Struktura ligniny, funkcje, ekstrakcja, degradacja,

lignina (Termin od łaciny lignum, co oznacza, że ​​drewno opałowe lub drewno) jest polimerem roślin naczyniowych o trójwymiarowej, amorficznej i złożonej strukturze. W roślinach służy jako „cement”, który daje siłę i odporność na łodygi roślin, pnie i inne struktury.

Znajduje się głównie na ścianie komórkowej i chroni ją przed siłami mechanicznymi i patogennymi, a także w niewielkiej proporcji wewnątrz komórki. Chemicznie ma szeroką gamę aktywnego centrum, które pozwala im wchodzić w interakcje z innymi związkami. W tych wspólnych grupach funkcjonalnych mamy między innymi fenolowe, alifatyczne, metaxyl.

Możliwy model ligniny. Źródło: Prawdziwa nazwa: Karol Głbpl.Wiki: Karol007Commons: Karol007e-Mail: Kamikaze007 (at) tlen.PL [CC BY-SA 3.0 (http: // creativeCommons.Org/licencje/by-sa/3.0/]]

Ponieważ lignina jest bardzo złożoną i różnorodną siecią trójwymiarową, struktura cząsteczki nie została wyjaśniona z pewnością. Wiadomo jednak, że jest to polimer utworzony z alkoholem z bieżącą i innymi związkami fenylopropanoidowymi pochodzącymi z aminokwasów aromatycznych fenyloalaniny i tyrozyny.

Polimeryzacja monomerów, które go stanowią, różni się w zależności od gatunku i nie robi tego powtarzalnie i przewidywalnie, podobnie jak inne obfite polimery warzyw (skrobia lub celuloza).

Jak dotąd istnieją tylko hipotetyczne modele cząsteczki ligniny, a do ich badań w laboratorium zwykle stosują warianty syntetyczne.

Forma ekstrakcji ligniny jest złożona, ponieważ jest połączona z innymi składnikami ścian i jest bardzo heterogeniczna.

[TOC]

Odkrycie

Pierwszą osobą, która poinformowała o obecności ligniny, był naukowiec od Szwajcarii do. P. De Candolle, który opisał swoje podstawowe właściwości chemiczne i fizyczne i wymyślił termin „lignina”.

Główne cechy i struktura

Lignina jest drugą najliczniejszą cząsteczką organiczną w roślinach po celulozie, większości składnika ścian komórkowych warzywnych. Każdego roku rośliny produkują 20 × 10⁹ mnóstwo ligniny. Jednak pomimo jego obfitości jego badanie było dość ograniczone.

Znaczna część całej ligniny (około 75%) znajduje się na ścianie komórkowej, po zakończeniu konstrukcji celulozy (przestrzennie). Umieszczenie ligniny nazywa się lignifikacją, co pokrywa się z zdarzeniami śmierci komórkowej.

Jest to optycznie nieaktywny polimer, nierozpuszczalny w kwasach, ale rozpuszczalnych roztworach w silnych zasadach, takich jak wodorotlenek sodu i podobne związki chemiczne.

Trudności w ekstrakcji i charakterystyce ligniny

Kilku autorów twierdzi, że istnieje szereg trudności technicznych związanych z ekstrakcją ligniny, co komplikuje badanie jej struktury.

Może ci służyć: czarny namorzyn: Charakterystyka, taksonomia, siedlisko i zastosowania

Oprócz trudności technicznych cząsteczka jest kowalencyjnie połączona z celulozą i resztą polisacharydów, które tworzą ścianę komórkową. Na przykład w drewnie i innych strukturach lignifikowanych (takich jak łodygi) lignina jest silnie związana z celulozą i hemicelulozą.

Wreszcie, polimer jest niezwykle zmienny między roślinami. Z tych wymienionych powodów często stosuje się syntetyczna lignina.

