Klasifikacija hemiceluloze, struktura, biosinteza, funkcije

Hemiceluloza To je izraz, ki se uporablja za označevanje zelo raznolike skupine polisaharidov, ki so prisotni v celičnih stenah številnih rastlin in ki predstavljajo več kot tretjino biomase teh struktur.

Koncept je predlagal Johann Heinrich Schulze, da bi označil polisaharide, ki niso škrob, in v povezavi s celulozo, ki so bili odstranljivi iz celičnih sten zgornjih rastlin z uporabo alkalnih raztopin.

Grafični prikaz molekularne strukture Xylano, hemiceluloze (vir: Yikrazuul [javna domena] prek Wikimedia Commons)

Ti polisaharidi so sestavljeni iz glukanskih okostij, združenih z β-1,4 vezi, ki imajo različne glikozilirane substituente in so sposobni medsebojno sodelovati in s celuloznimi vlakni prek vodikovih mostov (nekolentni interakciji).

Za razliko od celuloze, ki tvori močno pakirane mikrovlakne, ima hemicellulius precej amorfne strukture, ki so topne v vodnih raztopinah.

Ker več kot tretjina suhe rastlinske celice ustreza hemiceličnim, trenutno obstaja veliko zanimanja o proizvodnji biogoriv in drugih kemičnih spojin s predelavo teh polisaharidov.

[TOC]

Klasifikacija in struktura

Hemicelilous so trenutno razdeljeni na štiri vrste strukturno različnih molekul: ksilani, glikanos, β-glukani in ksiloglukanos. Te tri vrste hemiceluloze imajo poleg drugih pomembnih razlik različne vzorce porazdelitve in lokacije.

Xilanos

So glavne hemicelulocitne komponente, ki so prisotne v sekundarnih celičnih stenah dikotiledonskih rastlin. Predstavljajo več kot 25% biomase Woody in zelnatih rastlin in približno 50% pri nekaterih monokotiledonih vrstah.

Ksilani so heteropolimeri, sestavljeni iz D-ksilopilajcev, povezanih z β-1,4 vezi in imajo lahko kratke posledice. Ta skupina je razdeljena na homoksilane in heteroksijane, med katerimi so glukoronoksilani in drugi kompleksni polisaharidi.

Vam lahko služi: populus

Te molekule lahko izoliramo iz različnih rastlinskih virov: iz lanenih vlaken, pese pese, sladkornega trsa, bagasse, pšenice in drugih.

Njegova molekulska teža se lahko močno razlikuje, odvisno od vrste ksilana in rastlinske vrste. Razpon, ki ga najdemo v naravi, običajno pokriva od 5.000 g/mol do več kot 350.000 g/mol, vendar je veliko odvisno od stopnje hidratacije in drugih dejavnikov.

D-Man Glikani

To vrsto polisaharida najdemo v zgornjih rastlinah v obliki galaktomananov in glukomanov, ki so sestavljene iz linearnih verig D-manpopirozaz, povezanih z β-1,4 vezi, in ostanki D-Manpopilasa in D-Glucopopirans, združene z β β povezave z β β povezava -1,4.

Obe vrsti glikanov imata lahko ostanke D-galatopiranosa, združene z glavnim okostjem molekule na različnih položajih.

Galaktoman. Glukomani so na drugi strani glavne hemicelulocitne sestavine mehkih lesenih celičnih sten.

β-glukani

Glukani so hemicelulocitni sestavni deli žitnih zrn in so pretežno v travah in na splošno. V teh rastlinah so β-glukani glavne molekule, povezane s celuloznimi mikrovlakni med rastjo celic.

Njegova struktura je linearna in je sestavljena iz združenih glukopofanskih ostankov z mešanimi β-1,4 (70%) in β-1,3 (30%) mešanih povezav (30%) (30%). Molekulske mase, navedene za žitarice, se razlikujejo med 0.065 do 3 x 10E6 g/mol, vendar obstajajo razlike, povezane z vrstami, kjer jih preučujemo.

