همیسلولز: پلیساکارید کمشاخه در کنار سلولز در دیوارهٔ سلولی گیاهان
دیوارهٔ سلولی گیاهی: یک سازهٔ مستحکم و پیچیده
همانطور که آجر و سیمان برای ساختن یک خانه لازم است، گیاهان نیز برای ساخت بدن خود از موادی ویژه استفاده میکنند. سلولهای گیاهی بر خلاف سلولهای جانوری، دیوارهٔ محکمی در اطراف خود دارند. این دیواره مانند اسکلت گیاه عمل میکند و به آن استحکام، شکل و محافظت در برابر عوامل بیماریزا میدهد. این دیواره عمدتاً از سه جزء اصلی ساخته شده است:
- سلولز۲: رشتههای بلند و محکمی که مانند آرماتورهای فولادی در بتن، استحکام اصلی را فراهم میکنند.
- همیسلولز: پلیساکاریدهای کمشاخهای که مانند یک شبکهٔ انعطافپذیر، رشتههای سلولز را به هم متصل و محکم میکنند.
- پکتین۳: مادهای چسبنده که مانند سیمان، فضای بین اجزا را پر میکند و به انسجام دیواره کمک مینماید.
همیسلولز نقش حیاتی در اتصال رشتههای سلولز به یکدیگر و به سایر اجزا دارد. بدون آن، دیوارهٔ سلولی شکننده و ضعیف میشد.
ساختار مولکولی همیسلولز: شاخهدار اما منظم
همیسلولزها زنجیرههای پلیساکاریدی هستند که از اتصال چندین قند ساده (مونوساکارید۴) ساخته میشوند. برخلاف سلولز که فقط از یک نوع قند (گلوکز۵) تشکیل شده و زنجیرههای خطی و بلندی دارد، همیسلولزها از انواع مختلفی از قندها ساخته شدهاند و ساختاری کمشاخه و کوتاهتر دارند. این شاخهها باعث میشوند همیسلولز نتواند مانند سلولز به صورت بلورهای فشرده درآید، در نتیجه انعطافپذیرتر و حلالیت آن در آب بیشتر است. فرمول کلی ساخت یک پلیساکارید را میتوان به صورت زیر نشان داد:
$(C_6H_{10}O_5)_n$
که در آن n تعداد واحدهای قند تکرارشونده است. برای همیسلولز، این عدد نسبت به سلولز کوچکتر است.
انواع اصلی همیسلولز و قندهای سازندهٔ آنها
همیسلولزها بسته به نوع گیاه و بافت آن، انواع مختلفی دارند. ترکیب قندی آنها تعیینکنندهٔ خواصشان است. مهمترین انواع همیسلولز در جدول زیر آمده است:
| نام همیسلولز | قندهای اصلی سازنده | منابع رایج |
|---|---|---|
| گزیلوگلوکان۶ | گزیلوز۷ و گلوکز | دیوارهٔ اولیهٔ گیاهان عالی (مثلاً در برگ کاهو) |
| گلوکورونوآرابینوگزیلان۸ | گزیلوز، آرابینوز۹ و اسید گلوکورونیک۱۰ | چوب سختها مانند بلوط و راش |
| گلوکومانان۱۱ | گلوکز و مانوز۱۲ | چوب نرمها مانند کاج و صنوبر |
| گالاکتوگلوکومانان۱۳ | گلوکز، مانوز و گالاکتوز۱۴ | دیوارهٔ برخی دانهها مانند دانهٔ خرما |
همیسلولز در صنعت: از خوراک دام تا سوختهای زیستی
همیسلولزها تنها برای گیاهان مهم نیستند؛ انسانها نیز راههای زیادی برای استفاده از این مولکولهای مفید پیدا کردهاند. این کاربردها اغلب به توانایی همیسلولز در جذب آب، ایجاد قوام و تجزیهپذیری آن مربوط میشود.
- خوراک دام: همیسلولز موجود در علوفههایی مانند یونجه، بخشی از فیبر مورد نیاز حیوانات را تأمین میکند و به سلامت دستگاه گوارش آنها کمک مینماید.
- صنایع غذایی: از برخی همیسلولزها (مانند صمغ گوار که نوعی همیسلولز است) به عنوان غلظتدهنده و پایدارکننده در بستنی، سسها و سوپها استفاده میشود تا از تشکیل بلورهای یخ جلوگیری کرده و بافت یکنواختی ایجاد کند.
- تولید کاغذ: در فرآیند تولید خمیر کاغذ، کنترل میزان و نوع همیسلولز بر روی کیفیت، استحکام و سفیدی کاغذ تأثیر مستقیم دارد.
- سوختهای زیستی: این بخش بسیار پیشرفته است. همیسلولزها را میتوان با روشهای شیمیایی یا آنزیمی به قندهای ساده تجزیه کرد. سپس از این قندها میتوان برای تولید اتانول۱۵ (یک نوع سوخت زیستی) یا سایر مواد شیمیایی ارزشمند استفاده نمود. این موضوع، ضایعات کشاورزی مانند کاه گندم یا خاک اره را به منابعی ارزشمند تبدیل میکند.
اشتباهات رایج و پرسشهای مهم
پاسخ: خیر. این یک اشتباه رایج است. اگرچه هر دو پلیساکارید و جزء دیوارهٔ سلولی هستند، اما تفاوتهای اساسی دارند. سلولز زنجیرههای بلند، خطی و بسیار منظمی از گلوکز است و استحکام اصلی را فراهم میکند. همیسلولز زنجیرههای کوتاهتر، شاخهدار و از چندین نوع قند مختلف تشکیل شده و نقش اتصال و انعطافپذیری دارد.
پاسخ: دستگاه گوارش انسان آنزیمهای لازم برای تجزیهٔ اکثر همیسلولزها را ندارد. به همین دلیل، آنها جزئی از فیبر غذایی محسوب میشوند. این فیبر اگرچه هضم نمیشود،اما برای سلامت روده، جلوگیری از یبوست و تغذیهٔ باکتریهای مفید روده بسیار مهم است.
پاسخ: نشاسته پلیساکارید ذخیرهای در گیاهان است که منبع انرژی محسوب میشود و انسان میتواند آن را هضم کند. اما همیسلولز یک پلیساکارید ساختاری است که نقش اساسی در ساختمان گیاه دارد و معمولاً توسط انسان هضم نمیشود. از نظر ساختاری نیز نشاسته شاخههای بسیار بیشتری دارد.
پاورقی
۱ Hemicellulose
۲ Cellulose
۳ Pectin
۴ Monosaccharide
۵ Glucose
۶ Xyloglucan
۷ Xylose
۸ Glucuronoarabinoxylan
۹ Arabinose
۱۰ Glucuronic Acid
۱۱ Glucomannan
۱۲ Mannose
۱۳ Galactoglucomannan
۱۴ Galactose
۱۵ Ethanol
