Struktur lignin, fungsi, ekstrakurasi, degradasi, kegunaan

The Lignina (istilah dari bahasa Latin lignum, yang bermaksud kayu api atau kayu) adalah polimer tumbuhan vaskular struktur tiga -dimensi, amorf dan kompleks. Dalam tumbuhan ia berfungsi sebagai "simen" yang memberikan kekuatan dan ketahanan terhadap batang tumbuhan, batang dan struktur lain.

Ia terletak terutamanya di dinding sel dan melindunginya daripada daya mekanikal dan patogen, juga berkadar kecil di dalam sel. Secara kimia mempunyai pelbagai pusat aktif yang membolehkan mereka berinteraksi dengan sebatian lain. Di dalam kumpulan fungsional ini, kita mempunyai fenolik, alifatik, metaxyls, antara lain.

Model lignin yang mungkin. Sumber: Nama Sebenar: Karol Głbpl.Wiki: Karol007Commons: Karol007e-Mail: Kamikaze007 (at) Tlen.PL [CC BY-SA 3.0 (http: // creativeCommons.Org/lesen/by-sa/3.0/]]

Kerana lignin adalah rangkaian tiga dimensi yang sangat kompleks dan pelbagai, struktur molekul belum dijelaskan dengan pasti. Walau bagaimanapun, diketahui bahawa ia adalah polimer yang dibentuk dengan alkohol koniferyl dan sebatian phenylpropanoid lain yang diperolehi daripada asid amino aromatik fenilalanin dan tirosin.

Pempolimeran monomer yang membentuknya berbeza -beza bergantung kepada spesies, dan tidak berbuat demikian berulang -ulang dan diramalkan seperti polimer lain yang berlimpah sayur -sayuran (kanji atau selulosa).

Setakat ini hanya terdapat model hipotetikal molekul lignin, dan untuk kajian mereka di makmal mereka biasanya menggunakan varian sintetik.

Bentuk pengekstrakan lignin adalah kompleks, kerana ia dikaitkan dengan komponen dinding lain dan sangat heterogen.

[TOC]

Penemuan

Orang pertama yang melaporkan kehadiran lignin adalah saintis dari Switzerland ke. P. De Candolle, yang menggambarkan sifat kimia dan fizikalnya yang asas dan mencipta istilah "lignina".

Ciri -ciri dan Struktur Utama

Lignin adalah molekul organik kedua yang paling banyak di dalam tumbuhan selepas selulosa, komponen majoriti dinding sel sayuran. Tumbuhan setiap tahun menghasilkan 20 × 10⁹ tan lignin. Walau bagaimanapun, walaupun kelimpahannya, kajiannya agak terhad.

Sebilangan besar lignin (kira -kira 75%) terletak di dinding sel, selepas struktur selulosa (spatial bercakap) memuncak. Penempatan lignin dipanggil lignifikasi dan ini bertepatan dengan peristiwa kematian sel.

Ia adalah polimer optik tidak aktif, tidak larut dalam asid tetapi larutan larut dalam pangkalan yang kuat, seperti natrium hidroksida dan sebatian kimia yang serupa.

Kesukaran dalam pengekstrakan dan pencirian lignin

Beberapa penulis berpendapat bahawa terdapat beberapa kesukaran teknikal yang berkaitan dengan pengekstrakan lignin, fakta yang merumitkan kajian strukturnya.

Boleh melayani anda: Mangrove hitam: ciri, taksonomi, habitat dan kegunaan

Sebagai tambahan kepada kesukaran teknikal, molekul kovalen dikaitkan dengan selulosa dan selebihnya polysaccharides yang membentuk dinding sel. Sebagai contoh, dalam kayu dan struktur lignified lain (seperti batang) lignin sangat dikaitkan dengan selulosa dan hemiselulosa.

Akhirnya, polimer sangat berubah antara tumbuhan. Atas sebab -sebab ini yang disebutkan, adalah perkara biasa bagi lignin sintetik untuk digunakan untuk mengkaji molekul di makmal.

