التمثيل الغذائي للمواد الحاملة للطاقة

التمثيل الغذائي للمواد حاملة الطاقة

تحتوي جميع أنواع الهيمسليلوز على البنتوز فهي تعطيي فورفورال غند تقطيرها

مع حامض الكلورودريك .%١٢

تعطي اختبارات البنتوز اللونية عند تسخينها مع الفلورجلوسينول أو الريزورسنول

لونا أحمر ومع ثاني لون

في وجود حامض الكلوردريك المركز مكونة مع الاول

قرمزى.

تحتوي على نوع واحد من الأحماض اليورونية فقط ويتصاعد عند غليانها مع يد كل %١٢ثانى اكسيد الكربون الذي يمكن تقديره كميا.

بالنسبة لوجود الأحماض الورونية )مجموعات حامضية( تتلون الهيمسليلوز بشدة مع الصبغات مثل الايوسين وأحمر الكونجو وأحمر الروثينيم ruthenium – redوتعطي المركبات المحتوية على أحماض يورونية تفاعلات ايجابية مع نفثوريزورسينول كما ينتج عن تحليلها المائي لسكرات بسيطة وأحماض من نوع

الدوبيويورونيك .aldobiouronic acid

غالبا تأثير حامض رغم وجود مجموعات الأحماض اليورونية وذلك

ليس لها

لوجود بعضها على صورة استر مع الميثانول.

ضوئيا فهي يسارية الدورة عند قياسها في

جميع تحضيرات الهيمسليلوز نشطة

اختلافا كبيرا ،فهي تتكون

محلول %٢-١صودا كاوية .تختلف الهيمسليلوز في تركيبها

من سكريدات عديدة مختلفة في وزنها الجزيئي وفي شكلها الجزيئي فمنها المتفرع ومنها غير المتفرع ،وتختلف وحداتها في طريق ارتباطها مع بعضها فنجد بها روابط من نوع ) ،(-١،٦) ،(-١،٤) ،(-١،٣) ،(-١،٢علاوة على اختلاف المكونات من السكرات الاحادية وكل ذلك يرجع إلى اختلاف مصادرها النباتية.

استعمالات الهيمسليلوز:

لوجود الهيمسليلوز في اللب المخصص لصناعة الورق اهمية كبيرة في صفاتة

-١٠٠-

المواد الحاملة للطاقة )الوحدات البنائية(

حيث تكسبة القوة وخاصية التشرب.

من الملاحظ أن التخلص كلية من الهيمسليلوز عند استخلاص الألياف اللحائية يضعف من قوة هذه الألياف كما يحدث عن استخلاص الياف الجود بواسطة الصودا

الكاوية.

تستعمل الهيمسليلوز لإنتاج الفورفورال )تقطير مجروش كوالح الذرة مع محلول حامض الكلودريك %١٢في تيار من بخار الماء يعطي كميات ضخمة من الفورفورال الذي ينتج عن عمليتي decarboxylation and dehydration

للبنتوزان والأحماض اليورونية(.

تستعمل الهيمسليلوز في تحضير سكر الزيلوز وذلك بعملية التحليل المائي.

تحضر منها مشتقات الخلات وقد تستعمل بمفردها أو بعد خلطها مع خلاب

السليلوز في صناعة الافلام.

البنتوزان :Pentosans

تتحلل البنتوزان بالأحماض إلي سكرات خماسية ،مثل الأرابينوز والزيلوز، ويعتبر هذا النوع من السكرات العديدة أقل من السليلوز في مقاومته للأحماض والقلويات ،ويكون نحو %١٣من السكرات العديدة في الدريس وأقل من ذلك في مواد العلف المركزة وبعد أنواع الكسب ،وعند غليانها مع حامض HClيتركيز %١٢ ينتج المركب الكيماوي فورفورال Furfuralوهو مركب الدهيدي ،له أهمية صناعية.

