HEMICELIULIOZĖ: KLASIFIKACIJA, STRUKTŪRA, BIOSINTEZĖ IR FUNKCIJOS - BIOLOGIJA - 2025

Hemiceliuliozė yra terminas, naudojamas žymėti labai įvairią polisacharidų, esančių daugelio augalų ląstelių sienelėse, grupę, kuri sudaro daugiau nei trečdalį minėtų struktūrų biomasės.

Koncepciją pasiūlė Johanas Heinrichas Schulze, norėdamas išskirti polisacharidus, išskyrus krakmolą, kartu su celiulioze, kurie buvo ekstrahuojami iš aukštesnių augalų ląstelių sienelių naudojant šarminius tirpalus.

Xilano, hemiceliuliozės, molekulinės struktūros grafinis vaizdas (Šaltinis: Yikrazuul per Wikimedia Commons)

Šie polisacharidai yra sudaryti iš gliukano skeletų, sujungtų β-1,4 ryšiais, turinčiais skirtingus glikozilintus pakaitus ir galinčius sąveikauti tarpusavyje ir su celiuliozės pluoštais per vandenilinius ryšius (nekovalentinės sąveikos).

Skirtingai nuo celiuliozės, iš kurios susidaro sandariai supakuoti mikropluoštai, hemiceliuliozės turi gana amorfiškas struktūras, kurios tirpsta vandeniniuose tirpaluose.

Kadangi daugiau kaip trečdalis sausų augalų ląstelių masės atitinka hemiceliuliozes, šiuo metu yra didelis susidomėjimas biodegalų ir kitų cheminių junginių gamyba perdirbant šiuos polisacharidus.

Klasifikacija ir struktūra

Hemiceliuliozės šiuo metu yra suskirstytos į keturias struktūriškai skirtingas molekules: ksilanus, D-žmogaus-glikanus, β-gliukanus ir ksiloglikanus. Šių trijų tipų hemiceliuliozės turi skirtingus pasiskirstymo ir lokalizacijos modelius, taip pat kitus svarbius skirtumus.

Ksilanas

Jie yra pagrindiniai hemiceliulocitiniai komponentai, esantys dviskilčių augalų antrinėse ląstelių sienose. Jie sudaro daugiau kaip 25% sumedėjusių ir žolinių augalų biomasės ir apie 50% kai kurių vienaląsčių augalų rūšių.

Ksilanai yra heteropolimerai, sudaryti iš D-ksilopiranozės, sujungtos β-1,4 ryšiais, ir kurie gali turėti trumpus šakas. Ši grupė yra padalinta į homoksilanus ir heteroksilanus, tarp kurių yra gliukuronoksilanai ir kiti sudėtingi polisacharidai.

Šios molekulės gali būti išskirtos iš įvairių augalų šaltinių: iš linų sėmenų pluošto, iš runkelių minkštimo, iš cukranendrių išspaudų, iš kviečių sėlenų ir kitų.

Jo molekulinė masė gali labai skirtis, priklausomai nuo ksilano rūšies ir augalų rūšies. Gamtoje randamas diapazonas paprastai svyruoja nuo 5000 g / mol iki daugiau nei 350 000 g / mol, tačiau tai labai priklauso nuo hidratacijos laipsnio ir kitų veiksnių.

D-rankų glikanai

Šio tipo polisacharidai randami aukštesniuose augaluose galaktomannanų ir gliukomanano pavidalu, kuriuos sudaro tiesinės D-mannopiranozės grandinės, sujungtos β-1,4 ryšiais, ir D-mannopiranozės ir D-gliukopiranozės liekanos, sujungtos β jungtimis. -1,4, atitinkamai.

Abiejų tipų rankiniai glikanai gali turėti D-galaktopiranozės liekanas, pritvirtintas prie molekulės stuburo skirtingose ​​vietose.

Galaktomannanai randami kai kurių riešutų ir datulių endosperme, jie netirpsta vandenyje ir yra panašios struktūros kaip celiuliozė. Kita vertus, gliukomananas yra pagrindiniai minkštųjų medžių ląstelių sienelių hemiceliulocitiniai komponentai.

β-gliukanai

Gliukanai yra javų grūdų hemiceliulocitiniai komponentai ir dažniausiai randami žolėse ir poaceae. Šiuose augaluose β-gliukanai yra pagrindinės molekulės, susijusios su celiuliozės mikropluoštais ląstelių augimo metu.

Jos struktūra yra tiesinė ir susideda iš gliukopiranozės liekanų, sujungtų per mišrius β-1,4 (70%) ir β-1,3 (30%) ryšius. Grūdų molekulinis svoris svyruoja nuo 0,065 iki 3 x 10 e6 g / mol, tačiau, atsižvelgiant į rūšis, kuriose jie tiriami, yra skirtumų.

