. 合成染料の脱色

染料廃棄物は生分解性のない異物とみなされ、最も問題となる汚染物質群の1つである。 これらの染料は、主に繊維の染色、紙の印刷、カラー写真、および石油製品の添加物として使用されています。 これらの合成染料が工業排水中に排出されると、環境汚染の原因となる。 繊維産業は、インドの経済成長に欠かせない産業です。 水は人類が大量に使用する自然の産物のひとつであり、成長する社会では大量の廃水や汚水が発生するのは不自然なことではありません。 白色腐朽菌は、環境負荷の高い化合物の生分解を達成するために、貴重な代替物として登場した。 白色腐朽菌は、ラッカーゼ、マンガンペルオキシダーゼ、リグニンペルオキシダーゼなどの酸化酵素を生産する能力を有しており、その酸化力は、白色腐朽菌の酸化力の強さに起因している。 これらのオキシダーゼやペルオキシダーゼは染料を分解する優れた酸化剤として報告されている。

いくつかの細菌のペルオキシダーゼが合成繊維染料の脱色に使用されている。 栄養制限条件下でBrevibacterium caseiを用いたクロム酸Cr (VI) とアゾ染料Acid Orange 7 (AO7) の除去について研究されてきた。 AO7はBrevibacterium caseiの還元酵素によってCr(VI)の還元に電子供与体として使用された。 還元されたクロム酸Cr (III)は酸化されたAO7と錯体を形成し、紫色の中間体を形成した。 Phanerochaete chrysosporium RP 78による最適条件下での各種アゾ染料の脱色を、アゾ染料を介した反応機構により検討した。 好気的条件下で定常期に二次代謝産物としてペルオキシダーゼが生産された。 繊維排水汚染土壌から分離したBacillus sp. VUSは、様々な染料を分解する能力を有していた。 真菌類では、芳香族化合物を直接酸化するリグニン分解性ペルオキシダーゼの生産が報告されている。 工業用染料の生分解を行う微生物からは、リグニンペルオキシダーゼとともに他のペルオキシダーゼが検出された。 食用マクロ菌 Pleurotus ostreatus は、remazol brilliant blue をはじめ、triarylmethane、 heterocyclic azo、polymeric dyes を含む構造的に異なる基を脱色できる細胞外ペルオキシダーゼを生産している。 ブロモフェノールブルーの脱色率が最も高く(98%)、メチレンブルーとトルイジンブルーOの脱色率が最も低かった(10%)。 HRPはレマゾールブルーのような工業的に重要なアゾ染料を分解することがわかった。 この染料は、その構造中に少なくとも1つの芳香族基を含んでおり、HRPの基質となる可能性がある。 染色・漂白装置の汚染物質が地下に浸透し、地下水が汚染され、飲用に適さなくなった(表1)

