Ligniinirakenne, funktiot, ylimääräisyys, hajoaminen, käyttö

Se lignina (Termi latinalta lignum, mikä tarkoittaa polttopuut tai puuta) on kolmen dimensioisen, amorfisen ja kompleksisen rakenteen verisuonikasvien polymeeri. Kasveissa se toimii "sementtinä", joka antaa voimaa ja vastustuskykyä kasvivarsille, rungoille ja muille rakenteille.

Se sijaitsee pääasiassa soluseinällä ja suojaa sitä mekaanisilta ja patogeenisiltä voimilta, ja se on myös pieni osuus solun sisällä. Kemiallisesti on laaja valikoima aktiivista keskustaa, joka antaa heidän olla vuorovaikutuksessa muiden yhdisteiden kanssa. Näissä yleisissä funktionaalisissa ryhmissä on fenoli, alifaattiset, metaksyylit, muun muassa.

Mahdollinen ligniinimalli. Lähde: oikea nimi: Karol Głbpl.Wiki: Karol007Commons: Karol007E-Mail: Kamikaze007 (at) tlen.PL [CC BY-SA 3.0 (http: // creativecommons.Org/lisenssit/by-SA/3.0/]]

Koska ligniini on erittäin monimutkainen ja monipuolinen kolmiulotteinen verkko, molekyylin rakennetta ei ole selvitetty varmuudella. On kuitenkin tiedossa, että se on polymeeri, joka on muodostettu kaviferyylialkoholilla ja muilla fenyylialaniini- ja tyrosiiniaromaattisista aminohapoista johdettujen fenyylipropanoidiyhdisteiden kanssa.

Sen muodostavien monomeerien polymerointi vaihtelee lajista riippuen, eikä tee niin toistuvasti ja ennustettavasti kuin muutkin vihannesten (tärkkelys tai selluloosa) runsas polymeerit (tärkkelys tai selluloosa).

Toistaiseksi ligniinimolekyylistä on vain hypoteettisia malleja, ja heidän tutkimukseensa laboratoriossa he yleensä käyttävät synteettisiä variantteja.

Ligniinin uuttamisen muoto on monimutkainen, koska se on kytketty muihin seinäkomponentteihin ja on erittäin heterogeeninen.

[TOC]

Löytö

Ensimmäinen henkilö, joka ilmoitti ligniinin läsnäolosta Sveitsistä. P. De Candolle, joka kuvasi hänen perustavanlaatuisia kemiallisia ja fysikaalisia ominaisuuksiaan ja keksi termin "lignina".

Pääominaisuudet ja rakenne

Ligniini on toiseksi runsain orgaaninen molekyyli kasveissa selluloosan jälkeen, suurin osa kasvisolujen seinämistä. Joka vuosi kasvit tuottavat 20 × 10⁹ tonnia ligniiniä. Hänen runsaudesta huolimatta hänen tutkimuksensa on kuitenkin ollut melko rajallinen.

Merkittävä osa kaikesta ligniinistä (noin 75%) sijaitsee soluseinällä, selluloosan rakenteen jälkeen (avaruudessa puhuen) huipentuu. Ligniinin sijoittelua kutsutaan lignifikaatioksi ja tämä tapahtuu samanaikaisesti solukuoleman tapahtumien kanssa.

Se on optisesti inaktiivinen polymeeri, liukenematon hapoihin, mutta liukoisiin liuoksiin vahvoissa emäksissä, kuten natriumhydroksidi ja vastaavat kemialliset yhdisteet.

Ligniinin uuttamis- ja karakterisoinnin vaikeudet

Useat kirjoittajat väittävät, että ligniinin uuttamiseen liittyy useita teknisiä vaikeuksia, tosiasia, joka vaikeuttaa sen rakenteen tutkimusta.

Voi palvella sinua: Musta mangrove: Ominaisuudet, taksonomia, elinympäristö ja käyttötarkoitukset

Teknisten vaikeuksien lisäksi molekyyli on kovalenttisesti kytketty selluloosaan ja muihin soluseinämän muodostaviin polysakkarideihin. Esimerkiksi puussa ja muissa kummallisissa rakenteissa (kuten varret) ligniini liittyy voimakkaasti selluloosaan ja hemiselluloosaan.

Lopuksi, polymeeri on erittäin vaihteleva kasvien välillä. Näistä mainituista syistä on yleistä, että synteettinen ligniini käytetään molekyylin tutkimiseen laboratorioissa.

