EMICELLULOSA: CLASSIFICAZIONE, STRUTTURA, BIOSINTESI E FUNZIONI - BIOLOGIA - 2025

L'emicellulosa è un termine usato per designare un gruppo molto diversificato di polisaccaridi presenti nelle pareti cellulari di molte piante e che rappresentano più di un terzo della biomassa di dette strutture.

Il concetto è stato proposto da Johann Heinrich Schulze per designare polisaccaridi diversi dall'amido e in associazione con la cellulosa che erano estraibili dalle pareti cellulari delle piante superiori utilizzando soluzioni alcaline.

Rappresentazione grafica della struttura molecolare di Xylan, un'emicellulosa (Fonte: Yikrazuul tramite Wikimedia Commons)

Questi polisaccaridi sono composti da scheletri di glucano legati da legami β-1,4 che hanno sostituenti glicosilati diversi e che sono in grado di interagire tra loro e con le fibre di cellulosa attraverso legami idrogeno (interazioni non covalenti).

A differenza della cellulosa, che forma microfibre fitte, le emicellulose hanno strutture piuttosto amorfe, che sono solubili in soluzioni acquose.

Poiché più di un terzo del peso a secco delle cellule vegetali corrisponde all'emicellulosa, esiste attualmente molto interesse nella produzione di biocarburanti e altri composti chimici mediante la lavorazione di questi polisaccaridi.

Classificazione e struttura

Le emicellulose sono attualmente suddivise in quattro classi di molecole strutturalmente diverse: xilani, D-uomo-glicani, β-glucani e xiloglicani. Questi tre tipi di emicellulosi hanno diversi modelli di distribuzione e localizzazione, nonché altre importanti differenze.

Xylan

Sono i principali componenti emicellulocitici presenti nelle pareti cellulari secondarie delle piante dicotiledoni. Rappresentano più del 25% della biomassa di piante legnose ed erbacee e circa il 50% di alcune specie di monocotiledoni.

Gli xilani sono eteropolimeri composti da D-xilopiranosio legati da legami β-1,4 e che possono avere rami corti. Questo gruppo è suddiviso in omoossilani ed eteroxilani, tra i quali i glucuronoxilani e altri polisaccaridi complessi.

Queste molecole possono essere isolate da diverse fonti vegetali: dalla fibra di semi di lino, dalla polpa di barbabietola, dalla bagassa di canna da zucchero, dalla crusca di frumento e altre.

Il suo peso molecolare può variare notevolmente, a seconda del tipo di xilano e delle specie vegetali. La gamma che si trova in natura varia solitamente da 5.000 g / mol a più di 350.000 g / mol, ma dipende molto dal grado di idratazione e da altri fattori.

Glicani della mano D.

Questo tipo di polisaccaride si trova nelle piante superiori sotto forma di galattomannano e glucomannano, che sono composti da catene lineari di D-mannopiranosio legate da legami β-1,4 e da residui di D-mannopiranosio e D-glucopiranosio legati da legami β. -1,4, rispettivamente.

Entrambi i tipi di glicani delle mani possono avere residui di D-galattopiranosio attaccati alla spina dorsale della molecola in posizioni diverse.

I galattomannani si trovano nell'endosperma di alcune noci e datteri, sono insolubili in acqua e di conformazione simile a quella della cellulosa. I glucomannani, invece, sono i principali componenti emicellulocitici delle pareti cellulari dei legni teneri.

beta-glucani

I glucani sono i componenti emicellulocitici dei chicchi di cereali e si trovano prevalentemente nelle erbe e nelle poaceae in generale. In queste piante i β-glucani sono le principali molecole associate alle microfibre di cellulosa durante la crescita cellulare.

La sua struttura è lineare ed è costituita da residui di glucopiranosio legati tramite legami misti β-1,4 (70%) e β-1,3 (30%). I pesi molecolari riportati per i cereali variano tra 0,065 e 3 x 10e6 g / mol, ma esistono differenze rispetto alle specie dove vengono studiati.

Xyloglycans

Questo polisaccaride emicellulocitico si trova nelle piante superiori ed è uno dei materiali strutturali più abbondanti delle pareti cellulari. Nelle angiosperme dicotiledoni rappresenta più del 20% dei polisaccaridi murari, mentre nelle graminacee e in altre monocotiledoni rappresenta fino al 5%.

Gli xiloglicani sono composti da uno scheletro simile alla cellulosa, composto da unità di glucopiranosio legate da legami β-1,4, che è legato ai residui di α-D-xilopiranosio attraverso il suo carbonio in posizione 6.

Questi polisaccaridi sono strettamente legati alle microfibre di cellulosa della parete cellulare tramite legami idrogeno, contribuendo alla stabilizzazione della rete cellulocitica.

biosintesi

La maggior parte dei polisaccaridi di membrana sono sintetizzati da zuccheri nucleotidici attivati ​​molto specifici.

Questi zuccheri sono utilizzati dagli enzimi glicosiltransferasi nel complesso di Golgi, responsabili della formazione di legami glicosidici tra i monomeri e la sintesi del polimero in questione.

Lo scheletro cellulocitico degli xiloglicani è sintetizzato dai membri della famiglia delle proteine ​​responsabili della sintesi della cellulosa, codificata dalla famiglia genetica CSLC.

Caratteristiche

Così come la sua composizione varia a seconda delle specie vegetali studiate, anche le funzioni dell'emicellulosa. I principali sono:

Funzioni biologiche

Nella formazione della parete cellulare di piante e altri organismi con cellule simili a cellule vegetali, le diverse classi di emicellulose svolgono funzioni essenziali in materia strutturale grazie alla loro capacità di associarsi in modo non covalente con la cellulosa.

Lo xylan, uno dei tipi di emicellulosa, è particolarmente importante nell'indurimento delle pareti cellulari secondarie sviluppate da alcune specie vegetali.

In alcune specie vegetali come il tamarindo, i semi, al posto dell'amido, immagazzinano xiloglucani che vengono mobilitati grazie all'azione degli enzimi presenti nella parete cellulare e questo avviene durante i processi di germinazione, dove viene fornita energia all'embrione contenuto in il seme.

Funzioni e importanza commerciale

Le emicellulose immagazzinate nei semi come il tamarindo vengono sfruttate commercialmente per la produzione di additivi che trovano impiego nell'industria alimentare.

Esempi di questi additivi sono "gomma di tamarindo" e "gomma" guar "o" guaran "(estratti da una specie di legume).

Nell'industria della panificazione la presenza di arabinoxilani può influire sulla qualità dei prodotti ottenuti, così come, per la loro caratteristica viscosità, influiscono anche sulla produzione della birra.

La presenza di alcuni tipi di cellulose in alcuni tessuti vegetali può influire notevolmente sull'utilizzo di questi tessuti per la produzione di biocarburanti.

Solitamente, l'aggiunta di enzimi emicellulosici è una pratica comune per superare questi inconvenienti. Ma con l'avvento della biologia molecolare e di altre tecniche molto utili, alcuni ricercatori stanno lavorando alla progettazione di piante transgeniche che producono tipi specifici di emicellulosi.

Riferimenti

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