5.1: Stärke und Cellulose


Cellulose

Cellulose, ein faseriges Kohlenhydrat, das in allen Pflanzen vorkommt, ist der strukturelle Bestandteil von Pflanzenzellwänden. Da die Erde mit Vegetation bedeckt ist, ist Cellulose das häufigste aller Kohlenhydrate und macht über 50% des gesamten Kohlenstoffs im Pflanzenreich aus. Baumwollfibrillen und Filterpapier bestehen fast ausschließlich aus Zellulose (etwa 95%), Holz besteht zu etwa 50% aus Zellulose und das Trockengewicht der Blätter beträgt etwa 10% -20% Cellulose., Die größte Verwendung von Cellulose ist bei der Herstellung von Papier und Papierprodukten. Obwohl die Verwendung von Nicht Zellulose-Synthesefasern zunimmt, machen Rayon (aus Zellulose) und Baumwolle immer noch über 70% der Textilproduktion aus.

Cellulose ist wie Amylose ein lineares Polymer von Glucose. Es unterscheidet sich jedoch dadurch, dass die Glukoseeinheiten durch β-1,4-glykosidische Verbindungen verbunden sind, wodurch eine erweiterte Struktur als Amylose entsteht (Teil (a) von Abbildung 5.1.3)., Diese extreme Linearität ermöglicht eine große Wasserstoffbindung zwischen OH-Gruppen an benachbarten Ketten, wodurch sie sich eng in Fasern packen (Teil (b) von Abbildung 5.1.3). Infolgedessen zeigt Cellulose wenig Wechselwirkung mit Wasser oder einem anderen Lösungsmittel. Baumwolle und Holz beispielsweise sind in Wasser völlig unlöslich und weisen eine beträchtliche mechanische Festigkeit auf. Da Cellulose keine spiralförmige Struktur aufweist, bindet sie nicht an Jod, um ein farbiges Produkt zu bilden.

Abbildung 5.1.3: Cellulose., (a) In der Struktur der Cellulose besteht eine umfangreiche Wasserstoffbindung. (b) In diesem Elektronenmikrographen der Zellwand einer Alge besteht die Wand aus aufeinanderfolgenden Schichten von Zellulosefasern in paralleler Anordnung.

Cellulose ergibt D-Glucose nach vollständiger Säurehydrolyse, aber der Mensch ist nicht in der Lage, Cellulose als Glucosequelle zu metabolisieren. Unseren Verdauungssäften fehlen Enzyme, die die β-glykosidischen Verbindungen in Cellulose hydrolysieren können, so dass wir, obwohl wir Kartoffeln essen können, kein Gras essen können., Bestimmte Mikroorganismen können jedoch Cellulose verdauen, da sie das Enzym Cellulase bilden, das die Hydrolyse von Cellulose katalysiert. Das Vorhandensein dieser Mikroorganismen im Verdauungstrakt von pflanzenfressenden Tieren (wie Kühen, Pferden und Schafen) ermöglicht es diesen Tieren, die Zellulose aus Pflanzenmaterial zu Glukose für Energie abzubauen. Termiten enthalten auch cellulasesekretierende Mikroorganismen und können somit auf einer Holzdiät bestehen. Dieses Beispiel zeigt einmal mehr die extreme Stereospezifität biochemischer Prozesse.

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