Lignin-abbauende Enzyme
Lignin ist ein weiter wichtiger Zellbestandteil der Pflanze und tragt dort zur Ver — holzung (Lignifizierung) der Zellwande bei. In Baumen liegt der Anteil bei 20 bis 30 % und bei einjahrigen Pflanzen bei 15 bis 20 % (Kapitel 9.1). Im Gegensatz zu Cellulose und Xylan, die uberwiegend bzw. ausschlieBlich aus Kohlenhydraten be — stehen, ist Lignin aus aromatischen Komponenten (Phenylpropan-Derivate) aufge — baut, die uber Ether und C-C-Bindungen miteinander verknupft sind. Sie bilden eine sehr komplexe, unregelmaBige Struktur, die selbst von Zelle zu Zelle ver — schieden sein kann.
Daher gestaltet sich der enzymatische Abbau wesentlich schwieriger und es sind grundlegend andere Mechanismen notwendig als zum hydrolytischen Abbau der Polysaccharide. Deshalb wird Lignin uber oxidative Mechanismen abgebaut (d. h. die Enzyme benotigen molekularen Sauerstoff fur ihre Funktion). Die drei wich — tigsten Enzyme fur den Abbau sind Laccasen (EC 1.10.3.2), Mangan-Peroxidasen (EC 1.11.1.13) und Lignin-Peroxidasen (EC 1.11.1.14). Sie sind abhangig von Me- tallen (z. B. Mangan, Kupfer). Zudem benotigen Peroxidasen als Co-Substrat Wasserstoffperoxid (H2O2), welches uber weitere beteiligte Enzymsysteme gebil — det werden muss. Der Abbau von Lignin erfolgt vor allem durch WeiBfaulepilze, die diese Enzyme in den Spitzen ihrer Myzelien produzieren, mit denen sie das sich zersetzende Holz zuerst besiedeln. Im Gegensatz zu Cellulose und Hemicellu — lose kann Lignin Mikroorganismen jedoch nicht als alleinige C-Quelle zum Wachstum genugen.
Zur Energiegewinnung aus ligninhaltiger Biomasse ist eine vorherige Entfer — nung des Lignins notwendig, um die leicht zu Glucose abbaubare Cellulose bzw. das Xylan freizulegen. Dies kann durch Kombination von enzymatischen Metho — den mit den oben beschriebenen Enzymsystemen und chemischen Methoden — ggf. in Kombination mit thermischer Energie — geschehen.