Целлюлоза — формула вещества (C6H10O5)n — биологический полимер, имеет природное происхождение и считается самым распространённым среди органических веществ на планете. Название происходит от французского слова cellulose, которое имеет корень, произошедший от латинского cellula — клетка. Более привычное наименование для этого вещества — клетчатка.
Химическое строение
Целлюлоза является полисахаридом, её молекула состоит из множества мономерных звеньев, представляющих собой остатки глюкозы. Этот линейный полимер имеет прямую форму. Молекулярная формула (C6H10O5)n, где n обозначает число мономеров в неразветвленной макромолекулярной цепочке. Таких звеньев может быть от двух до двух с половиной десятков тысяч. Структурная формула даёт более подробное представление о строении молекулы вещества.
Нахождение и образование в природе
В процессе фотосинтеза в растениях образуется глюкоза. Полученное в результате цикла Кальвина (назван по имени учёного, его открывшего) вещество становится исходным материалом для производства в тканях растений в том числе и целлюлозы.
Находится в клеточных стенках клетчатка в виде так называемых микрофибрилл — образований, состоящих из нескольких десятков макромолекул. У некоторых растений это соединение из 24 полимерных молекул, у других их примерно 36. Они соединены между собой в подобие плоского листа при помощи водородных связей. В свою очередь, листы микрофибрилл соединяются посредством таких же связей, а также гликанами и пектинами.
Метод, называемый натронным, предполагает использование раствора гидроксида натрия в качестве реактива для получения клетчатки. Самым распространённым способом получения является сульфатный. Раствор, используемый для этого метода, содержит гидроксид и сульфид натрия. Его применение позволяет получать целлюлозу высокого качества и высокой степени очистки из любого сырья растительного происхождения.
Продуктом обработки растительного сырья является техническая целлюлоза. Она содержит примеси, которые в дальнейшем удаляются. После чего целлюлозу отбеливают. Отбелка может производиться разными методами (с применением хлора или других окислителей — озона, перекиси водорода, кислорода).
Механический метод заключается в измельчении, размалывании и истирании древесного сырья в водной среде. В результате такой обработки под действием воды и находящихся в ней реагентов, древесина распадается на волокна. Полученная таким способом целлюлоза не может быть полностью очищена от примесей, она имеет высокую жёсткость и цвет древесины.
Применение целлюлозы
Целлюлоза является сырьём для производства бумаги, картона, тканей, пластмасс, плёнок (для кино- и фотоиндустрии), лаков и многого другого. Эфиры целлюлозы используют для производства искусственных волокон (ацетатного, вискозного и др.). Используется целлюлоза и в фармацевтической промышленности, а также для получения глюкозы и в производстве этилового спирта.
Роль в биологии живых организмов
Целлюлоза относится к многомолекулярным углеводам или полисахаридам. В живых организмах она выполняет такие же функции, какие свойственны большинству других углеводов:
- Структурная и опорная. Являясь основным строительным материалом для клеточных стенок растений, клетчатка отвечает за их прочность.
- Функция защиты. Прочность волокон клетчатки позволяет растениям формировать образования (шипы, колючки), способные защитить растение.
- Анаболическая или пластическая функция. Являясь высокомолекулярным соединением, клетчатка участвует в химических процессах пластического обмена (или анаболизма) — той части обмена веществ, что направлена на образование полимерных соединений в организме.
- Запасающая. Сохранение живыми организмами в тканях углеводов позволяет делать запас питательных веществ на будущее.
- Энергетическая функция. Клетчатка, как и другие углеводы, является источником энергии для живых организмов.
- Осмотическая. Целлюлоза участвует в регуляции осмотического давления в тканях.
- Рецепторная функция. Некоторые углеводы входят в состав рецепторных клеток.
Клетчатка в организме человека
Человеческий организм не вырабатывает специфических ферментов, способных разрушать молекулы клетчатки. Их гидролиз происходит только в толстом кишечнике под действием бактериальной микрофлоры. Результатом разложения являются глюкоза и целлобиоза. Первая может перерабатываться самими бактериями (при этом образуются органические кислоты), а может и всасываться в кровоток.
Попадая в организм человека, клетчатка:
- стимулирует перистальтику кишечника и желчеотделение,
- формирует каловые массы,
- эмульгирует жиры,
- абсорбирует холестерин и токсичные вещества.
Также считается, что регулярное употребление в пищу клетчатки может способствовать профилактике атеросклероза, диабета, кариеса, ожирения и рака толстого кишечника.