Štruktúra lignínu, funkcie, extrakurácia, degradácia, použitie

Ten podvoz (Termín z latinčiny lignum, čo znamená palivové drevo alebo drevo) je polymér vaskulárnych rastlín s tromi rozmermi, amorfnou a komplexnou štruktúrou. V rastlinách slúži ako „cement“, ktorý dáva silu a odolnosť voči stonkám rastlín, kmeňom a inými štruktúrami.

Nachádza sa hlavne na bunkovej stene a chráni ju pred mechanickými a patogénnymi silami, ktoré sú tiež v malom podiele vo vnútri bunky. Chemicky má širokú škálu aktívneho centra, ktorý im umožňuje interagovať s inými zlúčeninami. V rámci týchto spoločných funkčných skupín máme okrem iného fenolické, alifatické metaxyly.

Možný model lignínu. Zdroj: Skutočné meno: Karol Głbpl.Wiki: Karol007Commons: Karol007e-Mail: Kamikaze007 (at) tlen.Pl [CC By-SA 3.0 (http: // creativeCommons.Org/licencie/By-SA/3.0/]]

Pretože lignín je veľmi zložitá a rozmanitá trojrozmerná sieť, štruktúra molekuly nebola s istotou objasnená. Je však známe, že ide o polymér vytvorený s ihličnatým alkoholom a inými fenylpropanoidnými zlúčeninami odvodenými z fenylalanínu a aminokyselín tyrozínu a aminokyseliny tyrozínu.

Polymerizácia monomérov, ktoré ho tvoria, sa líši v závislosti od druhu a nerobí to opakovane a predvídateľne ako iné bohaté polyméry zeleniny (škrob alebo celulóza).

Zatiaľ existujú iba hypotetické modely molekuly lignínu a pre ich štúdium v ​​laboratóriu zvyčajne používajú syntetické varianty.

Forma extrakcie lignínu je zložitá, pretože je spojená s inými komponentmi steny a je veľmi heterogénna.

[TOC]

Objavenie

Prvou osobou, ktorá oznámila prítomnosť lignínu, bol vedec zo Švajčiarska do. P. De Candolle, ktorý opísal svoje základné chemické a fyzikálne vlastnosti a vytvoril termín „ligrina“.

Hlavné charakteristiky a štruktúra

Lignin je druhá najhojnejšia organická molekula v rastlinách po celulóze, väčšinová zložka steny rastlinných buniek. Rastliny každý rok produkujú 20 × 10⁹ tony lignínu. Napriek jeho hojnosti však bola jeho štúdia dosť obmedzená.

Významná časť všetkých lignínu (približne 75%) sa nachádza na bunkovej stene, po štruktúre celulózy (priestorovo hovorená) vyvrcholil. Umiestnenie lignínu sa nazýva lignifikácia a to sa zhoduje s udalosťami bunkovej smrti.

Je to opticky neaktívny polymér, nerozpustný v kyslých, ale rozpustných roztokoch v silných bázách, ako je hydroxid sodný a podobné chemické zlúčeniny.

Ťažkosti pri extrakcii a charakterizácii lignínu

Niekoľko autorov tvrdí, že existuje množstvo technických ťažkostí súvisiacich s extrakciou lignínu, čo je skutočnosť, ktorá komplikuje štúdium jeho štruktúry.

Môže vám slúžiť: Čierne mangrovy: Charakteristiky, taxonómia, biotop a použitia

Okrem technických ťažkostí je molekula kovalentne spojená s celulózou a zvyškom polysacharidov, ktoré tvoria bunkovú stenu. Napríklad v dreve a iných lignifikovaných štruktúrach (ako napríklad stonky) je lignín silne spojený s celulózou a hemicelulózou.

Nakoniec je polymér medzi rastlinami mimoriadne variabilný. Z uvedených dôvodov je bežné, že sa syntetický lignín použije na štúdium molekuly v laboratóriách.

