HEMISELÜLOZ: SINIFLANDIRMA, YAPI, BIYOSENTEZ VE FONKSIYONLAR - BIYOLOJI - 2025

Hemiselüloz , birçok bitkinin hücre duvarlarında bulunan ve söz konusu yapıların biyokütlesinin üçte birinden fazlasını temsil eden çok çeşitli bir polisakkarit grubunu belirtmek için kullanılan bir terimdir.

Konsept, Johann Heinrich Schulze tarafından, alkali çözeltiler kullanılarak yüksek bitkilerin hücre duvarlarından ekstrakte edilebilen selülozla ilişkili olarak nişasta dışındaki polisakkaritleri belirlemek için önerildi.

Bir hemiselüloz olan Xylan'ın moleküler yapısının grafik gösterimi (Kaynak: Wikimedia Commons aracılığıyla Yikrazuul)

Bu polisakkaritler, farklı glikosile sübstitüentlere sahip olan ve hidrojen bağları (kovalent olmayan etkileşimler) yoluyla birbirleriyle ve selüloz lifleriyle etkileşime girebilen β-1,4 bağlarıyla bağlanan glukan iskeletlerinden oluşur.

Sıkıca paketlenmiş mikrofiberleri oluşturan selülozun aksine, hemiselülozlar sulu çözeltilerde çözünür olan oldukça amorf yapılara sahiptir.

Bitki hücrelerinin kuru ağırlığının üçte birinden fazlası yarı selülozlara karşılık geldiğinden, şu anda bu polisakkaritlerin işlenmesi yoluyla biyoyakıtların ve diğer kimyasal bileşiklerin üretimi konusunda büyük ilgi vardır.

Sınıflandırma ve yapı

Hemiselülozlar şu anda yapısal olarak farklı dört molekül sınıfına ayrılmıştır: ksilanlar, D-man-glikanlar, β-glukanlar ve ksiloglikanlar. Bu üç tip hemiselüloz, farklı dağıtım ve lokalizasyon modellerinin yanı sıra diğer önemli farklılıklara sahiptir.

Xylan

Dikotiledonlu bitkilerin ikincil hücre duvarlarında bulunan ana hemiselülositik bileşenlerdir. Odunsu ve otsu bitkilerin biyokütlesinin% 25'inden fazlasını ve bazı monokotiledon türlerinde yaklaşık% 50'sini temsil ederler.

Ksilanlar, β-1,4 bağları ile bağlanmış D-ksilopiranozdan oluşan ve kısa dallara sahip olabilen heteropolimerlerdir. Bu grup, aralarında glukuronoksilanlar ve diğer kompleks polisakkaritler olan homoksilanlar ve heteroksilanlar olarak alt gruplara ayrılmıştır.

Bu moleküller farklı bitki kaynaklarından izole edilebilir: keten tohumu lifinden, pancar posasından, şeker kamışı küspesinden, buğday kepeğinden ve diğerleri.

Moleküler ağırlığı, ksilanın türüne ve bitki türüne bağlı olarak önemli ölçüde değişebilir. Doğada bulunan aralık genellikle 5.000 g / mol ile 350.000 g / mol'ün üzerinde değişir, ancak hidrasyon derecesine ve diğer faktörlere büyük ölçüde bağlıdır.

D-eli glikanlar

Bu tip polisakkarit,-1,4 bağlarıyla bağlanan doğrusal D-mannopiranoz zincirlerinden ve β bağlarıyla bağlanan D-mannopiranoz ve D-glikopiranoz kalıntılarından oluşan galaktomannanlar ve glukomannan formunda daha yüksek bitkilerde bulunur. Sırasıyla -1.4.

Her iki tip el glikanı, molekülün omurgasına farklı pozisyonlarda bağlanmış D-galaktopiranoz kalıntılarına sahip olabilir.

Galaktomannanlar, bazı fındık ve hurmaların endosperminde bulunurlar, suda çözünmezler ve selüloza benzer konformasyona sahiptirler. Öte yandan Glucomannan, yumuşak ağaçların hücre duvarlarının ana hemiselülositik bileşenleridir.

β-glukan

Glukanlar, tahıl tanelerinin hemiselülositik bileşenleridir ve ağırlıklı olarak otlarda ve genel olarak poaceae'de bulunur. Bu bitkilerde β-glukanlar, hücre büyümesi sırasında selüloz mikrofiberler ile ilişkili ana moleküllerdir.

Yapısı doğrusaldır ve karışık β-1,4 (% 70) ve β-1,3 (% 30) bağlarıyla bağlanan glukopiranoz kalıntılarından oluşur. Tahıllar için bildirilen moleküler ağırlıklar 0,065 ila 3 x 10e6 g / mol arasında değişir, ancak çalışıldıkları türlere göre farklılıklar vardır.

