Ligninstruktur, Funktionen, Extrakuration, Verschlechterung, verwendet

Der Lignina (Begriff aus Latein Lignum, was bedeutet Brennholz oder Holz) ist ein Polymer aus Gefäßpflanzen mit dreidimensionaler, amorpher und komplexer Struktur. In Pflanzen dient es als "Zement", der Kraft und Widerstand gegen Pflanzenstiele, Stämme und andere Strukturen verleiht.

Es befindet sich hauptsächlich an der Zellwand und schützt es vor mechanischen und pathogenen Kräften, auch in geringen Verhältnissen innerhalb der Zelle. Chemisch hat eine Vielzahl von aktivem Zentrum, die es ihnen ermöglicht, mit anderen Verbindungen zu interagieren. Innerhalb dieser häufigen funktionellen Gruppen haben wir unter anderem phenolische, aliphatische Metaxyls.

Mögliches Lignin -Modell. Quelle: richtiger Name: Karol Głbpl.Wiki: Karol007Commons: Karol007e-Mail: Kamikaze007 (at) Tlen.PL [CC BY-SA 3.0 (http: // creativecommons.Org/lizenzen/by-sa/3.0/]]

Da Lignin ein sehr komplexes und vielfältiges dreidimensionales Netzwerk ist, wurde die Struktur des Moleküls nicht mit Sicherheit aufgeklärt. Es ist jedoch bekannt, dass es sich um ein Polymer handelt, das aus Phenylpropanoidverbindungen gebildet wird.

Die Polymerisation der Monomere, die es bilden, variiert je nach Art und nicht wiederholt und vorhersehbar wie andere reichlich vorhandene Polymere von Gemüse (Stärke oder Cellulose).

Bisher gibt es nur hypothetische Modelle des Ligninmoleküls, und für ihre Studie im Labor verwenden sie normalerweise synthetische Varianten.

Die Form der Lignin -Extraktion ist komplex, da sie mit anderen Wandkomponenten verbunden ist und sehr heterogen ist.

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Entdeckung

Die erste Person, die das Vorhandensein von Lignin meldete, war der Wissenschaftler aus der Schweiz zu. P. De Candolle, der seine grundlegenden chemischen und physikalischen Eigenschaften beschrieb und den Begriff "Lignin" prägte, prägte den Begriff "Lignin".

Hauptmerkmale und Struktur

Lignin ist das am zweithäufigsten vorkommende organische Molekül in Pflanzen nach Cellulose, der Mehrheit der Bestandteile von Pflanzenzellwänden. Jedes Jahr produzieren Pflanzen 20 × 10⁹ Tonnen von Lignin. Trotz seiner Fülle war seine Studie ziemlich begrenzt.

Ein signifikanter Anteil aller Lignin (ungefähr 75%) befindet sich an der Zellwand, nachdem die Struktur von Cellulose (räumlich gesehen) gipfelt. Die Lignin -Platzierung wird als Lignifizierung bezeichnet und dies fällt mit Zelltod -Ereignissen zusammen.

Es handelt.

Schwierigkeiten bei der Extraktion und Charakterisierung von Lignin

Mehrere Autoren argumentieren, dass es eine Reihe von technischen Schwierigkeiten im Zusammenhang mit der Extraktion von Lignin gibt, eine Tatsache, die die Untersuchung seiner Struktur kompliziert.

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Zusätzlich zu den technischen Schwierigkeiten ist das Molekül kovalent mit der Cellulose und dem Rest der Polysaccharide verbunden, aus denen die Zellwand besteht. Zum Beispiel ist Lignin in Holz und anderen gelegelten Strukturen (wie Stämmen) stark mit Cellulose und Hemicellulose assoziiert.

Schließlich ist das Polymer zwischen Pflanzen äußerst variabel. Aus diesen genannten Gründen ist es üblich, dass synthetisches Lignin für die Untersuchung des Moleküls in den Labors verwendet wird.

Mehr verwendete Extraktionsmethoden

Die überwiegende Mehrheit der Lignin -Extraktionsmethoden verändert seine Struktur und verhindert ihre Studie. Von allen vorhandenen Methoden scheint das Wichtigste das Kraft zu sein. Während des Verfahrens wird Lignin von Kohlenhydraten mit einer Grundlösung von Natriumhydroxid und Natriumsulfid in den Anteilen 3: 1 getrennt.

Somit ist das Isolationsprodukt ein dunkelbraunes Pulver aufgrund des Vorhandenseins von Phenolverbindungen, deren durchschnittliche Dichte 1,3 bis 1,4 g/cm beträgt³.

Monomere, die aus Phenylpropanoiden stammen

Trotz dieser methodischen Konflikte ist bekannt, dass das Lignin -Polymer hauptsächlich von drei Phenylpropanoid -Derivaten gebildet wird: Coniferyl, Sumopyl und Synapylalkohole. Diese Verbindungen werden basierend auf aromatischen Aminosäuren, die Phenylalanin und Tyrosin genannt werden.

Die Gesamtzusammensetzung des Lignin -Netzwerks wird von den genannten Verbindungen fast vollständig dominiert.

Der Anteil dieser drei Phenylpropanoide ist variabel und hängt von den untersuchten Pflanzenarten ab. Es ist auch möglich, Unterschiede in den Anteilen der Monomere innerhalb der Organe derselben Person oder in den verschiedenen Schichten der Zellwand zu finden.

Dreidimensionale Struktur von Lignin

Der hohe Anteil an Kohlenstoffkohlenstoff- und Kohlenstoffoxygen-Kohlenstoff-Bindungen erzeugt eine sehr verzweigte dreidimensionale Struktur.

