Lignina struktura, funkcije, ekstrakuracija, razgradnja, uporaba

The lignina (izraz iz latinščine lignum, kar pomeni drva ali les) je polimer žilnih rastlin tridimenzionalne, amorfne in zapletene strukture. V rastlinah služi kot "cement", ki daje moč in odpornost na rastlinska stebla, debla in druge strukture.

Nahaja se predvsem na celični steni in ga ščiti pred mehanskimi in patogenimi silami, prav tako v majhnem deležu znotraj celice. Kemično ima široko paleto aktivnega središča, ki jim omogoča interakcijo z drugimi spojinami. Znotraj teh skupnih funkcionalnih skupin imamo med drugim fenolne, alifatske, metaksilne.

Možen lignin model. Vir: Pravo ime: Karol Głbpl.Wiki: Karol007Commons: Karol007e-Mail: Kamikaze007 (at) Tlen.Pl [cc by-sa 3.0 (http: // creativeCommons.Org/licence/by-sa/3.0/]]

Ker je lignin zelo zapletena in raznolika tridimenzionalna mreža, struktura molekule ni bila razjasnjena z gotovostjo. Vendar je znano, da gre za polimer, ki nastane z iniferilnim alkoholom in drugimi fenilpropanoidnimi spojinami, pridobljenimi iz fenilalanina in tirozinskih aromatičnih aminokislin.

Polimerizacija monomerov, ki jih predstavljajo.

Zaenkrat obstajajo samo hipotetični modeli molekule lignina in za njihovo študijo v laboratoriju običajno uporabljajo sintetične različice.

Oblika ekstrakcije lignina je zapletena, saj je povezana z drugimi stenskimi komponentami in je zelo heterogena.

[TOC]

Odkritje

Prva oseba, ki je poročala o prisotnosti lignina, je bil znanstvenik iz Švice. Str. De Candolle, ki je opisal svoje temeljne kemijske in fizikalne lastnosti in skoval izraz "lignina".

Glavne značilnosti in struktura

Lignin je druga najpogostejša organska molekula v rastlinah po celulozi, večinska sestavina rastlinskih celičnih sten. Vsako leto rastline proizvajajo 20 × 10⁹ tone lignina. Vendar je bila njegova študija kljub njegovemu številčnosti precej omejena.

Pomemben delež vseh lignina (približno 75%) se nahaja na celični steni, potem ko je struktura celuloze (prostorsko gledano) vrhunec. Umestitev lignina se imenuje lignifikacija in to sovpada z dogodki celične smrti.

Je optično neaktiven polimer, netopen v kislini, vendar topnih raztopin v močnih podlagah, kot so natrijev hidroksid in podobne kemične spojine.

Težave pri ekstrakciji in karakterizaciji lignina

Več avtorjev trdi, da obstajajo številne tehnične težave, povezane z ekstrakcijo lignina, kar otežuje preučevanje njegove strukture.

Vam lahko služi: črni mangrova: značilnosti, taksonomija, habitat in uporabe

Poleg tehničnih težav je molekula kovalentno povezana s celulozo in ostalimi polisaharidi, ki sestavljajo celično steno. Na primer, v lesu in drugih lignificiranih strukturah (na primer stebla) je lignin močno povezan s celulozo in hemicelulozo.

Končno je polimer med rastlinami izjemno spremenljiv. Zaradi teh omenjenih razlogov je običajno, da se sintetični lignin uporablja za preučevanje molekule v laboratorijih.

Bolj uporabljene metode ekstrakcije

Velika večina metod ekstrakcije lignina spreminja njegovo strukturo in preprečuje njegovo študijo. Od vseh obstoječih metodologij se zdi najpomembnejši Kraft. Med postopkom se lignin loči od ogljikovih hidratov z osnovno raztopino natrijevega hidroksida in natrijevega sulfida v razmerju 3: 1.

Tako je izolacijski produkt temno rjav prah zaradi prisotnosti fenolnih spojin, katerih povprečna gostota je 1,3 do 1,4 g/cm³.

Monomeri, ki izhajajo iz fenilpropanoidov

Kljub tem metodološkim konfliktom je znano, da lignin polimer tvori predvsem tri fenilpropanoidne derivate: iniferil, sumopil in sinapilni alkoholi. Te spojine so sintetizirane na podlagi aromatičnih aminokislin, imenovanih fenilalanin in tirozin.

Skupna sestava lignina omrežja skoraj v celoti prevladuje omenjene spojine, saj so bile najdene koncentracije začetnih beljakovin.

Delež teh treh enot fenilpropanoidov je spremenljiv in je odvisen od preučenih rastlinskih vrst. Prav tako je mogoče najti razlike v deležih monomerov znotraj organov istega posameznika ali v različnih plasteh celične stene.

Tri -dimenzionalna struktura lignina

Visok delež vezi ogljikovega ogljika in ogljikovega kisika-ogljika ustvari zelo razvejano tridimenzionalno strukturo.

Za razliko od drugih polimerov, ki jih najdemo v številnih zelenjavi (na primer škrob ali celuloza), ligninski monomeri ne polimerizirajo na ponavljajoč se in predvidljiv način.

Čeprav se zdi, da združitev teh strukturnih blokov vodi stohastične sile, so nedavne preiskave ugotovile, da se zdi, da protein posreduje polimerizacijo in tvori veliko ponavljajoče se enote.

