ANG LIGNIN: ISTRAKTURA, PAG-ANDAR, PAGKUHA, PAGBURA, GINAGAMIT - BIOLOGY - 2025

Ang lignin (mula sa Latin term lignum, nangangahulugang kahoy o timber) ay isang polimer mismo ang mga vascular na halaman na dimensional, amorphous at kumplikadong istraktura. Sa mga halaman ito ay nagsisilbing isang "semento" na nagbibigay ng lakas at paglaban sa mga tangkay ng halaman, mga trunks at iba pang mga istraktura.

Matatagpuan ito higit sa lahat sa pader ng cell at pinoprotektahan ito laban sa mga puwersa ng makina at mga pathogen, na matatagpuan din sa isang maliit na proporsyon sa loob ng cell. Chemically mayroon itong isang malawak na iba't ibang mga aktibong sentro na nagbibigay-daan sa kanila upang makipag-ugnay sa iba pang mga compound. Sa loob ng mga karaniwang grupong ito ay mayroon kaming mga phenoliko, aliphatic, methoxy hydroxyls, bukod sa iba pa.

Posibleng modelo ng lignin. Pinagmulan: totoong pangalan: Karol Głąbpl.wiki: Karol007commons: Karol007e-mail: kamikaze007 (sa) tlen.pl

Dahil ang lignin ay isang napaka-kumplikado at magkakaibang three-dimensional na network, ang istraktura ng molekula ay hindi naipalabas nang katiyakan. Gayunpaman, kilala ito bilang isang polimer na nabuo mula sa coniferyl alkohol at iba pang phenylpropanoid compound na nagmula sa aromatic amino acid phenylalanine at tyrosine.

Ang polimeralisasyon ng mga monomer na bumubuo nito ay nag-iiba depende sa mga species, at hindi ginagawa ito sa isang paulit-ulit at mahuhulaan na paraan tulad ng iba pang masaganang polimer ng gulay (almirol o cellulose).

Sa ngayon, ang mga modelo lamang ng hypothetical na molekula ng lignin ang magagamit, at para sa pag-aaral nito sa laboratoryo ay karaniwang gumagamit sila ng mga variant ng sintetiko.

Ang paraan ng pagkuha ng lignin ay kumplikado, dahil ito ay nakatali sa iba pang mga sangkap ng dingding at napaka-heterogenous.

Pagtuklas

Ang unang tao na nag-ulat ng pagkakaroon ng lignin ay siyentipiko na ipinanganak ng Switzerland na si AP de Candolle, na inilarawan ang pangunahing mga kemikal at pisikal na katangian nito at pinahusay ang salitang "lignin."

Pangunahing katangian at istraktura

Ang Lignin ay ang pangalawang pinaka-masaganang organikong molekula sa mga halaman pagkatapos ng cellulose, ang mayorya na bahagi ng mga pader ng cell cell. Bawat taon ang mga halaman ay gumagawa ng 20 × 10 ⁹ tonelada ng lignin. Gayunpaman, sa kabila ng kasaganaan nito, ang pag-aaral nito ay medyo limitado.

Ang isang makabuluhang proporsyon ng lahat ng lignin (humigit-kumulang na 75%) ay matatagpuan sa dingding ng cell, matapos na magtatapos ang istruktura ng selulusa (spatially pagsasalita). Ang paglalagay ng lignin ay tinatawag na lignification at magkakasabay ito sa mga kaganapan ng kamatayan ng cell.

Ito ay isang optical na hindi aktibo na polimer, hindi matutunaw sa mga solusyon sa acid ngunit natutunaw sa mga malakas na base, tulad ng sodium hydroxide at mga katulad na compound ng kemikal.

Mga paghihirap sa pagkuha at pagkakakilanlan ng lignin

Nagtatalo ang iba't ibang mga may-akda na mayroong isang serye ng mga teknikal na paghihirap na nauugnay sa pagkuha ng lignin, isang katotohanan na kumplikado ang pag-aaral ng istraktura nito.

Bilang karagdagan sa mga paghihirap sa teknikal, ang molekula ay covalently na nakatali sa cellulose at ang natitirang polysaccharides na bumubuo sa cell wall. Halimbawa, sa kahoy at iba pang mga lignified na istraktura (tulad ng mga tangkay), ang lignin ay malakas na nauugnay sa selulusa at hemicellulose.

Panghuli, ang polimer ay lubos na variable sa pagitan ng mga halaman. Para sa mga kadahilanang nabanggit, karaniwan para sa synthetic lignin na gagamitin para sa pag-aaral ng molekula sa mga laboratoryo.

