讲木素之生物合成分离与利用.pptxVIP

1 第一节 木素的存在及木素生物合成过程 木质素（lignin ）的定义至今还有争论。但比较共识的是木质素可被定义为一大类苯基丙烷（phenyl propane ）类聚合物，在酶引发和化学作用下，通过对羟肉桂基前体脱氢聚合而产生的高分子聚合物。 木素的研究历史：1838年Payen发现，1856年Schulz分理出木素并命名，20世纪初Klason系统研究木素， Klason被尊称为木素化学之父。 一、木素的存在 木素是生物体自身合成的一种重要高分子有机聚合物，含有苯环结构单元。占植物重量的15%～35%，自然界每年可产600万亿吨木素。 第1页/共30页 2 第一节 木素的存在及木素生物合成过程 一、木素的存在 木素是生物体自身合成的一种重要高分子有机聚合物，含有苯环结构单元。占植物重量的15%～35%，自然界每年可产600万亿吨木素。 第2页/共30页 3 （一）.构成木素的结构单元  （structural unit ） 苯基 Phenyl 丙烷 propane 苯基丙烷结构 phenyl propane 第3页/共30页 4 碳原子编号方法 1 4 3 2 5 6 α β γ 第4页/共30页 5 木素的三种基本结构单元 愈疮木酚基丙烷-G guaiacol 对-羟基苯基丙烷-H p-hydroxyphenyl 紫丁香基丙烷-S syringyl 第5页/共30页 6 （一）. 木素的分布 （distribution of the lignin） 第6页/共30页 7 第7页/共30页 8 木材中部位 部位所占体积比/% 占总木素的比例/% 木素含量/% 早材 springwood 次生壁secondary wall 87.6 72.1 22.5 复合胞间层 8.7 15.8 49.7 细胞角隅 3.9 12.1 84.8 晚材 summerwood 次生壁 93.7 81.7 22.2 复合胞间层 4.1 9.7 60.0 细胞角隅 2.2 8.6 100 表2-1云杉管胞（tracheid ）中的木素分布 复合胞间层 composite middle lamella 第8页/共30页 9 木材中的部位 木素类型 部位体积/% 占总木素的比例/% 木素含量/% 木纤维 次生壁 S 73.4 59.9 16-19 复合胞间层 S-G(1:1) 5.2 8.9 34-40 细胞角隅 S-G(1:1) 2.4 8.8 72-85 导管 次生壁 G 8.2 9.4 22-27 复合胞间层 G 0.8 1.5 35-42 射线薄壁细胞次生壁 S 10.0 11.4 22-27 表2-2 白桦各种细胞中木素分布 第9页/共30页 10 Goring木素碳水化合物超微结构排列示意图 第10页/共30页 11 二、木素的生物合成 1.细胞壁中木素的堆积 黑松的木质化进程 第11页/共30页 12 1.在次生壁外层形成前的嫩的细胞角隅部分开始木素最初的堆积。 2.S1形成期的管胞，以细胞角隅为起点，沿着初生壁（P）迸行木化。 4.在次生壁中层（S2）的形成期，复合胞间层（ML)整体上进行木素的堆积，以后，随着细胞的成熟，木化的程度变高。 3.S2层初期是在外侧迅速进行木化，随着细胞的成熟慢慢地向内侧进行。这个过程一直持续到次生壁内层（S3）的形成期，整个次生壁木素都在快速堆积，木化程度不断增加。 5.S3的形成完毕，ML部分木素的堆积便结束了，以上的木素堆积过程也就终止。 黑松管胞木化过程： 第12页/共30页 13 木素脱除次序 阔叶木细胞： 脱除次序：木素形成次序、结构单元类型、木素的连接方式都影响木素脱除次序。一般先沉积的后脱除，紫丁香基活性大于愈疮木基；分子量小的易脱除；醚键比碳碳键易断裂。 针叶木管胞： 最初在复合胞间层和细胞角隅中，沉积的是原始木素，是H型和G型木素，分子量较高。后堆积的是G型木素。 第13页/共30页 14 2.木素结构单元的生物合成 木素母体：苯基丙烷的葡萄糖甙 松柏甙 酶 若干结构单元聚合成木素大分子 纤维素、半纤维素 第14页/共30页 15 木素母体的生物合成 CO2 光合作用 C6H12O6 莽草酸 对-阔马酸 第15页/共30页 16 针叶材、阔叶材、禾本科结构单元间的差别？ 对-阔马酸 咖啡酸 阿魏酸 5-羟基阿魏酸 芥子酸 香豆醇 松柏醇 紫丁香基丙稀醇—芥子醇 第16页/共30页 17 3 高分子木素的形成及其多样性和调节 木素结构单元通过自由基聚合高分子化的 第二步：5种游离基两两发生游离基聚合，形成新二聚体。二聚体进一步脱氢生成自由基，该自由基再与别的基聚合，