Selulosa – struktur, fungsi, sifat, sintesis

Selulosa adalah polisakarida yang memiliki peran struktural pada hewan dan tumbuhan. Fungsi selulosa pada tumbuhan adalah untuk menguatkan sel.

Ikatan antara setiap molekul selulosa sangat kuat, yang membuat selulosa sangat sulit untuk putus. Karena ada begitu banyak tanaman di dunia, selulosa ditemukan di setiap sel setiap tumbuhan, itu adalah senyawa organik paling melimpah di bumi.

Manusia tidak bisa mencerna selulosa. Karena selulosa melewati saluran pencernaan Anda hampir utuh, itu membantu menjaga kesehatan usus Anda. Salah satu cara selulosa membantu usus adalah membersihkan sel-sel dinding usus, menjaga kebersihannya, yang dapat membantu mencegah kanker usus besar. Hewan hanya memiliki selaput di perut.

Apa fungsi biologis selulosa?

Selulosa memenuhi banyak fungsi, termasuk:

  • Ini membantu menghubungkan sel untuk membentuk jaringan
  • Itu membuat sel tumbuh dan membelah
  • Kontrol bentuk sel tumbuhan
  • Ini memungkinkan sel untuk menahan tekanan turgor dari cairan di dalamnya.

Struktur

Selulosa terdiri dari ribuan subunit D-glukosa. Subunit glukosa dalam selulosa dihubungkan melalui ikatan beta 1-4 glikosidik.

Berlawanan dengan polisakarida lainnya, orientasi molekul glukosa dalam selulosa dibalik. Mereka memiliki orientasi beta di mana gugus hidroksil dari karbon anomerik atau karbon nomor satu diarahkan di atas bidang cincin glukosa. Gugus hidroksil dari atom karbon lainnya diarahkan di bawah bidang cincin.

Untuk membuat ikatan beta 1-4 glikosidik, setiap molekul glukosa alternatif dalam selulosa dibalik. Gugus hidroksil karbon 1 diarahkan ke atas, dan karbon 4 diarahkan ke bawah. Sekarang, untuk membuat ikatan beta 1-4 glikosidik, salah satu molekul ini harus dibalik sehingga kedua gugus hidroksil berada pada bidang yang sama. Inilah alasan terjadinya inversi setiap molekul glukosa alternatif dalam selulosa.

Selulosa adalah molekul yang tidak bercabang. Rantai polimerik glukosa diatur dalam pola linier. Tidak seperti pati atau glikogen, rantai ini tidak mengalami lilitan, pembentukan heliks, atau percabangan. Sebaliknya, rantai-rantai ini disusun sejajar satu sama lain. Ikatan hidrogen terbentuk antara rantai-rantai ini karena atom hidrogen dan gugus hidroksil yang mengikat kuat rantai bersama. Hal ini menghasilkan pembentukan mikrofibril selulosa yang kokoh dan kuat.

Selulosa hadir di sel tumbuhan dalam bentuk mikrofibril selulosa. Mikrofibril ini bersama-sama membentuk matriks polisakarida atau selulosa. Rincian lebih lanjut tentang matriks polisakarida akan dibahas di tempat lain di artikel ini.

Sifat

Selulosa berbeda dari polisakarida lainnya dalam sifatnya. Sifat unik selulosa adalah karena strukturnya yang unik. Mereka juga bergantung pada jumlah subunit glukosa yang ada dalam selulosa.

Selulosa memiliki sifat berikut:

  • Selulosa adalah karbohidrat paling melimpah yang ada di alam
  • Itu tidak larut dalam air
  • Selulosa adalah padatan kristal yang memiliki tampilan seperti bubuk putih
  • Ini memiliki kekuatan tarik tinggi karena ikatan hidrogen yang kuat antara rantai individu dalam mikrofibril selulosa. Kekuatan tarik mikrofibril selulosa sebanding dengan baja
  • Pengaturan alternatif molekul glukosa dalam selulosa juga berkontribusi pada kekuatan tarik selulosa yang tinggi
  • Ini larut dalam pelarut organik

Sintesis

Sintesis selulosa tidak terjadi pada hewan. Itu terbatas hanya pada tumbuhan atau bakteri. Biosintesis selulosa dalam dua organisme mengikuti langkah-langkah yang berbeda

Tumbuhan

Pada tumbuhan, sintesis selulosa terjadi pada kompleks khusus yang ada di membran sel yang disebut kompleks terminal roset. Kompleks ini adalah protein transmembran heksamerik yang mampu mengapung bebas di membran plasma. Mereka mengandung setidaknya tiga enzim sintase selulosa.

