HEMICELLULOSE: PAG-UURI, ISTRAKTURA, BIOSYNTHESIS AT PAG-ANDAR - BIOLOGY - 2026

Ang Hemicellulose ay isang term na ginamit upang magtalaga ng isang napaka magkakaibang pangkat ng polysaccharides na naroroon sa mga pader ng cell ng maraming mga halaman at kumakatawan sa higit sa isang third ng biomass ng sinabi na mga istraktura.

Ang konsepto ay iminungkahi ni Johann Heinrich Schulze na magtalaga ng polysaccharides maliban sa almirol at may kaugnayan sa cellulose na nakuha mula sa mga pader ng cell ng mas mataas na halaman sa pamamagitan ng paggamit ng mga solusyon sa alkalina.

Ang graphic na representasyon ng molekular na istraktura ng Xylan, isang hemicellulose (Pinagmulan: Yikrazuul sa pamamagitan ng Wikimedia Commons)

Ang mga polysaccharides na ito ay binubuo ng mga glandula ng glucan na nauugnay sa bonds-1,4 na mga bono na may iba't ibang mga glycosylated substituents at may kakayahang makipag-ugnay sa bawat isa at sa mga cellulose fibers sa pamamagitan ng mga hydrogen bond (non-covalent interaction).

Hindi tulad ng cellulose, na bumubuo ng mahigpit na nakaimpake na mga microfibers, ang hemicelluloses ay may halip na mga istruktura ng amorphous, na natutunaw sa may tubig na solusyon.

Dahil higit sa isang third ng dry weight ng mga cell cells ay tumutugma sa hemicelluloses, maraming interes na kasalukuyang umiiral sa paggawa ng mga biofuel at iba pang mga compound ng kemikal sa pamamagitan ng pagproseso ng mga polysaccharides na ito.

Pag-uuri at istraktura

Ang mga hemicelluloses ay kasalukuyang nahahati sa apat na mga istruktura na magkakaibang mga klase ng mga molekula: xylans, D-man-glycans, β-glucans, at xyloglycans. Ang tatlong uri ng mga hemicelluloses ay may iba't ibang mga pattern ng pamamahagi at lokalisasyon, pati na rin ang iba pang mahahalagang pagkakaiba.

Xylan

Sila ang pangunahing sangkap ng hemicellulocytic na naroroon sa pangalawang cell pader ng mga dicotyledonous na halaman. Kinakatawan nila ang higit sa 25% ng biomass ng makahoy at mala-halamang halaman at mga 50% sa ilang mga species ng monocotyledon.

Ang Xylanes ay mga heteropolymer na binubuo ng D-xylopyranose na naka-link sa pamamagitan ng β-1,4 na mga bono at kung saan maaaring magkaroon ng mga maikling sanga. Ang pangkat na ito ay nahahati sa mga homoxylanes at heteroxylanes, kasama rito ang mga glucuronoxylans at iba pang mga kumplikadong polysaccharides.

Ang mga molekulang ito ay maaaring ihiwalay mula sa iba't ibang mga mapagkukunan ng halaman: mula sa flaxseed fiber, mula sa pulp na bituka, mula sa bagasse ng tubo, mula sa bran ng trigo at iba pa.

Ang bigat ng molekular nito ay maaaring magkakaiba-iba, depende sa uri ng xylan at mga species ng halaman. Ang saklaw na matatagpuan sa kalikasan ay karaniwang saklaw mula sa 5,000 g / mol hanggang sa higit sa 350,000 g / mol, ngunit nakasalalay ito sa maraming antas ng hydration at iba pang mga kadahilanan.

D-hand glycans

Ang ganitong uri ng polysaccharide ay matatagpuan sa mas mataas na mga halaman sa anyo ng mga galactomannans at glucomannan, na binubuo ng mga linear chain ng D-mannopyranose na naka-link sa pamamagitan ng β-1,4 na mga bono at ng mga nalalabi ng D-mannopyranose at D-glucopyranose na maiugnay ng β na mga bono. -1.4, ayon sa pagkakabanggit.

Ang parehong uri ng mga glycans ng kamay ay maaaring magkaroon ng mga labi ng D-galactopyranose na nakakabit sa gulugod ng molekula sa iba't ibang posisyon.

Ang mga galactomannans ay matatagpuan sa endosperm ng ilang mga mani at mga petsa, hindi sila matutunaw sa tubig at magkatulad na pagsang-ayon sa cellulose. Ang Glucomannan, sa kabilang banda, ay ang pangunahing sangkap ng hemicellulocytic ng mga pader ng cell ng mga softwoods.

β-glucans

Ang mga glucans ay ang mga hemicellulocytic na sangkap ng butil ng cereal at higit sa lahat ay matatagpuan sa mga damo at poaceae sa pangkalahatan. Sa mga halaman na ito, ang mga β-glucans ang pangunahing molekula na nauugnay sa cellulose microfibers sa panahon ng paglaki ng cell.

Ang istraktura nito ay magkakatulad at binubuo ng mga nalalabi na glucopyranose na naka-link sa pamamagitan ng halo-halong β-1,4 (70%) at β-1,3 (30%) na bono. Ang mga molekular na timbang na iniulat para sa mga cereal ay nag-iiba sa pagitan ng 0.065 hanggang 3 x 10e6 g / mol, ngunit may mga pagkakaiba na nauugnay sa mga species kung saan sila pinag-aralan.

