Perguntas e respostas

Quais os principais componentes macromoleculares constituintes da parede celular?

Celulose, polioses (hemiceluloses) e lignina.

	CONÍFERAS	FOLHOSAS
CELULOSE	42±2%	45±2%
HEMI-CELULOSE	27±2%	30±5%
LIGNINA	28±2%	20±4%
EXTRATIVOS	5±3%	3±2%

O que é celulose e qual a sua função?

A celulose é o componente majoritário e estrutural da madeira, perfazendo aproximadamente a metade dos componentes tanto de folhosas como de coníferas. Tem três funções principais: suporte estrutural das células, dando resistência à pressão osmótica; paredes celulares, sustentação das plantas.

• Fórmula química geral da celulose pode ser representada como (C₆H₁₀O₅)n
• Cadeia linear: Ligações β(1⇾4)-glicosídicas conferem alta rigidez e resistência.
  • Este arranjo linear formado de fibrilas
  • As cadeias de celulose são mantidas juntas por ligações de hidrogênio H- intra e inter-moleculares.
• Insolúvem em água, mas hidrofílica: por causa das ligações glicosídicas e pontes de hidrogêncio
  • Pode ser decomposta por enzimas (celulases)
  • Tem afinidade pela água, com capacidade de absorção
• Alta resistência mecânica: as fibrilas dão resistência das paredes celulares. As fibras de celulose são conhecidas por sua durabilidade e capacidade de suportar forças.
• Suporte Estrutural / Paredes Celulares/ Sustentação das plantas

O que são hemiceluloses e qual a sua função?

As polioses (hemiceluloses) estão em estreita associação com a celulose na parede celular, sendo sub-estrutural. As cadeias moleculares são muito mais curtas que a de celulose, mas por serem herogêneas e mais complexas podem existir grupos laterais e ramificações em alguns casos. As folhosas, de maneira geral, contém maior teor de hemiceluloses que as coníferas, e a composição é diferenciada.

• Funções: reforça a parede celular, promove a ligação celular com as fibras de celulose, são mais flexíveis e menos cristalinas, interagem com a água.
• Propriedades: heterogeidade, solubilidade, ramificação, variedade de fontes.

• Composta por uma variedade de monossacarídeos, incluindo glicose, xilose, manose, arabinose e outros.
• As ligações glicosídicas na hemicelulose podem variar, incluindo ligações α e β.
• A diversidade nas ligações contribui para a solubilidade parcial da hemicelulose em água; capacidade de formar géis em algumas condições
• A hemicelulose preenche os espaços entre as fibras de celulose na parede celular.
• Contribui para a flexibilidade e plasticidade da parede celular.

O que são ligninas e qual a sua função?

Do ponto de vista morfológico a lignina é uma substância amorfa localizada na lamela média, bem como na parede secundária, sendo um componente sub-estrutural, que não faz ligação química com a lignina. Durante o desenvolvimento das células, a lignina é incorporada como o último componente na parede, interpenetrando as fibrilas e assim fortalecendo, enrijecendo as paredes celulares. Completamente diferente dos polissacarídeos, são constituídas por um sistema aromático composto de unidades de fenil-propano. Há maior teor de lignina em coníferas do que em folhosas, e existem diferenças estruturais entre a lignina encontrada nas coníferas e nas folhosas.

• Funções: suporte estrutural, impermeabilização, defesa contra patógenos
• Propriedades: polímero tridimensional, hidrofobicidade (repele a água), dureza, cor e recalcitrância.
• Polímero complexo e amorfo, composta por unidades fenólicas, incluindo coniferyl, sinapil e p-coumaryl.
  • As unidades fenólicas na lignina são conectadas por diferentes tipos de ligações, incluindo ligações β-éter, ligações carbono-carbono e ligações carbono-éter. 
  • A complexidade dessas ligações contribui para a resistência e estabilidade tridimensional da lignina.
  • Os fenóis proporcionam resistência e rigidez.
• Insolúvel em água.
• Não é formada por unidades repetitivas como a celulose.
• Cor marrom
• Textura lenhosa

Qual a importância das substâncias acidentais, extrativos e substâncias minerais nas madeiras?

De baixo peso molecular, geralmente mais relacionados a madeira de certas espécies, no tipo e quantidade. Estes materiais são responsáveis muitas vezes por certas propriedades da madeira como: cheiro, gosto, cor, durabilidade natural, etc.

