Функция целлюлозы в растениях

Что такое целлюлоза? Факты и функции

Целлюлоза [(C ₆ H ₁₀ O ₅ ) _n ] – это органическое соединение и самый распространенный биополимер на Земле. Это сложный углевод или полисахарид, состоящий из сотен и тысяч молекул глюкозы, связанных вместе в цепь. Хотя животные не производят целлюлозу, ее производят растения, водоросли, а также некоторые бактерии и другие микроорганизмы. Целлюлоза является основной структурной молекулой в клеточных стенках растений и водорослей.

История

Французский химик Ансельм Пайен обнаружил и выделил целлюлоза в 1838 году. Пайен также определил химическую формулу. В 1870 году первый термопластический полимер, целлулоид, был произведен компанией Hyatt Manufacturing Company с использованием целлюлозы. Отсюда целлюлоза использовалась для производства вискозы в 1890-х годах и целлофана в 1912 году. Герман Штаудингер определил химическую структуру целлюлозы в 1920 году. В 1992 году Кобаяши и Шода синтезировали целлюлозу без использования каких-либо биологических ферментов.

Химическая структура и свойства

Целлюлоза образуется через β (1 → 4) -гликозидные связи между звеньями D-глюкозы. Напротив, крахмал и гликоген образуются за счет α (1 → 4) -гликозидных связей между молекулами глюкозы. Связи в целлюлозе делают ее полимером с прямой цепью. Гидроксильные группы в молекулах глюкозы образуют водородные связи с атомами кислорода, удерживая цепи на месте и придавая волокнам высокую прочность на разрыв. В стенках растительных клеток множество цепей связываются вместе, образуя микрофибриллы.

Чистая целлюлоза не имеет запаха, вкуса, гидрофильна, нерастворима в воде и биоразлагаема. Он имеет температуру плавления 467 градусов Цельсия и может разлагаться до глюкозы при кислотной обработке при высокой температуре.

Функции целлюлозы

Целлюлоза – это структурный белок растений и водорослей. Волокна целлюлозы опутаны полисахаридной матрицей для поддержки стенок растительных клеток. Стебли растений и древесина поддерживаются целлюлозными волокнами, распределенными в лигниновой матрице, где целлюлоза действует как арматурный стержень, а лигнин действует как бетон. Самая чистая натуральная форма целлюлозы – это хлопок, который на 90% состоит из целлюлозы. Напротив, древесина состоит на 40-50% из целлюлозы.

Некоторые виды бактерий выделяют целлюлозу для образования биопленок. Биопленки обеспечивают поверхность прикрепления для микроорганизмов и позволяют им организовываться в колонии.

Хотя животные не могут производить целлюлозу, это важно для их выживания. Некоторые насекомые используют целлюлозу в качестве строительного материала и пищи. Жвачные животные используют симбиотические микроорганизмы для переваривания целлюлозы. Люди не могут переваривать целлюлозу, но это основной источник нерастворимых пищевых волокон, которые влияют на усвоение питательных веществ и способствуют дефекации..

Важные производные

Существует много важных производных целлюлозы. Многие из этих полимеров поддаются биологическому разложению и являются возобновляемыми ресурсами. Соединения, производные целлюлозы, как правило, нетоксичны и не вызывают аллергию. К производным целлюлозы относятся:

• Целлулоид
• Целлофан
• Вискоза
• Ацетат целлюлозы
• Триацетат целлюлозы
• Нитроцеллюлоза
• Метилцеллюлоза
• Целлюлоза сульфат
• Этулоза
• Этилгидроксиэтилцеллюлоза
• Гидроксипропилметилцеллюлоза
• Карбоксиметилцеллюлоза (целлюлозная камедь)

Коммерческое использование

Основным коммерческим использованием целлюлозы является производство бумаги, где крафт-процесс используется для отделяют целлюлозу от лигнина. Волокна целлюлозы используются в текстильной промышленности. Хлопок, лен и другие натуральные волокна могут использоваться напрямую или обрабатываться для производства вискозы. Микрокристаллическая целлюлоза и порошковая целлюлоза используются в качестве наполнителей лекарств и пищевых загустителей, эмульгаторов и стабилизаторов. Ученые используют целлюлозу для фильтрации жидкостей и тонкослойной хроматографии. Целлюлоза используется в качестве строительного материала и электроизолятора. Он используется в повседневных бытовых материалах, таких как кофейные фильтры, губки, клеи, глазные капли, слабительные средства и пленки. В то время как целлюлоза из растений всегда была важным топливом, целлюлозу из отходов животноводства также можно перерабатывать для производства бутанольного биотоплива.