Bardziej stosowane metody ekstrakcji

Zdecydowana większość metod ekstrakcji ligniny modyfikuje jej strukturę, zapobiegając jej badaniu. Ze wszystkich istniejących metodologii najważniejsze wydaje się być Kraft. Podczas zabiegu lignin oddziela się od węglowodanów z podstawowym roztworem wodorotlenku sodu i siarczku sodu w proporcjach 3: 1.

Zatem produkt izolacyjny jest ciemnobrązowym proszkiem ze względu na obecność związków fenolowych, których średnia gęstość wynosi 1,3 do 1,4 g/cm³.

Monomery pochodzące z fenylopropanoidów

Pomimo tych konfliktów metodologicznych wiadomo, że polimer ligniny powstaje głównie przez trzy pochodne fenylopropanoidowe: alkohole Coniferyl, Sumopyl i. Związki te są syntetyzowane na podstawie aromatycznych aminokwasów zwanych fenyloalaniną i tyrozyną.

Całkowity skład sieci ligniny jest prawie całkowicie zdominowany przez wspomniane związki, ponieważ stwierdzono początkowe stężenia białka.

Proporcja tych trzech jednostek fenylopropanoidów jest zmienna i zależy od badanych gatunków roślin. Możliwe jest również znalezienie zmian w proporcjach monomerów w narządach tej samej osoby lub w różnych warstwach ściany komórkowej.

Trzy -wymiarowa struktura ligniny

Wysoki odsetek wiązań węglowych i węgla-tlenek węglowy generuje bardzo rozgałęzioną trójwymiarową strukturę.

W przeciwieństwie do innych polimerów, które znajdujemy w obfitości w warzywach (takich jak skrobia lub celuloza), monomery ligniny nie polimeryzują w powtarzalny i przewidywalny sposób.

Chociaż zjednoczenie tych bloków strukturalnych wydaje się być prowadzone przez siły stochastyczny.

Funkcje

Chociaż lignina nie jest wszechobecnym składnikiem wszystkich roślin, spełnia bardzo ważne funkcje związane z ochroną i wzrostem.

Może ci służyć: 14 roślin zagrożonych wyginięciem w Peru

Po pierwsze, jest odpowiedzialny za ochronę składników hydrofilowych (celuloza i hemiceluloza), które nie mają typowej stabilności i sztywności ligniny.

Jak stwierdzono wyłącznie na zewnątrz, służy jako osłona ochronna przed zniekształceniem i kompresją, pozwalając na celulozę celulozy za odporność na napięcie.

Kiedy składniki ścienne stają się mokre, tracą odporność mechaniczną. Z tego powodu obecność ligniny jest niezbędna w przypadku komponentu wodoodpornego. Wykazano, że eksperymentalne zmniejszenie odsetka ligniny w drewnie jest związane ze zmniejszeniem właściwości mechanicznych tych samych.

Ochrona ligniny rozciąga się również na możliwe czynniki biologiczne i mikroorganizmy. Ten polimer zapobiega penetracji enzymów, które mogłyby degradować istotne składniki komórkowe.

Odgrywa również fundamentalną rolę w modulacji transportu płynnego do wszystkich struktur roślinnych.

Synteza

Tworzenie ligniny zaczyna się od reakcji deaminacji aminokwasów fenyloalaniny lub tyrozyny. Tożsamość chemiczna aminokwasu nie jest zbyt istotna, ponieważ przetwarzanie obu prowadzi do tego samego związku: 4-hydroksycynaminian.

Związek ten podlega szeregowi chemicznych reakcji hydroksylacji, przeniesienia grup metalusowych i redukcji grupy karboksylowej aż do uzyskania alkoholu.

Po utworzeniu trzech prekursorów ligniny wymienionych w poprzedniej sekcji zakłada się, że są one utleniane do wolnych rodników, w celu utworzenia aktywnych centrów w celu promowania procesu polimeryzacji.

Niezależnie od siły promowanej przez związek, monomery z każdym.

