اللجنين: الهيكل ، الوظائف ، الاستخراج ، التدهور ، الاستخدامات - مادة الاحياء - 2025

و اللجنين (من يجنوم المدى اللاتينية، وهذا يعني الخشب أو الخشب) هو بوليمر نفسها النباتات الوعائية هيكل الأبعاد، غير متبلور ومعقدة. يعمل في النباتات كـ "أسمنت" يعطي القوة والمقاومة لسيقان وجذوع النباتات وغيرها من الهياكل.

يتواجد بشكل أساسي في جدار الخلية ويحميه من القوى الميكانيكية ومسببات الأمراض ، ويتواجد أيضًا بنسبة صغيرة داخل الخلية. كيميائيًا ، يحتوي على مجموعة واسعة من المراكز النشطة التي تسمح لهم بالتفاعل مع المركبات الأخرى. ضمن هذه المجموعات الوظيفية الشائعة لدينا هيدروكسيل الفينول ، الأليفاتية ، ميثوكسي ، من بين أمور أخرى.

نموذج محتمل من اللجنين. المصدر: الاسم الحقيقي: Karol Głąbpl.wiki: Karol007commons: Karol007e-mail: kamikaze007 (at) tlen.pl

نظرًا لأن اللجنين عبارة عن شبكة ثلاثية الأبعاد شديدة التعقيد ومتنوعة ، لم يتم توضيح بنية الجزيء على وجه اليقين. ومع ذلك ، فمن المعروف أنه بوليمر يتكون من كحول الصنوبر ومركبات فينيل بروبانويد الأخرى المشتقة من الأحماض الأمينية العطرية فينيل ألانين وتيروزين.

تختلف بلمرة المونومرات التي تتكون منها باختلاف الأنواع ، ولا تفعل ذلك بطريقة متكررة ويمكن التنبؤ بها مثل البوليمرات الوفيرة الأخرى للخضروات (النشا أو السليلوز).

حتى الآن ، تتوفر فقط نماذج افتراضية لجزيء اللجنين ، ودراستها في المختبر عادةً ما تستخدم المتغيرات الاصطناعية.

طريقة استخراج اللجنين معقدة ، لأنها مرتبطة بمكونات أخرى للجدار وغير متجانسة للغاية.

اكتشاف

كان أول شخص أبلغ عن وجود اللجنين هو العالم السويسري المولد AP de Candolle ، الذي وصف خصائصه الكيميائية والفيزيائية الأساسية وصاغ مصطلح "اللجنين".

الخصائص الرئيسية والهيكل

اللجنين هو ثاني أكثر الجزيئات العضوية وفرة في النباتات بعد السليلوز ، وهو المكون الأكبر لجدران الخلايا النباتية. كل عام تنتج المصانع 20 × 10 ⁹ طن من اللجنين. ومع ذلك ، على الرغم من وفرتها ، كانت دراستها محدودة للغاية.

توجد نسبة كبيرة من كل اللجنين (حوالي 75٪) في جدار الخلية ، بعد أن تبلغ بنية السليلوز ذروتها (من الناحية المكانية). يُطلق على وضع اللجنين اسم اللجنين ويتزامن هذا مع أحداث موت الخلايا.

إنه بوليمر غير نشط بصريًا ، غير قابل للذوبان في المحاليل الحمضية ولكنه قابل للذوبان في قواعد قوية ، مثل هيدروكسيد الصوديوم والمركبات الكيميائية المماثلة.

صعوبات في استخراج وتوصيف اللجنين

يجادل مؤلفون مختلفون بأن هناك سلسلة من الصعوبات التقنية المتعلقة باستخراج اللجنين ، وهي حقيقة تعقد دراسة هيكلها.

بالإضافة إلى الصعوبات التقنية ، يرتبط الجزيء تساهميًا بالسليلوز وبقية السكريات التي يتكون منها جدار الخلية. على سبيل المثال ، في الخشب والهياكل الخشبية الأخرى (مثل السيقان) ، يرتبط اللجنين ارتباطًا وثيقًا بالسليلوز والهيميسليلوز.

أخيرًا ، يكون البوليمر متغيرًا للغاية بين النباتات. لهذه الأسباب المذكورة ، من الشائع أن يتم استخدام اللجنين الاصطناعي لدراسة الجزيء في المختبرات.

