Structure de lignine, fonctions, extracuration, dégradation, utilisations

La lignine (terme du latin lignim, ce qui signifie du bois de chauffage ou du bois) est un polymère de plantes vasculaires de structure à trois dimensions, amorphes et complexes. Dans les plantes, il sert de "ciment" qui donne de la résistance et de la résistance aux tiges, troncs et autres structures des plantes.

Il est situé principalement sur la paroi cellulaire et le protège contre les forces mécaniques et pathogènes, étant également en petite proportion à l'intérieur de la cellule. A chimiquement une grande variété de centres actifs qui leur permet d'interagir avec d'autres composés. Au sein de ces groupes fonctionnels communs, nous avons des métaxyles phénoliques, aliphatiques, entre autres.

Modèle de lignine possible. Source: vrai nom: Karol Głbpl.Wiki: Karol007Commons: Karol007e-Mail: Kamikaze007 (AT) TLEN.Pl [cc by-sa 3.0 (http: // CreativeCommons.Org / licences / by-sa / 3.0 /]]

Parce que la lignine est un réseau très complexe et diversifié à trois dimensions, la structure de la molécule n'a pas été élucidée avec certitude. Cependant, il est connu qu'il s'agit d'un polymère formé avec de l'alcool de coniferyle et d'autres composés phénylpropanoïdes dérivés de la phénylalanine et des acides aminés aromatiques aromatiques de la tyrosine.

La polymérisation des monomères qui le constitue varie en fonction de l'espèce et ne le fait pas de manière répétitive et prévisible comme d'autres polymères abondants de légumes (amidon ou cellulose).

Jusqu'à présent, il n'y a que des modèles hypothétiques de la molécule de lignine, et pour leur étude en laboratoire, ils utilisent généralement des variantes synthétiques.

La forme d'extraction de lignine est complexe, car elle est liée à d'autres composants muraux et est très hétérogène.

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Découverte

La première personne à signaler la présence de lignine était le scientifique de la Suisse à. P. De Candolle, qui a décrit ses propriétés chimiques et physiques fondamentales et a inventé le terme "lignine".

Caractéristiques et structure principales

La lignine est la deuxième molécule organique la plus abondante dans les plantes après la cellulose, composante majoritaire des parois cellulaires végétales. Chaque année, les plantes produisent 20 × 10⁹ des tonnes de lignine. Cependant, malgré son abondance, son étude a été assez limitée.

Une proportion significative de toutes les lignines (environ 75%) est située sur la paroi cellulaire, après la culture de la cellulose (spatialement parlant). Le placement de la lignine est appelé lignification et cela coïncide avec les événements de mort cellulaire.

Il s'agit d'un polymère optiquement inactif, insoluble dans des solutions acides mais solubles dans des bases fortes, telles que l'hydroxyde de sodium et les composés chimiques similaires.

Difficultés dans l'extraction et la caractérisation de la lignine

Plusieurs auteurs soutiennent qu'il existe un certain nombre de difficultés techniques liées à l'extraction de la lignine, un fait qui complique l'étude de sa structure.

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En plus des difficultés techniques, la molécule est liée de manière covalente à la cellulose et au reste des polysaccharides qui composent la paroi cellulaire. Par exemple, dans le bois et d'autres structures lignifiées (comme les tiges), la lignine est fortement associée à la cellulose et à l'hémicellulose.

Enfin, le polymère est extrêmement variable entre les plantes. Pour ces raisons mentionnées, il est courant que la lignine synthétique soit utilisée pour l'étude de la molécule dans les laboratoires.

Méthodes d'extraction plus utilisées

La grande majorité des méthodes d'extraction de lignine modifient sa structure, empêchant son étude. De toutes les méthodologies existantes, le plus important semble être le kraft. Pendant la procédure, la lignine est séparée des glucides avec une solution de base d'hydroxyde de sodium et de sulfure de sodium dans des proportions 3: 1.

Ainsi, le produit d'isolement est une poudre brun foncé en raison de la présence de composés phénoliques, dont la densité moyenne est de 1,3 à 1,4 g / cm³.

Monomères dérivés de phénylpropanoïdes

Malgré ces conflits méthodologiques, il est connu que le polymère de lignine est principalement formé par trois dérivés phénylpropanoïdes: coniferyl, sumopyle et alcools synapyles. Ces composés sont synthétisés sur la base d'acides aminés aromatiques appelés phénylalanine et tyrosine.

La composition totale du réseau de lignine est presque complètement dominée par les composés mentionnés, car des concentrations de protéines naissantes ont été trouvées.

La proportion de ces trois unités de phénylpropanoïdes est variable et dépend des espèces végétales étudiées. Il est également possible de trouver des variations dans les proportions des monomères dans les organes du même individu ou dans les différentes couches de la paroi cellulaire.

Structure à trois dimensions de la lignine

La proportion élevée de liaisons carbone-carbone et carbone-oxygène-carbone génère une structure tridimensionnelle très ramifiée.

