HEMICELLULOSE: PHÂN LOẠI, CẤU TRÚC, SINH TỔNG HỢP VÀ CHỨC NĂNG - SINH HỌC - 2026

Hemicellulose là một thuật ngữ được sử dụng để chỉ một nhóm polysaccharide rất đa dạng có trong thành tế bào của nhiều loài thực vật và đại diện cho hơn một phần ba sinh khối của các cấu trúc nói trên.

Khái niệm này do Johann Heinrich Schulze đề xuất để chỉ các polysaccharid không phải là tinh bột và liên kết với cellulose có thể chiết xuất từ ​​thành tế bào của thực vật bậc cao bằng cách sử dụng các dung dịch kiềm.

Biểu diễn đồ họa cấu trúc phân tử của Xylan, một loại hemixenlulo (Nguồn: Yikrazuul qua Wikimedia Commons)

Các polysaccharid này bao gồm các bộ xương glucan được liên kết bởi các liên kết β-1,4 có các nhóm thế glycosyl hóa khác nhau và có khả năng tương tác với nhau và với các sợi xenlulo thông qua liên kết hydro (tương tác không cộng hóa trị).

Không giống như xenlulo, tạo thành các vi sợi được đóng gói chặt chẽ, hemicelluloses có cấu trúc khá vô định hình, có thể hòa tan trong dung dịch nước.

Vì hơn một phần ba trọng lượng khô của tế bào thực vật tương ứng với hemicelluloses, nên hiện có nhiều mối quan tâm trong việc sản xuất nhiên liệu sinh học và các hợp chất hóa học khác bằng cách xử lý các polysaccharide này.

Phân loại và cấu trúc

Hemicelluloses hiện được chia thành bốn loại phân tử khác nhau về cấu trúc: xylans, D-man-glycans, β-glucans và xyloglycans. Ba loại hemicelluloses này có các mô hình phân bố và bản địa hóa khác nhau, cũng như những khác biệt quan trọng khác.

Xylan

Chúng là thành phần chính của tế bào máu có trong thành tế bào thứ cấp của thực vật hai lá mầm. Chúng chiếm hơn 25% sinh khối của thực vật thân gỗ và thân thảo và khoảng 50% ở một số loài cây một lá mầm.

Xylanes là dị trùng hợp bao gồm D-xylopyranose được liên kết bằng liên kết β-1,4 và có thể có các nhánh ngắn. Nhóm này được chia nhỏ thành homoxylanes và heteroxylanes, trong số đó có glucuronoxylans và polysaccharid phức tạp khác.

Các phân tử này có thể được phân lập từ các nguồn thực vật khác nhau: từ xơ hạt lanh, từ bột củ cải đường, từ bã mía, từ cám lúa mì và các loại khác.

Trọng lượng phân tử của nó có thể thay đổi đáng kể, tùy thuộc vào loại xylan và loài thực vật. Phạm vi được tìm thấy trong tự nhiên thường từ 5.000 g / mol đến hơn 350.000 g / mol, nhưng nó phụ thuộc rất nhiều vào mức độ hydrat hóa và các yếu tố khác.

D-hand glycans

Loại polysaccharide này được tìm thấy trong thực vật bậc cao dưới dạng galactomannans và glucomannan, được cấu tạo bởi các chuỗi mạch thẳng của D-mannopyranose liên kết với nhau bằng liên kết β-1,4 và bởi dư lượng của D-mannopyranose và D-glucopyranose được liên kết bằng liên kết β. -1,4, tương ứng.

Cả hai loại glycans tay đều có thể có dư lượng D-galactopyranose gắn vào xương sống của phân tử ở các vị trí khác nhau.

Galactomannans được tìm thấy trong nội nhũ của một số loại hạt và quả chà là, chúng không hòa tan trong nước và có cấu tạo tương tự như cellulose. Mặt khác, glucomannan là thành phần chính của bạch cầu tế bào trong thành tế bào của gỗ mềm.

β-glucans

Glucans là thành phần tế bào máu của hạt ngũ cốc và chủ yếu được tìm thấy trong các loại cỏ và họ đậu nói chung. Ở những thực vật này, β-glucans là những phân tử chính liên kết với các vi sợi cellulose trong quá trình phát triển của tế bào.

Cấu trúc của nó là tuyến tính và bao gồm các gốc glucopyranose được liên kết thông qua các liên kết hỗn hợp β-1,4 (70%) và β-1,3 (30%). Trọng lượng phân tử được báo cáo đối với ngũ cốc thay đổi từ 0,065 đến 3 x 10e6 g / mol, nhưng có sự khác biệt liên quan đến loài nơi chúng được nghiên cứu.

