Hemicellulose -classificatie, structuur, biosynthese, functies

Hemicellulose Het is een term die wordt gebruikt om een ​​zeer diverse groep polysachariden in de celwanden van veel planten aan te duiden en die meer dan een derde van de biomassa van deze structuren vertegenwoordigen.

Het concept werd voorgesteld door Johann Heinrich Schulze om de andere polysachariden dan het zetmeel aan te duiden en in samenhang met cellulose die uit de celwanden van de bovenste planten werden verwijderd door het gebruik van alkalische oplossingen.

Grafische weergave van de moleculaire structuur van de xylano, een hemicellulose (bron: yikrazuul [public domein] via wikimedia commons)

Deze polysachariden zijn samengesteld uit glucan-skeletten verenigd door β-1,4-bindingen die verschillende geglycosyleerde substituenten hebben en die in staat zijn om met elkaar te interageren en met cellulosevezels door waterstofbruggen (niet-covalente interacties).

In tegenstelling tot cellulose, die sterk verpakte microvezels vormt, hebben Hemicellulius nogal amorfe structuren, die oplosbaar zijn in waterige oplossingen.

Aangezien meer dan een derde van het droge gewicht van plantencellen overeenkomt met hemicellul, bestaat er momenteel veel belangstelling over de productie van biobrandstoffen en andere chemische verbindingen door deze polysachariden te verwerken.

[TOC]

Classificatie en structuur

Hemicellul zijn momenteel verdeeld in vier soorten structureel verschillende moleculen: xylans, glycanos, β-glucanen en xyloglucanos. Deze drie soorten hemicellulose hebben verschillende verdeling en locatiepatronen, naast andere belangrijke verschillen.

Xilanos

Het zijn de belangrijkste hemicellulocytische componenten die aanwezig zijn in de secundaire celwanden van dicotyledonous planten. Ze vertegenwoordigen meer dan 25% van de biomassa van houtachtige en kruidachtige planten en ongeveer 50% in sommige monocotyledonous soorten.

De xylans zijn heteropolymeren samengesteld uit D-xylopylaese gekoppeld door β-1,4-bindingen en dat kan korte gevolgen hebben. Deze groep is onderverdeeld in homoxylans en heteroxyanen, waaronder glucoronoxylans en andere complexe polysachariden.

Kan u van dienst zijn: Populus

Deze moleculen kunnen worden geïsoleerd uit verschillende plantenbronnen: van de lijnzaadvezel, bietenpulp, suikerrietbagasse, tarwezemelen en anderen.

Het molecuulgewicht kan aanzienlijk variëren, afhankelijk van het type xylaan en de plantensoort. Het in de natuur gevonden bereik dekt meestal van 5.000 g/mol tot meer dan 350.000 g/mol, maar het hangt veel af van de mate van hydratatie en andere factoren.

D-man glycanen

Dit type polysacharide wordt gevonden in de bovenste planten in de vorm van Galactomanans en Glucomanans, die zijn samengesteld uit lineaire ketens van d-manpopirosasen gekoppeld door β-1,4-bindingen en door residuen van D-Manpopylas en D-glucopopirans verenigd door β β -links door respectievelijk β β -links -1,4.

Beide soorten glycano's kunnen residuen van D-Galatopiranosa verenigd zijn tot het hoofdskelet van het molecuul in verschillende posities.

Galactomanan. Glucomanans daarentegen zijn de belangrijkste hemicellulocytische componenten van zachte houten celwanden.

β-Glucanen

Glucans zijn de hemicellulocytische componenten van granen en zijn voornamelijk in grassen en poaceae in het algemeen. In deze planten zijn β-glucanen de belangrijkste moleculen geassocieerd met cellulosemicrovezels tijdens celgroei.

De structuur is lineair en bestaat uit verenigde glucopofaanresiduen door gemengde β-1,4 (70%) en β-1,3 (30%) gemengde links (30%) (30%). De molecuulgewichten gerapporteerd voor granen variëren tussen 0.065 tot 3 x 10e6 g/mol, maar er zijn verschillen gerelateerd aan de soort waar ze worden bestudeerd.

Xiloglucanos

Dit hemicellulocytische polysacharide wordt gevonden in de bovenste planten en is een van de meest voorkomende structurele materialen van celwanden. In dicotyledonous angiospermen vertegenwoordigt het meer dan 20% van de wandpolysacchariden, terwijl in grassen en andere monocotyledons het tot 5% vertegenwoordigt.

