LIGNIN: STRUKTUR, FUNGSI, PENGEKSTRAKAN, PENURUNAN, KEGUNAAN - BIOLOGI - 2026

The lignin (dari Lignum jangka Latin, bermakna kayu atau kayu) adalah polimer sendiri tumbuhan vaskular struktur dimensi, amorfus dan kompleks. Pada tanaman berfungsi sebagai "simen" yang memberikan kekuatan dan ketahanan terhadap batang tanaman, batang dan struktur lain.

Ia terletak terutamanya di dinding sel dan melindunginya daripada daya mekanik dan patogen, juga terdapat dalam sebilangan kecil di dalam sel. Secara kimia ia mempunyai pelbagai pusat aktif yang membolehkan mereka berinteraksi dengan sebatian lain. Dalam kumpulan fungsional biasa ini, kita mempunyai fenolik, alifatik, metoksi hidroksil, antara lain.

Model lignin yang mungkin. Sumber: nama sebenarnya: Karol Głąbpl.wiki: Karol007commons: Karol007e-mail: kamikaze007 (at) tlen.pl

Kerana lignin adalah rangkaian tiga dimensi yang sangat kompleks dan beragam, struktur molekul belum dapat dijelaskan dengan pasti. Walau bagaimanapun, ia dikenali sebagai polimer yang terbentuk dari alkohol koniferil dan sebatian fenilpropanoid lain yang berasal dari asid amino aromatik fenilalanin dan tirosin.

Polimerisasi monomer yang membentuknya berbeza-beza bergantung pada spesies, dan tidak melakukannya dengan cara yang berulang dan dapat diramalkan seperti polimer sayur-sayuran lain yang berlimpah (pati atau selulosa).

Setakat ini, hanya model hipotesis molekul lignin yang tersedia, dan untuk kajiannya di makmal mereka biasanya menggunakan varian sintetik.

Cara pengekstrakan lignin adalah kompleks, kerana terikat dengan komponen dinding yang lain dan sangat heterogen.

Penemuan

Orang pertama yang melaporkan kehadiran lignin adalah saintis kelahiran Switzerland, AP de Candolle, yang menggambarkan sifat asas kimia dan fizikalnya dan mencipta istilah "lignin."

Ciri dan struktur utama

Lignin adalah molekul organik kedua yang paling banyak terdapat dalam tumbuh-tumbuhan selepas selulosa, komponen mayoritas dinding sel tumbuhan. Setiap tahun tanaman menghasilkan 20 × 10 ⁹ tan lignin. Namun, walaupun banyak, kajiannya agak terhad.

Sebilangan besar lignin (kira-kira 75%) terletak di dinding sel, setelah struktur selulosa memuncak (bercakap secara spasial). Penempatan lignin disebut lignifikasi dan ini bertepatan dengan kejadian kematian sel.

Ia adalah polimer yang tidak optik, tidak larut dalam larutan asid tetapi larut dalam asas kuat, seperti natrium hidroksida dan sebatian kimia yang serupa.

Kesukaran pengekstrakan dan pencirian lignin

Berbagai penulis berpendapat bahawa terdapat serangkaian kesulitan teknikal yang berkaitan dengan pengekstrakan lignin, fakta yang menyukarkan kajian strukturnya.

Selain kesulitan teknikal, molekul terikat secara kovalen ke selulosa dan selebihnya polisakarida yang membentuk dinding sel. Sebagai contoh, dalam kayu dan struktur lignifikasi lain (seperti batang), lignin sangat berkaitan dengan selulosa dan hemiselulosa.

Akhir sekali, polimer sangat berubah antara tumbuhan. Atas sebab-sebab yang disebutkan, lazim digunakan lignin sintetik untuk kajian molekul di makmal.

Kaedah pengekstrakan yang paling banyak digunakan

Sebilangan besar kaedah pengekstrakan lignin mengubah strukturnya, menghalang kajiannya. Dari semua metodologi yang ada, yang paling penting adalah kraft. Semasa prosedur, lignin dipisahkan dari karbohidrat dengan larutan asas natrium hidroksida dan natrium sulfida dalam perkadaran 3: 1.

