Ligninstruktur, funktioner, extracation, nedbrytning, användningar

De lignina (Term från latin lignum, vilket betyder ved eller trä) är en polymer av vaskulära växter av tre dimensionell, amorf och komplex struktur. I växter fungerar det som en "cement" som ger styrka och motstånd mot växtstammar, stammar och andra strukturer.

Det är främst beläget på cellväggen och skyddar den mot mekaniska och patogena krafter, även i en liten proportion inuti cellen. Kemiskt har ett brett utbud av aktivt centrum som gör att de kan interagera med andra föreningar. Inom dessa gemensamma funktionella grupper har vi fenoliska, alifatiska metaxyler, bland andra.

Möjlig ligninmodell. Källa: Riktigt namn: Karol Głbpl.Wiki: Karol007Commons: Karol007E-Mail: Kamikaze007 (AT) TLEN.PL [CC BY-SA 3.0 (http: // Creativecommons.Org/licenser/BY-SA/3.0/]]

Eftersom lignin är ett mycket komplicerat och mångfaldigt tre -dimensionellt nätverk har molekylens struktur inte klargjorts med säkerhet. Det är emellertid känt att det är en polymer bildad med koniferylalkohol och andra fenylpropanoidföreningar härrörande från fenylalanin och tyrosinaromatiska aminosyror.

Polymerisationen av monomererna som utgör den varierar beroende på arten och gör inte det repetitivt och förutsägbart som andra rikliga polymerer av grönsaker (stärkelse eller cellulosa).

Hittills finns det bara hypotetiska modeller av ligninmolekylen, och för deras studie på laboratoriet använder de vanligtvis syntetiska varianter.

Formen av ligninekstraktion är komplex, eftersom det är kopplat till andra väggkomponenter och är mycket heterogen.

[TOC]

Upptäckt

Den första personen som rapporterade närvaron av lignin var forskare från Schweiz till. P. De Candolle, som beskrev hans grundläggande kemiska och fysiska egenskaper och myntade termen "Lignina".

Huvudegenskaper och struktur

Lignin är den näst vanligaste organiska molekylen i växter efter cellulosa, majoritetskomponent i vegetabiliska cellväggar. Varje år producerar växter 20 × 10⁹ massor av lignin. Men trots hans överflöd har hans studie varit ganska begränsad.

En betydande del av allt lignin (cirka 75%) är beläget på cellväggen, efter att strukturen för cellulosa (rumsligt sett) kulminerar. Ligninplacering kallas lignifiering och detta sammanfaller med celldödshändelser.

Det är en optiskt inaktiv polymer, olöslig i syra men lösliga lösningar i starka baser, såsom natriumhydroxid och liknande kemiska föreningar.

Svårigheter i extraktion och karakterisering av lignin

Flera författare hävdar att det finns ett antal tekniska svårigheter relaterade till extraktion av lignin, ett faktum som komplicerar studien av dess struktur.

Kan tjäna dig: svart mangrove: egenskaper, taxonomi, livsmiljö och användning

Förutom de tekniska svårigheterna är molekylen kovalent kopplad till cellulosa och resten av polysackariderna som utgör cellväggen. Till exempel i trä och andra lignifierade strukturer (såsom stjälkar) är lignin starkt associerat med cellulosa och hemicellulosa.

Slutligen är polymeren extremt varierande mellan växter. Av dessa nämnda skäl är det vanligt att syntetiskt lignin används för att studera molekylen i laboratorierna.

Mer använda extraktionsmetoder

De allra flesta av ligninutvinningsmetoder modifierar dess struktur och förhindrar dess studie. Av alla befintliga metoder verkar det viktigaste vara Kraft. Under proceduren separeras lignin från kolhydrater med en baslösning av natriumhydroxid och natriumsulfid i proportioner 3: 1.

Således är isoleringsprodukten ett mörkbrunt pulver på grund av närvaron av fenolföreningar, vars genomsnittliga densitet är 1,3 till 1,4 g/cm³.

Monomerer härrörande från fenylpropanoider

Trots dessa metodologiska konflikter är det känt att ligninpolymeren huvudsakligen bildas av tre fenylpropanoidderivat: koniferyl, sumopyl och synapylalkoholer. Dessa föreningar syntetiseras baserat på aromatiska aminosyror som kallas fenylalanin och tyrosin.

Den totala sammansättningen av ligninnätverket domineras nästan fullständigt av de nämnda föreningarna, eftersom begynnande proteinkoncentrationer har hittats.

Andelen av dessa tre enheter av fenylpropanoider är varierande och beror på de studerade växtarterna. Det är också möjligt att hitta variationer i proportionerna av monomererna inom organen för samma individ eller i de olika skikten i cellväggen.

Tre -dimensionell struktur av lignin

Den höga andelen kol-kol-kol-syre-kolbindningar genererar en mycket grenad tredimensionell struktur.

Till skillnad från andra polymerer som vi finner i överflöd i grönsaker (som stärkelse eller cellulosa), polymeriserar ligninmonomerer inte på ett repetitivt och förutsägbart sätt.

Även om föreningen mellan dessa struktureringsblock verkar ledas av stokastiska krafter, har de senaste undersökningarna funnit att ett protein verkar förmedla polymerisation och utgör en stor repetitiv enhet.

