Il legno (prima parte)

“Grenouille si limitava soltanto ad annusare il profumo del legno che saliva attorno a lui.

Bevve questo profumo, vi annegò dentro, se ne impregnò fino all’ultimo e al più interno dei pori, divenne legno lui stesso, giacque sulla catasta come un pupazzo di legno, come un Pinocchio.”

[Cit. Patrick Süskind, “Il Profumo”]

Questo materiale fa parte della nostra vita dall’infanzia, da quando Morfeo veniva a trovarci nella nostra bella culla, fino alla senilità: chi non ha mai immaginato di raccontare innumerevoli favole ai nipotini adagiato su una comoda sedia a dondolo?

Il legno è un materiale vegetale, ricavato quindi da piante arboree e arbustive. Risaputo è il suo utilizzo fin dall’antichità per diversi scopi, dalla costruzione di utensili al suo impiego in strutture architettoniche; nell’arte, è stato utilizzato sia come supporto per opere policrome che per manufatti per l’uso quotidiano. È inoltre il principale protagonista di una gran parte di strumenti musicali, dagli strumenti a tastiera a quelli ad arco.

Dal punto di vista chimico, i principali costituenti del legno sono: 

- Polisaccaridi: sottoclasse di composti chimici organici appartenenti alla classe dei carboidrati. Sono costituiti da una lunga catena di unità monosaccaridiche, legate fra loro tramite legami glicosidici. In base all’orientamento dei legami, si hanno due diversi tipi di prodotti: se il legame fra il C1 e il C4 è di tipo α, il polisaccaride in questione sarà l’amido; altrimenti, se è di tipo β, darà origine alla cellulosa. 

La cellulosa (Fig. 1) è il polisaccaride più abbondante in natura, poiché costituisce tutte le parti strutturali dei vegetali. Le catene sono disposte parallelamente le une le altre e tendono a distribuirsi in piano, formando dei differenti strati impaccati, uniti fra loro da legami ad idrogeno: in tal modo formano delle fibrille, molto difficili da dissolvere. Esse sono abbastanza ordinate, tanto che costituiscono principalmente una struttura cristallina, anche se presentano delle zone amorfe che tendono ad indebolirla. 

Fig. 1) Struttura e disposizione delle catene di cellulosa.

Ulteriore polisaccaride presente nel legno è l’emicellulosa: strettamente legata alla cellulosa, dalla quale può anche essere ricavata, costituisce un saccaride a basso peso molecolare, scarsamente solubile ma facilmente idratabile, con proprietà adesive, costituito da zuccheri diversi dal glucosio, articolati in strutture ramificate. Si hanno tre tipi di emicellulose, quali gli xilani, i galattani e i mannani.

Infine, altro polisaccaride presente nella struttura vegetale del legno è la pectina, ovvero un eteropolisaccaride, costituito da un maggior numero di monosaccaridi diversi. La struttura più nota è caratterizzata da una catena di molecole di acido galatturonico, derivato dal galattosio, unite da legami α-1,4-glicosidico. Inoltre, la presenza di gruppi carbossilici comporta la formazione di gel in acqua, che determina il principio alla base della formazione delle marmellate.

Fig. 2) Complessità della struttura polimerica della lignina.

- Lignina: polimero organico complesso, costituito per la maggior parte da composti fenolici, ovvero sostanze che derivano da idrocarburi aromatici, i quali presentano un gruppo ossidrilico legato all’anello aromatico. La lignina è una sostanza presente esclusivamente nelle piante vascolari, che sono formate da tessuti specializzati nelle funzioni di sostegno e conduzione dei liquidi vitali per la pianta. Impermeabile all’acqua e resistente, la lignina è formata da delle sub-unità che si legano fra loro attraverso legami covalenti, costituendo un reticolo pressoché tridimensionale (Fig. 2): è proprio questa loro caratteristica che rende le pareti cellulari così resistenti. 

