- التصنيف والهيكل
- زيلان
- D- جليكانات اليد
- β جلوكان
- الزيلوغليكان
- التخليق الحيوي
- المميزات
- الوظائف البيولوجية
- الوظائف والأهمية التجارية
- المراجع
Hemicellulose هو مصطلح يستخدم لتعيين مجموعة متنوعة جدًا من السكريات الموجودة في جدران الخلايا للعديد من النباتات والتي تمثل أكثر من ثلث الكتلة الحيوية للبنى المذكورة.
تم اقتراح هذا المفهوم من قبل يوهان هاينريش شولز لتعيين عديد السكاريد بخلاف النشا وبالاقتران مع السليلوز التي تم استخلاصها من جدران الخلايا في النباتات العليا باستخدام المحاليل القلوية.
تمثيل رسومي للبنية الجزيئية لـ Xylan ، هيميسيلولوز (المصدر: Yikrazuul عبر ويكيميديا كومنز)
تتكون عديدات السكاريد هذه من هياكل عظمية جلوكان مرتبطة بروابط 1،4-1،4 التي لها بدائل غليكوزيلات مختلفة وقادرة على التفاعل مع بعضها البعض ومع ألياف السليلوز من خلال روابط هيدروجينية (تفاعلات غير تساهمية).
على عكس السليلوز ، الذي يشكل أليافًا مجهرية معبأة بإحكام ، فإن الهيميسليلوز له هياكل غير متبلورة ، قابلة للذوبان في المحاليل المائية.
نظرًا لأن أكثر من ثلث الوزن الجاف للخلايا النباتية يتوافق مع الهيميسليلوز ، يوجد حاليًا الكثير من الاهتمام في إنتاج الوقود الحيوي والمركبات الكيميائية الأخرى عن طريق معالجة هذه السكريات.
التصنيف والهيكل
تنقسم Hemicelluloses حاليًا إلى أربع فئات مختلفة هيكليًا من الجزيئات: xylanes و D-manno glycans و β-glucans و xyloglycans. هذه الأنواع الثلاثة من الهيميسيلولوز لها أنماط توزيع وتوطين مختلفة ، بالإضافة إلى اختلافات مهمة أخرى.
زيلان
هم المكونات الرئيسية للخلايا النصفية الموجودة في جدران الخلايا الثانوية للنباتات ثنائية الفلقة. وهي تمثل أكثر من 25٪ من الكتلة الحيوية للنباتات الخشبية والعشبية وحوالي 50٪ في بعض أنواع أحادية الفلقة.
Xylanes عبارة عن بوليمرات غير متجانسة تتكون من D-xylopyranose مرتبطة بروابط β-1،4 والتي يمكن أن يكون لها فروع قصيرة. تنقسم هذه المجموعة إلى homoxylanes و heteroxylanes ، من بينها glucuronoxylans و polysaccharides المعقدة الأخرى.
يمكن عزل هذه الجزيئات من مصادر نباتية مختلفة: من ألياف بذور الكتان ، من لب البنجر ، من تفل قصب السكر ، من نخالة القمح وغيرها.
يمكن أن يختلف وزنه الجزيئي بشكل كبير ، اعتمادًا على نوع الزيلان وأنواع النباتات. يتراوح النطاق الموجود في الطبيعة عادةً من 5000 جم / مول إلى أكثر من 350.000 جم / مول ، ولكنه يعتمد كثيرًا على درجة الماء وعوامل أخرى.
D- جليكانات اليد
تم العثور على هذا النوع من السكاريد في النباتات العليا في شكل galactomannans و glucomannan ، والتي تتكون من سلاسل خطية من D-mannopyranose مرتبطة بروابط β-1،4 وبقايا D-mannopyranose و D-glucopyranose المرتبطة برابطة β. -1.4 على التوالي.
يمكن أن يحتوي كلا النوعين من الجليكانات اليدوية على بقايا D-galactopyranose متصلة بالعمود الفقري للجزيء في مواضع مختلفة.
تم العثور على Galactomannans في السويداء لبعض المكسرات والتمور ، وهي غير قابلة للذوبان في الماء وتشبه تشابه السليلوز. الجلوكومانان ، من ناحية أخرى ، هي المكونات الرئيسية للخلايا النصفية للجدران الخلوية للأخشاب اللينة.
β جلوكان
الجلوكان هي مكونات الخلايا الهلالية لحبوب الحبوب وتوجد في الغالب في الأعشاب والنباتات بشكل عام. في هذه النباتات ، β-glucans هي الجزيئات الرئيسية المرتبطة بألياف السليلوز الدقيقة أثناء نمو الخلايا.
هيكلها خطي ويتكون من بقايا الجلوكوبيرانوز المرتبطة من خلال روابط-1،4 (70٪) و β-1،3 (30٪). تختلف الأوزان الجزيئية المبلغ عنها للحبوب بين 0.065 إلى 3 x 10e6 g / mol ، ولكن هناك اختلافات تتعلق بالأنواع التي تمت دراستها فيها.
