Microbiology

Лигнин-в количественном отношении один из главных компонентов растительных тканей, уступающий только целлюлозе и стоящий нарав не с гемицеллюлозами. Содержание лигнина в деревянистых тканях со­ставляет от 18 до 30% сухой массы. Растительная ткань инкрустирована лигнином, он находится во вторичных слоях клеточной стенки. Этот растительный продукт, образующийся в довольно больших количе­ствах, наиболее медленно подвергается биологическому разложению. Поэтому он служит главным источником медленно распадающегося ор ганического вещества почвы, в особенности гуминовых кислот.

В химическом отношении лигнин неоднороден. Он представляет собой весь ма сложное соединение, но эта сложность не определяется большим числом раз личных мономерных блоков; все мономерные блоки в молекуле лигнина-это производные фенилпропана, главным образом конифериловый спирт. Слож ность строения лигнина обусловлена разнообразием связей, при помощи ко торых мономерные блоки соединены друг с другом. Такое нерегулярное строе ние согласуется с представлением о том, что при синтезе лигнина ферменты участвуют лишь в образовании радикалов кониферилового спирта; эти ради калы уже спонтанно вступают затем в различные связи, причем характер возни кающих связей определяется мезомерным состоянием радикалов.

В качестве промежуточных продуктов синтеза лигнина удалось вы делить ряд димеров и олигомеров кониферилового спирта (рис. 14.4). В то время как лигнин хвойных состоит в основном из кониферилового спирта, лигнин лиственных пород содержит конифериловый и сина повый спирты, а лигнин злаков-еще и кумаровыи спирт. Эти различия отражаются прежде всего в содержании метоксильных групп: в лигнине лиственных пород оно варьирует в пределах от 20,5 до 21,5%, в лигнине хвойных-от 15 до 16%, а в лигнине злаков-от 14 до 15%.

Фенилпропаноидные единицы в молекуле лигнина различным обра зом соединены между собой при помощи эфирных и углерод-угле родных связей (рис. 14.4). Эти связи чрезвычайно устойчивы к действию ферментов. Лигнин в растениях представляет собой инертный конечный продукт, который уже не вовлекается в метаболизм и выполняет лишь механические функции. Только микроорганизмы могут разрушать его. Однако грибы, разрушающие древесину, а также почвенные грибы и бактерии разлагают лигнин гораздо медленнее, чем целлюлозу и гемицеллюлозы.

Разложение лигнина. Некоторые грибы могут разрушать лигнин да же в живых растениях. Разрушающие древесину базидиомицеты можно разделить на две группы. Возбудители бурой гнили превращают древе­сину в красновато-коричневую массу; они разрушают главным образом целлюлозные и гемицеллюлозные компоненты древесины и не дей ствуют на фенилпропановые полимеры. Возбудители белой гнили разру­шают древесину с образованием почти белой массы; они действуют в первую очередь на лигнин и почти не затрагивают целлюлозу. К гри бам, разрушающим прежде всего лигнин, относятся Polystictus versicolor и некоторые другие (например, Stereum hirsutum). Есть также грибы, дей ствующие одновременно на лигнин и целлюлозу; таковы Pleurotus ostreatus, Ganoderma applanatum, Polyporus adustus, Armillaria mellea. Раз­рушение древесины чистыми культурами грибов происходит так мед ленно, что эксперименты растягиваются на месяцы и даже годы. С по мощью различных методов удалось выявить способность к разложению лигнина также у представителей некоторых других родов (Pholiota, Clitocybe, Lenzites, Panus, Poria, Trametes и др.).

Можно предположить, что первичное воздействие при разрушении лигнина осуществляют экзоферменты. Поскольку грибы, разрушающие лигнин, обычно выделяют фенолоксидазы, считают, что именно эти ферменты ответственны за отщепление ароматических соединений. До сих пор, однако, не удалось доказать эту функцию фенолоксидаз при разрушении лигнина; в особенности это касается разрыва углерод-угле родных или эфирных связей.

Для получения накопительных культур и выделения микроорганизмов, раз лагающих лигнин, лучше всего использовать очищенный лигнин из расти тельных тканей. При этом следует избегать методов выделения, основанных на действии сильных кислот, щелочей или высоких температур. Лигнин, близкий к нативному, удается получить с помощью метода Бьоркмана (1954). Для этого еловую древесину сначала растирают с толуолом до образования суспензии, а затем отделяют от толуола, высушивают и из полученной древесной муки эк страгируют лигнин диоксаном; при этом в раствор переходит около половины всего содержавшегося в древесине лигнина. Выделенный таким способом лигнин содержит (по весу) 63,5%С, 6,4% Н, 30,4% О и 14,8% метоксильных групп. Выде ленный лигнин или его производные (феноллигнин или лигнинсульфонаты) мо гут служить единственным источником углерода не только для грибов, перечис ленных выше, но и для многих аскомицетов и несовершенных грибов. Можно получать также накопительные культуры некоторых штаммов бактерий (Flavobacterium, Agrobacterium и Pseudomonas) на частично переваренных препара тах лигнина. В смешанных культурах разложение лигнина происходит быстрее и полнее, чем в чистых.

Нет никакого сомнения в том, что лигнин могут разрушать не толь ко грибы, но и бактерии. Однако разложение его происходит настолько медленно, что представляется совершенно ничтожным в сравнении с другими метаболическими процессами бактерий. Ведутся дальнейшие поиски микроорганизмов, способных разлагать лигнин или хотя бы так изменять его, чтобы другие организмы могли его затем окислять.