ويستخدم هذا التفاعل الكيماوي كأساس للتقدير الكمي للبنتوزان ،كما يستخدم صناعيا في تحضير الألدهيد من قوالح الأذرة وقشور الشوفان .Oats

البكتين :Pectines

البكتينات هي معقد اخر لمجموعة بولي سكريدز another complex group of polysaccharidesمتوفرة في جدر الخلية الأولية وفي منتصف in the

-١٠١-

التمثيل الغذائي للمواد حاملة الطاقة

middle lamellaبين جميع خلايا النبات .مثل الهيمى سليلوز ،بولمرات البكتين كيمائيا .البكتينات حامضية وتحتوى جزء كبير من D-

هي جزيئات متعددة ومختلفة

galacturonic acid residuesمرتبطه بواسطة رابطة جلوكوسيدية الفا .١،٤- بعض الأحماض الكربوكسيلية الجلاكتويورونات تكون استرات مع الميثانولL- rhamnose (a 6-deoxyhexose) residuesتوضع أو ترصع عادة interspersedخلال السلسلة .رابطة D-glacturonic acidإلى L-rhamnose تكون الفا ،١،٢-والرابطة من D-galacturonic acidإلى حمض الجلاكتورونيك

غالبا إلى هذه متبقيات

التالي في السلسلة تكون الفا .١،٤-تلتصق/ترتبط السلال الجانبية الرهامنوز .rhamnose residuesتظهر السلاسل الجانبية إنها من بلمرة سكرات متعادلة تحتوي monomersمثل L-arabinose or D-galactoseوهذه النماذج الأنواع من البكتينات معروفة ب .rhamnoglact uronansتعرف البكتينات المتعادلة التي تظهر انها فروع كبيرة من البكتينات الحامضية.

الارابينات عالية كبيرة التفرع تتركب من قلب جوهر coreمتبقيات α -1.5 arabinosyl a pentose in the furanose ring form) residues containing α - 1.3 – and α - 1.2 – linked arabinosyl side chains تحتوي رابطة الفا ،٣ ،١-الفا ٢ ،١-ارابينوسيل )سلاسل جانبية(.

تحتوي الارابينو جالاكتانات رابطة بيتا ٤ ،١-مع سلاسل جالاكتوز تحمل

استبدالا .الجلاكتانات

احلالا و

متبقيات ارابينوز عند مواضع ٦ ،٣التي تكون أكثر

غالبا خطية رابطة بيتا ٤ ،١-مع بلمرات D-galactose polymersمع

تكون

تفريعات منفردة من الاربينوز بين حين وآخرWith occasional single L- .

arabinose branchesعلى الأقل ،بعض الزيلوجلوكانات لجدر الخلايا الاولية تكون مرتبطة مع السليلوز ،بالمثل فهي ممكن تقيد مرن لليفات السليلوز tether

cellulose microfibrilsمعا.

-١٠٢-

المواد الحاملة للطاقة )الوحدات البنائية(

شكل رقم )(٨

صدر أول نموذج فعل the first functional modelلجدار الخلايا الاولية للخلايا النباتية ) albersheim at alوهذا النموذج عبارة عن اطار عمل frame work of cellulose microfibrilsمرتبطة مع xyloglucan-pectein-

هبدروجينيا مع السليلوز in

protein matrixفي هذا الموديل يرتبط الزيلوجلوكان

أيضا

the model the xyloglucan hydrogen-bonded to celluloseو هيدروجينيا مع ارابينان وجالاكتان سلاسل جانبية من بلمرات البكتين،

يرتبط

ارابينوجالاكتان سلاسل جانبية من البكتين ترتبط مع سيرين جدار الجليكوبروتين غني

بالهيدروكسى برولين.

