広葉樹シリンギルリグニンの生合成と分解反応性に 関する研究

九州大学学術情報リポジトリ

Kyushu University Institutional Repository

広葉樹シリンギルリグニンの生合成と分解反応性に 関する研究

堤, 祐司

https://doi.org/10.11501/3083869

出版情報：Kyushu University, 1995, 博士（農学）, 論文博士 バージョン：

権利関係：

。

広葉樹シリンギルリグニンの生合成と 分解反応性に関する研究

堤 祐司

1995

一 目 次^一

第1章 緒論 .^{• • • • • • • • • • • • . • • • . • • • • • • • • • • • • . • • . • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • .} .1

第2章 水分ストレスをうけたポプラ培養細胞のリクザニン生合成 ^{• . .. . • • • .} .8

第1節 序 ...8

第2釘j 培養細胞の成長速度とリグニン生合成に対する水分

ストレスの影響 ^{• • • • • • . • • • • • • • • • • . • • • • . • .• . . .• • .. • • • . .• . • . •} .9

2.

1

実験

^{・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ . . . .. .. . .. .. . .. .. . . . .. . .. . ...} .9

2. 1.

1

ポプラカルスの誘導と培養

^{• . . .• • • • . .• . • . • .. • • • • .. • • • • •} .9

2.

1.

2

リク、.ニン定量とニトロベンゼン酸化によるS/V比の

測定 ^{• • • • • • • • • • • • • • • • • . • • • • • • • • • • • • • • • • • . • • • • • • • .• • • • .9}

2. 2

結果と考察 ^{・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ .} . .. . . .. . . .. .. .. .. . ... '10

2. 2.

1 成長速度に及ぼす水分ストレスの影響 ^{• .. • • • .. • . . . • •} ...^' '10

2. 2. 2

カルスのリグニン含量に対する水分ストレスの影響 ^{・ ・ ・ ・ ・ ・12}

2. 2. 3

カルスリグニンのシリンギル/グアイアシル比に対する

水分ストレスの影響 ^{• • . • • • • • . .• . . • • .• .. • • • . . • • • . .. . .• '13} 第 3節 ポプラカルスの木化に関与する酵素活性に対する

ぷ分ストレスの影響 ^{• • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • . • . .• • • " • • • • • • • • '16}

3.

1

実験

^{• • • • • • • • • • • .• • • • • .• • • • • • • • • • • • • • • . • • . • • . . . • • • • • • • • . • '16}

3.

1. 1 フェニルアラニンアンモニアリアーゼ( PAL)の

活性測定 ^{• • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • .• • . .. .. • • • . • • • • • • . • • . '16}

3. 1. 2

ペルオキシダーゼ画分の調製と活性測定 ^{• • • • • • .. . .. . .• • '16}

3. 2

結果と考察 ^{• • • • • • • • • • • • .• .• • • • • • • . • • • • • • .. . • • • • • • • .• . .. . • '18}

3. 2.

1 ポプラカルスのフェニルアラニンアンモニア

リアーゼ活性 ^{• • • . • • .• • . .. . .. • • .. • • . . • . . . • • . • . .. • • . • • '18}

3. 2. 2

ペルオキシダーゼ活性 ^{• • • • . • • • • • • • . •• • • • • • • • • • • • • • • • .} .18 第4節 小括 ...^.23

第3章 シリンギルリグニンとグアイアシルリグニン生合成に

関与するペルオキシダーゼ ^{- ・ ・24}

第l節 序 ^{- ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・24}

第2i'!í'j シリンギル型とグアイアシル型基質に対するペルオキシダーゼの

基質特異性 ^{. .25}

2. 1 実験 ^-・・25

2. 1 1 2. 1. 2 2. 1. 3 2. 1. 4

モノリグノールの合成

カルス培養とペルオキシダーゼの調製 ペルオキシダーゼ活性の測定

- ・ ・ ・25

... .25 -・25 ポプラカルスペルオキシダーゼ画分のモノリグノールの

酸化 ^{• • • • • • • • • • • • . • .. . . .• .. . .• • • • . . .. • • • • . • .• • .• • •.26}

2. 1.

⁵ リグニン定量とニトロベンゼン酸化によるS/V比の

測定 ^{• .. • • • . • . . • • . • • • • • • • .• . • • • • . • • . • • . • . • . . .. • • • • •.27}

2. 2

結果と考察 • • . • • • • • .• • • • • • • • • • • • • • • . • • . . • • • • . . • • • • • • • • • . .28

2. 2. 1

ポプラカルスペルオキシダーゼのシリンギル型および

グアイアシル型モノリグノールに対する基質特異性 . .28

2. 2. 2

カルスリグニンのS/V比とペルオキシダーゼの基質

特異性 ^{• • • • • • • • . • .• • • • . .. • • • • • • • . .. . • • • • . • • • • • • • • • ..29}

第3節 ポプラカルスペルオキシダーゼ画分によるモノリグノールの

脱水素重合 ^{• . . • • • • • • • • • . • • • • • . • . • • • . . • • • • • • • • • • • • . • • • • • • • ..32} 3. 1 実験 ^{• • • .. . • • • • • • • • • • • • .• .• . • • • . • . • . • • • • • • • • • . • • • • • . • • . •.32}

3. 1. 1

脱水素重合 ^{.... .32}

3 .