طرق الاستخراج الأكثر استخدامًا

الغالبية العظمى من طرق استخراج اللجنين تعدل هيكلها ، وتمنع دراستها. من بين جميع المنهجيات الحالية ، يبدو أن الكرافت هو الأكثر أهمية. أثناء الإجراء ، يتم فصل اللجنين عن الكربوهيدرات بمحلول أساسي من هيدروكسيد الصوديوم وكبريتيد الصوديوم بنسب 3: 1.

وبالتالي فإن منتج العزل عبارة عن مسحوق بني غامق بسبب وجود المركبات الفينولية التي يبلغ متوسط ​​كثافتها 1.3 إلى 1.4 جم / سم ³.

مونومرات مشتقة من فينيل بروبانويدس

على الرغم من هذه التعارضات المنهجية ، فمن المعروف أن بوليمر اللجنين يتكون أساسًا من ثلاثة مشتقات فينيل بروبانويد: كحول الصنوبر ، الكوماريك ، والكحول المشبكي. يتم تصنيع هذه المركبات بدءًا من الأحماض الأمينية العطرية المسماة فينيل ألانين والتيروزين.

تهيمن المركبات المذكورة تقريبًا على التركيب الكلي لهيكل اللجنين ، حيث تم العثور على تركيزات أولية من البروتينات.

تتباين نسبة وحدات فينيل بروبانويد الثلاث هذه وتعتمد على الأنواع النباتية المدروسة. من الممكن أيضًا العثور على اختلافات في نسب المونومرات داخل أعضاء نفس الفرد أو في طبقات مختلفة من جدار الخلية.

هيكل ثلاثي الأبعاد من اللجنين

تولد النسبة العالية من روابط الكربون والكربون والأكسجين والكربون بنية ثلاثية الأبعاد شديدة التشعب.

على عكس البوليمرات الأخرى التي نجدها بكثرة في الخضروات (مثل النشا أو السليلوز) ، لا تتبلمر مونومرات اللجنين بطريقة متكررة ويمكن التنبؤ بها.

على الرغم من أن ارتباط هذه الكتل الإنشائية يبدو مدفوعًا بالقوى العشوائية ، فقد وجدت الأبحاث الحديثة أن البروتين يبدو أنه يتوسط في البلمرة ويشكل وحدة تكرار كبيرة.

المميزات

على الرغم من أن اللجنين ليس مكونًا في كل مكان في جميع النباتات ، إلا أنه يؤدي وظائف مهمة جدًا تتعلق بالحماية والنمو.

بادئ ذي بدء ، فهي مسؤولة عن حماية المكونات المحبة للماء (السليلوز والهيميسليلوز) التي لا تتمتع بالثبات والصلابة النموذجية للجنين.

نظرًا لأنه يوجد حصريًا في الخارج ، فهو بمثابة غلاف واقي ضد التشويه والضغط ، مما يجعل السليلوز مسؤولاً عن قوة الشد.

عندما تبتل مكونات الجدار ، فإنها تفقد القوة الميكانيكية. لهذا السبب ، فإن وجود اللجنين مع المكون المقاوم للماء ضروري. لقد ثبت أن التخفيض التجريبي لنسبة اللجنين في الخشب يرتبط بتقليل الخواص الميكانيكية له.

تمتد حماية اللجنين أيضًا إلى العوامل البيولوجية والكائنات الدقيقة المحتملة. يمنع هذا البوليمر اختراق الإنزيمات التي يمكن أن تؤدي إلى تدهور المكونات الخلوية الحيوية.

كما أنه يلعب دورًا أساسيًا في تعديل انتقال السائل إلى جميع هياكل النبات.

نتيجة الجمع بين الطريحة والنقيضة

يبدأ تكوين اللجنين برد فعل نزع الأمين للأحماض الأمينية فينيل ألانين أو التيروزين. إن الهوية الكيميائية للحمض الأميني ليست وثيقة الصلة بالموضوع ، لأن معالجة كلاهما تؤدي إلى نفس المركب: 4-هيدروكسي سينامات.

يخضع هذا المركب لسلسلة من التفاعلات الكيميائية للهيدروكسيل ، ونقل مجموعات الميثيل وتقليل مجموعة الكربوكسيل حتى يتم الحصول على الكحول.

عندما يتم تشكيل السلائف الثلاثة من اللجنين المذكورة في القسم السابق ، فمن المفترض أنها تتأكسد إلى الجذور الحرة ، من أجل إنشاء مراكز نشطة لتعزيز عملية البلمرة.

بغض النظر عن القوة التي تعزز الاتحاد ، فإن المونومرات مع بعضها البعض من خلال الروابط التساهمية وإنشاء شبكة معقدة.