موديل آخر مبني على أساس افتراض أن هناك شبكه بلمرات مستقلة

-١٠٣-

التمثيل الغذائي للمواد حاملة الطاقة

independent polymer networksخلال جدر الخلايا الاولية ،شبكة سليلوز – زيلوجلوكان ،شبكة بكتين وشبكة بروتين .معظم البلمرات البكتينية غريبة

المنشأ/متغايرة الخواص heterogeneousولكن

rhamnogalacturonan II

وبقاءا highly conservedبين أنواع/أصناف النباتات،

حفظا

) (RG IIأكثر

وهي لا تهضم بسرعة حتى في المنتجات المتخمرة ،ويمكن تراكم كميات كبيرة في هذه المنتجات مثل الخمور ،ويكون RG II monomersمزدوح dimersخلال بورون ثنائي الاسترات boron diestersمع apiose residuesوالتي تكون

ضروري لنمو النبات الطبيعي.

-٤اللجنين :Lignin

سبق القول بأن السليلوز يوجد على حالة شبة نقية في شعر البذور مثل شعر القطن ولكنه في الخشب والألياف والمواد الملجننة عموما lignifiedيكون مصحوبا بمواد غير سليلوزية مثل الهيمسليلوز ومواد غير كبوهيدراتية معظمها لجنين

مع كميات صغيرة من التنينات والراتنجات والدهون وغيرها.

-١٠٤-

المواد الحاملة للطاقة )الوحدات البنائية(

واللجنين بعكس السليلوز لا يوجد منفردا في الطبيعة ،بل لابد أن يكون مصحوبا بالكربوهيدرات ،ففي الخشب يوجد معظمه في الصفحية الوسطي middle

lamellaوبكميات قليلة في الجدران الابتدائي والثانوي ،اما القش والنباتات الحولية فيبدوا أن اللجنين موجود على سطح الليفة بحالة قليلة التكثف لكي يسهل فصلة عما

في حالة الخشب.

لا يتحلل اللجنين تحليلا مائيا بالأحماض المعدنية بعكس السكريدات العديدة التي تصاحبه مثل السليلوز والهيمسليلوز وغيرها ،لذلك تستعمل هذه الخاصية في

فصله من السكريدات العديدة.

وعلى الأساس يمكن تعريف اللجنين انه الجزء من الخشب أو القش الذي يتبقي كناتج غير ذائب عند معاملتها بالأحماض المعدنية بعد تخليصها من الصموغ والراتنجات والتنينات والمواد الأخرى التي يمكن استخلاصها بالمذيبات.

وتختلف اللجنين عن السليلوز أيضا في احتوائة على مجوعات ميثوكسيل مرتبطة مع حلقات عطرية في الجزئ ،والرأي القائل بأن اللجنين هو المصدر الوحيد لمجموعات الميثوكسيل في الخشب غير صحيح ،اذا اثبت أن بعض هذه

متحدا مع الأحماض اليورونية.

المجموعات يوجد

ويختلف لجنين النباتات المخروطية coniferousفي تركيبة عن لجنين النباتات متساقطة الاوراق deciduousكما أن العلاقة بين تركيب لجنين الخشب ولجنين النباتات الحولية مازالت غير واضحة ،علاوة على أن الاصل في منشأ اللجنين غير معروف ،ولو أن هناك آراء تحبذ تكونة من الكربوهيدات ومنها رأى

ليننجر ).(١٩٧٨

خطوات تكوين اللجنين في النبات:

ينتج عن عملية البناء الضوئي أو سكر من نوع الهسكوز وهو الفراكتوز -٦-١

-١٠٥-

التمثيل الغذائي للمواد حاملة الطاقة

ثنائي فوسفات الذي يتكون عنه بالتفاعلات الانزيمية كل المواد الكربوهيدراتية في

النبات.

في خطوات اخري يتحول هذا السكر فركتوز -٦-فوسفات لكي يتحد مع جزئ مكونا سكرين احدهما من نوع البنتوز وهو زيلوز-٥-

من الجلسرالدهيد-٣-فوسفات

فوسفات وآخر من نوع النتروز وهو اريثروز -٤-فوسفات.

يتحد سكر التتروز مع الفوسفواينول حامض بيروفيك ليكون مركب وسطي )سباعي ذرات الكربون( ليتحول بعدها إلى مركب حلقي اليفاتي هو حامض -٥- ديهيدروكوينيك الذى يفقد جزئ ماء ويتحول إلى -٣حامض ديهيدروشكيميك ثم الي حامض شكيميك الذى تتكون منه المركبات الاروماتية )العطرية( في النبات ومنها

اللجنين.

