ЛИГНИН: СТРУКТУРА, ФУНКЦИЈЕ, ЕКСТРАКЦИЈА, ДЕГРАДАЦИЈА, УПОТРЕБЕ - БИОЛОГИЈА - 2025

Лигнин (од латинске термина Лигнум, што значи дрвета или дрвеним) је сама полимер васкуларне биљке димензионална, аморфне и сложена структура. У биљкама служи као "цемент" који даје чврстоћу и отпорност стабљикама, деблима и другим структурама.

Смјештен је углавном у станичној стијенци и штити је од механичких сила и патогена, а налази се и у малом проценту унутар ћелије. Хемијски има широки спектар активних центара који им омогућавају интеракцију са другим једињењима. Унутар ових уобичајених функционалних група, између осталог имамо и фенолне, алифатске, метокси хидроксиле.

Могући модел лигнина. Извор: право име: Карол Гłабпл.вики: Карол007цоммонс: Карол007е-маил: камиказе007 (ат) тлен.пл

Пошто је лигнин веома сложена и разнолика тродимензионална мрежа, структура молекула није расветљена са сигурношћу. Међутим, познато је да је полимер формиран од кониферил алкохола и других фенилпропаноидних једињења изведених из ароматичних аминокиселина фенилаланина и тирозина.

Полимеризација мономера који га чине разликује се овисно о врсти, а не чини то на понављајући и предвидив начин као и други обилни полимери поврћа (скроб или целулоза).

До сада су доступни само хипотетички модели молекула лигнина, а за његово проучавање у лабораторији обично се користе синтетичке варијанте.

Начин екстракције лигнина је сложен, јер је везан са осталим компонентама зида и веома је хетероген.

Откриће

Прва особа која је пријавила присуство лигнина био је научник рођен у Швајцарској АП де Цандолле, који је описао његова основна хемијска и физичка својства и сковао термин „лигнин“.

Главне карактеристике и структура

Лигнин је други најбројнији органски молекул у биљкама после целулозе, већине састојака ћелијских зидова биљака. Сваке године биљке производе 20 × 10 ⁹ тона лигнина. Међутим, и поред свог обиља, његово проучавање је било прилично ограничено.

Значајан део целог лигнина (око 75%) налази се у ћелијској стијенци, након што структура целулозе кулминира (просторно гледано). Постављање лигнина назива се лигнификација и то се поклапа са догађајима смрти ћелије.

То је оптички неактиван полимер, нерастворљив у киселинским растворима, али растворљив у јаким базама, као што су натријум хидроксид и слична хемијска једињења.

Потешкоће у екстракцији и карактеризацији лигнина

Разни аутори тврде да постоји низ техничких потешкоћа повезаних са екстракцијом лигнина, чињеница која отежава проучавање његове структуре.

Поред техничких потешкоћа, молекул је ковалентно везан за целулозу и остале полисахариде који чине ћелијску стијенку. На пример, у дрвету и другим лигнифицираним структурама (попут стабљика) лигнин је снажно повезан са целулозом и хемицелулозом.

И на крају, полимер је изузетно променљив између биљака. Из наведених разлога уобичајено је да се синтетички лигнин користи у испитивању молекула у лабораторијама.

Најчешће коришћене методе екстракције

Велика већина метода екстракције лигнина мења његову структуру, спречавајући његово проучавање. Од свих постојећих методологија, чини се да је најважнија крафт. Током поступка, лигнин се одваја од угљених хидрата основним раствором натријум хидроксида и натријум сулфида у пропорцијама 3: 1.

Стога, изолација производ је тамно браон праха због присуства фенолних једињења, чија просечна густина је 1,3 до 1,4 г / цм ³ .

Мономери изведени из фенилпропаноида

Упркос овим методолошким сукобима, познато је да се лигнински полимер састоји углавном од три фенилпропаноидна деривата: кониферилни, кумарни и синапилни алкохоли. Ова једињења се синтетишу почевши од ароматичних аминокиселина названих фенилаланин и тирозин.

Укупним саставом лигнинског оквира готово потпуно доминирају споменута једињења, јер су пронађене почетне концентрације протеина.

Удео ове три фенилпропаноидне јединице је променљив и зависи од проучаване биљне врсте. Такође је могуће пронаћи варијације у пропорцијама мономера унутар органа исте јединке или у различитим слојевима ћелијске стијенке.

Тродимензионална структура лигнина

Висок однос веза угљеник-угљеник и угљеник-кисеоник-угљеник ствара високо разгранату тродимензионалну структуру.

За разлику од других полимера којих у поврћу налазимо у изобиљу (попут шкроба или целулозе), мономери лигнини не полимеризирају се на понављајући и предвидљив начин.

Иако се чини да везивање ових грађевних блокова покреће стохастичке силе, недавна истраживања су открила да протеин изгледа посредује у полимеризацији и формира велику понављајућу јединицу.