ペルオキシダーゼ

Lignin peroxidase

Pseudomonas desmolyticum

Diazo dye

Diazo dye

Mn-peroxidase,

Peroxidase

ペルオキシダーゼ

万能ペルオキシダーゼ

DyP- … 続きを読む型ペルオキシダーゼ

S. 番号 ペルオキシダーゼの種類 微生物の種類 用途 参考
Peroxidase 細菌 E. B. coli 色素分解
バクテリア Bacillus sp. F31 色素分解
マンガン依存性ペルオキシダーゼ(MnP)、リグニンペルオキシダーゼ(LiP) 菌類 フナムシ(Pleurotus ostreatussensu Cooke、Coriolus versicolor (L.) Quel.)。 Tyromyces albidus (Schaeff.) Donk、Trametes gallica バイオデリグニン
Lignin peroxidase バクテリア Citrobacterfreundii (FJ581026) and Citrobacter sp. (FJ581023) 黒液(パルプの副産物で深刻な環境問題を引き起こす)
Lignin peroxidase 酵母 Candida krusei 広く使われているベーシックバイオレット3(BV)(Basic Violet 3) 。 生物学的染色としてヒトおよび獣医学、様々な商業繊維
プロセス
Bacterium Diazo dye Direct Blue- Diazo dye Direct Blue- Diazo dye Direct Blue- Diazo dye Bacterium Bacterium Diazo dye
バクテリア Pseudomonas sp. マラカイトグリーンは、広く使用されている難燃性染料で、多くの生物に対して発がん性、変異原性が確認されています。
Lignin peroxidase White rot
fungi
Pleurotusostreatus Remazol(レマゾール) Peurotusostreatus Brilliant Blue R(人工色素)
Bacterium Pseudomonas sp. Congo red decolorization
Lignin peroxidase isoenmes (LiP 4.65, LiP 4.15, and LiP 3.15).85) 菌類 Phanerochaete chrysosporium アゾ、トリフェニルメタン、ヘテロシクロ。 および
高分子染料
bacterium Clostridium bifermentans 反応性アゾ染料
Thanatephorus cucumeris アントラキノン色素Reactiveblue 5
菌類 高酸化還元電位色素
細胞外
LiP
バクテリア Bacillus sp. ネイビーブルー2GL-アゾ染料
色素脱色ペルオキシダーゼ(DyP) 菌類 アゾ染料

表1

合成物の脱色と無毒化. 微生物ペルオキシダーゼによる繊維染料およびその他の産業廃液。
4.2. 廃液のバイオレメディエーション。

工業汚染は、私たちを取り巻く環境の劣化を引き起こす大きな要因となっており、私たちが使用する水にも影響を与え、その水質と人間の健康は直接関係する問題である。 水の質の向上と量の増加は、健康への恩恵をもたらすでしょう。 安全な水は、水を媒介とする病気に関連する感染因子を排除し、より多くの水を利用できるようになれば、個人の衛生状態を向上させ、健康を改善することができます。 水質汚染は、産業廃棄物が湖や川などの水域に放出され、海洋生物が住めなくなることを引き起こしている。 ペルオキシダーゼは、フェノール類、クレゾール類、塩素化フェノール類で汚染された廃水のバイオレメディエーションに応用されてきた。 フェノール類や芳香族アミンを含む芳香族化合物は、汚染物質の主要なクラスの1つを構成しています。 石炭転換、石油精製、樹脂およびプラスチック、木材保存、金属コーティング、染料およびその他の化学物質、繊維、採鉱および選鉱、パルプおよび紙産業など、さまざまな産業の廃水中に含まれている。 繊維産業の処理水に含まれるフェノール類やハロゲン化フェノールは有害であることが知られており、その一部は食物連鎖に蓄積する危険性のある発がん性物質です。

ペルオキシダーゼは、広範囲のフェノール化合物の酸化的カップリング反応を触媒することができる重要な酵素の一群を構成しています。 Phanerochaete chrysosporiumのLignin peroxidase、HRP、myeloperoxidase、lactoperoxidase-8、Bjerkandera adustaの多才なperoxidase、Caldariomyces fumagoのchloroperoxidaseは、H2O2の存在下で酸化的脱アルカリ化によりpentaclorophenol totetrachloro-1,4-benzoquinone に変化できるようになった。 P. chrysosporium, P. sordida, C. subvermispora, P. radiata, D. squalens, P. rivulosuの生産する細胞外マンガンペルオキシダーゼについて調べた。 その細胞外ペルオキシダーゼがH2O2によって2電子酸化されると、化合物Iが生成し、Mn2+をMn3+に酸化して2回連続して1電子還元を行い、その結果、フェノール化合物が酸化される。 多くの産業界の排水には、多くの有害な芳香族および脂肪族化合物が含まれています。 その中でも、フェノールは最も一般的な芳香族系汚染物質であり、汚染された飲料水にも含まれている。 フェノールは高濃度で存在すると有毒であり、発がん性があることが知られている。 低濃度でも健康に影響を及ぼします。 実験室でフェノールを酸化剤であるH2O2の存在下でカブの根の酵素(ペルオキシダーゼ)抽出物で処理し、対応するフリーラジカルを形成させた。 フリーラジカルは重合して、水に溶けにくい物質を形成する。 沈殿物を遠心分離によって除去し、残留フェノールを推定した 。 その結果、カブの根の酵素抽出物は、より効率的にフェノールを分解することがわかった。 P. eryngiiとP. P. が生産するもう一つの汎用性の高いペルオキシダーゼ。 ostreatusはMnPの作用と同様にMn2+をMn3+に酸化し、またLiPのように高レドックス電位の芳香族化合物を酸化し、広い特異性を持ち、非フェノール化合物を酸化することがわかった