Viac použité metódy extrakcie

Prevažná väčšina metód extrakcie lignínu modifikuje svoju štruktúru a zabráni jej štúdiu. Zo všetkých existujúcich metodík sa zdá, že najdôležitejšou je Kraft. Počas procedúry sa lignín oddelí od sacharidov so základným roztokom hydroxidu sodného a sulfidu sodného v pomere 3: 1.

Izolačný produkt je teda tmavo hnedý prášok v dôsledku prítomnosti fenolových zlúčenín, ktorých priemerná hustota je 1,3 až 1,4 g/cm³.

Monoméry odvodené z fenylpropanoidov

Napriek týmto metodologickým konfliktom je známe, že polymér lignínu je tvorený hlavne tromi fenylpropanoidnými derivátmi: Coniferyl, Subopyl a Synapylalkoholy. Tieto zlúčeniny sú syntetizované na základe aromatických aminokyselín nazývaných fenylalanín a tyrozín.

Celkové zloženie siete lignínu takmer úplne dominujú uvedené zlúčeniny, pretože sa našli počiatočné koncentrácie proteínov.

Podiel týchto troch jednotiek fenylpropanoidov je variabilný a závisí od študovaných druhov rastlín. Je tiež možné nájsť variácie v rozmeroch monomérov v orgánoch toho istého jednotlivca alebo v rôznych vrstvách bunkovej steny.

Tri -dimenzionálna štruktúra lignínu

Vysoký podiel väzieb uhlíka a uhlíka a uhlíka-oxygen-uhlíka vytvára veľmi rozvetvenú trojrozmernú štruktúru.

Na rozdiel od iných polymérov, ktoré nachádzame v hojnosti v zelenine (ako je škrob alebo celulóza), lignínové monoméry sa polymerizujú opakovaným a predvídateľným spôsobom.

Aj keď sa zdá, že spojenie týchto štruktúrnych blokov vedie stochastické sily, nedávne vyšetrovania zistili, že proteín sa zdá, že sprostredkuje polymerizáciu a tvorí veľkú opakovanú jednotku.

Funkcia

Aj keď lignín nie je všadeprítomnou zložkou všetkých rastlín, plní veľmi dôležité funkcie týkajúce sa ochrany a rastu.

Môže vám slúžiť: 14 rastlín v nebezpečenstve vyhynutia v Peru

Po prvé, je zodpovedný za ochranu hydrofilných zložiek (celulóza a hemicelulóza), ktoré nemajú typickú stabilitu a tuhosť lignínu.

Ako sa nachádza výlučne na vonkajšej strane, slúži ako ochranný plášť proti skresleniu a kompresii, nech je celulóza zodpovedná za odolnosť proti napätiu.

Keď sa komponenty steny zvlhčujú, strácajú mechanický odpor. Z tohto dôvodu je prítomnosť lignínu potrebná s nepremokavou zložkou. Ukázalo sa, že experimentálne zníženie percentuálneho podielu lignínu v dreve súvisí so znížením mechanických vlastností toho istého.

Ochrana lignínu sa vzťahuje aj na možné biologické látky a mikroorganizmy. Tento polymér zabraňuje penetrácii enzýmov, ktoré by mohli degradovať životne dôležité zložky buniek.

Zohráva tiež základnú úlohu pri modulácii transportu tekutín do všetkých štruktúr rastlín.

Syntéza

Tvorba lignínu začína reakciou deaminácie aminokyselín fenylalanínu alebo tyrozín. Chemická identita aminokyseliny nie je príliš relevantná, pretože spracovanie oboch vedie k rovnakej zlúčenine: 4-hydroxycinamát.

Táto zlúčenina je podrobená sérii chemických reakcií hydroxylácie, prenosu skupín metilu a redukcii karboxylovej skupiny až do získania alkoholu.

Keď sa vytvorili tri prekurzory lignínu uvedené v predchádzajúcej časti, predpokladá sa, že sú oxidované do voľných radikálov, aby sa vytvorili aktívne centrá na podporu procesu polymerizácie.