Karamihan sa mga ginagamit na pamamaraan ng pagkuha

Ang karamihan sa mga pamamaraan ng pagkuha ng lignin ay nagbabago ng istraktura nito, na pumipigil sa pag-aaral nito. Sa lahat ng mga umiiral na pamamaraan, ang pinakamahalagang tila kraft. Sa panahon ng pamamaraan, ang lignin ay nakahiwalay mula sa mga karbohidrat na may isang pangunahing solusyon ng sodium hydroxide at sodium sulfide sa mga proporsyon na 3: 1.

Kaya, ang produkto ng pagkakabukod ay isang madilim na kayumanggi pulbos dahil sa pagkakaroon ng mga phenolic compound, na ang average na density ay 1.3 hanggang 1.4 g / cm ³ .

Monomers na nagmula sa phenylpropanoids

Sa kabila ng mga pagkakasunud-sunod na pamamaraan na ito, kilala na ang lignin polimer ay pangunahing binubuo ng tatlong phenylpropanoid derivatives: coniferilic, Coumaric at synapillic alcohols. Ang mga compound na ito ay synthesized simula sa aromatic amino acid na tinatawag na phenylalanine at tyrosine.

Ang kabuuang komposisyon ng balangkas ng lignin ay halos ganap na pinangungunahan ng mga nabanggit na compound, dahil natagpuan ang mga hindi sinasadyang konsentrasyon ng mga protina.

Ang proporsyon ng mga tatlong yunit na phenylpropanoid ay variable at nakasalalay sa mga species na pinag-aralan ng mga halaman. Posible rin na makahanap ng mga pagkakaiba-iba sa mga proporsyon ng mga monomer sa loob ng mga organo ng parehong indibidwal o sa iba't ibang mga layer ng cell wall.

Tatlong-dimensional na istraktura ng lignin

Ang mataas na ratio ng mga bono ng carbon-carbon at carbon-oxygen-carbon ay bumubuo ng isang mataas na branched na three-dimensional na istraktura.

Hindi tulad ng iba pang mga polimer na marami kaming nakitang mga gulay (tulad ng starch o cellulose), ang mga lignin monomer ay hindi polimerize sa isang paulit-ulit at mahuhulaan na paraan.

Bagaman ang pagbubuklod ng mga bloke ng gusali na ito ay lilitaw na hinihimok ng mga malalakas na puwersa, natuklasan ng kamakailang pananaliksik na ang isang protina ay lilitaw na mamagitan ng polimerisasyon at bumubuo ng isang malaking uulit na yunit.

Mga Tampok

Bagaman ang lignin ay hindi isang nakamamanghang sangkap ng lahat ng mga halaman, tinutupad nito ang napakahalagang pag-andar na may kaugnayan sa proteksyon at paglago.

Una sa lahat, responsable sa pagprotekta sa mga sangkap na hydrophilic (cellulose at hemicellulose) na walang karaniwang katatagan at katigasan ng lignin.

Bilang ito ay natagpuan ng eksklusibo sa labas, nagsisilbi itong proteksiyon na kaluban laban sa pagbaluktot at pag-compress, na iniiwan ang selulusa na responsable para sa makakapal na lakas.

Kapag basa ang mga sangkap sa dingding, nawalan sila ng mekanikal na lakas. Para sa kadahilanang ito, kinakailangan ang pagkakaroon ng lignin na may hindi tinatagusan ng tubig na sangkap. Ipinakita na ang pang-eksperimentong pagbawas ng porsyento ng lignin sa kahoy ay nauugnay sa pagbawas ng mga mekanikal na katangian ng pareho.

Ang proteksyon ng lignin ay umaabot din sa mga posibleng biological ahente at microorganism. Pinipigilan ng polimer na ito ang pagtagos ng mga enzymes na maaaring magpababa ng mga mahahalagang bahagi ng cellular.

Gumaganap din ito ng isang pangunahing papel sa pagbabago ng transportasyon ng likido sa lahat ng mga istraktura ng halaman.

Sintesis

Ang pagbuo ng lignin ay nagsisimula sa isang reaksyon ng deamination ng amino acid phenylalanine o tyrosine. Ang kemikal na pagkakakilanlan ng amino acid ay hindi masyadong nauugnay, dahil ang pagproseso ng parehong humahantong sa parehong tambalan: 4-hydroxycinnamate.

Ang tambalang ito ay sumailalim sa isang serye ng mga reaksyon ng kemikal ng hydroxylation, paglipat ng mga grupo ng methyl at pagbawas ng pangkat ng carboxyl hanggang sa makuha ang isang alkohol.

Kapag ang tatlong precursor ng lignin na nabanggit sa nakaraang seksyon ay nabuo, ipinapalagay na ang mga ito ay na-oxidized sa mga libreng radikal, upang lumikha ng mga aktibong sentro upang maitaguyod ang proseso ng polymerization.

