Language
Country/Area
No result found
Опора растений: как лигнин формирует структуру растений?
Лигнин, сложный органический полимер, играет важную роль в опорных тканях большинства растений. Присутствие лигнина делает клеточные стенки растений жесткими и не подверженными гниению. Более того, это может быть важным ключом для адаптации растений из водной среды обитания на суше в ходе эволюции.
Лигнин — один из самых распространенных органических полимеров на Земле, уступающий только целлюлозе и хитину.
Историю лигнина можно проследить до 1813 года, когда швейцарский ботаник А. П. де Кандоль впервые упомянул этот термин. Он описал лигнин как волокнистое вещество без запаха, нерастворимое в воде и спирте, но растворимое в слабых щелочных растворах. Он назвал его «лигнином», от латинского «lignum», что означает дерево. Сегодня мы знаем, что лигнин является одним из основных строительных блоков растений, особенно в клеточных стенках деревьев и коре, где он обеспечивает растениям структурную устойчивость и долговечность.
Состав и структура
Состав лигнина различается у разных видов растений. Например, лигнин тополя содержит около 63,4% углерода, 5,9% водорода, 0,7% неорганических компонентов и 30% кислорода. Такой состав позволяет формировать высокогетерогенные полимеры, разнообразие которых возникает за счет сшивания множества прекурсоров.
Лигнин заполняет промежутки между целлюлозой, гемицеллюлозой и пектином в клеточных стенках растений, позволяя растениям эффективно транспортировать воду и питательные вещества.
В биологии основная функция лигнина — заполнение щелей в клеточных стенках и повышение механической прочности растений. Он ковалентно связывается с гемицеллюлозой, тем самым образуя поперечные связи между различными полисахаридами и тем самым укрепляя клеточную стенку. Помимо поддержки, лигнин также играет роль в сопротивлении болезням. Когда растение травмируется или заражается, лигнин накапливается в месте вторжения, тем самым снижая способность патогена повреждать клеточную стенку.
Экономическое значение
В современных коммерческих условиях производство лигнина тесно связано с производством бумаги. Ежегодно в мире производится более 220 миллионов тонн бумаги, а большое количество древесины подвергается делигнификации, что делает лигнин важным фактором в бумажной промышленности. Хотя лигнин часто рассматривается как препятствие в производстве бумаги, поскольку он может вызывать изменение цвета и снижать производительность, все еще существует множество мелкосерийных применений, ориентированных на использование потенциала лигнина, например, производство биоразлагаемых материалов.
Присутствие лигнина делает его важным биополимером после целлюлозы и может стать ключевым сырьем для производства биотоплива.
С ростом экологической осведомленности лигнин больше не рассматривается просто как отход, а ценится как возобновляемый материал. Например, его можно использовать в качестве водоредуцирующей добавки в бетоне для снижения соотношения цемента к воде и повышения структурной прочности строительных материалов. Кроме того, биоразлагаемость лигнина открывает широкие перспективы его применения в производстве упаковочных материалов и пластмасс.
Биосинтез и деградация
Биосинтез лигнина в основном происходит в растительных клетках. В результате реакции полимеризации аминокислоты фенилаланина образуются мономеры-предшественники лигнина, которые полимеризуются под действием различных окислительных ферментов. Однако по сравнению с другими биополимерами деградация лигнина затруднена из-за его устойчивости к кислотному и щелочному гидролизу. Исследования показали, что некоторые грибы обладают способностью разлагать лигнин, и эти процессы включают действие множества ферментов, в то время как бактерии относительно меньше участвуют в разложении лигнина. Краткое содержание
Лигнин играет важную роль в росте и развитии растений и имеет большой потенциал как на биологическом, так и на экономическом уровне. Перед лицом экологических проблем и необходимости устойчивого развития изучение применения лигнина может дать нам новые идеи. Как этот сложный полимер будет интегрирован в жизнь человека и окружающую среду в будущем? Это может стать следующей ключевой областью исследований.