Источники

• Дхингра, Д; Майкл, М; Раджпут, H; Патил, Р. Т. (2011). «Пищевые волокна в продуктах питания: обзор». Журнал пищевой науки и технологий . 49 (3): 255–266. DOI: 10.1007/s13197-011-0365-5
• Клемм, Дитер; Хойблен, Бриджит; Финк, Ханс-Петер; Бон, Андреас (2005). «Целлюлоза: увлекательный биополимер и экологически чистое сырье». Энгью. Chem. Int. Эд . 44 (22): 3358–93. doi: 10.1002/anie.200460587
• Меттлер, Мэтью С .; Mushrif, Samir H ​​.; Полсен, Алекс Д .; Javadekar, Ashay D .; Vlachos, Dionisios G .; Дауэнхауэр, Пол Дж. (2012). «Выявление химии пиролиза для производства биотоплива: превращение целлюлозы в фураны и малые оксигенаты». Energy Environ. Sci. 5: 5414–5424. DOI: 10.1039/C1EE02743C
• Нишияма, Ёсихару; Ланган, Пол; Шанзи, Анри (2002). «Кристаллическая структура и система водородных связей в целлюлозе Iβ по данным синхротронной рентгеновской дифракции и дифракции нейтронного волокна». Дж. Являюсь. Chem. Соц. . 124 (31): 9074–82. doi: 10.1021/ja0257319
• Стениус, Пер (2000). Химия лесных товаров . Бумажная наука и технология. Vol. 3. Финляндия: Fapet OY. ISBN 978-952-5216-03-5.

Источник

какую функцию выполняет целлюлоза?

Целлюло́за (фр. cellulose от лат. cellula — «клетка, клетушка» ) — (C6H10O5)n[1], белое твердое вещество, нерастворимое в воде, молекула имеет линейное (полимерное) строение, структурная единица — остаток β-глюкозы [С6Н7О2(OH)3]n. Полисахарид, главная составная часть клеточных оболочек всех высших растений. Целлюлоза была обнаружена и описана французским химиком Ансельмом Пайя в 1838 году. Физические свойства Целлюлоза — белое твердое, стойкое вещество, не разрушается при нагревании (до 200 °C). Является горючим веществом, температура воспламенения 275 °С, температура самовоспламенения 420 °С (хлопковая целлюлоза) . Не растворима в воде и слабых кислотах. Целлюлоза представляет собой длинные нити, содержащие 300—10 000 остатков глюкозы, без боковых ответвлений. Эти нити соединены между собой множеством водородных связей, что придает целлюлозе большую механическую прочность, при сохранении эластичности. Зарегистрирована в качестве пищевой добавки E460. Химические свойства Целлюлоза состоит из остатков молекул глюкозы, которая и образуется при гидролизе целлюлозы: (C6H10O5)n + nH2O nC6H12O6 Серная кислота с йодом, благодаря гидролизу, окрашивают целлюлозу в синий цвет. Один же йод — только в коричневый. При реакции с азотной кислотой образуется нитроцеллюлоза (тринитрат целлюлозы) : В процессе этерификации целлюлозы уксусной кислотой получается триацетат целлюлозы.

