lignin (dari istilah Latin lignum , yang berarti kayu atau kayu) merupakan polimer itu sendiri dari tanaman vaskular struktur dimensi, amorf dan kompleks. Pada tanaman berfungsi sebagai “semen” yang memberikan kekuatan dan ketahanan pada batang tanaman, batang dan struktur lainnya.
Itu terletak terutama di dinding sel dan melindunginya dari kekuatan mekanis dan patogen, yang juga ditemukan dalam proporsi kecil di dalam sel. Secara kimiawi ia memiliki berbagai pusat aktif yang memungkinkan mereka berinteraksi dengan senyawa lain. Dalam kelompok fungsional umum ini kita memiliki fenolik, alifatik, metoksi hidroksil, antara lain.
Kemungkinan caral lignin. Sumber: nama asli: Karol Głąbpl.wiki: Karol007commons: Karol007e-mail: kitakaze007 (at) tlen.pl [CC BY-SA 3.0 (http://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/)]
Karena lignin adalah jaringan tiga dimensi yang sangat kompleks dan beragam, struktur molekulnya belum dapat dijelaskan dengan pasti. Namun, dikenal sebagai polimer yang terbentuk dari koniferil alkohol dan senyawa fenilpropanoid lainnya yang berasal dari asam amino aromatik fenilalanin dan tirosin.
Polimerisasi monomer yang membentuknya bervariasi tergantung pada spesiesnya, dan tidak melakukannya dengan cara yang berulang dan dapat diprediksi seperti polimer sayuran berlimpah lainnya (pati atau selulosa).
Sampai saat ini, hanya caral hipotetis molekul lignin yang tersedia, dan varian sintetis biasanya digunakan untuk studinya di laboratorium.
Bentuk ekstraksi lignin sangat kompleks, karena terikat dengan komponen lain dari dinding dan sangat heterogen.
Indeks artikel
Penemuan
Orang pertama yang melaporkan keberadaan lignin adalah ilmuwan kelahiran Swiss AP de Candolle, yang menggambarkan sifat kimia dan fisik dasarnya dan menciptakan istilah “lignin.”
Karakteristik dan struktur utama
Lignin adalah molekul organik paling melimpah kedua pada tumbuhan setelah selulosa, komponen mayoritas dinding sel tumbuhan. Setiap tahun tanaman menghasilkan 20 × 10 9 ton lignin. Namun, terlepas dari kelimpahannya, studinya sangat terbatas.
Proporsi yang signifikan dari semua lignin (sekitar 75%) terletak di dinding sel, setelah struktur selulosa memuncak (berbicara secara spasial). Penempatan lignin disebut lignifikasi dan ini bertepatan dengan peristiwa kematian sel.
Ini adalah polimer optik tidak aktif, tidak larut dalam larutan asam tetapi larut dalam basa kuat, seperti natrium hidroksida dan senyawa kimia serupa.
Kesulitan dalam ekstraksi dan karakterisasi lignin
Berbagai penulis berpendapat bahwa ada serangkaian kesulitan teknis yang berkaitan dengan ekstraksi lignin, fakta yang memperumit studi strukturnya.
Selain kesulitan teknis, molekul tersebut terikat secara kovalen dengan selulosa dan sisa polisakarida yang membentuk dinding sel. Misalnya, dalam kayu dan struktur lignifikasi lainnya (seperti batang), lignin sangat terkait dengan selulosa dan hemiselulosa.
Terakhir, polimer sangat bervariasi antar tanaman. Untuk alasan ini disebutkan, adalah umum untuk lignin sintetik digunakan untuk studi molekul di laboratorium.
Metode ekstraksi yang paling sering digunakan
Sebagian besar metode ekstraksi lignin memodifikasi strukturnya, mencegah studinya. Dari semua metodologi yang ada, tampaknya yang paling penting adalah kraft. Selama prosedur, lignin dipisahkan dari karbohidrat dengan larutan dasar natrium hidroksida dan natrium sulfida dalam perbandingan 3:1.
Dengan demikian, produk insulasi adalah bubuk coklat tua karena adanya senyawa fenolik, yang kerapatan rata – ratanya adalah 1,3 hingga 1,4 g / cm 3 .
Monomer yang berasal dari fenilpropanoid
Terlepas dari konflik metodologis ini, diketahui bahwa polimer lignin terutama terdiri dari tiga turunan fenilpropanoid: alkohol konifera, kumarat, dan sinapilik. Senyawa ini disintesis mulai dari asam amino aromatik yang disebut fenilalanin dan tirosin.
Komposisi total kerangka lignin hampir seluruhnya didominasi oleh senyawa yang disebutkan, karena konsentrasi protein yang baru mulai ditemukan.
Proporsi ketiga unit fenilpropanoid ini bervariasi dan bergantung pada spesies tanaman yang diteliti. Dimungkinkan juga untuk menemukan variasi dalam proporsi monomer di dalam organ individu yang sama atau di lapisan dinding sel yang berbeda.
Struktur tiga dimensi lignin
Rasio tinggi ikatan karbon-karbon dan karbon-oksigen-karbon menghasilkan struktur tiga dimensi yang sangat bercabang.
Tidak seperti polimer lain yang banyak kita temukan dalam sayuran (seperti pati atau selulosa), monomer lignin tidak berpolimerisasi dengan cara yang berulang dan dapat diprediksi.
Meskipun pengikatan blok bangunan ini tampaknya didorong oleh kekuatan stokastik, penelitian terbaru telah menemukan bahwa protein muncul untuk memediasi polimerisasi dan membentuk unit berulang yang besar.
Fitur
Meskipun lignin bukan merupakan komponen yang ada di mana-mana dari semua tanaman, ia memenuhi fungsi yang sangat penting terkait dengan perlindungan dan pertumbuhan.