Oleh itu, produk penebat adalah serbuk coklat gelap kerana adanya sebatian fenolik, yang ketumpatan rata-rata adalah 1.3 hingga 1.4 g / cm ³ .

Monomer berasal dari fenilpropanoid

Walaupun terdapat konflik metodologi, diketahui bahawa polimer lignin terdiri terutamanya daripada tiga derivatif fenilpropanoid: alkohol koniferil, kumarin dan sinapillik. Sebatian ini disintesis bermula dari asid amino aromatik yang disebut fenilalanin dan tirosin.

Keseluruhan komposisi rangka lignin hampir sepenuhnya dikuasai oleh sebatian yang disebutkan, kerana terdapat kepekatan protein yang baru dijumpai.

Bahagian ketiga-tiga unit fenilpropanoid ini berubah-ubah dan bergantung kepada spesies tumbuhan yang dikaji. Ada kemungkinan untuk mencari variasi dalam bahagian monomer dalam organ individu yang sama atau pada lapisan dinding sel yang berlainan.

Struktur tiga dimensi lignin

Nisbah tinggi ikatan karbon-karbon dan karbon-oksigen-karbon menghasilkan struktur tiga dimensi yang sangat bercabang.

Tidak seperti polimer lain yang banyak terdapat dalam sayur-sayuran (seperti kanji atau selulosa), monomer lignin tidak berpolimerisasi dengan cara yang berulang dan boleh diramalkan.

Walaupun pengikatan blok-blok bangunan ini tampaknya didorong oleh kekuatan stokastik, penyelidikan baru-baru ini mendapati bahawa protein nampaknya memediasi polimerisasi dan membentuk unit berulang yang besar.

ciri-ciri

Walaupun lignin bukan komponen yang terdapat di mana-mana semua tumbuhan, ia memenuhi fungsi yang sangat penting yang berkaitan dengan perlindungan dan pertumbuhan.

Pertama sekali, ia bertanggungjawab melindungi komponen hidrofilik (selulosa dan hemiselulosa) yang tidak mempunyai kestabilan dan kekakuan khas lignin.

Oleh kerana ia dijumpai secara eksklusif di luar, ia berfungsi sebagai sarung pelindung terhadap distorsi dan mampatan, menjadikan selulosa bertanggung jawab atas kekuatan tegangan.

Apabila komponen dinding basah, mereka kehilangan kekuatan mekanikal. Atas sebab ini, kehadiran lignin dengan komponen kalis air adalah perlu. Telah ditunjukkan bahawa pengurangan peratusan lignin dalam kayu berkaitan dengan pengurangan sifat mekanik yang sama.

Perlindungan lignin juga merangkumi kemungkinan agen biologi dan mikroorganisma. Polimer ini menghalang penembusan enzim yang dapat merosakkan komponen sel penting.

Ini juga memainkan peranan mendasar dalam memodulasi pengangkutan cecair ke semua struktur tanaman.

Sintesis

Pembentukan lignin dimulakan dengan reaksi deaminasi asid amino fenilalanin atau tirosin. Identiti kimia asid amino tidak begitu relevan, kerana pemprosesan kedua-duanya membawa kepada sebatian yang sama: 4-hidroksisinnamat.

Sebatian ini mengalami serangkaian tindak balas kimia hidroksilasi, pemindahan kumpulan metil dan pengurangan kumpulan karboksil sehingga alkohol diperolehi.

Apabila tiga prekursor lignin yang disebutkan di bahagian sebelumnya telah terbentuk, dianggap bahawa mereka teroksidasi menjadi radikal bebas, untuk mewujudkan pusat aktif untuk mempromosikan proses polimerisasi.

Terlepas dari kekuatan yang mendorong kesatuan, monomer saling antara satu sama lain melalui ikatan kovalen dan mewujudkan jaringan yang kompleks.

