HEMICELULÓZA: KLASIFIKÁCIA, ŠTRUKTÚRA, BIOSYNTÉZA A FUNKCIE - BIOLÓGIE - 2026

Hemicelulóza je termín používaný na označenie veľmi rozmanitej skupiny polysacharidov prítomných v bunkových stenách mnohých rastlín, ktoré predstavujú viac ako tretinu biomasy uvedených štruktúr.

Túto koncepciu navrhol Johann Heinrich Schulze na označenie polysacharidov iných ako škrob a v spojení s celulózou, ktoré sa dajú extrahovať z bunkových stien vyšších rastlín pomocou alkalických roztokov.

Grafické znázornenie molekulovej štruktúry xylánu, hemicelulózy (Zdroj: Yikrazuul prostredníctvom Wikimedia Commons)

Tieto polysacharidy sú zložené z glukánových skeletov spojených väzbami p-1,4, ktoré majú rôzne glykozylované substituenty a ktoré sú schopné interagovať medzi sebou navzájom a s celulózovými vláknami prostredníctvom vodíkových väzieb (nekovalentné interakcie).

Na rozdiel od celulózy, ktorá tvorí pevne zabalené mikrovlákno, majú hemicelulózy skôr amorfné štruktúry, ktoré sú rozpustné vo vodných roztokoch.

Pretože viac ako tretina suchej hmotnosti rastlinných buniek zodpovedá hemicelulózam, v súčasnosti existuje veľký záujem o produkcii biopalív a iných chemických zlúčenín prostredníctvom spracovania týchto polysacharidov.

Klasifikácia a štruktúra

Hemicelulózy sa v súčasnosti delia na štyri štruktúrne odlišné triedy molekúl: xylány, D-manoglykány, P-glukány a xyloglykány. Tieto tri typy hemicelulóz majú rôzne vzorce distribúcie a lokalizácie, ako aj ďalšie dôležité rozdiely.

xylan

Sú hlavnými hemicelullocytovými zložkami prítomnými v sekundárnych bunkových stenách dvojklíčnolistých rastlín. Predstavujú viac ako 25% biomasy drevín a byliniek a asi 50% v prípade niektorých druhov jednoklíčnych rastlín.

Xylány sú heteropolyméry zložené z D-xylopyranózy spojené väzbami P-1,4 a ktoré môžu mať krátke vetvy. Táto skupina je rozdelená na homoxylány a heteroxylány, medzi ktoré patria glukuronoxylány a ďalšie komplexné polysacharidy.

Tieto molekuly sa dajú izolovať z rôznych rastlinných zdrojov: z ľanových vlákien, z repných rezkov, z cukrovej trstiny, z pšeničných otrúb a ďalších.

Jeho molekulová hmotnosť sa môže značne meniť v závislosti od typu xylánu a rastlinných druhov. Rozsah nájdený v prírode sa obvykle pohybuje od 5 000 g / mol do viac ako 350 000 g / mol, ale veľa záleží na stupni hydratácie a ďalších faktoroch.

Glykány D-hand

Tento typ polysacharidu sa nachádza vo vyšších rastlinách vo forme galaktomanánov a glukomananu, ktoré sú zložené z lineárnych reťazcov D-mannopyranózy spojenej väzbami P-1,4 a zvyškov D-mannopyranózy a D-glukopyranózy spojenej väzbami P. -1,4, resp.

Oba typy ručných glykánov môžu mať zvyšky D-galaktopyranózy viazané na kostru molekuly v rôznych polohách.

Galaktomanány sa nachádzajú v endosperme niektorých orechov a orechov, sú nerozpustné vo vode a majú podobnú štruktúru ako celulóza. Glukomannan sú na druhej strane hlavnými hemicelullocytovými zložkami bunkových stien mäkkého dreva.

beta-glukány

Glukány sú hemicelullocytové zložky zŕn obilnín a vyskytujú sa prevažne v trávach a poaceae všeobecne. V týchto rastlinách sú p-glukány hlavnými molekulami spojenými s celulózovými mikrovláknami počas rastu buniek.

Jeho štruktúra je lineárna a pozostáva z glukopyranózových zvyškov spojených prostredníctvom zmiešaných p-1,4 (70%) a p-1,3 (30%) väzieb. Molekulové hmotnosti uvádzané pre obilniny sa pohybujú medzi 0,065 až 3 x 10e6 g / mol, ale existujú rozdiely v porovnaní s druhom, v ktorom sa študujú.