XiLoglucanos

Ta hemicelulocitni polisaharid najdemo v zgornjih rastlinah in je eden najpogostejših strukturnih materialov celičnih sten. V dikotiledonskih angiospermih predstavlja več kot 20% stenskih polisaharidov, medtem ko v travah in drugih monokotiledonih predstavlja do 5%.

Vam lahko služi: življenjski cikel rastlin: stopnje in njihove značilnosti

Xiloglucanos je sestavljen iz okostja, podobnega celulozi, sestavljenem iz glukopiranskih enot, povezanih z β-1,4 vezi, ki je povezan z α-d-ksilopiranoznimi ostanki skozi svoj ogljik v položaju 6.

Ti polisaharidi tesno vežejo na celulozna mikrovlakna celične stene z vodikovimi mostovi, kar prispeva k stabilizaciji celulocitne mreže.

Biosinteza

Večina membranskih polisaharidov je sintetiziranih iz zelo specifičnih aktiviranih nukleotidnih sladkorjev.

Te sladkorje uporabljajo encimi glikoziltransferaze v Golgijevem kompleksu, ki so odgovorni za tvorbo glukozidnih povezav med monomeri in sintezo zadevnega polimera.

Ksiloglukanski celulocitni okostje sintetizirajo člani družine beljakovin, ki je odgovorna za sintezo celuloze, ki jo kodira genetska družina CSLC.

Funkcije

Pa tudi njegova sestava se razlikuje glede na rastlinske vrste, ki jih preučujemo, tudi funkcije hemicelula. Glavni so:

Biološke funkcije

Pri nastanku celične stene rastlin in drugih organizmov s celicami, podobnimi rastlinskim celicam.

Xilanos, ena od vrst hemiceličnih, so še posebej pomembni pri utrjevanju sekundarnih celičnih sten, ki jih razvijejo nekatere rastlinske vrste.

V nekaterih rastlinskih vrstah, kot je tamarind, semena namesto škroba shranijo ksiloglukane, ki se mobilizirajo po zaslugi delovanja encimov, prisotnih v celični steni, in to se zgodi med postopki kalitve, kjer se v zarodku dobavlja energija, ki ga vsebuje seme.

Vam lahko služi: 13 izumrlih gliv in njenih značilnosti

Komercialne funkcije in pomen

Hemiceluloza, shranjena v semenih, kot je tamarind.

Primer teh dodatkov sta tamarindova guma "in" "guar" ali "guaran" guma (izvlečena iz neke vrste stročnice).

V industriji pekov lahko prisotnost Arabinoksianov vpliva na kakovost pridobljenih izdelkov na enak način, kot zaradi njegove značilne viskoznosti vplivajo tudi.

Prisotnost določene vrste celuloze v nekaterih rastlinskih tkivih lahko močno vpliva na uporabo teh tkiv za proizvodnjo biogoriv.

Običajno je dodajanje hemiceličnih encimov običajna praksa za premagovanje teh nevšečnosti. Toda s pojavom molekularne biologije in drugih zelo uporabnih tehnik nekateri raziskovalci delajo na zasnovi transgenih rastlin, ki proizvajajo posebne vrste hemiceluloze.

Reference

1. Ebringerová, a., Hromádková, Z., & Heinze, t. (2005). Hemiceluloza. Adv. Polym. Sci., 186, 1-67.
2. Pauly, m., Gille, s., Liu, l., Mansoori, n., Souza, do., Schultink, a., & Xiong, g. (2013). Biosinteza hemiceluloze. Rastlina, 1-16.
3. Saha, b. C. (2003). Biokonverzija hemiceluloze. J indic mikrobiol biotehnol, 30, 279-291.
4. Scheller, h. V., & Ulvskov, str. (2010). Hemicelulosses. Annu. Rev. Rastlina. Fiziol., 61, 263-289.
5. Wyman, c. In., Decker, s. R., Himmel, m. In., Brady, J. W., & Skopec, c. In. (2005). Hidroliza celuloze in hemiceluloze.
6. Yang, h., Yan, r., Chen, h., Ho lee, D., & Zheng, c. (2007). Značilnosti pirolize hemiceluloze, celuloze in lignina. Gorivo, 86, 1781-1788.