LIGNIN: STRUKTUR, FUNKSJONER, EKSTRAKSJON, NEDBRYTNING, BRUK - BIOLOGI - 2026

Den lignin (fra latinske ordet lignum, noe som betyr at tre eller tømmer) er en polymer som i seg selv karplanter dimensjonale, amorf og kompleks struktur. I planter fungerer det som en "sement" som gir styrke og motstand mot plantestengler, bagasjerom og andre strukturer.

Den er hovedsakelig lokalisert i celleveggen og beskytter den mot mekaniske krefter og patogener, og blir også funnet i en liten andel inne i cellen. Kjemisk har den et bredt utvalg av aktive sentre som lar dem samhandle med andre forbindelser. Innenfor disse vanlige funksjonelle gruppene har vi blant annet fenoliske, alifatiske metoksyhydroksyler.

Mulig modell av lignin. Kilde: ekte navn: Karol Głąbpl.wiki: Karol007commons: Karol007e-mail: kamikaze007 (at) tlen.pl

Fordi lignin er et svært komplekst og mangfoldig tredimensjonalt nettverk, har molekylets struktur ikke blitt belyst med sikkerhet. Imidlertid er det kjent å være en polymer dannet av coniferylalkohol og andre fenylpropanoidforbindelser avledet fra de aromatiske aminosyrene fenylalanin og tyrosin.

Polymerisasjonen av monomerer som utgjør den varierer avhengig av art, og gjør det ikke på en repeterende og forutsigbar måte som andre rikelige polymerer av grønnsaker (stivelse eller cellulose).

Så langt er det bare hypotetiske modeller av ligninmolekylet som er tilgjengelige, og for studiet i laboratoriet bruker de vanligvis syntetiske varianter.

Måten til ekstraksjon av lignin er kompleks, siden den er bundet med andre komponenter i veggen og er veldig heterogen.

Oppdagelse

Den første personen som rapporterte tilstedeværelsen av lignin var den sveitsiske fødte forskeren AP de Candolle, som beskrev dets grunnleggende kjemiske og fysiske egenskaper og myntet begrepet "lignin."

Hovedtrekk og struktur

Lignin er det nest rikeligste organiske molekylet i planter etter cellulose, hoveddelen av plantens cellevegger. Hvert år produserer plantene 20 × 10 ⁹ tonn lignin. Til tross for overflod har studien vært ganske begrenset.

En betydelig andel av alt lignin (ca. 75%) er lokalisert i celleveggen, etter at cellulosestrukturen kulminerer (romlig sett). Plassering av lignin kalles lignifisering, og dette faller sammen med hendelsene med celledød.

Det er en optisk inaktiv polymer, uoppløselig i syreoppløsninger, men løselig i sterke baser, for eksempel natriumhydroksyd og lignende kjemiske forbindelser.

Vansker ved ekstraksjon og karakterisering av lignin

Ulike forfattere hevder at det er en serie tekniske vanskeligheter knyttet til ekstraksjon av lignin, et faktum som kompliserer studiet av strukturen.

I tillegg til tekniske vanskeligheter er molekylet kovalent bundet til cellulose og resten av polysakkaridene som utgjør celleveggen. For eksempel, i tre og andre lignifiserte strukturer (som stengler), er lignin sterkt assosiert med cellulose og hemicellulose.

Til slutt er polymeren ekstremt variabel mellom planter. Av disse nevnte grunner er det vanlig at syntetisk lignin brukes til studier av molekylet i laboratorier.

Mest brukte ekstraksjonsmetoder

De aller fleste ligninekstraksjonsmetoder endrer strukturen og forhindrer undersøkelsen. Av alle de eksisterende metodikkene ser det ut til at kraft er kraftig. Under prosedyren skilles ligninet fra karbohydratene med en basisk løsning av natriumhydroksyd og natriumsulfid i 3: 1-proporsjoner.

Således er isolasjonsproduktet er et mørkebrunt pulver på grunn av tilstedeværelsen av fenoliske forbindelser, hvis gjennomsnittlige tetthet er 1.3 til 1,4 g / cm ³ .

Monomerer avledet fra fenylpropanoider

Til tross for disse metodologiske konfliktene, er det kjent at ligninpolymeren hovedsakelig består av tre fenylpropanoidderivater: bartrær, kumar og synapillisk alkohol. Disse forbindelsene syntetiseres med utgangspunkt i de aromatiske aminosyrene kalt fenylalanin og tyrosin.

Den totale sammensetningen av ligninrammen domineres nesten totalt av de nevnte forbindelser, siden begynnende konsentrasjoner av proteiner er funnet.

Andelen av disse tre fenylpropanoide enhetene er varierende og avhenger av de undersøkte planteartene. Det er også mulig å finne variasjoner i proporsjonene av monomerer i organene til samme individ eller i forskjellige lag av celleveggen.

Tredimensjonal struktur av lignin

Det høye forholdet mellom karbon-karbon og karbon-oksygen-karbonbindinger genererer en sterkt forgrenet tredimensjonal struktur.

I motsetning til andre polymerer som vi finner i overflod i grønnsaker (som stivelse eller cellulose), polymeriserer ikke ligninmonomerer på en repeterende og forutsigbar måte.

Selv om bindingen av disse byggesteinene ser ut til å være drevet av stokastiske krefter, har nyere forskning funnet ut at et protein ser ut til å formidle polymerisasjon og danner en stor repeterende enhet.

