Ensaios Históricos Leopolel Rodés Composição química e microestrutura das fibras nos vegetais superiores N c ie ensaio são relembrados os prin cipais componenics das fibras ve getais e a microesirutura nelas descortina da pela moderna instrumentação analíti ca assim apontando a razão de seu gran de potencial papeleiro que propiciou a sua tão longa tradição histórica Os cons tituintes principais das paredes celulares são celulose hemicciulose pectina lignina e cutina Celulose e sua cristaliniciade Celulose é ornais importante destes constituintes por formar u trama mole cular na qual os outros se impregnam Estruturalinenic consiste num polissa carídeo formado por elementos de um único tipo de açúcar R D glucose for mada por uma cadeia de seis carbonos com uma ponte de oxigénio entre os carbonos 1 e 5 fechando o anel heterodchco Nas moléculas de celulose cada uni dado de glucose contém três grupos hidroxilas livres e duas usadas para jun tar duas glicoses assim formando um dissacarídeo denominado celobiose Este dissacarídeo fornece polímeros de pesos moleculares elevados com grande varia ção no comprimento de suas cadeias moleculares a quais se destacam pelo elevado número de hidroxilas que propi ciam a formação das muitas pontes de hidrogénio característica destes políme ros fibrosos Estas cadeias polimén cas aparecem como conjuntos de umas 2 000 cadeias macroniolecul ares justapostas paralelamente e formando cordões de nominados microfíbrilas 0 estudo destas microfibrilas medi ante difração de raios X mostra uma cristalínidade elevada e assinala um pe ríodo repetitivo de 103 Â ao longo do eixo da fibra Sendo esta distância idên tica ao comprimento de uma molécula de celobiose pode se concluir que a mo lécula polimérica de celulose é formada por uma seqüência destes dímeros A força dos enlaces responsáveis pela cristalinidade depende da sua orienta ção porquanto a ligações laterais entre duas cadeias pol i méricas justapostas de correm de pontes de hidrogênio indivi dualmente bem mais fracas que as liga ções covalentes que forii uuii os elos da corrente polimérica Interligando as macromoléculas celulósicas estas abun dantes pontes de hidrogénio são de uma importância significativa por determinar as estruturas fundamentais dos tecidos fibrosos e portanto as propriedades das fibras celulósicas que maior utilidade a presentam para a manufatura de papéis Hemiceluloses amorfas As hemiceluloses se encontram nas paredes celulares formando outro grupo complexo de polímeros constituído por misturas de polissacarídeos debaixo peso molecular sempre interligados ás estru turas celulósicas dos tecidos vegetais Em decorrência da sua composição he terogênea irregular e ramificada as hemiceluloses apresentam raramente uma configuração cristalina Esta ausência de cri stal inidade favorece seu irtumescimento em meio aquoso e sua fácil solubitização em água Pela tendência a perder sua elas ticidade durante o processo de secagem o endurecimento das hemiceluloses ao lon go deste processo contribui a manter jus tapostas as cadeias de bemiceluloses e de celulose assim formando a trama básica das folhas de papel A plasticidade e a grande área superfi cial exposta que decorrem da presença de hemiceluloses na superfície e no interior das fibrilas aumentam as áreas de contato fibra a fibra durante a etapa de formação da folha e de secagem subseqüente Pectinas hidrofilicas As pectinas ou substâncias pécticas formarri um grupo de polissacarídeos que se apresentam com uma complexidade e diversificação elevadas Contendo áci do galactourônico como componente principal alguns homoglicídios e diver sos heterogiicídios a degradação hidro Iffica destas substâncias mostra propor ções variáveis de galactose arabinose Xilose e fucose entre outros carboidratos Estas substâncias se localizam na arvela média na parede primária vizinha ou nas camadas externas da parede secun dária 0 ácido galactourôníco unidade estrutural destes polímeros é o respon 0 Papel Julho 1994 1 1
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Ensaios Históricos - Celso Foelkel - Composicao... · 2011. 2. 11. · Esta rápida revisão das características oferecidas pelas fibras vegetais permite visualizar o amplo leque
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Ensaios HistóricosLeopolel Rodés
Composição química e microestruturadas fibras nos vegetais superiores
Nc ie ensaio são relembrados os principais componenics das fibras ve
getais e a microesirutura nelas descortinada pela moderna instrumentação analítica assim apontando a razão de seu grande potencial papeleiro que propiciou asua tão longa tradição históricaOsconstituintes principais das paredes celularessão celulose hemicciulose pectinalignina e cutina
Celulose e sua cristaliniciade
Celulose é ornais importante destesconstituintes por formar u trama molecular na qual os outros se impregnamEstruturalinenic consiste num polissacarídeo formado por elementos de umúnico tipo de açúcarRDglucose formada por uma cadeia de seis carbonoscom uma ponte de oxigénio entre oscarbonos 1 e 5 fechando o anel heterodchco
