Metabolit Lignin

Lignin atau zat kayu adalah salah satu zat komponen penyusun tumbuhan. Komposisi bahan penyusun ini berbeda-beda bergantung jenisnya. Lignin terutama terakumulasi pada batang tumbuhan berbentuk pohon dan semak. Pada batang, lignin berfungsi sebagai bahan pengikat komponen penyusun lainnya, sehingga suatu pohon bisa berdiri tegak (seperti semen pada sebuah batang beton). Berbeda dengan selulosa yang terbentuk dari gugus karbohidrat, struktur kimia lignin sangat kompleks dan tidak berpola sama. Gugus aromatik ditemukan pada lignin, yang saling dihubungkan dengan rantai alifatik, yang terdiri dari 2-3 karbon. Proses pirolisis lignin menghasilkan senyawa kimia aromatis berupa fenol, terutama kresol.

Lignin

Lignin mengisi ruang di dinding sel antara komponen selulosa, hemiselulosa, dan pektin, terutama di tracheid, dan sel-sel xilem sclereid. Hal ini kovalen terkait dengan hemiselulosa dan, karenanya, crosslinks polisakarida tanaman yang berbeda, menganugerahkan kekuatan mekanis pada dinding sel dan dengan ekstensi tanaman sebagai keseluruhan. Hal ini terutama melimpah di kayu kompresi tetapi langka di kayu ketegangan.
Lignin memainkan bagian penting dalam melakukan air di batang tanaman. Komponen polisakarida dari dinding sel tumbuhan sangat hidrofilik sehingga permeabel untuk air, sedangkan lignin lebih hidrofobik. Para silang dari polisakarida dengan lignin merupakan kendala untuk penyerapan air ke dinding sel. Jadi, lignin memungkinkan untuk jaringan vaskular tanaman untuk melakukan air secara efisien. Lignin adalah hadir di semua tumbuhan vaskular, tetapi tidak dalam bryophytes, mendukung gagasan bahwa fungsi asli dari lignin dibatasi untuk mengangkut air. Namun, itu hadir dalam alga merah, yang tampaknya menunjukkan bahwa nenek moyang tanaman dan ganggang merah juga disintesis lignin. Ini akan menunjukkan bahwa fungsi aslinya adalah struktural; memainkan peran ini dalam alga merah Calliarthron, di mana ia mendukung sendi antara segmen kalsifikasi.
Lignin memainkan peran penting dalam siklus karbon, karbon penyerapan atmosfer ke dalam jaringan hidup vegetasi berkayu abadi. Lignin adalah salah satu komponen yang paling lambat membusuk vegetasi mati, kontribusi sebagian besar dari bahan yang menjadi humus seperti terurai. Humus tanah yang dihasilkan, secara umum, meningkatkan produktivitas fotosintesis komunitas tumbuhan yang tumbuh di sebuah situs sebagai transisi situs dari tanah mineral terganggu melalui tahapan suksesi ekologis, dengan menyediakan kapasitas tukar kation meningkat dalam tanah dan memperluas kapasitas retensi kelembaban antara banjir dan kekeringan.
Sangat lignified kayu tahan lama dan karena itu bahan baku yang baik untuk banyak aplikasi. Hal ini juga merupakan bahan bakar yang sangat baik, karena lignin menghasilkan energi lebih ketika dibakar daripada selulosa. Pulp mekanik, atau yield tinggi digunakan untuk membuat kertas berisi sebagian besar lignin awalnya hadir dalam kayu. Lignin ini bertanggung jawab untuk kertas yang menguning dengan usia. Lignin harus dihilangkan dari pulp sebelum kertas berkualitas tinggi dikelantang dapat diproduksi dari itu.
Dalam sulfit pulping, lignin dihilangkan dari pulp kayu sebagai sulfonat. Lignosulfonates ini memiliki beberapa kegunaan: 

    Dispersan dalam aplikasi semen kinerja tinggi, formulasi pengolahan air dan pewarna tekstil