4.2.1. HRP-H2O2-フェノール反応の機構

ホースラディッシュペルオキシダーゼはフェノール基質と反応するとき、環状反応を起こす。 この一連の反応をまとめると次のような反応になる。 酵素は本来の形(E)で始まり、H2O2によって酸化され、化合物1(Ei)として知られる活性中間化合物を形成する。 化合物1は1分子のフェノール (PhOH) を酸化してフェノールフリーラジカル (PhO) を生成し、化合物II (Eii) となる。 化合物IIは2番目のフェノール分子を酸化して別のフェノールフリーラジカルを生成し、元の形Eに戻ることでサイクルを完了する。フリーラジカルは重合して、溶液から沈殿する不溶性の化合物を形成する。 さらに、アガリクス茸由来の色素脱色ペルオキシダーゼ(EC 1 : 1 : 1 : )が、色素やフェノール化合物の酸化を触媒することが報告されている(図2)。

図2

白色腐朽菌によるキノンレドックスサイクルによる水酸化ラジカル生成に関わる反応機構 1,4-benzoquinone (BQ) はキノン還元酵素 (QR) により還元されてヒドロキノン (BQH2) が生成し、リグニン修飾酵素のいずれかにより酸化されてセミキノンに変化する。 自動酸化によるスーパーオキシドアニオンラジカルの生成は、主にFe3+が触媒となり、Fe2+に還元される。 フェントン試薬の生成は、H2O2へのO2-dismutationによって達成される
4.3. 内分泌かく乱化学物質(EDC)の除去

酸化酵素のいくつかのクラスは、従来の廃水処理に抵抗性のEDCの効率的な除去に有望であることを示している。 個々のEDCとHRPのような特定の酸化酵素との反応の速度論は文献によく記載されていますが、EDC混合物との反応についてはほとんど調査されていません。 EDCは、その化学構造により、ホルモンのアゴニストまたはアンタゴニストとして作用することができる化合物の一群です。 EDCは、生物とその子孫のホメオスタシス、生殖、発達、健全性の維持に関与する内因性ホルモンの合成、分泌、輸送、結合、作用、排泄を阻害することができる。 環境中に広く分布しているが、主に廃水中に見出される。 マンガンペルオキシダーゼによるEDCの酸化は、いくつかの研究により報告されています。 Pleurotus ostreatus 由来のマンガンペルオキシダーゼ 10 U/mL を使用すると、0.4 mM のビスフェノールが 1 時間で除去された。 ペルオキシダーゼは、クロロアニリンや多環芳香族炭化水素など、他の強力な環境汚染物質の除去や分解にも役立ちます。 ポリ塩化ビフェニル(PAHs)の分解 農薬

農薬には、昆虫、雑草、菌類を制御するために最も一般的に使用される幅広い物質が含まれます。 ヒトの農薬への曝露は、呼吸器系の問題、記憶障害、皮膚疾患、がん、うつ病、神経障害、流産、出生異常などの慢性的な健康問題や健康症状に関連していると言われています。 農薬の生物学的分解は、これらの化合物を環境から除去するための最も重要かつ効果的な方法である。 微生物は物質と化学的・物理的に相互作用し、標的分子の構造変化や完全分解をもたらす能力を持っています。

