Hemicelulose: classificação, estrutura, biossíntese e funções

Hemicelulose é um termo usado para designar um grupo muito diversificado de polissacarídeos presentes nas paredes celulares de muitas plantas e que representam mais de um terço da biomassa dessas estruturas.

O conceito foi proposto por Johann Heinrich Schulze para designar outros polissacarídeos além do amido e em associação com a celulose removível das paredes celulares das plantas superiores, usando soluções alcalinas.

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Representação gráfica da estrutura molecular do Xylan, uma hemicelulose (Fonte: Yikrazuul [domínio público] via Wikimedia Commons)

Esses polissacarídeos são compostos por esqueletos de glucano ligados por ligações β-1,4 que possuem substituintes glicosilados diferentes e são capazes de interagir entre si e com fibras de celulose através de ligações de hidrogênio (interações não covalentes).

Diferentemente da celulose, que forma microfibras fortemente compactadas, as hemiceluloses possuem estruturas bastante amorfas, que são solúveis em soluções aquosas.

Como mais de um terço do peso seco das células vegetais corresponde às hemiceluloses, existe muito interesse hoje na produção de biocombustíveis e outros compostos químicos, processando esses polissacarídeos.

Classificação e estrutura

Atualmente, as hemiceluloses estão divididas em quatro classes de moléculas estruturalmente diferentes: xilanos, glicanos D-manuais, β-glucanos e xiloglicanos. Esses três tipos de hemiceluloses têm diferentes padrões de distribuição e localização, além de outras diferenças importantes.

Xilanos

São os principais componentes hemicelulócitos presentes nas paredes celulares secundárias de plantas dicotiledôneas. Eles representam mais de 25% da biomassa de plantas lenhosas e herbáceas e cerca de 50% em algumas espécies de monocotiledôneas.

Xilanos são heteropolímeros compostos de D-xilopiranose ligados por ligações β-1,4 e que podem ter ramificações curtas. Este grupo é subdividido em homoxilanos e heteroxilanos, entre os quais glucoronoxilanos e outros polissacarídeos complexos.

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Essas moléculas podem ser isoladas de diferentes fontes vegetais: fibra de linhaça, polpa de beterraba, bagaço de cana, farelo de trigo e outros.

Seu peso molecular pode variar consideravelmente, dependendo do tipo de xilano e das espécies vegetais. O intervalo encontrado na natureza geralmente varia de 5.000 g / mol a mais de 350.000 g / mol, mas depende muito do grau de hidratação e de outros fatores.

Glicanos em D

Este tipo de polissacarídeo é encontrado nas plantas superiores na forma de galactomananos e glucomananos, que são compostos de cadeias lineares de D-manopiranoses ligadas por ligações β-1,4 e por resíduos de D-manopiranos e D-glucopiranoses ligadas por ligações β -1,4, respectivamente.

Ambos os tipos de glicanos manuais podem ter resíduos de D-galactopiranose ligados à espinha dorsal principal da molécula em posições diferentes.

Os galactomananos são encontrados no endosperma de algumas nozes e tâmaras, são insolúveis em água e de forma semelhante à celulose. Os glucomananos, por outro lado, são os principais componentes hemicelulócitos das paredes das células da madeira macia.

β-glucanos

As glucanas são os componentes hemicelulocíticos dos grãos de cereais e são predominantemente encontradas em gramíneas e poáceas em geral. Nessas plantas, os β-glucanos são as principais moléculas associadas às microfibras de celulose durante o crescimento celular.

Sua estrutura é linear e consiste em resíduos de glucopiranose ligados por meio de ligações β-1,4 (70%) e β-1,3 (30%). Os pesos moleculares relatados para cereais variam entre 0,065 a 3 x 10e6 g / mol, mas existem diferenças em relação às espécies em que são estudados.

Xiloglucanos

Este polissacarídeo hemicelulocítico é encontrado nas plantas superiores e é um dos materiais estruturais mais abundantes das paredes celulares. Nas angiospermas dicotiledôneas, representa mais de 20% dos polissacarídeos da parede, enquanto nas gramíneas e outros monocotiledôneos representa até 5%.

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Os xiloglicanos são compostos por um esqueleto semelhante ao da celulose, composto por unidades de glucopiranose ligadas por ligações β-1,4, as quais estão ligadas a resíduos de α-D-xilopiranose através de seu carbono na posição 6.

Esses polissacarídeos se ligam estreitamente às microfibras de celulose da parede celular por ligações de hidrogênio, contribuindo para a estabilização da rede celulocítica.

Biossíntese

A maioria dos polissacarídeos de membrana é sintetizada a partir de açúcares nucleotídicos ativados muito específicos.

Esses açúcares são utilizados pelas enzimas glicosiltransferase no complexo de Golgi, responsáveis ​​pela formação das ligações glicosídicas entre os monômeros e pela síntese do polímero em questão.

O esqueleto celulocitário dos xiloglucanos é sintetizado por membros da família de proteínas responsáveis ​​pela síntese de celulose, codificadas pela família CSLC.

Funções

Assim como sua composição varia de acordo com as espécies vegetais estudadas, também as funções das hemiceluloses. Os principais são:

Funções biológicas

Na formação da parede celular de plantas e outros organismos com células semelhantes às células vegetais, os diferentes tipos de hemiceluloses cumprem funções essenciais em questões estruturais, graças à sua capacidade de se associar de forma não covalente à celulose.

Os xilanos, um dos tipos de hemiceluloses, são especialmente importantes no endurecimento das paredes celulares secundárias desenvolvidas por algumas espécies de plantas.

Em algumas espécies de plantas como o tamarindo, as sementes, em vez do amido, armazenam xiloglicanos que são mobilizados graças à ação das enzimas presentes na parede celular e isso ocorre durante os processos de germinação, onde a energia é fornecida ao embrião contido no embrião. semente.

Funções e importância comercial

As hemiceluloses armazenadas em sementes como o tamarindo são exploradas comercialmente para a produção de aditivos utilizados na indústria de alimentos.

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Exemplos desses aditivos são goma de tamarindo »e goma« guar »ou« guaran »(extraída de um tipo de leguminosa).

Na indústria de panificação, a presença de arabinoxilanos pode afetar a qualidade dos produtos obtidos, assim como, devido à sua viscosidade característica, também afeta a produção de cerveja.

A presença de um certo tipo de celulose em alguns tecidos vegetais pode afetar bastante o uso desses tecidos na produção de biocombustíveis.

Geralmente, a adição de enzimas hemicelulose é uma prática comum para superar esses inconvenientes. Mas com o advento da biologia molecular e outras técnicas de grande utilidade, alguns pesquisadores trabalham no projeto de plantas transgênicas que produzem tipos específicos de hemiceluloses.

Referências

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