HEMISELULOSA: KLASIFIKASI, STRUKTUR, BIOSINTESIS DAN FUNGSI - BIOLOGI - 2025

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

Konsep tersebut diusulkan oleh Johann Heinrich Schulze untuk menunjuk polisakarida selain pati dan dalam hubungannya dengan selulosa yang dapat diekstraksi dari dinding sel tumbuhan tingkat tinggi dengan menggunakan larutan alkali.

Representasi grafis dari struktur molekul Xylan, hemiselulosa (Sumber: Yikrazuul via Wikimedia Commons)

Polisakarida ini terdiri dari kerangka glukan yang dihubungkan oleh ikatan β-1,4 yang memiliki substituen glikosilasi yang berbeda dan yang mampu berinteraksi satu sama lain dan dengan serat selulosa melalui ikatan hidrogen (interaksi non-kovalen).

Tidak seperti selulosa, yang membentuk mikrofiber padat, hemiselulosa memiliki struktur yang agak amorf, yang larut dalam larutan air.

Karena lebih dari sepertiga berat kering sel tumbuhan berhubungan dengan hemiselulosa, banyak minat saat ini dalam produksi biofuel dan senyawa kimia lainnya dengan memproses polisakarida ini.

Klasifikasi dan struktur

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

Xylan

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

Xilan adalah heteropolimer yang terdiri dari D-xylopyranose yang dihubungkan oleh ikatan β-1,4 dan yang dapat memiliki cabang pendek. Kelompok ini dibagi lagi menjadi homoxylane dan heteroxylanes, di antaranya adalah glukuronoksilan dan polisakarida kompleks lainnya.

Molekul-molekul ini dapat diisolasi dari berbagai sumber tumbuhan: 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 tumbuhan. Kisaran yang ditemukan di alam biasanya berkisar dari 5.000 g / mol hingga lebih dari 350.000 g / mol, tetapi sangat tergantung pada derajat hidrasi dan faktor lainnya.

Glycans tangan-D

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

Kedua jenis glycans tangan dapat memiliki residu D-galactopyranose yang menempel pada tulang punggung molekul pada posisi yang berbeda.

Galactomannans ditemukan di endosperma beberapa kacang-kacangan dan kurma, mereka tidak larut dalam air dan memiliki konformasi yang mirip dengan selulosa. Glukomanan, di sisi lain, adalah komponen hemiselulositik utama dari dinding sel kayu lunak.

β-glukan

Glucans adalah komponen hemiselulositik dari biji-bijian sereal dan sebagian besar ditemukan di rerumputan dan poaceae pada umumnya. Pada tumbuhan ini, β-glukan adalah molekul utama yang terkait dengan mikrofiber selulosa selama pertumbuhan sel.

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

Xyloglycans

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

Xyloglycans terdiri dari kerangka seperti selulosa, terdiri dari unit glukopiranosa yang dihubungkan oleh ikatan β-1,4, yang dihubungkan dengan residu α-D-xylopyranose melalui karbonnya pada posisi 6.

Polisakarida ini terikat erat ke mikrofiber selulosa dari dinding sel melalui ikatan hidrogen, berkontribusi pada stabilisasi jaringan selulosit.

Biosintesis

Kebanyakan polisakarida membran disintesis dari gula nukleotida teraktivasi 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 dimaksud.

Kerangka selulosit xiloglikan 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 tumbuhan 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, berbagai kelas hemiselulosa memenuhi fungsi penting dalam hal 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 tumbuhan.

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

Fungsi dan kepentingan komersial

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

Contoh aditif ini adalah "getah asam" dan "gum" guar "atau" guaran "(diekstrak dari spesies legum).

Dalam industri bakery, kehadiran arabinoxylans dapat mempengaruhi kualitas produk yang diperoleh, seperti halnya viskositas yang khas, juga mempengaruhi produksi bir.

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

Biasanya, penambahan enzim hemiselulosa merupakan hal yang umum dilakukan untuk mengatasi kekurangan tersebut. 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. Polym. Sci., 186, 1–67.
2. Pauly, M., Gille, S., Liu, L., Mansoori, N., de Souza, A., Schultink, A., & Xiong, G. (2013). Biosintesis hemiselulosa. Plan, 1–16.
3. Saha, BC (2003). Biokonversi hemiselulosa. J Ind Microbiol Biotechnol, 30, 279-291.
4. Scheller, HV, & Ulvskov, P. (2010). Hemiselulosa. Annu. Rev. Plant. Physiol. , 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.