LIGNIN: YAPI, FONKSIYONLAR, EKSTRAKSIYON, BOZULMA, KULLANIMLAR - BIYOLOJI - 2025

Lignin (Latince terimi lignum anlamı ahşap ya da ahşap ile ilgili) bir polimerin kendisi tohumlu bitkiler, boyutsal amorf ve karmaşık bir yapıdır. Bitkilerde bitki gövdelerine, gövdelerine ve diğer yapılara güç ve direnç kazandıran bir "çimento" görevi görür.

Esas olarak hücre duvarında bulunur ve onu mekanik kuvvetlere ve patojenlere karşı korur, ayrıca hücre içinde küçük bir oranda bulunur. Kimyasal olarak, diğer bileşiklerle etkileşime girmelerine izin veren çok çeşitli aktif merkezlere sahiptir. Bu ortak fonksiyonel gruplar içinde, diğerleri arasında fenolik, alifatik, metoksi hidroksillerimiz vardır.

Olası lignin modeli. Kaynak: gerçek adı: Karol Głąbpl.wiki: Karol007commons: Karol007e-posta: kamikaze007 (at) tlen.pl

Linyin oldukça karmaşık ve çeşitli üç boyutlu bir ağ olduğundan, molekülün yapısı kesin olarak açıklanamamıştır. Bununla birlikte, koniferil alkol ve aromatik amino asitler fenilalanin ve tirosinden türetilen diğer fenilpropanoid bileşiklerden oluşan bir polimer olduğu bilinmektedir.

Onu oluşturan monomerlerin polimerizasyonu türe göre değişir ve bunu diğer bol sebze polimerleri (nişasta veya selüloz) gibi tekrarlayan ve öngörülebilir bir şekilde yapmaz.

Şimdiye kadar, lignin molekülünün yalnızca varsayımsal modelleri mevcuttur ve laboratuvardaki çalışmaları için genellikle sentetik varyantlar kullanırlar.

Duvarın diğer bileşenlerine bağlı olduğu ve çok heterojen olduğu için lignin ekstraksiyon yöntemi karmaşıktır.

keşif

Linyinin varlığını bildiren ilk kişi, temel kimyasal ve fiziksel özelliklerini tanımlayan ve "lignin" terimini icat eden İsviçre doğumlu bilim adamı AP de Candolle idi.

Ana özellikler ve yapı

Lignin, bitki hücre duvarlarının en büyük bileşeni olan selülozdan sonra bitkilerde en bol bulunan ikinci organik moleküldür. Bitkiler her yıl 20 × 10 ⁹ ton lignin üretiyor . Bununla birlikte, bolluğuna rağmen, çalışması oldukça sınırlıdır.

Tüm ligninin önemli bir kısmı (yaklaşık% 75'i), selüloz yapısı doruğa ulaştıktan sonra (uzamsal olarak) hücre duvarında bulunur. Linyinin yerleştirilmesine odunlaşma denir ve bu, hücre ölümü olaylarıyla çakışır.

Optik olarak inaktif bir polimerdir, asit solüsyonlarında çözünmez ancak sodyum hidroksit ve benzeri kimyasal bileşikler gibi güçlü bazlarda çözünür.

Linyin ekstraksiyonu ve karakterizasyonundaki zorluklar

Çeşitli yazarlar, yapısının incelenmesini zorlaştıran bir gerçek olan, lignin ekstraksiyonuyla ilgili bir dizi teknik zorluk olduğunu iddia etmektedir.

Teknik zorluklara ek olarak molekül, selüloza ve hücre duvarını oluşturan polisakkaritlerin geri kalanına kovalent olarak bağlanır. Örneğin, ahşap ve diğer odunlaşmış yapılarda (gövdeler gibi), lignin, selüloz ve hemiselüloz ile güçlü bir şekilde ilişkilidir.

Son olarak, polimer bitkiler arasında oldukça değişkendir. Belirtilen bu nedenlerden dolayı, laboratuarlarda molekülün incelenmesi için sentetik lignin kullanılması yaygındır.