Xyloglycans

Polysaccharid tế bào máu này được tìm thấy ở thực vật bậc cao và là một trong những vật liệu cấu trúc phong phú nhất của thành tế bào. Ở thực vật hạt kín hai lá mầm, nó chiếm hơn 20% polysaccharid vách, trong khi ở cỏ và các cây đơn lá mầm khác, nó chiếm tới 5%.

Xyloglycan được cấu tạo bởi một bộ xương giống như cellulose, bao gồm các đơn vị glucopyranose liên kết với nhau bằng liên kết β-1,4, được liên kết với gốc α-D-xylopyranose thông qua carbon của nó ở vị trí 6.

Các polysaccharid này liên kết chặt chẽ với các vi sợi cellulose của thành tế bào thông qua các liên kết hydro, góp phần ổn định mạng lưới tế bào tế bào.

Sinh tổng hợp

Hầu hết các polysaccharid màng được tổng hợp từ đường nucleotide hoạt hóa rất cụ thể.

Những loại đường này được sử dụng bởi các enzym glycosyltransferase trong phức hợp Golgi, chịu trách nhiệm cho sự hình thành các liên kết glycosidic giữa các đơn phân và tổng hợp polyme được đề cập.

Bộ xương tế bào của xyloglycans được tổng hợp bởi các thành viên của họ protein chịu trách nhiệm tổng hợp cellulose, được mã hóa bởi họ di truyền CSLC.

Đặc trưng

Cũng như thành phần của nó thay đổi tùy thuộc vào loài thực vật được nghiên cứu, các chức năng của hemicelluloses cũng vậy. Những điều chính là:

Chức năng sinh học

Trong quá trình hình thành thành tế bào của thực vật và các sinh vật khác với các tế bào tương tự như tế bào thực vật, các lớp khác nhau của hemixenlulo thực hiện các chức năng thiết yếu trong các vấn đề cấu trúc nhờ khả năng liên kết không cộng hóa trị với xenluloza.

Xylan, một trong những loại hemicelluloses, đặc biệt quan trọng trong việc làm cứng thành tế bào thứ cấp do một số loài thực vật phát triển.

Ở một số loài thực vật như me, hạt, thay vì tinh bột, dự trữ xyloglucan được huy động nhờ hoạt động của các enzym có trong thành tế bào và điều này xảy ra trong quá trình nảy mầm, nơi năng lượng được cung cấp cho phôi chứa trong hạt giống.

Chức năng và tầm quan trọng thương mại

Hemicelluloses được lưu trữ trong hạt như me được khai thác thương mại để sản xuất các chất phụ gia được sử dụng trong ngành công nghiệp thực phẩm.

Ví dụ về các chất phụ gia này là "kẹo cao su me" và "kẹo cao su" guar "hoặc" guaran "(chiết xuất từ ​​một loài cây họ đậu).

Trong công nghiệp sản xuất bánh mì, sự hiện diện của arabinoxylans có thể ảnh hưởng đến chất lượng của sản phẩm thu được, đồng thời, do độ nhớt đặc trưng của chúng, chúng cũng ảnh hưởng đến sản xuất bia.

Sự hiện diện của một số loại xenluloza trong một số mô thực vật có thể ảnh hưởng lớn đến việc sử dụng các mô này để sản xuất nhiên liệu sinh học.

Thông thường, việc bổ sung các enzym hemicellulosic là cách làm phổ biến để khắc phục những nhược điểm này. Nhưng với sự ra đời của sinh học phân tử và các kỹ thuật hữu ích khác, một số nhà nghiên cứu đang nghiên cứu thiết kế các cây chuyển gen tạo ra các loại hemicelluloses cụ thể.

Người giới thiệu

1. Ebringerová, A., Hromádková, Z., & Heinze, T. (2005). Xenlulozơ. Tiến lên Đa hình. Khoa học viễn tưởng, 186, 1–67.
2. Pauly, M., Gille, S., Liu, L., Mansoori, N., de Souza, A., Schultink, A., & Xiong, G. (2013). Sinh tổng hợp hemicellulose. Kế hoạch, 1–16.
3. Saha, BC (2003). Chuyển đổi sinh học hemixenlulo. J Ind Microbiol Biotechnol, 30, 279-291.
4. Scheller, HV, & Ulvskov, P. (2010). Hemicelluloses. Annu. Nhà máy Rev. Physiol. , 61, 263–289.
5. Wyman, CE, Decker, SR, Himmel, ME, Brady, JW và Skopec, CE (2005). Sự thủy phân của Cellulose và Hemicellulose.
6. Yang, H., Yan, R., Chen, H., Ho Lee, D., & Zheng, C. (2007). Đặc điểm của nhiệt phân hemicellulose, cellulose và lignin. Nhiên liệu, 86, 1781–1788.