    Aditif dalam aplikasi lapangan khusus minyak dan bahan kimia pertanian

    Bahan baku untuk beberapa bahan kimia, seperti vanili, DMSO, etanol, gula xylitol, dan asam humat

    Lingkungan berkelanjutan penindasan debu agen untuk jalan
Penyelidikan pertama ke penggunaan komersial dari lignin dilaporkan oleh Marathon Corporation di Rothschild, Wisconsin (AS), mulai pada tahun 1927. Kelas pertama dari produk yang menunjukkan janji yang penyamakan kulit agen. Bahan kimia lignin bisnis Marathon itu dioperasikan selama bertahun-tahun sebagai Kimia Marathon. Hal ini sekarang dikenal sebagai LignoTech USA, Inc, dan dimiliki oleh perusahaan Borregaard Norwegia, sendiri merupakan anak perusahaan dari konglomerat Norwegia Orkla AS.
Lignin dihapus melalui proses kraft (pembuatan pulp sulfat) biasanya dibakar untuk nilai bahan bakar, menyediakan energi untuk menjalankan pabrik dan proses yang terkait.
Baru-baru ini, lignin diekstrak dari semak willow telah berhasil digunakan untuk menghasilkan busa poliuretan diperluas.
Pada tahun 1998, sebuah perusahaan Jerman, Tecnaro, mengembangkan proses untuk mengubah lignin menjadi zat, yang disebut Arboform, yang berperilaku identik dengan plastik untuk injection molding. Oleh karena itu, dapat digunakan dalam wadah plastik untuk beberapa aplikasi. Ketika item tersebut akan dibuang, dapat dibakar seperti kayu.
Lignin adalah cross-linked rasemat makromolekul dengan massa molekul lebih dari 10.000 u. Hal ini relatif hidrofobik dan aromatik di alam. Derajat polimerisasi di alam adalah sulit untuk mengukur, karena terfragmentasi selama ekstraksi dan molekul terdiri dari berbagai jenis substruktur yang muncul untuk mengulang secara serampangan. Berbagai jenis lignin telah dijelaskan tergantung pada cara isolasi.
Ada tiga monomer monolignol, methoxylated untuk berbagai derajat: p-coumaryl alkohol, alkohol coniferyl, dan alkohol sinapyl. Lignols ini dimasukkan ke dalam lignin dalam bentuk phenylpropanoids p-hidroksifenil (H), guaiacyl (G), dan syringal (S), masing-masing. Gymnosperma memiliki lignin yang terdiri hampir seluruhnya dari G dengan jumlah kecil dari H Itu dari angiosperma dicotyledonous ini. lebih sering daripada tidak campuran G dan S (dengan H sangat sedikit), dan monocotyledonous lignin adalah campuran dari ketiganya. Banyak rumput. telah sebagian besar G, sementara beberapa pohon telah terutama. Semua lignin mengandung sejumlah kecil monolignols tidak lengkap atau dimodifikasi, dan monomer-monomer lain yang menonjol di non-kayu tanaman. 