Bez ohľadu na silu propagovanú Úniou, s každým monomérom.

Degradácia

Chemická degradácia

Kvôli chemickým charakteristikám molekuly je lignín rozpustný vo vodných roztokoch a horúcich bisulfite.

Enzymatická degradácia sprostredkovaná hubami

Degradácia lignínu sprostredkovaná prítomnosťou húb bola rozsiahle študovaná biotechnológiou pre bielené a spracovanie zvyškov vyrobených po výrobe papiera, okrem iného.

Huby, ktoré sú schopné degradovať lignín, sa nazývajú biele huby, ktoré sú v kontraste s hubami hnedej hniloby, ktoré útočia na molekuly celulózy a podobne. Tieto huby sú heterogénnou skupinou a jej najvýznamnejším zástupcom je druh Phanoochaete chrysosporium.

Prostredníctvom oxidačných reakcií - nepriame a náhodné - odkazy, ktoré udržiavajú monoméry, sú postupne rozbité.

Môže vám slúžiť: Quercus ropyifolia: Charakteristiky, biotop, distribúcia, použitia

Pôsobenie húb, ktoré útočia na lignín, opúšťa ako veľké množstvo fenolových zlúčenín, kyselín a aromatických alkoholov. Niektorý odpad je možné mineralizovať, zatiaľ čo iné produkujú humínové látky.

Enzýmy, ktoré vykonávajú tento proces degradácie, musia byť extracelulárne, pretože lignín nie je spojený pomocou hydrolyzovateľných väzieb.

Lignín v trávení

Pre bylinožravce je lignin vláknitá zložka rastlín, ktorá nie je stráviteľná. To znamená, že nie je napadnuté typickými enzýmami trávenia alebo mikroorganizmami, ktoré žijú v hrubom čreve.

Pokiaľ ide o výživu, prispieva čokoľvek k organizmu, ktorý ho konzumuje. V skutočnosti sa môže znížiť percento stráviteľnosti iných živín.

Žiadosti

Podľa niektorých autorov, hoci poľnohospodársky odpad je možné získať v takmer nevyčerpateľných množstvách, zatiaľ neexistuje žiadna dôležitá aplikácia pre daný polymér.

Aj keď Lignin bol študovaný od konca 19. storočia, komplikácie týkajúce sa jeho spracovania bránili jeho riadeniu. Iné zdroje však naznačujú, že lignín sa dá využiť a navrhnúť niekoľko potenciálnych použití, na základe vlastností tuhosti a pevnosti, o ktorých sme diskutovali.

V súčasnosti sa vyvíja séria drevených perseverar.

Mohla by to byť tiež ideálnou látkou na budovanie izolátorov, tepelných aj akustických.

Výhodou začlenenia lignínu do priemyslu je jeho nízka cena a jeho možné použitie ako náhrada za prvú záležitosť vyvinutú z fosílnych palív alebo iných petrochemických zdrojov. Lignin je teda polymér s veľkým potenciálom, ktorý sa snaží byť využívaný.

Odkazy

1. Alberts, b., & Bray, D. (2006). Úvod do bunkovej biológie. Edimatizovať. Pan -American Medical.
2. Bravo, L. H. A. (2001). Morfologická laboratórna príručka rastlín. Podbradník. Orton Iica/Catie.
3. Curtis, h., & Schnek, a. (2006). Pozvanie na biológiu. Edimatizovať. Pan -American Medical.
4. Gutiérrez, m. Do. (2000). Biomechanika: fyzika a fyziológia (Nie. 30). Redakčná tlače CSIC-CSIC.
5. Raven, P. H., Evert, r. F., & Eichhorn, s. A. (1992). Biológia rastlín (Zv. 2). Obrátil som sa.
6. Rodríguez, e. Vložka. (2001). Fyziológia na výrobu tropických plodín. Redakčná univerzita v Kostarike.
7. Taiz, l., & Zeiger a. (2007). Fyziológia zeleniny. University JAUME I.