الزيلوغليكان
تم العثور على عديد السكاريد hemicellulocytic هذا في النباتات العليا وهو واحد من أكثر المواد الهيكلية وفرة لجدران الخلايا. في كاسيات البذور ثنائية الفلقة ، تمثل أكثر من 20٪ من عديدات السكاريد الجدارية ، بينما في الحشائش وحيدة الفلقة الأخرى تمثل ما يصل إلى 5٪.
يتكون Xyloglycans من عمود فقري يشبه السليلوز ، ويتكون من وحدات جلوكوبيرانوز مرتبطة بسندات β-1،4 ، والتي ترتبط ببقايا α-D-xylopyranose من خلال الكربون في الموضع 6.
ترتبط هذه السكريات بإحكام بألياف السليلوز الدقيقة لجدار الخلية من خلال روابط هيدروجينية ، مما يساهم في استقرار شبكة الخلايا السليلوزية.
التخليق الحيوي
يتم تصنيع معظم السكريات الغشائية من سكريات نوكليوتيدات نشطة محددة للغاية.
يتم استخدام هذه السكريات بواسطة إنزيمات الجليكوزيل ترانسفيراز في مجمع جولجي ، المسؤولة عن تكوين روابط جليكوسيدية بين المونومرات وتخليق البوليمر المعني.
يتم تصنيع الهيكل العظمي للخلايا السليلوزية لل xyloglycans من قبل أعضاء عائلة البروتينات المسؤولة عن تخليق السليلوز ، المشفرة بواسطة عائلة CSLC الجينية.
المميزات
مثلما يختلف تكوينه اعتمادًا على الأنواع النباتية المدروسة ، فإن وظائف الهيميسليلوز أيضًا. أهمها:
الوظائف البيولوجية
في تكوين جدار الخلية للنباتات والكائنات الحية الأخرى بخلايا مشابهة للخلايا النباتية ، تؤدي الفئات المختلفة من الهيميسليلوز وظائف أساسية في الأمور الهيكلية بفضل قدرتها على الارتباط غير التساهمي بالسليلوز.
الزيلان ، أحد أنواع الهيميسليلوز ، له أهمية خاصة في تصلب جدران الخلايا الثانوية التي طورتها بعض الأنواع النباتية.
في بعض الأنواع النباتية مثل التمر الهندي ، تخزن البذور ، بدلاً من النشا ، الزيلوغلوكان الذي يتم تعبئته بفضل عمل الإنزيمات الموجودة في جدار الخلية ويحدث هذا أثناء عمليات الإنبات ، حيث يتم توفير الطاقة للجنين الموجود في البذور.
الوظائف والأهمية التجارية
يتم استغلال الهيميسليلوز المخزن في البذور مثل التمر الهندي تجاريًا لإنتاج المواد المضافة المستخدمة في صناعة الأغذية.
ومن أمثلة هذه المضافات "صمغ التمر الهندي" و "صمغ الغار" أو "غواران" (المستخرج من أحد أنواع البقوليات).
في صناعة المخابز ، يمكن أن يؤثر وجود الأرابينوكسيلان على جودة المنتجات التي يتم الحصول عليها ، بنفس الطريقة التي تؤثر أيضًا على إنتاج البيرة بسبب لزوجتها المميزة.
يمكن أن يؤثر وجود أنواع معينة من السليلوز في بعض الأنسجة النباتية بشكل كبير على استخدام هذه الأنسجة لإنتاج الوقود الحيوي.
عادةً ما تكون إضافة الإنزيمات الهيميسليلوزية ممارسة شائعة للتغلب على هذه العيوب. ولكن مع ظهور علم الأحياء الجزيئي وتقنيات أخرى مفيدة للغاية ، يعمل بعض الباحثين على تصميم نباتات معدلة وراثيًا تنتج أنواعًا معينة من الهيميسليلوز.
المراجع
- Ebringerová، A.، Hromádková، Z.، & Heinze، T. (2005). هيميسيلولوز. حال. بوليم. علوم ، 186 ، 1-67.
- Pauly، M.، Gille، S.، Liu، L.، Mansoori، N.، de Souza، A.، Schultink، A.، & Xiong، G. (2013). التخليق الحيوي للهيميسليلوز. الخطة ، 1-16.
- ساها ، كولومبيا البريطانية (2003). التحويل الحيوي الهيميسيلولوز. J Ind Microbiol Biotechnol ، 30 ، 279-291.
- شيلر ، HV ، & Ulvskov ، P. (2010). داء هيميسيلولوز. Annu. القس مصنع. فيسيول. ، 61 ، 263 - 289.
- Wyman، CE، Decker، SR، Himmel، ME، Brady، JW، & Skopec، CE (2005). التحلل المائي للسليلوز وهيميسيلولوز.
- Yang ، H. ، Yan ، R. ، Chen ، H. ، Ho Lee ، D. ، & Zheng ، C. (2007). خصائص التحلل الحراري للهيميسليلوز والسليلوز واللجنين. وقود ، 86 ، 1781 - 1788.