انحلال

التحلل الكيميائي

نظرًا للخصائص الكيميائية للجزيء ، فإن اللجنين قابل للذوبان في محاليل القواعد المائية وثنائي كبريتيت ساخن.

التحلل الأنزيمي بوساطة الفطريات

تمت دراسة تحلل اللجنين بسبب وجود الفطريات على نطاق واسع بواسطة التكنولوجيا الحيوية لتبييض ومعالجة البقايا الناتجة بعد تصنيع الورق ، من بين استخدامات أخرى.

تسمى الفطريات القادرة على تحطيم اللجنين بفطريات العفن الأبيض ، والتي تتناقض مع فطريات العفن البني التي تهاجم جزيئات السليلوز وما شابه. هذه الفطريات هي مجموعة غير متجانسة وأبرز ممثل لها هو أنواع Phanarochaete chrysosporium.

من خلال تفاعلات الأكسدة - غير المباشرة والعشوائية - تنكسر الروابط التي تربط المونومرات معًا تدريجيًا.

يترك عمل الفطريات التي تهاجم اللجنين مجموعة كبيرة ومتنوعة من المركبات الفينولية والأحماض والكحولات العطرية. يمكن أن يتمعدن بعض المخلفات ، بينما ينتج البعض الآخر مواد دبالية.

يجب أن تكون الإنزيمات التي تنفذ عملية التحلل هذه خارج الخلية ، لأن اللجنين غير مرتبط بروابط قابلة للتحلل بالماء.

اللجنين في الهضم

بالنسبة للحيوانات العاشبة ، يعتبر اللجنين مكونًا ليفيًا للنباتات غير القابلة للهضم. أي أنه لا يتعرض للهجوم من قبل الإنزيمات النموذجية للهضم أو من قبل الكائنات الحية الدقيقة التي تعيش في القولون.

من حيث التغذية ، لا يساهم في أي شيء للجسم الذي يستهلكه. في الواقع ، يمكن أن تقلل نسبة هضم العناصر الغذائية الأخرى.

التطبيقات

وفقًا لبعض المؤلفين ، على الرغم من أنه يمكن الحصول على المخلفات الزراعية بكميات تكاد لا تنضب ، فلا يوجد حتى الآن تطبيق مهم للبوليمر المعني.

على الرغم من دراسة اللجنين منذ أواخر القرن التاسع عشر ، إلا أن المضاعفات المتعلقة بمعالجته جعلت من الصعب التعامل معه. ومع ذلك ، تشير مصادر أخرى إلى أنه يمكن استغلال اللجنين وتقترح العديد من الاستخدامات المحتملة ، بناءً على خصائص الصلابة والقوة التي ناقشناها.

حاليًا ، يتم تطوير سلسلة من المواد الحافظة للأخشاب تعتمد على اللجنين جنبًا إلى جنب مع سلسلة من المركبات لحمايته من التلف الذي تسببه العوامل الحيوية وغير الحيوية.

يمكن أن تكون أيضًا مادة مثالية لبناء عوازل ، حرارية وصوتية.

تتمثل ميزة دمج اللجنين في الصناعة في تكلفته المنخفضة واستخدامه المحتمل كبديل للمواد الخام المطورة من الوقود الأحفوري أو الموارد البتروكيماوية الأخرى. وبالتالي ، فإن اللجنين هو بوليمر ذو إمكانات كبيرة يسعى إلى استغلاله.

المراجع

1. ألبرتس ، ب ، وبراي ، د. (2006). مقدمة في بيولوجيا الخلية. عموم أمريكا الطبية Ed.
2. برافو ، LHE (2001). دليل مختبر مورفولوجيا النبات. مريلة أورتن IICA / CATIE.
3. كورتيس ، هـ ، وشنيك ، أ. (2006). دعوة إلى علم الأحياء. عموم أمريكا الطبية Ed.
4. جوتيريز ، ماجستير (2000). الميكانيكا الحيوية: الفيزياء وعلم وظائف الأعضاء (رقم 30). التحرير CSIC-CSIC Press.
5. Raven ، PH ، Evert ، RF ، & Eichhorn ، SE (1992). بيولوجيا النبات (المجلد 2). أنا عكس.
6. رودريغيز ، إي في (2001). فسيولوجيا إنتاج المحاصيل الاستوائية. جامعة التحرير في كوستاريكا.
7. تعز ، إل ، وزيقر ، إي (2007). فيزياء النبات. جاومي آي