리그닌 : 구조, 기능, 추출, 저하, 용도 - 생물학

리그닌 (라틴 용어 목질 의미 목재 또는 목재로부터)은 폴리머 자체 관다발 식물 치수 비정질 복잡한 구조이다. 식물에서는 식물 줄기, 줄기 및 기타 구조에 힘과 저항력을주는 "시멘트"역할을합니다.

주로 세포벽에 위치하고 기계적 힘과 병원균으로부터 보호하며 세포 내부에서도 작은 비율로 발견됩니다. 화학적으로 다른 화합물과 상호 작용할 수있는 다양한 활성 센터를 가지고 있습니다. 이러한 공통 작용기 내에는 페놀, 지방족, 메 톡시 하이드 록실 등이 있습니다.

리그닌의 가능한 모델. 출처 : 실명 : Karol Głąbpl.wiki : Karol007commons : Karol007e-mail : kamikaze007 (at) tlen.pl

리그닌은 매우 복잡하고 다양한 3 차원 네트워크이기 때문에 분자 구조가 확실하게 밝혀지지 않았습니다. 그러나, 방향족 아미노산 인 페닐알라닌과 티로신에서 유래 한 코니 페릴 알코올과 기타 페닐 프로 파 노이드 화합물로부터 형성된 중합체 인 것으로 알려져있다.

이를 구성하는 단량체의 중합은 종에 따라 다르며, 다른 풍부한 야채 중합체 (전분 또는 셀룰로오스)와 같이 반복적이고 예측 가능한 방식으로 수행하지 않습니다.

지금까지 리그닌 분자의 가상 모델 만 사용할 수 있으며 실험실에서의 연구를 위해 일반적으로 합성 변형을 사용합니다.

리그닌 추출 방법은 벽의 다른 구성 요소와 결합되어 있고 매우 이질적이기 때문에 복잡합니다.

발견

리그닌의 존재를 처음으로보고 한 사람은 스위스 태생의 과학자 AP de Candolle로, 그의 기본적인 화학적 및 물리적 특성을 설명하고 "리그닌"이라는 용어를 만들었습니다.

주요 특징 및 구조

리그닌은 식물 세포벽의 주요 구성 요소 인 셀룰로오스 다음으로 식물에서 두 번째로 풍부한 유기 분자입니다. 매년 식물은 20 × 10 ⁹ 톤의 리그닌을 생산합니다. 그러나 풍부함에도 불구하고 연구는 상당히 제한적입니다.

모든 리그닌의 상당 부분 (약 75 %)은 셀룰로스 구조가 정점에 도달 한 후 (공간적으로 말하면) 세포벽에 있습니다. 리그닌의 위치를 갈화라고하며 이것은 세포 사멸의 사건과 일치합니다.

광학적으로 비활성 인 폴리머로 산성 용액에는 불용성이지만 수산화 나트륨 및 유사한 화합물과 같은 강염기에는 용해됩니다.

리그닌 추출 및 특성화의 어려움

여러 저자들은 리그닌 추출과 관련된 일련의 기술적 어려움이 있으며, 이는 그 구조 연구를 복잡하게 만든다고 주장합니다.

기술적 인 어려움 외에도 분자는 셀룰로스 및 세포벽을 구성하는 나머지 다당류에 공유 결합됩니다. 예를 들어, 목재 및 기타 갈화 구조 (예 : 줄기)에서 리그닌은 셀룰로오스 및 헤미셀룰로오스와 강하게 연관되어 있습니다.

마지막으로 폴리머는 식물마다 매우 다양합니다. 이러한 이유로 인해 합성 리그닌이 실험실에서 분자 연구에 사용되는 것이 일반적입니다.

가장 많이 사용되는 추출 방법

대부분의 리그닌 추출 방법은 구조를 수정하여 연구를 방해합니다. 기존의 모든 방법론 중에서 가장 중요한 것은 크래프트 인 것 같습니다. 절차 중에 리그닌은 수산화 나트륨과 황화 나트륨의 염기성 용액을 3 : 1 비율로 사용하여 탄수화물에서 분리됩니다.

따라서, 상기 절연 제품 때문에 그 평균 밀도는 1.3 내지 1.4 g / cm 인 페놀 화합물의 존재에 암갈색 분말 ³ .

페닐 프로 파 노이드에서 파생 된 단량체

이러한 방법 론적 충돌에도 불구하고 리그닌 중합체는 주로 침엽수, 쿠마르 산 및시나 필산 알코올의 세 가지 페닐 프로 파 노이드 유도체로 구성되어있는 것으로 알려져 있습니다. 이 화합물은 페닐알라닌과 티로신이라고 불리는 방향족 아미노산에서 시작하여 합성됩니다.

리그닌 프레임 워크의 전체 구성은 단백질의 초기 농도가 발견 되었기 때문에 언급 된 화합물이 거의 전적으로 지배적입니다.

이 세 가지 페닐 프로 파 노이드 단위의 비율은 다양하며 연구 된 식물 종에 따라 다릅니다. 동일한 개체의 기관 또는 세포벽의 다른 층에서 단량체 비율의 변화를 찾는 것도 가능합니다.

리그닌의 3 차원 구조

탄소-탄소 및 탄소-산소-탄소 결합의 높은 비율은 고도로 분지 된 3 차원 구조를 생성합니다.

