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Cellulose

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Cellulose

Aufbau von Cellulose

Cellulose gehört zu den Kohlenhydraten. Dabei wird bei Kohlehydraten zwischen folgenden Arten unterschieden:

  • Einfachzucker (= Monosaccharide)
  • Zweifachzucker (= Disaccharide)
  • Dreifachzucker (= Trisaccharide)
  • Vielfachzucker (= Polysaccharide)

Die Cellulose gehört dabei zu den Polysacchariden.

Zusammengesetzt ist Cellulose aus mehreren hunderten oder sogar auch zehntausenden Glucoseteilen oder auch Cellobioseteilen.

Cellobioseteile sind wiederum Disaccharide und somit Zweifachzucker.

Durch die Zusammenlagerung einer Vielzahl von Celluloseketten entstehen reißfeste Fasern.

Eigenschaften von Cellulose

  • Cellulose ist ein weißes und geruchloses Pulver, dessen Aggregatzustand fest ist.
  • Man kann das Pulver nicht in Wasser auflösen und auch nicht in den meisten organischen Lösungsmitteln.
  • Die Summenformel lautet (C6H10O5)n).
  • Cellulose wird in der Plasmamembran gebildet. Die Plasmamembran ist die Hülle einer Zelle.
  • Die Fasern der Cellulose werden als Fibrillenbündel bezeichnet.
  • Außerdem wurde herausgefunden, dass in der Cellulose der Pflanzen Kohlenstoff gebunden wird. Insgesamt 50% des gesamten CO2 in der Erdatmosphäre nehmen die Pflanzen auf.

Bildung und Abbau der Cellulose

Bildung

Glucosereste, bestehend aus UDP-Glucose, was aktivierte Glucose bedeutet, werden schrittweise aneinander gebaut. Das geht so lange, bis 60-70 Cellulose-Ketten sich zu Mikrofibrillen gebildet haben.

Mikrofibrillen beschreibt dabei lediglich ein Bündel von Cellulose-Ketten und wird nur im Zusammenhang mit Pflanzen verwendet. Sie sind ein Merkmal von Zellwänden.

Abbau

Der Abbau von Cellulose wird durch Cellulase ermöglicht. Cellulase ist ein Enzym, das die Bindungen der Cellulose aufspalten kann und somit Glucose freisetzt.

Da Pflanzen Cellulose selber produzieren, benötigen sie Cellulase. Diese ermöglicht es Zellwände umzubauen, was zum Beispiel bei Wachstumsvorgängen von Pflanzen bedeutend ist. Genau dafür kommt dann die Cellulase zum Einsatz.

Arten von Cellulose

Wenn die Cellulose einen kleineren Durchmesser als 100 Nanometer in ihren Strukturen hat, wird sie als Nanocellulose bezeichnet. Diese lässt sich in drei Unterkategorien einteilen.

  • Eine davon ist die mikrofibrillierte Cellulose (MFC). Die Herstellung dieser Nanocellulose ist äußerst aufwendig. Jedoch ist sie sehr beliebt. Sie verbessert die mechanische Stabilität für Kunststoff und ist trotzdem ein Naturstoff.
  • Des Weiteren gibt es die nanokristalline Cellulose (NCC). Die Fasern bei dieser Art, werden auch als „Whisker“ bezeichnet und bestehen fast nur aus kristalliner Cellulose. Verwendet wird sie zum Beispiel für hochreißfeste Filme, Körperpanzerungen und schusssicherem Glas.
  • Abschließend gibt es noch die bakterielle Nanocellulose (BNC). Ihr Aufbau ist vergleichbar mit einem Netz, bestehend aus unterschiedlich langen Fasern die ähnlich fest wie Stahl sind. Die Besonderheit hierbei ist, dass die Eigenschaften der Fasern gezielt beeinflusst werden können. Insbesondere in der Medizin wird diese Art eingesetzt. So ist sie zum Beispiel ein geeigneter Ersatz für herkömmliche Implantate. Denn sie sind ungiftig und verursachen dadurch keine Abstoßungsreaktion. Außerdem können sie mit den Strukturen des menschlichen Körpers verwachsen. Auch für Verbände eignen sie sich hervorragend. Anders als bei herkömmlichen Verbänden, sind sie in der Lage mehr Flüssigkeit aufzunehmen und müssen dadurch und durch ihre gute Verträglichkeit seltener gewechselt werden.