Anuman ang puwersa na nagtataguyod ng unyon, ang mga monomer sa bawat isa sa pamamagitan ng mga covalent bond at lumikha ng isang kumplikadong network.

Pagkasira

Ang pagkasira ng kemikal

Dahil sa mga katangian ng kemikal ng molekula, ang lignin ay natutunaw sa mga solusyon ng may tubig na mga base at mainit na bisulfite.

Fungal-mediated enzymatic marawal na kalagayan

Ang pagkasira ng lignin na pinagsama ng pagkakaroon ng fungi ay malawak na pinag-aralan ng biotechnology para sa pagpapaputi at paggamot ng mga labi na ginawa pagkatapos ng paggawa ng papel, bukod sa iba pang mga gamit.

Ang mga fungi na may kakayahang magpanghina ng lignin ay tinatawag na puting rot fungi, na kaiba sa mga brown rot fungi na umaatake sa mga molekula ng selulusa at iba pa. Ang mga fungi na ito ay isang heterogenous na grupo at ang kanilang pinakatanyag na kinatawan ay ang species ng Phanarochaete chrysosporium.

Sa pamamagitan ng mga reaksyon ng oksihenasyon - hindi tuwiran at random - ang mga bono na magkakaparehas ng monomer ay unti-unting nasira.

Ang pagkilos ng fungi na umaatake sa lignin ay umalis sa likod ng isang mahusay na iba't ibang mga phenolic compound, acid at aromatic alcohols. Ang ilang mga nalalabi ay maaaring mag-mineralize, habang ang iba ay gumagawa ng mga sangkap na humic.

Ang mga enzymes na nagsasagawa ng prosesong ito ng marawal na kalagayan ay dapat na extracellular, dahil ang lignin ay hindi nakagapos ng mga bono na hydrolyzable.

Lignin sa panunaw

Para sa mga halamang herbivores, ang lignin ay isang fibrous na bahagi ng mga halaman na hindi natutunaw. Iyon ay, hindi ito inaatake ng karaniwang mga enzyme ng panunaw o ng mga microorganism na nakatira sa colon.

Sa mga tuntunin ng nutrisyon, hindi ito nag-aambag ng anumang bagay sa katawan na kumokonsumo nito. Sa katunayan, maaari itong bawasan ang porsyento ng digestibility ng iba pang mga nutrients.

Aplikasyon

Ayon sa ilang mga may-akda, kahit na ang mga nalalabi sa agrikultura ay maaaring makuha sa halos hindi masasayang dami, sa ngayon ay walang mahalagang aplikasyon para sa polimer na pinag-uusapan.

Bagaman napag-aralan si lignin mula noong huling bahagi ng ika-19 na siglo, ang mga komplikasyon na may kaugnayan sa pagproseso nito ay napakahirap nitong hawakan. Gayunpaman, iminumungkahi ng iba pang mga mapagkukunan na ang lignin ay maaaring samantalahin at magmungkahi ng maraming mga potensyal na paggamit, batay sa mga katigasan at lakas na tinalakay namin.

Sa kasalukuyan, ang isang serye ng mga preservatives ng kahoy batay sa lignin na sinamahan ng isang serye ng mga compound na binuo upang maprotektahan ito mula sa pinsala na dulot ng biotic at abiotic agents.

Maaari din itong maging isang mainam na sangkap para sa pagbuo ng mga insulators, parehong thermal at acoustic.

Ang bentahe ng pagsasama ng lignin sa industriya ay ang murang halaga at ang posibleng paggamit bilang isang kapalit para sa hilaw na materyal na binuo mula sa mga fossil fuels o iba pang mga mapagkukunang petrochemical. Sa gayon, ang lignin ay isang polimer na may malaking potensyal na naglalayong mapagsamantalahan.

Mga Sanggunian

1. Alberts, B., & Bray, D. (2006). Panimula sa cell biology. Panamerican Medical Ed.
2. Bravo, LHE (2001). Manwal ng Laboratory ng Plant Morphology. Bib. Orton IICA / CATIE.
3. Curtis, H., & Schnek, A. (2006). Imbitasyon sa Biology. Panamerican Medical Ed.
4. Gutiérrez, MA (2000). Biomekanika: Physics at Physiology (Hindi. 30). Editoryal na CSIC-CSIC Press.
5. Raven, PH, Evert, RF, & Eichhorn, SE (1992). Plant Biology (Tomo 2). Baligtad ko.
6. Rodríguez, EV (2001). Physiology ng paggawa ng mga tropikal na pananim. Editoryal na Unibersidad ng Costa Rica.
7. Taiz, L., & Zeiger, E. (2007). Ang pisyolohiya ng halaman. Jaume I. Unibersidad