Introducción
La celulosa es un compuesto orgánico que pertenece a la categoría de polisacáridos. Es un polímero compuesto por subunidades de glucosa. Se encuentra en las células bacterianas y vegetales y está abundantemente presente en sus paredes celulares. La celulosa juega un papel importante en la estructura y resistencia de las plantas. También encuentra gran importancia en la industria.
en este artículo, estudiaremos la estructura, las propiedades y la síntesis de la celulosa. También discutiremos su ocurrencia e importancia en las plantas., Al final, hablaremos de los usos industriales de la celulosa. Así que sigue leyendo.
Estructura
la Celulosa es un compuesto de miles de D-glucosa subunidades. Las subunidades de glucosa en la celulosa están unidas a través de enlaces glucosídicos beta 1-4.
contrariamente a los otros polisacáridos, la orientación de las moléculas de glucosa en la celulosa se invierte. Tienen orientación beta en la que el grupo hidroxilo del carbono anomérico o carbono número uno se dirige por encima del plano del anillo de glucosa., Los grupos hidroxilo del resto de los átomos de carbono se dirigen por debajo del plano del anillo.
para crear enlaces glucosídicos beta 1-4, cada molécula de glucosa alternativa en celulosa se invierte. El grupo hidroxilo del carbono 1 se dirige hacia arriba, y el del carbono 4 se dirige hacia abajo. Ahora, para hacer un enlace glucosídico beta 1-4, una de estas moléculas debe invertirse para que ambos grupos hidroxilo vengan en el mismo plano. Esta es la razón de la inversión de cada molécula alternativa de glucosa en la celulosa.
La celulosa es una molécula no ramificada., Las cadenas poliméricas de glucosa están dispuestas en un patrón lineal. A diferencia del almidón o el glucógeno, estas cadenas no experimentan ningún enrollado, formación de hélices o ramificación. Más bien, estas cadenas están dispuestas paralelas entre sí. Los enlaces de hidrógeno se forman entre estas cadenas debido a los átomos de hidrógeno y los grupos hidroxilo que mantienen firmemente unidas las cadenas. Esto resulta en la formación de microfibrillas de celulosa que son firmes y fuertes.
La celulosa está presente en las células vegetales en forma de microfibrillas de celulosa. Estas microfibrillas juntas forman polisacáridos o matriz de celulosa., Más detalles de la matriz de polisacáridos serán discutidos en otro lugar en este artículo.
propiedades
La celulosa difiere del resto de polisacáridos en sus propiedades. Las propiedades únicas de la celulosa se deben a su estructura única. También dependen del número de subunidades de glucosa presentes en la celulosa., Tiene las siguientes propiedades;
- La celulosa es el carbohidrato más abundante presente en la naturaleza
- Es insoluble en agua
- La celulosa es un sólido cristalino que tiene un aspecto polvoriento blanco
- Tiene una alta resistencia a la tracción debido a los firmes enlaces de hidrógeno entre las cadenas individuales en microfibrillas de celulosa., La resistencia a la tracción de las microfibrillas de celulosa es comparable a la del acero
- la disposición alternativa de las moléculas de glucosa en celulosa también contribuye a la alta resistencia a la tracción de la celulosa
- Es soluble en disolventes orgánicos
síntesis
La celulosa es síntesis no se produce en animales. Se limita solo a plantas o bacterias. La biosíntesis de celulosa en dos organismos sigue diferentes pasos
plantas
en las plantas, la síntesis de celulosa tiene lugar en complejos especiales presentes en la membrana celular llamados complejos terminales de roseta., Estos complejos son las proteínas transmembranas hexaméricas que son capaces de flotación libre en la membrana plasmática. Contienen al menos tres enzimas de celulosa sintasa.
estas rosetas transmembrana realizan dos funciones; polimerización de residuos de glucosa para formar cadena de celulosa y ensamblaje de microfibrillas de celulosa.
síntesis de cadena de celulosa
el proceso de síntesis de cadena de celulosa comienza en el extremo citoplasmático de los complejos terminales de roseta. Las enzimas de la celulosa sintasa utilizan residuos de glucosa proporcionados por UDP-glucosa.,
en el primer paso, la glucosa-6-fosfato se convierte en glucosa-1-fosfato en el citoplasma de las células vegetales por la enzima fosfoglucomutasa. Este paso es común en la síntesis de almidón, glucógeno y celulosa.
en el siguiente paso, UTP y glucosa-1-fosfato reaccionan para formar UDP-glucosa y se libera una molécula de pirofosfato. La hidrólisis del pirofosfato hace que este paso sea irreversible. También es el paso limitante de velocidad en la síntesis de celulosa.
la celulasa sintasa requiere una imprimación para la síntesis de cadenas de celulosa., La molécula esteroide sitosterol-beta-glucósido cumple la función de imprimación en la síntesis de celulosa.
la celulosa sintasa comienza a construir una cadena de celulosa en la imprimación utilizando residuos de glucosa proporcionados por moléculas de UDP-glucosa. Se une a los residuos de glucosa a través de enlaces glucosídicos beta 1-4 para formar una larga cadena de celulosa liberando moléculas UDP.