Kaedah pengekstrakan yang lebih banyak digunakan

Sebilangan besar kaedah pengekstrakan lignin mengubah strukturnya, mencegah kajiannya. Daripada semua metodologi yang ada, yang paling penting seolah -olah menjadi Kraft. Semasa prosedur, lignin dipisahkan dari karbohidrat dengan penyelesaian asas natrium hidroksida dan natrium sulfida dalam perkadaran 3: 1.

Oleh itu, produk pengasingan adalah serbuk coklat gelap kerana kehadiran sebatian fenolik, yang kepadatan purata ialah 1.3 hingga 1.4 g/cm³.

Monomer yang berasal dari phenylpropanoids

Walaupun konflik metodologi ini diketahui bahawa polimer lignin terutamanya dibentuk oleh tiga derivatif phenylpropanoid: koniferyl, sumopyl dan synapyl alkohol. Sebatian ini disintesis berdasarkan asid amino aromatik yang disebut phenylalanine dan tirosin.

Jumlah komposisi rangkaian lignin hampir sepenuhnya dikuasai oleh sebatian yang disebutkan, kerana kepekatan protein awal telah dijumpai.

Perkadaran tiga unit fenilpropanoid ini berubah -ubah dan bergantung pada spesies tumbuhan yang dikaji. Ia juga mungkin untuk mencari variasi dalam perkadaran monomer dalam organ -organ individu yang sama atau dalam lapisan yang berlainan dinding sel.

Struktur tiga dimensi lignin

Bahagian tinggi karbon karbon dan karbon karbon-oksigen-karbon menghasilkan struktur tiga dimensi yang sangat bercabang.

Tidak seperti polimer lain yang kita dapati dengan banyak sayur -sayuran (seperti kanji atau selulosa), monomer lignin tidak polimerisasi dengan cara yang berulang dan boleh diramal.

Walaupun kesatuan blok penstrukturan ini nampaknya diketuai oleh daya stokastik, penyiasatan baru.

Fungsi

Walaupun lignin bukan komponen di mana -mana tumbuhan, ia memenuhi fungsi yang sangat penting yang berkaitan dengan perlindungan dan pertumbuhan.

Ia dapat melayani anda: 14 tumbuhan dalam bahaya kepupusan di Peru

Pertama, bertanggungjawab untuk melindungi komponen hidrofilik (selulosa dan hemiselulosa) yang tidak mempunyai kestabilan dan ketegaran lignin biasa.

Seperti yang dijumpai secara eksklusif di luar, ia berfungsi sebagai sarung perlindungan terhadap penyimpangan dan mampatan, membiarkan selulosa bertanggungjawab untuk ketegangan ketegangan.

Apabila komponen dinding basah, mereka kehilangan rintangan mekanikal. Atas sebab ini, kehadiran lignin diperlukan dengan komponen kalis air. Telah ditunjukkan bahawa pengurangan eksperimen dalam peratusan lignin dalam kayu berkaitan dengan pengurangan sifat -sifat mekanikal yang sama.

Perlindungan lignin juga meluas kepada ejen biologi dan mikroorganisma yang mungkin. Polimer ini menghalang penembusan enzim yang dapat merendahkan komponen sel penting.

Ia juga memainkan peranan penting dalam modulasi pengangkutan cecair ke semua struktur tumbuhan.

Sintesis

Pembentukan lignin bermula dengan tindak balas deaminasi asid amino phenylalanine atau tirosin. Identiti kimia asid amino tidak begitu relevan, kerana pemprosesan kedua-duanya membawa kepada sebatian yang sama: 4-hydroxycinamate.

Kompaun ini tertakluk kepada satu siri tindak balas kimia hidroksilasi, pemindahan kumpulan metilum dan pengurangan kumpulan karboksil sehingga mendapat alkohol.

Apabila tiga prekursor lignin yang disebutkan di bahagian sebelumnya telah dibentuk, dianggap bahawa mereka dioksidakan kepada radikal bebas, untuk mewujudkan pusat aktif untuk mempromosikan proses pempolimeran.

Tanpa mengira kekuatan yang dipromosikan oleh kesatuan, monomer dengan masing -masing.