الصورة التي يوجد عليها اللجنين في الطبيعية:

لا يوجد اللجنين على صورة منفردة في الطبيعة كما يوجد السليلوز في شعرة القطن مثلا ولكنه يوجد في جدار الخلية بمصاحبة السليلوز والهيمسليلوز والصورة التي يوجد عليها اللجنين في هذه الحالة تعددت فيها الآراء فالبعض يقول بوجود على حالة منفردة مستقلة في جدار الخلية ،والبعض يقول بوجود اتحاد كيميائي وبين المواد

-١٠٦-

المواد الحاملة للطاقة )الوحدات البنائية(

الكربوهيدراتية ولكل من الرابين ما يؤيدة.

من ذلك يتضح أن نسبة مئوية صغيرة من اللجنين توجد منفردة في الخشب ويمكن استخلاصها بالمذيبات مثل dioxaneأو الكحول ويسمي هذا النوع لجنين طبيعي native ligninلعدم حدوث تغيير في تركيبة الكيميائي فهو من نوع اللجنين

الأولي protoligninأي كما تكون في النبات.

ويمكن أيضا الحصول على نسبة صغيرة اخري من اللجنين الطبيعي عند تعريض الخشب بعد استخلاصة بالكحول لنمو فطر من نوع العفن البني brown

تاركا اللجنين( والمعتقد أن اللجنين الناتج عن

) rotوهو الفطر يتغذى على السليلوز

خصوصا بعد أن ثبت أن

أيضا،

هذه المعاملة كان

موجودا على صورة منفردة

انزيمات هذا الفطر لا يمكنها أن تؤثر على أي نوع من الروابط يمكن أن توجد بين اللجنين والكربوهيدرات ،ومع ذلك يجب الا يغيب عن البال أنه لا يمكن فصل الكميات الكبيرة إلا بمعاملات عنيفة تؤذي بلا شك إلى حدوث تغيير أو تحوير في

طبيعته .modified its bature

وفضل هذه النسبة الصغيرة غير المحددة من اللجنين الطبيعي سواء بالمذيبات أو بالفطر لا يعني ضرورة وجود اتحاد كيميائى بين النسبة الباقية من اللجنين وبين المكونات الخشبية الاخري ،ومن الجائز وجود اللجنين على حالة جزيئات كبيرة الوزن جدا مما يجعلها صعبة الذوبان في المذيبات غير المتخصصة ،وأنه موجود

الجزيئى

على صورة ممتصة absorbedعلى المكونات الخشبية المختلفة ،فقد وجد أن استخلاص خشب الحور aspenبكحول البيوتايل المخفف على o١٦٠م يؤدي إلى كميا مما يجعل على الاعتقاد بأن اللجنين يوجد على صورة منفردة من

ذوبان اللجنين

خشب الحور ،ولكن في حالة خشب الصنوبر pineوجد أن نفس المعاملة ادت إلى ذوبان %٨٠فقط من اللجنين المنفردة وبقاء %٢٠من اللجنين لم تستخلص مما أدى

-١٠٧-

التمثيل الغذائي للمواد حاملة الطاقة

إلى الاعتقاد بأنها موجودة على صورة اتحاد كيميائي ،خاصة وان استخلاصها يتطلب المعاملة بالصودا الكاوية ،ومما يؤيد هذا الاتجاه أن كبريتيت الصوديوم Sodium sulphiteلايمكنها ازالة الهيمسليلوز مالم يتم التخلص من اللجنين باذابته اولا في الكلور chlorinationمما جعل نورمان Normanيعتقد بوجود رابطة كيميائية بين

هذه المكونات وبعضها.