Funkcije

Čeprav lignin ni vseprisotna sestavina vseh rastlin, izpolnjuje zelo pomembne funkcije, povezane z zaščito in rastjo.

Lahko vam služi: 14 rastlin v nevarnosti izumrtja v Peruju

Najprej je odgovoren za zaščito hidrofilnih komponent (celuloza in hemiceluloza), ki nimajo značilne stabilnosti in togosti lignina.

Kot je izključno na zunanji strani, služi kot zaščitni plašč pred izkrivljanjem in stiskanjem, kar pusti, da je celuloza odgovoren za napetostno odpornost.

Ko se stenske komponente zmočijo, izgubijo mehansko odpornost. Zaradi tega je prisotnost lignina potrebna z vodoodporno komponento. Pokazalo se je, da je eksperimentalno zmanjšanje odstotka lignina v lesu povezano z zmanjšanjem mehanskih lastnosti istega.

Zaščita lignina sega tudi na možna biološka sredstva in mikroorganizme. Ta polimer preprečuje prodor encimov, ki bi lahko razgradili komponente vitalnih celic.

Prav tako ima temeljno vlogo pri modulaciji prevoza tekočine na vse rastlinske strukture.

Sinteza

Nastajanje lignina se začne z reakcijo deaminacije aminokislin fenilalanin ali tirozina. Kemična identiteta aminokisline ni zelo pomembna, saj obdelava obeh vodi v isto spojino: 4-hidroksicinamat.

Ta spojina je podvržena številnim kemičnim reakcijam hidroksilacije, prenosa skupin MeTilum in redukcije karboksilne skupine, dokler ne dobite alkohola.

Ko so oblikovani trije predhodniki lignina, omenjeni v prejšnjem razdelku.

Ne glede na silo, ki jo spodbuja Union, monomeri z vsakim.

Degradacija

Kemična razgradnja

Zaradi kemijskih značilnosti molekule je lignin topen v vodnih osnovnih raztopinah in vročem bisulfitu.

Encimska razgradnja, posredovana z glivi

Degradacija lignina, ki jo posreduje prisotnost gliv.

Glive, ki so sposobne razgraditi lignin, se imenujejo bele glive, ki so v nasprotju z glivami rjave gnilobe, ki napadajo molekule celuloze in podobno. Te glive so heterogena skupina in njen najpomembnejši zastopnik je vrsta Phanoochaete Chrysosporium.

Skozi oksidacijske reakcije - posredne in naključne - povezave, ki ohranjajo monomere, so postopoma lomljene.

Vam lahko služi: Quercus krožifolia: značilnosti, habitat, distribucija, uporaba

Delovanje gliv, ki napadajo lignin, liste kot veliko različnih fenolnih spojin, kislin in aromatičnih alkoholov. Nekatere odpadke je mogoče mineralizirati, drugi pa proizvajajo huminske snovi.

Encimi, ki izvajajo ta postopek razgradnje, morajo biti zunajcelični, saj lignin ni povezan s hidrolizacijskimi vezmi.

Lignin v prebavi

Za rastlinojede je lignin vlaknasta sestavina rastlin, ki ni prebavljiva. To pomeni, da ga ne napadajo tipični encimi prebave ali mikroorganizmi, ki živijo v debelem črevesu.

Glede na prehrano prispeva karkoli k organizmu, ki ga porabi. Pravzaprav se lahko odstotek prebavljivosti drugih hranil zmanjša.

Prijave

Po mnenju nekaterih avtorjev je mogoče kmetijske odpadke pridobiti v skoraj neizčrpnih količinah, zaenkrat ni pomembne uporabe za zadevni polimer.

Čeprav se lignin preučuje od konca 19. stoletja, so zapleti, povezani z njegovo obdelavo. Vendar drugi viri kažejo, da je mogoče lignin izkoristiti in predlagati več potencialnih namenov, Na podlagi togosti in lastnosti, o katerih smo razpravljali.

Trenutno se razvija vrsta lesa, ki temelji na lignu v kombinaciji z nizom spojin, da bi ga zaščitili pred škodo, ki jo povzročajo biotska in abiotska sredstva.

To bi lahko bila tudi idealna snov za gradnjo izolatorjev, tako termičnih kot akustičnih.

Prednost vključitve lignina v industrijo je nizka stroška in možna uporaba kot zamenjava za prvo zadevo, razvita iz fosilnih goriv ali drugih petrokemičnih virov. Tako je lignin polimer z veliko potenciala, ki ga želi izkoristiti.

Reference

1. Alberts, b., & Bray, D. (2006). Uvod v celično biologijo. Ed. Pan -american Medical.
2. Bravo, l. H. In. (2001). Priročnik za laboratorij za rastlinsko morfologijo. Bib. Orton iica/catie.
3. Curtis, h., & Schnek, a. (2006). Povabilo k biologiji. Ed. Pan -american Medical.
4. Gutiérrez, m. Do. (2000). Biomehanika: fizika in fiziologija (Ne. 30). Uredništvo CSIC-CSIC Press.
5. Raven, str. H., EVERT, R. F., & Eichhorn, s. In. (1992). Rastlinska biologija (Vol. 2). Sem se obrnil.
6. Rodríguez, npr. V. (2001). Fiziologija za proizvodnjo tropskih pridelkov. Uredništvo Univerza v Kostariki.
7. Taiz, l., & Zeiger in. (2007). Zelenjavna fiziologija. Univerza Jaume i.