Introduction
La Cellulose est un composé organique appartenant à la catégorie des polysaccharides. C’est un polymère composé de sous-unités de glucose. Il se trouve dans les cellules bactériennes et végétales et est abondamment présent dans leurs parois cellulaires. La Cellulose joue un rôle important dans la structure et la résistance des plantes. Il trouve également une grande importance dans l’industrie.
dans cet article, nous étudierons la structure, les propriétés et la synthèse de la cellulose. Nous discuterons également de son occurrence et de son importance dans les plantes., En fin de compte, nous parlerons des utilisations industrielles de la cellulose. Alors, continuez à lire.
Structure
la Cellulose est composée de milliers de D-glucose sous-unités. Les sous-unités de glucose dans la cellulose sont liées par des liaisons glycosidiques bêta 1-4.
Contrairement aux autres polysaccharides, l’orientation des molécules de glucose dans la cellulose est inversé. Ils ont une orientation bêta dans laquelle le groupe hydroxyle du carbone anomérique ou du carbone Numéro un est dirigé au-dessus du Plan du cycle glucose., Les groupes hydroxyles du reste des atomes de carbone sont dirigés sous le plan du cycle.
afin de créer des liaisons glycosidiques bêta 1-4, chaque molécule de glucose alternative dans la cellulose est inversée. Le groupe hydroxyle du carbone 1 est dirigé vers le haut, et celui du carbone 4 est dirigé vers le bas. Maintenant, pour faire une liaison glycosidique bêta 1-4, l’une de ces molécules doit être inversée de sorte que les deux groupes hydroxyle viennent dans le même plan. C’est la raison de l’inversion de chaque molécule de glucose alternative dans la cellulose.
la Cellulose est une molécule non ramifiée., Les chaînes polymères du glucose sont disposées selon un motif linéaire. Contrairement à l’amidon ou au glycogène, ces chaînes ne subissent aucun enroulement, formation d’hélice ou ramification. Au contraire, ces chaînes sont disposées parallèlement les unes aux autres. Les liaisons hydrogène sont formées entre ces chaînes en raison des atomes d’hydrogène et des groupes hydroxyle qui maintiennent fermement les chaînes ensemble. Il en résulte la formation de microfibrilles de cellulose qui sont fermes et solides.
la Cellulose est présente dans les cellules végétales sous forme de microfibrilles de cellulose. Ces microfibrilles forment ensemble une matrice de polysaccharide ou de cellulose., De plus amples détails sur la matrice polysaccharidique seront discutés ailleurs dans cet article.
propriétés
La Cellulose diffère du reste des polysaccharides par ses propriétés. Les propriétés uniques de la cellulose sont dues à sa structure unique. Ils dépendent également du nombre de sous-unités de glucose présentes dans la cellulose., Il a les propriétés suivantes;
- La Cellulose est l’hydrate de carbone le plus abondant présent dans la nature
- Il est insoluble dans l’eau
- La Cellulose est un solide cristallin ayant un aspect poudreux blanc
- Il a une grande résistance à la traction en raison des liaisons hydrogène fermes entre les chaînes individuelles, La résistance à la traction des microfibrilles de cellulose est comparable à celle de l’acier
- la disposition alternative des molécules de glucose dans la cellulose contribue également à la haute résistance à la traction de la cellulose
- Elle est soluble dans les solvants organiques
synthèse
La Cellulose est la synthèse Il est limité aux seules plantes ou bactéries. La biosynthèse de la cellulose chez deux organismes suit des étapes différentes
plantes
chez les plantes, la synthèse de la cellulose a lieu sur des complexes spéciaux présents au niveau de la membrane cellulaire appelés complexes terminaux de rosette., Ces complexes sont les protéines transmembranaires hexamériques capables de flotter librement dans la membrane plasmique. Ils contiennent au moins trois enzymes de cellulose synthase.
Ces rosettes transmembranaires remplissent deux fonctions: la polymérisation des résidus de glucose pour former une chaîne de cellulose et l’assemblage de microfibrilles de cellulose.
synthèse de la chaîne de Cellulose
le processus de synthèse de la chaîne de cellulose commence à l’extrémité cytoplasmique des complexes terminaux de rosette. Les enzymes de cellulose synthase utilisent des résidus de glucose fournis par l’UDP-glucose.,
Dans la première étape, le glucose-6-phosphate est converti en glucose-1-phosphate dans le cytoplasme des cellules végétales par la phosphoglucomutase de l’enzyme. Cette étape est courante dans la synthèse de l’amidon, du glycogène et de la cellulose.
dans l’étape suivante, L’UTP et le glucose-1-phosphate réagissent pour former L’UDP-glucose et une molécule de pyrophosphate est libérée. L’hydrolyse du pyrophosphate rend cette étape irréversible. C’est également l’étape limite de vitesse dans la synthèse de cellulose.
la Cellulase synthase nécessite une amorce pour la synthèse des chaînes de cellulose., La molécule stéroïde sitostérol-bêta-glucoside sert d’amorce dans la synthèse de la cellulose.
la synthase de cellulose commence à construire une chaîne de cellulose sur l’amorce en utilisant des résidus de glucose fournis par des molécules UDP-glucose. Il rejoint les résidus de glucose via des liaisons glycosidiques bêta 1-4 pour former une longue chaîne de cellulose libérant des molécules UDP.