En çok kullanılan ekstraksiyon yöntemleri

Linyin ekstraksiyon yöntemlerinin büyük çoğunluğu yapısını değiştirerek çalışmasını engeller. Mevcut tüm metodolojiler arasında en önemlisi kraft gibi görünüyor. Prosedür sırasında lignin, karbonhidratlardan 3: 1 oranlarında bazik bir sodyum hidroksit ve sodyum sülfit çözeltisi ile ayrılır.

Bu nedenle, izolasyon Üründe olan ortalama yoğunluğu 1.3 ila 1.4 g / cm'dir fenolik bileşiklerin varlığı, bir koyu kahverengi tozdur ³ .

Fenilpropanoidlerden türetilen monomerler

Bu metodolojik çelişkilere rağmen, lignin polimerinin esas olarak üç fenilpropanoid türevinden oluştuğu bilinmektedir: kozalaklı, kumarik ve sinapilik alkoller. Bu bileşikler, fenilalanin ve tirozin adı verilen aromatik amino asitlerden başlayarak sentezlenir.

Yeni başlayan protein konsantrasyonları bulunduğundan, lignin çerçevesinin toplam bileşimine neredeyse tamamen bahsedilen bileşikler hakimdir.

Bu üç fenilpropanoid birimin oranı değişkendir ve incelenen bitki türlerine bağlıdır. Aynı bireyin organları içindeki monomer oranlarında veya hücre duvarının farklı katmanlarında varyasyonlar bulmak da mümkündür.

Linyinin üç boyutlu yapısı

Karbon-karbon ve karbon-oksijen-karbon bağlarının yüksek oranı, oldukça dallı üç boyutlu bir yapı oluşturur.

Sebzelerde (nişasta veya selüloz gibi) bol miktarda bulduğumuz diğer polimerlerin aksine, lignin monomerleri tekrarlayan ve öngörülebilir bir şekilde polimerize olmaz.

Bu yapı bloklarının bağlanmasının stokastik güçler tarafından yönlendirildiği görünse de, son araştırmalar bir proteinin polimerizasyona aracılık ettiğini ve büyük bir tekrar eden birim oluşturduğunu bulmuştur.

Özellikleri

Linyin, tüm bitkilerde her yerde bulunan bir bileşen olmasa da, koruma ve büyümeyle ilgili çok önemli işlevleri yerine getirir.

Her şeyden önce, ligninin tipik stabilitesine ve sertliğine sahip olmayan hidrofilik bileşenlerin (selüloz ve hemiselüloz) korunmasından sorumludur.

Sadece dışarıda bulunduğundan, bükülme ve sıkışmaya karşı koruyucu bir kılıf görevi görür ve selülozun gerilme mukavemetinden sorumlu olmasını sağlar.

Duvar bileşenleri ıslandığında mekanik dayanımını kaybeder. Bu nedenle su geçirmez bileşenli lignin bulunması gereklidir. Ahşaptaki lignin yüzdesinin deneysel olarak azaltılmasının, ahşabın mekanik özelliklerinin azalmasıyla ilişkili olduğu gösterilmiştir.

Linyinin korunması ayrıca olası biyolojik ajanlara ve mikroorganizmalara da uzanır. Bu polimer, hayati hücresel bileşenleri bozabilecek enzimlerin nüfuz etmesini önler.

Ayrıca, sıvının bitkinin tüm yapılarına taşınmasında önemli bir rol oynar.

sentez

Linyin oluşumu, fenilalanin veya tirozin amino asitlerinin deaminasyon reaksiyonu ile başlar. Amino asidin kimyasal kimliği, her ikisinin de işlenmesi aynı bileşiğe yol açtığı için çok alakalı değildir: 4-hidroksisinamat.

Bu bileşik, bir alkol elde edilene kadar bir dizi kimyasal hidroksilasyon reaksiyonuna, metil gruplarının transferine ve karboksil grubunun indirgenmesine tabi tutulur.

Önceki bölümde bahsedilen üç lignin öncüsü oluştuğunda, polimerizasyon sürecini ilerletmek için aktif merkezler oluşturmak amacıyla bunların serbest radikallere oksitlendikleri varsayılır.

