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Celulosa

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Celulosa

Las fibras delalgodónrepresentan la forma natural más pura de la celulosa, conteniendo más del 90 % de esteglúcido.
General
Fórmula estructural
Fórmula molecular C6H10O5
ChEMBL CHEMBL1201676
[editar datos en Wikidata]

Lacelulosaes unbiopolímerocompuesto exclusivamente demoléculasdeβ-glucosa[1]​ (desde cientos hasta varios miles de unidades), pues es unhomopolisacárido. La celulosa es labiomoléculaorgánica más abundante ya que forma la mayor parte de labiomasaterrestre.

La celulosa se utiliza principalmente para producircartónypapel.En cantidades menores se transforma en una amplia variedad de productos derivados, comocelofányrayón.La conversión de la celulosa decultivos energéticosenbiocombustiblescomo eletanol celulósicose está desarrollando como fuente decombustible renovable.La celulosa para uso industrial se obtiene principalmente depulpa de maderayalgodón.[2]​ La celulosa también se ve muy afectada por la interacción directa con varios líquidos orgánicos.[3]​

Algunos animales, en particularrumiantesytermitas,puedendigerircelulosa con la ayuda de microorganismossimbióticosque viven en sus intestinos, como losTrichonympha'.En lanutrición humana,la celulosa es un constituyente no digerible defibra dietéticainsoluble,que actúa comoagente de cargahidrófiloparahecesy potencialmente ayuda en ladefecación.

Historia

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La celulosa fue descubierta en 1838 por el químico francésAnselme Payen,que la aisló a partir de materia vegetal y determinó su fórmula química.[4]​[5]​[6]​ La celulosa fue utilizada por Hyatt Manufacturing Company para producir el primer polímerotermoplásticocon éxito en 1870, elceluloide.La producción derayón(«seda artificial») a partir de la celulosa comenzó en la década de 1890 y elcelofánfue inventado en 1912.Hermann Staudingerdeterminó la estructura de polímero de la celulosa en 1920. El compuesto fue sintetizado por primera vez químicamente (sin el uso de ninguna enzima de origen biológico) en 1992, por Kobayashi y Shoda.[7]​

Estructura

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La celulosa está presente en todas las plantas. Igualmente la pueden producir algunosseres vivosque pertenezcan al reinoprotista.

La disposición de la celulosa y otros polisacáridos en una pared celular vegetal.

La celulosa se forma por la unión demoléculasde β-D-glucosa mediante enlaces β-1,4-O-glucosídico.Alhidrolizarsetotalmente se obtiene glucosa. La celulosa es una larga cadenapoliméricadepeso molecularvariable, con fórmula empírica (C6H10O5)n,con un valor mínimo de n = 200.

Estructura de la celulosa; a la izquierda, β-glucosa;a la derecha, varias β-glucosa unidas.

Tiene una estructura lineal o fibrosa, en la que se establecen múltiplespuentes de hidrógenoentre losgrupos hidroxilode distintas cadenas yuxtapuestas de glucosa, haciéndolas impenetrables al agua, lo que hace que sea insoluble en agua, y originando fibras compactas que constituyen lapared celularde lascélulas vegetales.

La asociación de 36 cadenas de celulosa forma una microfibrilla de celulosa.[8]​

Estructura supramolecular

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Representación esquemática de una microfibrilla que comprende dos cadenas de celulosa.

Los polímeros no ramificados forman cadenas que pueden ensamblarse (de 80 a 120 en promedio) mediantepuentes de hidrógenopara formar estructuras rígidas y alargadas, las microfibrillas (aproximadamente1500 moléculaspor fibra). La orientación en disposición paralela está definida por los extremos reductores y no reductores de los polímeros. La molécula se estira, porque los enlaces son ecuatoriales y por lo tanto permiten la máxima extensión.[9]​

Elgrado de polimerizacióndifiere enormemente según el origen de la celulosa; dependiendo de la especie vegetal, su valor puede variar de 1000 a 30000, correspondiendo a una longitud de cadena entre 0,5 y 15 μm.[10]​