Самый наглядный пример целлюлозы вы можете найти в своей домашней аптечке – это вата, полученная из хлопка. Она содержит примерно 99,8 % чистейшей целлюлозы. Второй пример – древесина, содержащая до 50% целлюлозы. От старых гниющих листьев и сухого хвороста до корабельных сосен и вековых дубов, от самого тоненького корешка до верхней почки любого растения – это всё примеры клетчатки-целлюлозы. Человек давно научился употреблять целлюлозу в своих целях, и делает это нещадно: целлюлоза — один из немногих природных материалов, которые постоянно возобновляются. Ее применяют для изготовления вискозы, ацетатного волокна, искусственных шелка и шерсти. Хлопок – природная целлюлоза – используется для изготовления хлопчатобумажных тканей. Лён в постельном белье и скатерти, пенька в веревках и канатах, солома в саманных кирпичах, бумажный блокнот и кинопленка, бездымный порох и паркетный лак, дрова и опилки.. . В конце концов, деревянные дома и парусные корабли – это все клетчатка-целлюлоза! Есть и еще одно применение целлюлозы, очень важное для человека. Нерастворимая ни в воде, ни в слабых кислотах клетчатка при попадании в желудочно-кишечный тракт действует как ершик для мытья посуды – она оттирает стенки кишечника от налипшей грязи, впитывает накопившиеся токсины, активно адсорбирует холестерин и выводит это все из организма. Ее используют в различных диетах для достижения чувства насыщения и улучшения перистальтики (подвижности) кишечника. Замечено, что люди, употребляющие черный хлеб с отрубями (та же клетчатка. ) значительно реже приобретают рак прямой кишки. Хотите сохранить здоровье – ешьте клетчатку!

Источник

Целлюлоза

Целлюлоза (клетчатка) – структурный полисахарид, является основным компонентом клеточных стенок растений.

Целлюлоза придает растительной ткани механическую прочность и эластичность, выполняя роль опорного материала растений. В природе целлюлоза не встречается в чистом виде. Волокна хлопка содержат 96-98% целлюлозы, в различных видах древесины содержание ее составляет 40-60%. Волокна льна и конопли состоят преимущественно из клетчатки. Важнейшими спутниками целлюлозы являются лигнин, гемицеллюлозы, пектиновые вещества, смолы и жиры.

Структурной единицей целлюлозы является b-D-глюкопираноза, звенья которой связаны b-(1→4)-гликозидными связями. Это подтверждается тем, что при частичном гидролизе клетчатки образуется дисахарид целлобиоза, имеющий тоже b-(1→4)-гликозидную связь.

Строение клетчатки можно выразить следующей формулой:

b-Д-глюкопираноза в составе клетчатки находится в креслообразной конформации. Это исключает возможность спирализации полиглюкозидной цепи, поэтому молекула целлюлозы сохраняет строго линейное строение.

В растительных клеточных стенках молекулы целлюлозы связаны друг с другом бок о бок, образуя структурные единицы, получившие названия микрофибрилл.

Каждая микрофибрилла состоит из пучка молекул целлюлозы, расположенных по ее длине параллельно друг другу.

Рентгеноструктурные исследования показали, что в полимерной цепи остатки молекул глюкозы повернуты относительно друг друга на 180°С, что делает возможным образование водородных связей между ОН-группой при атоме С-3 одного глюкозного остатка и кислородом пиранозного кольца следующего остатка глюкозы. Это препятствует вращению расположенных рядом остатков глюкозы вокруг соединяющей их гликозидной связи. В результате образуется жесткая линейная и пространственная структуры.

Целлюлоза не растворяется в воде, но в ней набухает. Она не усваивается организмом человека, т.к. в организме не вырабатывается фермент, способный расщеплять b-гликозидную связь. Однако она является необходимым для нормального питания балластным веществом, выполняющим энтеросорбентную функцию. Целлюлоза усваивается травоядными животными, в желудочно-кишечном тракте которых находится специфическая микрофлора, вырабатывающая фермент целлюлазу.

Схему гидролиза целлюлозы можно представить:

Кислотный гидролиз целлюлозы при температуре 170°С приводит к образованию глюкозы, которая используется для получения кормовых дрожжей, этилового спирта. В промышленности из целлюлозы получают хлопчатобумажные ткани, бумагу и целый ряд химических продуктов: вискозу, целлоффан, кинопленку, ацетатный шелк и др.

Понравилась статья? Добавь ее в закладку (CTRL+D) и не забудь поделиться с друзьями:

Источник