Assim, as substâncias acidentais, extrativos e minerais presentes na madeira contribuem para suas propriedades físicas, químicas e mecânicas, afetando sua aparência, resistência, durabilidade e usabilidade em diversas aplicações. O conhecimento e entendimento desses componentes são importantes para o processamento e uso adequado da madeira em diferentes setores industriais.

O que é fibra?

É um tipo de célula especializada do xilema secundário, com função dentro de sustentação e elasticidade da árvore. É a fibra que garante que a árvore fique em pé. A fibra é feita de uma combinação perfeita de elementos estruturais e sub-estruturais, sendo composta por cadeias lineares de celulose (estrutural), que dá força e resistência, com componentes sub-estruturais como a hemicelulose e a lignina, que preenchem os espaços vazios das microfibrilas de celulose garantinado que ela não quebre. A lignina se liga à hemicelulose que se liga à celulose.

O que é microfibrila?

Formadas pela união de 10 a 20 fibrilas elementares de celulose ( cadeias longas e lineares de celulose, com dominio cristalino e regiões amorfas), compõem as fibras de celulose, um dos principais componentes da parede celular das células vegetais.

As microfibrilas podem estar dispostas com orientação X-cruzada (P1), na diagonal (S2, S1), tendo o ângulo entre 50 e 70o na S1 e, na S2, entre 10o. e 30o graus. As cadeias de microfibrilas tem os espaços vazios entre elas preenchidos com hemicelulose, que faz a ponte com a lignina, componente colante mas que não tem afinidade com a celulose. Esses dois componentes, hemicelulose e lignina, são sub-estruturais. Em números relativos, a lignina é bastante presente na S1 o que garante às celulas certa resistência a organismos xilófagos. A S2 é a maior camada e chega a corresponder a 90% da parede secundária em algumas espécies, tendo mais lignina em números absolutos.

O que é ângulo microfibrilar?

É o ângulo que ocorre entre as microfibrilas e o eixo axial das fibras, contribuindo para a resistência da fibra.

Parede	ângulo	espessura
Primária	cruzada	2%
S1	50o a 70o	10%
S2	10o a 30o	85%
S3	reticulada	3%

Como se dá a formação da parede celular?

Durante o amadurecimento e especialização da célula meristemática, a parede primária apresenta maior flexibilidade, auxiliada pela presença de microbrilas cruzadas para suportar o crescimento da parede secundária. Composta de três camadas, é a parede secundária que dá espessura à célula e é especializada nas funções a que se designa.

⮕β-D-glicose
⮕Celubiose (2 unidades de β–Dglicopiranose, unidas por ligações glicosídicas do tipo β(1⇾4))
⮕ Moléculas de Celulose
⮕ Fibrila elementar (40 moléculas de celulose)
⮕ Microfibrilas (10 a 20 fibrilas elementares)
⮕ Macrofibrilas (20 microfibrilas)
⮕ Parede celular

Como é a ultraestrutura da parede celular?

Sem as polioses e as ligninas, a textura da fibrila fica visível por microscópio eletrônico. A ultraestrutura revela o arranjo das camadas da parede celular, causado pelas diferenças na composição química e pela variada orientação dos elementos estruturais e sub-estruturais.

As camadas são concêntricas. A lamela média (0,2-1,0μm), envolve a parede primária (0,1-0,2μm, 2%), que vem reagindo a cada turgência celular até a diferenciação do lenho tardio e inicial. Aí a parede secundária começa a ser depositada internamente, desenvolvendo uma nova parede que é entre 50-100 vezes maior que a espessura da parede primária, com até 10μm. A ultraestrura revela que a parede secundária é composta de três camadas, sendo a S1 mais lignificada, resistente a org. xilófagos (10%), a S2 podendo representar 85% da parede secundária, crescendo entre 1,0- 9,0μm, 85% (70% das áreas cristalinas) e S3 (0,1μm, 3%). A camada W, rugosa, pode ou não existir.

A parede primária é a primeira camada depositada durante o desenvolvimento da célula, este sistema permite uma expansão (crescimento) da célula jovem.

A parede secundária -camada espessante da célula, depositada sobre a parede primária após seu crescimento superficial ter-se completado- é formada pelas três macromoléculas (celulose, poliose, lignina), já a parede primária não tem lignina e a lamela média tem, mas não tem nem celulose, nem hemi-celulose.

Qual a diferença do ângulo microfibrilar nas camadas P, S1, S2 e S3?