Thioglycolysis adalah teknik analitis untuk kuantisasi lignin. Lignin struktur juga dapat dipelajari dengan simulasi komputasi.
Biosintesis lignin dimulai pada sitosol dengan sintesis monolignols glikosilasi dari asam amino fenilalanin. Reaksi-reaksi pertama bersama dengan jalur fenilpropanoid. Glukosa melekat membuat mereka larut dalam air dan kurang toksik. Setelah diangkut melalui membran sel ke apoplast, glukosa akan dihapus dan polimerisasi dimulai. Banyak tentang anabolisme adalah tidak dipahami bahkan setelah lebih dari satu abad penelitian.
Langkah polimerisasi, yang merupakan radikal-radikal kopling, dikatalisis oleh enzim oksidatif. Kedua enzim peroksidase dan lakase yang hadir dalam dinding sel tanaman, dan tidak diketahui apakah salah satu atau kedua kelompok berpartisipasi dalam polimerisasi tersebut. Oksidan berat molekul rendah juga mungkin terlibat. Enzim oksidatif mengkatalisis pembentukan radikal monolignol. Radikal sering dikatakan menjalani kopling uncatalyzed untuk membentuk polimer lignin, tetapi hipotesis ini telah ditantang baru. Teori alternatif yang melibatkan kontrol biologis yang tidak ditentukan Namun tidak diterima secara luas.
Biodegradasi lignin akan mengakibatkan kerusakan barang kayu, terutama bangunan. Namun biodegradasi lignin merupakan prasyarat untuk pengolahan biofuel dari bahan baku tanaman. Setup pengolahan saat ini menunjukkan beberapa residu bermasalah setelah pengolahan isi dicerna atau terdegradasi. Para meningkatkan degradasi lignin akan mendorong output dari pengolahan biofuel untuk mendapatkan yang lebih baik atau faktor efisiensi yang lebih baik.
Lignin dicerna oleh enzim hewan, tetapi beberapa jamur (seperti pelana Dryad) dan bakteri dapat mensekresikan ligninases (juga bernama lignases) yang dapat terurai polimer. Rincian biodegradasi yang belum dipahami dengan baik. Jalur tergantung pada jenis pembusukan kayu - dalam jamur busuk coklat baik, busuk lunak, atau membusuk putih. Enzim yang terlibat dapat menggunakan radikal bebas untuk reaksi depolimerisasi, lignolytic enzim peroksidase Nah dipahami adalah mangan, peroksidase lignin dan dehidrogenase cellobiose.. Selanjutnya, karena yang silang dengan komponen dinding sel lain, itu meminimalkan aksesibilitas selulosa dan hemiselulosa untuk enzim mikroba. Oleh karena itu, secara umum dikaitkan dengan lignin cerna berkurang dari biomassa tanaman secara keseluruhan, yang membantu bertahan melawan patogen dan hama.
Degradasi lignin dibuat oleh mikro-organisme seperti jamur dan bakteri. Lignin peroksidase (juga "ligninase", EC nomor 1.14.99) adalah hemoprotein dari chrysosporium jamur busuk putih Phanerochaete dengan berbagai merendahkan lignin-reaksi, semua tergantung pada hidrogen peroksida untuk memasukkan molekul oksigen ke dalam produk reaksi. Ada juga beberapa enzim mikroba lainnya yang diyakini terlibat dalam biodegradasi lignin, seperti peroksidase mangan, lakase, dan dehidrogenase Cellobiose (akseptor).
Lignin terkait bahan kimia dapat diproses lebih lanjut oleh bakteri. Misalnya, Gram-negatif aerobik bakteri tanah Sphingomonas paucimobilis mampu mendegradasi lignin-senyawa kimia terkait bifenil.
Pirolisis lignin selama pembakaran produksi kayu atau arang menghasilkan berbagai produk, di mana yang paling karakteristik adalah metoksi fenol. Dari mereka, yang paling penting adalah guaiacol dan syringol dan turunannya; kehadiran mereka dapat digunakan untuk melacak sumber asap untuk kayu api. Dalam memasak, lignin dalam bentuk kayu merupakan sumber penting dari kedua bahan kimia, yang memberikan aroma karakteristik dan rasa untuk makanan yang diasap, seperti barbekyu.

Lignin peroksidase umumnya dianggap menjadi katalisator utama untuk depolimerisasi oksidatif lignin oleh jamur busuk putih. Namun, beberapa jamur busuk putih lignin peroksidase kurangnya. Sebaliknya, lakase memproduksi banyak, meskipun potensi redoks laccases dikenal dua untuk langsung mengoksidasi non-fenolik komponen lignin. Pycnoporus cinnabarinus adalah salah satu contoh dari jamur yang memproduksi lakase yang mendegradasi lignin yang sangat efisien. Untuk mengatasi penghalang potensial redoks, P. cinnabarinus menghasilkan, metabolit 3-hydroxyanthranilate yang dapat menengahi oksidasi substrat non-fenolik oleh lakase. Ini adalah deskripsi pertama tentang bagaimana lakase bisa berfungsi dalam sistem biologis untuk depolimerisasi lengkap lignin.

(Sumber Wikipedia)