Xylane

Définition

Le xylane est un polymère du xylose, un polyoside linéaire, composant principal de l'hémicellulose. Ce polysaccharide est constitué d'une chaîne linéaire de résidus xylose et de diverses ramifications et substitutions. Les xylanes soutiennent ou stockent des substances dans les plantes.

Les xylanes sont des hétéropolysaccharides végétaux et appartiennent aux hémicelluloses, leur principale unité répétitive (unité monomère) est le D-xylose. Dans la nature, les xylanes sont le deuxième polysaccharide le plus courant.

Structure du xylane de bois dur :

Structure développée du xylane de bois dur, et, en haut à droite, la structure du proxylane.

Explications

Le xylane est le polysaccharide le plus abondant après la cellulose. L'écorce et la paille des arbres contiennent jusqu'à 30 % de xylane, le bois de conifères 7–12 % et celui des feuillus de 20–25 %. La chaîne se compose de 30 à 100 unités de β-D-xylopyranose avec des liaisons 1,4-glycosidiques. Certains xylanes contiennent également de l'arabinose, du glucose, du galactose et du glucuronate dans les branches latérales attachées au C3 du xylose.

Le xylane est le composant majeur de l'hémicellulose. Les hémicelluloses sont constitués de polymères de pentoses -xylose, arabinose-, hexoses - glucose, mannose, galactose, ou des acides uroniques - glucuronique, galacturonique.

Le xylane se décompose plus rapidement que la cellulose. La β-1,4-endoxylanase et la β-xylosidase sont les enzymes responsables de l'hydrolyse de la chaîne principale. Ils représentent les principaux composants du système xylanolytique, il produit du xylose, du xylobiose et des oligomères de 2 à 6 unités. De nombreux organismes produisent des exoenzymes capables de le décomposer. Le bacille, le sporocytophage, le clostridium et d'autres bactéries prédominent dans les sols neutres ou alcalins et les champignons filamenteux dans les acides.

✅ Une autre différence par rapport à la cellulose est la longueur de chaîne beaucoup plus courte des xylanes, qui est normalement un maximum de 200 blocs de construction dans les lignocelluloses.

Les groupes latéraux de les xylanes ne permettent pas cristallins structures à construire jusqu'à la même mesure que dans le cas de la cellulose, de sorte que le xylane est probablement seulement amorphe in vivo, bien que la formation de cristaux mixtes de cellulose est également envisagée. Les tâches du xylane comme hémicellulose dans l'association des matériaux de charpente diffèrent également de la cellulose. Dans le cas des hémicelluloses, les propriétés de résistance ne sont pas au centre, elles agissent plutôt comme intermédiaires entre la cellulose et la lignine. Leur fonction est donc aussi appelée celle d'un plastifiant naturel et matériel d'appui. Pour la substance ou le mélange de substances (principalement des xylanes), qui peuvent être extraites du bois par une lessive diluée, le terme caoutchouc de bois a été utilisé plus tôt.

Un certain nombre de modèles différents ont été développés pour représenter la distribution des hémicelluloses et donc aussi du xylane dans le composite de la paroi cellulaire, qui ont en commun que les hémicelluloses forment une couche de connexion autour des fibrilles de cellulose, ce qui permet à la cellulose d'être intégrée dans la matrice de lignine. Cela est indiqué par l'absence d'hémicelluloses dans la cellulose naturelle sans lignine, comme le coton. Une autre raison de la présence d'hémicelluloses serait leurs propriétés hygroscopiques, qui pourraient contribuer à l'équilibre hydrique de la paroi cellulaire.

La totalité des différentes caractéristiques structurelles chimiques et physiques des xylanes, qui sont influencées non seulement par leur origine mais aussi par les méthodes d'isolation et les processus techniques, forment un système assez complexe. Les propriétés ultimes et, le cas échéant, l'adéquation à l'utilisation prévue, que ce soit en pâte ou sous forme isolée, ne résultent que de l'interaction de tous ces points.

⭐ Comme déjà mentionné, les xylanes sont les hémicelluloses les plus répandues dans la nature qui existent dans toutes les plantes terrestres et aussi dans certaines algues. Dans les bois de conifères et de feuillus, ils représentent chacun environ 10–15 % et 10–35 % de la substance ligneuse. Cependant, la gamme de ces informations montre déjà qu'il existe des différences significatives dans le contenu entre différentes espèces, dans différents tissus et dans les différentes couches de la paroi cellulaire. Selon la tâche requise dans l'usine, les teneurs en xylane sont concentrées, par exemple sur les différentes couches de paroi cellulaire. Dans les trachéides du bois tardif, on trouve plus de xylane que dans ceux du bois ancien.

Étant donné que les xylanes sont également présents dans des proportions élevées (jusqu'à 40 %) dans la biomasse des monocotylédones et donc également dans les déchets agricoles, ils sont au moins théoriquement disponibles en quantités énormes comme matières premières.

Dégradation du xylane

La dégradation du xylane nécessite l'endo-1,4-β-xylanase. L'endo-1,4-β-xylanase (E.C.3.2.1.8) est une glycoside hydrolase, qui catalyse principalement l'hydrolyse aléatoire de la liaison β-1,4-d-xylosidique dans le xylane. Généralement, les xylanases sont synthétisées par des microbes et des champignons filamenteux, et la famille des xylanases est très diversifiée. Selon le système de classification CAZy, les xylanases peuvent appartenir aux familles GH 5, 8, 10, 11 et 43 avec GH10 et 11 comme composants majeurs du groupe endo-1, 4-β-xylanase.

La famille des glycosides hydrolases 10 (GH10) est constituée de quelques endo-1,3-β-xylanase (EC 3.2.1.32) et majoritairement d'endo-1,4-β-xylanase. Son action majeure est l'endo-1,4-β-xylanase. Mais, certains GH10 présentent non seulement une activité xylanase mais également une activité cellulase. Généralement, la GH10 a une grande masse moléculaire (plus de 30 kDa) et une faible valeur de pI (supérieure à 5,0). Cette famille a un petit site de liaison au substrat et est très active sur le xylo-oligomère à chaîne courte, -polymère. Selon l'analyse cinétique et de la structure cristalline, GH10 possède quatre à cinq sites de liaison au substrat dans le domaine catalytique. De plus, les xylanases de la famille GH10 peuvent hydrolyser le squelette de xylane substitué.

Contrairement aux autres familles de GH, GH11 semble être actif sur le substrat de xylane - aucune autre activité n'a été signalée. Par conséquent, la GH11 est appelée la "vraie xylanase". Les xylanases de la famille GH11 conservent également des enzymes comme la xylanase GH10, mais les propriétés de cette famille sont différentes de GH10; Les xylanases GH 11 sont généralement caractérisées par un faible poids moléculaire (inférieur à 30 kDa) et un pi élevé (supérieur à 9,0). Ces familles sont les plus actives sur les xylo-oligomères-polymères à longue chaîne. Il a été rapporté qu'ils ont un site de liaison au substrat plus grand, avec au moins sept sous-sites. De plus, les xylanases GH11 ne sont pas capables d'attaquer le xylane substitué tel que l'arabinoxylane. Les xylanases GH11 nécessitent d'autres enzymes accessoires pour hydrolyser le xylane substitué.

En rapport avec "xylane"

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