- Proteine: sono macromolecole biologiche formate da una o più catene amminoacidiche, unite fra di loro tramite legami peptidici. In natura esistono 20 amminoacidi, ovvero delle molecole organiche che strutturalmente posseggono sia il gruppo funzionale amminico che quello carbossilico; detti amminoacidi vanno a costituire delle lunghe catene, chiamate sequenze amminoacidiche, che conducono alla formazione delle proteine. Queste ultime variano a seconda del numero, della tipologia e dell’ordine in cui gli amminoacidi si dispongono in sequenza, creando un elenco pressoché infinito.
Un organismo è capace di sintetizzare gli amminoacidi per dare origine alle proteine tramite un processo biochimico che prende il nome di sintesi proteica; tuttavia (come avviene nel caso dell'uomo), alcuni di questi amminoacidi possono essere introdotti nell’organismo solo attraverso l’alimentazione, per cui vengono definiti essenziali.
Le proteine sono, dunque, fondamentali per tutte le specie viventi; in riferimento al legno, esse prendono parte alle reazioni biochimiche vitali per la pianta, ad esempio durante la fotosintesi clorofilliana oppure si ritrovano sulla membrana cellulare, dove svolgono diverse funzioni, quali:
        - catalizzare le reazioni chimiche in qualità di enzimi;

        - riconoscere e selezionare le molecole che possono o meno entrare all’interno della cellula;
        - permettere il passaggio delle molecole attraverso la membrana cellulare, sfruttando pori, pompe e canali ionici.

I costituenti del legno appena descritti si rinvengono nelle cellule vegetali (Fig. 3), ovvero cellule eucariotiche protette da una struttura pluristratificata che prende il nome di parete cellulare: quest’ultima conferisce rigidità e forma alle cellule, oltre a rappresentare una valida barriera chimico-fisica contro l’attacco di sostanze estranee. La parete cellulare è costituita da tre strati, quali la lamella mediana, la parete primaria e la parete secondaria; la deposizione dei suddetti strati avviene partendo da quello più esterno a quello più interno: per questo motivo la lamella mediana, che rappresenta la superficie più esterna, verrà prodotta per prima.

Fig. 3) Rappresentazione schematica di una cellula vegetale.

Dunque, la parete cellulare (Fig. 4) è costituita dai seguenti strati:

- La lamella mediana, costituita da pectina che serve a tenere insieme le cellule adiacenti. Il materiale pectico viene prodotto all’interno della cellula ed è trasportato verso l’esterno tramite le vescicole prodotte dall’apparato del Golgi. La lamella mediana presenta al suo interno i desmotubuli, ovvero prolungamenti del reticolo endoplasmatico, oltre che filamenti di citoplasma, che insieme vanno a costituire i plasmodesmi, ovvero dei canali che mettono in comunicazione le cellule fra di loro. 

- La parete primaria, che costituisce uno strato posizionato più internamente rispetto alla lamella mediana, ma che viene prodotto successivamente alla stessa. È composta principalmente da cellulosa, la quale si organizza in diverse catene che, unendosi, realizzano una microfibrilla. Quest’ultima è costituita, dunque, da un filamento di cellulosa impacchettato in una struttura cristallina, che viene realizzata dalle cellulosa-sintasi, ovvero da enzimi organizzati in un complesso dalla forma esagonale, detto per l’appunto complesso a rosetta. L’insieme delle microfibrille originate dalle cellulosa-sintasi successivamente si allineerà ed andrà a costituire un’unità più grande, che prenderà il nome di macrofibrilla, costituente la parete primaria.

- La parete secondaria, ovvero l’ultimo strato deposto dalla cellula. Questa parete si compone di tre strati diversi sovrapposti, che prendono il nome di S1, S2 e S3: essi sono caratterizzati da fibrille orientate in modo ortogonale fra loro, così da conferire maggiore rigidità alla parete stessa. La parete secondaria ha una composizione molto varia: difatti contiene sia cellulosa ed emicellulosa che sostanze pectiche; oltretutto può presentare, a seconda della funzione specifica della cellula, delle sostanze accessorie, quali, ad esempio, sali minerali, cutina o lignina. Detta parete può andare incontro anche a delle modificazioni strutturali, come la pigmentazione, la suberificazione, la mineralizzazione e così via.

Fig. 4) Struttura e stratificazione della parete vegetale.

Dopo questo breve excursus all’interno del legno, viene spontaneo chiedersi: ma tutti i legni esistenti in natura sono uguali fra loro?

Per saperne di più, corri a leggere la seconda parte di questo articolo!

Tiziana

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