いくつかの菌類から抽出されたペルオキシダーゼは、いくつかの農薬を無害な形に変換する大きな可能性を持っています。 白色腐朽菌による有機リン系農薬の変換が研究されており、Caldariomyces fumagoのクロロペルオキシダーゼによる有機リン系農薬の変換が報告されている。 PAH は 2 個以上の芳香環が縮合したもので、原油、クレオソート、石炭の成分である。 PAHsによる汚染の多くは、エネルギー源として化石燃料が広く使用されるようになったことに起因している。 ペルオキシダーゼとフェノールオキシダーゼは、特定のPAHに作用して、毒性の低いものや分解しやすいものに変化させることができる。 PAHはリグニンペルオキシダーゼやマンガンペルオキシダーゼなどのペルオキシダーゼによって酸化される。 ペルオキシダーゼは汎用性が高く、環境プロセスでの利用が期待されているにもかかわらず、まだ大規模な応用には至っていません。 ペルオキシダーゼを汚染物質変換に応用するためには、安定性、酸化還元電位、大量生産など、さまざまな課題に取り組む必要があります。 いくつかの菌類から抽出されたペルオキシダーゼは、いくつかの農薬を無害な形に変換する大きな可能性を持っている。 しかし、ペルオキシダーゼは汎用性が高く、環境プロセスへの応用の可能性があるにもかかわらず、まだ大規模な応用には至っていない。 ペルオキシダーゼを汚染物質の変換に応用するためには、安定性、酸化還元電位、大量生産などの様々な課題に対処する必要がある

4.5. 塩素化アルカンとアルケンの分解

脱脂溶剤として広く使われている脂肪族ハロカーボンのトリクロロエチレン(TCE)とパークロロエチレン(PCE)による土壌と帯水層の汚染は深刻な環境汚染問題である。 TCEは、第三級アルコール、H2O2、EDTA(またはシュウ酸)の存在下、P. chrysosporiumのLiPによって触媒されるin vitro還元的脱ハロゲン化反応を受け、対応する還元型塩素ラジカルが生産される。 IMZT汚染土壌からは、イマゼタピル(IMZT)を分解する能力を持つ細菌IM-4が1株分離された。 この菌株は、imazapyr、imazapic、imazamoxなどの他のイミダゾリノン系除草剤を分解する能力も有していた。 T. versicolor がキノンレドックスサイクルを介して生成する細胞外ヒドロキシルラジカルも、PCE と TCE の分解を触媒することが示された。 TCE は好気的に成長した P. chrysosporium 培養物によって無機化される。 これらの研究者は、TCEは第3級アルコール、H2O2、EDTA(またはシュウ酸)の存在下でP. chrysosporiumのLiPが触媒するin vitro還元的脱ハロゲン化を受け、対応する還元型塩素ラジカルが生成されると提案した

4.6. フェノキシアルカン系およびトリアジン系除草剤の分解

世界中で最もよく使われている広葉樹除草剤は2,4-ジクロロフェノキシ酢酸(2,4-D)と2,4,5-トリクロロフェノキシアセタイド(2,4,5-T)である。 2,4-Dとおそらく2,4,5-Tは、枯葉剤として広く使われたエージェント・オレンジの成分である。 2,4-Dはバクテリアによる分解を受けやすく、一般に環境中に長くは残留しない。 一方、2,4,5-Tは微生物による分解に比較的強く、環境中に残留する傾向がある。 2,4,5-Tは、枯葉剤として使用されたエージェント・オレンジに暴露されたベトナム戦争の多くの退役軍人が深刻な病気になった原因として非難されています。 また、これらは変異原性物質であることが報告されており、人体への毒性は非常に高い。 P. chrysosporiumとDichomitus qualensのリグニン分解ペルオキシダーゼは、2,4-Dと2,4,5-Tの塩素化フェノール中間体の分解に関与していることが明らかになった。 これらの結果は、D. SqualensがMn2+(MnPの誘導剤として知られている)を培地に添加すると環状標識および側鎖標識の2,4,5-Tと2,4-Dの分解が増加すること、および窒素制限培地でP. chrysosporiumによる分解の増加(この場合LiPとMnP両方の生成が誘導される)に基づくものであった。 アトラジンは一般的に使用されているトリアジン系除草剤であり、多くの白色腐朽菌が生産するラッカーゼやペルオキシダーゼによって分解される.