Generell sind jedoch alle drei Arten in Bezug auf das Anwendungsgebiet noch in der Entwicklung und es muss zunächst noch erforscht werden, für welche weiteren Einsatzbereiche sie sich eignen.

Vorkommen von Cellulose

Außerdem ist sie auch ein Biomolekül und ist mit 50% der Hauptbestandteil von Zellwänden der Pflanzen.

Hinzu kommt, dass sie Bestandteil im Mantel des Manteltiers, von Mollusken (Schnecken, Muscheln), Krebsen, Fadenwürmern und manchen Insekten ist. Jedoch sind das die einzigen Tiere, in dessen Körper Cellulose zu finden ist.

Verwendung von Cellulose

Rohstoff

Da Cellulose in großen Mengen in der Natur vorkommt und ein Rohstoff ist der nachwächst, wird er in den verschiedensten Industrien eingesetzt.

Papierherstellung

Insbesondere für die Papierherstellung ist die Cellulose ein wichtiger Rohstoff, welches aus cellulosereichem Holz gewonnen wird.

Modebranche

Aber auch in der Modebranche wird Cellulose verwendet. Hierbei wird die Cellulose in den Pflanzenfasern zur Herstellung von verschiedenen Stoffen benötigt. Dafür kann zum Beispiel Baumwolleverwendet werden.

Außerdem ist es möglich synthetische Cellulosefasern herzustellen. Diese Fasern werden häufig in der Bekleidungsindustrie verwendet. Dort nennt man das Endprodukt Viskose.

Verpackungsindustrie

Des Weiteren kann Cellulose aber auch für Kunststoffverpackungen benutzt werden.

Bauindustrie

Auch die Bauindustrie macht Gebrauch von diesem Rohstoff zum Beispiel als Dämmmaterial für Schallschutz oder auch zur Wärmedämmung. Dafür wird Zeitungspapier zerkleinert und mit chemischen Stoffen behandelt. Das Produkt kann anschließend an die gewünschte Stelle eingeblasen werden.

Abbildung 1: Natürliche Cellulose in Form von BaumwolleQuelle: Philmarin über wikipedia.org

Nahrung

In der Nahrung des Menschen wird die Cellulose als Ballaststoff bezeichnet, da unser Körper keine Verdauungsenzyme für den Abbau von Cellulose besitzt. Allerdings kann der menschliche Körper durch spezielle Bakterien des Dickdarms die Cellulose zu kurzkettigen Fettsäuren umbauen, die dann beim Stoffwechseln abgebaut werden können. Genau so findet der Abbau auch bei den meisten Tieren im Körper statt, wenn sie Cellulose gegessen haben. Aber manche Tiere sind dazu in der Lage, durch Mikroorganismen die Cellulose abzubauen. Das gilt zum Beispiel für Insekten wie Termiten oder Schaben und auch für Krebse.

Cellulose - das Wichtigste auf einen Blick!

  • Cellulose ist ein Biomolekül und Vielfachzucker der lediglich aus organischen Verbindungen besteht.
  • Sie ist der Hauptbestandteil der Zellwände von Pflanzen. Sie wird durch einen Prozess in der Pflanze selber hergestellt und ist ein Bündel von Cellulose-Ketten. Diese sind äußerst reißfest.
  • Sie ist ein geruchloses, weißes Pulver und in ihr wird Kohlenstoff gespeichert. Abgebaut wird sie durch die Cellulase, ein Enzym.
  • Eine weitere Art der Cellulose ist die Nanocellulose, welche drei Untergruppen hat.
    • Die mikrofibrillierte Cellulose,
    • Die nanokristalline Cellulose und
    • die bakterielle Nanocellulose.
  • Alle drei werden in der Herstellung von industriellen Gütern verwendet oder in der Medizin. Durch ihre Reißfestigkeit, Stabilität und Härte sind sie ein wichtiger Rohstoff vor allem in der Textil- und Papierindustrie.
  • Cellulose ist in Bezug auf Nahrung ein Ballaststoff und vom Menschen und den meisten Tieren nicht abbaubar. Die Verstoffwechselung findet durch Bakterien statt, die die Cellulose umwandeln können.

