Микробный синтез на основе целлюлозы: белок и другие ценные продукты - Лобанок А.Г.
ISBN 5-343-00283-8
Скачать (прямая ссылка):
Наиболее изучены р-маннаназы микроорганизмов, в том числе грибов Aspergillus, Penicillium, Trichoderma, бактерий Xanthomonas campestris, Bacillus subtilis и др. Обнаружена р-маинаназа и у представителей рода Streptomyces. Отмечено, что в присутствии маннана в среде образование р-маннаназ увеличивается в 100 раз. Однако индукцию синтеза фермента вызывают полисахариды, на которые р-маннаназы не действуют. Некоторые авторы считают р-маннаназы конститутивными ферментами. р-Маннаназа — преимущественно внеклеточный фер-
48
мент, хотя у Xanthomonas campestris она связана с мембраной или клеточной стенкой (Фирантас, 1985).
Один из наиболее важных биологических процессов в природе— деградация лигноцеллюлозных материалов до С02, воды и гуминовых веществ. Только грибы белой гнили могут атаковать все компоненты древесины. Мутанты этих грибов, не продуцирующие целлюлазу, не осуществляют специфическую деструкцию. Для осуществления эффективного разложения лигнина необходимо наличие сахара в качестве источника энергии для роста я метаболизма и частично для образования перекиси водорода, которая нужна для деградации лигнина. Таким образом, возможна специфическая биоделигнификация лигноцеллюлозных материалов, что позволяет, например, экономить энергию при механическом пульпировании древесины, а в случае делигнифи-кации соломы получать легко перевариваемый корм для жвачных животных. Для разложения лигннна грибами белой гнили необходима фенолоксидаза.
Eriksson (1985) получил мутанты, которые являются не только цел"-мутантами, но и обладают повышенным уровнем образования фенолоксидазы и ксиланазы. В этом случае продукты расщепления ксилана служат источником энергии для метаболизма гриба. Позднее были получены цел-'-мутанты с более высокой способностью к разложению лигнина, чем исходные дикие варианты. Полученные результаты, по мнению Eriksson (1986), свидетельствуют о возможности делигнификашш древесной щепы с целью получения механической и химической пульпы.
Многие виды базидиомицетов быстро метаболизируют лигнин. Один из наиболее изученных деструкторов лигнина — Pha-nerochaete chrysosporium (Sporotrichum pulverulemum). Процесс деградации лигнина связан преимущественно с действием внеклеточных окислительных ферментов. Действие ферментов не-специфнчно. Грибы не растут на лигнине, как на субстрате, для этого им необходима целлюлоза или другой источник углерода в качестве косубстрата. Деградация лигнина протекает лучше при лимитации роста организма, а перемешивание культуры Phane-rohaete chrysosporium тормози г деструкцию. Деградация лигнина требует участия Н202. Деполимеризация лигнина осуществляется ферментом лигниназой. В культуральной жидкости содержатся множественные формы лигниназы
Вератриловый спирт усиливает образование лигниназы. Добавление вератрилового спирта в культуру базидиомицетов, разрушающих лигнин, сильно стимулирует их лигнолитическую активность (Leisola et al., 1985). Однако неясно, стимулирует ли лигниназную активность сам вератриловый спирт или продукты его распада. Синтез и выделение внеклеточных белков до появления лигниназной активности при С-лимитации и различный сиектр белков при С- и N-лимитаиии культуры Phanerochaete
\ 3 а к. 966
49
chrysosporium указывают, по мнению авторов, на сложный механизм регуляции биосинтеза лигниназы.
Культура Phanerochaete chrysosporium, индуцированная ве-ратриловым спиртом, приобретает способность разлагать лигнин в условиях перемешивания (Leisola, Fiechter, 1985). Кроме лигниназы, в культуральную жидкость выделяются и другие ферменты, роль которых еще не ясна. Установлено, что лигниназы являются особыми пероксидазами (Kirk, 1985).
Биодеградация лигнина имеет выраженно окислительный характер. Она происходит в боковых цепях, которые окисляются с образованием а-карбонильных и а-карбоксильных групп, и в ароматическом ядре, которое окисляется в результате деметилирования и введения гидроксильных групп в фенольные остатки с образованием 2,3- и (или) 3,4-дигидроксифенильных остатков (Higushi, 1982). Различные структуры лигнина деградируются внеклеточными ферментами, которые атакуют низкомолекулярные и полимерные субстраты.
Показано, что в деградации лигнина могут участвовать бактерии Nocardia, Bacillus, Pseudomonas, а также актиномицеты Strptomyces. Полученные Pometto и Crawford (1986) данные свидетельствуют о том, что оптимальной для минерализации лигнина актиномицетами является нейтральная или слабокислая среда, а для деградации лигноцеллюлозы с солюбилизацией лигнина и образованием полимерного лигнина — щелочная. Возможно, что в нейтральных и щелочных почвах в отличие от грибов актиномицеты играют важную роль в разложении лигнина. Так, Thermomonos рог a mesophlla деградирует лигнин лигноцеллюлозы пшеницы с образованием высокомолекулярных воднорастворимых продуктов и незначительного количества С02. Солюбилизация лигнина не совпадает по времени с образованием ксиланазы или целлюлазы. Вероятно, деструкция лигнина осуществляется в результате окислительных и других реакций (McCarthy et al., 1986). Однако грибы—-более активные дегра-даторы лигнина.
