HEMICELULOZA: CLASIFICARE, STRUCTURĂ, BIOSINTEZĂ ȘI FUNCȚII - BIOLOGIE - 2025

Hemiceluloza este un termen folosit pentru a desemna un grup foarte divers de polizaharide prezente în pereții celulari a multor plante și care reprezintă mai mult de o treime din biomasa structurilor menționate.

Conceptul a fost propus de Johann Heinrich Schulze pentru a desemna polizaharidele, altele decât amidonul și în asociere cu celuloza, care se extrag din pereții celulari ai plantelor superioare, folosind soluții alcaline.

Reprezentare grafică a structurii moleculare a Xylan, o hemiceluloză (Sursa: Yikrazuul via Wikimedia Commons)

Aceste polizaharide sunt compuse din scheleturi de glucan legate de legături β-1,4 care au substituenți glicozilați diferiți și care sunt capabile să interacționeze între ele și cu fibre de celuloză prin legături de hidrogen (interacțiuni non-covalente).

Spre deosebire de celuloză, care formează microfibre strâns ambalate, hemicelulozele au structuri destul de amorfe, care sunt solubile în soluții apoase.

Întrucât mai mult de o treime din greutatea uscată a celulelor vegetale corespunde hemicelulozelor, în prezent există mult interes în producerea de biocombustibili și alți compuși chimici prin prelucrarea acestor polizaharide.

Clasificare și structură

Hemicelulozele sunt împărțite în prezent în patru clase structurale diferite de molecule: xilani, D-manno glicani, β-glucani și xiloglicani. Aceste trei tipuri de hemiceluloze au modele de distribuție și localizare diferite, precum și alte diferențe importante.

xilan

Ele sunt principalele componente hemicelulocitice prezente în pereții celulari secundari ai plantelor dicotiledonate. Ele reprezintă mai mult de 25% din biomasa plantelor lemnoase și erbacee și aproximativ 50% la unele specii de monocotiledonate.

Xilanii sunt heteropolimeri compuși din D-xilopiranoză legați prin legături β-1,4 și care pot avea ramuri scurte. Acest grup este împărțit în homoxilani și heteroxilani, printre care se numără glucuronoxilani și alte polizaharide complexe.

Aceste molecule pot fi izolate de diferite surse vegetale: din fibre de semințe de in, din pulpă de sfeclă, din bagața pentru zahăr, din tărâțe de grâu și altele.

Greutatea sa moleculară poate varia considerabil, în funcție de tipul de xilan și de speciile de plante. Intervalul găsit în natură variază de obicei de la 5.000 g / mol la mai mult de 350.000 g / mol, dar depinde foarte mult de gradul de hidratare și de alți factori.

Glicani D-hand

Acest tip de polizaharidă se găsește la plantele superioare sub forma galactomannanelor și glucomannanului, care sunt compuse din lanțuri liniare de D-mannopiranoză legate de legături β-1,4 și de reziduuri de D-mannopirană și D-glucopiranoză legate de legături β. -1.4, respectiv.

Ambele tipuri de glicani de mână pot avea reziduuri de D-galactopirană atașate la coloana vertebrală a moleculei în diferite poziții.

Galactomanii se găsesc în endosperma unor nuci și curmale, sunt insolubili în apă și conformații similare cu cea a celulozei. Glucomannanul, pe de altă parte, sunt principalele componente hemicelulocitice ale pereților celulari ai materialelor moi.

p-glucani

Glucanii sunt componentele hemicelulocitice ale boabelor de cereale și se găsesc predominant în ierburi și poacee în general. La aceste plante, β-glucanii sunt principalele molecule asociate cu microfibrele de celuloză în timpul creșterii celulare.

Structura sa este liniară și constă din reziduuri de glucopirană legate prin legături β-1,4 (70%) și β-1,3 (30%). Greutățile moleculare raportate pentru cereale variază între 0,065 și 3 x 10e6 g / mol, dar există diferențe în raport cu speciile unde sunt studiate.

