Hemiselulosa: klasifikasi, struktur, biosintesis, fungsi

Hemiselulosa: klasifikasi, struktur, biosintesis, fungsi

Hemiselulosa adalah istilah yang digunakan untuk menunjuk kelompok polisakarida yang sangat beragam yang ada di dinding sel banyak tanaman dan yang mewakili lebih dari sepertiga biomassa struktur tersebut.

Konsep ini diusulkan oleh Johann Heinrich Schulze untuk menunjuk polisakarida selain pati dan berhubungan dengan selulosa yang dapat diekstraksi dari dinding sel tumbuhan tingkat tinggi dengan menggunakan larutan basa.

Representasi grafis dari struktur molekul Xylan, sebuah hemiselulosa (Sumber: Yikrazuul [Domain publik] melalui Wikimedia Commons)

Polisakarida ini tersusun dari rangka glukan yang dihubungkan oleh ikatan -1,4 yang memiliki substituen glikosilasi yang berbeda dan mampu berinteraksi satu sama lain dan dengan serat selulosa melalui ikatan hidrogen (interaksi nonkovalen).

Tidak seperti selulosa, yang membentuk serat mikro padat, hemiselulosa memiliki struktur yang agak amorf, yang larut dalam larutan berair.

Sejak lebih dari sepertiga dari berat kering sel tumbuhan sesuai dengan hemiselulosa, banyak minat saat ini ada tentang produksi biofuel dan senyawa kimia lainnya dengan memproses polisakarida ini.

Indeks artikel

Klasifikasi dan struktur

Hemiselulosa saat ini dibagi menjadi empat kelas molekul yang berbeda secara struktural: xilan, D-manno glikan, -glukan, dan xyloglikan. Ketiga jenis hemiselulosa ini memiliki pola distribusi dan lokalisasi yang berbeda, serta perbedaan penting lainnya.

Xilan

Mereka adalah komponen hemiselulosa utama yang ada di dinding sel sekunder tanaman dikotil. Mereka mewakili lebih dari 25% biomassa tanaman berkayu dan herba dan sekitar 50% pada beberapa spesies monokotil.

Xilan adalah heteropolimer yang tersusun dari D-xylopyranose yang dihubungkan oleh ikatan -1,4 dan dapat bercabang pendek. Kelompok ini dibagi lagi menjadi homoxylanes dan heteroxylanes, di antaranya adalah glucuronoxylanes dan polisakarida kompleks lainnya.

Molekul-molekul ini dapat diisolasi dari sumber tanaman yang berbeda: dari serat biji rami, dari pulp bit, dari ampas tebu, dari dedak gandum dan lain-lain.

Berat molekulnya dapat sangat bervariasi, tergantung pada jenis xilan dan spesies tanaman. Kisaran yang ditemukan di alam biasanya berkisar dari 5.000 g / mol hingga lebih dari 350.000 g / mol, tetapi sangat tergantung pada tingkat hidrasi dan faktor lainnya.

D-hand glycans

Jenis polisakarida ini ditemukan pada tumbuhan tingkat tinggi dalam bentuk galaktomanan dan glukomanan, yang tersusun dari rantai linier D-mannopiranosa yang dihubungkan oleh ikatan -1,4 dan oleh residu D-mannopiranosa dan D-glukopiranosa yang dihubungkan oleh ikatan . .-1.4, masing-masing.

Kedua jenis glikan tangan dapat memiliki residu D-galaktopiranosa yang melekat pada tulang punggung molekul pada posisi yang berbeda.

Galactomannans ditemukan dalam endosperma beberapa kacang dan kurma, mereka tidak larut dalam air dan konformasi serupa dengan selulosa. Glukomanan, di sisi lain, adalah komponen hemiselulosa utama dari dinding sel kayu lunak.

-glukan

Glycans adalah komponen hemicellulocytic dari biji-bijian sereal dan sebagian besar ditemukan di rumput dan poaceae pada umumnya. Pada tanaman ini, -glukan adalah molekul utama yang terkait dengan serat mikro selulosa selama pertumbuhan sel.

Strukturnya linier dan terdiri dari residu glukopiranosa yang dihubungkan melalui ikatan campuran -1,4 (70%) dan -1,3 (30%). Berat molekul yang dilaporkan untuk sereal bervariasi antara 0,065 sampai 3 x 10e6 g / mol, tetapi ada perbedaan relatif terhadap spesies di mana mereka dipelajari.