Im Gegensatz zu anderen Polymeren, die wir im Überfluss in Gemüse (wie Stärke oder Cellulose) finden.

Obwohl die Vereinigung dieser Strukturblöcke von stochastischen Kräften angeführt zu werden scheint, haben jüngste Untersuchungen ergeben, dass ein Protein die Polymerisation zu vermitteln scheint und eine große Wiederholungseinheit bildet.

Funktionen

Obwohl Lignin kein allgegenwärtiger Bestandteil aller Pflanzen ist, erfüllt es sehr wichtige Funktionen im Zusammenhang mit Schutz und Wachstum.

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Erstens ist es für den Schutz hydrophiler Komponenten (Cellulose und Hemicellulose) verantwortlich, die nicht die typische Stabilität und Starrheit von Lignin haben.

Wie ausschließlich außen zu finden ist es als Schutzscheide gegen Verzerrungen und Kompression, wobei Cellulose für den Spannungswiderstand verantwortlich ist.

Wenn die Wandkomponenten nass werden, verlieren sie den mechanischen Widerstand. Aus diesem Grund ist das Vorhandensein von Lignin bei der wasserdichten Komponente erforderlich. Es wurde gezeigt, dass die experimentelle Verringerung des Prozentsatzes von Lignin in Holz mit der Verringerung der mechanischen Eigenschaften derselben zusammenhängt.

Ligninschutz erstreckt sich auch auf mögliche biologische Wirkstoffe und Mikroorganismen. Dieses Polymer verhindert die Durchdringung von Enzymen, die wichtige Zellkomponenten beeinträchtigen könnten.

Es spielt auch eine grundlegende Rolle bei der Modulation des flüssigen Transports zu allen Pflanzenstrukturen.

Synthese

Die Bildung von Lignin beginnt mit einer Reaktion der Desaminierung von Aminosäuren Phenylalanin oder Tyrosin. Die chemische Identität der Aminosäure ist nicht sehr relevant, da die Verarbeitung von beiden zu derselben Verbindung führt: 4-Hydroxycinamat.

Diese Verbindung wird einer Reihe chemischer Reaktionen der Hydroxylierung, der Übertragung von Metilumgruppen und einer Reduktion der Carboxylgruppe bis zur Erlangung eines Alkohols unterzogen.

Wenn die drei Vorläufer des im vorherigen Abschnitts erwähnten Lignin gebildet wurden, wird davon ausgegangen.

Unabhängig von der von der Union geförderten Kraft, Monomere mit jedem.

Degradierung

Chemischer Abbau

Aufgrund der chemischen Eigenschaften des Moleküls ist Lignin in wässrigen Basislösungen und heißem Bisulfit löslich.

Pilze vermittelte enzymatische Abbauung

Der durch das Vorhandensein von Pilzen vermittelte Abbau von Lignin wurde durch Biotechnologie für die nach der Herstellung von Papier hergestellten Überresten ausführlich untersucht.

Pilze, die in der Lage sind, Lignin abzubauen, werden als weiße Pilze bezeichnet, die sich mit den Pilzen der braunen Fäule im Gegensatz zu Cellulosemolekülen und dergleichen angreifen können. Diese Pilze sind eine heterogene Gruppe und ihr bekanntester Vertreter ist die Art Phanoochaete Chrysosporium.

Durch Oxidationsreaktionen - indirekt und zufällig - werden die Verbindungen, die die Monomere halten, allmählich gebrochen.

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Die Wirkung von Pilzen, die Ligninblätter als eine Vielzahl von Phenolverbindungen, Säuren und aromatischen Alkoholen angreifen. Einige Abfälle können mineralisiert werden, während andere huminische Substanzen produzieren.

Die Enzyme, die diesen Abbauprozess durchführen.

Lignin in der Verdauung

Für Pflanzenfresser ist Lignin eine faserige Komponente von Pflanzen, die nicht verdaulich ist. Das heißt, es wird nicht von den typischen Enzymen der Verdauung oder von den Mikroorganismen angegriffen, die im Dickdarm leben.

In Bezug auf die Ernährung trägt es etwas zum Organismus bei, das es verbraucht. Tatsächlich kann der Prozentsatz der Verdaulichkeit anderer Nährstoffe abnehmen.

Anwendungen

Nach Ansicht einiger Autoren gibt es bisher keine wichtige Anwendung für das betreffende Polymer, obwohl landwirtschaftliche Abfälle in nahezu unerschöpflichen Größen erhalten werden können.

Obwohl Lignin seit Ende des 19. Jahrhunderts untersucht wurde, haben Komplikationen im Zusammenhang mit seiner Verarbeitung sein Management behindert. Andere Quellen deuten jedoch darauf hin, dass Lignin ausgenutzt werden kann und mehrere potenzielle Verwendungszwecke vorschlagen kann, Basierend auf den Steifheit und Festigkeitseigenschaften, die wir diskutiert haben.

Derzeit wird eine Reihe von Holzdarstellern auf der Grundlage von Lignin in Kombination mit einer Reihe von Verbindungen entwickelt, um sie vor Schäden zu schützen, die durch biotische und abiotische Wirkstoffe verursacht werden.

Es könnte auch eine ideale Substanz für den Bau von thermischen und akustischen Isolatoren sein.

Der Vorteil der Einbeziehung von Lignin in die Branche sind die niedrigen Kosten und die mögliche Verwendung als Ersatz für die erste Angelegenheit, die aus fossilen Brennstoffen oder anderen petrochemischen Ressourcen entwickelt wurde. Somit ist Lignin ein Polymer mit einem großen Potenzial, das ausgebeutet werden soll.

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