Lignina
Lignina
La lignina è una sostanza chimica complessa, che compone il 20%-30% del legno e di certi altri tessuti vegetali.
Il termine lignina proviene dal latino lignum, “legno”, per questo motivo le specie vegetali che contengono una grande quantità di lignina sono dette piante legnose.
La lignina impregna e costituisce le pareti di molte cellule delle pteridofite, delle spermatofite e anche, sebbene in scarsa misura, delle briofite.
Caratteristica principale della lignina è quella di avere un elevato peso molecolare, risultante dall’unione di differenti acidi e alcoli fenilpropilici (cumarilico, coniferilico e sinapilico). L’accoppiamento casuale di questi radicali origina una struttura tridimensionale, polimerica amorfa.
Struttura molecolare –
Le lignine sono pertanto, dei polimeri costituiti da tre tipi monomeri diversi:
– l’alcol p-cumarilico;
– l’alcol coniferilico (alcol 4-idrossi-3-metossicinnamilico);
– l’alcol sinapilico (alcol 4-idrossi-3,5-dimetossicinnamilico).
La componente di ogni monomero varia in maniera importante in funzione di:
– la famiglia vegetale (angiosperme, gimnosperme, etc.);
– la specie vegetale;
– l’organo dove risiede;
– il tessuto biologico.
Le lignine sono per quantità i secondi biopolimeri sintetizzati sulla Terra dopo la cellulosa. La biomassa formata da cellulose e lignine rappresenta circa il 70% della biomassa totale.
La lignina, al pari della cellulosa e delle emicellulose, è un polimero la cui molecola, molto complessa e a struttura tridimensionale, è formata da una sola unità, il fenilpropano, ripetuta numerosissime volte.
La lignina svolge in tutti i vegetali la funzione di legare e cementare tra loro le fibre per conferire ed esaltare la compattezza e la resistenza della pianta. È anche conosciuta come materiale incrostante, poiché ricopre le fibre. Pertanto i procedimenti di estrazione della cellulosa da un vegetale richiedono un attacco della lignina per disgregarne la molecola e allontanarne i frammenti mediante dissoluzione.
Biosintesi della lignina –
La biosintesi che porta alla costituzione della lignina nelle piante prende origine d all’amminoacido fenilalanina; questo per mezzo dell’enzima fenilalanina ammoniaca liasi si trasforma in acido cinnamico.
Inoltre una serie di idrossilazioni, metilazioni e infine riduzioni, tutte enzimaticamente catalizzate, porta ai tre monomeri precursori: alcol p-cumarilico, alcol coniferilico, e alcol sinapilico. La copolimerizzazione radicalica casuale dei tre precursori, catalizzata dall’enzima perossidasi, porta alla formazione di un polimero a struttura disordinata, tridimensionale, ramificata, insolubile in acqua e nei solventi più comuni: la lignina. I polimeri di lignina sono strutture complesse con un peso molecolare di circa 10.000 uma.
Dal punto di vista chimico la lignina appartiene, pertanto, alla classe dei cosiddetti composti fenilpropanoidi, ossia non ha alcun carattere di carboidrato, bensì rientra nella classe dei composti aromatici.
Tuttavia la composizione della lignina varia in funzione della piante in cui avviene la biosintesi. Così nella composizione della lignina delle piante erbacee, principalmente delle graminacee, prevale tra i precursori l’alcol cumarilico. L’alcol coniferilico è invece il precursore più abbondante della lignina delle conifere, e infine la lignina delle angiosperme legnose (latifoglie) deriva soprattutto dall’alcol sinapilico.
Ruolo della lignina –
La lignina costituisce, subito dopo i polisaccaridi, il polimero organico più abbondante nel mondo vegetale.
Questo polimero svolge nelle piante molte funzioni essenziali alla vita.
Per esempio ha una funzione molto importante nel trasporto interno di acqua, nutrienti e metaboliti. Fornisce rigidezza alle pareti cellulari e permette la connessione tra le diverse cellule del legno, creando un materiale molto resistente agli urti, alle compressioni e alle flessioni. I tessuti lignificati resistono molto bene agli attacchi dei microrganismi, non permettendo la penetrazione di enzimi distruttivi nella parete cellulare.
La lignina si deposita nella parete secondaria delle cellule vegetali ed essendo molto resistente alla compressione riesce a conferire molta solidità. La lignina possiede anche il potere di impermeabilizzare le cellule, visto che essa stessa è idrofoba. Le cellule dei tessuti che servono da sostegno alla pianta (sclerenchima) oppure hanno la funzione di portare l’acqua e i sali minerali (xilema) hanno le pareti impregnate di lignina (lignificate).
Inoltre permette la crescita in altezza dei vegetali legnosi. Questa capacità ha permesso di avere una posizione eretta che ha favorito la ricezione dell’energia luminosa. L’insieme di tali acquisizioni è stato propedeutico per lo sviluppo delle piante nell’ambiente terrestre. La capacità di formazione di lignine da parte dei vegetali è iniziata all’inizio del paleozoico e ha caratterizzato le tracheofite.