Egenskaper

Selv om lignin ikke er en allestedsnærværende komponent av alle planter, har den svært viktige funksjoner relatert til beskyttelse og vekst.

Først av alt er det ansvarlig for å beskytte de hydrofile komponentene (cellulose og hemicellulose) som ikke har den typiske stabiliteten og stivheten til lignin.

Ettersom den bare finnes på utsiden, fungerer den som en beskyttende kappe mot forvrengning og kompresjon, og lar cellulosen være ansvarlig for strekkfastheten.

Når veggkomponentene blir våte, mister de mekanisk styrke. Av denne grunn er tilstedeværelsen av lignin med den vanntette komponenten nødvendig. Det er vist at den eksperimentelle reduksjonen av andelen lignin i treet er relatert til reduksjonen av de mekaniske egenskapene til dette.

Beskyttelsen av lignin strekker seg også til mulige biologiske midler og mikroorganismer. Denne polymer forhindrer penetrering av enzymer som kan bryte ned viktige cellulære komponenter.

Det spiller også en grunnleggende rolle i å modulere transport av væske til alle anleggets strukturer.

syntese

Dannelsen av lignin begynner med en deamineringsreaksjon av aminosyrene fenylalanin eller tyrosin. Den kjemiske identiteten til aminosyren er lite relevant, siden behandlingen av begge fører til den samme forbindelsen: 4-hydroksykinnamat.

Denne forbindelsen underkastes en serie kjemiske reaksjoner av hydroksylering, overføring av metylgrupper og reduksjon av karboksylgruppen inntil en alkohol er oppnådd.

Når de tre ligninforløpere nevnt i forrige seksjon er blitt dannet, antas det at de oksideres til frie radikaler for å skape aktive sentre for å fremme polymerisasjonsprosessen.

Uavhengig av hvilken kraft som fremmer unionen, monomerene til hverandre gjennom kovalente bindinger og skaper et komplekst nettverk.

nedbrytning

Kjemisk nedbrytning

På grunn av molekylets kjemiske egenskaper er lignin løselig i oppløsninger av vandige baser og varm bisulfitt.

Soppformidlet enzymatisk nedbrytning

Nedbrytningen av lignin formidlet av tilstedeværelsen av sopp har blitt grundig studert av bioteknologi for bleking og behandling av rester produsert etter fremstilling av papir, blant annet bruk.

Soppene som er i stand til å nedbryte lignin, kalles hvitrådsvampe, som er i kontrast til brune råte sopp som angriper cellulosemolekyler og lignende. Disse soppene er en heterogen gruppe, og deres mest fremtredende representant er Phanarochaete chrysosporium-arten.

Gjennom oksidasjonsreaksjoner - indirekte og tilfeldige - brytes båndene som holder monomerer sammen gradvis.

Virkningen av sopp som angriper lignin etterlater et stort utvalg av fenoliske forbindelser, syrer og aromatiske alkoholer. Noen rester kan mineralisere, mens andre produserer humiske stoffer.

Enzymene som utfører denne nedbrytningsprosessen må være ekstracellulære, siden lignin ikke er bundet av hydrolyserbare bindinger.

Lignin i fordøyelsen

For planteetere er lignin en fibrøs komponent av planter som ikke er fordøyelig. Det vil si at den ikke blir angrepet av de typiske fordøyelsesenzymer eller av mikroorganismer som lever i tykktarmen.

Når det gjelder ernæring, bidrar det ikke noe til kroppen som bruker den. Faktisk kan det redusere andelen av fordøyeligheten av andre næringsstoffer.

applikasjoner

Selv om landbruksrester kan oppnås i nesten uuttømmelige mengder, er det ifølge noen forfattere foreløpig ingen viktig anvendelse for den aktuelle polymeren.

Selv om lignin har blitt studert siden slutten av 1800-tallet, har komplikasjoner relatert til behandlingen gjort det vanskelig å håndtere. Andre kilder antyder imidlertid at lignin kan utnyttes og foreslå flere potensielle bruksområder, basert på stivhets- og styrkeegenskapene vi har diskutert.

For tiden utvikles en serie trebeskyttelsesmidler basert på lignin kombinert med en serie forbindelser for å beskytte den mot skader forårsaket av biotiske og abiotiske midler.

Det kan også være et ideelt stoff for å bygge isolatorer, både termiske og akustiske.

Fordelen med å inkorporere lignin i industrien er dens lave kostnader og dens mulige bruk som erstatning for råstoff utviklet fra fossilt brensel eller andre petrokjemiske ressurser. Dermed er lignin en polymer med stort potensial som søker å bli utnyttet.

referanser

1. Alberts, B., & Bray, D. (2006). Introduksjon til cellebiologi. Panamerican Medical Ed.
2. Bravo, LHE (2001). Plant Morfology Laboratory Manual. Bib. Orton IICA / CATIE.
3. Curtis, H., & Schnek, A. (2006). Invitasjon til biologi. Panamerican Medical Ed.
4. Gutiérrez, MA (2000). Biomekanikk: Fysikk og fysiologi (nr. 30). Redaksjonell CSIC-CSIC Press.
5. Raven, PH, Evert, RF, & Eichhorn, SE (1992). Plantebiologi (bind 2). Jeg snudde meg.
6. Rodríguez, EV (2001). Fysiologi for produksjon av tropiske avlinger. Redaksjonelt universitet i Costa Rica.
7. Taiz, L., & Zeiger, E. (2007). Plantefysiologi. Jaume I. universitet