Birleşmeyi teşvik eden güç ne olursa olsun, monomerler kovalent bağlar yoluyla birbirlerine ve karmaşık bir ağ oluştururlar.

bozulma

Kimyasal bozunma

Molekülün kimyasal özellikleri nedeniyle, lignin sulu bazlar ve sıcak bisülfit çözeltilerinde çözünür.

Mantar aracılı enzimatik bozunma

Mantarların mevcudiyetinin aracılık ettiği ligninin bozunması, diğer kullanımların yanı sıra, kağıt imalatından sonra üretilen kalıntıların ağartılması ve işlenmesi için biyoteknoloji tarafından kapsamlı bir şekilde incelenmiştir.

Linyini parçalayabilen mantarlara, selüloz moleküllerine ve benzerlerine saldıran kahverengi çürük mantarların aksine beyaz çürüklük mantarları denir. Bu mantarlar heterojen bir gruptur ve en önemli temsilcileri Phanarochaete chrysosporium türleridir.

Oksidasyon reaksiyonları yoluyla - dolaylı ve rastgele - monomerleri bir arada tutan bağlar kademeli olarak kırılır.

Linyine saldıran mantarların etkisi çok çeşitli fenolik bileşikleri, asitleri ve aromatik alkolleri geride bırakır. Bazı kalıntılar mineralize olurken diğerleri hümik maddeler üretir.

Bu bozunma sürecini gerçekleştiren enzimler hücre dışı olmalıdır, çünkü lignin hidrolize edilebilir bağlarla bağlanmaz.

Sindirimde lignin

Otçullar için lignin, bitkilerin sindirilemeyen lifli bir bileşenidir. Yani, tipik sindirim enzimleri veya kolonda yaşayan mikroorganizmalar tarafından saldırıya uğramaz.

Beslenme açısından onu tüketen vücuda hiçbir katkı sağlamaz. Aslında, diğer besin maddelerinin sindirilebilirlik yüzdesini azaltabilir.

Uygulamalar

Bazı yazarlara göre, tarımsal kalıntılar neredeyse tükenmez miktarlarda elde edilebilmesine rağmen, şu ana kadar söz konusu polimer için önemli bir uygulama yoktur.

Linyin, 19. yüzyılın sonlarından beri incelenmesine rağmen, işlenmesiyle ilgili komplikasyonlar, onu ele almayı zorlaştırdı. Bununla birlikte, diğer kaynaklar, ligninden yararlanılabileceğini ve tartıştığımız sertlik ve mukavemet özelliklerine dayalı olarak birkaç potansiyel kullanım önerebileceğini öne sürmektedir.

Şu anda, onu biyotik ve abiyotik ajanların neden olduğu hasardan korumak için bir dizi bileşikle birleştirilmiş lignine dayalı bir dizi ahşap koruyucu geliştirilmektedir.

Aynı zamanda hem termal hem de akustik izolatörler için ideal bir madde olabilir.

Linyini endüstriye dahil etmenin avantajı, düşük maliyeti ve fosil yakıtlardan veya diğer petrokimyasal kaynaklardan geliştirilen hammaddelerin yerini alması muhtemel kullanımıdır. Bu nedenle lignin, büyük potansiyele sahip, sömürülmeyi amaçlayan bir polimerdir.

Referanslar

1. Alberts, B. ve Bray, D. (2006). Hücre biyolojisine giriş. Panamerican Medical Ed.
2. Bravo, LHE (2001). Bitki Morfolojisi Laboratuvar Kılavuzu. Önlük Orton IICA / CATIE.
3. Curtis, H. ve Schnek, A. (2006). Biyolojiye Davet. Panamerican Medical Ed.
4. Gutiérrez, MA (2000). Biyomekanik: Fizik ve Fizyoloji (No. 30). Editoryal CSIC-CSIC Press.
5. Raven, PH, Evert, RF ve Eichhorn, SE (1992). Plant Biology (Cilt 2). Tersine döndüm.
6. Rodríguez, EV (2001). Tropikal mahsullerin üretiminin fizyolojisi. Editoryal Kosta Rika Üniversitesi.
7. Taiz, L. ve Zeiger, E. (2007). Bitki Fizyolojisi. Jaume I. Üniversitesi