Pertama, bertanggung jawab untuk melindungi komponen hidrofilik (selulosa dan hemiselulosa) yang tidak memiliki stabilitas dan kekakuan lignin yang khas.
Karena ditemukan secara eksklusif di bagian luar, ia berfungsi sebagai selubung pelindung terhadap distorsi dan kompresi, meninggalkan selulosa yang bertanggung jawab atas kekuatan tarik.
Ketika komponen dinding menjadi basah, mereka kehilangan kekuatan mekanik. Untuk itu, keberadaan lignin dengan komponen kedap air sangat diperlukan. Telah ditunjukkan bahwa percobaan pengurangan persentase lignin dalam kayu terkait dengan pengurangan sifat mekanik yang sama.
Perlindungan lignin juga meluas ke kemungkinan agen biologis dan mikroorganisme. Polimer ini mencegah penetrasi enzim yang dapat mendegradasi komponen seluler vital.
Ini juga memainkan peran mendasar dalam memodulasi transportasi cair ke semua struktur tanaman.
Perpaduan
Pembentukan lignin diawali dengan reaksi deaminasi asam amino fenilalanin atau tirosin. Identitas kimia asam amino tidak terlalu relevan, karena pengolahan keduanya menghasilkan senyawa yang sama: 4-hidroksisinamat.
Senyawa ini mengalami serangkaian reaksi kimia hidroksilasi, transfer gugus metil dan reduksi gugus karboksil sampai diperoleh alkohol.
Ketika tiga prekursor lignin yang disebutkan pada bagian sebelumnya telah terbentuk, dianggap bahwa mereka dioksidasi menjadi radikal bebas, untuk membuat pusat aktif untuk mempromosikan proses polimerisasi.
Terlepas dari kekuatan yang mempromosikan persatuan, monomer satu sama lain melalui ikatan kovalen dan membuat jaringan yang kompleks.
Degradasi
Degradasi kimia
Karena karakteristik kimia dari molekul, lignin larut dalam larutan basa berair dan bisulfit panas.
Degradasi enzimatik yang diperantarai jamur
Degradasi lignin yang dimediasi oleh keberadaan jamur telah dipelajari secara ekstensif oleh bioteknologi untuk pemutihan dan perawatan sisa-sisa yang dihasilkan setelah pembuatan kertas, di antara kegunaan lainnya.
Jamur yang mampu mendegradasi lignin disebut jamur pelapuk putih, berbeda dengan jamur pelapuk coklat yang menyerang molekul selulosa dan sejenisnya. Jamur ini adalah kelompok heterogen dan perwakilan mereka yang paling menonjol adalah spesies Phanarochaete chrysosporium.
Melalui reaksi oksidasi – tidak langsung dan acak – ikatan yang menyatukan monomer secara bertahap terputus.
Tindakan jamur yang menyerang lignin meninggalkan berbagai macam senyawa fenolik, asam dan alkohol aromatik. Beberapa residu dapat termineralisasi, sementara yang lain menghasilkan zat humat.
Enzim yang melakukan proses degradasi ini harus ekstraseluler, karena lignin tidak terikat oleh ikatan yang dapat dihidrolisis.
Lignin dalam pencernaan
Untuk herbivora, lignin adalah komponen berserat tanaman yang tidak dapat dicerna. Artinya, tidak diserang oleh enzim pencernaan yang khas atau oleh mikroorganisme yang hidup di usus besar.
Dari segi nutrisi tidak memberikan kontribusi apapun bagi tubuh yang mengkonsumsinya. Bahkan, dapat menurunkan persentase kecernaan zat gizi lain.
Kegunaan
Menurut beberapa penulis, meskipun residu pertanian dapat diperoleh dalam jumlah yang hampir tidak ada habisnya, sejauh ini tidak ada aplikasi penting untuk polimer tersebut.
Meskipun lignin telah dipelajari sejak akhir abad ke-19, komplikasi yang terkait dengan pengolahannya membuatnya sulit untuk ditangani. Namun, sumber lain menunjukkan bahwa lignin dapat dieksploitasi dan mengusulkan beberapa kegunaan potensial , berdasarkan sifat kekakuan dan kekuatan yang telah kita diskusikan.
Saat ini, serangkaian pengawet kayu berbasis lignin yang dikombinasikan dengan serangkaian senyawa sedang dikembangkan untuk melindunginya dari kerusakan yang disebabkan oleh agen biotik dan abiotik.
Ini juga bisa menjadi zat yang ideal untuk insulasi bangunan, baik termal maupun akustik.
Keuntungan memasukkan lignin ke dalam industri adalah biayanya yang rendah dan kemungkinan penggunaannya sebagai pengganti bahan baku yang dikembangkan dari bahan bakar fosil atau sumber daya petrokimia lainnya. Dengan demikian, lignin merupakan polimer dengan potensi besar yang berusaha untuk dimanfaatkan.
Referensi
- Alberts, B., & Bray, D. (2006). Pengantar biologi sel . Ed. Medis Panamerika.
- Bravo, LHE (2001). Pedoman Laboratorium Morfologi Tumbuhan . Bib.Orton IICA / CATIE.
- Curtis, H., & Schnek, A. (2006). Undangan Biologi . Ed. Medis Panamerika.
- Gutierrez, MA (2000). Biomekanika: Fisika dan Fisiologi (No. 30). Redaksi CSIC-CSIC Press.
- Raven, PH, Evert, RF, & Eichhorn, SE (1992). Biologi tumbuhan (Vol. 2). saya terbalik.
- Rodríguez, EV (2001). Fisiologi produksi tanaman tropis . Universitas Editorial Kosta Rika.
- Taiz, L., & Zeiger, E. (2007). Fisiologi tumbuhan . Universitas Jaume I