Xyloglycans

Tento hemicellulocytový polysacharid sa nachádza vo vyšších rastlinách a je jedným z najhojnejších štruktúrnych materiálov bunkových stien. V dvojklíčnolistých angiospermoch predstavuje viac ako 20% polysacharidov stien, zatiaľ čo v trávach a iných monocotoch predstavuje až 5%.

Xyloglykány sú tvorené kostrou podobnou celulóze, ktorá je zložená z glukopyranózových jednotiek spojených väzbami P-1,4, ktoré sú prostredníctvom uhlíka viazané uhlíkom v polohe 6.

Tieto polysacharidy sú pevne naviazané na celulózové mikrovlákna bunkovej steny vodíkovými väzbami, čo prispieva k stabilizácii celulózovej siete.

biosyntéza

Väčšina membránových polysacharidov je syntetizovaná z veľmi špecifických aktivovaných nukleotidových cukrov.

Tieto cukry používajú enzýmy glykozyltransferáza v Golgiho komplexe, ktoré sú zodpovedné za tvorbu glykozidických väzieb medzi monomérmi a syntézu príslušného polyméru.

Bunková kostra xyloglykánov je syntetizovaná členmi rodiny proteínov zodpovedných za syntézu celulózy, ktorá je kódovaná genetickou rodinou CSLC.

Vlastnosti

Rovnako ako sa jeho zloženie líši v závislosti od študovaných druhov rastlín, funkcie hemicelulóz tiež. Hlavné sú:

Biologické funkcie

Pri tvorbe bunkovej steny rastlín a iných organizmov s bunkami podobnými rastlinným bunkám rôzne triedy hemicelulóz plnia základné funkcie v štruktúrnych záležitostiach vďaka svojej schopnosti nekovalentne sa asociovať s celulózou.

Xylan, jeden z typov hemicelulóz, je obzvlášť dôležitý pri vytvrdzovaní sekundárnych bunkových stien, ktoré sa vyvíjajú niektorými druhmi rastlín.

V niektorých druhoch rastlín, ako je tamarind, semená namiesto škrobu skladujú xyloglukány, ktoré sa mobilizujú vďaka pôsobeniu enzýmov prítomných v bunkovej stene, a to počas procesov klíčenia, keď sa do embrya obsiahnutého v energii dodáva energia. semeno.

Funkcie a obchodný význam

Hemicelulózy uložené v semenách, ako je tamarind, sa komerčne využívajú na výrobu prísad, ktoré sa používajú v potravinárskom priemysle.

Príkladmi týchto prísad sú „tamarindová guma“ a „guma“ guarová alebo „garancia“ (extrahovaná z druhu strukoviny).

V pekárenskom priemysle môže prítomnosť arabinoxylánov ovplyvniť kvalitu získaných výrobkov rovnakým spôsobom, ktorý v dôsledku svojej charakteristickej viskozity ovplyvňujú aj výrobu piva.

Prítomnosť určitých typov celulóz v niektorých rastlinných tkanivách môže výrazne ovplyvniť použitie týchto tkanív na výrobu biopalív.

Zvyčajne je pridanie hemicelulózových enzýmov bežnou praxou na prekonanie týchto nevýhod. S príchodom molekulárnej biológie a ďalších vysoko užitočných techník však niektorí vedci pracujú na návrhu transgénnych rastlín, ktoré produkujú špecifické typy hemicelulóz.

Referencie

1. Ebringerová, A., Hromádková, Z., & Heinze, T. (2005). Hemicelulózy. Prísl. Poly. Sci., 186, 1-67.
2. Pauly, M., Gille, S., Liu, L., Mansoori, N., de Souza, A., Schultink, A., & Xiong, G. (2013). Biosyntéza hemicelulózy. Plán, 1-16.
3. Saha, BC (2003). Biokonverzia hemicelulózy. J Ind Microbiol Biotechnol, 30, 279-291.
4. Scheller, HV, a Ulvskov, P. (2010). Hemicelulózy. Annu. Plant. Physiol. 61, 263 - 289.
5. Wyman, CE, Decker, SR, Himmel, ME, Brady, JW a Skopec, CE (2005). Hydrolýza celulózy a hemicelulózy.
6. Yang, H., Yan, R., Chen, H., Ho Lee, D., & Zheng, C. (2007). Charakteristika pyrolýzy hemicelulózy, celulózy a lignínu. Fuel, 86, 1781 - 1788.