Degradasi

Degradasi kimia

Oleh kerana ciri -ciri kimia molekul, lignin larut dalam penyelesaian asas berair dan bisulfit panas.

Degradasi enzimatik kulat

Degradasi lignin yang dimediasi oleh kehadiran kulat telah dikaji secara meluas oleh bioteknologi untuk pelunturan dan rawatan sisa -sisa yang dihasilkan selepas pembuatan kertas, antara kegunaan lain.

Kulat yang mampu merendahkan lignin dipanggil kulat putih, yang berbeza dengan kulat reput coklat yang menyerang molekul selulosa dan sebagainya. Kulat ini adalah kumpulan yang heterogen dan wakilnya yang paling menonjol adalah spesies Phanoochaete Chrysosporium.

Melalui tindak balas pengoksidaan - tidak langsung dan rawak - pautan yang memelihara monomer secara beransur -ansur rosak.

Boleh melayani anda: Quercus Roundifolia: Ciri -ciri, Habitat, Pengedaran, Kegunaan

Tindakan kulat yang menyerang daun lignin sebagai pelbagai jenis sebatian fenolik, asid dan alkohol aromatik. Sebilangan sisa boleh diminumisasi, sementara yang lain menghasilkan bahan humik.

Enzim -enzim yang melakukan proses degradasi ini mestilah ekstraselular, kerana lignin tidak dihubungkan dengan cara ikatan hidrolisis.

Lignin dalam pencernaan

Untuk herbivora, lignin adalah komponen berserabut tumbuhan yang tidak boleh dicerna. Iaitu, ia tidak diserang oleh enzim penghadaman biasa atau oleh mikroorganisma yang tinggal di kolon.

Dari segi pemakanan, ia menyumbang apa -apa kepada organisma yang memakannya. Malah, peratusan kecernaan nutrien lain dapat menurun.

Aplikasi

Menurut beberapa penulis, walaupun sisa pertanian dapat diperolehi dalam kuantiti yang hampir tidak habis -habisnya, setakat ini tidak ada permohonan penting untuk polimer yang dipersoalkan.

Walaupun lignin telah dikaji sejak akhir abad ke -19, komplikasi yang berkaitan dengan pemprosesannya telah menghalang pengurusannya. Walau bagaimanapun, sumber lain mencadangkan bahawa lignin boleh dieksploitasi dan mencadangkan beberapa kegunaan berpotensi, Berdasarkan sifat kekakuan dan kekuatan yang telah kami bincangkan.

Satu siri persevansar kayu sedang dibangunkan berdasarkan lignin yang digabungkan dengan beberapa siri sebatian, untuk melindunginya dari kerosakan yang disebabkan oleh agen biotik dan abiotik.

Ia juga boleh menjadi bahan yang ideal untuk membina penebat, kedua -dua terma dan akustik.

Kelebihan memasukkan lignin ke dalam industri adalah kos rendah dan penggunaannya yang mungkin sebagai pengganti bahan pertama yang dibangunkan dari bahan api fosil atau sumber petrokimia lain. Oleh itu, lignin adalah polimer dengan banyak potensi yang bertujuan untuk dieksploitasi.

Rujukan

1. Alberts, b., & Bray, D. (2006). Pengenalan kepada Biologi Sel. Ed. Pan -American Medical.
2. Bravo, l. H. Dan. (2001). Manual makmal morfologi tumbuhan. Bib. Orton Iica/Catie.
3. Curtis, h., & Schnek, a. (2006). Jemputan kepada Biologi. Ed. Pan -American Medical.
4. Gutiérrez, m. Ke. (2000). Biomekanik: Fizik dan Fisiologi (Tidak. 30). Editorial CSIC-CSIC Press.
5. Raven, ms. H., Evert, r. F., & Eichhorn, s. Dan. (1992). Biologi tumbuhan (Vol. 2). Saya terbalik.
6. Rodríguez, e. V. (2001). Fisiologi untuk pengeluaran tanaman tropika. Universiti Editorial Costa Rica.
7. Taiz, l., & Zeiger, dan. (2007). Fisiologi Sayuran. Universiti Jaume i.