HEMICELLULÓZ: OSZTÁLYOZÁS, SZERKEZET, BIOSZINTÉZIS ÉS FUNKCIÓK - BIOLÓGIA - 2025

A hemicellulóz olyan kifejezés, amely a sok növény sejtfalában jelen lévő, nagyon sokrétű poliszacharidok csoportját jelöli, amelyek az említett szerkezetek biomassza több mint egyharmadát képviselik.

A koncepciót Johann Heinrich Schulze javasolta a keményítőtől eltérő poliszacharidok megjelölésére és cellulózzal együtt, amelyek extrahálhatók a magasabb növények sejtfalából lúgos oldatok felhasználásával.

A hemicellulóz Xylan molekuláris szerkezetének grafikus ábrázolása (Forrás: Yikrazuul a Wikimedia Commons segítségével)

Ezek a poliszacharidok olyan glükánvázakból állnak, amelyeket β-1,4-kötések kötnek egymással, amelyek különböző glikozilezett szubsztituensekkel rendelkeznek, és amelyek hidrogénkötések révén képesek kölcsönhatásba lépni egymással és a cellulózrostokkal (nem-kovalens kölcsönhatások).

A szorosan csomagolt mikroszálakat képező cellulóztól eltérően a hemicellulózok meglehetősen amorf szerkezetűek, amelyek vizes oldatokban oldódnak.

Mivel a növényi sejtek száraz tömegének több mint egyharmada hemicellulóznak felel meg, jelenleg nagy érdeklődés mutatkozik a bioüzemanyagok és más kémiai vegyületek előállítása során e poliszacharidok feldolgozása révén.

Besorolás és felépítés

A hemicellulózokat jelenleg négy szerkezetileg különféle molekulaosztályba sorolják: xilánok, D-ember-glikánok, β-glükánok és xiloglikánok. A hemicellulózok e három típusának eltérő eloszlási és lokalizációs mintázata, valamint más fontos különbségei vannak.

Xylan

Ezek a fő hemicellulocitikus komponensek, amelyek jelen vannak a kétszikű növények másodlagos sejtfalában. Ezek a fás és lágyszárú növények biomassza több mint 25% -át, egyes egyszikűek fajainak körülbelül 50% -át képviselik.

A xilánok olyan heteropolimerek, amelyek β-1,4-kötésekkel összekötött D-xil-piranózt tartalmaznak, és amelyek rövid ágakkal rendelkezhetnek. Ez a csoport fel van osztva homoxilánok és heteroxilánok közé, amelyek között vannak a glükuronoxilánok és más komplex poliszacharidok.

Ezeket a molekulákat különféle növényi forrásokból lehet izolálni: lenmagrostból, répapépből, cukorkonádból, búzakorpából és másokból.

Molekulatömege jelentősen változhat, a xilán típusától és a növényfajtól függően. A természetben található tartomány általában 5000 g / mol és 350 000 g / mol között van, de ez nagymértékben függ a hidratáció mértékétől és más tényezőktől.

D-kémiai glikánok

Az ilyen típusú poliszacharid a magasabb növényekben található galaktomannánok és glükomannán formájában, amelyek β-1,4-kötésekkel összekötött D-mannopiranóz lineáris láncaiból, valamint β-kötésekkel összekötött D-mannopiranóz és D-glükopiranóz maradékaiból állnak. -1,4, ill.

Mindkét típusú kézi glikánnak lehetnek D-galaktopiranóz-maradékai a molekula gerincéhez különböző helyzetekben.

A galaktomannánok néhány diófélék és datolák endospermájában megtalálhatók, vízben nem oldódnak, és hasonló szerkezetűek, mint a cellulózé. A glükomannán viszont a puhafák sejtfalának fő hemicellulocitikus összetevői.

β-glükánok

A glükánok a gabonafélék hemicellulocitikus alkotóelemei, és elsősorban a füvekben és általában a poaceae-ban találhatóak. Ezekben a növényekben a β-glükánok a cellulóz mikroszálakkal társított fő molekulák a sejtnövekedés során.

Szerkezete egyenes és glükopiranóz-maradékokból áll, amelyek vegyes β-1,4 (70%) és β-1,3 (30%) kötések útján kapcsolódnak össze. A gabonafélék jelentett molekulatömege 0,065 - 3 x 10e6 g / mol között mozog, de vannak különbségek a vizsgált fajhoz képest.

