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Lexikon der Biologie: Cellulose

Cellulose w [von neulatein. cellulosus = aus Zellen bestehend], Zellulose, aus 500–5000 unverzweigten 4-β-Glucose-Einheiten aufgebautes wasserunlösliches Polysaccharid ( vgl. Abb. ), das neben Hemicellulosen und Pektinen den Hauptbestandteil der Gerüstsubstanz pflanzlicher Zellwände (Zellwand) und des Mantels der Manteltiere bildet. Intramolekulare Wasserstoffbrücken ( vgl. Abb. ) zwischen den 3-Hydroxylgruppen und den Ringsauerstoffatomen benachbarter Glucosereste verhindern die freie Drehbarkeit der glykosidischen Bindungen (Glykoside), was zu einer linearen Versteifung des Makromoleküls führt, die durch die annähernd gleiche Ausrichtung aller Glucoseringe in einer Fläche charakterisiert ist. Die durch intermolekulare Wasserstoffbrücken zwischen den 6-Hydroxylgruppen und den Sauerstoffbrücken der glykosidischen Bindungen paralleler Ketten bedingte Anlagerung von 60 bis 70 Cellulose-Ketten führt zu den für pflanzliche Zellwände charakteristischen Mikrofibrillen (Elementarfibrillen). Cellulose bildet sich schrittweise durch Anbau von Glucoseresten aus UDP-Glucose (Synthese: vgl. Infobox ). Der biologische Abbau von Cellulose ( vgl. Abb. ) wird durch Cellulase katalysiert. Chemisch wird Cellulose durch Säuren zu Glucose abgebaut und damit industriell in eine vergärbare Form übergeführt (Holzverzuckerung). – Cellulose ist der mengenmäßig bedeutendste Naturstoff. Laubbäume (Laubhölzer) und Nadelbäume (Nadelhölzer) bestehen zu ca. 50% aus Cellulose. Jährlich werden durch Pflanzen ca. 10 Billionen Tonnen Cellulose synthetisiert (Biomasse, Produktion). Der in Form von Cellulose gebundene Kohlenstoff der Pflanzen entspricht etwa 50% des in der gesamten Erdatmosphäre als CO2 (Kohlendioxid) vorliegenden Kohlenstoffs (Kohlenstoffkreislauf). Cellulose hat große technische und wirtschaftliche Bedeutung. Baumwolle (Baumwollpflanze), Jute (Corchorus), Flachs (Lein) und Hanf sind fast reine Cellulose. Technisch wird Cellulose vorwiegend aus Holz oder Stroh gewonnen und kommt als Zellstoff in den Handel. Die größten Mengen werden von der Papier- und Textilindustrie verbraucht. In der Biochemie findet reine Cellulose oder chemisch modifizierte Cellulose (z. B. DEAE-Cellulose, CM-Cellulose, Phospho-Cellulose) ausgedehnte Verwendung als Adsorbens bei chromatographischen Trennungsverfahren (Anionenaustauscher, Adsorptionschromatographie, Austauschchromatographie, Chromatographie). Anisotropie, Ballaststoffe, Bodenorganismen, Biomoleküle, Biopolymere, Braconnot (H.), celluloseabbauende Mikroorganismen, Cellulose-Synthase, Cellulosom, Cuticula, Dermatophyten, Freudenberg (K.J.), Glucane, Gummi, Haworth (W.N.), Hemicellulosen, Karrer (P.), Lignin, Mineralisation, Nahrungsspezialisten, Payen (A.), Quellung, Seescheiden, Sporocytophaga, Streuabbau, Verdauung; Kohlenhydrate II, Zellwand.

H.K./P.N.

Lit.: Klemm, D., Philipp, B., Heinze, T., Heinze, U., Wagenknecht, W.: Comprehensive Cellulose Chemistry (2 vols). Weinheim 1998.



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Cellulose

1 Ausschnitt aus der Strukturformel. In dieser Darstellung, die vor allem den gleichförmigen Aufbau aus 4-β-Glucose-Einheiten veranschaulichen soll, sind Wasserstoffbrücken und die alternierenden 180°-Drehungen der Glucosereste nicht berücksichtigt (siehe Abb. 2).
2 Ausschnitt aus der Strukturformel zweier paralleler Ketten unter Berücksichtigung von Wasserstoffbrückenbindungen und Orientierung der einzelnen Zuckerringe zueinander. Man beachte die alternierende 180°-Drehung der einzelnen Glucosereste, wobei jedoch, stabilisiert durch die intramolekularen Wasserstoffbrücken, eine annähernd brettartige Struktur der einzelnen Ketten resultiert.




Cellulose (Abbau)
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