The lignin (termín z latiny lignum, což znamená palivové dřevo nebo dřevo) je polymer typický pro cévnaté rostliny s trojrozměrnou, amorfní a složitou strukturou. V rostlinách slouží jako „cement“, který dodává sílu a odolnost stonkům, kmenům a jiným strukturám rostlin..
Nachází se hlavně v buněčné stěně a chrání ji před mechanickými silami a patogeny, které se také v malé míře nacházejí uvnitř buňky. Chemicky má širokou škálu aktivních center, která jim umožňují interakci s jinými sloučeninami. V těchto běžných funkčních skupinách máme mimo jiné fenolové, alifatické, methoxyhydroxyly.
Protože lignin je vysoce komplexní a různorodá trojrozměrná síť, struktura molekuly nebyla s jistotou objasněna. Je však známo, že jde o polymer vyrobený z koniferylalkoholu a dalších fenylpropanoidových sloučenin odvozených od aromatických aminokyselin fenylalaninu a tyrosinu..
Polymerace monomerů, které ji tvoří, se liší v závislosti na druhu a neprovádí se opakujícím a předvídatelným způsobem jako jiné hojné polymery zeleniny (škrob nebo celulóza).
Dosud jsou k dispozici pouze hypotetické modely molekuly ligninu a pro jeho laboratorní studium se obvykle používají syntetické varianty..
Forma extrakce ligninu je složitá, protože je spojena s jinými složkami stěny a je velmi heterogenní.
Rejstřík článků
První osobou, která ohlásila přítomnost ligninu, byl švýcarský vědec A. P. de Candolle, který popsal jeho základní chemické a fyzikální vlastnosti a vytvořil termín „lignin“..
Lignin je druhou nejhojnější organickou molekulou v rostlinách po celulóze, která je většinovou složkou buněčných stěn rostlin. Každý rok rostliny produkují 20 × 109 tun ligninu. Navzdory jeho množství však byla jeho studie poměrně omezená.
Významná část veškerého ligninu (přibližně 75%) se nachází v buněčné stěně poté, co celulózová struktura kulminuje (prostorově řečeno). Umístění ligninu se nazývá lignifikace, což se shoduje s událostmi buněčné smrti.
Je to opticky neaktivní polymer, nerozpustný v kyselých roztocích, ale rozpustný v silných zásadách, jako je hydroxid sodný a podobné chemické sloučeniny..
Různí autoři tvrdí, že s těžbou ligninu souvisí řada technických obtíží, což komplikuje studium jeho struktury..
Kromě technických potíží je molekula kovalentně vázána na celulózu a zbytek polysacharidů, které tvoří buněčnou stěnu. Například ve dřevě a jiných lignifikovaných strukturách (jako jsou stonky) je lignin silně spojen s celulózou a hemicelulózou..
A konečně, polymer je mezi rostlinami extrémně variabilní. Z těchto zmíněných důvodů je běžné, že se syntetický lignin používá ke studiu molekuly v laboratořích..
Drtivá většina metod extrakce ligninu modifikuje jeho strukturu a brání jejímu studiu. Ze všech existujících metod se zdá být nejdůležitější kraft. Během postupu se lignin oddělí od uhlohydrátů bazickým roztokem hydroxidu sodného a sulfidu sodného v poměru 3: 1..
Izolačním produktem je tedy tmavě hnědý prášek kvůli přítomnosti fenolických sloučenin, jejichž průměrná hustota je 1,3 až 1,4 g / cm3.
Navzdory těmto metodickým konfliktům je známo, že ligninový polymer sestává hlavně ze tří fenylpropanoidových derivátů: koniferilních, kumarových a synapilických alkoholů. Tyto sloučeniny se syntetizují vycházející z aromatických aminokyselin nazývaných fenylalanin a tyrosin..
V celkovém složení ligninové kostry téměř zcela dominují uvedené sloučeniny, protože byly zjištěny počáteční koncentrace proteinů..
Podíl těchto tří fenylpropanoidových jednotek je proměnlivý a závisí na studovaných druzích rostlin. Je také možné najít odchylky v proporcích monomerů v orgánech stejného jedince nebo v různých vrstvách buněčné stěny..
Vysoký poměr vazeb uhlík-uhlík a uhlík-kyslík-uhlík vytváří vysoce rozvětvenou trojrozměrnou strukturu.
Na rozdíl od jiných polymerů, které v zelenině najdeme v hojném množství (jako je škrob nebo celulóza), ligninové monomery nepolymerizují opakujícím se a předvídatelným způsobem.
