Thành phần hoá học của vách tế bào

Celuloz

Đặt vấn đề: Người ta cho rằng tất cả các sản phẩm của thực vật đều từ celuloz. Theo bạn, điều

nầy có đúng không? Hãy giải thích và cho ví dụ minh họa.

Celuloz là cấu thể chính làm thành chất khung của vách tế bào thực vật bậc cao. Đó là một hydrat carbon có công thức chung của tinh bột (C₆H₁₀O₅)n nhưng n lớn hơn và các gốc đường glucoz không phải như nhau trong những cây khác nhau, vì vậy mà tính chất của celuloz ở các loài thường khác nhau. Mỗi phân tử celuloz có thể được cấu tạo từ 200 đến 1000 phân tử glucoz.

Celuoz có tính bền vững cơ học cao, chịu được nhiệt độ đến 200^oC mà không bị phân hủy. Celuloz có tính chất của một tinh thể Crystal và có tính khúc xạ kép vì do cấu tạo mà phân tử celuloz có tính định hướng không gian ba chiều sắp xếp song song với nhau. Celuloz không tan trong nước và các dung môi nhưng tan trong dung dịch Schweizer (dung dịch Cu (OH)₂ tan trong ammoniac NH₃). Tỉ trọng lúc khô là 1,45; khi khô celuloz dai và khi tẩm nước nó mềm đi nên nước và các khí có thể thấm qua vách tế bào. Celuloz nguyên chất khó nhuộm màu, trong phòng thí nghiệm thực vật thường nhuộm đỏ celuloz bằng carmin aluné hay đỏ congo. Phản ứng màu đặc sắc của celuloz: ngâm phẩu thức vào acid mạnh H₃PO₄ / H₂SO₄ / ZnCl₂, celuloz bị thủy giải thành hydro-celuloz, chất này gặp iod sẽ có màu xanh.

Celuloz biến thiên trong thành phần vách tế bào, các sợi bông vải có thể chứa celuloz nguyên chất 100%, trung bình celuloz chiếm từ 40-50% trong vách tế bào. Ở nấm, vách tế bào chỉ chứa từ 01-10% celuloz.

Celuloz có ý nghĩa kinh tế rất lớn vì tất cả hàng dệt có nguồn gốc thực vật và giấy đều trích từ celuloz của vách tế bào thực vật, gỗ cũng là nguyên liệu rất quan trọng. Ngày nay, celuloz còn được dùng để chế tạo các sản phẩm hữu cơ có giá trị.

Hemiceluloz hay pseudoceluloz

Là nhóm hợp chất cao phân tử của một hydrat carbon (hetero - polysacchride), gốc đường C₅ và C₆ không phải là glucoz mà là xyloz, manoz, galactoz, arabinoz Trong một phân tử hemiceluloz có thể có nhiều gốc đường khác nhau và có thể có cả nhiều loại khác nhau, phân tử hemiceluloz nhỏ hơn phân tử celuloz.

Hemiceluloz không tan trong nước, không tan trong dung dịch Schweitzer nhưng rất dễ bị acid loãng thủy giải cho ra nhiều chất tùy nguồn gốc của chúng. Ví dụ: xilan → xiloz, manan → manoz, galactan → galactoz (gỗ tùng bách).

Hemiceluloz có cấu tạo sợi giống như celuloz, nhưng không có sự định hướng rõ ràng trong không gian; hemiceluloz có nhiệm vụ cơ học giống như celuloz nhưng có khi lại được dự trữ, tích lũy và được sử dụng theo nhu cầu của cây. Ví dụ: hemiceluloz có ở vách tế bào lông gòn, cùi bắp, trong hột cà phê, cau, dừa … nhất là trong mô gỗ và giao mô có thể đến 50%.

Hợp chất pectic

Là một polysaccharide phức tạp được tạo nên do sự trùng hợp của acid galacturonic với các loại đường arabinoz, galactoz ... và thường tồn tại ở 3 dạng protopectin, pectin và acid pectin. Phân tử pectin không có cấu tạo sợi hình chuỗi phân nhánh.