4.7. 塩素化ダイオキシン類の分解

ポリ塩化ジベンゾダイオキシン類(PCDDs)は、毒性の強い環境汚染物質の一種で、人間への発がん性が確認されており、親油性のため人間や動物に生物濃縮される傾向があります。 ポリ塩化ジベンゾダイオキシン(PCDD)およびポリ塩化ジベンゾフラン(PCDF)は、数種の白色腐朽菌によって分解されることが示されており、LiPおよびMnPが関与している可能性が示唆されている。 P. sordidaはMnPを生産するがLiPを生産せず、粗MnPはダイオキシン類の分解を示した

4.8. 塩素系殺虫剤の分解

リンデン(ヘキサクロロシクロヘキサンのc異性体)は過去に広く使用された農薬で、1950年から2000年の間に世界中で推定60万トンのリンデンが生産された。 現在、リンデンは環境汚染物質として残留性があるため、世界的に使用が禁止されています。 リグニン分解条件下で培養した P. chrysosporium は、液体培養やコーンコブ添加土壌でリンデンを一部無機化することが報告されているが、P. chrysosporium から精製した LiP と MnP を用いた in vitro ではリンデンの分解は観察されない。 DDT (1,1,1-trichloro-2,2-bis ethane) は有機塩素系殺虫剤の先駆けとして、第二次世界大戦後に大量に使用された。 農業用土壌に高濃度のDDTが検出された場合、食糧安全保障と人間の健康に対する深刻な脅威となるため、深い懸念がある。 白色腐朽菌であるP. chrysosporium, P. ostreatus, T. versicolor, Phellinus weiriiはDDTを無機化することが示されている.

4.9. バイオセンサーとしてのペルオキシダーゼ

バイオセンサーは、標的化合物を検出するために、生体認識要素と物理的な変換器を緊密に組み合わせた分析装置と定義されています。 関連する環境汚染物質について開発されたバイオセンサーのいくつかの例がある。 バイオセンサーは、例えば、汚染地域の連続的なモニタリングに有用である。 また、高い特異性と感度(特定の生物学的認識バイオアッセイに固有のもの)など、分析上の有利な特徴を示す場合もある。 H2O2は、細胞病理学の生化学的メディエーターと考えられており、老化やパーキンソン病のような進行性の神経変性疾患の病因に関与している可能性がある。 神経化学におけるH2O2の重要な役割のために、H2O2濃度の測定は非常に興味深い研究分野となっています。 ペルオキシダーゼバイオセンサーに基づく電気化学的手法は、リアルタイムでの直接測定と実用的な応用が可能であることから、バイオサイエンスにとって非常に有利であることが証明されている。 過酸化水素の新しい第3世代バイオセンサーは、多層カーボンナノチューブで修飾した電極上にHRPを架橋することによって構築された。 また、バイオセンサーは、特定の化学物質だけでなく、その毒性、細胞毒性、遺伝毒性、内分泌かく乱作用などの生物学的効果、すなわち、場合によっては化学組成よりも意味のある関連情報を測定する可能性を提供するものである。 酵素バイオセンサーは、異なるクラスの化合物による特定の酵素の選択的阻害に基づいており、標的分析物の存在下での固定化酵素の活性低下を定量化のために頻繁に使用するパラメーターとしている。 全細胞型バイオセンサーのもう一つの応用は、生物学的酸素要求量(BOD)の測定である。 農薬(除草剤、殺菌剤、殺虫剤)は、その高い殺虫活性により、世界中の農業や工業で広く使用されています。 バイオセンサーは農薬を迅速に検出するため有用である可能性があり、以前から研究領域で活発に行われている。 また、ポリビニルピロリドン(PVP)ナノファイバーに酵素HRPを組み込んで紡いだHRPベースのバイオセンサーも貴重な開発品です。 紡いだナノファイバーの走査型電子顕微鏡(SEM)を用いて、平均直径155±34 nmの不織布構造を確認した。 HRPを含む繊維は、エレクトロスピニング後および保存中の活性の変化について試験された。 マイクロタイタープレートでナノファイバーマットと反応させ、時間の経過とともに吸収の変化をモニターすることで、HRPの活性を特徴付けるために比色アッセイが使用された。 健康や安全に関わる病原体の同定には、迅速かつ高感度な検出方法が最も重要である。 化学発光と酵素シグナル増幅を利用して低検出限界を達成した、核酸配列に基づくラテラルフローアッセイの開発に使用されたペルオキシダーゼ.