Xyloglycans

Bu hemiselülositik polisakkarit, yüksek bitkilerde bulunur ve hücre duvarlarının en bol bulunan yapısal malzemelerinden biridir. Dikotiledon anjiyospermlerde duvar polisakkaritlerinin% 20'sinden fazlasını temsil ederken, çimlerde ve diğer monokotlarda% 5'e kadar temsil eder.

Ksiloglikanlar, 6-1,4 bağlarıyla bağlanan ve 6. pozisyondaki karbonu aracılığıyla α-D-ksilopiranoz kalıntılarına bağlanan glukopiranoz birimlerinden oluşan selüloza benzer bir omurgadan oluşur.

Bu polisakkaritler, hücre duvarının selüloz mikrofiberlerine hidrojen bağları yoluyla sıkıca bağlanarak selülosit ağının stabilizasyonuna katkıda bulunur.

biosentezi

Çoğu membran polisakkariti, çok spesifik aktive edilmiş nükleotit şekerlerinden sentezlenir.

Bu şekerler, monomerler arasında glikosidik bağların oluşumundan ve söz konusu polimerin sentezinden sorumlu olan Golgi kompleksindeki glikosiltransferaz enzimleri tarafından kullanılır.

Ksiloglikanların selülosit iskeleti, CSLC genetik ailesi tarafından kodlanan, selüloz sentezinden sorumlu protein ailesinin üyeleri tarafından sentezlenir.

Özellikleri

Kompozisyonu incelenen bitki türüne göre değiştiği gibi hemiselülozların da işlevleri. Başlıca olanlar:

Biyolojik fonksiyonlar

Bitki hücrelerine benzer hücrelere sahip bitkilerin ve diğer organizmaların hücre duvarının oluşumunda, farklı hemiselüloz sınıfları, selüloz ile kovalent olmayan bir şekilde bağlanma yetenekleri sayesinde yapısal konularda temel işlevleri yerine getirir.

Hemiselüloz türlerinden biri olan Xylan, bazı bitki türleri tarafından geliştirilen ikincil hücre duvarlarının sertleşmesinde özellikle önemlidir.

Demirhindi gibi bazı bitki türlerinde tohumlar, nişasta yerine, hücre duvarında bulunan enzimlerin etkisiyle hareketlenen ksiloglukanları depolar ve bu, içerdiği embriyoya enerji verildiği çimlenme süreçlerinde gerçekleşir. tohum.

İşlevler ve ticari önemi

Demirhindi gibi tohumlarda depolanan hemiselülozlar ticari olarak gıda endüstrisinde kullanılan katkı maddelerinin üretimi için kullanılmaktadır.

Bu katkı maddelerinin örnekleri, "demirhindi zamkı" ve "sakız" guar "veya" guaran "dır (bir baklagil türünden ekstrakte edilmiş).

Fırıncılık endüstrisinde arabinoksilanların varlığı elde edilen ürünlerin kalitesini etkileyebilir, aynı şekilde karakteristik viskozitelerinden dolayı bira üretimini de etkiler.

Bazı bitki dokularında belirli selüloz türlerinin varlığı, bu dokuların biyoyakıt üretiminde kullanılmasını büyük ölçüde etkileyebilir.

Genellikle, hemiselülozik enzimlerin eklenmesi, bu dezavantajların üstesinden gelmek için yaygın bir uygulamadır. Ancak moleküler biyolojinin ve diğer son derece yararlı tekniklerin ortaya çıkmasıyla birlikte, bazı araştırmacılar, belirli tipte hemiselüloz üreten transgenik bitkilerin tasarımı üzerinde çalışıyorlar.

Referanslar

1. Ebringerová, A., Hromádková, Z. ve Heinze, T. (2005). Hemiseluloz. Gelişmiş. Polım. Sci., 186, 1-67.
2. Pauly, M., Gille, S., Liu, L., Mansoori, N., de Souza, A., Schultink, A. ve Xiong, G. (2013). Hemiselüloz biyosentezi. Plan, 1–16.
3. Saha, BC (2003). Hemiselüloz biyo dönüşüm. J Ind Microbiol Biotechnol, 30, 279-291.
4. Scheller, HV ve Ulvskov, P. (2010). Hemiselülozlar. Annu. Rev. Plant. Physiol. , 61, 263–289.
5. Wyman, CE, Decker, SR, Himmel, ME, Brady, JW ve Skopec, CE (2005). Selüloz ve Hemiselülozun Hidrolizi.
6. Yang, H., Yan, R., Chen, H., Ho Lee, D. ve Zheng, C. (2007). Hemiselüloz, selüloz ve lignin pirolizinin özellikleri. Yakıt, 86, 1781–1788.