[科普中国]-棕黑色素

简介

从一株辛格粒毛盘菌菌丝体内提取并纯化了一种黑色素LSM。研究结果表明:该黑色素溶于NaOH、氨水等碱性溶液,不溶于水、HCl及常见有机溶剂（乙酸乙酯、氯仿、乙醇、丙酮、乙醚等）,对光（紫外光、自然光）、还原剂（亚硫酸钠）、添加剂（苯甲酸钠、蔗糖、柠檬酸钠）及一些金属离子(Na、K、MgMn、Ca、Al)稳定,而对过氧化氢、柠檬酸、Vc、Cu2+、Fe3+不稳定1。

结构LSM在浓度为200mg/L时，总抗氧化能力相当于15.85mmol/Lα-生育酚，对-OH、DPPH、O2-的消除率以及对Fe2+的螯合率分别为52.64%、41.2%、43.38%、45.37%，表明其具有较强的抗氧化能力。电竞扫描结果显示LSM呈块状的晶体结构，表面不规则。红外光谱分析结果显示该黑色素具有典型的吲哚结构。核磁共振氢谱显示其具有脂肪族和芳香族区域的信号峰。该黑色素S/N比为0.34，O/C比为0.33。以上结果表明LSM具有棕黑色素结构模式2。

生物学功能黑色素在生物界中普遍存在,虽然不是生物体生长发育必需的因子，但却能极大地提高生物体的生存适应能力。黑色素形成在动植物中的生物学功能已经比较明确，而对于微生物特别是细菌而言却了解不多。目前普遍认为细菌黑色素主要通过其抗辐射、吸收电子、清除氧自由基的能力从多方面有利于黑色素产生菌的生存竞争。

(1)提升细菌的生存能力：在细菌的生存竞争中，黑色素有时也起到重要作用。一方面，黑色素能够吸收紫外辐射、清除自由基等，能极大提高细菌的生存能力。研究者发现苏云金芽孢杆菌(Bacillusthuringiensis)的产黑色素突变株比野生株具有更强的紫外线抵抗能力和马铃薯茎蛾的杀虫活力。另外，一些细菌合成的黑色素具有抗生素活性。比如最新的研究表明，海洋链霉菌形成的黑色素对具有致病性的大肠杆菌(Escherichiacoli)、乳杆菌(Lactobacillusvulgaris)、霍乱弧菌等具有抑制效果，起到明显的抗菌作用。黑色素表现的这种抗菌活性既可提高细菌自身的生存竞争力，也是未来制药业潜在的新型抗生素来源。

(2)促进固氮：在固氮细菌中，黑色素可以促进固氮作用。园褐固氮菌(Azotobacterchroococcum)在有氧环境中可以将儿茶酚类物质代谢合成黑色素，而形成黑色素的能力会在缺少氮源的时候急剧增强。虽然黑色素的产生与固氮酶并没有直接的关联，但黑色素合成过程中酚类物质的氧化被认为可消耗大量的氧气从而为固氮菌在固氮过程中提供了结合大气氮所必需的还原态环境。与此同时，黑色素在该过程中可以清除羟基自由基与额外的活性氧原子，对固氮菌本身也起到一定的保护作用。

(3)厌氧呼吸系统中的重要电子传递载体：在厌氧环境中，厌氧呼吸中的电子传递载体对某些厌氧菌或者兼性厌氧菌的生命活动至关重要。由于黑色素不仅能吸收光谱的电磁辐射与电离辐射，同时对金属离子、声音和自由基等都有较强的吸收能力，因此一直被认为是细菌中一种重要的电子传递载体。比如在兼性厌氧的海洋细菌海藻希瓦氏菌(Shewanellaalgae)中，黑色素通过吸收的电子可以帮助将最终电子受体Fe3+还原成Fe2+，促进厌氧呼吸作用。有人认为，产生黑色素是海洋细菌S.algae进化适应性的必然结果