Lignine structuur, functies, extracuratie, afbraak, gebruik

De Lignina (Term van het Latijn Lignum, wat betekent brandhout of hout) is een polymeer van vasculaire planten van drie -dimensionaal, amorf en complexe structuur. In planten dient het als een "cement" dat kracht en weerstand geeft tegen plantenstammen, stammen en andere structuren.

Het bevindt zich voornamelijk op de celwand en beschermt het tegen mechanische en pathogene krachten, ook in een klein deel in de cel. Heeft chemisch een breed scala aan actief centrum waarmee ze kunnen communiceren met andere verbindingen. Binnen deze gemeenschappelijke functionele groepen hebben we onder andere fenolische, alifatische, metaxyls.

Mogelijk ligninemodel. Bron: Echte naam: Karol Głbpl.Wiki: Karol007Commons: Karol007e-Mail: Kamikaze007 (AT) Tlen.PL [CC BY-SA 3.0 (http: // creativeCommons.Org/licenties/by-sa/3.0/]]

Omdat lignine een zeer complex en divers drie -dimensionaal netwerk is, is de structuur van het molecuul niet met zekerheid opgehelderd. Het is echter bekend dat het een polymeer is gevormd met conifyl -alcohol en andere fenylpropanoïde verbindingen afgeleid van fenylalanine- en tyrosine -aromatische aminozuren.

De polymerisatie van de monomeren die het vormen, varieert afhankelijk van de soort, en doet dit niet herhaaldelijk en voorspelbaar als andere overvloedige polymeren van groenten (zetmeel of cellulose).

Tot nu toe zijn er alleen hypothetische modellen van het lignine -molecuul, en voor hun studie in het laboratorium gebruiken ze meestal synthetische varianten.

De vorm van lignine -extractie is complex, omdat het is gekoppeld aan andere wandcomponenten en zeer heterogeen is.

[TOC]

Ontdekking

De eerste persoon die de aanwezigheid van lignine meldde, was de wetenschapper van Zwitserland tot. P. De Candolle, die zijn fundamentele chemische en fysische eigenschappen beschreef en de term "lignina" bedacht.

Hoofdkenmerken en structuur

Lignine is het tweede meest voorkomende organische molecuul in planten na cellulose, meerderheidscomponent van groentecelwanden. Elk jaar produceren planten 20 × 10⁹ tonnen lignine. Ondanks zijn overvloed is zijn studie echter vrij beperkt geweest.

Een aanzienlijk deel van alle lignine (ongeveer 75%) bevindt zich op de celwand, nadat de structuur van cellulose (ruimtelijk sprekend) culmineert. Lignine -plaatsing wordt lignificatie genoemd en dit valt samen met celdood -gebeurtenissen.

Het is een optisch inactief polymeer, onoplosbaar in zure maar oplossingen in sterke basen, zoals natriumhydroxide en vergelijkbare chemische verbindingen.

Moeilijkheden bij de extractie en karakterisering van lignine

Verschillende auteurs beweren dat er een aantal technische problemen zijn met betrekking tot de extractie van lignine, een feit dat de studie van de structuur ervan bemoeilijkt.

Kan u dienen: zwarte mangrove: kenmerken, taxonomie, habitat en gebruik

Naast de technische moeilijkheden is het molecuul covalent gekoppeld aan de cellulose en de rest van de polysachariden die de celwand vormen. Bij bijvoorbeeld hout en andere lignified structuren (zoals stengels) is lignine bijvoorbeeld sterk geassocieerd met cellulose en hemicellulose.

Ten slotte is het polymeer extreem variabel tussen planten. Om deze genoemde redenen is het gebruikelijk dat synthetische lignine wordt gebruikt voor de studie van het molecuul in de laboratoria.

Meer gebruikte extractiemethoden

De overgrote meerderheid van de methoden voor lignine -extractie wijzigt de structuur ervan, waardoor het onderzoek wordt voorkomen. Van alle bestaande methoden lijkt het belangrijkste de kraft te zijn. Tijdens de procedure wordt lignine gescheiden van koolhydraten met een basisoplossing van natriumhydroxide en natriumsulfide in verhoudingen 3: 1.

