Cтраница 2
Несмотря на введение синтетического кониферина, растение продолжает образовывать собственный нерадиоактивный кони-ферин. Если в процессе лигнификации дерево использует синтетический кониферин, то образуется лигнин, содержащий как радиоактивные, так и нерадиоактивные структурные звенья. Соотношение этих звеньев будет зависеть от времени образования растением ( деревом) собственного кониферина, а также от того, с какой скоростью оно сможет перемещать синтетическое соединение к месту лигнификации. [16]
Обнаруживаемая в растениях миндальная кислота, меченная у кольца и у карбоксильного углеродного атома, совершенно не использовалась растениями пшеницы для образования лигнина. Это может означать, что фенильные соединения с Са боковой цепью не принимают участия в процессе лигнификации. Возможность этого отнюдь не подтверждает мнения Франка и Мариона [32], что С6 - С2 соединение может принимать участие в этом процессе. [17]
Модельные опыты полимеризации смеси кониферилового и сина - лилового спиртов при действии этого же фермента привели к образованию аморфного сополимера, который имел сходство с лигнином покрытосеменных растений. Эти работы привели к заключению, что действие ферментной системы грибов на полимеризацию феншшропа - ноидных соединений аналогично процессу лигнификации в высших растениях. [18]
Лигнифицированные материалы дают цветные реакции, являющиеся типичными для лигнина, а не для второстепенных компонентов растения. В последние годы эти реакции привлекли внимание исследователей химии лигнина, так как они могут быть полезны для изучения процесса лигнификации. Выяснение механизма цветных реакций может содействовать обнаружению и идентификации определенных групп в молекуле лигнина. [19]
Она изучала побеги, выращенные при нормальном освещении и этиолированные побеги картофеля вида Лорх, используя микрохимический и флуоресцентный анализ. В согласии с Кратцлем, Бардинская нашла, что нижняя часть побегов давала интенсивную флороглюциновую цветную реакцию, указывавшую на то, что процесс лигнификации начался с низа растения и был связан с его общим развитием. [20]
Лигнин очень рано образуется в растительных клетках. В первые дни после отделения новой клетки ксилемы от камбиальной клеточная стенка еще не содержит лигнина. Процесс лигнификации имеет большое значение для жизни дерева и сыграл важную роль в эволюции растений. [21]
Выход ванилина или других ароматических альдегидов при щелочно-нитробензольном окислении и кетонов Гибберта при эта-нолизе характеризует присутствие и накопление в растительных тканях фенилпропановых структур, связанных легко разрушающимися эфирными связями. Но данных относительно образования в биосинтезе лигнина структур, прочно связанных С-С - связями, еще мало. Исследования структур такого типа с С-С - связями должны существенно дополнить представления о процессе лигнификации. [22]
Была обнаружена определенная корреляция между лигнификацией и содержанием р-гликозидазы, пероксидазы и фенолоксидазы. Модельные опыты с целым рядом фенольных производных и чистыми ферментами указывают на то, что главную роль в процессе лигнификации играет пероксидаза. Все работы в области лигнификации проводились на модельных системах in vitro, В растениях процесс лигнификации в условиях in vivo протекает одновременно с образованием лигниново-полисахаридного комплекса, в котором связь лигнина с полисахаридом ( признаваемая всеми, хотя о ее характере до настоящего времени известно немногое) может оказывать влияние на механизм полимеризации. Поэтому при полимеризации предшественников лигнина следует учитывать и это обстоятельство. Подобным образом необходимо принимать во внимание и фотохимическое воздействие, стимулирующее лигнификацию. Очень мало известно о факторах, управляющих лигнификацией, об активных веществах растений, ингибирующих или стимулирующих образование лигнина. Для того, чтобы получить ясное представление об этих процессах в растениях, необходима дальнейшая весьма значительная исследовательская работа в этой области. [23]
На рис. 4 ( Браун [66]) обобщены реакции, которые хорошо согласуются с полученными данными по превращению СО2 в мономеры лигнина. Пока еще не ясно, насколько соединения, указанные на рис. 4, реагируют в виде производных. Например, коричная кислота часто встречается в виде сложных эфиров с хинной кислотой или глюкозой; подобные зфиры могут быть важными для процесса лигнификации. Так, Леви и Цукер [67] установили, что хинный эфир коричной кислоты подвергается ферментативному гидроксилированию с образованием соответствующего эфира кофейной кислоты - хлорогеновой кислоты. [24]
Восстановление карбоксильной группы коричных кислот до соответствующих спиртов идет в две стадии с промежуточным образованием сложного эфира кислоты с кофер-ментом А. Этот процесс аналогичен восстановлению 3-гидрокси - 3-метилглутаровой кислоты в мевалоновую кислоту ( см. гл. Изучая реакции окисления кониферилового спирта ( 71) в присутствии фермента лакказы, приводящие к образованию полимерных соединений лигнинового типа, Фрейденберг [87] пришел к выводу, что эти процессы in vitro очень напоминают процессы естественной лигнификации. На этом основании он предположил, что процесс лигнификации in vivo происходит как ферментативное окисление. [25]