Función

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Enlaces de hidrógeno entre cadenas contiguas de celulosa

La celulosa es un polisacárido estructural en lasplantas,ya que forma parte de los tejidos de sostén.[11]​ Laparedde una célula vegetal joven contiene aproximadamente un 40 % de celulosa; lamaderaun 50 %, mientras que el ejemplo más puro de celulosa es elalgodón,con un porcentaje mayor al 90 %.[12]​ A pesar de que está formada porglucosas,losanimalesno pueden utilizar la celulosa como fuente de energía,[13]​ ya que no cuentan con lacelulasa,laenzimanecesaria para romper los enlaces β-1,4-glucosídicos, y por ello no pueden digerirla. Véase más abajo la manera en que los rumiantes y algunos otros animales sí son capaces de utilizar la celulosa como fuente de energía. De todas maneras es importante incluir la fibra en ladietahumana (fibra alimentaria) porque, al mezclarse con el bolo digestivo facilita el tránsito intestinal, y por tanto la digestión, influye en lamicrobiota intestinaly puede evitar elestreñimiento.

En el aparato digestivo de losrumiantes(pre-estómagos), de otrosherbívorosy determitas,existenmicroorganismos,muchosmetanógenos,que sí poseen la celulasa y logran romper el enlace β-1,4-glucosídico[14]​ y cuando este polisacárido sehidrolizaquedan disponibles las moléculas de glucosas como fuente de energía.

Hay microorganismos (bacteriasyhongos) que viven libres y también son capaces de hidrolizar la celulosa. Tienen una gran importancia ecológica, pues reciclan materiales celulósicos como papel, cartón y madera. De entre ellos, es de destacar el hongoTrichoderma reesei,capaz de producir cuatro tipos de celulasas: las 1,4-β-D-glucancelobiohirolasas CBH i y CBH II y las endo-1,4-β-D-glucanasa EG I y EG II. Mediante técnicas biotecnológicas se producen esas enzimas que pueden usarse en el reciclado de papel, disminuyendo el coste económico y la contaminación.[15]​

Descubrimiento y usos

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La celulosa es la sustancia que más frecuentemente se encuentra en la pared de las células vegetales, y esta fue descubierta en 1838.

La celulosa constituye la materia prima delpapely de los tejidos de fibras naturales. También se utiliza en la fabricación deexplosivos(el más conocido es lanitrocelulosao «pólvora para armas»),celuloide,sedaartificial,barnicesy se utiliza como aislamiento térmico y acústico, como producto derivado del papel reciclado triturado. A través de la celulosa vegetal se podrían diseñar e implementar sistemas de tratamiento de aguas, debido a que este polisacárido tiene la capacidad de adsorber metales pesados[16]​[17]​