Na Parede Primária, as fibrilas de celulose são arranjadas em camadas delgadas que se cruzam formando um aspecto de redes (orientação cruzada). A parede primária é a primeira camada depositada durante o desenvolvimento da célula, este sistema permite uma expansão (crescimento) da célula jovem. Por consequência, a orientação das fibrilas na camada mais externa é mais oblíqua, o que é essencial para se adaptar mecanicamente.

Na Parede Secundária, que é uma camada espessante da célula depois da diferenciação celular (lenho tardio/inicial) com até 90% de celulose, tem-se três camadas:

• Na S1, as fibrilas de celulose se apresentam em orientação helicoidal suave e o ângulo em relação ao eixo da célula pode variar entre 50 e 70º, com resistência à compressão;
• Na S2, as fibrilas estão levemente alinhadas em ângulos que variam entre 10 e 30º em relação ao eixo axial da célula, sendo provida de resistência à tração.
• Na S3, as fibrilas de celulose são arranjadas reticuladamente numa inclinação suave, porém não numa forma estritamente paralela. Possui uma concentração maior de substâncias não-estruturais, o que confere a superfície do lume uma aparência mais ou menos lisa.

Considerando o processo de diferenciação celular, quando ocorre a formação da parede secundária? Por quê?

A formação da parede secundária ocorre após a deposição da parede primária e está associada ao amadurecimento e especialização da célula. A formação da parede secundária ocorre em duas fases principais:

• Deposição da Parede Primária: Inicialmente, as células em diferenciação depositam a parede primária, que é uma camada fina e flexível ao redor da membrana celular. A parede primária é rica em celulose, hemicelulose e outras substâncias, conferindo flexibilidade às células.
• Deposição da Parede Secundária: À medida que as células continuam a se diferenciar e amadurecer, ocorre a deposição da parede secundária. A lignificação é o processo-chave nessa fase, envolvendo a deposição de lignina e outros compostos na parede celular. A lignina, um polímero complexo, proporciona rigidez, resistência e impermeabilidade à parede secundária.

A principal função da parede secundária é fornecer suporte estrutural e resistência mecânica às células.

• Condução de Água: Em células especializadas, como os elementos de vaso e traqueídeos, a parede secundária contribui para a condução eficiente de água.
• Proteção contra Patógenos e Decomposição: A presença de lignina na parede secundária contribui para a resistência contra patógenos e decomposição, aumentando a durabilidade das células.

Por que a camada S2 é tida como a que mais contribui para as propriedades físicas e mecânicas da madeira?

• A alta densidade, combinada com a orientação das microfibrilas (alinhadas em ângulos que variam entre 10 e 30º), confere rigidez e resistência da fibra na direção longitudinal. 
• *quanto mais alto o angulo, mas elástica.
• Papel na Resistência à Tração: A orientação longitudinal das microfibrilas na camada S2 contribui especialmente para a resistência à tração/flexão da madeira. A resistência à tração é crucial em situações em que a madeira é submetida a forças que tentam separar suas fibras. 
• Importância para a Estabilidade Dimensional: A camada S2 desempenha um papel vital na estabilidade dimensional da madeira. 
• A orientação das microfibrilas ajuda a minimizar a contração e expansão da madeira, mantendo sua forma e integridade estrutural. 

O que é madeira juvenil e adulta e qual a diferença do ângulo microfibrilar das paredes celulares?

O lenho juvenil é perto da medula e o lenho adulto é perto da casca.

• Lenho juvenil, transitório, adulto: perto da medula, de formação contínua, 
• Lenho inicial/tardio: de formação anual, lenho tardio e casca mais denso, lenho inicial e medula menos denso.
• Lenho adulto – angulo menor: mais perto da casca, alburno, mais qualidade de maturação celular.
• Lenho de reação/tração: de formação ocasional

Quais os tipos de madeira de reação e qual a diferença do ângulo microfibrilar?

É um lenho ocasional que ocorre na madeira como mecanismo de resposta a um estímulo externo em situações adversas para suprir necessidade de esforço. Ocorrem, por exemplo, devido a inclinações da árvore (fototropismo), declividade do solo, formação de galhos, dentre outros.

Angiosperma	Gimnosperma
tração	compressão
deposição de camada gelatinosa, mais celulose, menos lignina	mais lignina, menos celulose
deposição de camada gelatinosa	ficam mais espessas e ovaladas
fibras mais longas	rupturas na camada S2
menor lúmen	baixa transição entre lenho inicial e tardio

Como a variação anual do clima afeta a formação da parede secundária das árvores?