Degradacja

Degradacja chemiczna

Ze względu na charakterystykę chemiczną cząsteczki lignina jest rozpuszczalna w wodnych roztworach bazowych i gorącym Bisulficie.

Degradacja enzymatyczna za pośrednictwem grzybów

Degradacja ligniny za pośrednictwem obecności grzybów została szeroko badana przez biotechnologię pod kątem bielonych i leczenia szczątków wyprodukowanych po produkcji papieru, między innymi.

Grzyby, które są zdolne do degradacji ligniny, nazywane są białymi grzybami, które kontrastują z grzybami brązowej zgnilizny, które atakują cząsteczki celulozy i tym podobne. Te grzyby są heterogeniczną grupą, a jej najważniejszym przedstawicielem jest gatunek Phanoochaete chrysosporium.

Poprzez reakcje utleniania - pośrednie i losowe - łącza, które utrzymują monomery, są stopniowo łamane.

Może ci służyć: Quercus runfolia: Charakterystyka, siedlisko, dystrybucja, zastosowania

Działanie grzybów, które atakują liście lignina jako dużą różnorodność związków fenolowych, kwasów i aromatycznych alkoholi. Niektóre odpady mogą być zmineralizowane, podczas gdy inne wytwarzają substancje humusowe.

Enzymy, które wykonują ten proces degradacji, muszą być zewnątrzkomórkowe, ponieważ lignina nie jest połączona za pomocą wiązań hydrolizowanych.

Lignina w trawieniu

W przypadku roślinożerców lignina jest włóknistym składnikiem roślin, które nie są strawne. Oznacza to, że nie jest atakowany przez typowe enzymy trawienia lub mikroorganizmy żyjące w okrężnicy.

Jeśli chodzi o odżywianie, przyczynia się to do organizmu, który go spożywa. W rzeczywistości odsetek strawności innych składników odżywczych może zmniejszyć.

Aplikacje

Według niektórych autorów, chociaż odpady rolne można uzyskać w prawie niewyczerpanych ilościach, jak dotąd nie ma ważnego zastosowania danego polimeru.

Chociaż lignina była badana od końca XIX wieku, komplikacje związane z jego przetwarzaniem utrudniały jej zarządzanie. Jednak inne źródła sugerują, że lignin można wykorzystać i zaproponować kilka potencjalnych zastosowań, w oparciu o właściwości sztywności i siły, które omówiliśmy.

Obecnie opracowywana jest seria wytrwałości drewna opartych na ligninie w połączeniu z serią związków, aby chronić ją przed uszkodzeniami spowodowanymi przez środki biotyczne i abiotyczne.

Może to być również idealna substancja do budowania izolatorów, zarówno termicznych, jak i akustycznych.

Zaletą włączenia ligniny do branży jest jej niski koszt i możliwe wykorzystanie jako zastępca pierwszej materii opracowanej z paliw kopalnych lub innych zasobów petrochemicznych. Zatem lignina jest polimerem z dużym potencjałem, który ma na celu wykorzystanie.

Bibliografia

1. Alberts, ur., & Bray, D. (2006). Wprowadzenie do biologii komórkowej. Wyd. Pan -american Medical.
2. Bravo, L. H. I. (2001). Podręcznik laboratorium morfologii roślin. Śliniaczek. Orton Iica/Catie.
3. Curtis, h., & Schnek, a. (2006). Zaproszenie do biologii. Wyd. Pan -american Medical.
4. Gutiérrez, m. DO. (2000). Biomechanika: fizyka i fizjologia (NIE. 30). Redakcja CSIC-CSIC Press.
5. Raven, str. H., Evert, r. F., & Eichhorn, s. I. (1992). Biologia roślin (Tom. 2). Odwróciłem się.
6. Rodríguez, e. V. (2001). Fizjologia produkcji upraw tropikalnych. Redakcyjny Uniwersytet Kostaryki.
7. Taiz, L., I Zeiger i. (2007). Fizjologia warzyw. University Jaume i.