Contrairement à d'autres polymères que nous trouvons en abondance dans les légumes (comme l'amidon ou la cellulose), les monomères de lignine ne se polymérisent pas de manière répétitive et prévisible.

Bien que l'union de ces blocs de structuration semble être dirigée par des forces stochastiques, des recherches récentes ont montré qu'une protéine semble médier la polymérisation et constitue une grande unité répétitive.

Les fonctions

Bien que la lignine ne soit pas une composante omniprésente de toutes les plantes, elle remplit des fonctions très importantes liées à la protection et à la croissance.

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Premièrement, il est responsable de la protection des composants hydrophiles (cellulose et hémicellulose) qui n'ont pas la stabilité et la rigidité typiques de la lignine.

Comme on trouve exclusivement à l'extérieur, il sert de gaine de protection contre la distorsion et la compression, permettant à la cellulose d'être responsable de la résistance à la tension.

Lorsque les composants muraux sont mouillés, ils perdent une résistance mécanique. Pour cette raison, la présence de lignine est nécessaire avec le composant étanche. Il a été démontré que la réduction expérimentale du pourcentage de lignine dans le bois est liée à la réduction des propriétés mécaniques.

La protection de la lignine s'étend également aux éventuels agents biologiques et micro-organismes. Ce polymère empêche la pénétration des enzymes qui pourraient dégrader les composants cellulaires vitaux.

Il joue également un rôle fondamental dans la modulation du transport liquide vers toutes les structures végétales.

La synthèse

La formation de lignine commence par une réaction de désamination des acides aminés phénylalanine ou de la tyrosine. L'identité chimique de l'acide aminé n'est pas très pertinente, car le traitement des deux conduit au même composé: le 4-hydroxycinamate.

Ce composé est soumis à une série de réactions chimiques d'hydroxylation, de transfert de groupes Metilum et de réduction du groupe carboxyle jusqu'à obtenir un alcool.

Lorsque les trois précurseurs de la lignine mentionnés dans la section précédente ont été formés, il est présumé qu'ils sont oxydés en radicaux libres, afin de créer des centres actifs pour promouvoir le processus de polymérisation.

Quelle que soit la force promue par l'Union, les monomères avec chacun.

Dégradation

Dégradation chimique

En raison des caractéristiques chimiques de la molécule, la lignine est soluble dans les solutions de base aqueuses et le bisulfite chaud.

Dégradation enzymatique médiée par les champignons

La dégradation de la lignine médiée par la présence de champignons a été largement étudiée par la biotechnologie pour le blanchiment et le traitement des restes produits après la fabrication de papier, entre autres utilisations.

Les champignons capables de dégrader la lignine sont appelés champignons blancs, qui contrastent avec les champignons de la pourriture brune qui attaquent les molécules de cellulose et similaires. Ces champignons sont un groupe hétérogène et son représentant le plus éminent est l'espèce Phanoochaete Chrysosporium.

Grâce à des réactions d'oxydation - indirecte et aléatoire - les liens qui gardent les monomères sont progressivement brisés.

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L'action des champignons qui attaquent la lignine laisse comme une grande variété de composés phénoliques, d'acides et d'alcools aromatiques. Certains déchets peuvent être minéralisés, tandis que d'autres produisent des substances humiques.

Les enzymes qui effectuent ce processus de dégradation doivent être extracellulaires, car la lignine n'est pas liée au moyen de liaisons hydrolysables.

Lignine en digestion

Pour les herbivores, la lignine est une composante fibreuse des plantes qui n'est pas digestible. C'est-à-dire qu'il n'est pas attaqué par les enzymes typiques de digestion ou par les micro-organismes qui vivent dans le côlon.

En termes de nutrition, il contribue quoi que ce soit à l'organisme qui le consomme. En fait, le pourcentage de digestibilité d'autres nutriments peut diminuer.

Applications

Selon certains auteurs, bien que les déchets agricoles puissent être obtenus en quantités presque inépuisables, jusqu'à présent, il n'y a pas d'application importante pour le polymère en question.

Bien que la lignine ait été étudiée depuis la fin du 19e siècle, les complications liées à son traitement ont entravé sa gestion. Cependant, d'autres sources suggèrent que la lignine peut être exploitée et proposer plusieurs utilisations potentielles, sur la base des propriétés de rigidité et de résistance dont nous avons discuté.

Une série de persévéraires en bois est actuellement développée sur la base de la lignine combinée à une série de composés, pour la protéger contre les dommages causés par les agents biotiques et abiotiques.

Il pourrait également s'agir d'une substance idéale pour construire des isolateurs, à la fois thermique et acoustique.

L'avantage de l'intégration de la lignine dans l'industrie est son faible coût et son utilisation possible en remplacement de la première question développée à partir de combustibles fossiles ou d'autres ressources pétrochimiques. Ainsi, la lignine est un polymère avec beaucoup de potentiel qui cherche à être exploité.

Les références

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