В последующих разделах ( см. часть II) будет исчерпывающе рассмотрена химия клеточных стенок, относительные количества лигнина в них и другие родственные темы. Однако заканчивая рассмотрение четвертой и конечной фазы онтогенеза древесной клетки, следует упомянуть о некоторых явлениях, которые тем или иным путем связаны с лигнпфикацией, как ее понимают ботаники. Подобно образованию и разрастанию клеток, а также утолщению клеточных стенок, лигнификация может происходить лишь при жизни клеточного протопласта, так как отмершие клетки не могут лигнифи-цировать свои стенки. Процесс лигнификации может быть закончен в слое межклеточного вещества и в первичной стенке, но может продолжаться во вторичной стенке, даже если этот названный последним слой еще центростремительно увеличивается в толщину. В древесине деревьев лигнификация часто очень скоро заканчивается в слое, примыкающем к внутренней стороне камбия, обычно почти одновременно с тем, когда новые клетки достигли своего наибольшего размера, а вторичные стенки - своей конечной толщины. Это объясняет, почему заболонь при одинаковом содержании влаги так же или почти так же крепка, как ядровая древесина. [26]
Пока еще точно не установлено, когда начинается отложение лигнина, но благодаря многочисленным исследованиям ход процесса лигнификации в общем ясен. Результаты исследований с помощью ультрафиолетовой, флюоресцентной и световой ауторадио-графической микроскопии, а также электронной микроскопии показали, что лигнин отлагается сначала в углах клетки, когда увеличение поверхности клетки уже закончилось, как раз перед началом утолщения вторичной стенки 1 ( SJ. Затем протекает лигни-фикация межклеточного вещества и первичной стенки Р, начинаясь в тангенциальных стенках и распространяясь по направлению к центру. Эти исследования указывают на непрерывность процесса лигнификации в течение всего периода дифференциации клеточной стенки, но со значительным замедлением по сравнению синтезом целлюлозы и полиоз. [27]
Восстановление карбоксильной группы коричных кислот до соответствующих спиртов идет в две стадии с промежуточным образованием сложного эфира кислоты с кофер-ментом А. Этот процесс аналогичен восстановлению 3-гидрокси - 3-метилглутаровой кислоты в мевалоновую кислоту ( см. гл. Изучая реакции окисления кониферилового спирта ( 71) в присутствии фермента лакказы, приводящие к образованию полимерных соединений лигнинового типа, Фрейденберг [87] пришел к выводу, что эти процессы in vitro очень напоминают процессы естественной лигнификации. На этом основании он предположил, что процесс лигнификации in vivo происходит как ферментативное окисление. [28]
Исследованиями с меченой глюкозой древесины сосны Pinus strobus и Eucalyptus nitens / 27, 28 / был подтвержден механизм образования лигнина через шикимовую ( см. рис. 2) к префеновую ( рис. 3) кислоты. Аналогичные эксперименты с меченой шикимовой кислотой подтвердили, что этот механизм является при лигнификации решающим. Ацетатный механизм ( см. рис. 1) в процессе лигнификации не играет роли. Шикимовая кислота чрезвычайно распространена в высших растениях и в настоящее время установлено, что шикимовая и префеновая кислоты управляют синтезом ароматических соединений в микроорганизмах и растениях. На рис. 5 показано, что первичными ароматическими соединениями, образующимися по этому механизму, служат фенилпропаноиды - фенилпировиноградная ип-окси-фенилпировиноградная кислоты. Опыты с мечеными фенилаланином и тирозином однозначно доказали, что все растения обладают способностью инкорпорировать фенилаланин в ароматической части лигнина. С другой стороны, тирозин не играет такой универсальной роли в процессе лигнификации растений. Поэтому предпочтительным оказывается механизм с участием фенилапа-нина, превращаемого дезаминированием в коричную кислоту ( рис. 6), а не сходный механизм перехода тирозина в n - кумаровую кислоту. [29]
Была обнаружена определенная корреляция между лигнификацией и содержанием р-гликозидазы, пероксидазы и фенолоксидазы. Модельные опыты с целым рядом фенольных производных и чистыми ферментами указывают на то, что главную роль в процессе лигнификации играет пероксидаза. Все работы в области лигнификации проводились на модельных системах in vitro, В растениях процесс лигнификации в условиях in vivo протекает одновременно с образованием лигниново-полисахаридного комплекса, в котором связь лигнина с полисахаридом ( признаваемая всеми, хотя о ее характере до настоящего времени известно немногое) может оказывать влияние на механизм полимеризации. Поэтому при полимеризации предшественников лигнина следует учитывать и это обстоятельство. Подобным образом необходимо принимать во внимание и фотохимическое воздействие, стимулирующее лигнификацию. Очень мало известно о факторах, управляющих лигнификацией, об активных веществах растений, ингибирующих или стимулирующих образование лигнина. Для того, чтобы получить ясное представление об этих процессах в растениях, необходима дальнейшая весьма значительная исследовательская работа в этой области. [30]