LIGNINAS: STRUKTŪRA, FUNKCIJOS, EKSTRAHAVIMAS, SKAIDYMAS, PANAUDOJIMAS - BIOLOGIJA - 2025

Lignino (iš Lotynų trukmės kvapiosios, tai reiškia, medienos arba medienos) yra polimeras pati kraujagyslių augalai matmenų, amorfinis ir sudėtinga struktūra. Augaluose jis tarnauja kaip „cementas“, suteikiantis stiprumo ir atsparumo augalų stiebams, kamienams ir kitoms konstrukcijoms.

Jis daugiausia yra ląstelės sienelėje ir apsaugo jį nuo mechaninių jėgų ir patogenų, taip pat mažoje jo dalyje yra ląstelės viduje. Chemiškai jis turi daugybę aktyvių centrų, leidžiančių jiems sąveikauti su kitais junginiais. Šiose bendrose funkcinėse grupėse, be kitų, yra fenolio, alifatinių, metoksi hidroksilai.

Galimas lignino modelis. Šaltinis: tikrasis vardas: Karolis Głąbpl.wiki: Karol007dažnai: Karol007e el. Paštas: kamikaze007 (at) tlen.pl

Kadangi ligninas yra labai sudėtingas ir įvairus trijų dimensijų tinklas, molekulės struktūra nebuvo tiksliai apibrėžta. Tačiau žinoma, kad tai polimeras, sudarytas iš spygliuočių alkoholio ir kitų fenilpropanoidų junginių, gautų iš aromatinių aminorūgščių fenilalanino ir tirozino.

Tai sudarančių monomerų polimerizacija skiriasi priklausomai nuo rūšies, o tai nedaroma pasikartojančiu ir nuspėjamu būdu, kaip ir kiti gausūs daržovių polimerai (krakmolas ar celiuliozė).

Kol kas yra tik hipotetiniai lignino molekulės modeliai, o tyrimui laboratorijoje jie dažniausiai naudoja sintetinius variantus.

Lignino ekstrahavimo būdas yra sudėtingas, nes jis yra sujungtas su kitais sienos komponentais ir yra labai nevienalytis.

Atradimas

Pirmasis asmuo, pranešęs apie lignino buvimą, buvo Šveicarijoje gimęs mokslininkas AP de Candolle, kuris aprašė pagrindines jo chemines ir fizikines savybes ir sukūrė terminą „ligninas“.

Pagrindinės charakteristikos ir struktūra

Ligninas yra antra gausiausia augalų organinė molekulė po celiuliozės, didžioji dalis augalų ląstelių sienelių. Kiekvienais metais augalai gamina 20 × 10 ⁹ tonų lignino. Tačiau nepaisant gausos, jo tyrimas buvo gana ribotas.

Po celiuliozės struktūros kulminacijos (erdviniu požiūriu) nemaža viso lignino dalis (maždaug 75%) yra ląstelės sienelėje. Lignino išsidėstymas vadinamas lignifikacija ir tai sutampa su ląstelių mirties įvykiais.

Tai yra optiškai neaktyvus polimeras, netirpus rūgštiniuose tirpaluose, bet tirpus stipriose bazėse, tokiose kaip natrio hidroksidas ir panašūs cheminiai junginiai.

Lignino ekstrahavimo ir apibūdinimo sunkumai

Įvairūs autoriai teigia, kad yra daugybė techninių sunkumų, susijusių su lignino gavyba, o tai apsunkina jo struktūros tyrimą.

Be techninių sunkumų, molekulė kovalentiškai jungiasi su celiulioze ir likusiais polisacharidais, kurie sudaro ląstelės sienelę. Pavyzdžiui, medienoje ir kitose lignifikuotose struktūrose (tokiose kaip stiebai) ligninas yra stipriai susijęs su celiulioze ir hemiceliulioze.

Galiausiai, polimeras yra labai skirtingas tarp augalų. Dėl šių paminėtų priežasčių įprasta, kad sintetinis ligninas yra naudojamas molekulės tyrimams laboratorijose.