채소 (전분 또는 셀룰로오스 등)에서 풍부하게 발견되는 다른 폴리머와 달리 리그닌 모노머는 반복적이고 예측 가능한 방식으로 중합되지 않습니다.

이러한 빌딩 블록의 결합은 확률 론적 힘에 의해 구동되는 것으로 보이지만, 최근 연구에 따르면 단백질이 중합을 매개하고 큰 반복 단위를 형성하는 것으로 나타났습니다.

풍모

리그닌은 모든 식물의 유비쿼터스 성분은 아니지만 보호 및 성장과 관련된 매우 중요한 기능을 수행합니다.

우선, 리그닌의 전형적인 안정성과 강성을 갖지 않는 친수성 성분 (셀룰로오스 및 헤미셀룰로오스)을 보호하는 역할을합니다.

외부에서만 발견되기 때문에 변형 및 압축에 대한 보호 덮개 역할을하여 셀룰로오스가 인장 강도를 담당합니다.

벽 구성 요소가 젖 으면 기계적 강도가 떨어집니다. 따라서 방수 성분이 포함 된 리그닌이 필요합니다. 목재에서 리그닌 비율의 실험적 감소는 동일한 기계적 특성의 감소와 관련이 있음이 밝혀졌습니다.

리그닌의 보호는 또한 가능한 생물학적 작용제 및 미생물까지 확장됩니다. 이 폴리머는 중요한 세포 성분을 분해 할 수있는 효소의 침투를 방지합니다.

또한 식물의 모든 구조로의 액체 이동을 조절하는 데 기본적인 역할을합니다.

합성

리그닌의 형성은 아미노산 페닐알라닌 또는 티로신의 탈 아미 노화 반응으로 시작됩니다. 아미노산의 화학적 동일성은 그다지 중요하지 않습니다. 두 처리 모두 동일한 화합물 인 4-hydroxycinnamate를 생성하기 때문입니다.

이 화합물은 알코올이 얻어 질 때까지 히드 록 실화, 메틸기 이동 및 카르복실기 환원의 일련의 화학 반응을 겪습니다.

이전 섹션에서 언급 한 세 가지 리그닌 전구체가 형성되었을 때, 중합 과정을 촉진하기위한 활성 중심을 만들기 위해 자유 라디칼로 산화 된 것으로 추정됩니다.

결합을 촉진하는 힘에 관계없이 단량체는 공유 결합을 통해 서로에게 복잡한 네트워크를 만듭니다.

하락

화학적 분해

분자의 화학적 특성으로 인해 리그닌은 수성 염기 및 고온 중아 황산염 용액에 용해됩니다.

곰팡이 매개 효소 분해

곰팡이의 존재에 의해 매개되는 리그닌의 분해는 다른 용도 중에서도 종이 제조 후 생성 된 유해의 표백 및 처리를 위해 생명 공학에 의해 광범위하게 연구되었습니다.

리그닌을 분해 할 수있는 진균을 백색 부패 진균이라고하며, 이는 셀룰로오스 분자 등을 공격하는 갈색 부패 진균과 대조적입니다. 이 곰팡이는 이질적인 그룹이며 가장 두드러진 대표는 Phanarochaete chrysosporium 종입니다.

간접 및 무작위 산화 반응을 통해 단량체를 함께 묶는 결합이 점차 끊어집니다.

리그닌을 공격하는 곰팡이의 작용은 매우 다양한 페놀 화합물, 산 및 방향족 알코올을 남깁니다. 일부 잔류 물은 광물 화 될 수있는 반면 다른 잔류 물은 부식성 물질을 생성합니다.

리그닌은 가수 분해 가능한 결합에 의해 결합되지 않기 때문에이 분해 과정을 수행하는 효소는 세포 외 여야합니다.

소화 속 리그닌

초식 동물의 경우 리그닌은 소화가 불가능한 식물의 섬유질 성분입니다. 즉, 전형적인 소화 효소 나 결장에 사는 미생물의 공격을받지 않습니다.

영양면에서 그것을 소비하는 신체에 기여하지 않습니다. 사실 다른 영양소의 소화율을 감소시킬 수 있습니다.

응용

일부 저자에 따르면 농업 잔류 물은 거의 무한한 양으로 얻을 수 있지만 지금까지 문제의 폴리머에 대한 중요한 적용은 없습니다.

리그닌은 19 세기 후반부터 연구되어 왔지만 처리와 관련된 합병증으로 인해 다루기가 어려워졌습니다. 그러나 다른 출처는 리그닌이 우리가 논의한 강성과 강도 특성을 기반으로 활용 될 수 있고 몇 가지 잠재적 인 용도를 제안 할 수 있다고 제안합니다.

현재 리그닌을 기반으로 한 일련의 목재 방부제와 일련의 화합물이 결합되어 생물 및 비 생물 작용 제로 인한 손상으로부터 보호하기 위해 개발되고 있습니다.

또한 단열재와 방음재 모두에 이상적인 물질이 될 수 있습니다.

리그닌을 업계에 통합하는 이점은 저렴한 비용과 화석 연료 또는 기타 석유 화학 자원에서 개발 된 원료를 대체 할 수 있다는 점입니다. 따라서 리그닌은 악용을 추구하는 큰 잠재력을 가진 중합체입니다.

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리그닌 : 구조, 기능, 추출, 저하, 용도 - 생물학 - 2025

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