ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Основные природные полимеры из "Научные основы экобиотехнологии" Природные полимеры поступают в окружающую среду с растительным материалом, содержащим целлюлозу, ксилан и сопутствующие соединения (лигнин, пектин, хитин, крахмал, глюканы, фруктаны и маннаны). Попадая в почву, они участвуют в образовании гумусовых веществ. [c.401] В разложении, минерализации природных биополимеров участвуют аэробные и анаэробные микроорганизмы-гидролитики, которые синтезируют ферменты, расщепляющие биополимеры до простых сахаров или жирных кислот (в ходе подготовительного метаболизма). Продукты гидролиза могут поступать в клетки гидролитиков и сопутствующих микроорганизмов и метаболизироваться до СОг и Н2О (рис. 5.10). [c.402] Микроорганизмы-деструкторы природных высокомолекулярных соединений способны разлагать не только природные полимеры и связанные с ними загрязнения, например в составе твердых отходов, но и синтетические полимерные материалы, попадающие в окружающую среду в большом количестве. [c.402] В древесине хвойных пород содержится примерно 60% гексоз, в древесине лиственных пород - примерно 45% гексоз. [c.403] Из тканей древесных растений наиболее устойчива к биодеградации кора. Стойкость коры к биологическому воздействию обусловлена воскоподобным веществом - суберином, препятствующем доступу в клетчатку влаги, воздуха и контакту с микроорганизмами. Гумификация начинается только после разрушения пропитанных суберином клеточных оболочек. В биореакторах кора может быть разрушена смешанными культурами микроорганизмов, продуцирующими фермент таназу, воздействующий на дубильную кислоту. [c.403] Главной составной частью древесины является целлюлоза - высокоупорядоченный полимер, состоящий из остатков В-глюкозы в пиранозной форме, соединенных Р-связью, со степенью полимеризации около 14000. [c.403] Основная структурная единица целлюлозы - дисахарид целлобиоза. Молекулы целлюлозы образуют фибриллы, состоящие из 40-60 молекул, соединенных водородными связями. Степень полимеризации у гемицеллюлоз не превышает 150. В природных условиях целлюлоза разлагается различными целлюлолитическими микроорганизмами. [c.403] Наряду с целлюлозой наиболее важный компонент древесины лигнин -один из наиболее сложных гетерогенных полимеров с трехмерной структурой, состоящий в основном из фенилпропановых звеньев и метоксильных групп. Молекулярная масса его колеблется от 1000 до 10000. В лигнине содержится 58-70% углерода, 5-7% водорода и 24-30% кислорода. Фенил-пропановые звенья соединены чрезвычайно устойчивыми к действию ферментов связями углерод-углеродными С-С и эфирными С-О-С. По структуре лигнин относится к полифенолам и сходен с гуминовыми кислотами. [c.403] В лигнине хвойных пород в качестве мономера содержится ванилин, в лигнине лиственных - сиреневый альдегид. В большинстве лигнинов - ко-нифериловый спирт. [c.403] В естественных условиях лигнин структурно связан с полисахаридами, инкрустируя целлюлозу растительных волокон. Лигнин - основной компонент, определяющий свойства лигноцеллюлозных материалов. Он наиболее медленно подвергается биологическому разрушению и ухудшает перевари-ваемость целлюлозы и гемицеллюлозы жвачными животными. [c.404] При химической переработке древесины на целлюлозно-бумажных комбинатах в первую очередь разрушают связи лигнина с целлюлозой. В процессе получения пульпы в лигнине происходят существенные изменения, в частности, включение сульфогрупп в молекулу лигнина и его деполимеризация. В результате получают лигносульфонаты (сульфатный лигнин, крафт-лигнин, промышленный лигнин), более стойкие к микробному воздействию, чем природный лигнин. В производстве этанола, кормовых дрожжей и фурфурола в результате сернокислотного перколяционного гидролиза растительного сырья в качестве отхода образуется большое количество гидролизного лигнина. [c.404] В связи с накоплением промышленного лигнина в отвалах актуальна проблема его утилизации или деградации. [c.404] Гемицеллюлоза - гетерополисахарид, содержащий Сз-сахара (арабинозу, ксилозу, рибозу) и Сб-сахара (глюкозу, галактозу, маннозу). В природных условиях она окисляется активнее, чем целлюлоза. Гемицеллюлозу способны расщеплять многие бактерии и грибы. Она расщепляется в аэротенках при очистке сточных вод целлюлозно-бумажных комбинатов. [c.404] Хитин - главный компонент клеточной стенки грибов, опорного скелета многих беспозвоночных, рачков и др. представляет собой полимерную цепь, состоящую из остатков глюкозы, в которых гидроксильные группы при втором атоме углерода замещены ацетилированными аминогруппами. Многие микроорганизмы (грибы, бактерии, актиномицеты) с помощью фермента хитиназы способны осуществлять ферментативный гидролиз хитина. [c.405] Крахмал, глюканы (гликоген, декстран) - запасные вещества растений выполняют опорную функцию или являются основой слизей и капсул, образуемых рядом микроорганизмов. Они представляют собой нера ветв-ленные цепи остатков О-глюкозы, соединенных а-гликозидными связями между углеродными атомами в положениях 1 и 4 (амилоза), либо разветвленные молекулы поли-а-1,4-В-глюкозы (амилопектин, гликоген, декстран). Гидролиз крахмала осуществляется микроорганизмами (грибами, бактериями) под действием ферментов амилаз (а-амилаза, р-амилаза, глюкоамилаза и др.). [c.405] Многие экзополимеры биоразлагаемы, однако скорость деградации их низка по сравнению со скоростью разложения простых метаболитов, о чем свидетельствуют приведенные ниже данные. [c.406] Вернуться к основной статье