Labiausiai naudojami ekstrahavimo metodai

Didžioji dauguma lignino ekstrahavimo metodų keičia jo struktūrą ir neleidžia jo tirti. Iš visų egzistuojančių metodikų svarbiausia atrodo kraft. Procedūros metu ligninas yra atskirtas nuo angliavandenių baziniu natrio hidroksido ir natrio sulfido tirpalu santykiu 3: 1.

Taigi, dėl fenolio junginių, kurių vidutinis tankis yra nuo 1,3 iki 1,4 g / cm ³ , izoliacijos produktas yra tamsiai rudos spalvos milteliai .

Iš fenilpropanoidų gauti monomerai

Nepaisant šių metodologinių prieštaravimų, žinoma, kad lignino polimerą daugiausia sudaro trys fenilpropanoido dariniai: spygliuočių, kumaro ir sinapilai. Šie junginiai sintetinami iš aromatinių aminorūgščių, vadinamų fenilalaninu ir tirozinu.

Minėtuose junginiuose beveik visiškai dominuoja bendroji lignino struktūros sudėtis, nes buvo nustatyta pradinė baltymų koncentracija.

Šių trijų fenilpropanoido vienetų dalis yra kintama ir priklauso nuo tiriamų augalų rūšių. Taip pat galima rasti monomerų proporcijų variacijas to paties individo organuose arba skirtinguose ląstelės sienos sluoksniuose.

Trimatė lignino struktūra

Didelis anglies-anglies ir anglies-deguonies-anglies jungčių santykis sukuria labai išsišakojusią trimatę struktūrą.

Skirtingai nuo kitų polimerų, kurių gausu daržovėse (pavyzdžiui, krakmolo ar celiuliozės), lignino monomerai nesimetrizuoja pasikartojančiu ir nuspėjamu būdu.

Nors atrodo, kad šių statybinių elementų surišimą lemia stochastinės jėgos, naujausi tyrimai parodė, kad baltymas tarpininkauja polimerizacijai ir sudaro didelį pasikartojantį vienetą.

funkcijos

Nors ligninas nėra visur esantis visų augalų komponentas, jis atlieka labai svarbias funkcijas, susijusias su apsauga ir augimu.

Visų pirma, ji yra atsakinga už hidrofilinių komponentų (celiuliozės ir hemiceliuliozės), kurie neturi tipiško lignino stabilumo ir tvirtumo, apsaugą.

Kadangi jis randamas tik išorėje, jis tarnauja kaip apsauginis apvalkalas nuo iškraipymų ir suspaudimo, paliekant celiuliozės atsakomybę už tempimą.

Kai sienos komponentai sušlapę, jie praranda mechaninį stiprumą. Dėl šios priežasties būtina naudoti ligniną su vandeniui atspariu komponentu. Įrodyta, kad eksperimentinis lignino procentinės dalies sumažėjimas medienoje yra susijęs su jų mechaninių savybių sumažėjimu.

Lignino apsauga taip pat taikoma galimiems biologiniams veiksniams ir mikroorganizmams. Šis polimeras neleidžia įsiskverbti fermentams, galintiems suardyti gyvybiškai svarbius ląstelių komponentus.

Jis taip pat vaidina pagrindinį vaidmenį keičiant skysčio transportavimą į visas augalo struktūras.

Sintezė

Lignino susidarymas prasideda aminorūgščių fenilalanino arba tirozino deaminacijos reakcija. Cheminė aminorūgšties tapatybė nėra labai svarbi, nes apdorojant abu junginius gaunamas tas pats junginys: 4-hidroksicinamatas.

Šis junginys yra veikiamas daugybės cheminių reakcijų, susijusių su hidroksilinimu, metilo grupių perkėlimu ir karboksilo grupės redukcija, kol gaunamas alkoholis.

Kai bus suformuoti trys ankstesniame skyriuje paminėti lignino pirmtakai, manoma, kad jie yra oksiduojami į laisvuosius radikalus, kad būtų sukurti aktyvūs centrai, skatinantys polimerizacijos procesą.