Kemerosotan

Kemerosotan kimia

Oleh kerana ciri kimia molekul, lignin larut dalam larutan basa berair dan bisulfit panas.

Kemerosotan enzimatik yang disebabkan oleh kulat

Kerosakan lignin yang dimediasi oleh kehadiran kulat telah banyak dipelajari oleh bioteknologi untuk pemutihan dan rawatan sisa-sisa yang dihasilkan setelah pembuatan kertas, antara lain kegunaannya.

Kulat yang mampu menurunkan lignin disebut jamur busuk putih, yang berbeza dengan jamur busuk coklat yang menyerang molekul selulosa dan sejenisnya. Kulat ini adalah kumpulan yang heterogen dan wakil mereka yang paling menonjol adalah spesies Phanarochaete chrysosporium.

Melalui tindak balas pengoksidaan - tidak langsung dan rawak - ikatan yang menyatukan monomer bersama-sama secara beransur-ansur dipecahkan.

Tindakan kulat yang menyerang lignin meninggalkan sebilangan besar sebatian fenolik, asid dan alkohol aromatik. Sebilangan residu dapat mineralisasi, sementara yang lain menghasilkan bahan humik.

Enzim yang menjalankan proses penurunan ini mestilah ekstraselular, kerana lignin tidak terikat dengan ikatan yang dapat dihidrolisis.

Lignin dalam pencernaan

Bagi herbivor, lignin adalah komponen tumbuhan berserat yang tidak mudah dicerna. Iaitu, ia tidak diserang oleh enzim pencernaan khas atau oleh mikroorganisma yang hidup di usus besar.

Dari segi pemakanan, ia tidak menyumbang apa-apa kepada tubuh yang memakannya. Sebenarnya, ia dapat mengurangkan peratusan pencernaan nutrien lain.

Permohonan

Menurut beberapa pengarang, walaupun sisa pertanian dapat diperoleh dalam jumlah yang hampir tidak habis-habisnya, setakat ini tidak ada aplikasi penting untuk polimer yang dimaksudkan.

Walaupun lignin telah dikaji sejak akhir abad ke-19, komplikasi yang berkaitan dengan pemprosesannya menjadikannya sukar untuk ditangani. Walau bagaimanapun, sumber lain menunjukkan bahawa lignin dapat dieksploitasi dan mencadangkan beberapa kemungkinan penggunaan, berdasarkan sifat kekukuhan dan kekuatan yang telah kita bincangkan.

Pada masa ini, satu siri pengawet kayu berdasarkan lignin yang digabungkan dengan serangkaian sebatian sedang dikembangkan untuk melindunginya dari kerosakan yang disebabkan oleh agen biotik dan abiotik.

Ini juga boleh menjadi bahan yang ideal untuk penebat bangunan, baik termal dan akustik.

Kelebihan memasukkan lignin ke dalam industri adalah kos rendah dan kemungkinan penggunaannya sebagai pengganti bahan mentah yang dihasilkan dari bahan bakar fosil atau sumber petrokimia lain. Oleh itu, lignin adalah polimer dengan potensi besar yang ingin dieksploitasi.

Rujukan

1. Alberts, B., & Bray, D. (2006). Pengenalan biologi sel. Panamerican Medical Ed.
2. Bravo, LHE (2001). Manual Makmal Morfologi Tumbuhan. Bib Orton IICA / CATIE.
3. Curtis, H., & Schnek, A. (2006). Jemputan ke Biologi. Panamerican Medical Ed.
4. Gutiérrez, MA (2000). Biomekanik: Fizik dan Fisiologi (No. 30). Akhbar CSIC-CSIC editorial.
5. Raven, PH, Evert, RF, & Eichhorn, SE (1992). Biologi Tumbuhan (Jilid 2). Saya terbalik.
6. Rodríguez, EV (2001). Fisiologi pengeluaran tanaman tropika. Universiti Editorial Costa Rica.
7. Taiz, L., & Zeiger, E. (2007). Fisiologi tumbuhan. Jaume I. Universiti