LIGNIN: STRUKTUR, FUNGSI, EKSTRAKSI, DEGRADASI, PENGGUNAAN - BIOLOGI - 2025

The lignin (dari lignum istilah Latin, yang berarti kayu atau kayu) adalah polimer itu sendiri tumbuhan vaskular struktur dimensi, amorf dan kompleks. Pada tumbuhan ini berfungsi sebagai "semen" yang memberikan kekuatan dan ketahanan pada batang, batang dan struktur tanaman lainnya.

Itu terletak terutama di dinding sel dan melindunginya dari kekuatan mekanis dan patogen, juga ditemukan dalam proporsi kecil di dalam sel. Secara kimiawi ia memiliki berbagai macam pusat aktif yang memungkinkannya berinteraksi dengan senyawa lain. Dalam gugus fungsi umum ini, kami memiliki fenolik, alifatik, metoksi hidroksil, dan lainnya.

Model lignin yang mungkin. Sumber: nama asli: Karol Głąbpl.wiki: Karol007commons: Karol007e-mail: kamikaze007 (at) tlen.pl

Karena lignin adalah jaringan tiga dimensi yang sangat kompleks dan beragam, struktur molekulnya belum dapat dijelaskan dengan pasti. Namun, ini dikenal sebagai polimer yang dibentuk dari koniferiil alkohol dan senyawa fenilpropanoid lainnya yang diturunkan dari asam amino aromatik fenilalanin dan tirosin.

Polimerisasi monomer yang menyusunnya bervariasi tergantung pada spesiesnya, dan tidak melakukannya dengan cara yang berulang dan dapat diprediksi seperti polimer lain yang melimpah pada sayuran (pati atau selulosa).

Sejauh ini, hanya model hipotetis molekul lignin yang tersedia, dan untuk studinya di laboratorium biasanya menggunakan varian sintetis.

Cara ekstraksi lignin sangat kompleks, karena terikat dengan komponen dinding lainnya dan sangat heterogen.

Penemuan

Orang pertama yang melaporkan keberadaan lignin adalah ilmuwan kelahiran Swiss AP de Candolle, yang mendeskripsikan sifat dasar kimiawi dan fisiknya 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 pabrik memproduksi 20 × 10 ⁹ ton lignin. Namun, meskipun melimpah, penelitiannya masih sangat terbatas.

Proporsi yang signifikan dari semua lignin (sekitar 75%) terletak di dinding sel, setelah struktur selulosa mencapai puncaknya (berbicara spasial). Penempatan lignin disebut lignifikasi dan ini bertepatan dengan peristiwa kematian sel.

Ini adalah polimer yang tidak aktif secara optik, 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 mempersulit studi tentang strukturnya.

Selain kesulitan teknis, molekul tersebut terikat secara kovalen ke selulosa dan polisakarida lainnya yang menyusun dinding sel. Misalnya, pada kayu dan struktur lignifikasi lainnya (seperti batang), lignin sangat terkait dengan selulosa dan hemiselulosa.

Terakhir, polimer sangat bervariasi di antara tumbuhan. Untuk alasan-alasan yang disebutkan di atas, lignin sintetis biasa digunakan untuk studi molekul di laboratorium.

Metode ekstraksi yang paling banyak digunakan

Sebagian besar metode ekstraksi lignin mengubah strukturnya, sehingga tidak dapat dipelajari. Dari semua metodologi yang ada, tampaknya yang paling penting adalah kraft. Selama prosedur, lignin dipisahkan dari karbohidrat dengan larutan basa natrium hidroksida dan natrium sulfida dalam proporsi 3: 1.

Dengan demikian, produk insulasi adalah bubuk coklat gelap karena adanya senyawa fenolik, yang kerapatan rata-rata 1,3-1,4 g / cm ³ .

Monomer berasal dari fenilpropanoid

Terlepas dari konflik metodologis ini, diketahui bahwa polimer lignin sebagian besar terdiri dari tiga turunan fenilpropanoid: alkohol koniferilik, 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-senyawa yang disebutkan, karena konsentrasi protein yang baru jadi telah ditemukan.

Proporsi ketiga unit fenilpropanoid ini bervariasi dan bergantung pada spesies tanaman yang dipelajari. Dimungkinkan juga untuk menemukan variasi dalam proporsi monomer di dalam organ dari individu yang sama atau dalam berbagai lapisan dinding sel.

Struktur tiga dimensi lignin

Rasio ikatan karbon-karbon dan karbon-oksigen-karbon yang tinggi menghasilkan struktur tiga dimensi yang sangat bercabang.

