Cellulose

Allgemeines

Cellulose ist ein wichtiger Bestandteil der Zellwände pflanzlicher Zellen (neben Pektinen und Hemicellulosen) und damit das am meisten verbreitete Polysaccharid überhaupt, wenn nicht sogar die mengenmäßig wichtigste organische Verbindung auf der Erde. Während viele andere Polysaccharide (wie Amylose, Amylopektin oder Glycogen) aus 1,4-glykosidisch verknüpfter alpha-Glucose bestehen, setzt sich Cellulose aus beta-Glucose-Bausteinen zusammen, die 1,4-glykosidisch verbunden sind:

Cellulose, Ausschnitt aus dem langen Molekül
Autor: Ulrich Helmich, Lizenz: siehe Seitenende

Auf der Abbildung kann man erkennen, dass sich jedes zweite β-Glucose-Molekül um 180 Grad drehen muss, damit es diese Bindung eingehen kann. Die lange Kette (bis über 5000 Moleküle) ist weder verzweigt wie beim Amylopektin noch spiralisiert wie bei der Amylose, sondern durchgehend linear, also langgestreckt.

Neben den kovalenten 1,4-glykosidischen Bindungen zwischen den Cellulose-Monomeren wird die lange Kette auch noch durch intramolekulare Wasserstoffbrücken-Bindungen zusammengehalten, wie man auf der nächsten Abbildung gut sehen kann:

Intramolekulare H-Brücken in einem Cellulose-Molekül
Autor: Ulrich Helmich, Lizenz: siehe Seitenende

Auch diese vergleichsweise schwachen, in ihrer Masse dann aber doch sehr starken Bindungen tragen zur hohen Zugfestigkeit der Cellulose bei.

Viele Cellulose-Moleküle bilden ein stabiles Gerüst

Mehrere dieser langen Cellulose-Moleküle legen sich parallel zusammen und werden durch Wasserstoffbrücken-Bindungen stabil zusammengehalten (wegen der vielen OH-Gruppen in den Zucker-Einheiten).

H-Brücken halten die einzelnen Cellulose-Moleküle zusammen
Quelle: engl. Wikipedia, Artikel "Cellulose", Autor: CeresVesta, Lizenz: public domain

So entstehen ganze Cellulose-Ebenen. Und damit noch nicht genug. In der pflanzlichen Zellwand lagern sich mehrere solcher Ebenen übereinander und sind wiederum durch Wasserstoffbrücken-Bindungen miteinander verbunden. So entsteht ein festes, an einigen Stellen sogar nahezu kristallines Gerüst, ein Cellulose-Netzwerk, in das dann andere Bestandteile der pflanzlichen Zellwand eingelagert werden, vor allem Pektine und Hemicellulosen sind hier zu nennen.

Cellulose in pflanzlichen Zellwänden

Die pflanzlichen Zellwände sind wie ein mehrschichtiger Verbundstoff aufgebaut, normalerweise bestehen sie aus drei bis vier Lagen: ganz in der Mitte die Primordialwand oder Mittellamelle, dann links und rechts aufgelagert die Primärwand, darauf auf beiden Seiten aufgelagert die Sekundärwand. Bei manchen Pflanzenzellen gibt es dann sogar noch eine Tertiärwand. Während die Mittellamelle nur ca. 10% Cellulose enthält, steigert sich der Anteil in der Primärwand und Sekundärwand erheblich. Die Sekundärwand, die sich erst bildet, wenn die Zelle ausgewachsen ist, enthält sogar bis zu 90% Cellulose.