Het isolatieproduct is dus een donkerbruin poeder vanwege de aanwezigheid van fenolverbindingen, waarvan de gemiddelde dichtheid 1,3 tot 1,4 g/cm is³.

Monomeren afgeleid van fenylpropanoïden

Ondanks deze methodologische conflicten is het bekend dat het lignine -polymeer voornamelijk wordt gevormd door drie fenylpropanoïde derivaten: conifyl-, sumopyl- en synapylalcoholen. Deze verbindingen worden gesynthetiseerd op basis van aromatische aminozuren genaamd fenylalanine en tyrosine.

De totale samenstelling van het lignine -netwerk wordt bijna volledig gedomineerd door de genoemde verbindingen, aangezien beginnende eiwitconcentraties zijn gevonden.

Het aandeel van deze drie eenheden van fenylpropanoïden is variabel en hangt af van de bestudeerde plantensoort. Het is ook mogelijk om variaties te vinden in de verhoudingen van de monomeren binnen de organen van dezelfde persoon of in de verschillende lagen van de celwand.

Drie -dimensionale structuur van lignine

Het hoge aandeel koolstof-koolstof- en koolstofoxygen-koolstofbindingen genereert een zeer vertakte driedimensionale structuur.

In tegenstelling tot andere polymeren die we in overvloed vinden in groenten (zoals zetmeel of cellulose), polymeriseren lignine -monomeren niet op een repetitieve en voorspelbare manier.

Hoewel de vereniging van deze structurerende blokken lijkt te worden geleid door stochastische krachten, hebben recent onderzoek aangetoond dat een eiwit polymerisatie lijkt te bemiddelen en een grote repetitieve eenheid vormt.

Functie

Hoewel lignine geen alomtegenwoordig onderdeel is van alle planten, vervult het zeer belangrijke functies die verband houden met bescherming en groei.

Het kan u van dienst zijn: 14 planten die in Peru uitsterven

Ten eerste is het verantwoordelijk voor het beschermen van hydrofiele componenten (cellulose en hemicellulose) die niet de typische stabiliteit en stijfheid van lignine hebben.

Zoals uitsluitend aan de buitenkant wordt gevonden, dient het als een beschermingsmantel tegen vervorming en compressie, waardoor cellulose verantwoordelijk is voor spanningsweerstand.

Wanneer de wandcomponenten nat worden, verliezen ze mechanische weerstand. Om deze reden is de aanwezigheid van lignine noodzakelijk met de waterdichte component. Er is aangetoond dat de experimentele vermindering van het percentage lignine in hout gerelateerd is aan de vermindering van de mechanische eigenschappen van hetzelfde.

Lignin -bescherming strekt zich ook uit tot mogelijke biologische middelen en micro -organismen. Dit polymeer voorkomt de penetratie van enzymen die vitale celcomponenten kunnen afbreken.

Het speelt ook een fundamentele rol bij de modulatie van vloeibaar transport naar alle plantenstructuren.

Synthese

De vorming van lignine begint met een reactie van deaminatie van aminozuren fenylalanine of tyrosine. De chemische identiteit van het aminozuur is niet erg relevant, omdat de verwerking van beide tot dezelfde verbinding leidt: 4-hydroxycinamaat.

Deze verbinding wordt onderworpen aan een reeks chemische reacties van hydroxylering, overdracht van metilumgroepen en reductie van de carboxylgroep tot het verkrijgen van een alcohol.

Wanneer de drie voorlopers van de in de vorige paragraaf genoemde lignine zijn gevormd, wordt aangenomen dat ze worden geoxideerd in vrije radicalen, om actieve centra te creëren om het polymerisatieproces te bevorderen.

Ongeacht de door de Unie bevordering van de kracht, monomeren met elk.

