Celulóza

Celulóza (dříve běžně celulosa) je polysacharid sestávající z beta-glukózy. Jednotlivé glukosové jednotky jsou spojené vazbou β 1,4 a tvoří dlouhé, nerozvětvené řetězce, které jsou zcela nerozpustné ve vodě. Celulóza je hlavní stavební látkou rostlinných primárních buněčných stěn a spolu s ligninem a hemicelulózami se podílí na stavbě sekundárních buněčných stěn; celulóza je nejrozšířenějším biopolymerem na zemském povrchu, ročně jí vzniká až 1,5·10⁹ tun. Mimo to se však vyskytuje i u některých živočichů, konkrétně u pláštěnců (Tunicata).

Termín celulóza se často nesprávně používá pro označování papírenského polotovaru, který je směsí celulózy, hemicelulóz a zbytků ligninu a pro nějž papírenský průmysl již od první republiky používá termín "buničina".

Struktura a funkce v buněčné stěně

Struktura celulózy je vytvářena nerozvětvenými řetězci asi 500 jednotek D-glukózy. Dlouhé nevětvené polymery celulózy v buněčných stěnách rostlin vytváří vyšší struktury – tzv. mikrofibrily. To jsou v tahu velmi pevná vlákna složená z mnoha molekul celulózy spojovaných vodíkovými můstky. Obvykle však není celulóza jedinou složkou buněčných stěn, ty totiž obsahují mezi mikrofibrilami i např. xyloglukany, pektiny a případný lignin.

Uspořádání mikrofibril určuje směr růstu buňky. Pokud jsou v části uspořádány rovnoběžně, buňka roste ve směru kolmém vzhledem ke směru mikrofibril.

Syntézu celulózy (z aktivované formy glukózy, tzv. UDP-glukózy) provádí enzym celulózasyntáza, který je součástí membrány rostlinné buňky. Je to velký komplex, který zároveň syntetizuje vždy 36 vláken. Ty se okamžitě spojují do kompaktní mikrofibrily a vytváří vazby s buněčnou stěnou. Pohyb komplexu plazmatickou membránou určuje směr uložení mikrofibrily ve stěně.

Význam v přírodě

Většina živočichů nemá enzymy, které by dokázaly rozštěpit β 1,4 vazby mezi jednotlivými glukosovými jednotkami. Proto je pro ně celulóza nestravitelná a v potravě tvoří tzv. vlákninu, která projde trávicím traktem a společně se střevními bakteriemi tvoří výkaly.

Známým příkladem živočicha, který celulózu dokáže trávit, je hlemýžď zahradní. Také bakterie mají schopnost celulózu štěpit a metabolizovat. Při hydrolytickém štěpení celulózy vznikají různé štěpné produkty (cellopentóza, cellotetróza, cellotrióza, cellobióza) až po glukózu. Býložravci tedy často hostí ve své trávicí trubici symbiotické bakterie, které celulózu buněčných stěn rozštěpí a umožní tak býložravci zužitkovat energii, která je v ní uložena. Nejznámější jsou bezesporu termiti nebo přežvýkavci, kteří dokážou symbiotických bakterií využít nejlépe.

Využití

Celulóza se pro komerční účely izoluje ze dřeva odstraněním ostatních složek (lignin, hemicelulóza, oleje aj.). Celulózové vlákno se používá v papírenském a textilním průmyslu. Celulóza je hlavní složkou buničiny, z níž se vyrábí papír, a rostlinných vláken z bavlny, lnu a konopí; jejím derivátem jsou umělá vlákna, jako je acetát celulózy nebo viskóza, surovina k výrobě umělého hedvábí nebo celofánu. Nitrací celulózy vzniká nitrocelulóza, známá také jako střelná bavlna.

Mez pevnosti v tahu se u obyčejného papíru (z vláken v průměru desítek mikrometrů) pohybuje v jednotkách MPa. Pokud je ale vyroben z vláken celulózy o průměru desítek nanometrů, tak se pevnost zvýší na stovky MPa.

Xantoghenát celulózy (viskóza)

• Výroba: Monosacharid + NaOH + CS₂ → xantoghenát + H₂O
• Použití: výroba celofánů a viskózního hedvábí