Belangrijk verschil – Lignine versus cellulose
De plantencelwand bestaat uit primaire en secundaire wanden. De primaire celwand is samengesteld uit meerdere lagen cellulose, een glucosepolysacharide. Cellulose is de meest voorkomende organische verbinding op aarde. 33% van alle plantaardig materiaal bestaat uit cellulose. Het is een commercieel belangrijke verbinding die wordt gebruikt bij de productie van verschillende materialen, zoals papier, farmaceutische producten en textiel. Lignine is de op één na meest voorkomende verbinding op aarde, alleen overtroffen door cellulose; het is voornamelijk aanwezig in houtige planten. Het belangrijkste verschil tussen lignine en cellulose is dat cellulose een polymeer van koolhydraten is, terwijl lignine een niet-koolhydraat aromatisch polymeer is.
Wat is lignine?
De algemene term lignine beschrijft een grote groep aromatische polymeren die zijn samengesteld als resultaat van de oxidatieve koppeling van 4-hydroxyfenylpropanoïden. Het zijn organische polymeren die aanwezig zijn als structurele verbindingen in vaatplanten en sommige algen. In vaatplanten is lignine een belangrijke structurele verbinding tijdens secundaire verdikking en vorming van de secundaire celwand. Dit geeft stijfheid aan de schors en het hout van de stengel en geeft weerstand tegen bederf door celwandpolysachariden te beschermen tegen microbiële afbraak.
Lignine speelt een belangrijke rol bij het geleiden van water in stengels van vaatplanten. Polysacharidepolymeren zoals cellulose die aanwezig zijn in de celwand van planten zijn door hun hydrofiele aard doorlaatbaar voor water. Vanwege zijn aromatische aard is lignine meer hydrofoob en vormt het een obstakel voor de opname van water in de celwand door kruisverbindingen tussen polysachariden te vormen. Dit biedt een efficiënt pad voor het vaatweefsel van de plant om water zonder obstakels te geleiden.
Figuur 01: Ligninestructuur
Lignine is niet alleen een structurele verbinding, maar ook een belangrijke verbinding die de koolstofcyclus aandrijft en werkt als een langzaam afbraakmiddel van dode vegetatie. Het is een belangrijke beperkende factor bij de omzetting van plantaardige biomassa in biobrandstoffen.
In commercieel opzicht is het verwijderen van lignine uit plantaardige biomassa een ingewikkeld en kostbaar proces. Daarom worden er veel onderzoeken gedaan naar dit vooruitzicht om planten te creëren met minder lignine-afzetting en een vorm van lignine te ontwikkelen die vatbaarder is voor moeiteloze chemische vertering.
Wat is cellulose?
Cellulose is een polymeer dat is samengesteld uit β-glucose en is het meest voorkomende organische molecuul op aarde. Cellulose komt vooral voor in planten en 40% van de plantencelwand bestaat uit cellulose. Het is gerangschikt in verschillende lagen in de plantencelwand, gedifferentieerd in primaire en secundaire wanden. De structuur van cellulose is samengesteld uit lineaire β-glucoseketens die met elkaar zijn verbonden door β 1-4 glyosidebindingen. De aanwezigheid van hydroxylgroepen (-OH) die vanuit elke keten in alle richtingen uitsteken, verhoogt de koppeling tussen aangrenzende β-glucoseketens. Door deze verknoping neemt de treksterkte van de cellulosestructuur toe. Deze hoge treksterkte voorkomt dat de cel barst wanneer water door osmose de cel binnenkomt. De vorm van de cel wordt bepaald volgens de rangschikking van de cellulosebundels.
Figuur 02: Chemische structuur van cellulose
Afgezien van zijn primaire functie als structurele verbinding, dient cellulose als een belangrijke voedselbron voor sommige dieren, bacteriën en schimmels. Cellulose wordt afgebroken tot glucose door het enzym cellulase. Hoewel cellulose een goede bron van glucose is, kunnen mensen het niet gebruiken omdat ze het enzym cellulase in hun systemen missen. Zoogdieren zoals koeien verteren cellulose door hun darmmicro-organismen die het vermogen hebben om cellulose te kataboliseren. In commercieel opzicht is cellulose een belangrijke verbinding in de papier-, textiel- en farmaceutische industrie.
Wat zijn de overeenkomsten tussen lignine en cellulose?
- Lignine en cellulose komen in alle planten voor.
- Het zijn de belangrijkste componenten van de celwand van de plantencellen.
- Beide verbindingen zorgen voor structurele stijfheid aan de plant.
- Het zijn organische verbindingen.
Wat is het verschil tussen lignine en cellulose?
Lignine versus cellulose |
|
| Lignine is een aromatisch polymeer zonder koolhydraten dat in planten wordt aangetroffen. | Cellulose is een polymeer van koolhydraten (β glucose) dat in planten voorkomt. |
| Locatie | |
| Lignine is in principe aanwezig in de secundaire celwand zodra de plant secundaire verdikking tegenkomt. | Cellulose is aanwezig in de primaire celwand. |
| Structuur | |
| Lignine is driedimensionaal. | Cellulose is een lineaire structuur met lineaire β glucoseketens. |
| Kruiskoppeling | |
| Lignine heeft kruisverbindingen tussen fenolische polymeren. | Cellulose heeft kruisverbindingen tussen aangrenzende –OH-groepen van β-glucoseketens. |
| Obligaties | |
| Lignine vormt esterbindingen of etherbindingen. | Cellulose vormt waterstofbruggen of β 1-4 glycosidisch. |
| Interactie met water | |
| Lignine is hydrofoob. | Cellulose is hydrofiel. |
Samenvatting – Lignine versus cellulose
Cellulose en lignine zijn belangrijke structurele componenten van de plantencelwand. Cellulose is een polymeer van β-glucose en is aanwezig in de primaire celwand. Lignine, een aromatisch polymeer, helpt de secundaire verdikking en is in wezen aanwezig in de secundaire celwand. Dit is het verschil tussen lignine en cellulose. Vanwege hun verschillende chemische en fysische eigenschappen zijn ze betrokken bij veel verschillende functies in het systeem van vaatplanten.
