Struttura della lignina, funzioni, extracurazione, degradazione, usi

IL Lignina (termine dal latino lignum, il che significa legna da ardere o legno) è un polimero di piante vascolari di struttura tridimensionale, amorfa e complessa. Nelle piante funge da "cemento" che dà forza e resistenza agli steli delle piante, ai tronchi e ad altre strutture.

Si trova principalmente sulla parete cellulare e la protegge dalle forze meccaniche e patogene, essendo anche in piccola proporzione all'interno della cellula. Ha chimicamente un'ampia varietà di centro attivo che consente loro di interagire con altri composti. All'interno di questi gruppi funzionali comuni abbiamo metaxili fenolici, alifatici, tra gli altri.

Possibile modello di lignina. Fonte: Real Nome: Karol Głbpl.Wiki: Karol007Commons: Karol007e-Mail: Kamikaze007 (at) tlen.PL [CC BY-SA 3.0 (http: // creativeCommons.Org/licenze/by-sa/3.0/]]

Poiché la lignina è una rete tridimensionale molto complessa e diversificata, la struttura della molecola non è stata chiarita con certezza. Tuttavia, è noto che si tratta di un polimero formato con alcool coniferico e altri composti fenilpropanoidi derivati ​​da fenilalanina e tirosina aromatica aminoacidi.

La polimerizzazione dei monomeri che lo costituisce varia a seconda della specie e non lo fa ripetutamente e prevedibilmente come altri polimeri abbondanti di verdure (amido o cellulosa).

Finora ci sono solo modelli ipotetici della molecola di lignina e per il loro studio in laboratorio di solito usano varianti sintetiche.

La forma di estrazione della lignina è complessa, poiché è collegata ad altri componenti delle pareti ed è molto eterogenea.

[TOC]

Scoperta

La prima persona a riferire la presenza di lignina è stata lo scienziato dalla Svizzera a. P. De Candolle, che ha descritto le sue proprietà chimiche e fisiche fondamentali e ha coniato il termine "Lignina".

Caratteristiche e struttura principali

La lignina è la seconda molecola organica più abbondante nelle piante dopo cellulosa, componente di maggioranza delle pareti di cellule vegetali. Ogni anno le piante producono 20 × 10⁹ tonnellate di lignina. Tuttavia, nonostante la sua abbondanza, il suo studio è stato piuttosto limitato.

Una percentuale significativa di tutta la lignina (circa il 75%) si trova sulla parete cellulare, dopo che la struttura della cellulosa (spazialmente parlando) culmina. Il posizionamento della lignina si chiama lignificazione e questo coincide con eventi di morte cellulare.

È un polimero otticamente inattivo, insolubile in soluzioni acide ma solubili in basi forti, come idrossido di sodio e composti chimici simili.

Difficoltà nell'estrazione e nella caratterizzazione della lignina

Diversi autori sostengono che ci sono una serie di difficoltà tecniche relative all'estrazione della lignina, un fatto che complica lo studio della sua struttura.

Può servirti: mangrovie nere: caratteristiche, tassonomia, habitat e usi

Oltre alle difficoltà tecniche, la molecola è covalentemente legata alla cellulosa e al resto dei polisaccaridi che compongono la parete cellulare. Ad esempio, nel legno e in altre strutture lignificate (come gli steli) la lignina è fortemente associata a cellulosa ed emicellulosa.

Infine, il polimero è estremamente variabile tra le piante. Per questi motivi menzionati, è comune che la lignina sintetica venga utilizzata per lo studio della molecola nei laboratori.

Metodi di estrazione più usati

La stragrande maggioranza dei metodi di estrazione della lignina modifica la sua struttura, impedendo il suo studio. Di tutte le metodologie esistenti, le più importanti sembra essere il kraft. Durante la procedura, la lignina è separata dai carboidrati con una soluzione di base di idrossido di sodio e solfuro di sodio nelle proporzioni 3: 1.

Pertanto, il prodotto di isolamento è una polvere marrone scuro a causa della presenza di composti fenolici, la cui densità media è da 1,3 a 1,4 g/cm³.

Monomeri derivati ​​da fenilpropanoidi

Nonostante questi conflitti metodologici, è noto che il polimero di lignina è principalmente formato da tre derivati ​​fenilpropanoidi: alcoli coniferyl, sumopilici e sinapilici. Questi composti sono sintetizzati in base a aminoacidi aromatici chiamati fenilalanina e tirosina.

La composizione totale della rete di lignina è quasi completamente dominata dai composti menzionati, poiché sono state trovate concentrazioni di proteine ​​incipiente.

La proporzione di queste tre unità di fenilpropanoidi è variabile e dipende dalle specie vegetali studiate. È anche possibile trovare variazioni nelle proporzioni dei monomeri all'interno degli organi dello stesso individuo o nei diversi strati della parete cellulare.

Struttura tridimensionale della lignina

L'alta percentuale di legami carbonio-carbonio e carbonio-ossigeno-carbonio genera una struttura tridimensionale molto ramificata.

A differenza di altri polimeri che troviamo in abbondanza di verdure (come amido o cellulosa), i monomeri della lignina non polimerizzano in modo ripetitivo e prevedibile.

Sebbene l'unione di questi blocchi strutturali sembri essere guidata da forze stocastiche, recenti indagini hanno scoperto che una proteina sembra mediare la polimerizzazione e forma una grande unità ripetitiva.

Funzioni

Sebbene la lignina non sia una componente onnipresente di tutte le piante, svolge funzioni molto importanti relative alla protezione e alla crescita.