Xyloglycans

Ang hemicellulocytic polysaccharide na ito ay matatagpuan sa mas mataas na mga halaman at isa sa pinaka-sagana na istruktura na materyales ng mga pader ng cell. Sa dicotyledonous angiosperms ito ay kumakatawan sa higit sa 20% ng mga pader polysaccharides, habang sa mga damo at iba pang mga monocots ay kumakatawan sa 5%.

Ang Xyloglycans ay binubuo ng isang cellulose na tulad ng gulugod, na binubuo ng mga yunit ng glucopyranose na naka-link sa pamamagitan ng β-1,4 na mga bono, na naka-link sa residue ng α-D-xylopyranose sa pamamagitan ng carbon sa posisyon 6.

Ang mga polysaccharides na ito ay mahigpit na nakagapos sa cellulose microfibers ng cell wall sa pamamagitan ng mga bono ng hydrogen, na nag-aambag sa pagpapanatag ng cellulocyte network.

Biosynthesis

Karamihan sa mga lamad polysaccharides ay synthesized mula sa napaka-tukoy na aktibo na mga nucleotide sugars.

Ang mga asukal na ito ay ginagamit ng mga glycosyltransferase na mga enzyme sa Golgi complex, na responsable para sa pagbuo ng mga glycosidic bond sa pagitan ng mga monomer at synthesis ng polimer na pinag-uusapan.

Ang cellulocyte skeleton ng xyloglycans ay synthesized ng mga miyembro ng pamilya ng mga protina na responsable sa syntulose synthesis, na naka-encode ng pamilya ng CSLC genetic.

Mga Tampok

Tulad ng pagkakaiba-iba ng komposisyon nito depende sa mga species ng halaman na pinag-aralan, ang mga pag-andar ng hemicelluloses din. Ang pangunahing mga ay:

Mga pag-andar ng biolohikal

Sa pagbuo ng cell wall ng mga halaman at iba pang mga organismo na may mga cell na katulad ng mga selula ng halaman, ang iba't ibang mga klase ng hemicelluloses ay nagtutupad ng mga mahahalagang pag-andar sa mga bagay na istruktura salamat sa kanilang kakayahang iugnay ang di-covalently sa cellulose.

Ang Xylan, isa sa mga uri ng hemicelluloses, ay mahalaga lalo na sa pagpapatigas ng pangalawang mga pader ng cell na binuo ng ilang mga species ng halaman.

Sa ilang mga species ng halaman tulad ng tamarind, ang mga buto, sa halip na almirol, mag-imbak ng mga xyloglucans na pinapakilos salamat sa pagkilos ng mga enzyme na naroroon sa dingding ng cell at nangyayari ito sa mga proseso ng pagtubo, kung saan ang enerhiya ay ibinibigay sa embryo na nilalaman sa ang binhi.

Mga function at kahalagahan sa komersyal

Ang mga hemicelluloses na nakaimbak sa mga buto tulad ng tamarind ay sinasamantala sa komersyo para sa paggawa ng mga additives na ginagamit sa industriya ng pagkain.

Ang mga halimbawa ng mga additives na ito ay "tamarind gum" at "gum" guar "o" guaran "(kinuha mula sa isang species ng legume).

Sa industriya ng panadero, ang pagkakaroon ng mga arabinoxylans ay maaaring makaapekto sa kalidad ng mga produktong nakuha, sa parehong paraan na, dahil sa kanilang katangian na lagkit, nakakaapekto rin sila sa paggawa ng beer.

Ang pagkakaroon ng ilang mga uri ng mga celluloses sa ilang mga tisyu ng halaman ay maaaring makaapekto sa paggamit ng mga tisyu na ito para sa paggawa ng mga biofuel.

Karaniwan, ang pagdaragdag ng hemicellulosic enzymes ay isang karaniwang kasanayan upang malampasan ang mga drawbacks na ito. Ngunit sa pagdating ng molekular na biology at iba pang lubos na kapaki-pakinabang na pamamaraan, ang ilang mga mananaliksik ay nagtatrabaho sa disenyo ng mga transgenic na halaman na gumagawa ng mga tiyak na uri ng hemicelluloses.

Mga Sanggunian

1. Ebringerová, A., Hromádková, Z., & Heinze, T. (2005). Hemicellulose. Payo Polym. Sci., 186, 1–67.
2. Pauly, M., Gille, S., Liu, L., Mansoori, N., de Souza, A., Schultink, A., & Xiong, G. (2013). Hemicellulose biosynthesis. Plano, 1–16.
3. Saha, BC (2003). Hemicellulose bioconversion. J Ind Microbiol Biotechnol, 30, 279-291.
4. Scheller, HV, & Ulvskov, P. (2010). Hemicelluloses. Annu. Rev. Plant. Physiol. , 61, 263–289.
5. Wyman, CE, Decker, SR, Himmel, ME, Brady, JW, & Skopec, CE (2005). Hydrolysis ng Cellulose at Hemicellulose.
6. Yang, H., Yan, R., Chen, H., Ho Lee, D., & Zheng, C. (2007). Mga katangian ng hemicellulose, cellulose at lignin pyrolysis. Fuel, 86, 1781–1788.