Degradatie

Chemische afbraak

Vanwege de chemische kenmerken van het molecuul is lignine oplosbaar in waterige basisoplossingen en hete bisulfiet.

Fungi gemedieerde enzymatische afbraak

De afbraak van lignine gemedieerd door de aanwezigheid van schimmels is uitgebreid bestudeerd door biotechnologie voor de gebleekte en behandeling van de overblijfselen die worden geproduceerd na de vervaardiging van papier, onder andere toepassingen.

Fungi die in staat zijn om lignine te afbreken, worden witte schimmels genoemd, die contrasteren met de schimmels van bruine rot die cellulosemoleculen aanvallen en dergelijke. Deze schimmels zijn een heterogene groep en de meest prominente vertegenwoordiger is de soort Phanoochaete chrysosporium.

Door oxidatiereacties - indirect en willekeurig - worden de links die de monomeren behouden geleidelijk verbroken.

Kan u van dienst zijn: Quercus Roundifolia: kenmerken, habitat, distributie, gebruik

De werking van schimmels die lignine aanvallen, vertrekt als een grote verscheidenheid aan fenolverbindingen, zuren en aromatische alcoholen. Sommige verspilling kan worden gemineraliseerd, terwijl anderen humusstoffen produceren.

De enzymen die dit afbraakproces uitvoeren, moeten extracellulair zijn, omdat lignine niet is gekoppeld door middel van hydrolyseerbare bindingen.

Lignine in spijsvertering

Voor herbivoren is lignine een vezelige component van planten die niet verteerbaar is. Dat wil zeggen, het wordt niet aangevallen door de typische enzymen van de spijsvertering of door de micro -organismen die in de dikke darm leven.

In termen van voeding draagt ​​het alles bij aan het organisme dat het verbruikt. In feite kan het percentage verteerbaarheid van andere voedingsstoffen afnemen.

Toepassingen

Volgens sommige auteurs, hoewel landbouwafval kan worden verkregen in bijna onuitputtelijke hoeveelheden, is er tot nu toe geen belangrijke toepassing voor het polymeer in kwestie.

Hoewel lignine sinds het einde van de 19e eeuw is bestudeerd, hebben complicaties met betrekking tot de verwerking ervan zijn management belemmerd. Andere bronnen suggereren echter dat lignine kan worden benut en verschillende potentiële toepassingen kan voorstellen, Op basis van de stijfheid en sterkte -eigenschappen die we hebben besproken.

Een reeks houtverzetters wordt momenteel ontwikkeld op basis van lignine in combinatie met een reeks verbindingen, om het te beschermen tegen schade veroorzaakt door biotische en abiotische middelen.

Het kan ook een ideale stof zijn voor het bouwen van isolatoren, zowel thermisch als akoestisch.

Het voordeel van het opnemen van lignine in de industrie is de lage kosten en het mogelijke gebruik ervan als vervanging voor de eerste kwestie ontwikkeld door fossiele brandstoffen of andere petrochemische hulpbron. Lignine is dus een polymeer met veel potentieel dat probeert te worden uitgebuit.

Referenties

1. Alberts, B., & Bray, D. (2006). Inleiding tot celbiologie. ED. Pan -American Medical.
2. Bravo, l. H. EN. (2001). Plantmorfologie Laboratoriumhandleiding. Slabbetje. Orton Iica/Catie.
3. Curtis, h., & Schnek, een. (2006). Uitnodiging voor de biologie. ED. Pan -American Medical.
4. Gutiérrez, m. NAAR. (2000). Biomechanica: natuurkunde en fysiologie (Nee. 30). Redactionele CSIC-CSIC-pers.
5. Raven, p. H., Evert, r. F., & Eichhorn, s. EN. (1992). Plantenbiologie (Vol. 2). Ik heb omgekeerd.
6. Rodríguez, E. V. (2001). Fysiologie voor de productie van tropische gewassen. Redactionele Universiteit van Costa Rica.
7. Taiz, l., & Zeiger, en. (2007). Groentefysiologie. Universiteit Jaume I.