Cellulose

Définition

La cellulose est un biopolymère composé exclusivement de molécules de β-glucose (de centaines à plusieurs milliers d'unités), car il s'agit d'un homopolysaccharide. La cellulose est la biomolécule organique la plus abondante puisqu'elle forme la plus grande partie de la biomasse terrestre.

Le coton donne de la cellulose :

La cellulose est obtenue de végétaux naturels comme le coton. Les fibres de coton représentent la forme naturelle la plus pure de la cellulose, contenant plus de 90 % de cet hydrate de carbone.

La cellulose est un polymère cristallin du glucose, constituant le composé rigide principal de la paroi de nombreux organismes. C'est aussi un polysaccharide formé de nombreuses molécules de glucose, un polyoside (ou polyholoside) avec carbone, unies par des liaisons glucosidiques. Elle peut aussi être produite par certains êtres vivants appartenant au royaume des protistes.

La cellulose est l'un des constituants principaux des parois cellulaires végétales (environ 33 % de la masse végétale), associé à la lignine, à l'hémicellulose et à la pectine et non digestible par l'homme, constituant une fibre alimentaire. Certains animaux, en particulier les ruminants, peuvent digérer la cellulose à l'aide de microorganismes symbiotiques (méthanogenèse).

Histoire

La cellulose, comme composé biologique, a été découverte en 1838 par le chimiste français Anselme Payen (1795–1871), qui l'a isolé de la matière végétale et a déterminé sa formule chimique. Hyatt Manufacturing Company a utilisé la cellulose pour produire le premier polymère thermoplastique avec succès en 1870, le celluloïd. La production de rayonne ("soie artificielle", viscose) à partir de cellulose a commencé dans les années 1890 et la cellophane a été inventée en 1912. Hermann Staudinger (1881–1965, chimiste allemand) a déterminé la structure polymère de la cellulose en 1920. Le composé a été synthétisé chimiquement pour la première fois (sans l'utilisation d'enzymes d'origine biologique) en 1992, par Kobayashi et Shoda.

Découverte et usages

La cellulose est une fibre alimentaire faisant partie des tissus végétaux. Elle n'est pas digérée dans le système digestif humain, quoique partiellement dégradée par les bactéries intestinales de l'homme. C'est une matière à consistance ferme, très répandue dans le règne végétal, polymère de glucose, constituant du papier.

La cellulose est un matériau naturel et renouvelable en ce qu'elle est obtenue en extrayant les fibres de cellulose du coton et de la pâte de bois pour obtenir une pâte transparente qui peut ensuite être colorée, transformée et moulée en différentes formes.

Les humains ont toujours utilisé la cellulose comme polymère naturel, par exemple dans le papier ou le coton, mais les scientifiques développent maintenant des moyens de libérer des microfibrilles individuelles (voir microfibrille), des microfibrilles de cellulose, pour créer de nouvelles technologies.

La cellulose est la substance la plus fréquemment trouvée dans la paroi des cellules végétales et a été découverte en 1838.

La cellulose est la matière première du papier et des tissus de fibres naturelles. Il est également utilisé dans la fabrication d'explosifs (le plus connu est la nitrocellulose ou "poudre pour armes"), celluloïd, soie artificielle, Vernis et est utilisé comme isolant thermique et acoustique, comme sous-produit de papier recyclé concassé.

Voir aussi les complexes synthétisant la cellulose.

Dans l'embranchement du tunicier, la cellulose est remplacée par la tunicine.

Structure

La cellulose est formée par la liaison de molécules de β-D-glucose par des liaisons β-1,4-O-glucosidiques. En s'hydrolysant complètement, on obtient du glucose. La cellulose est une longue chaîne de polymères de poids moléculaire variable, de formule empirique (C₆H₁₀O₅)_n, avec une valeur minimale de n = 200.

La cellulose est un polysaccharide à N unités de glucose qui constitue la partie principale des parois cellulaires des plantes. Elle existe naturellement dans des produits fibreux tels que le coton et le kapok, et est la matière première de nombreux produits manufacturés (tels que papier et cellophane).

Il a une structure linéaire ou fibreuse, dans laquelle de multiples liaisons hydrogène sont établies entre les groupes hydroxyles de différentes chaînes juxtaposées de glucose, les rendant impénétrables à l'eau, ce qui le rend insoluble dans l'eau, et les fibres compactes originaires qui constituent la paroi cellulaire des cellules végétales.

L'hémicellulose dans une cellule végétale :

La cellulose apparaît sous forme d'hémicellulose, avec d'autres polysaccharides dont les microfibrilles de cellulose, dans la paroi cellulaire végétale.

Fonction

La cellulose est un polysaccharide structural dans les plantes, car elle fait partie des tissus de soutien. La paroi d'une jeune cellule végétale contient environ 40 % de cellulose, avec 50 % dans le bois, tandis que l'exemple le plus pur de la cellulose est le coton, avec un pourcentage supérieur à 90 %.

Bien qu'il soit formé par le glucose, les animaux ne peuvent pas utiliser la cellulose comme source d'énergie, car ils n'ont pas la cellulase, l'enzyme nécessaire pour rompre les liaisons β-1,4-glucosidiques et donc les animaux ne peuvent pas le digérer. Cependant, il est important de l'inclure dans l'alimentation humaine (fibres alimentaires) car lorsqu'il est mélangé avec les fèces, il facilite la digestion et aide à la constipation.

Dans le système digestif des ruminants (pré-estomacs), d'autres herbivores et des termites, il y a des microorganismes, beaucoup de méthanogènes, qui possèdent de la cellulase et parviennent à rompre la liaison β-1,4-glucosidique. Le polysaccharide est hydrolysé, des molécules de glucose sont disponibles comme source d'énergie.

Il y a des micro-organismes (bactéries et champignons) qui vivent libres et qui sont également capables d'hydrolyser la cellulose. Ils ont une grande importance écologique, car ils recyclent les matériaux cellulosiques tels que le papier, le carton et le bois. Parmi ceux-ci, il convient de mentionner le champignon Trichoderma reesei capable de produire quatre types de cellulases : les 1,4-β-D-glucancelobiohirolases CBH i et CBH II et l'endo-1,4-β-D-glucanase EG I et EG II. Grâce à des techniques biotechnologiques, ces enzymes sont produites qui peuvent être utilisées dans le recyclage du papier, ce qui réduit le coût économique et la contamination.

En rapport avec "cellulose"

• hémicellulose

  

  L'hémicellulose est intégrée dans une paroi de la cellule végétale du bois.

• lignocellulose

  

  La lignocellulose est un complexe de lignine et de cellulose présent dans les parois cellulaires des plantes ligneuses.

• microfibrille de cellulose

  

  La microfibrille de cellulose, dans une paroi de cellule, est une structure en forme de fibre constituée par l'assemblage de chaînes de cellulose.

• acellulaire

  

  Un élément biologique acellulaire distingue une structure biologique dépourvue de cellules, ou d'appareil cellulaire.