HEMICELULOSE: CLASSIFICAÇÃO, ESTRUTURA, BIOSSÍNTESE E FUNÇÕES - BIOLOGIA - 2025

Hemicelulose é um termo utilizado para designar um grupo muito diverso 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 polissacarídeos diferentes do amido e em associação com a celulose que eram extraíveis das paredes celulares de plantas superiores usando soluções alcalinas.

Representação gráfica da estrutura molecular de Xylan, uma hemicelulose (Fonte: Yikrazuul via Wikimedia Commons)

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

Ao contrário da celulose, que forma microfibras compactadas, as hemiceluloses têm estruturas bastante amorfas, que são solúveis em soluções aquosas.

Como mais de um terço do peso seco das células vegetais corresponde às hemiceluloses, existe atualmente muito interesse na produção de biocombustíveis e outros compostos químicos pelo processamento desses polissacarídeos.

Classificação e estrutura

As hemiceluloses são atualmente divididas em quatro classes estruturalmente diferentes de moléculas: xilanos, D-man-glicanos, β-glucanos e xiloglicanos. Esses três tipos de hemiceluloses têm diferentes padrões de distribuição e localização, além de outras diferenças importantes.

Xylan

São os principais componentes hemicelulocíticos 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.

Os xilanos são heteropolímeros compostos por D-xilopiranose ligada por ligações β-1,4 e que podem ter ramificações curtas. Este grupo é subdividido em homoxilanos e heteroxilanos, entre os quais estão os glucuronoxilanos e outros polissacarídeos complexos.

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

Seu peso molecular pode variar consideravelmente, dependendo do tipo de xilana e da espécie de planta. A faixa encontrada 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 de mão D

Este tipo de polissacarídeo é encontrado em plantas superiores na forma de galactomananos e glucomananos, que são compostos por cadeias lineares de D-manopiranose ligadas por ligações β-1,4 e por resíduos de D-manopiranose e D-glucopiranose ligados por ligações β. -1,4, respectivamente.

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

Galactomananos são encontrados no endosperma de algumas nozes e tâmaras, são insolúveis em água e de conformação semelhante à da celulose. O glucomanano, por outro lado, são os principais componentes hemicelulocíticos das paredes celulares das madeiras moles.

β-glucanos

Os glucanos são os componentes hemicelulocíticos dos grãos dos cereais e são encontrados predominantemente em gramíneas e poaceae 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 mistas β-1,4 (70%) e β-1,3 (30%). Os pesos moleculares relatados para os cereais variam entre 0,065 a 3 x 10e6 g / mol, mas existem diferenças em relação às espécies onde são estudados.

Xiloglicanos

Este polissacarídeo hemicelulocítico é encontrado em 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 outras monocotiledôneas representa até 5%.

Os xiloglicanos são compostos de um esqueleto semelhante à celulose, composto de unidades de glucopiranose ligadas por ligações β-1,4, que está ligada a resíduos de α-D-xilopiranose através de seu carbono na posição 6.

Esses polissacarídeos estão fortemente ligados às microfibras de celulose da parede celular por meio de ligações de hidrogênio, contribuindo para a estabilização da rede de celulócitos.

Biossíntese

A maioria dos polissacarídeos de membrana são sintetizados a partir de açúcares de nucleotídeos ativados muito específicos.

Esses açúcares são utilizados pelas enzimas glicosiltransferases do complexo de Golgi, responsáveis ​​pela formação das ligações glicosídicas entre os monômeros e pela síntese do polímero em questão.

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

Recursos

Assim como sua composição varia dependendo das espécies de plantas estudadas, as funções das hemiceluloses também. Os principais são:

Funções biológicas

Na formação da parede celular de plantas e outros organismos com células semelhantes às células vegetais, as diferentes classes de hemiceluloses cumprem funções essenciais em matéria estrutural, graças à sua capacidade de se associarem de forma não covalente à celulose.

Xylan, um dos tipos de hemiceluloses, é especialmente importante no endurecimento das paredes celulares secundárias desenvolvidas por algumas espécies de plantas.

Em algumas espécies de plantas como o tamarindo, as sementes, ao invés do amido, armazenam xiloglucanos 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 semente.

Funções e importância comercial

As hemiceluloses armazenadas nas sementes, como o tamarindo, são exploradas comercialmente para a produção de aditivos que são utilizados na indústria alimentícia.

Exemplos desses aditivos são "goma de tamarindo" e "goma" guar "ou" guaran "(extraído de uma espécie de leguminosa).

Na indústria de panificação, a presença de arabinoxilanos pode afetar a qualidade dos produtos obtidos, da mesma forma que, por sua viscosidade característica, também afetam a produção de cerveja.

A presença de certos tipos de celuloses em alguns tecidos vegetais pode afetar muito o uso desses tecidos para a produção de biocombustíveis.

Normalmente, a adição de enzimas hemicelulósicas é uma prática comum para superar essas desvantagens. Porém, com o advento da biologia molecular e outras técnicas altamente úteis, alguns pesquisadores estão trabalhando no projeto de plantas transgênicas que produzem tipos específicos de hemiceluloses.

Referências

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