Xyloglycans

Ezt a hemicellulocitikus poliszacharidot magasabb növényekben találják meg, és a sejtfalak egyik leggazdagabb szerkezeti anyaga. A kétszikű angiospermokben a fal poliszacharidjainak több mint 20% -át képviseli, míg a fűben és más egyszikű növényekben legfeljebb 5% -ot képvisel.

A xiloglikánok egy cellulóz-szerű gerincből állnak, amelyek glükopiranoóz egységekből állnak, amelyeket β-1,4-kötések kötnek össze, és amelyek az α-D-xilopiranóz-maradékokhoz kapcsolódnak a szénatomon keresztül a 6. helyzetben.

Ezek a poliszacharidok hidrogénkötésekkel szorosan kötődnek a sejtfal cellulóz mikroszálaihoz, hozzájárulva a cellulociták hálózatának stabilizálásához.

bioszintézise

A legtöbb membrán poliszacharidot nagyon specifikus aktivált nukleotid cukrokból állítják elő.

Ezeket a cukrokat a Golgi-komplex glikoziltranszferáz enzimei használják, amelyek felelősek a monomerek közötti glikozid kötések kialakulásáért és a kérdéses polimer szintéziséért.

A xiloglikánok cellulocita vázát a cellulóz szintézisért felelős fehérjék családjának tagjai szintetizálják, amelyet a CSLC genetikai család kódol.

Jellemzők

Csakúgy, mint annak összetétele a vizsgált növényfajtól függően, a hemicellulózok funkciói is. A főbbek a következők:

Biológiai funkciók

A növények és más organizmusok sejtfalának képződésekor a növényi sejtekhez hasonló sejtekkel a hemicellulózok különböző osztályai alapvető funkciókat látnak el szerkezeti kérdésekben, köszönhetően annak, hogy képesek nem kovalens módon társulni a cellulózzal.

A Xylan, a hemicellulózok egyik típusa, különösen fontos bizonyos növényfajok által kifejlesztett másodlagos sejtfalak megkeményedésében.

Egyes növényfajok, például a tamarind esetében a magvak keményítő helyett tárolják a xiloglükánokat, amelyeket a sejtfalban levő enzimek hatására mobilizálnak, és ez a csírázási folyamatok során fordul elő, amikor az energiát az embrióba táplálják. a mag.

Funkciók és kereskedelmi jelentőség

A magokban tárolt hemicellulózokat, például a tamarindot kereskedelemben használják fel az élelmiszeriparban használt adalékanyagok előállítására.

Ezen adalékanyagokra példa a "tamarind gumi" és a "gumi" guar "vagy" guara "(a hüvelyesek fajtájából kivont).

A sütőiparban az arabinoxilánok jelenléte befolyásolhatja a kapott termékek minőségét, ugyanúgy, mint jellegzetes viszkozitásuk miatt a sörtermelést is.

Bizonyos típusú cellulózok jelenléte egyes növényi szövetekben nagyban befolyásolhatja e szövetek bioüzemanyagok előállításához való felhasználását.

Általában a hemicellulózos enzimek hozzáadása általános gyakorlat ezen hátrányok kiküszöbölésére. A molekuláris biológia és más nagyon hasznos technikák megjelenésével azonban néhány kutató azon transzgenikus növények tervezésén dolgozik, amelyek speciális hemicellulózokat termelnek.

Irodalom

1. Ebringerová, A., Hromádková, Z., és Heinze, T. (2005). Hemicellulóz. Adv. Polym. Sci., 186, 1–67.
2. Pauly, M., Gille, S., Liu, L., Mansoori, N., de Souza, A., Schultink, A., és Xiong, G. (2013). Hemicellulóz bioszintézis. Terv, 1–16.
3. Saha, BC (2003). Hemicellulóz biokonverzió. J Ind Microbiol Biotechnol, 30, 279-291.
4. Scheller, HV, és Ulvskov, P. (2010). Hemicellulózokat. Annu. Rev. Plant. Physiol., 61, 263–289.
5. Wyman, CE, Decker, SR, Himmel, ME, Brady, JW, és Skopec, CE (2005). A cellulóz és a hemicellulóz hidrolízise.
6. Yang, H., Yan, R., Chen, H., Ho Lee, D. és Zheng, C. (2007). A hemicellulóz, cellulóz és lignin pirolízis tulajdonságai. Fuel, 86, 1781–1788.