Các hợp chất pectin là các chất keo vô định hình mềm dẽo và có tính ưa nước cao, dễ trương lên trong nước và có khả năng tạo thành dung dịch giao trạng-thể gel nhầy. Do có nhóm carboxyl nên pectin có khả năng tạo thành những muối không tan trong nước; thường gặp là pectat calci, magnesi.

Hợp chất pectic là thành phần chung cấu tạo nên chất nền để kết dính các sợi celuloz với nhau, khi bị thủy giải bởi các phân hóa tố pectinaz, protopectinaz, polygalacturonaz (do ký sinh hay vi khuẩn tiết ra) có thể làm tan vách tế bào và các mô. Hợp chất pectic hút màu đỏ ruténium rất mạnh và tan trong dung dịch oxalat ammonium, nhuộm đỏ với carmin aluné.

Protopectin không tan trong nước, khi phối hợp với celuloz sẽ cho pectoceluloz, khi bị thủy giải sẽ cho pectin và làm cho các tế bào rời nhau. Khi pectin tan trong nước cho ra dung dịch giao trạng rất nhày và cho ra acid pectic đặc thành ngưng giao (gélée). Pectin → acid pectic + CH₃OH. Acid pectic là một chuỗi do những gốc giống glucoz, acid d-galacturonic làm ra. Các hợp chất pectin hiện được nghiên cứu sử dụng trong công nghệ thực phẩm.

Gôm và chất nhầy

Cũng là hợp chất hydrat carbon của vách tế bào, có liên quan với các hợp chất pectic và cũng có đặc tính trương phồng trong nước. Gôm xuất hiện trong cây chủ yếu là do sự rối loạn sinh lý hoặc bệnh lý dẫn tới sự phá vỡ của vách và nội dung của tế bào (sự thoái hóa gôm). Các chất nhầy thường tồn tại ở một số dạng nhầy hoặc dạng keo của vách tế bào. Những vách đó thường nằm ở lớp tế bào ngoài cơ thể của nhiều loại cây sống trong nước và trong các vỏ hột.

Lignin

Là phân tử với hàm lượng carbon cao khác với hydrat carbon. Lignin bao gồm chủ yếu các đơn vị phenyl propanoid (C₆, C₅) và tồn tại ở một số dạng; đây là sản phẩm cuối cùng của sự trao đổi chất. Về mặt vật lý học, đó là một chất cứng rắn.

Những chất khác

- Silic thường thấy ở vách tế bào biểu bì của một số cây tre, trúc, một số cây cỏ nhỏ, mộc tặc … nên các cây nầy thường cứng và nhám.

- Cutin và suberin trái lại không thể nóng chảy được và cũng không hòa tan được trong các dung môi hòa tan chất béo. Suberin và cutin có liên quan mật thiết với nhau, chúng đều là những chất cao phân tử bao gồm các acid béo.

Trong các chất hóa học trên, celuloz giữ vai trò cấu tạo chủ yếu trong vách tế bào mặc dù trọng lượng của celuloz trong vách tế bào non không lớn lắm. Celuloz làm thành bộ khung xương của vách, hemiceluloz và pectin cùng với nước lắp đầy khoảng không gian giữa các phân tử celuloz; pectin được coi là xi măng gắn liền các lớp celuloz của các tế bào ở cạnh nhau, khi pectin bị phá hủy, các tế bào rời nhau ra.

Trong vách tế bào sống luôn luôn có thấm một lượng nước, ở tế bào còn non, nước trong vách tế bào có khi đến 80 - 90%; khi tế bào trưởng thành, thường xảy ra các biến đổi trong thành phần hóa học của vách tế bào, phổ biến nhứt là sự tẩm lignin, sự hóa bần … và lượng nước thường giảm.

Trong sự hình thành vách tế bào, thành phần các chất thay đổi và phụ thuộc vào tuổi tế bào, vào từng loại cây, tùy từng loại mô hay cơ quan. Ví dụ: vách tế bào sợi bông có celuloz chiếm gần như 100%, vách tế bào gỗ của các loại thông có celuloz đến 40% trọng lượng khô, hemiceluloz 30%, lignin 30% …