Целулоза - биологија
Димер на гликоза, прикажан во конформација на стол (единица за целобиоза)
нерастворлив во вода [1]
На Целулоза (често исто така целулоза) е главната компонента на растителните клеточни wallsидови (масен дел приближно 50%) и со тоа најчестото органско соединение и исто така најчестиот полисахарид (полисахарид). Тој е неразгранет и се состои од неколку стотици до десет илјади β-Д-глукозни молекули (β-1,4-гликозидна врска) или целобиозни единици. Молекулите на целулоза се акумулираат за да формираат повисоки структури кои, како влакна отпорни на солзи кај растенијата, често имаат статички функции. Целулозата е важна како суровина за производство на хартија, но исто така и во хемиската индустрија и други области.
приказна
Целулозата е откриена во 1838 година од страна на францускиот хемичар Анселме Пајен, кој ја изолирал од растенијата и ја утврдил нивната хемиска формула. [2] Целулозата е направена во 1870 година од страна на Компанија за производство на Хајат се користи за производство на првиот пластомер, целулоид. Херман Штаудингер ја утврди структурата на целулозата во 1920 година. Во 1992 година, целулозата беше хемиски синтетизирана од Кобајаши и Шода (без помош на биолошки базирани ензими). [3]
хемија
Целулозата е полимер (Полисахарид „Повеќекратен шеќер“) од мономерот целобиоза, дисахарид („двоен шеќер“). Мономерите се поврзани едни со други со β-1,4-гликозидни врски. Самата целобиоза се состои од две молекули на моносахарид ('едноставен шеќер') глукоза. И тука постои β-1,4-гликозидна врска, така што глукозата често се дефинира и како мономер на целулоза.
Мономерите се поврзани со реакција на кондензација во која две хидроксилни групи (-OH) формираат молекула на вода (H2O), а преостанатиот атом на кислород ја поврзува основната структура во форма на прстен (пиран прстен) на двата мономера. Покрај оваа силна, ковалентна врска, помалку силните водородни врски се формираат и интрамолекуларно. [4] Молекулата на целулоза често се состои од неколку илјади единици на глукоза.
карактеристики
Целулозата е нерастворлива во вода и во повеќето органски растворувачи. Сепак, растворувачи како што се диметилацетамид/литиум хлорид или диметил сулфоксид/тетрабутиламониум флуорид и амонијак/Cu 2+ (реагенс на Швајцер) можат да ја растворат целулозата. Може да се подели со силни киселини. Со концентрирани киселини на покачени температури, целулозата може да се разложи на глукоза со кршење на гликозидните врски.
Хемиската компанија БАСФ разви процес на инјектирање во кој целулозата физички се раствора во јонска течност. Овој раствор може да се користи за хемиски синтези кои претходно не беа можни. [5]
биосинтеза
Во повеќето растенија, целулозата е од фундаментално значење како структурна супстанција. Влакната во дрвенести и не дрвени растенија се состојат од мноштво фибрили, кои пак се состојат од бројни целулозни молекули распоредени паралелно едни на други. Целулозни микрофибрили се синтетизираат во плазматската мембрана на клетката во таканаречените розетни комплекси. Овие содржат ензим целулоза синтаза, која произведува β-D-глукани (Д-глукозни полимери со β-врска) и со тоа го поврзува првиот атом на јаглерод од една молекула на Д-глукоза со четвртиот атом на јаглерод од друга молекула на Д-глукоза. Производството на ланецот глукан бара два основни чекори. Прво, сахарозата синтаза ја дели дисахарид (двоен шеќер) сахароза во своите мономери гликоза и фруктоза со цел да обезбеди гликоза. Гликозата сега е поврзана со целулозна синтаза со уридин дифосфат (UDP) и формира UDP-глукоза. Во понатамошен чекор, врзаната гликоза сега се пренесува на не-редуцирачкиот шеќер во растечкиот ланец глукан. Глуканскиот ланец или ензимот потоа се движат понатаму, така што може да се случи понатамошен чекор за синтеза.
Целулозата се формира во плазматската мембрана и се поврзува за да се формираат влакнести структури. Тогаш, просторниот распоред на целулозните фибрили се одвива преку микротубули.
употреба
Растителниот материјал кој се состои главно од целулоза, луѓето го користеле како гориво за готвење и загревање уште од барем палеолитското време. Целулозата е исто така важна суровина за употреба на материјал, но исто така е важна и како природна или додадена компонента на храна и добиточна храна. Бидејќи целулозата се јавува и во скоро сите видови на растителна биомаса, таа е важна и во многу други области, како на пр Б. во дрво (лигноцелулоза) како градежен материјал итн.