Nas moléculas de celulose cada uni
dado de glucose contém três gruposhidroxilas livres e duas usadas para juntar duas glicoses assim formando umdissacarídeo denominado celobiose Este
dissacarídeo fornece polímeros de pesosmoleculares elevados com grande variação no comprimento de suas cadeiasmoleculares a quais se destacam peloelevado número de hidroxilas que propiciam a formação das muitas pontes dehidrogénio característica destes polímeros fibrosos Estas cadeias poliméncasaparecem como conjuntos de umas2000cadeias macroniolecul ares justapostasparalelamente e formando cordões denominados microfíbrilas
0 estudo destas microfibrilas medi
ante difração de raios X mostra umacristalínidade elevada e assinala um período repetitivo de 103 Â ao longo doeixo da fibra Sendo esta distância idên
tica ao comprimento de uma moléculade celobiose podese concluir que a molécula polimérica de celulose é formadapor uma seqüência destes dímeros
A força dos enlaces responsáveis pelacristalinidade depende da sua orientação porquanto a ligações laterais entreduas cadeias pol i méricas justapostas decorrem de pontes de hidrogênio individualmente bem mais fracas que as liga
ções covalentes que foriiuuii os elos dacorrente polimérica Interligando asmacromoléculas celulósicas estas abun
dantes pontes de hidrogénio são de umaimportância significativa por determinaras estruturas fundamentais dos tecidos
fibrosos e portanto as propriedades dasfibras celulósicas que maior utilidade apresentam para a manufatura de papéis
Hemiceluloses amorfasAs hemiceluloses se encontram nas
paredes celulares formando outro grupocomplexo de polímeros constituído pormisturas de polissacarídeos debaixo pesomolecular sempre interligados ás estruturas celulósicas dos tecidos vegetais
Em decorrência da sua composição heterogênea irregular e ramificada ashemiceluloses apresentam raramente umaconfiguração cristalina Esta ausência decri stal inidade favorece seu irtumescimento
em meio aquoso e sua fácil solubitizaçãoem água Pela tendência a perder sua elasticidade durante o processo de secagem oendurecimento das hemiceluloses ao lon
go deste processo contribui a manter justapostas as cadeias de bemiceluloses e decelulose assim formando a trama básica
das folhas de papelA plasticidade e a grande área superfi
cial exposta que decorrem da presença dehemiceluloses na superfície e no interiordas fibrilas aumentam as áreas de contato
fibraafibra durante a etapa de formaçãoda folha e de secagem subseqüente
Pectinas hidrofilicas
As pectinas ou substâncias pécticasformarri um grupo de polissacarídeos quese apresentam com uma complexidade ediversificação elevadas Contendo ácido galactourônico como componenteprincipal alguns homoglicídios e diversos heterogiicídios a degradação hidroIffica destas substâncias mostra proporções variáveis de galactose arabinoseXilose e fucose entre outros carboidratosEstas substâncias se localizam na arvela
média na parede primária vizinha ounas camadas externas da parede secundária 0 ácido galactourôníco unidadeestrutural destes polímeros é o respon
0 PapelJulho 1994 1 1
sável pela hidrofilia acentuada das substâncias pécticas
Lignina reforço estruturalA lignina é um polímero natural que
resulta da polimerização de precursoresprimários tais como o álcool transconiferilico álcool transsinapílico e álcool transparacumárico As ligninas aparecem nas paredes celulares dos vegetaisem forma associada às celuloses e hemí
celuloses onde a lignina pode representar até 30 do material A associação dalignina com os carboidratos comportauma série de enlaces químicos entre estas substâncias e a eliminação destas ligações demanda a ação de agente ffidrolízantes fortes temperaturas elevadase esforços mecânicos aplicados repetidamente e de forma intensa o que Configuraum consumo energético elevado
0 termo lignina se refere a um grupo de substâncias químicas de composição molecular estruturalmente parecidasporém suficientemente diferenciadas paraapresentar um comportamento físicoamorfo A lignina aparece quando é necessário reforçar alguma estrutura celular
Cutina e sua permeabilidade hídroicaCutina e suberina são substâncias
culiculares muito hicirofóbicas porquantoconsistem em diversas combinações entre ácidos graxas e alguns dos componentes da parede e e 1 u 1 ar Esta repelêric i aà água serve também para proteger conZI
ra a desidratação aqueles órgãos cujaintegridade ficaria ameaçada sem a cobertura de unia fina camada cuticular
Além dos constituintes principais dasparedes celulares existe uma longa listade substâncias ligadas ás paredes eclularés onde elas induzem atividades bio
químicas de caráter localizado ou de efeitos globais A importância destas substâncias decorre de considerações qualitativas e formam grandes famílias taiscomo vitaminas proteínas corantes hormônios e sistemas enzimáticos
Estrutura das paredes celularesA maior parte do carbono fixado pe