Nepriklausomai nuo jėgos, kuri skatina sąjungą, monomerai tarpusavyje kovalentiniais ryšiais sukuria sudėtingą tinklą.

Degradacija

Cheminis skilimas

Dėl cheminių molekulės savybių ligninas tirpsta vandeninių bazių ir karšto bisulfito tirpaluose.

Grybelinis fermentinis skilimas

Lignino skilimas, kurį sukelia grybeliai, buvo plačiai ištirtas biotechnologijomis, kad būtų galima balinti ir apdoroti likučius, pagamintus po popieriaus gamybos, be kitų naudojimo būdų.

Grybeliai, galintys skaidyti ligniną, yra vadinami baltojo puvinio grybais, kurie yra priešingai nei rudojo puvinio grybeliai, kurie puola celiuliozės molekules ir panašiai. Šie grybai yra nevienalytė grupė ir ryškiausias jų atstovas yra Phanarochaete chrysosporium rūšys.

Per oksidacijos reakcijas (netiesiogines ir atsitiktines) pamažu nutrūksta jungtys, kurios palaiko monomerus.

Grybelių, kurie puola ligniną, veikimas palieka daugybę fenolinių junginių, rūgščių ir aromatinių alkoholių. Kai kurie likučiai gali mineralizuotis, o kiti gamina humines medžiagas.

Fermentai, atliekantys šį skaidymo procesą, turi būti tarpląsteliniai, nes ligninas nėra susijęs su hidrolizuojamais ryšiais.

Ligninas virškinant

Žolėdžių gyvūnams ligninas yra pluoštinis augalų komponentas, kuris nėra virškinamas. Tai yra, jis nėra užpultas tipiškų virškinimo fermentų ar mikroorganizmų, kurie gyvena dvitaškyje.

Kalbant apie mitybą, tai nieko neprisideda prie organizmo, kuris jį vartoja. Tiesą sakant, tai gali sumažinti kitų maistinių medžiagų virškinimo procentą.

Programos

Kai kurių autorių teigimu, nors žemės ūkio liekanų galima gauti beveik neišsemiamais kiekiais, kol kas nėra svarbaus aptariamo polimero naudojimo būdo.

Nors ligninas buvo tiriamas nuo XIX amžiaus pabaigos, dėl jo perdirbimo atsirandančios komplikacijos apsunkino jo tvarkymą. Tačiau kiti šaltiniai rodo, kad ligniną galima naudoti, ir siūlo keletą galimų naudojimo būdų, remiantis mūsų aptariamomis standumo ir stiprumo savybėmis.

Šiuo metu kuriama medienos konservantų, kurių pagrindą sudaro ligninas, derinys su daugybe junginių, siekiant apsaugoti jį nuo biotinių ir abiotinių veiksnių daromos žalos.

Tai taip pat gali būti ideali medžiaga šiltinamiesiems ir garso izoliatoriams.

Lignino įtraukimo į pramonę pranašumas yra mažos sąnaudos ir galimas jo panaudojimas kaip žaliavos, pagamintos iš iškastinio kuro ar kitų naftos chemijos išteklių, pakaitalas. Taigi ligninas yra didelis potencialas polimeras, kuris siekia būti išnaudotas.

Nuorodos

1. Alberts, B., ir Bray, D. (2006). Įvadas į ląstelių biologiją. Panamerican Medical Ed.
2. Bravo, LHE (2001). Augalų morfologijos laboratorijos vadovas. Biblija Orton IICA / CATIE.
3. Curtis, H., ir Schnek, A. (2006). Kvietimas į biologiją. Panamerican Medical Ed.
4. Gutiérrez, MA (2000). Biomechanika: fizika ir fiziologija (Nr. 30). Redakcija CSIC-CSIC Press.
5. Raven, PH, Evert, RF ir Eichhorn, SE (1992). Augalų biologija (2 tomas). Aš atbuline eiga.
6. Rodríguez, EV (2001). Atogrąžų augalų auginimo fiziologija. Redakcinis Kosta Rikos universitetas.
7. Taizas, L., ir Zeigeris, E. (2007). Augalų fiziologija. Jaume'o I. universitetas