Diferença de espessura da parede celular do Lenho tardio e lenho inicial para responder ao clima e a competição dentro sistema em que ela está inclusa.

1. Variações de Temperatura e Umidade:
   • As variações sazonais na temperatura e umidade podem influenciar o ritmo de crescimento das árvores. Durante os meses mais quentes e úmidos, as árvores geralmente experimentam um crescimento mais rápido, resultando em uma formação mais rápida da parede secundária. Por outro lado, durante os meses mais frios e secos, o crescimento pode desacelerar, levando a uma formação mais lenta da parede secundária.
2. Variações na Disponibilidade de Água:
   • A disponibilidade de água é crucial para o crescimento das árvores e, consequentemente, para a formação da parede secundária. Durante períodos de chuva abundante, as árvores têm acesso a uma maior quantidade de água, o que pode estimular o crescimento e a formação da parede secundária. Por outro lado, durante períodos de seca, o crescimento pode ser prejudicado, resultando em uma formação mais lenta da parede secundária.
3. Variações na Intensidade da Luz Solar:
   • A intensidade e a duração da luz solar também podem afetar o crescimento das árvores e a formação da parede secundária. A luz solar é essencial para o processo de fotossíntese, que fornece energia para o crescimento das árvores. Portanto, variações na quantidade de luz solar disponível ao longo do ano podem influenciar o ritmo de crescimento e formação da parede secundária.
4. Variações na Duração do Dia:
   • A variação na duração do dia ao longo do ano pode afetar os processos fisiológicos das árvores, incluindo o crescimento e a formação da parede secundária. Por exemplo, em regiões com estações distintas, as árvores podem reduzir sua atividade de crescimento durante os meses mais curtos do inverno, resultando em uma formação mais lenta da parede secundária nesse período.

Onde está e pra que serve o Complexo Terminal de Roseta (RTC, do inglês Rosette’s Terminal Complex)?

O CTR são as usinas produtoras de cadeias de glicose > fibrilas elementares > microfibrilas que depois vão formar as macrofibrilas > fibras de celulose, fazendo a biossíntese da celulose.

Substância	Dimensão
Glicose	5 A
Celubiose	10 A – duas unidades de glicose
Celulose	300-700 unidades de B-D(1,4) anidroglicose
Fibrila elementar	40 moléculas de celulose
Microfibrila	10 a 20 fibrilas elementares
Macrofibrila	cerca de 20 microfibrilas
Fibra

Essas proteínas hexaméricas estão presentes na membrana plasmática das células vegetais e cada uma delas é compostas por seis sub-estações com outros seis CesA que sintetizam 36 cadeias indiviuais de celulose para tear uma microfibrila, sendo também responsáveis pelo ângulo microfibrilar, que ao lado de outras macrofibrilas compõem a fibra de celulose.

Qual a influência do lenho de reação nas propriedades mecânicas da madeira?

1. Angiospermas (Tração):
   • Em angiospermas, como as árvores de folhas largas, o lenho de reação é frequentemente associado à formação de tensão, o que significa que ele fornece resistência à tração. Esse tipo de lenho de reação é mais comumente observado em árvores que crescem em locais inclinados ou com ventos fortes. As fibras de celulose neste lenho de reação tendem a se alinhar em direção à área de tensão, ajudando a fortalecer a árvore contra forças que puxam o tronco. Isso confere à madeira uma resistência adicional à tração em locais onde o lenho de reação está presente.
2. Gimnospermas (Compressão):
   • Nas gimnospermas, como os pinheiros e as coníferas, o lenho de reação é mais frequentemente associado à compressão, fornecendo resistência contra forças de compressão. Essas árvores tendem a formar lenho de reação de compressão quando sofrem pressão lateral devido ao crescimento em áreas densas ou devido ao peso de outras árvores. Nesse tipo de lenho de reação, as fibras de celulose se alinham tangencialmente ao tronco, fortalecendo-o contra forças que o esmagam ou comprimem. Isso confere à madeira uma resistência adicional à compressão em locais onde o lenho de reação está presente.

Em resumo, enquanto nas angiospermas o lenho de reação tende a fornecer resistência à tração, nas gimnospermas ele geralmente fornece resistência à compressão. Essas adaptações permitem que as árvores resistam a forças específicas do ambiente em que crescem, fortalecendo-as contra tensão ou compressão.

