Struktur lignin, fungsi, ekstrakurasi, degradasi, penggunaan

Itu lignina (Istilah dari Latin lignum, yang berarti kayu bakar atau kayu) adalah polimer tanaman pembuluh darah dari struktur tiga dimensi, amorf dan kompleks. Pada tanaman itu berfungsi sebagai "semen" yang memberikan kekuatan dan ketahanan terhadap batang tanaman, batang dan struktur lainnya.

Terletak terutama di dinding sel dan melindunginya dari gaya mekanik dan patogenik, juga berada dalam proporsi kecil di dalam sel. Secara kimia memiliki berbagai macam pusat aktif yang memungkinkan mereka untuk berinteraksi dengan senyawa lain. Di dalam kelompok fungsional umum ini kita memiliki fenolik, alifatik, metaxyls, antara lain.

Kemungkinan model lignin. Sumber: Nama Nyata: Karol Głbpl.Wiki: Karol007Commons: Karol007e-Mail: kamikaze007 (at) tlen.PL [CC BY-SA 3.0 (http: // createveCommons.Org/lisensi/by-sa/3.0/]]

Karena lignin adalah jaringan tiga dimensi yang sangat kompleks dan beragam, struktur molekul belum dijelaskan dengan pasti. Namun, diketahui bahwa itu adalah polimer yang dibentuk dengan alkohol coniferyl dan senyawa fenilpropanoid lainnya yang berasal dari asam amino fenilalanin dan tirosin aromatik tirosin.

Polimerisasi monomer yang membentuknya bervariasi tergantung pada spesies, dan tidak melakukannya secara berulang dan dapat diprediksi seperti polimer sayuran lainnya (pati atau selulosa).

Sejauh ini hanya ada model hipotetis molekul lignin, dan untuk penelitian mereka di laboratorium mereka biasanya menggunakan varian sintetis.

Bentuk ekstraksi lignin kompleks, karena terkait dengan komponen dinding lainnya dan sangat heterogen.

[TOC]

Penemuan

Orang pertama yang melaporkan keberadaan lignin adalah ilmuwan dari Swiss ke. P. De Candolle, yang menggambarkan sifat kimia dan fisiknya yang mendasar dan menciptakan istilah "lignin".

Karakteristik dan struktur utama

Lignin adalah molekul organik paling berlimpah kedua pada tanaman setelah selulosa, komponen mayoritas dinding sel nabati. Setiap tahun tanaman menghasilkan 20 × 10⁹ berton -ton lignin. Namun, terlepas dari kelimpahannya, studinya sangat terbatas.

Proporsi yang signifikan dari semua lignin (sekitar 75%) terletak di dinding sel, setelah struktur selulosa (secara spasial) memuncak memuncak. Penempatan lignin disebut lignifikasi dan ini bertepatan dengan peristiwa kematian sel.

Ini adalah polimer yang tidak aktif secara optik, tidak larut dalam larutan asam tetapi larut dalam basa yang kuat, seperti natrium hidroksida dan senyawa kimia yang serupa.

Kesulitan dalam ekstraksi dan karakterisasi lignin

Beberapa penulis berpendapat bahwa ada sejumlah kesulitan teknis yang terkait dengan ekstraksi lignin, sebuah fakta yang memperumit studi tentang strukturnya.

Dapat melayani Anda: Black Mangrove: Karakteristik, Taksonomi, Habitat dan Penggunaan

Selain kesulitan teknis, molekul tersebut secara kovalen terkait dengan selulosa dan sisa polisakarida yang membentuk dinding sel. Misalnya, pada kayu dan struktur lignifikasi lainnya (seperti batang) lignin sangat terkait dengan selulosa dan hemiselulosa.

Akhirnya, polimer sangat bervariasi di antara tanaman. Untuk alasan yang disebutkan ini, adalah umum bagi lignin sintetis untuk digunakan untuk studi molekul di laboratorium.