والاعتقاد بوجود رابطة كيميائية بين اللجنين والسليلوز أدت إلى التساؤل عن طبيعة مثل هذه الرابطة وكيفية تكوينها؟ ولكن لم يتم للأن فصل مركب توجد به رابطة من أي نوع ،ويمكن منه الحصول على الكربوهيدرات واللجنين كل على حدة، الا أنه بمعرفة المجموعات الفعالة في كل من المادتين ،ويمكن القول بمساهمتها في تكوين مثل هذه الروايط ،ففي جزئ اللجنين توجد مجموعات ايدروكسيل فينولية واليفاتية ومجموعات كربونيل اينولية ،وفي الكربوهيدرات توجد مجموعات ايدروكسيل اولية وثانوية بجانب مجموعات الدهيدية ومجموعات كربوكسيلية في الأحماض اليورونية ،وحيث أن الرابطة الاثيرية Ether Linkageمن الروابط القوية التي يصعب كسرها بعمليات استخلاص اللجنين لذلك يعتقد بأن الرابطة الموجودة قد تكون من نوع روابط الاستبدال أو الهيمي أستيل بين مجموعات كربونيل اللجنين ومجموعات ايدروكسيل السكرات العديدة ،ويستبعد اشتراك المجموعات الفينولية في تكوين الروابط بين اللجنين والكربوهيدرات لضعف وجودها منفردة في الخشب ،كما أن رابطة الاستر بين الأحماض اليورونية واللجنين اضعف من قدرتها على البقاء.

تفاعلات اللجنين اللونية:

تفاعل Weisnerوفية يعامل الجنين أو المادة النباتية الملجننة بمحلول فلوروجلوسينول في حامض الكلورجريك المركز فيتكون لون قرمزي.

تفاعل Mauleوفيه تعامل المادة النباتية الملجننة بمحلول مخفف من

-١٠٨-

المواد الحاملة للطاقة )الوحدات البنائية(

برمنجنات البوتاسيوم ثم حامض الكلوردريك المخفف واخي ار ايدروكسيد أمونيوم فيتكون لون قرمزي مع الخشب من نوع deciduousبينما في حالة الاخضاب

المخروطية coniferousيتكون لون بني.

كميا:

تقدير اللجنين

كميا بطرق مختلفة اهمها طريقة كلاسون Klasonوفيها يستعمل

يدقر اللجنين

حامض كبريتيك %٧٢وهذا التركيز من الحامض مناسب للخشب الرخو اما عند تقدير اللجنين في الخشب الصلب فيحسن اختيار تركيزات تناسب كل نوع من الخشب لكي تعطي اعلى قيمة من اللجنين المحتوي على أعلى نسبة من المثوكسيل.

ولاجراء التقدير يجب استعمال مسحوق ناعم من المادة الخشبية واستخلاصة اولا بمخلوط من البنزين والكحول وعند توقع وجود التنين في العينة يجب استخلاصها

جدا من الصودا الكاوية ،ثم تهضم العينة بعد

بالغليان مع الماء أو مع محلول مخفف

ذلك

جيدا مع حامض كبريتيك مركز %٧٢ويوزن اللجنين النقى غير ذائب.

هضما

خواص اللجنين الطبيعية:

اللجنين الطبيعي مسحوق ذو لون سمني فاتح ،يذوب بلون بنى محمر في dioxaneويظل اللجنين المستخلص باذابة الكربوهيدات كما في التقدير السابق محتفظا بالتركيب الموروفولوجي للخلية النباتية ولونة نبى فاتح أو غامق وعديم الذوبان

في جميع المذيبات ،واللجنين عند النشاط الضوئي له تركيب عطري ويدل منحني امتصاص الاشعة تحت الحمراء infrared absorption curveعلى وجود حلقات عطرية ،ومجموعات اليفاتية مشبعة ،مجموعات ايدروكسيل ،ومجموعة كربونيل، وروابط زوجية اليفاتية ،ويختلف الوزن الجزيئي بحسب طريقة الاستخلاص ،ويبلغ

الوزن الجزيئي للجنين الطبيعي )من خشب الحور(.

-١٠٩-