Xyloglycans

Această polizaharidă hemicelulocitară se găsește la plantele superioare și este unul dintre cele mai abundente materiale structurale ale pereților celulari. În angiospermele dicotiledonate reprezintă mai mult de 20% din polizaharide de perete, în timp ce în ierburi și alte monocoturi reprezintă până la 5%.

Xiloglicanii sunt compuși dintr-un schelet asemănător celulozei, alcătuit din unități de glucopirană legate de legături β-1,4, care este legat de reziduurile α-D-xilopiranoză prin carbonul său în poziția 6.

Aceste polizaharide sunt strâns legate de microfibrele de celuloză ale peretelui celular prin legături de hidrogen, contribuind la stabilizarea rețelei de celulocite.

biosinteza

Majoritatea polizaharidelor membranare sunt sintetizate din zaharuri nucleotidice activate foarte specifice.

Aceste zaharuri sunt utilizate de enzimele glicoziltransferazei din complexul Golgi, responsabile de formarea de legături glicozidice între monomeri și sinteza polimerului în cauză.

Scheletul celulozit al xiloglicanilor este sintetizat de membrii familiei de proteine ​​responsabile de sinteza celulozei, codată de familia genetică CSLC.

Caracteristici

La fel cum compoziția sa variază în funcție de speciile de plante studiate, funcțiile hemicelulozelor sunt de asemenea. Principalele sunt:

Funcții biologice

În formarea peretelui celular al plantelor și al altor organisme cu celule similare celulelor plantelor, diferitele clase de hemiceluloze îndeplinesc funcții esențiale în materie structurală datorită capacității lor de a se asocia non-covalent cu celuloza.

Xylanul, unul dintre tipurile de hemiceluloze, sunt deosebit de importante în întărirea pereților celulari secundari dezvoltați de unele specii de plante.

În unele specii de plante, cum ar fi tamarindul, semințele, în loc de amidon, depozitează xiloglucani care sunt mobilizați datorită acțiunii enzimelor prezente în peretele celular și acest lucru apare în timpul proceselor de germinare, unde energia este furnizată embrionului conținut în samanta.

Funcții și importanță comercială

Hemicelulozele stocate în semințe precum tamarindul sunt exploatate comercial pentru producerea de aditivi care sunt folosiți în industria alimentară.

Exemple de acești aditivi sunt „gumă de tamarind” și „gumă” guar ”sau„ guaran ”(extras dintr-o specie de leguminoase).

În industria panificației, prezența arabinoxililor poate afecta calitatea produselor obținute, în același mod în care, datorită vâscozității caracteristice, acestea afectează și producția de bere.

Prezența anumitor tipuri de celuloze în unele țesuturi vegetale poate afecta foarte mult utilizarea acestor țesuturi pentru producerea de biocombustibili.

De obicei, adăugarea enzimelor hemicelulozice este o practică comună pentru a depăși aceste dezavantaje. Dar, odată cu apariția biologiei moleculare și a altor tehnici extrem de utile, unii cercetători lucrează la proiectarea plantelor transgenice care produc tipuri specifice de hemiceluloze.

Referințe

1. Ebringerová, A., Hromádková, Z., & Heinze, T. (2005). Hemiceluloză. Adv. Polym. Sci., 186, 1–67.
2. Pauly, M., Gille, S., Liu, L., Mansoori, N., de Souza, A., Schultink, A., & Xiong, G. (2013). Biosinteza hemicelulozei. Plan, 1–16.
3. Saha, BC (2003). Bioconversia hemicelulozei. J Ind Microbiol Biotechnol, 30, 279-291.
4. Scheller, HV și Ulvskov, P. (2010). Hemiceluloză. Annu. Planta Rev. Physiol. , 61, 263–289.
5. Wyman, CE, Decker, SR, Himmel, ME, Brady, JW și Skopec, CE (2005). Hidroliza celulozei și hemicelulozei.
6. Yang, H., Yan, R., Chen, H., Ho Lee, D., și Zheng, C. (2007). Caracteristicile hemicelulozei, celulozei și pirolizei ligninei. Combustibil, 86, 1781–1788.