МОДЕЛИРОВАНИЕ БИОСИНТЕЗА ЛИГНИНА КАК ПРОЦЕССА ФЕРМЕНТАТИВНОЙ ДЕГИДРОПОЛИМЕРИЗАЦИИ МОНОЛИГНОЛОВ
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
Metrics
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.
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Авторы, которые публикуются в данном журнале, соглашаются со следующими условиями:
1. Авторы сохраняют за собой авторские права на работу и передают журналу право первой публикации вместе с работой, одновременно лицензируя ее на условиях Creative Commons Attribution License, которая позволяет другим распространять данную работу с обязательным указанием авторства данной работы и ссылкой на оригинальную публикацию в этом журнале.
2. Авторы сохраняют право заключать отдельные, дополнительные контрактные соглашения на неэксклюзивное распространение версии работы, опубликованной этим журналом (например, разместить ее в университетском хранилище или опубликовать ее в книге), со ссылкой на оригинальную публикацию в этом журнале.
3. Авторам разрешается размещать их работу в сети Интернет (например, в университетском хранилище или на их персональном веб-сайте) до и во время процесса рассмотрения ее данным журналом, так как это может привести к продуктивному обсуждению, а также к большему количеству ссылок на данную опубликованную работу.