Tidak seperti polimer lain yang kita temukan berlimpah dalam sayuran (seperti pati atau selulosa), monomer lignin tidak berpolimerisasi dengan cara yang berulang dan dapat diprediksi.

Meskipun pengikatan blok pembangun ini tampaknya didorong oleh gaya stokastik, penelitian terbaru menemukan bahwa protein tampaknya memediasi polimerisasi dan membentuk unit berulang yang besar.

fitur

Meskipun lignin bukan merupakan komponen di mana-mana dari semua tumbuhan, lignin memenuhi fungsi yang sangat penting terkait dengan perlindungan dan pertumbuhan.

Pertama-tama, ia bertanggung jawab untuk melindungi komponen hidrofilik (selulosa dan hemiselulosa) yang tidak memiliki stabilitas dan kekakuan lignin yang khas.

Karena ditemukan secara eksklusif di luar, ia berfungsi sebagai selubung pelindung terhadap distorsi dan kompresi, meninggalkan selulosa yang bertanggung jawab atas kekuatan tarik.

Saat komponen dinding basah, mereka kehilangan kekuatan mekanis. Untuk itu, keberadaan lignin dengan komponen anti air sangat diperlukan. Telah dibuktikan bahwa pengurangan eksperimental persentase lignin dalam kayu berkaitan dengan reduksi sifat mekanik yang sama.

Perlindungan lignin juga meluas ke kemungkinan agen biologis dan mikroorganisme. Polimer ini mencegah penetrasi enzim yang dapat menurunkan komponen seluler vital.

Ini juga memainkan peran mendasar dalam memodulasi pengangkutan cairan ke semua struktur pabrik.

Perpaduan

Pembentukan lignin dimulai dengan reaksi deaminasi asam amino fenilalanin atau tirosin. Identitas kimiawi asam amino sangat tidak relevan, karena pemrosesan keduanya mengarah pada senyawa yang sama: 4-hydroxycinnamate.

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, diasumsikan bahwa mereka teroksidasi menjadi radikal bebas, untuk membuat pusat aktif untuk mendorong proses polimerisasi.

Terlepas dari gaya yang mendorong penyatuan, monomer satu sama lain melalui ikatan kovalen dan membuat jaringan yang kompleks.

Degradasi

Degradasi kimia

Karena karakteristik kimiawi molekul, lignin dapat larut dalam larutan basa berair dan bisulfit panas.

Degradasi enzimatik yang dimediasi 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 menahan monomer secara bertahap diputus.

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 merupakan komponen tumbuhan berserat 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.

Aplikasi

Menurut beberapa penulis, meskipun residu pertanian dapat diperoleh dalam jumlah yang hampir tidak pernah habis, sejauh ini tidak ada aplikasi penting untuk polimer tersebut.

Meskipun lignin telah dipelajari sejak akhir abad ke-19, komplikasi yang terkait dengan pemrosesannya membuatnya sulit untuk ditangani. Namun, sumber lain menunjukkan bahwa lignin dapat dieksploitasi dan mengusulkan beberapa potensi penggunaan, berdasarkan sifat kekakuan dan kekuatan yang telah kita diskusikan.

Saat ini sedang dikembangkan rangkaian pengawet kayu berbahan dasar lignin yang dikombinasikan dengan rangkaian senyawa untuk melindunginya dari kerusakan yang disebabkan oleh agen biotik dan abiotik.

Ini juga bisa menjadi bahan yang ideal untuk insulator bangunan, baik termal dan akustik.

Keuntungan memasukkan lignin ke dalam industri adalah biayanya yang rendah dan kemungkinan penggunaannya sebagai pengganti bahan mentah yang dikembangkan dari bahan bakar fosil atau sumber petrokimia lainnya. Jadi, lignin merupakan polimer dengan potensi besar yang berupaya untuk dieksploitasi.

Referensi

1. Alberts, B., & Bray, D. (2006). Pengantar biologi sel. Panamerican Medical Ed.
2. Bravo, LHE (2001). Manual Laboratorium Morfologi Tumbuhan. Bib. Orton IICA / CATIE.
3. Curtis, H., & Schnek, A. (2006). Undangan ke Biologi. Panamerican Medical Ed.
4. Gutiérrez, MA (2000). Biomekanika: Fisika dan Fisiologi (No. 30). Editorial CSIC-CSIC Press.
5. Raven, PH, Evert, RF, & Eichhorn, SE (1992). Biologi Tumbuhan (Vol.2). Saya terbalik.
6. Rodríguez, EV (2001). Fisiologi produksi tanaman tropis. Universitas Editorial Kosta Rika.
7. Taiz, L., & Zeiger, E. (2007). Fisiologi tumbuhan. Universitas Jaume I.