Xyloglikan

Polisakarida hemiselulosa ini ditemukan pada tumbuhan tingkat tinggi dan merupakan salah satu bahan struktural dinding sel yang paling melimpah. Dalam angiosperma dikotil itu mewakili lebih dari 20% polisakarida dinding, sedangkan di rumput dan monokotil lainnya mewakili hingga 5%.

Xyloglikan tersusun dari kerangka seperti selulosa, tersusun dari unit glukopiranosa yang dihubungkan oleh ikatan -1,4, yang dihubungkan dengan residu -D-xilopiranosa melalui karbonnya pada posisi 6.

Polisakarida ini berikatan erat dengan mikrofiber selulosa dinding sel melalui ikatan hidrogen, berkontribusi pada stabilisasi jaringan selulosit.

Biosintesis

Kebanyakan polisakarida membran disintesis dari gula nukleotida aktif yang sangat spesifik.

Gula ini digunakan oleh enzim glikosiltransferase di kompleks Golgi, yang bertanggung jawab untuk pembentukan ikatan glikosidik antara monomer dan sintesis polimer yang bersangkutan.

Kerangka selulosit dari xyloglikan disintesis oleh anggota keluarga protein yang bertanggung jawab untuk sintesis selulosa, yang dikodekan oleh keluarga genetik CSLC.

Fitur

Sama seperti komposisinya yang bervariasi tergantung pada spesies tanaman yang dipelajari, fungsi hemiselulosa juga. Yang utama adalah:

Fungsi biologis

Dalam pembentukan dinding sel tumbuhan dan organisme lain dengan sel yang mirip dengan sel tumbuhan, kelas hemiselulosa yang berbeda memenuhi fungsi penting dalam masalah struktural berkat kemampuannya untuk berasosiasi secara non-kovalen dengan selulosa.

Xilan, salah satu jenis hemiselulosa, sangat penting dalam pengerasan dinding sel sekunder yang dikembangkan oleh beberapa spesies tanaman.

Pada beberapa spesies tanaman seperti asam, biji, bukan pati, menyimpan xyloglucan yang dimobilisasi berkat aksi enzim yang ada di dinding sel dan ini terjadi selama proses perkecambahan, di mana energi disuplai ke embrio yang terkandung dalam benih.

Fungsi dan kepentingan komersial

Hemiselulosa yang disimpan dalam biji seperti asam dieksploitasi secara komersial untuk produksi aditif yang digunakan dalam industri makanan.

Contoh aditif ini adalah “gom asam” dan “guar” atau “guaran” gum (diekstraksi dari spesies kacang-kacangan).

Dalam industri roti, kehadiran arabinoxylans dapat mempengaruhi kualitas produk yang diperoleh, dengan cara yang sama, karena karakteristik viskositasnya, mereka juga mempengaruhi produksi bir.

Kehadiran jenis selulosa tertentu di beberapa jaringan tanaman dapat sangat mempengaruhi penggunaan jaringan ini untuk produksi biofuel.

Biasanya penambahan enzim hemiselulosa adalah praktik umum untuk mengatasi kekurangan ini. Tetapi dengan munculnya biologi molekuler dan teknik lain yang sangat berguna, beberapa peneliti sedang mengerjakan desain tanaman transgenik yang menghasilkan jenis hemiselulosa tertentu.

Referensi

  1. Ebringerová, A., Hromádková, Z., & Heinze, T. (2005). hemiselulosa. Adv. Polim. Sci. , 186 , 1–67.
  2. Pauly, M., Gille, S., Liu, L., Mansoori, N., de Souza, A., Schultink, A., & Xiong, G. (2013). biosintesis hemiselulosa. Rencana , 1–16.
  3. Saha, BC (2003). biokonversi hemiselulosa. J Ind Mikrobiol Bioteknol , 30 , 279-291.
  4. Scheller, HV, & Ulvskov, P. (2010). Hemiselulosa. annu. Pdt. Tanaman. Fisiol. , 61 , 263–289.
  5. Wyman, CE, Decker, SR, Himmel, ME, Brady, JW, & Skopec, CE (2005). Hidrolisis Selulosa dan Hemiselulosa.
  6. Yang, H., Yan, R., Chen, H., Ho Lee, D., & Zheng, C. (2007). Karakteristik pirolisis hemiselulosa, selulosa dan lignin. Bahan Bakar , 86 , 1781–1788.