Lisää käytettyjä uuttomenetelmiä

Suurin osa ligniinin uuttamismenetelmistä modifioi sen rakennetta estämällä sen tutkimusta. Kaikista olemassa olevista menetelmistä tärkein näyttää olevan Kraft. Menetelmän aikana ligniini erotetaan hiilihydraateista, joissa on natriumhydroksidin ja natriumsulfidin emäksistä liuosta osuuksissa 3: 1.

Siten eristystuote on tummanruskea jauhe johtuen fenoliyhdisteiden läsnäolosta, joiden keskimääräinen tiheys on 1,3 - 1,4 g/cm³.

Fenyylipropanoidista johdetut monomeerit

Näistä metodologisista konflikteista huolimatta tiedetään, että ligniinipolymeeri muodostuu pääasiassa kolmella fenyylipropanoidijohdannaisella: havupuilla, sumopyyli- ja synapyylialkoholilla. Nämä yhdisteet syntetisoidaan aromaattisten aminohappojen perusteella, joita kutsutaan fenyylialaniiniksi ja tyrosiiniksi.

Ligniiniverkon kokonaiskoostumusta hallitsevat melkein kokonaan mainitut yhdisteet, koska alkulaisia ​​proteiinipitoisuuksia on löydetty.

Näiden kolmen fenyylipropanoidin yksikön osuus on vaihteleva ja riippuu tutkituista kasvilajeista. On myös mahdollista löytää vaihtelut monomeerien osuuksista saman henkilön elimissä tai soluseinämän eri kerroksissa.

Ligniinin kolmen dimensioinen rakenne

Hiili-hiili- ja hiili-happi-hiili-sidosten suuri osuus tuottaa erittäin haarautuneen kolmiulotteisen rakenteen.

Toisin kuin muut polymeerit, joita löydämme runsaasti vihanneksissa (kuten tärkkelys tai selluloosa), ligniinimonomeerit eivät polymeroitu toistuvasti ja ennustettavissa olevalla tavalla.

Vaikka stokastiset voimat näyttävät johtavan näiden jäsentelukohteiden liiton, viimeaikaiset tutkimukset ovat havainneet, että proteiini näyttää välittävän polymerointia ja muodostaa suuren toistuvan yksikön.

Funktiot

Vaikka ligniini ei ole kaikkia kasveja kaikkialla olevaa osaa, se täyttää erittäin tärkeät suojeluun ja kasvuun liittyvät toiminnot.

Se voi palvella sinua: 14 kasvia, joilla on sukupuuttoon vaarassa Perussa

Ensinnäkin se on vastuussa hydrofiilisten komponenttien (selluloosa ja hemiselluloosa) suojaamisesta, joilla ei ole tyypillistä stabiilisuutta ja jäykkyyttä ligniiniin.

Kuten yksinomaan ulkopuolelta löytyy, se toimii suojavaipan vääristymistä ja puristukselta, selluloosan ansiosta jännitysvastus on vastuussa.

Kun seinäkomponentit kastuvat, ne menettävät mekaanisen vastustuskkeen. Tästä syystä ligniinin läsnäolo on välttämätön vedenpitävällä komponentilla. On osoitettu, että puun ligniinin prosenttiosuuden kokeellinen väheneminen liittyy saman mekaanisten ominaisuuksien vähentämiseen.

Ligniinisuojaus ulottuu myös mahdollisiin biologisiin aineisiin ja mikro -organismeihin. Tämä polymeeri estää entsyymien tunkeutumisen, jotka voisivat heikentää elintärkeitä solukomponentteja.

Sillä on myös perustavanlaatuinen rooli nestemäisen kuljetuksen moduloinnissa kaikkiin kasvirakenteisiin.

Synteesi

Ligniinin muodostuminen alkaa aminohappojen fenyylialaniinin tai tyrosiinin deaminaation reaktiolla. Aminohapon kemiallinen identiteetti ei ole kovin merkityksellinen, koska molempien prosessointi johtaa samaan yhdisteeseen: 4-hydroksisinaatti.

Tälle yhdisteelle altistetaan sarja hydroksylaation kemiallisia reaktioita, Metilum -ryhmien siirtämistä ja karboksyyliryhmän pelkistämistä, kunnes alkoholin hankkiminen.

Kun edellisessä osassa mainitun ligniinin kolme edeltäjää on muodostettu, oletetaan, että ne hapettuu vapaiksi radikaaleiksi aktiivisten keskuksien luomiseksi polymerointiprosessin edistämiseksi.

