Definicja pojęcia:

celuloza

Celulozapolisacharyd czyli wielocukier zbudowany z beta-glukozy połączonej wiązaniami beta-1,4-glikozydowymi. Wzór sumaryczny ma postać (C6H10O5)x gdzie x oznacza liczbę reszt glukozowych. Celuloza pełni funkcję strukturalną, jest głównym składnikiem ścian komórkowych w komórkach roślin wyższych (drewno składa się w ok. 50% z celulozy, a bawełna w ok. 90%) ale także niektórych grzybów, bakterii i glonów. Nazywana jest też błonnikiem i stanowi ważny składnik diety ludzkiej.
  1. Budowa i właściwości celulozy
  2. Ściana komórkowa
  3. Zastosowanie celulozy

Budowa i właściwości celulozy

Jedna cząsteczka celulozy to nierozgałęziony łańcuch polisacharydowy składający się z 2500 - 10 000 reszt beta-glukozowych połączonych między sobą wiązaniami glikozydowymi. Podstawową jednostką strukturalną celulozy jest celobioza. Długie łańcuchy łączą się w pęczki nazywane micelami. W ścianie komórkowej micele łączą się w fibryle poprzez połączenie wiązaniami wodorowymi. Długie fibryle stworzone z cząsteczek celulozy tworzą wiele warstw. Pomiędzy wiązkami celulozy znajdują się pozostałe polisacharydy które je łączą.

Celuloza jest nierozpuszczalna w wodzie (ani w zimniej ani w gorącej) oraz w rozpuszczalnikach organicznych. Jest też odporna na rozcieńczone kwasy a hydroliza zachodzi dopiero w obecności kwasów stężonych. Celuloza rozpuszcza się w odczynniku Schweitzera oraz Cross-Bewena. Jej wiązania ulegają rozerwaniu pod wpływem enzymów nazywanych celulazami. Celulazy należą do hydrolaz (trzecia klasa enzymów) i działają na zasadzie katalizy reakcji hydrolizy wiązań β-1,4-glikozydowych pomiędzy cząsteczkami glukozy znajdującymi się w celulozie. W przebiegu reakcji powstaje celobioza (dwucukier) a produktem końcowym jest glukoza.
Fragment łańcucha celulozy. Źródło: Wikipedia
 Wiele ssaków, w tym człowiek, nie posiada celulaz w związku z czym nie są w stanie trawić celulozy. Jednak natura wyposażyła przeżuwacze oraz inne zwierzęta trawożerne w mikroorganizmy które potrafią wytwarzać celulazy. Żyją one w żołądkach zwierząt i pomagają im wykorzystywać błonnik jako źródło energii. Bakterie rozkładające celulozę występują też w przewodzie pokarmowym termitów. Niektóre ślimaki potrafią rozkładać celulozę bez udziału bakterii. Błonnik występuje w zdrewniałych częściach roślin, w okrywach nasiennych zbóż, w nasionach roślin strączkowych i w mniejszej ilości w owocach i w warzywach.

Błonnik pokarmowy można podzielić ze względu na właściwości na:
  • błonnik rozpuszczalny – są to węglowodany które mogą być rozkładane przez drobnoustroje w jelitach i częściowo przyswajane oraz metabolizowane. Do tej grupy należą m.in. pektyny, chemicelulazy, stachioza i rafinoza.
  • błonnik nierozpuszczalny – tzw. „włókno surowe”. Węglowodany te są oporne zarówno na działanie enzymów trawiennych jak i drobnoustrojów. Do tej grupy należy właśnie celuloza oraz lignina.

Mimo, że ludzie nie trawią celulozy, to błonnik znajdujący się w pożywieniu stanowi ważną część diety ponieważ usprawnia działanie układu pokarmowego. Począwszy od jamy ustnej pobudza wydzielanie śliny oraz funkcję żucia. W żołądku wiąże nadmiar kwasu solnego i ogranicza strawność składników odżywczych. Dalej spełnia funkcje w jelitach poprzez pobudzenie ich perystaltyki i ukrwienia a także stanowi ich wypełnienie. Obniża też stężenie cholesterolu we krwi, zmniejsza ryzyko wystąpienia cukrzycy i chorób sercowo-naczyniowych oraz zapobiega zaparciom.
Bawełna składa się w ok 90% celulozy. Źródło pixabay.com

Ściana komórkowa

Celuloza występuje w ścianie komórkowej roślin wyższych, niektórych grzybów, glonów i bakterii. Budowa ściany komórkowej jest uzależniona od funkcji jaką pełni dana komórka oraz jej umiejscowienia. Ściana komórek miękiszu będzie się różniła od ściany komórek twardzicy. Celuloza może stanowić od 40 do 60% suchej masy ścian komórkowych. Razem z celulozą występują inne substancje podporowe takie jak lignina, pektyna czy hemiceluloza. Stanowią one poprzeczne połączenia pomiędzy fibrylami celulozy.