1.

2

脱水素重合物の紫外線吸収スペクトル測定 ^{門司υ つ臼}

3 .

1.

3

脱水素重合物のGPC分析 ^{- ・32}

3 . 2

結果と考察 ^{. .33}

第4貨店 小括 - ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・3守

第4章 シリンギル型ならびにグアイアシル型の各モノリグノールに 特兵的なペルオキシダーゼの単離とリグニン生合成における

それらの機能 ^{. .38}

第1節 序 ^{.. .38}

第2節 シリンギル核基質に特異的なペルオキシダーゼの検索と単離 • • •• .39

2.

1

実験

^{. .39}

2.

1. 1 硫安塩析によるペルオキシダーゼの分画 .. . . ... . . .39

2.

1.

2

疎水クロマトグラフィーによる分画 ^{.. . .39}

2.

1.

3

イオン交換クロマトグラフィーによる分画 . . . . ・ ・ ・40

2.

1.

4

ゲルろ過クロマトグラフィーによる分画 . . . . ・ ・ ・40

2.

1. 5 ペルオキシダーゼ活性の測定 ^{- ・ ・41}

2. 2

結果と考察 ^{- ・ ・41}

2. 2.

1 塩析によるペルオキシダーゼの分画

2. 2. 2

疎水クロマトグラフィーによる分画

1i qJ Aq Aq

2. 2. 3

イオン交換クロマトグラフィーによるGPOフラクション

の分画 ^{・ ・ ・} ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・46

2. 2. 4

ゲルろ過クロマトグラフィーによるペルオキシダーゼ

の精製 • • • . • . • • • • • • . . • . • • . . • • • • • • . • • . . . . • . . . . • . • • • • .47

2. 2.

5 単離ペルオキシダーゼのモノリグノールに対する基質

特異性 • • • • • . • • • • • • • • • • • • • • • . . • • . • . . . • • . • • • • • • • • . • • .50

第31i'j 単離ペルオキシダーゼによるモノリグノールの脱氷

素重合

^{• • • • • .51}

3. 1 実験

^{• • • • • .• • • • • • • . • • • • .• • • . • • • • • . • • • • • • • • • • • • • • . • • • • • • .}_.51

3. 1. 1

単雌ペルオキシダーゼによるモノリグノールの

脱水素重合 ^{• • • . • . • • • • . • • . • . • • .. • • • • • • . . . • • • . • . • • • • • .51}

3. 1. 2

脱水素重合物のGPCによる分析 ^{• • • • • • • • • . . • • • . • • .， .• • • .51}

3. 2 結果と考察

^{• • • • • • • • .， • • • • • • • • . • • • • • • • • • • • . . • • • • . • • . • • • • •} .51

第4貨店 小括 ^{・ ・・ ・ ・・ ・ ・ ・・ ・・ ・ ・・ ・・ ・ ・・ ・・ ・ ・・ ・・ ・・ ・・ ・ ・ ・. . .. . .. . . . . . . . .. . . .}.58

第5章 アルカリ性条件下でのシリンギ、ル型およびグアイアシル型

リク。ニンモデル化合物の戸-0-4結合の開裂反応速度 ^{. • • • • • • . . • • • •. 60} 第1節 序 ^{• • • • • • • • . • • • • • • • • • • • • • • • • . • • • .• • • . • • • • • • • • • • . • • • • • • .• • • . 60} 第2節 ソーダおよびクラフト処理におけるリグニンモデル化合物

の分解とその反応速度論的検討 ^{• • • • • • • • • • • . • • . • . . • . • • • . • . • • •. 62}

2. 1 実験

• • • • • • • • • . • . • • • • . .• • • • • • • • . • . • • .. • • • • .. • . • .. • . • • • • • .62

2. 1. 1

モデル化合物の合成 ^{• • • • • • • • • • . • • • • • . • . • • • . . • • • • . • . •. 62}

2. 1. 2

モデル化合物の処理方法 ^{・・ ・・ ・ ・・ ・ ・・ ・・ ・ ・ ・・ ・ ・ ・・ ・ ・・ ・・ ・ ・・ ・63}

2. 1. 3

定量分析 ^{• • • • • • . • • • • • • • • • • • • • • • . . • • • • . . • • • • • . • • • • • •. 64}

2. 2 結果と考察

• • • • .. • • • . . • . • • . • . • • • • • • • • . • • • • • • • • • • • • . • • • •... 64

2. 2. 1

グリコール型モデル化合物の反応 ^{• . • • • • . • • . .. . .. . . .• • . 64}

2. 2. 2

グリセロール型モデル化合物の反応 ^{・・ ・ .. . .. . . . . . . . . . ..70}

2. 2. 3

モデノレ化合物の反応性に及ぼす芳香核機造の影響 ... ^..74 第3節 小括 ^{• • • • • • • • • • • • • • • • • . .• • • • • • . . • • . • . • • . . • • . • • • • • .. • • • • • • •} .79