Funktioner

Även om lignin inte är en allestädes närvarande komponent i alla växter, uppfyller den mycket viktiga funktioner relaterade till skydd och tillväxt.

Det kan tjäna dig: 14 växter i fara för utrotning i Peru

Först är det ansvarigt för att skydda hydrofila komponenter (cellulosa och hemicellulosa) som inte har den typiska stabiliteten och styvheten hos lignin.

Som exklusivt finns på utsidan, fungerar det som ett skyddsmantel mot distorsion och komprimering, vilket låter cellulosa vara ansvarig för spänningsmotstånd.

När väggkomponenterna blir våta förlorar de mekaniskt motstånd. Av denna anledning är närvaron av lignin nödvändig med den vattentäta komponenten. Det har visats att den experimentella reduktionen i procentandelen av lignin i trä är relaterad till minskningen av de mekaniska egenskaperna hos samma.

Ligninskydd sträcker sig också till möjliga biologiska medel och mikroorganismer. Denna polymer förhindrar penetration av enzymer som kan försämra viktiga cellkomponenter.

Det spelar också en grundläggande roll i moduleringen av flytande transport till alla växtstrukturer.

Syntes

Bildningen av lignin börjar med en reaktion av deaminering av aminosyror fenylalanin eller tyrosin. Den kemiska identiteten för aminosyran är inte särskilt relevant, eftersom bearbetningen av båda leder till samma förening: 4-hydroxycinamat.

Denna förening utsätts för en serie kemiska reaktioner av hydroxylering, överföring av metilumgrupper och reduktion av karboxylgruppen tills den erhålls en alkohol.

När de tre föregångarna till lignin som nämns i föregående avsnitt har bildats antas att de oxideras till fria radikaler för att skapa aktiva centra för att främja polymerisationsprocessen.

Oavsett den styrka som föreningen främjade, monomerer med var och en.

Degradering

Kemisk försämring

På grund av molekylens kemiska egenskaper är lignin lösligt i vattenhaltiga baslösningar och het bisulfit.

Svampmedierad enzymatisk nedbrytning

Nedbrytningen av lignin medierad av närvaron av svampar har studerats omfattande av bioteknik för blekt och behandling av resterna som produceras efter tillverkningen av papper, bland andra användningsområden.

Svampar som kan förnedra lignin kallas vita svampar, som kontrasterar med svamparna av brun rot som attackerar cellulosa molekyler och liknande. Dessa svampar är en heterogen grupp och dess mest framträdande representant är arten Phanoochaete krysosporium.

Genom oxidationsreaktioner - indirekt och slumpmässiga - är länkarna som håller monomererna gradvis trasiga.

Kan tjäna dig: Quercus Roundifolia: Egenskaper, livsmiljö, distribution, användningar

Handlingen av svampar som attackerar lignin lämnar som en stor variation av fenolföreningar, syror och aromatiska alkoholer. Vissa avfall kan mineraliseras, medan andra producerar humiska ämnen.

Enzymerna som utför denna nedbrytningsprocess måste vara extracellulär, eftersom lignin inte är kopplat med hydrolyserbara bindningar.

Lignin i matsmältningen

För växtätare är lignin en fibrös komponent av växter som inte är smältbar. Det vill säga, det attackeras inte av de typiska enzymerna av matsmältningen eller av mikroorganismerna som lever i kolon.

När det gäller näring bidrar det till allt till organismen som förbrukar det. I själva verket kan andelen smältbarhet hos andra näringsämnen minska.

Ansökningar

Enligt vissa författare, även om jordbruksavfall kan erhållas i nästan outtömliga mängder, hittills finns det ingen viktig tillämpning för polymeren i fråga.

Även om lignin har studerats sedan slutet av 1800 -talet, har komplikationer relaterade till dess bearbetning hindrat dess hantering. Andra källor tyder emellertid på att lignin kan utnyttjas och föreslå flera potentiella användningar, baserat på styvhet och styrkaegenskaper som vi har diskuterat.

En serie träuthållare utvecklas för närvarande baserat på lignin i kombination med en serie föreningar, för att skydda den från skador orsakade av biotiska och abiotiska medel.

Det kan också vara ett idealiskt ämne för att bygga isolatorer, både termiska och akustiska.

Fördelen med att integrera lignin i branschen är dess låga kostnader och dess möjliga användning som ersättning för den första saken som utvecklats från fossila bränslen eller annan petrokemisk resurs. Således är lignin en polymer med mycket potential som försöker utnyttjas.

Referenser

1. Alberts, b., & Bray, D. (2006). Introduktion till cellbiologi. Ed. Pan -amerikansk medicin.
2. Bravo, l. H. OCH. (2001). Plant Morfology Laboratory Manual. Haklapp. Orton IICA/CATIE.
3. Curtis, h., & Schnek, a. (2006). Inbjudan till biologi. Ed. Pan -amerikansk medicin.
4. Gutiérrez, m. TILL. (2000). Biomekanik: Fysik och fysiologi (Nej. 30). Redaktion CSIC-CSIC Press.
5. Raven, s. H., Evert, r. F., & Eichhorn, s. OCH. (1992). Växtbiologi (Vol. 2). Jag reverserade.
6. Rodríguez, E. V. (2001). Fysiologi för produktion av tropiska grödor. Redaktionella universitet i Costa Rica.
7. Taiz, l., & Zeiger och. (2007). Grönsaksfysiologi. University Jaume i.