МОДЕЛИРОВАНИЕ БИОСИНТЕЗА ЛИГНИНА КАК ПРОЦЕССА ФЕРМЕНТАТИВНОЙ ДЕГИДРОПОЛИМЕРИЗАЦИИ МОНОЛИГНОЛОВ

  • Анатолий (Anatoliy) Петрович (Petrovich) Карманов (Karmanov) Институт биологии Коми научного центра УрО РАН http://orcid.org/0000-0001-6871-5684
  • Сергей (Sergey) Михайлович (Mikhaylovich) Полещиков (Poleshchikov) Сыктывкарский лесной институт (филиал) Санкт-Петербургского государственного лесотехнического университета им. С.М. Кирова
Ключевые слова: лигнин, биосинтез лигнина, монолигнол, дегидрополимеризация, динамика, моделирование, математическая модель, дифференциальные уравнения

Аннотация

Приведены результаты теоретического моделирования биосинтеза лигнина в системе пероксидаза – пероксид водорода – монолигнол. Исследуемый процесс представлен как последовательность ферментативных и химических реакций, протекающих в открытой системе, при которой рост молекулы лигнина включает стадии образования феноксильных радикалов разного номера поколения и последовательных актов рекомбинации этих радикалов. Впервые предложена математическая модель процесса в виде системы из 14 дифференциальных уравнений. Для численного решения системы применялся метод Рунге-Кутты-Фельберга восьмого порядка с автоматическим выбором шага интегрирования. Приведены результаты численного интегрирования, которые свидетельствуют о существенной зависимости динамики процесса от начальных условий. Обнаружены различные режимы процесса, в том числе колебательные режимы. Особенности динамики системы обусловлены выбором начальной концентрации монолигнола, пероксида водорода и фермента, а также нелинейностью дифференциальных уравнений и наличием обратных связей. Результаты численных экспериментов в рамках впервые предложенной концепции по математическому описанию процесса дегидрополимеризации монолигнолов позволяют дать теоретическое обоснование тех явлений, которые трактуются в настоящее время как динамическая самоорганизация при биосинтезе этого полимера и формировании изменчивой структуры лигнина.

Скачивания

Данные скачивания пока не доступны.

Metrics

Загрузка метрик ...

Биографии авторов

Анатолий (Anatoliy) Петрович (Petrovich) Карманов (Karmanov), Институт биологии Коми научного центра УрО РАН

доктор химических наук, профессор, ведущий научный сотрудник

Сергей (Sergey) Михайлович (Mikhaylovich) Полещиков (Poleshchikov), Сыктывкарский лесной институт (филиал) Санкт-Петербургского государственного лесотехнического университета им. С.М. Кирова

доктор физико-математических наук, профессор, заведующий кафедрой

Литература

Ralph J., Lundquist K., Brunow G., Lu F., Kim H., Schatz P.F., Marita J.M., Hatfield R.D., Ralph S.A., Christen-sen J.H., Boerjan W. Phytochem. Rev., 2004, vol. 3, pp. 29–60, DOI: 10.1023/B:PHYT.0000047809.65444.a4.

Boerjan W., Ralph J., Baucher M. Annual review of plant biology, 2003, vol. 54, no. 1, pp. 519–546, DOI: 10.1146/annurev.arplant.54.031902.134938.

Vanholme R., Demedts B., Morreel K., Ralph J., Boerjan W. Plant physiology, 2010, vol. 153, no. 3, pp. 895–905, DOI: 10.1104/pp.110.155119.

Afanasjev N.I., Fesenko A.V., Vishnyakova A.P., Chainikov A.N. Polymer sience, 2008, vol. 50, no. 2, pp. 190–197, DOI: 10.1134/S0965545X08020144.

Bogolitsyn K.G., Lunin V.V., Kosyakov D.S., Karmanov A.P., Skrebets T.E., Popova N.R., Malkov A.V., Gor-bova N.S., Pryakhin A.N., Shkayev A.N., Ivanchenko N.L. Fizicheskaya khimiya lignina. [Physical chemistry of lig-nin]. Moscow, 2010, 489 p. (in Russ.).

Karmanov A.P., Monakov Y.B. Polymer science. (B), 1994, vol. 36, no. 12, pp. 1771–1772.

Karmanov A.P., Matveev D.V., Monakov Y.B. Doklady Chemistry, 2001, vol. 380, no. 4-6, pp. 280–283.

Karmanov A.P., Bogolitsyn K.G., Monakov Y.B. Lunin V.V. Russian Journal of Physical Chemistry, 2004, vol. 78, no. 1, pp. 126–130.

Karmanov A.P., Monakov Yu.B. Russ. Chem. Rev., 2003, vol. 72, no. 8, pp. 715–734, DOI: 10.1070/RC2003v072n08ABEH000767.

Karmanov A.P., Kuznetsov S.P., Monakov Yu.B. Dokl. RAN, 1995, vol. 342, no. 2, pp. 193–196. (in Russ.).

Karmanov A.P., Matveev D.V., Monakov Y.B. Polymer science. (A), 2000, vol. 42, no. 7. pp. 806–811.

Karmanov A.P. Samoorganizatsiya i strukturnaya organizatsiya lignina. [Self-organization and structural organization of lignin]. Yekaterinburg, 2004, 269 p. (in Russ.).

Ragauskas A.J., Beckham G.T., Biddy M.J., Chandra R., Chen F., Davis M.F., Langan P. Science, 2014, vol. 344, no. 6185, p. 1246843, DOI: 10.1126/science.1246843.

Poleshchikov S.M. Cosmic Research, 2007, vol. 45, no. 6, pp. 493–505, DOI: 10.1134/S0010952507060068.

Poleshchikov S.M. Cosmic Research, 2015, vol. 53, no. 5, pp. 385–393, DOI: 10.1134/S0010952515040061.

Poleshchikov S.M. Cosmic Research, 2018, vol. 56, no. 2, pp. 151–163, DOI: 10.1134/S0010952518020077.

Matveyev N.M. Metody integrirovaniya obyknovennykh differentsial'nykh uravneniy. [Methods of integration of ordi-nary differential equations]. St. Petersburg, 2003, 832 p. (in Russ.).

El'sgol'ts L.E. Differentsial'nyye uravneniya i variatsionnoye ischisleniye. [Differential equations and calculus of varia-tions]. Moscow, 1969, 424 p. (in Russ.).

Karmanov A.P., Kocheva L.S. Polymer Science (A), 2018, vol. 60, no. 4, pp. 464–470, DOI: 10.1134/S0965545X1804003X.

Зависимость показателя L.
Опубликован
2019-03-06
Как цитировать
[1]
Карманов (Karmanov)А. (Anatoliy) П. (Petrovich) и Полещиков (Poleshchikov)С. (Sergey) М. (Mikhaylovich) 2019. МОДЕЛИРОВАНИЕ БИОСИНТЕЗА ЛИГНИНА КАК ПРОЦЕССА ФЕРМЕНТАТИВНОЙ ДЕГИДРОПОЛИМЕРИЗАЦИИ МОНОЛИГНОЛОВ. Химия растительного сырья. 1 (мар. 2019), 63-72. DOI:https://doi.org/10.14258/jcprm.2019014276.
Выпуск
Раздел
Биополимеры растений