los vegetais superiores é usado para sintetizar as estruturas das suas paredes celulares A biogênese das estruturas moleculares vai configurando as características química e físicas das paredes dascélulas vegetais e portanto determina ascaracterísticas fundamentais das fibras e
seu potencial papeleiroA parede primária P pode ser visua
lizada como uni reticulado irregular demicrofibrilas muito solto e facilmente
deformável o que permite o crescimento das suas células e aumentar as áreas
superficiais das respectivas paredes Na
parede primária encontramos polissacarídeos e proteínas unidos por diversostipos de ligações formando uma estrutura muito ativa por abrigar enzimas cujainfluência atinge o metabolismo de paredes celulare distantes
A parede secundária S se subdivideem três camadas SI S2 e S3 diferenciadas pela orientação predominantede suas respectivas fibrilas
A camada externa SI é depositadadiretamente sobre a parede primária Pcom uma espessura entre 0 1 03 pmEsta camada contém lamelas fibrosas for
madas por feixes de Fibras com orientações cuja variação configura o gradientede uma transição para a camada S2
A camada média S2 representa cerca de 80 da espessura da parede secundária e suas fibrilas se apresentam numaforma espiralada com relação ao eixocentral da fibra
A camada interna S3 tem uma espessura de aproximadamente 01 pinEsta camada interna é formada por umaespiral de fibrilas e unia superposição deaté seis camadas ou lamelas cada urnadelas com urna espessura de 30OÂ Aoredor do lárnen encontramos uma parede terciária T cuja superfície internase apresenta com um aspecto verrugentosendo considerada urna reminiscência do
citoplasma com inclusões de celuloseEntre as paredes primárias de duas
células justapostas vão se depositandosubstâncias intercelulares principalmentelignina dando origem a uma paredecomum e altamente lígnificada que é denominada lamela média LM
Tecidos celulares0 câmbio forma urna bainha de célu
las meristernálicas num processo de subdivisão ininterrupto que vai se desdobrando desde o ápice do caule até a ponta da raiz Os produtos deste processodesignados tecidos secundários são o resultado da divisão de células iniciais
fusiformes compridas com pontas afiadas ou de células iniciais radiais Estas
últimas são as que acabam configurandoraios vasculares isto é elementos estru
turais que se estendem radialmente enquanto as células fusiformes se estendemverticalmente ao longo do talo e da raizA característica dominante do câmbio é
a sua divisão contínua num plano tangencial produzindo xilema para o ladointerno do anel cambial e floema para olado externo deste anel À medida que ocâmbio vai se subdividindo ele está des
locandose mais distante da sua posiçãoinicial junto ao eixo central da plantaPortanto seu perímetro em torno doxilema já formado aumenta continuanien
te Devido a sua continuidade radial os
raios atuam como pontos fixos numa enorme grade estrutural elástica formada comoutras células que se reajustam continuamente demandando um crescimento
inuusivo de células que se alongam critrerneando outras células já existentes
A atividade cambial começa na priniavera aumenta até uni máximo e geralmente cessa no fim do verão A es
pessura das paredes celulares é delgadanas células precoces enquanto ela é grossa na tardias assim espelhando estasazonal idade
0 xilema secundário é formado portrês grupos de células raios vascularescélulas de extensão vertical vasos tra
queídes fibras e o parênquima doxilema As células radiais atuam a partirdo anel cambial de modo a crescer radi
almente nos dois sentidos e se comunicam com as outras células do xilema
secundário através de orifícios ou pontuações nas paredes compartilhadas
As células formadas pelas iniciadorasfusiformes se alongam formando fibras
compridas de xilema com paredes espessas ou traqucídes corri paredeslignificadas e apresentando pontuaçõeselaboradas passíveis de responder a diferenças de pressão mediante restriçõesà passagem da água ou soluções nutrientes numa direção radial Uma série vertical de segmentos de vaso iniciados porcélulas fusiformes pode formar tuboscontínuos através da árvore oferecendo
caminhos fáceis para a água e soluçõessalinas que se movimentam de baixo paracima a partir das raizes
0 floema secundário também apresenta células alongadas verticalmentecom a função de irarisportar de cimapara baixo matéria solúveis resultantesda fotossíntese A estrutura mais carac
terística do floema é a placa crivada depontuações em paredes compartilhadaspor células adjacentes É através destesorifícios que se estabelecem as conexõesprotoplasmáticasNaszuigiinnospemas asáreas crivadas se encontram em todas as
paredes das células de floema o qualpode ser assim considerado um tecidoformado por vasos crivados sem formaruni tubo interligado Nas angiospermasporém as áreas crivadas se concentramnas superfícies horizontais de modo aformar um tubo vertical interrompidopor paredes transversais perfuradas oupelas placas crivadas
Esta rápida revisão das característicasoferecidas pelas fibras vegetais permitevisualizar o amplo leque de opções utilitários que explicam sua longa tradiçãode uso nas manufaturas papeleiras