第6章 ソーダ処理におけるお型リクマニンモデル化合物のß -0-4

結合の開裂機構 ^{・ ・. . . . . .. . . .. . . . . . . . . . . .. .. . . . . . . .. . . . .. . . . . ..80}

第1節 j予

第2節 Syringylglycero-ß

-(4-methylsyringyl) ether (SS-11 )

- ・ ・80

の反応 ^{・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ . ... . .81}

2. 1

実験 ^{・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ . . . . . . . . . . . . . . . . ， . • • • • • • • • • • • . • • • . • . • . • • •.81}

2. 1. 1 モデル化合物の処理

^{• . ， . . . . . . . . • • . .. . • . • • • • .} . . .. . ... .81

2. 1. 2 分解生成物の同定

^{・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ . .} . ... . . .. . . .81

2. 1. 3

定量分析 ^{• • • . • • • • • • • • • • • • • .. • • • . . • • • • • • • . • • • • • • • • • ..83}

2. 2

結果と考察 • • • • • • • . . .. • • • • • • • • . • • • • . • . • . • • . . • • . . .• • .• • • •.83

2. 2. 1 反応生成物の同定

^{• • • • • • • • • • . . .• • • • .• . .. • • • . .. . .. • .•.83}

2. 2. 2 シナピルアルコールの生成

^{• • • . . • • • . • • . • • • • • • • • • .. • • ..85}

2. 2. 3 他の分解生成物

^{• • • • • • • • • • • . • • • .• • • • .• • • • • .• • . . . .• • •.88}

第 3節

Syringylglycerol -ß -syringyl

ether (SS-_m )の反応 ^{.. . . • • • •}

. 92

3.

₁ 実験 • • • • • • • • • • • • • . • • .• . • • • . . . .• • • . • • . . . .. . .. . .• • . • . . • . .. 92

3. 1. 1 モデル化合物と処理方法

^{• • • • • . • • • • • • • • . • • • • • • • .• • • • •}

. 92 3. 1. 2 分解生成物の同定

^{• • • . • • • • • . • • • • • • • • . .• • • • • • • .. . • • • •}

. 92

3. 2

結果と考察 ^{・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・}9₂

3. 2. 1 分解生成物の同定

^{• • • • • • • • • . . . • . .• • • • • • • • .. . • • • • • • • •}

. 92

3. 2. 2 ソーダ処理におけるsyringylglycerol-ß -syringyl ether (SS-

_III

)の反応速度

^{• • . . . • . • .• . • • • • • . • • • • • • • • •}

. 93

第4釘j

4-O-Ethylsyringylglycerol-ß-syringyl ether (SS-N)

の反応 ^{• • • • • • • • • • • • . • • • • • • • • • • • • • . • .• • . • .. . • • • .• . • • . . • • .. .}

. 95

4.

₁

実験

• • • • • • • • • • • . • . • • • • • • .. • • • • • • • . • • • • • • • . • • . . • • • . • . • .•

. 95

4. 1. 1 モデル化合物と処理方法

^{. . . • • • . • • • • • . . • • .. • . • .• . . • • •}

. 95 4. 1.

2 分解生成物の同定 ^{・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・}

9

₅

4. 2 結果と考察

^{-・ ・ ・}

9

₆

4.

^2.

1

分解生成物の同定

-・・96 4.

^{2. 2}

4-O-ethylsyringylglycerol-ß-syringyl ether

(SS- N

) の反応

-・97

第5節 小括

-・・99

第7章 アルカリ性条件下でのシリンギル (広葉樹) リグニンと

グアイアシル (針葉樹) リクマニン反応性の差異 . . . . ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・

101

第l節 序

. '101

第2節 リグニンモデル化合物による検討

-・102

2. 1 実験

-・102

2.

1. 1

リグニンモデル化合物の処理と分析 ^{1tム ハU つわ】}

2. 2 結呆と考築

. '103

第3貸r] ジオキサンリグニンによる検討

-・106

3. 1 実験 ^{- ・}

106

3. 1.

¹ ジオキサンリグニンの剥製

-・106

3. 1.

² ジオキサンリグニンのソーダおよびソーダAQ処理

-・106

3. 1. 3

sinapylalcohol (2) とconiferylalcohol (11)

の定量 . • • • . • • • . • . • • • • . • • • • • • • . . . . • . • . • . . • • • . . • • • • '107

3.

² 結果と考察 • • • . • • • . • • • . • • . • . • • • • • . • . • • • . . • • . • • • . • . • • • . • ，107

3.

^2.

1

ソーダ処理 • • • • . . . • • • • . • • • • • • • • • . • . • • • . . • • • • • • • . . • .107

3.

2. 2 ソーダAQ処迎 • . • • • • • • • • • • • • . • • • • • • • • • • . • • • • • • • • . '109

第4貸N 木粉による検討

-・111

4. 1 実験

-・111

4. 1. 1

試料木粉の調製

-・111

4.

^{1. 2} 前処理木粉のソーダ蒸解とソーダAQ蒸解 ^{• 1i 1・ょ 114}