Unionin edistämästä voimasta riippumatta monomeerit jokaisen kanssa.

Heikkeneminen

Kemiallinen hajoaminen

Molekyylin kemiallisten ominaisuuksien vuoksi ligniini liukenee vesipitoisiin emäsliuoksiin ja kuumaan bisulfiittiin.

Sienivälitteinen entsymaattinen hajoaminen

Bioteknologia on tutkittu laajasti sienten läsnäolon välittämän ligniinin hajoamista valkaistuun ja paperin valmistuksen jälkeen valmistettujen jäännösten hoitoon muun muassa, muun muassa muun muassa.

Sieniä, jotka kykenevät hajottamaan ligniiniä. Nämä sienet ovat heterogeeninen ryhmä ja sen näkyvin edustaja on laji Phanoochaete krysosporium.

Hapetusreaktioiden - epäsuoran ja satunnaisen - kautta, linkit, jotka pitävät monomeerit vähitellen rikki.

Voi palvella sinua: Quercus -reunderfolia: Ominaisuudet, elinympäristö, jakelu, käyttö

Ligniiniin hyökkäävien sienten vaikutus lähtee suureksi valikoimana fenoliyhdisteitä, happoja ja aromaattisia alkoholeja. Jotkut jätteet voidaan mineralisoida, kun taas toiset tuottavat humiinia aineita.

Tätä hajoamisprosessia suorittavien entsyymien on oltava solunulkoisia, koska ligniiniä ei ole kytketty hydrolysoitavien sidosten avulla.

Ligniini ruoansulatuksessa

Kasvissyöjille ligniini on kasvien kuitumainen komponentti, joka ei ole sulava. Toisin sanoen sitä ei hyökkää tyypilliset ruuansulatuksen entsyymit tai paksusuolessa elävät mikro -organismit.

Ravitsemuksen kannalta se myötävaikuttaa mitä tahansa sitä kuluttavaa organismia. Itse asiassa muiden ravintoaineiden sulavuuden prosenttiosuus voi vähentyä.

Sovellukset

Joidenkin kirjoittajien mukaan vaikka maatalousjäte voidaan saada melkein ehtymättömiin määriin, tähän mennessä kyseiselle polymeerille ei ole merkittävää sovellusta.

Vaikka ligniinia on tutkittu 1800 -luvun lopusta lähtien, sen käsittelyyn liittyvät komplikaatiot ovat estäneet sen hallintaa. Muut lähteet kuitenkin viittaavat siihen, että ligniiniä voidaan hyödyntää ja ehdottaa useita mahdollisia käyttötarkoituksia, perustuen jäykkyys- ja lujuusominaisuuksiin, joista olemme keskustelleet.

Sarja puulähtöjä kehitetään parhaillaan ligniinin yhdistettyjen yhdisteiden kanssa, jotta se suojaa sitä bioottisten ja abioottisten aineiden aiheuttamilta vaurioilta.

Se voi olla myös ihanteellinen aine rakennuseristimille, sekä lämpö- että akustisille.

Ligniinin sisällyttämisen etuna teollisuuteen on sen alhaiset kustannukset ja sen mahdollinen käyttö korvauksena ensimmäiselle fossiilisista polttoaineista tai muusta petrokemiallisesta resurssista, joka on kehitetty. Siten ligniini on polymeeri, jolla on paljon potentiaalia, jota pyritään hyödyntämään.

Viitteet

1. Alberts, b., & Bray, D. (2006). Johdanto solubiologiaan. Ed. Pan -American Medical.
2. Bravo, l. H. JA. (2001). Kasvien morfologian laboratoriokäsikirja. Ruokalappu. Orton Iica/Catie.
3. Curtis, H., & Schnek, a. (2006). Kutsu biologiaan. Ed. Pan -American Medical.
4. Gutiérrez, m. -Lla. (2000). Biomekaniikka: fysiikka ja fysiologia (Ei. 30). Toimitus CSIC-CSIC-lehdistö.
5. Raven, P. H., Evert, r. F., & Eichhorn, S. JA. (1992). Kasvibiologia (Vol. 2). Käännyin.
6. Rodríguez, E. V. (2001). Fysiologia trooppisten viljelykasvien tuotantoon. Costa Rican toimituksellinen yliopisto.
7. Taiz, l., & Zeiger, ja. (2007). Vihannesfysiologia. Yliopisto Jaume I.