Les molécules UDP peuvent alors être converties en UTP par certaines kinases.,
assemblage de microfibrilles de Cellulose
Une fois qu’une chaîne de cellulose a été allongée à une certaine longueur, l’enzyme cellulase présente dans le cytoplasme Clive cette chaîne de l’amorce.
Les complexes de rosette déplacent cette chaîne à travers la membrane plasmique dans la paroi cellulaire.
dans la paroi cellulaire, différentes chaînes de cellulose sont disposées parallèlement les unes aux autres et des liaisons hydrogène se forment entre elles. Il en résulte la formation de microfibrilles de cellulose à haute résistance.,
les Bactéries
les Bactéries utilisent la même famille d’enzymes pour la synthèse de la cellulose utilisée par les plantes. Cependant, les enzymes bactériennes sont codées par différents gènes. Une autre hypothèse est que les plantes ont acquis les enzymes de synthèse de la cellulose à partir de bactéries après l’endosymbiose.
Animaux
La Cellulose est également synthétisée par certains animaux appelés tuniciers. Les tuniciers sont des animaux invertébrés trouvés dans la mer. Ils ont une coquille dure qui entoure le corps délicat de l’animal. La Cellulose se trouve dans la coquille de ces animaux.,
le processus de synthèse de la cellulose est également en quelque sorte le même que dans les plantes et les bactéries. La structure de la cellulose est essentiellement la même.
réseau de Cellulose dans la paroi cellulaire des plantes
Il est également important de comprendre la disposition des microfibrilles de cellulose et de la matrice de polysaccharides dans la paroi cellulaire des plantes.
nous avons étudié plus tôt que lorsque les chaînes de cellulose sont synthétisées, elles sont exportées hors de la cellule dans la paroi cellulaire., Ici, les chaînes de cellulose sont disposées en parallèle formant des liaisons hydrogène entre elles. Il en résulte la formation de microfibrilles de cellulose.
la matrice polysaccharidique se forme lorsque d’autres molécules de sucre interagissent avec ces microfibrilles de cellulose. Dans la paroi cellulaire primaire des plantes, les glucanes et les arabinoxylanes sont les deux principaux composants de la matrice polysaccharidique. Ces polysaccharides interagissent entre eux et forment un réseau parmi les microfibrilles de cellulose. Ce réseau est renforcé par la formation de liens croisés., Ces réticulations se forment lorsque les résidus d’arabinoxylane réagissent avec des acides comme l’acide férulique (FA) et l’acide diférulique (DFA). Pour cette raison, on dit également que la matrice polysaccharidique est composée de polysaccharides acides.
en plus des microfibrilles de cellulose et de la matrice de polysaccharides, la paroi cellulaire primaire contient également des polysaccharides réticulés. Ces polysaccharides réticulent les microfibrilles de cellulose pour former un réseau complexe. Le plus important de ces polysaccharides réticulés est l’hémicellulose., C’est un dérivé de la cellulose et sera discuté brièvement vers la fin de cet article.
le Calcium joue également un rôle important dans la formation du réseau. Il réticuleles polysaccharides acides présents dans la matrice polysaccharidique.
Événement
la Cellulose est le plus abondamment produit biopolymère sur la terre. Il est présent dans la paroi cellulaire de toutes les cellules végétales. La Cellulose est également présente dans la paroi cellulaire d’autres organismes comme les bactéries et les algues.
la forme la plus pure de cellulose est le coton, qui contient environ 98% de cellulose., En outre, la cellulose est également présente dans le bois obtenu à partir des arbres.
bien que les cellules animales n’aient pas de paroi cellulaire, on trouve également de la cellulose chez certaines espèces animales. Il est présent dans les coquilles de tuniciers, les invertébrés trouvés dans la mer.
Cellulolyse
le processus de dégradation de la cellulose est appelé cellulolyse. Il peut être discuté sous trois rubriques; chez les plantes, les animaux et lors de l’exposition à la chaleur.
plantes
La Cellulose n’est normalement pas dégradée dans les plantes, sauf dans des conditions pathologiques., Dans la plupart des maladies, les agents pathogènes pénètrent dans la cellule végétale après avoir dégradé la paroi cellulaire végétale. Cette dégradation de la paroi cellulaire est réalisée par des enzymes cellulolytiques qui perturbent ou clivent la cellulose présente dans les microfibrilles.
Les différentes enzymes cellulolytiques sont collectivement connues sous le nom d’enzymes de cellulase. Ces enzymes sont produites par diverses bactéries, champignons et autres parasites des plantes.