Finales Cellulose Quiz

Frage

Cellulose gehört zur Gruppe der .....

Antwort anzeigen

Antwort

Polysaccharide

Frage anzeigen

Frage

Bei Cellulose handelt es sich um ein (1) ...... Etwa (2) .....% der Zellwände von Pflanzen bestehen aus (3) .....

Antwort anzeigen

Antwort

(1) Biomolekül 

(2) 50%

(3) Cellulose

Frage anzeigen

Frage

Nenne Beispiele für Tiergruppen, in denen Cellulose zu finden ist!

Antwort anzeigen

Antwort

Zu diesen Tieren gehören Mollusken, Krebse, Fadenwürmer und manche Insekten. 

Frage anzeigen

Frage

Aus welchen Einfachzuckern ist Cellulose zusammengesetzt?

Antwort anzeigen

Antwort

Cellulose besteht aus Glucose und Fructose. 

Frage anzeigen

Frage

Wie lautet die Summenformel für Cellulose?

Antwort anzeigen

Antwort


Frage anzeigen

Frage

Wie werden die Fasern der Cellulose bezeichnet?

Antwort anzeigen

Antwort

Diese Fasern werden als Fibrillenbündel bezeichnet. 

Frage anzeigen

Frage

Durch welches Enzym wird Cellulose abgebaut? Was entsteht daraus?

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Antwort

Cellulose wird durch Cellulase abgebaut. Es entsteht Glucose. 

Frage anzeigen

Frage

Wofür steht die Abkürzung MFC?

Antwort anzeigen

Antwort

MFC steht für mikrofibrillierte Cellulose. Diese Form wird in der Industrie häufig verwendet, um Kunststoffe zu stabilisieren. 

Frage anzeigen

Frage

Mithilfe welcher Form von Cellulose können Körperpanzerungen und schusssicheres Glas verbessert werden?

Antwort anzeigen

Antwort

Diese Form der Cellulose bezeichnet man als nanokristalline Cellulose (NCC). 

Frage anzeigen

Frage

Woraus kann Nanocellulose gewonnen werden und wofür wird sie verwendet?

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Antwort

Sie wird unter anderem aus Traubenzucker gewonnen. Der Einsatz findet dann besonders in der Medizin für Implantate statt. 

Frage anzeigen

Frage

Nenne zwei Bereiche, in denen Cellulose als Rohstoff verwendet wird!

Antwort anzeigen

Antwort

  • Papierherstellung 
  • Modebranche
  • Kunststoffverpackungen 
  • Bauindustrie

Frage anzeigen

Frage

Wie nennt man das Endprodukt, das in der Bekleidungsindustrie aus Cellulosefasern hergestellt wird?

Antwort anzeigen

Antwort

Man bezeichnet es dann als Viskose. 

Frage anzeigen

Frage

In der Bauindustrie und der Chemieindustrie wird Cellulose als (1) ..... für Schallschutz oder auch zur (2) ..... verwendet. 

Antwort anzeigen

Antwort

(1) Dämmmaterial

(2) Wärmedämmung

Frage anzeigen

Frage

Wahr oder falsch?

Bei Cellulose handelt es sich immer um einen natürlich wachsenden Rohstoff. 

Antwort anzeigen

Antwort

Wahr

Frage anzeigen

Frage

Wahr oder falsch?

Man bezeichnet Glucose auch als Ballaststoff. 

Antwort anzeigen

Antwort

Falsch, Cellulose wird als Ballaststoff bezeichnet. 

Frage anzeigen

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