מהו המגיב שממיס תאית?

תאית היא פוליסכריד מורכב המורכב מיחידות גלוקוז רבות המחוברות בקשרים β-1,4-גליקוזידים. זהו המרכיב העיקרי של דפנות תאי צמחים ומעניק לדפנות תאי צמחים תמיכה מבנית חזקה וקשיחות. בשל השרשרת המולקולרית התאית הארוכה והגבישיות הגבוהה, יש לו יציבות חזקה ואי מסיסות.

(1) תכונות של תאית וקושי בהמסה

לתאית יש את התכונות הבאות המקשות על ההמסה:

גבישיות גבוהה: השרשראות המולקולריות התאית יוצרות מבנה סריג הדוק באמצעות קשרי מימן וכוחות ואן דר ואלס.

דרגת פילמור גבוהה: דרגת הפילמור (כלומר אורך השרשרת המולקולרית) של תאית גבוהה, לרוב נעה בין מאות לאלפי יחידות גלוקוז, מה שמגביר את יציבות המולקולה.

רשת קשרי מימן: קשרי מימן נמצאים באופן נרחב בין ובתוך שרשראות מולקולריות של תאית, מה שמקשה על ההרס והמסה על ידי ממיסים כלליים.

(2) ריאגנטים הממיסים תאית

נכון לעכשיו, הריאגנטים הידועים שיכולים להמיס תאית ביעילות כוללים בעיקר את הקטגוריות הבאות:

1. נוזלים יוניים

נוזלים יוניים הם נוזלים המורכבים מקטיונים אורגניים ואניונים אורגניים או אנאורגניים, לרוב בעלי תנודות נמוכה, יציבות תרמית גבוהה ויכולת התאמה גבוהה. כמה נוזלים יוניים יכולים להמיס תאית, והמנגנון העיקרי הוא לשבור את קשרי המימן בין שרשראות מולקולריות של תאית. נוזלים יוניים נפוצים הממיסים תאית כוללים:

1-Butyl-3-methylimidazolium chloride ([BMIM]Cl): נוזל יוני זה ממיס תאית על ידי אינטראקציה עם קשרי מימן בתאית דרך מקבלי קשרי מימן.

1-אתיל-3-מתילימידאזוליום אצטט ([EMIM][Ac]): נוזל יוני זה יכול להמיס ריכוזים גבוהים של תאית בתנאים קלים יחסית.

2. תמיסת חמצון אמין
תמיסת חמצון אמין כמו תמיסה מעורבת של דיאתילאמין (DEA) וכלוריד נחושת נקראת [Cu(II)-ammonium solution], שהיא מערכת ממיסים חזקה שיכולה להמיס תאית. הוא הורס את מבנה הגביש של תאית באמצעות חמצון וקשירת מימן, מה שהופך את השרשרת המולקולרית של התאית לרכה ומסיסה יותר.

3. מערכת ליתיום כלוריד-דימתיל-אצטמיד (LiCl-DMAc).
מערכת LiCl-DMAc (ליתיום כלוריד-דימתיל-אצטמיד) היא אחת השיטות הקלאסיות להמסת תאית. LiCl יכול ליצור תחרות על קשרי מימן, ובכך להרוס את רשת קשרי המימן בין מולקולות תאית, בעוד ש-DMAC כממס יכול לקיים אינטראקציה טובה עם השרשרת המולקולרית של התאית.

4. תמיסת חומצה הידרוכלורית/אבץ כלורי
תמיסת חומצה הידרוכלורית/אבץ כלוריד היא מגיב שהתגלה מוקדם שיכול להמיס תאית. זה יכול להמיס תאית על ידי יצירת אפקט תיאום בין שרשראות מולקולריות של אבץ כלוריד ותאית, וחומצה הידרוכלורית שהורסת את קשרי המימן בין מולקולות תאית. עם זאת, פתרון זה מאכל מאוד את הציוד והוא מוגבל ביישומים מעשיים.

5. אנזימים פיברינוליטים
אנזימים פיברינוליטים (כגון צלולאזות) ממיסים תאית על ידי זירוז פירוק של תאית לאוליגוסכרידים וחד-סוכרים קטנים יותר. לשיטה זו מגוון רחב של יישומים בתחומי הפירוק הביולוגי והמרת ביומסה, אם כי תהליך הפירוק שלה אינו פירוק כימי לחלוטין, אלא מושג באמצעות ביוקטליזה.

(3) מנגנון של פירוק תאית

לראגנטים שונים יש מנגנונים שונים להמסת תאית, אך באופן כללי ניתן לייחס אותם לשני מנגנונים עיקריים:
הרס של קשרי מימן: הרס קשרי המימן בין שרשראות מולקולריות של תאית באמצעות יצירת קשרי מימן תחרותיים או אינטראקציה יונית, מה שהופך אותו למסיס.
הרפיית שרשרת מולקולרית: הגברת הרכות של שרשראות מולקולריות תאית והפחתת הגבישיות של שרשראות מולקולריות באמצעים פיזיקליים או כימיים, כך שניתן להמיס אותן בממיסים.

(4) יישומים מעשיים של פירוק תאית

לפירוק תאית יש יישומים חשובים בתחומים רבים:
הכנת נגזרות תאית: לאחר המסת תאית, ניתן לשנותה כימית נוספת להכנת אתרי תאית, אסטרים של תאית ונגזרות אחרות, הנמצאות בשימוש נרחב במזון, רפואה, ציפויים ותחומים אחרים.
חומרים מבוססי תאית: ניתן להכין באמצעות תאית מומסת, ננו-סיבי תאית, קרומי תאית וחומרים נוספים. לחומרים אלה תכונות מכניות טובות ותאימות ביולוגית.
אנרגיית ביומסה: באמצעות המסה ופירוק של תאית ניתן להמירה לסוכרים מתסיסים לייצור דלק ביולוגי כמו ביואתנול, המסייע להשגת פיתוח וניצול של אנרגיה מתחדשת.

פירוק תאית הוא תהליך מורכב הכולל מנגנונים כימיים ופיזיקליים מרובים. נוזלים יוניים, תמיסות חמצון אמינו, מערכות LiCl-DMAc, תמיסות חומצה הידרוכלורית/אבץ כלוריד ואנזימים צלוליטיים ידועים כיום כגורמים יעילים להמסת תאית. לכל סוכן יש מנגנון פירוק ותחום יישום ייחודי משלו. עם מחקר מעמיק של מנגנון פירוק תאית, מאמינים שיפותחו שיטות פירוק יעילות וידידותיות יותר לסביבה, שיספקו יותר אפשרויות לניצול ופיתוח של תאית.