необработен матерјал
Целулозата е важна суровина за производство на хартија. Како суровина се користи дрвото богато со лигнин и целулоза. Ова се користи за производство на дрвена пулпа, која се користи за помалку квалитетна хартија. Со отстранување на содржината на лигнин, може да се користи пулпа, која главно се состои од целулоза и може да се користи за хартии со повисок квалитет.
Во индустријата за облека, растителните влакна, кои главно се состојат од целулоза, се користат за разни ткаенини. Примери се памучни и коси влакна од лен, кои се преработуваат во лен.
Друг регенериран целулозен материјал е целофан (целулозен хидрат), што е вообичаен материјал за пакување во форма на фолии. Исто така, може да се произведат синтетички целулозни влакна ("вискоза"). За таа цел, алкален раствор на ксантогенизирана целулоза („раствор на вискоза“) се преработува во нишки, т.н. регенерирани влакна (на пр. Вискоза).
Широк спектар на деривати на целулоза се користат на многу начини, како на пр. Метил целулоза, ацетат на целулоза и нитрат на целулоза во градежништвото, текстилната и хемиската индустрија. Целулоидот, првиот термопластичен, потекнува од целулозен нитрат.
Бидејќи целулозата е природно достапна во големи количини, се прават обиди да се користи оваа обновлива суровина на пр. Б. да се направи целулозен етанол достапен како биогориво. Во моментов се водат интензивни истражувања за развој на биомаса на растенија, особено дрво и слама, за оваа намена.
Целулозата може да послужи и како природен изолационен материјал. [6] За оваа цел, сортираниот весник најпрво се распарчува во механички процес. Добиениот изолационен материјал од целулоза може да се разнесе непречено и да се користи за топлинска изолација и изолација на звукот. Процесот на дување се користи во Канада и САД од околу 1940 година. Предноста на овој изолационен материјал е еколошкото производство и понатамошната употреба на сортиран весник.
Во лабораторијата може да се користи како материјал за полнење за колонска хроматографија при одвојување на мешавини на супстанции.
храна
За разлика од скроб, сите повисоки живи организми, вклучително и типичните тревојади, не можат самите да ја разградуваат целулозата во цревата, иако и двете молекули се составени од молекули на глукоза. Тие ги поседуваат само ензимите кои α-1,4- или α-1,6-гликозидни врски (на пр. Во скроб) можат да се поделат (амилази), но не и оние со различна структура β-1,4-гликозидни врски на целулоза. Ова е причината зошто овие суштества (на пример, кравите) можат да ја користат високата енергетска содржина на овој јаглени хидрати само со помош на симбиотски бактерии кои обезбедуваат соодветни целулази и живеат во нивните црева.
Луѓето исто така немаат дигестивни ензими за разградување на целулозата. Со помош на анаеробни бактерии во првиот дел на дебелото црево, додатокот и дебелото црево што се искачува, само дел од целулозата од храната се распаѓа во масни киселини со краток ланец. Тие се апсорбираат преку мукозата на дебелото црево и се користат од метаболизмот. Покрај хемицелулозите, пектинот и лигнинот, целулозата е важно растително влакно во исхраната на луѓето.
Другите организми со слично структуриран дигестивен систем (моногастрични животни), како што се свињите, не можат ефикасно да ја варат целулозата.
Преживарите варат голем дел од целулозата и другите полисахариди во бубрегот. И тука се вклучени анаеробни бактерии, кои ја претвораат целулозата во масни киселини. Истото важи и за коњите и водните птици, каде што преработката се одвива во дебелото црево. Некои инсекти, како што е сребрената риба (Лепизам), се способни да ја варат целулозата со целулазите на организмот и не зависат од ендосимбионите.
Повеќето бактерии и габи, сепак, можат да ја разложат целулозата само преку нивните целулази до гликомниот димер целобиозата. Неколку протозои и габи како Аспергилус-, Пеницилиум- и Фузариум-Видовите исто така ги имаат потребните β-1,4-глукозидази или Целобии, кои ја разделија целобиозата на гликоза. [7] Некои габи во распаѓање на дрво, како што се Ceriporiopsis subvermispora исто така може да користи целобиоза преку Целобиоза дехидрогеназа (ЦДХ), екстрацелуларен хемофлавоензим, се распаѓа оксидативно. Ова создава глуконска киселина наместо гликоза. [8-ми]
Додаток на храна
Дериватите на целулоза или целулоза се користат и во прехранбената и фармацевтската индустрија, на пр. Б. како згуснувач, носач, филер, средство за ослободување, средство за обложување и средство за пена. Како додаток на храна, целулозата има ознаки E 460 до E 466:
E 460i - микрокристална целулоза E 460ii - целулоза во прав E 461 - метил целулоза E 463 - хидроксипропил целулоза E 464 - хидроксипропил метил целулоза E 465 - етил метил целулоза E 466 - карбоксиметил целулоза
Доказите се обезбедуваат со раствор на јод-цинк хлорид (сина боја).