Ačkoli se zdá, že vazba těchto stavebních bloků je způsobena stochastickými silami, nedávný výzkum zjistil, že se zdá, že protein zprostředkovává polymeraci a tvoří velkou opakující se jednotku..
I když lignin není všudypřítomnou složkou všech rostlin, plní velmi důležité funkce související s ochranou a růstem..
Za prvé je odpovědný za ochranu hydrofilních složek (celulózy a hemicelulózy), které nemají typickou stabilitu a tuhost ligninu..
Protože se nachází výhradně na vnější straně, slouží jako ochranný obal proti zkreslení a stlačení, přičemž za pevnost v tahu zůstává odpovědná celulóza..
Když komponenty stěny navlhnou, ztrácejí mechanickou pevnost. Z tohoto důvodu je nutná přítomnost ligninu ve vodotěsné složce. Ukázalo se, že experimentální snížení procenta ligninu ve dřevě souvisí se snížením mechanických vlastností stejného.
Ochrana ligninu se vztahuje i na potenciální biologické látky a mikroorganismy. Tento polymer zabraňuje pronikání enzymů, které by mohly degradovat životně důležité buněčné složky.
Hraje také zásadní roli v modulaci transportu kapaliny do všech struktur rostlin..
Tvorba ligninu začíná deaminační reakcí aminokyselin fenylalaninu nebo tyrosinu. Chemická identita aminokyseliny není příliš relevantní, protože zpracování obou vede ke stejné sloučenině: 4-hydroxycinnamát.
Tato sloučenina je vystavena řadě chemických reakcí hydroxylace, přenosu methylových skupin a redukce karboxylové skupiny, dokud není získán alkohol..
Když byly vytvořeny tři ligninové prekurzory zmíněné v předchozí části, předpokládá se, že jsou oxidovány na volné radikály, aby se vytvořila aktivní centra podporující polymerační proces..
Bez ohledu na sílu, která podporuje unii, monomery navzájem prostřednictvím kovalentních vazeb a vytvářejí komplexní síť.
Vzhledem k chemickým vlastnostem molekuly je lignin rozpustný v roztocích vodných bází a horkého hydrogensiřičitanu.
Odbourávání ligninu zprostředkované přítomností hub bylo biotechnologií rozsáhle studováno pro bělení a úpravu zbytků po výrobě papíru, mimo jiné..
Houby, které jsou schopné degradovat lignin, se nazývají houby bílé hniloby, na rozdíl od hub hnědé hniloby, které napadají molekuly celulózy a podobně. Tyto houby jsou heterogenní skupinou a jejich nejvýznamnějším zástupcem je druh Phanarochaete chrysosporium.
Prostřednictvím oxidačních reakcí - nepřímých i náhodných - se vazby, které drží monomery pohromadě, postupně rozbíjejí.
Působení hub, které napadají lignin, zanechává za sebou velké množství fenolických sloučenin, kyselin a aromatických alkoholů. Některé zbytky mohou mineralizovat, zatímco jiné produkují huminové látky.
Enzymy, které provádějí tento proces degradace, musí být extracelulární, protože lignin není vázán hydrolyzovatelnými vazbami..
Pro býložravce je lignin vláknitou složkou rostlin, která je nestravitelná. To znamená, že není napaden typickými trávicími enzymy ani mikroorganismy, které žijí v tlustém střevě..
Pokud jde o výživu, nepřispívá ničím k tělu, které je konzumuje. Ve skutečnosti může snížit procento stravitelnosti dalších živin.
Podle některých autorů lze sice zemědělské zbytky získat v téměř nepřeberném množství, ale pro daný polymer zatím neexistuje žádná důležitá aplikace..
Ačkoli lignin byl studován od konce 19. století, komplikace spojené s jeho zpracováním znesnadňovaly manipulaci. Jiné zdroje však naznačují, že lze lignin využívat a navrhují několik možných použití, na základě tuhosti a pevnostních vlastností, o kterých jsme diskutovali.
V současné době se vyvíjí řada prostředků na ochranu dřeva na bázi ligninu v kombinaci s řadou sloučenin, které jej chrání před poškozením způsobeným biotickými a abiotickými látkami..
Může to být také ideální látka pro konstrukci tepelných a akustických izolátorů.
Výhodou začlenění ligninu do průmyslu je jeho nízká cena a jeho možné použití jako náhrady za surovinu vyvinutou z fosilních paliv nebo jiných petrochemických zdrojů. Lignin je tedy polymer s velkým potenciálem, který se snaží využít.
Zatím žádné komentáře