Véase también

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Referencias

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  1. ↑Martínez, José María Rincón; Lora, Electo Eduardo Silva (26 de marzo de 2015).Bioenergía: Fuentes, conversión y sustentabilidad.José María Rincón Martínez, Electo Eduardo Silva Lora.ISBN9789585888005.Consultado el 3 de febrero de 2017.
  2. ↑Klemm, Dieter; Heublein, Brigitte; Fink, Hans-Peter; Bohn, Andreas (2005). «Cellulose: Fascinating Biopolymer and Sustainable Raw Material».Angew. Chem. Int. Ed.44(22): 3358-3393.PMID15861454.doi:10.1002/anie.200460587.
  3. ↑Mantanis, G. I.; Young, R. A.; Rowell, R. M. (1995). «Inflamación de redes de fibras de celulosa comprimidas en líquidos orgánicos».Cellulose2(1): 1-22.ISSN0969-0239.doi:10.1007/BF00812768.
  4. ↑Crawford, R. L. (1981).Lignin biodegradation and transformation.Nueva York: John Wiley and Sons.ISBN0-471-05743-6.
  5. ↑Payen, A. (1838) "Mémoire sur la composition du tissu propre des plantes et du ligneux" (Memoir on the composition of the tissue of plants and of woody [material]),Comptes rendus,vol. 7, pp. 1052-1056. Payen added appendices to this paper on December 24, 1838 (see:Comptes rendus,vol. 8, p. 169 (1839)) and on February 4, 1839 (see:Comptes rendus,vol. 9, p. 149 (1839)). «A committee of the French Academy of Sciences reviewed Payen's findings.» En: Jean-Baptiste Dumas (1839)Rapport sur un mémoire de M. Payen, relatif à la composition de la matière ligneuse(Report on a memoir of Mr. Payen, regarding the composition of woody matter),Comptes rendus,vol. 8, pp. 51-53. In this report, the word "cellulose" is coined and author points out the similarity between the empirical formula of cellulose and that of "dextrine" (starch). The above articles are reprinted in: Brongniart and Guillemin, eds.,Annales des sciences naturelles..., 2nd series, vol. 11 (Paris, France: Crochard et Cie., 1839),pp. 21-31.
  6. ↑Young, Raymond (1986).Cellulose structure modification and hydrolysis.Nueva York: Wiley.ISBN0-471-82761-4.
  7. ↑Kobayashi, Shiro; Kashiwa, Keita; Shimada, Junji; Kawasaki, Tatsuya; Shoda, Shin-ichiro (1992). «Enzymatic polymerization: The first in vitro synthesis of cellulose via nonbiosynthetic path catalyzed by cellulase».Makromolekulare Chemie. Macromolecular Symposia.54-55 (1): 509-518.doi:10.1002/masy.19920540138.
  8. ↑Festucci-Buselli, Reginaldo A.; Otoni, Wagner C.; Joshi, Chandrashekhar P. (2007-03).«Structure, organization, and functions of cellulose synthase complexes in higher plants».Brazilian Journal of Plant Physiology(en inglés)19:1-13.ISSN1677-9452.doi:10.1590/S1677-04202007000100001.Consultado el 10 de marzo de 2024..
  9. ↑Norbert Latruffe; Françoise Bleicher-Bardeletti; Bertrand Duclos; Joseph Vamecq (2017).Biochimie(en francés).Dunod. p. 87.
  10. ↑Ioelovich, Michael (30 de octubre de 2008).«Cellulose as a nanostructured polymer: A short review (Celulosa como polímero nanoestructurado: una breve reseña)»(pdf).BioResources(en inglés)3(4): 1403-1418.doi:10.15376/biores.3.4.Ioelovich.Consultado el 10 de marzo de 2024.
  11. ↑Geissman, T. A. (1 de enero de 1973).Principios de química orgánica.Reverte.ISBN9788429171808.Consultado el 3 de febrero de 2017.
  12. ↑Giannini, Cristina; Roani, Roberta (15 de marzo de 2008).Diccionario de restauración y diagnóstico.Editorial NEREA.ISBN9788496431010.Consultado el 3 de febrero de 2017.
  13. ↑Bacteriología general: Principios y prácticas de laboratorio.Editorial Universidad de Costa Rica. 1 de enero de 2005.ISBN9789977679808.Consultado el 3 de febrero de 2017.
  14. ↑Dickerson, Richard E. (1 de enero de 1993).Principios de química.Reverte.ISBN9788429171754.Consultado el 3 de febrero de 2017.
  15. ↑«Comisión Europea: CORDIS: Noticias y Eventos: El genoma de un hongo abre nuevos caminos para la siguiente generación de biocombustibles».cordis.europa.eu.Consultado el 3 de febrero de 2017.
  16. ↑Sayago, Uriel Fernando Carreño (2021-12).«Design and development of a biotreatment of E. crassipes for the decontamination of water with Chromium (VI)».Scientific Reports(en inglés)11(1): 9326.ISSN2045-2322.PMC8084927.PMID33927230.doi:10.1038/s41598-021-88261-0.Consultado el 21 de septiembre de 2021.
  17. ↑Sayago, Carreño; Fernando, Uriel (23 de abril de 2021).“Buchón de agua” (Eichhornia Crassipes): impulsor de la fitorremediación.Consultado el 21 de septiembre de 2021.
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