Estrutura de lignina, funções, extracuração, degradação, usos

O Lignina (termo de latim lignum, que significa lenha ou madeira) é um polímero de plantas vasculares de estrutura tridimensional, amorfa e complexa. Nas plantas, serve como um "cimento" que dá força e resistência a caules, troncos e outras estruturas vegetais.

Ele está localizado principalmente na parede celular e o protege contra forças mecânicas e patogênicas, também em pequena proporção dentro da célula. Quimicamente tem uma grande variedade de centro ativo que lhes permite interagir com outros compostos. Dentro desses grupos funcionais comuns, temos metaxilos fenólicos, alifáticos, entre outros.

Possível modelo de lignina. Fonte: Nome real: Karol Głbpl.Wiki: Karol007Commons: Karol007e-Mail: Kamikaze007 (AT) TLEN.PL [CC BY-SA 3.0 (http: // criativecommons.Org/licenças/BY-SA/3.0/]]

Como a lignina é uma rede tridimensional muito complexa e diversificada, a estrutura da molécula não foi elucidada com certeza. No entanto, sabe -se que é um polímero formado com álcool coniferil e outros compostos fenilpropanóides derivados de fenilalanina e aminoácidos aromáticos da tirosina.

A polimerização dos monômeros que constituem varia dependendo da espécie e não o faz repetidamente e previsivelmente como outros polímeros abundantes de vegetais (amido ou celulose).

Até agora, existem apenas modelos hipotéticos da molécula de lignina e, para seu estudo no laboratório, eles geralmente usam variantes sintéticas.

A forma de extração de lignina é complexa, pois está ligada a outros componentes da parede e é muito heterogênea.

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Descoberta

A primeira pessoa a relatar a presença de lignina foi o cientista da Suíça para. P. De Candolle, que descreveu suas propriedades químicas e físicas fundamentais e cunhou o termo "lignina".

Principais características e estrutura

A lignina é a segunda molécula orgânica mais abundante em plantas após a celulose, componente majoritária das paredes celulares vegetais. Todo ano as plantas produzem 20 × 10⁹ toneladas de lignina. No entanto, apesar de sua abundância, seu estudo tem sido bastante limitado.

Uma proporção significativa de toda a lignina (aproximadamente 75%) está localizada na parede celular, após a estrutura da celulose (espacialmente) culminar. A colocação da lignina é chamada de lignificação e isso coincide com eventos de morte celular.

É um polímero opticamente inativo, insolúvel em soluções ácidas, mas solúveis em bases fortes, como hidróxido de sódio e compostos químicos semelhantes.

Dificuldades na extração e caracterização da lignina

Vários autores argumentam que existem várias dificuldades técnicas relacionadas à extração de lignina, um fato que complica o estudo de sua estrutura.

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Além das dificuldades técnicas, a molécula está covalentemente ligada à celulose e ao restante dos polissacarídeos que compõem a parede celular. Por exemplo, em madeira e outras estruturas lignificadas (como hastes), a lignina está fortemente associada a celulose e hemicelulose.

Finalmente, o polímero é extremamente variável entre as plantas. Por esses motivos mencionados, é comum que a lignina sintética seja usada para o estudo da molécula nos laboratórios.

Métodos de extração mais usados

A grande maioria dos métodos de extração de lignina modifica sua estrutura, impedindo seu estudo. De todas as metodologias existentes, o mais importante parece ser o Kraft. Durante o procedimento, a lignina é separada de carboidratos com uma solução básica de hidróxido de sódio e sulfeto de sódio nas proporções 3: 1.

Assim, o produto de isolamento é um pó marrom escuro devido à presença de compostos fenólicos, cuja densidade média é de 1,3 a 1,4 g/cm³.

Monômeros derivados de fenilpropanóides

Apesar desses conflitos metodológicos, sabe -se que o polímero de lignina é formado principalmente por três derivados fenilpropanóides: coniferil, sumopil e álcoois sinapil. Esses compostos são sintetizados com base em aminoácidos aromáticos chamados fenilalanina e tirosina.

A composição total da rede de lignina é quase completamente dominada pelos compostos mencionados, uma vez que as concentrações incipientes de proteínas foram encontradas.

A proporção dessas três unidades de fenilpropanóides é variável e depende das espécies de plantas estudadas. Também é possível encontrar variações nas proporções dos monômeros dentro dos órgãos do mesmo indivíduo ou nas diferentes camadas da parede celular.

Estrutura tridimensional da lignina

A alta proporção de ligações carbono-carbono e carbono-oxigênio-carbono gera uma estrutura tridimensional muito ramificada.