Dzięki temu, że są ustawione w różnych kierunkach, ściana komórkowa jest bardzo oporna na uszkodzenia mechaniczne. Hemicelulazy są polisacharydami łatwiej rozpuszczalnymi niż celuloza. W zależności od gatunku w jakim występują różnią się nieco swoim składem. Mogą być zbudowane na przykład z ksyloglukanu i mimo, że podstawą też są cząsteczki beta-1,4-glukozy to zasadniczo różnią się od celulozy. Kolejnym zespajającym polisacharydem jest pektyna. Jest ona mniej zróżnicowana niż hemicelulozy, a składa się z monomerów pochodnej glukozy – cząsteczki sześciowęglowego kwasu alfa-galakturonowego. Również ważnym składnikiem ściany komórkowej jest lignina która ją usztywnia. Może stanowić do 35% jej suchej masy. Zbudowana jest z monomerów, które są pochodnymi alkoholi aromatycznych. Pierwotne ściany komórkowe zbudowane są głównie z celulozy, ale z obecnością hemicelulaz i pektyny. Natomiast grube wtórne ściany komórkowe wysycone są ligniną w obecności celulozy, hemicelulaz i pektyny.
Błonnik znajdujący się w pożywieniu nie jest trawiony przez człowieka ale uczestniczy w prawidłowej pracy układu pokarmowego. Źródło pixabay.com

Zastosowanie celulozy

Najwięcej celulozy znajduje się we włosach okrywających nasiona bawełny oraz we włóknach lnu i juty. Surowce te wykorzystywane są m.in. w przemyśle włókienniczym , do produkcji ubrań itp. Celulozę przemysłową można otrzymać z drewna wykorzystując metodę siarczynową bądź natronową. Pod wpływem reakcji chemicznej następuje oddzielenie ligniny od celulozy. Tak otrzymany produkt stosowany jest w wielu dziedzinach.

W laboratoriach wykorzystywany jako absorbent w chromatografii cienkowarstwowej i kolumnowej (metody analizy chemicznej służące wykrywaniu składników mieszaniny). Ma też różnorakie zastosowanie w produkcji leków. Może stanowić zarówno substancję wypełniającą jak i wiążącą czy rozsadzającą w tabletkach i kapsułkach. W czopkach jest wykorzystywana do zmniejszania sedymentacji (opadania) substancji czynnych. Dzięki temu, że jej grupy hydroksylowe mogą być estryfikowane kwasami oraz tworzyć połączenia eterowe to są stosowane w różnych preparatach leczniczych np. w postaci metylocelulozy, soli sodowej, karboksymetylocelulaz oraz koloksyliny. Celuloza stosowana jest też w produkcji papieru, lakierów, tworzy sztucznych ale też jako nitroceluloza w produkcji materiałw wybuchowych.
Celuloza stanowi budulec ściany komórkowej. Źródło Wikipedia.org

Bibliografia

  1. Alicja Szweykowska, Jerzy Szweykowski; “Botanika T.1. Morfologia”; Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa 2008;
  2. John McMurry; “Chemia organiczna”; Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa 2005;
  3. Zdzisława Otałęga (red. nacz.); “Encyklopedia biologiczna T. II”; Agencja Publicystyczno-Wydawnicza Opres, Kraków 1998;
  4. Bruce Alberts, Dennis Bray, Karen Hopkin, Alexander Johnson, Julian Lewis, Martin Raff, Keith Roberts, Peter Walter; “Podstawy biologii komórki”; Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa 2005;
Legenda. Pokaż objaśnienia oznaczeń i skrótów
Szukaj
Oceń stronę
Ocena: 4.2
Wybór wg alfabetu:
a b c ć d e f g h i j k l ł m n o q p r s ś t u v w x y z ż ź
Pasaż zakupowy