Può servirti: 14 piante in pericolo di estinzione in Perù

In primo luogo, è responsabile della protezione dei componenti idrofili (cellulosa ed emicellulosa) che non hanno la tipica stabilità e rigidità della lignina.

Come si trova esclusivamente all'esterno, funge da guaina di protezione contro la distorsione e la compressione, lasciando che la cellulosa sia responsabile della resistenza alla tensione.

Quando i componenti della parete si bagnano, perdono la resistenza meccanica. Per questo motivo, la presenza di lignina è necessaria con il componente impermeabile. È stato dimostrato che la riduzione sperimentale della percentuale di lignina nel legno è correlata alla riduzione delle proprietà meccaniche delle stesse.

La protezione della lignina si estende anche a possibili agenti biologici e microrganismi. Questo polimero impedisce la penetrazione di enzimi che potrebbero degradare i componenti cellulari vitali.

Ha anche un ruolo fondamentale nella modulazione del trasporto liquido in tutte le strutture vegetali.

Sintesi

La formazione di lignina inizia con una reazione della deaminazione di aminoacidi fenilalanina o tirosina. L'identità chimica dell'amminoacido non è molto rilevante, poiché l'elaborazione di entrambi porta allo stesso composto: 4-idrossicinamato.

Questo composto è sottoposto a una serie di reazioni chimiche di idrossilazione, trasferimento di gruppi di metilum e riduzione del gruppo carbossilico fino a ottenere un alcol.

Quando sono stati formati i tre precursori della lignina menzionati nella sezione precedente, si presume che siano ossidati ai radicali liberi, al fine di creare centri attivi per promuovere il processo di polimerizzazione.

Indipendentemente dalla forza promossa dall'Unione, monomeri con ciascuno.

Degradazione

Degrado chimico

A causa delle caratteristiche chimiche della molecola, la lignina è solubile in soluzioni di base acquosa e bisolfito caldo.

DEGRAZIONAZIONE ENZIMATICA MEDIATA DI FACGI

Il degrado della lignina mediata dalla presenza di funghi è stato ampiamente studiato dalla biotecnologia per il candeggiato e il trattamento dei resti prodotti dopo la produzione di carta, tra gli altri usi.

I funghi che sono in grado di degradare la lignina sono chiamati funghi bianchi, che contrastano con i funghi della marciume marrone che attaccano le molecole di cellulosa e simili. Questi funghi sono un gruppo eterogeneo e il suo rappresentante più importante è la specie Phanoochaete Chrysosporium.

Attraverso le reazioni di ossidazione - indirette e casuali - i collegamenti che mantengono i monomeri vengono gradualmente rotti.

Può servirti: Quercus rotondefolia: caratteristiche, habitat, distribuzione, usi

L'azione dei funghi che attaccano la lignina foglie come una grande varietà di composti fenolici, acidi e alcoli aromatici. Alcuni rifiuti possono essere mineralizzati, mentre altri producono sostanze umiche.

Gli enzimi che eseguono questo processo di degradazione devono essere extracellulari, poiché la lignina non è collegata per mezzo di legami idrolizzabili.

Lignina in digestione

Per gli erbivori, la lignina è una componente fibrosa di piante che non è digeribile. Cioè, non è attaccato dagli enzimi tipici della digestione o dai microrganismi che vivono nel colon.

In termini di nutrizione, contribuisce con qualsiasi cosa all'organismo che lo consuma. In effetti, la percentuale di digeribilità di altri nutrienti può diminuire.

Applicazioni

Secondo alcuni autori, sebbene i rifiuti agricoli possano essere ottenuti in quantità quasi inesauribili, finora non vi è alcuna applicazione importante per il polimero in questione.

Sebbene la lignina sia stata studiata dalla fine del XIX secolo, le complicazioni relative alla sua elaborazione hanno ostacolato la sua gestione. Tuttavia, altre fonti suggeriscono che la lignina può essere sfruttata e proporre diversi potenziali usi, in base alla rigidità e alle proprietà di resistenza di cui abbiamo discusso.

Una serie di perseverari in legno è attualmente in fase di sviluppo sulla base della lignina combinata con una serie di composti, per proteggerlo da danni causati da agenti biotici e abiotici.

Potrebbe anche essere una sostanza ideale per la costruzione di isolanti, sia termici che acustici.

Il vantaggio di incorporare la lignina nel settore è il suo basso costo e il suo possibile utilizzo in sostituzione della prima questione sviluppata da combustibili fossili o altre risorse petrolchimiche. Pertanto, la lignina è un polimero con un sacco di potenziale che cerca di essere sfruttato.

Riferimenti

1. Alberts, b., & Bray, D. (2006). Introduzione alla biologia cellulare. Ed. Pan -American Medical.
2. Bravo, l. H. E. (2001). Manuale di laboratorio di morfologia delle piante. Bib. Orton Iica/Catie.
3. Curtis, h., & Schnek, a. (2006). Invito alla biologia. Ed. Pan -American Medical.
4. Gutiérrez, m. A. (2000). Biomeccanica: fisica e fisiologia (NO. 30). Pressa editoriale CSIC-CSIC.
5. Raven, p. H., Evert, r. F., & Eichhorn, s. E. (1992). Biologia vegetale (Vol. 2). Ho invertito.
6. Rodríguez, e. V. (2001). Fisiologia per la produzione di colture tropicali. Università editoriale del Costa Rica.
7. Taiz, l., & Zeiger, e. (2007). Fisiologia vegetale. Università Jaume I.