Ksiloglikanai

Šis hemiceliulocitinis polisacharidas randamas aukštesniuose augaluose ir yra viena gausiausių ląstelių sienelių struktūrinių medžiagų. Dviskilčių angiospermose jis sudaro daugiau kaip 20% sienelės polisacharidų, o žolėse ir kituose vienaląsčiuose - iki 5%.

Ksiloglikanai sudaryti iš į celiuliozę panašaus skeleto, sudaryto iš gliukopiranozės vienetų, sujungtų β-1,4 ryšiais, kurie per savo anglis 6-oje vietoje yra sujungti su α-D-ksilopiranozės likučiais.

Šie polisacharidai yra sandariai sujungti su ląstelės sienos celiuliozės mikropluoštais per vandenilio ryšius, taip prisidedant prie celiulocitų tinklo stabilizacijos.

Biosintezė

Dauguma membranų polisacharidų yra sintetinami iš labai specifinių aktyvuotų nukleotidų cukrų.

Šiuos cukrų naudoja glikoziltransferazės fermentai Golgi komplekse, atsakingi už glikozidinių ryšių susidarymą tarp monomerų ir nagrinėjamo polimero sintezę.

Ksilogikanų celiulocitų skeletas yra sintezuojamas baltymų, atsakingų už celiuliozės sintezę, šeimos narių, užkoduotų CSLC genetinės šeimos.

funkcijos

Kaip jo sudėtis skiriasi priklausomai nuo tiriamų augalų rūšių, taip pat ir hemiceliuliozės funkcijos. Pagrindiniai iš jų yra:

Biologinės funkcijos

Formuojant augalų ir kitų organizmų ląstelių sieneles su ląstelėmis, panašiomis į augalų ląsteles, skirtingos klasės hemiceliuliozės atlieka esmines funkcijas struktūriniuose reikaluose, nes jos gali nekovalentiškai susieti su celiulioze.

Ksilanas, viena iš hemiceliuliozės rūšių, ypač svarbus sukietėjant kai kurių augalų rūšių antrinėms ląstelių sienelėms.

Kai kuriose augalų rūšyse, tokiose kaip tamarindas, sėklos, o ne krakmolas, kaupia ksiloglukanus, kurie mobilizuojami dėl ląstelių sienelėje esančių fermentų veikimo. Tai įvyksta daiginimo metu, kai energija tiekiama į embrioną, esantį ląstelėse. sėkla.

Funkcijos ir komercinė svarba

Sėklose, tokiose kaip tamarindas, laikomos hemiceliuliozės yra komerciškai naudojamos gaminti priedus, kurie naudojami maisto pramonėje.

Šių priedų pavyzdžiai yra "tamarindo guma" ir "guma" guaro "arba" guaro "(išgauta iš ankštinių augalų rūšies).

Kepinių pramonėje arabinoksilanai gali paveikti gautų produktų kokybę, lygiai taip pat, kaip dėl būdingo klampumo jie taip pat daro įtaką alaus gamybai.

Tam tikrų rūšių celiuliozės buvimas kai kuriuose augalų audiniuose gali labai paveikti šių audinių naudojimą biodegalų gamybai.

Paprastai norint pašalinti šiuos trūkumus, įpilama hemiceliuliozės fermentų. Atsiradus molekulinei biologijai ir kitiems labai naudingiems metodams, kai kurie tyrėjai kuria transgeninius augalus, gaminančius specifines hemiceliuliozės rūšis.

Nuorodos

1. Ebringerová, A., Hromádková, Z., & Heinze, T. (2005). Hemiceliuliozė. Adv. Polimas. Mokslas, 186, 1–67.
2. Pauly, M., Gille, S., Liu, L., Mansoori, N., de Souza, A., Schultink, A., & Xiong, G. (2013). Hemiceliuliozės biosintezė. Planas, 1–16.
3. Saha, BC (2003). Hemiceliuliozės biokonversija. J Ind Microbiol Biotechnol, 30, 279-291.
4. Schelleris, HV, ir Ulvskovas, P. (2010). Hemiceliuliozės. Annu. Augalas. Fiziolis. , 61, 263–289.
5. Wyman, CE, Decker, SR, Himmel, ME, Brady, JW, & Skopec, CE (2005). Celiuliozės ir hemiceliuliozės hidrolizė.
6. Yang, H., Yan, R., Chen, H., Ho Lee, D., ir Zheng, C. (2007). Hemiceliuliozės, celiuliozės ir lignino pirolizės ypatybės. Degalai, 86, 1781–1788.