Metode ekstraksi yang lebih banyak digunakan

Sebagian besar metode ekstraksi lignin memodifikasi strukturnya, mencegah studinya. Dari semua metodologi yang ada, yang paling penting tampaknya adalah Kraft. Selama prosedur, lignin dipisahkan dari karbohidrat dengan larutan dasar natrium hidroksida dan natrium sulfida dalam proporsi 3: 1.

Dengan demikian, produk isolasi adalah bubuk coklat gelap karena adanya senyawa fenolik, yang kepadatan rata -rata 1,3 hingga 1,4 g/cm³.

Monomer yang berasal dari fenilpropanoid

Terlepas dari konflik metodologis ini, diketahui bahwa polimer lignin terutama dibentuk oleh tiga turunan fenilpropanoid: coniferyl, sumopyl dan sinapil alkohol. Senyawa ini disintesis berdasarkan asam amino aromatik yang disebut fenilalanin dan tirosin.

Komposisi total jaringan lignin hampir sepenuhnya didominasi oleh senyawa yang disebutkan, karena konsentrasi protein yang baru jadi telah ditemukan.

Proporsi tiga unit fenilpropanoid ini bervariasi dan tergantung pada spesies tanaman yang dipelajari. Dimungkinkan juga untuk menemukan variasi dalam proporsi monomer di dalam organ individu yang sama atau di berbagai lapisan dinding sel.

Struktur Lignin Tiga -Dimensi

Proporsi tinggi ikatan karbon-karbon dan karbon-oksigen-karbon menghasilkan struktur tiga dimensi yang sangat bercabang.

Tidak seperti polimer lain yang kami temukan berlimpah dalam sayuran (seperti pati atau selulosa), monomer lignin tidak berpolimerisasi dengan cara yang berulang dan dapat diprediksi.

Meskipun penyatuan blok penataan ini tampaknya dipimpin oleh kekuatan stokastik, investigasi baru -baru ini menemukan bahwa protein tampaknya memediasi polimerisasi dan membentuk unit berulang yang hebat.

Fungsi

Meskipun lignin bukanlah komponen di mana -mana dari semua tanaman, itu memenuhi fungsi yang sangat penting terkait dengan perlindungan dan pertumbuhan.

Itu dapat melayani Anda: 14 tanaman dalam bahaya kepunahan di Peru

Pertama, bertanggung jawab untuk melindungi komponen hidrofilik (selulosa dan hemiselulosa) yang tidak memiliki stabilitas khas dan kekakuan lignin.

Seperti yang ditemukan secara eksklusif di luar, berfungsi sebagai selubung perlindungan terhadap distorsi dan kompresi, membiarkan selulosa bertanggung jawab atas ketahanan tegangan.

Saat komponen dinding basah, mereka kehilangan resistensi mekanis. Untuk alasan ini, keberadaan lignin diperlukan dengan komponen tahan air. Telah ditunjukkan bahwa pengurangan eksperimental dalam persentase lignin dalam kayu terkait dengan pengurangan sifat mekanik yang sama.

Perlindungan lignin juga meluas ke kemungkinan agen biologis dan mikroorganisme. Polimer ini mencegah penetrasi enzim yang dapat menurunkan komponen sel vital.

Ini juga memainkan peran mendasar dalam modulasi transportasi cair ke semua struktur tanaman.

Perpaduan

Pembentukan lignin dimulai dengan reaksi deaminasi asam amino fenilalanin atau tirosin. Identitas kimia asam amino tidak terlalu relevan, karena pemrosesan keduanya mengarah ke senyawa yang sama: 4-hydroxycinamate.

Senyawa ini mengalami serangkaian reaksi kimia hidroksilasi, transfer gugus metilum dan pengurangan gugus karboksil sampai mendapatkan alkohol.

Ketika tiga prekursor lignin yang disebutkan di bagian sebelumnya telah dibentuk, dianggap bahwa mereka dioksidasi menjadi radikal bebas, untuk membuat pusat aktif untuk mempromosikan proses polimerisasi.

Terlepas dari kekuatan yang dipromosikan oleh Union, monomer dengan masing -masing.