Las moléculas UDP pueden ser convertidas en UTP por ciertas quinasas.,
ensamblaje de microfibrillas de celulosa
Una vez que una cadena de celulosa se ha alargado a una cierta longitud, la enzima celulasa presente en el citoplasma escinde esta cadena de la imprimación.
los complejos de roseta mueven esta cadena a través de la membrana plasmática hacia la pared celular.
en la pared celular, diferentes cadenas de celulosa están dispuestas paralelas entre sí y se forman enlaces de hidrógeno entre ellas. Esto resulta en la formación de microfibrillas de celulosa con alta resistencia a la tracción.,
bacterias
Las bacterias utilizan la misma familia de enzimas para la síntesis de celulosa que las plantas. Sin embargo, las enzimas bacterianas están codificadas por diferentes genes. Otra hipótesis es que las plantas adquirieron las enzimas de síntesis de celulosa de las bacterias después de la endosimbiosis.
Animales
La celulosa también es sintetizada por algunos animales llamados tunicados. Los tunicados son animales invertebrados que se encuentran en el mar. Tienen una cáscara dura que encierra el delicado cuerpo del animal. La celulosa se encuentra en la cáscara de estos animales.,
el proceso de síntesis de celulosa también es de alguna manera el mismo que en las plantas y bacterias. La estructura de la celulosa es esencialmente la misma.
red de celulosa en la pared celular de las plantas
comprender la disposición de las microfibrillas de celulosa y la matriz de polisacáridos en la pared celular de las plantas también es importante.
hemos estudiado anteriormente que a medida que se sintetizan las cadenas de celulosa, se exportan fuera de la célula a la pared celular., Aquí las cadenas de celulosa están dispuestas en paralelo formando enlaces de hidrógeno entre ellas. Esto resulta en la formación de microfibrillas de celulosa.
la matriz de polisacáridos se forma cuando otras moléculas de azúcar interactúan con estas microfibrillas de celulosa. En la pared celular primaria de las plantas, los glucanos y arabinoxilanos son los dos componentes principales de la matriz de polisacáridos. Estos polisacáridos interactúan entre sí y forman una red entre las microfibrillas de celulosa. Esta red se fortalece mediante la formación de enlaces cruzados., Estos enlaces cruzados se forman cuando los residuos de arabinoxilano reaccionan con ácidos como el ácido ferúlico (FA) y el ácido diferúlico (DFA). Debido a esta razón, también se dice que la matriz de polisacáridos se compone de polisacáridos ácidos.
además de las microfibrillas de celulosa y la matriz de polisacáridos, la pared celular primaria también contiene polisacáridos reticulados. Estos polisacáridos cruzan las microfibrillas de celulosa para formar una red compleja. El más importante de estos polisacáridos reticulantes es la hemicelulosa., Es un derivado de la celulosa y se discutirá brevemente hacia el final de este artículo.
El calcio también juega un papel importante en la formación de redes. Cruza los polisacáridos ácidos presentes en la matriz de polisacáridos.
ocurrencia
La celulosa es el biopolímero más producido en la tierra. Está presente en la pared celular de todas las células vegetales. La celulosa también está presente en la pared celular de otros organismos como bacterias y algas.
la forma más pura de celulosa es el algodón, que contiene alrededor del 98% de celulosa., Además, la celulosa también está presente en la madera obtenida de los árboles.
aunque las células animales no tienen pared celular, la celulosa también se encuentra en algunas de las especies animales. Está presente en las conchas de tunicados, los animales invertebrados que se encuentran en el mar.
Celulólisis
El proceso de degradación de la celulosa se llama celulólisis. Puede ser discutido bajo tres títulos; en plantas, animales, y sobre la exposición al calor.
plantas
La celulosa no se degrada normalmente en las plantas excepto en condiciones de enfermedad., En la mayoría de las enfermedades, los patógenos penetran en la célula vegetal después de degradar la pared celular de la planta. Esta degradación de la pared celular se lleva a cabo por enzimas celulolíticas que interrumpen o rompen la celulosa presente en las microfibrillas.
Las diversas enzimas celulolíticas se conocen colectivamente como enzimas celulasas. Estas enzimas son producidas por varias bacterias, hongos y otros parásitos de las plantas.
