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La historia histórica de la lignina: ¡¿Por qué se la llama el "alma de la madera"?!
La lignina es un polímero orgánico complejo que forma principalmente un material estructural importante para los tejidos de soporte de las plantas. Es particularmente importante en la formación de paredes celulares en madera y corteza, por su capacidad para impartir rigidez y resistencia a la descomposición. Al comprender la estructura, la historia y las funciones biológicas de la lignina, exploraremos su papel clave en la naturaleza y la economía.
La historia de la lignina
La historia de la lignina se remonta a 1813, cuando el botánico suizo A. P. de Candolle mencionó por primera vez esta sustancia. Lo describió como fibroso, inodoro e insoluble en agua y alcohol, pero soluble en soluciones ligeramente alcalinas y precipitado con ácido. Por eso la llamó "ligina", derivada del latín "lignum", que significa madera.
La lignina es uno de los polímeros orgánicos más abundantes en la Tierra, solo superado por la celulosa y la quitina.
La lignina representa el 30% del carbono orgánico no fósil terrestre de la Tierra y entre el 20% y el 35% del peso seco de la madera. El estudio encontró que la lignina también existe en las algas rojas, lo que sugiere que el ancestro común de las plantas y las algas rojas puede haber tenido la capacidad innata de sintetizar lignina. El descubrimiento también sugiere que la función original de la lignina puede haber sido proporcionar soporte estructural, como lo hace en el alga roja Calliarthron, al sostener las articulaciones entre partes calcificadas.
Composición y estructura
La composición de la lignina varía entre especies. Por ejemplo, la composición de una muestra de álamo temblón es 63,4% de carbono, 5,9% de hidrógeno, 0,7% de ceniza (composición mineral) y 30% de oxígeno (derivado de la diferencia), lo que equivale a la fórmula química (C31H34O11)n. La lignina es un polímero muy heterogéneo reticulado a partir de un pequeño número de precursores, los alcoholes de madera. Hay tres tipos principales de estos alcoholes de madera reticulados, todos derivados del fenilpropano.
La lignina tiene un peso molecular de más de 10.000 u, y su diversidad estructural y grado de entrecruzamiento tienen un impacto significativo en sus propiedades.
Funciones biológicas
La lignina llena los huecos en las paredes celulares, especialmente con los componentes celulosa, hemicelulosa y pectina, especialmente en haces vasculares y tejidos de soporte. La lignina juega un papel clave en la conducción de agua y nutrientes solubles en agua en los tallos de las plantas. El componente polisacárido de las paredes celulares de las plantas es altamente hidrófilo y, por lo tanto, muy permeable al agua, mientras que la lignina es más hidrófoba.
La función más común de la lignina es proporcionar soporte estructural a las plantas fortaleciendo la madera.
Importancia económica
La producción comercial mundial de lignina se origina en la industria del papel. En 1988 se produjeron en todo el mundo más de 220 millones de toneladas de papel, la mayor parte del cual estaba deslignificado. La lignina constituye aproximadamente un tercio de la masa del precursor de celulosa, pero a menudo es necesario eliminarla durante el proceso de fabricación del papel porque provoca decoloración y pérdida de resistencia del papel. El proceso de deslignificación es una de las tecnologías centrales de la industria del papel y plantea importantes preocupaciones ambientales.
Biosíntesis
La biosíntesis de lignina comienza en el citoplasma con la síntesis de alcohol de madera glicado a partir del aminoácido fenilalanina. Este proceso comparte la primera reacción con la vía de los fenilpropanoides. Todavía quedan muchas preguntas sin respuesta sobre la síntesis de lignina, incluido el papel específico de las enzimas oxidasas que catalizan la reacción de polimerización.
Biodegradación
En comparación con otros biopolímeros, la lignina es algo resistente a la degradación, lo que la hace más estable en el medio ambiente. Si bien algunos hongos pueden degradar eficientemente la lignina, las bacterias tienen una capacidad limitada para hacerlo, principalmente porque los derivados de la lignina inhiben el crecimiento bacteriano.
Química y Análisis
En la industria papelera, la cuantificación de lignina generalmente se realiza mediante pruebas de lignina Klason y lignina soluble en ácido. Estos procedimientos estandarizados permiten un análisis y una cuantificación eficientes de la composición de la lignina, lo que mejora la comprensión de sus propiedades y aplicaciones.
La historia y el papel de la lignina no se limitan a su estructura y función química: es un elemento estrechamente vinculado al medio ambiente, la economía y los ecosistemas. En el futuro, ¿podremos utilizar este valioso recurso de manera más eficiente y desarrollar materiales más ecológicos y tecnologías mejoradas?