Карактеристике

Иако лигнин није свеприсутна компонента свих биљака, он испуњава веома важне функције повезане са заштитом и растом.

Пре свега, одговоран је за заштиту хидрофилних састојака (целулозе и хемицелулозе) који немају типичну стабилност и крутост лигнина.

Како се налази искључиво споља, служи као заштитни омотач против изобличења и компресије, а целулоза је одговорна за влачну чврстоћу.

Када се зидне компоненте навлаже, губе механичку чврстоћу. Из тог разлога је неопходно присуство лигнина са водоотпорном компонентом. Показано је да је експериментално смањење процента лигнина у дрву повезано са смањењем механичких својстава истог.

Заштита лигнина такође се шири на могуће биолошке агенсе и микроорганизме. Овај полимер спречава продор ензима који би могли разградити виталне ћелијске компоненте.

Такође игра фундаменталну улогу у модулацији преноса течности до свих структура биљке.

Синтеза

Формирање лигнина започиње реакцијом деаминације аминокиселина фенилаланин или тирозин. Хемијски идентитет аминокиселине није веома битан, јер прерада обе воде до истог једињења: 4-хидроксициннамата.

Ово једињење је подвргнуто низу хемијских реакција хидроксилације, преноса метил група и редукције карбоксилне групе док се не добије алкохол.

Када су формирана три прекурсора лигнина поменутих у претходном одељку, претпоставља се да су они оксидовани до слободних радикала, како би се створили активни центри за подстицање процеса полимеризације.

Без обзира на силу која промовише унију, мономери једни другима преко ковалентних веза и стварају сложену мрежу.

Деградација

Хемијска деградација

Због хемијских карактеристика молекула, лигнин је растворљив у растворима водених база и врућег бисулфита.

Ензимска разградња посредована гљивицама

Деградација лигнина посредована присуством гљивица биотехнолошки је детаљно проучавана за бељење и третирање остатака добијених после производње папира, између осталих употреба.

Гљивице које су способне да разграде лигнин зову се гљиве беле трулежи, које су за разлику од гљива смеђе трулежи које нападају молекуле целулозе и слично. Ове гљиве су хетерогена група и њихов најистакнутији представник је врста Пханароцхаете цхрисоспориум.

Кроз реакције оксидације - индиректне и случајне - везе које држе мономере заједно се постепено разбијају.

Деловање гљивица које нападају лигнин иза себе оставља велики број фенолних једињења, киселина и ароматичних алкохола. Неки остаци могу се минерализовати, док други стварају хумусне материје.

Ензими који проводе овај процес разградње морају бити ванћелијски, јер лигнин није везан везама које се могу хидролизирати.

Лигнин у варењу

За биљоједе, лигнин је влакнаста компонента биљака која није пробављива. Односно, не нападају га типични ензими за варење или микроорганизми који живе у дебелом цреву.

Што се тиче исхране, то не доприноси телу које га конзумира. У ствари, може да смањи проценат сварљивости других хранљивих материја.

Апликације

Према неким ауторима, иако се пољопривредни остаци могу добити у готово неисцрпним количинама, за сада нема важне примене за предметни полимер.

Иако се лигнин проучава од краја 19. века, компликације у вези с његовом прерадом отежале су његову обраду. Међутим, други извори сугерирају да лигнин може бити искоришћен и предлажу неколико потенцијалних употреба, заснованих на својствима крутости и чврстоће о којима смо разговарали.

Тренутно се развија низ конзерванса за дрво на бази лигнина, комбинованих са низом једињења, да би се заштитио од оштећења узрокованих биотичким и абиотским агенсима.

Такође би могла бити идеална супстанца за изградњу изолатора, топлотних и акустичних.

Предност укључивања лигнина у индустрију је његова ниска цена и његова могућа употреба као замена за сировине развијене из фосилних горива или других петрохемијских ресурса. Стога је лигнин полимер великог потенцијала који жели да се искористи.

Референце

1. Албертс, Б., и Браи, Д. (2006). Увод у ћелијску биологију. Панамерицан Медицал Ед.
2. Браво, ЛХЕ (2001). Приручник за лабораторијску морфологију биљака. Биб Ортон ИИЦА / ЦАТИЕ.
3. Цуртис, Х., Сцхнек, А. (2006). Позив на биологију. Панамерицан Медицал Ед.
4. Гутиеррез, МА (2000). Биомеханика: физика и физиологија (бр. 30). Редакција ЦСИЦ-ЦСИЦ Пресс.
5. Равен, ПХ, Еверт, РФ и Еицххорн, СЕ (1992). Биологија биљака (Вол. 2). Преокренуо сам се.
6. Родригуез, ЕВ (2001). Физиологија производње тропских култура. Уреднички универзитет Костарике.
7. Таиз, Л., Зеигер, Е. (2007). Физиологија биљака. Универзитет Јауме И.