4.10. パルプ・製紙産業での利用

パルプの副産物(黒液)やパルプ工場の廃水は、その高い汚染負荷により深刻な環境問題を引き起こしています。 パルプ・製紙産業の環境問題を解決することは、林業を維持し、森林社会の経済的ニーズの変化に対応するために不可欠である 。 パルプ・ペーパー産業におけるパルプ製造は、主に木材の消化と漂白の2つの工程で行われる。 木材消化の工程では、木材チップを水酸化ナトリウムと硫酸ナトリウムの溶液の中で高温高圧で加熱し、チップを繊維塊に分解する。 木材繊維との化学反応により、分解しにくい沈殿物質がすべて溶解し、これらの誘導体は洗浄・脱水工程で繊維から洗い落とされる。 洗浄時の各種抽出物は、主にリグニン、セルロース、フェノール類、樹脂、脂肪酸、タンニンなどが混在し、黒色粘性のアルカリ性廃棄物である「黒液」となる。 このアルカリ性廃液は、廃水全体の10~15%に過ぎませんが、高pH、BOD、COD、色調などの点で環境負荷の90~95%以上を占めており、環境に対して著しい毒性を有しています。 したがって、黒液を環境に排出する前に適切な処理を行うことが保証されています。 黒液の処理には、菌類、細菌、藻類、酵素を使用する生物学的方法が、単一段階の処理として、または他の物理的・化学的方法と組み合わせて、より経済的で環境に優しいと思われます。 これまで試みられた生物学的方法のうち、ほとんどの文献は、リグニン生分解に関与する非特異的細胞外酵素系(LiP、MnP、Laccase)のために、白色腐朽菌の数属に限定されている

5. 結論

汚染された環境の無害化におけるペルオキシダーゼの重要性は、過酸化水素などの過酸化物の還元、さまざまな有機および無機化合物の酸化、有害化合物の重合、または交差反応により、他のフェノールまたは有毒および無害な特性を持つ共基質との重合体(ダイマー、トリマー、複合オリゴマー)、土壌や水系に非常に多く蓄積する触媒としての性能にかかっています。 ペルオキシダーゼは、フェノール類、クレゾール類、その他の産業排水のバイオレメディエーション、繊維染料の脱色、環境ホルモン除去、農薬、ポリ塩化ビフェニル、土壌の塩素化アルカンやアルケン、フェノキシアルカン系除草剤、トリアジン系除草剤、塩素化ダイオキシン、塩素化殺虫剤の分解に期待されています。 また、ペルオキシダーゼはバイオセンサーとしても利用されている。 ペルオキシダーゼの汚染物質分解における急速な進歩は、汚染化合物の持続可能なバイオレメディエーション戦略や、異なる酵素を用いた環境保護に光を投げかけている。 環境保護は、環境法、倫理、教育という3つの要素が織りなす影響を受けている。 これらの要素はそれぞれ、国家レベルの環境に関する意思決定や個人レベルの環境に関する価値観や行動に影響を与える重要な役割を担っています。 環境保護が現実のものとなるためには、社会と国家がこれらの各分野を発展させ、共に環境に関する意思決定に情報を与え、推進することが重要である。 ニューデリーのCSIRとシムラのヒマーチャル・プラデーシュ大学バイオテクノロジー学部に感謝する。

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