Degradasi

Degradasi Kimia

Karena karakteristik kimia molekul, lignin larut dalam larutan basa berair dan bisulfit panas.

Degradasi enzimatik yang dimediasi jamur

Degradasi lignin yang dimediasi oleh keberadaan jamur telah dipelajari secara luas oleh bioteknologi untuk pemutihan dan pengobatan sisa -sisa yang diproduksi setelah pembuatan kertas, di antara penggunaan lainnya.

Jamur yang mampu merendahkan lignin disebut jamur putih, yang kontras dengan jamur busuk coklat yang menyerang molekul selulosa dan sejenisnya. Jamur ini adalah kelompok yang heterogen dan perwakilannya yang paling menonjol adalah spesiesnya Phanoochaete chrysosporium.

Melalui reaksi oksidasi - tidak langsung dan acak - tautan yang membuat monomer secara bertahap rusak.

Dapat melayani Anda: Quercus Roundifolia: Karakteristik, Habitat, Distribusi, Penggunaan

Aksi jamur yang menyerang daun lignin sebagai berbagai macam senyawa fenolik, asam dan alkohol aromatik. Beberapa limbah dapat dikeluarkan, sementara yang lain menghasilkan zat humat.

Enzim yang melakukan proses degradasi ini harus ekstraseluler, karena lignin tidak dihubungkan dengan menggunakan ikatan terhidrolisis.

Lignin dalam pencernaan

Untuk herbivora, lignin adalah komponen berserat tanaman yang tidak dapat dicerna. Artinya, tidak diserang oleh enzim pencernaan yang khas atau oleh mikroorganisme yang hidup di usus besar.

Dalam hal nutrisi, itu berkontribusi pada organisme yang mengkonsumsinya. Faktanya, persentase kecernaan nutrisi lain dapat berkurang.

Aplikasi

Menurut beberapa penulis, meskipun limbah pertanian dapat diperoleh dalam jumlah yang hampir tidak ada habisnya, sejauh ini tidak ada aplikasi penting untuk polimer yang dimaksud.

Meskipun lignin telah dipelajari sejak akhir abad ke -19, komplikasi yang terkait dengan pemrosesannya telah menghambat manajemennya. Namun, sumber lain menunjukkan bahwa lignin dapat dieksploitasi dan mengusulkan beberapa penggunaan potensial, Berdasarkan sifat kekakuan dan kekuatan yang telah kita bahas.

Serangkaian perseverars kayu saat ini sedang dikembangkan berdasarkan lignin yang dikombinasikan dengan serangkaian senyawa, untuk melindunginya dari kerusakan yang disebabkan oleh agen biotik dan abiotik.

Ini juga bisa menjadi zat yang ideal untuk membangun isolator, baik termal maupun akustik.

Keuntungan memasukkan lignin ke dalam industri adalah biaya rendah dan kemungkinan penggunaannya sebagai pengganti materi pertama yang dikembangkan dari bahan bakar fosil atau sumber daya petrokimia lainnya. Dengan demikian, lignin adalah polimer dengan banyak potensi yang berupaya dieksploitasi.

Referensi

1. Alberts, b., & Bray, D. (2006). Pengantar Biologi Sel. Ed. Pan -American Medical.
2. Bravo, l. H. DAN. (2001). Manual Laboratorium Morfologi Tumbuhan. Bib. Orton Iica/Catie.
3. Curtis, h., & Schnek, a. (2006). Undangan untuk Biologi. Ed. Pan -American Medical.
4. Gutiérrez, m. KE. (2000). Biomekanik: Fisika dan Fisiologi (TIDAK. 30). Editorial CSIC-CSIC Press.
5. Raven, hlm. H., Evert, r. F., & Eichhorn, s. DAN. (1992). Biologi Tanaman (Vol. 2). Saya terbalik.
6. Rodríguez, e. V. (2001). Fisiologi untuk produksi tanaman tropis. Editorial University of Costa Rica.
7. Taiz, l., & Zeiger, dan. (2007). Fisiologi Sayuran. Universitas Jaume i.