Explique quais fatores levam a celulose a ser resistente à água. Subsidie-se em trabalhos científicos.

A resistência da celulose à água é devida a uma combinação de fatores relacionados à sua estrutura molecular e às interações que ela forma com a água. Aqui estão alguns dos principais fatores que contribuem para a resistência da celulose à água:

1. Estrutura Química:
   • A celulose é uma macromolécula composta por longas cadeias de unidades de glicose ligadas por ligações glicosídicas. Essas cadeias de glicose formam uma estrutura linear e altamente organizada, que é intrinsecamente resistente à penetração da água.
2. Ligações de Hidrogênio:
   • As moléculas de celulose contêm grupos hidroxila (-OH), que são capazes de formar ligações de hidrogênio com moléculas de água. Essas ligações de hidrogênio ajudam a estabilizar a estrutura da celulose e a reduzir a capacidade de penetração da água nas fibras celulósicas.
3. Arranjo Cristalino:
   • A celulose tem uma estrutura cristalina altamente organizada, na qual as cadeias de polímeros de celulose se empacotam de forma ordenada. Esse arranjo cristalino dificulta a penetração da água entre as moléculas de celulose, tornando-a menos suscetível à umidade.
4. Hidrofobicidade:
   • Apesar de conter grupos hidroxila que podem interagir com a água, a celulose também possui regiões que são menos polarizadas e, portanto, mais hidrofóbicas. Essas regiões menos polarizadas contribuem para a resistência geral da celulose à água.

O que são nanotubos de celulose e para que servem?

Os nanotubos de celulose são estruturas nanométricas tubulares compostas principalmente de celulose. Eles são formados a partir da organização das cadeias de celulose em nanofibrilas, que são então enroladas em tubos cilíndricos com diâmetros na faixa de nanômetros. Têm despertado um grande interesse na comunidade científica e industrial devido às suas propriedades únicas e diversas aplicações potenciais.

Propriedades: alta resistência e rigidez; baixa densidade; biodegrabilidade; transparência e flexibilidade; condutividade elétrica

Encontre o número de moléculas de glicose da molécula de celulose de uma árvore de eucalipto, assim como uma de espécie amazônica de sua escola.

Para calcular o número aproximado de unidades de glicose em uma molécula de celulose, podemos utilizar a fórmula química da celulose (C6H10O5)n, onde “n” representa o número de unidades repetidas de glicose.

O número de unidades de glicose em uma molécula de celulose pode ser determinado experimentalmente ou estimado com base na massa molecular média da celulose e na massa molar da glicose.

Número de unidades de glicose = (Massa molar da celulose) / (Massa molar da glicose)

Quais as propriedades da celulose?

• insolúvel em água, porém higroscópica, com afinidade à molécula de H2O;
• ângulo fibrilar:
• cristalinidade: 70% folhosas, 50-60% gimnosperma; zonas cristalinas tem um alinhamento da microfibrila com maior densidade, já nas zonas amorfas, com desorganização das cadeias, são menso densas;
• histerese: a quantidade de umidade absorvida pela madeira durante a umedecimento é diferente da quantidade de umidade liberada durante a secagem, mesmo que as condições ambientais (como temperatura e umidade relativa do ar) sejam as mesmas. ganhar e perder água conforme o ambiente se encontra. quando a árvore está viva, ela está com o máximo teor de U possível. uma vez morta, ela terá a quantidade de água que o ambiente permite ter.
• grau de polimerização: quantidade de meros por molécula. quantos meros são possíveis, dividindo a massa molecular da celulose pela massa de um unidade glicosídica. O grau de polimerização da celulose é uma medida que indica o número médio de unidades de glicose (os monômeros que compõem a celulose) presentes em uma molécula de celulose. Em termos simples, ele representa o tamanho médio das cadeias de celulose em uma amostra. Quando as unidades de glicose se ligam para formar a celulose, elas criam uma longa cadeia polimérica. O grau de polimerização é o número total de unidades de glicose nessa cadeia. Ele pode variar dependendo de vários fatores, como a fonte da celulose, o método de extração e as condições de processamento. O grau de polimerização da celulose é uma característica importante, pois afeta várias propriedades da celulose e dos materiais derivados dela. Por exemplo, quanto maior o grau de polimerização, mais longas são as cadeias de celulose, o que geralmente resulta em materiais com maior resistência, rigidez e viscosidade.