Animaux
la dégradation de la Cellulose a lieu dans le tube digestif de certains mammifères., Il est généralement difficile de digérer la cellulose en raison de la réticulation extensive qui sort entre ses fibres dans la paroi cellulaire de la plante. Cependant, la digestion peut être facilitée si elle est dissoute dans certains solvants polaires comme les solutions ioniques, etc.
la digestion de la Cellulose est limitée aux herbivores comme les vaches, les chèvres, les moutons, etc. Ces mammifères ont des bactéries qui vivent en symbiose dans le tube digestif de ces mammifères. Ceux-ci comprennent les espèces bactériennes Cellulomonas et Ruminococcus.
ces bactéries produisent une enzyme cellulase qui dégrade la cellulose présente dans l’alimentation de ces mammifères., Les produits de dégradation de la cellulose sont utilisés par les bactéries pour leur propre croissance et prolifération.
Les bactéries sont ensuite digérées par les enzymes du tube digestif du mammifère. De cette façon, la cellulose présente dans les bactéries devient une partie du corps des mammifères.,
deux types d’enzymes sont impliqués dans ce processus;
- Cellulases, elles agissent sur les résidus de glucose présents dans la chaîne et brisent les lignées bêta 1-4
- Glucosidases, elles agissent sur les extrémités de la chaîne et éliminent les résidus de glucose terminaux en brisant les liaisons glycosidiques
La Cellulose n’est pas digérée dans le système digestif humain en raison de l’absence des enzymes qui brisent les liaisons glycosidiques bêta 1-4.
thermolyse
la thermolyse désigne la dégradation de la cellulose lorsqu’elle est exposée à une température ou à une chaleur élevées.,
la thermolyse de la cellulose se produit à 350 degrés, lorsqu’elle se décompose en vapeurs de dioxyde de carbone et d’autres aérosols. Cette température est appelée température thermolytique ou température pyrolytique.
la fusion de la cellulose à température pyrolytique contient des chaînes courtes composées de deux à sept sous-unités.
les aérosols apparaissant à cette température pyrolytique contiennent des oligomères de cellulose sous forme anhydre. Ces molécules anhydre sont dérivées de la masse fondue.
Importance
La Cellulose trouve une importance profonde dans les plantes, les animaux, les micro-organismes ainsi que dans l’industrie.,
plantes
La Cellulose assure la rigidité des cellules végétales. La haute résistance à la traction des fibres de cellulose présentes dans la paroi cellulaire végétale est responsable du maintien de la forme et de la rigidité des cellules végétales. C’est en raison de fibres de cellulose si fortes dans la paroi cellulaire que les cellules végétales n’éclatent pas comme les cellules animales lorsqu’elles sont placées dans une solution hypotonique.
les micro-organismes
la Cellulose est un composant des parois cellulaires des bactéries et des algues. Il fournit la rigidité à ces cellules aussi bien que maintient leur forme et structure.,
Animaux
C’est une importante source alimentaire de glucides dans les herbivores comme les chèvres et les moutons.
chez les autres mammifères et les humains, il ne peut pas être digéré. Cependant, il agit comme une fibre volumineuse nécessaire à la santé du tractus gastro-intestinal.
Industrie
la Cellulose est utilisé dans différentes industries pour le bien-être de l’humanité. Voici quelques-unes de ses utilisations:
- La Cellulose est utilisée pour fabriquer du papier, des cartons, des cartons, du papier cartonné et d’autres produits en papier.
- Il est utilisé dans l’industrie textile pour en faire des vêtements., Différents vêtements sont fabriqués en utilisant du coton et d’autres fibres végétales.
- Il est utilisé pour fabriquer du papier isolant électrique dans l’industrie électrique.
- Il est utilisé pour fabriquer du biocarburant.
- La Cellulose est utilisée dans la poudre à canon.
- Il est utilisé comme stabilisateur dans différents médicaments.
- Il est utilisé dans les laboratoires comme une phase stationnaire pour la chromatographie.
Résumé
- la Cellulose est le plus important dans la structure de polysaccharides présents dans les plantes.
- Il est constitué de chaînes non ramifiées de molécules de glucose liées par des liaisons glycosidiques bêta 1-4.,
- chaque autre molécule de glucose dans les chaînes de cellulose est inversée. Ces chaînes sont disposées parallèlement les unes aux autres pour former des microfibrilles.
- Il est synthétisé par des rosettes spéciales complexes transmembranaires présents dans la membrane plasmique des cellules végétales.
- les microfibrilles de cellulose sont réticulées par l’intermédiaire de molécules d’hémicellulose.
- une matrice polysaccharidique avec un polysaccharide acide est également présente avec des microfibrilles de cellulose dans la paroi cellulaire des plantes.,
- La Cellulose est présente dans la paroi cellulaire des plantes, des algues et des bactéries, ainsi que dans la coquille des tuniciers.
- La Cellulose est digérée uniquement chez les herbivores.
- chez les plantes, la cellulose est dégradée par des enzymes pathogènes. Il subit également une dégradation à une température de 350 degrés Celsius.
- Il fournit force et rigidité aux cellules végétales et bactériennes ainsi qu’aux algues.
- C’est une source de glucides pour les herbivores.
- La Cellulose fait les fibres en vrac dans l’alimentation humaine.,
- Il est utilisé dans l’industrie pour les fins suivantes:
- Pour faire du papier et produits de papier
- Pour faire de l’isolation papier
- Comme biocarburant
- Comme phase stationnaire en chromatographie
- Pour faire de la poudre à canon
