Language
Country/Area
No result found
Sự hỗ trợ của thực vật: Lignin định hình cấu trúc của thực vật như thế nào?
Lignin, một loại polyme hữu cơ phức tạp, đóng vai trò quan trọng trong các mô hỗ trợ của hầu hết các loại thực vật. Sự hiện diện của lignin làm cho thành tế bào của thực vật cứng và không dễ bị thối rữa. Không chỉ vậy, nó cũng có thể là chìa khóa quan trọng để thực vật thích nghi từ môi trường nước lên đất liền trong quá trình tiến hóa.
Lignin là một trong những polyme hữu cơ phổ biến nhất trên Trái Đất, chỉ đứng sau xenlulozơ và chitin.
Lịch sử của lignin có thể bắt nguồn từ năm 1813, khi nhà thực vật học người Thụy Sĩ A. P. de Candolle lần đầu tiên đề cập đến thuật ngữ này. Ông mô tả lignin là một chất xơ, không mùi, không tan trong nước và rượu nhưng tan trong dung dịch kiềm yếu. Ông đặt tên cho nó là "lignine", bắt nguồn từ tiếng Latin "lignum", có nghĩa là gỗ. Ngày nay, chúng ta biết rằng lignin là một trong những thành phần chính cấu tạo nên thực vật, đặc biệt là trong thành tế bào của cây và vỏ cây, nơi nó mang lại cho thực vật sự ổn định và độ bền về mặt cấu trúc.
Thành phần và cấu trúc
Thành phần của lignin khác nhau tùy theo loài thực vật. Ví dụ, lignin cây dương chứa khoảng 63,4% carbon, 5,9% hydro, 0,7% thành phần vô cơ và 30% oxy. Thành phần này cho phép hình thành các polyme có tính không đồng nhất cao, tính đa dạng của chúng xuất phát từ quá trình liên kết chéo của nhiều tiền chất.
Lignin lấp đầy khoảng trống giữa cellulose, hemicellulose và pectin trong thành tế bào thực vật, cho phép thực vật vận chuyển nước và chất dinh dưỡng hiệu quả.
Trong sinh học, chức năng chính của lignin là lấp đầy khoảng trống trong thành tế bào và tăng cường sức mạnh cơ học của thực vật. Nó liên kết cộng hóa trị với hemicellulose, do đó tạo liên kết chéo các polysaccharide khác nhau để đạt được mục đích tăng cường thành tế bào. Ngoài việc cung cấp hỗ trợ, lignin còn đóng vai trò chống lại bệnh tật. Khi cây bị thương hoặc nhiễm bệnh, lignin tích tụ tại vị trí xâm nhập, do đó làm giảm khả năng gây hại cho thành tế bào của tác nhân gây bệnh.
Ý nghĩa kinh tế
Trong môi trường thương mại ngày nay, sản xuất lignin có liên quan chặt chẽ đến sản xuất giấy. Hơn 220 triệu tấn giấy được sản xuất trên toàn cầu mỗi năm và một lượng lớn gỗ bị mất lignin, khiến lignin trở thành một yếu tố quan trọng trong ngành công nghiệp giấy. Mặc dù lignin thường được coi là trở ngại trong sản xuất giấy vì nó có thể gây đổi màu và làm giảm hiệu suất, nhưng vẫn có nhiều ứng dụng khối lượng thấp hướng đến việc tận dụng tiềm năng của lignin, chẳng hạn như sản xuất vật liệu phân hủy sinh học.
Sự có mặt của lignin làm cho nó trở thành một loại polyme sinh học quan trọng sau xenlulo và có thể trở thành nguyên liệu chính cho sản xuất nhiên liệu sinh học.
Với sự gia tăng nhận thức về môi trường, lignin không còn chỉ được coi là chất thải mà còn được coi trọng như một vật liệu tái tạo. Ví dụ, nó có thể được sử dụng như một chất giảm nước trong bê tông để giảm tỷ lệ xi măng so với nước và tăng cường độ bền kết cấu của vật liệu xây dựng. Ngoài ra, khả năng phân huỷ sinh học của lignin khiến nó có triển vọng ứng dụng rộng rãi trong sản xuất vật liệu đóng gói và nhựa.
Sinh tổng hợp và phân hủy
Quá trình sinh tổng hợp lignin chủ yếu diễn ra ở tế bào thực vật. Thông qua phản ứng trùng hợp của axit amin phenylalanine, các monome tiền chất của lignin được hình thành và các monome này được trùng hợp bởi nhiều loại enzyme oxy hóa khác nhau. Tuy nhiên, so với các loại polyme sinh học khác, quá trình phân hủy lignin khó khăn hơn do khả năng chống thủy phân bằng axit và bazơ của nó. Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng một số loại nấm có khả năng phân hủy lignin và các quá trình này liên quan đến hoạt động của nhiều loại enzyme, trong khi vi khuẩn ít tham gia vào quá trình phân hủy lignin hơn.
Bản tóm tắtLignin đóng vai trò quan trọng trong quá trình sinh trưởng và phát triển của thực vật và có tiềm năng to lớn ở cả cấp độ sinh học và kinh tế. Trước các vấn đề về môi trường và nhu cầu phát triển bền vững, việc khám phá ứng dụng của lignin có thể mang đến cho chúng ta những ý tưởng mới. Trong tương lai, loại polyme phức tạp này sẽ được tích hợp với cuộc sống con người và môi trường như thế nào? Đây có thể trở thành lĩnh vực nghiên cứu quan trọng tiếp theo.