Kan u dienen: plantenlevenscyclus: fasen en hun kenmerken

Xiloglucanos zijn samengesteld uit een skelet vergelijkbaar met dat van cellulose, samengesteld uit glucopyraneuze eenheden gekoppeld door β-1,4-bindingen, die gekoppeld is aan a-D-xylopyraneuze residuen door zijn koolstof in positie 6.

Deze polysachariden binden nauw binden aan cellulosemicrovezels van de celwand door waterstofbruggen, wat bijdraagt ​​aan de stabilisatie van het cellulocytische netwerk.

Biosynthese

De meeste membraanpolysachariden worden gesynthetiseerd uit zeer specifieke geactiveerde nucleotidesuikers.

Deze suikers worden gebruikt door glycosyltransferase -enzymen in het Golgi -complex, verantwoordelijk voor de vorming van glucosidebanden tussen monomeren en de synthese van het polymeer in kwestie.

Het xyloglucan -cellulocytische skelet wordt gesynthetiseerd door leden van de familie van eiwitten die verantwoordelijk zijn voor cellulose -synthese, gecodeerd door de CSLC -genetische familie.

Functie

Evenals de samenstelling ervan varieert afhankelijk van de bestudeerde plantensoort, ook de functies van Hemicellulius. De belangrijkste zijn:

Biologische functies

In de vorming van de celwand van planten en andere organismen met cellen vergelijkbaar met plantencellen, vervullen de verschillende soorten hemicellous essentiële functies in structurele zaken dankzij hun vermogen om niet covalent te associëren met cellulose.

De Xilanos, een van de soorten hemicellul, zijn vooral belangrijk in de verharding van de secundaire celwanden ontwikkeld door sommige plantensoorten.

In sommige plantensoorten zoals tamarinde bewaren zaden, in plaats van zetmeel, xyloglucanen die worden gemobiliseerd dankzij de werking van de enzymen die aanwezig zijn in de celwand en dit gebeurt tijdens kiemprocessen, waarbij energie wordt geleverd aan het embryo in het zaad.

Kan u van dienst zijn: 13 uitgestorven schimmels en de kenmerken ervan

Commerciële functies en belang

Hemicellulose opgeslagen in zaden zoals tamarinde worden commercieel geëxploiteerd voor de productie van additieven die in de voedingsindustrie worden gebruikt.

Voorbeeld van deze additieven zijn Tamarindo's Rubber "en de" "Guar" of "Guaran" rubber (geëxtraheerd uit een soort peulvruchten).

In de bakker -industrie kan de aanwezigheid van Arabinoxyans de kwaliteit van de verkregen producten beïnvloeden, op dezelfde manier dat ze, vanwege de karakteristieke viscositeit, ook van invloed zijn op de bierproductie.

De aanwezigheid van een bepaald type cellulose in sommige plantenweefsels kan het gebruik van deze weefsels voor de productie van biobrandstof aanzienlijk beïnvloeden.

Meestal is de toevoeging van hemicellulous enzymen een gebruikelijke praktijk om deze ongemakken te overwinnen. Maar met de komst van moleculaire biologie en andere zeer nuttige technieken, werken sommige onderzoekers aan het ontwerp van transgene planten die specifieke soorten hemicellulose produceren.

Referenties

1. Ebringerová, a., Hromádková, Z., & Heinze, t. (2005). Hemicellulose. Adv. Polym. Sci., 186, 1-67.
2. Pauly, m., Gille, s., Liu, l., Mansoori, n., Souza, aan., Schultink, een., & Xiong, g. (2013). Hemicellulose biosynthese. Plant, 1-16.
3. Saha, B. C. (2003). Hemicellulose bioconversie. J indic Microbiol Biotechnol, 30, 279-291.
4. Scheller, h. V., & Ulvskov, p. (2010). Hemicellulosses. Annu. Revisie. Plant. Fysiol., 61, 263-289.
5. Wyman, c. EN., Decker, s. R., Himmel, m. EN., Brady, J. W., & Sklopec, c. EN. (2005). Hydrolyse van cellulose en hemicellulose.
6. Yang, h., Yan, r., Chen, h., Ho Lee, D., & Zheng, c. (2007). Kenmerken van hemicellulose, cellulose en lignine pyrolyse. Brandstof, 86, 1781-1788.