Animales
la degradación de la Celulosa tiene lugar en el tracto digestivo de algunos de los mamíferos., Por lo general, es difícil digerir la celulosa debido a la extensa reticulación que existe entre sus fibras en la pared celular de la planta. Sin embargo, la digestión se puede facilitar si se disuelve en algunos disolventes polares como soluciones iónicas, etc.
la digestión de celulosa se limita a herbívoros como vacas, cabras, ovejas, etc. Estos mamíferos tienen bacterias que viven en una relación simbiótica dentro del tracto digestivo de estos mamíferos. Estos incluyen Cellulomonas y especies bacterianas Ruminococcus.
estas bacterias producen la enzima celulasa que degrada la celulosa presente en la dieta de estos mamíferos., Los productos de degradación de la celulosa son utilizados por las bacterias para su propio crecimiento y proliferación.
Las bacterias son posteriormente digeridas por las enzimas del tracto digestivo del mamífero. De esta manera, la celulosa presente en las bacterias se convierte en una parte del cuerpo de los mamíferos.,
dos tipos de enzimas están involucradas en este proceso;
- celulasas, actúan sobre los residuos de glucosa presentes dentro de la cadena y rompen los linajes beta 1-4
- Glucosidasas, actúan sobre los extremos de la cadena y eliminan los residuos terminales de glucosa al romper los enlaces glucosídicos
La celulosa no se digiere en el sistema digestivo humano debido a la falta de las enzimas que rompen los enlaces glucosídicos beta 1-4.
termólisis
termólisis significa la descomposición de la celulosa cuando se expone a altas temperaturas o calor.,
la termólisis de la celulosa se produce a 350 grados, cuando se descompone en vapores de dióxido de carbono y otros aerosoles. Esta temperatura se llama temperatura termolítica o temperatura pirolítica.
la fusión de celulosa a temperatura pirolítica contiene cadenas cortas compuestas de dos a siete subunidades.
Los aerosoles que surgen a esta temperatura pirolítica contienen oligómeros de celulosa en forma anhidra. Estas moléculas anhidras se derivan de la fusión.
importancia
La celulosa encuentra una profunda importancia en plantas, animales, microorganismos, así como en la industria.,
plantas
La celulosa proporciona rigidez a las células vegetales. La alta resistencia a la tracción de las fibras de celulosa presentes en la pared celular de la planta es responsable de mantener la forma y rigidez de las células vegetales. Es debido a las fibras de celulosa tan fuertes en la pared celular que las células vegetales no estallan como las células animales cuando se colocan en una solución hipotónica.
microorganismos
La celulosa es un componente de las paredes celulares de bacterias y algas. Proporciona rigidez a estas células, así como mantiene su forma y estructura.,
Animales
es una importante fuente dietética de carbohidratos en herbívoros como cabras y ovejas.
en otros mamíferos y humanos, no se puede digerir. Sin embargo, actúa como una fibra voluminosa necesaria para la salud del tracto gastrointestinal.
industria
La celulosa se utiliza en diferentes industrias para el bienestar de la humanidad. Los siguientes son algunos de sus usos:
- La celulosa se utiliza para hacer papel, cartón, cartulina, cartulina y otros productos de papel.
- Se utiliza en la industria textil para hacer ropa., Diferentes prendas se hacen con algodón y otras fibras vegetales.
- Se utiliza para hacer papel de aislamiento eléctrico en la industria eléctrica.
- Se utiliza para hacer bio-combustible.
- La celulosa se utiliza en la pólvora.
- se utiliza como estabilizador en diferentes drogas.
- Se utiliza en laboratorios biológicos como fase estacionaria para la cromatografía.
resumen
- La celulosa es el polisacárido estructural más importante presente en las plantas.
- se compone de cadenas no ramificadas de moléculas de glucosa unidas a través de enlaces glucosídicos beta 1-4.,
- cada molécula alternativa de glucosa en las cadenas de celulosa se invierte. Estas cadenas están dispuestas paralelas entre sí para formar microfibrillas.
- Se sintetiza por rosetas especiales complejos transmembrana presentes en la membrana plasmática de las células vegetales.
- Las microfibrillas de celulosa están reticuladas a través de moléculas de hemicelulosa.
- La matriz de polisacáridos con polisacáridos ácidos también está presente junto con microfibrillas de celulosa en la pared celular de las plantas.,
- La celulosa está presente en la pared celular de plantas, algas y bacterias, y también en la cáscara de tunicados.
- La celulosa se digiere solo en herbívoros.
- En las plantas, la celulosa es degradada por enzimas patógenas. También sufre degradación a 350 grados Celsius de temperatura.
- proporciona resistencia y rigidez a las células vegetales y bacterianas, así como a las algas.
- Es una fuente de carbohidratos para los herbívoros.
- La celulosa produce las fibras a granel en la dieta humana.,
- se utiliza en la industria para los fines siguientes:
- Para hacer papel y productos de papel
- Para realizar el aislamiento de papel
- Como biocombustible
- Como una fase estacionaria en la cromatografía
- Para hacer pólvora