Ao contrário de outros polímeros que encontramos em abundância em vegetais (como amido ou celulose), os monômeros de lignina não polimerizam de uma maneira repetitiva e previsível.

Embora a união desses blocos de estruturação pareça ser liderada por forças estocásticas, investigações recentes descobriram que uma proteína parece mediar a polimerização e forma uma grande unidade repetitiva.

Funções

Embora a lignina não seja um componente onipresente de todas as plantas, ela cumpre funções muito importantes relacionadas à proteção e crescimento.

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Primeiro, é responsável por proteger componentes hidrofílicos (celulose e hemicelulose) que não têm a estabilidade e rigidez típica da lignina.

Como é encontrado exclusivamente do lado de fora, serve como uma bainha de proteção contra distorção e compressão, deixando a celulose ser responsável pela resistência à tensão.

Quando os componentes da parede se molham, eles perdem a resistência mecânica. Por esse motivo, a presença de lignina é necessária com o componente à prova d'água. Foi demonstrado que a redução experimental na porcentagem de lignina na madeira está relacionada à redução das propriedades mecânicas do mesmo.

A proteção de lignina também se estende a possíveis agentes biológicos e microorganismos. Este polímero impede a penetração de enzimas que podem degradar componentes celulares vitais.

Ele também desempenha um papel fundamental na modulação do transporte líquido para todas as estruturas vegetais.

Síntese

A formação de lignina começa com uma reação de desaminação de aminoácidos fenilalanina ou tirosina. A identidade química do aminoácido não é muito relevante, pois o processamento de ambos leva ao mesmo composto: 4-hidroxicinamato.

Este composto é submetido a uma série de reações químicas de hidroxilação, transferência de grupos de metrô e redução do grupo carboxil até obter um álcool.

Quando os três precursores da lignina mencionados na seção anterior foram formados, presume -se que eles sejam oxidados em radicais livres, a fim de criar centros ativos para promover o processo de polimerização.

Independentemente da força promovida pela União, monômeros com cada.

Degradação

Degradação química

Devido às características químicas da molécula, a lignina é solúvel em soluções básicas aquosas e bissulfito quente.

Degradação enzimática mediada por fungos

A degradação da lignina mediada pela presença de fungos tem sido extensivamente estudada por biotecnologia para o branqueado e o tratamento dos restos produzidos após a fabricação de papel, entre outros usos.

Fungos que são capazes de degradar lignina são chamados fungos brancos, que contrastam com os fungos de podridão marrom que atacam moléculas de celulose e similares. Esses fungos são um grupo heterogêneo e seu representante mais proeminente é a espécie Phanoochaete Chrysoporium.

Através de reações de oxidação - indiretas e aleatórias - os links que mantêm os monômeros são gradualmente quebrados.

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A ação dos fungos que atacam a lignina sai como uma grande variedade de compostos fenólicos, ácidos e álcoois aromáticos. Alguns resíduos podem ser mineralizados, enquanto outros produzem substâncias húmicas.

As enzimas que executam esse processo de degradação devem ser extracelulares, uma vez que a lignina não está ligada por meio de ligações hidrolisíveis.

Lignina na digestão

Para herbívoros, a lignina é um componente fibroso das plantas que não é digerível. Isto é, não é atacado pelas enzimas típicas da digestão ou pelos microorganismos que vivem no cólon.

Em termos de nutrição, contribui com qualquer coisa para o organismo que o consome. De fato, a porcentagem de digestibilidade de outros nutrientes pode diminuir.

Formulários

Segundo alguns autores, embora os resíduos agrícolas possam ser obtidos em quantidades quase inesgotáveis, até agora não há aplicação importante para o polímero em questão.

Embora a lignina tenha sido estudada desde o final do século XIX, complicações relacionadas ao seu processamento impediram sua administração. No entanto, outras fontes sugerem que a lignina pode ser explorada e propor vários usos potenciais, com base nas propriedades de rigidez e força que discutimos.

Atualmente, uma série de perseveres de madeira está sendo desenvolvida com base na lignina combinada com uma série de compostos, para protegê -la de danos causados ​​por agentes bióticos e abióticos.

Também pode ser uma substância ideal para a construção de isoladores, térmicos e acústicos.

A vantagem de incorporar a lignina na indústria é seu baixo custo e seu possível uso como substituto para a primeira questão desenvolvida a partir de combustíveis fósseis ou outro recurso petroquímico. Assim, a lignina é um polímero com muito potencial que procura ser explorado.

Referências

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