Roset transmembran ini melakukan dua fungsi; polimerisasi residu glukosa untuk membentuk rantai selulosa dan perakitan mikrofibril selulosa.

Sintesis Rantai Selulosa

Proses sintesis rantai selulosa dimulai pada ujung sitoplasma kompleks terminal roset. Enzim sintase selulosa menggunakan residu glukosa yang disediakan oleh UDP-glukosa.

Pada langkah pertama, glukosa-6-fosfat diubah menjadi glukosa-1-fosfat di dalam sitoplasma sel tumbuhan oleh enzim fosfoglukomutase. Langkah ini biasa terjadi dalam sintesis pati, glikogen, dan selulosa.

Pada langkah selanjutnya, UTP dan glukosa-1-fosfat bereaksi membentuk UDP-glukosa dan molekul pirofosfat dilepaskan. Hidrolisis pirofosfat membuat langkah ini tidak dapat diubah. Ini juga merupakan langkah pembatas laju dalam sintesis selulosa.

Sintase selulase membutuhkan primer untuk sintesis rantai selulosa. Molekul steroid sitosterol-beta-glukosida berfungsi sebagai primer dalam sintesis selulosa.

Sintase selulosa mulai membangun rantai selulosa pada primer menggunakan residu glukosa yang disediakan oleh molekul glukosa-UDP. Ini bergabung dengan residu glukosa melalui beta 1-4 ikatan glikosidik untuk membentuk rantai panjang molekul UDP pelepasan selulosa.

Molekul UDP kemudian dapat diubah menjadi UTP oleh kinase tertentu.

Perakitan Mikrofibril Selulosa

Setelah rantai selulosa memanjang hingga panjang tertentu, enzim selulase yang ada di sitoplasma memutus rantai ini dari primer.

Kompleks roset memindahkan rantai ini melintasi membran plasma ke dalam dinding sel.

Di dinding sel, rantai selulosa yang berbeda disusun sejajar satu sama lain dan ikatan hidrogen terbentuk di antara mereka. Ini menghasilkan pembentukan mikrofibril selulosa dengan kekuatan tarik tinggi.

Bakteri

Bakteri menggunakan keluarga enzim yang sama untuk sintesis selulosa seperti yang digunakan oleh tumbuhan. Namun, enzim bakteri dikodekan oleh gen yang berbeda. Hipotesis lain adalah bahwa tanaman memperoleh enzim sintesis selulosa dari bakteri setelah endosimbiosis.

Hewan

Selulosa juga disintesis oleh beberapa hewan yang disebut tunicates. Tunicata adalah hewan invertebrata yang ditemukan di laut. Mereka memiliki cangkang keras yang membungkus tubuh halus hewan tersebut. Selulosa ditemukan di cangkang hewan ini.

Proses sintesis selulosa juga entah bagaimana sama seperti pada tumbuhan dan bakteri. Struktur selulosa pada dasarnya sama.

Jaringan Selulosa di Dinding Sel Tumbuhan

Pemahaman tentang susunan mikrofibril selulosa dan matriks polisakarida pada dinding sel tumbuhan juga penting dilakukan.

Kita telah mempelajari sebelumnya bahwa saat rantai selulosa disintesis, rantai tersebut diekspor keluar sel ke dinding sel. Di sini rantai selulosa disusun secara paralel membentuk ikatan hidrogen di antara mereka sendiri. Ini menghasilkan pembentukan mikrofibril selulosa.

Matriks polisakarida terbentuk ketika molekul gula lain berinteraksi dengan mikrofibril selulosa ini. Di dinding sel primer tumbuhan, glukan dan arabinoksilan adalah dua komponen utama matriks polisakarida. Polisakarida ini berinteraksi satu sama lain dan membentuk jaringan di antara mikrofibril selulosa. Jaringan ini diperkuat dengan formasi cross link. Ikatan silang ini terbentuk ketika residu arabinoksilan bereaksi dengan asam seperti asam ferulic (FA) dan asam diferulic (DFA). Karena alasan ini, juga dikatakan bahwa matriks polisakarida tersusun dari polisakarida asam.

Selain mikrofibril selulosa dan matriks polisakarida, dinding sel primer juga mengandung polisakarida ikatan silang. Polisakarida ini mengikat silang mikrofibril selulosa untuk membentuk jaringan yang kompleks. Polisakarida yang paling penting dari ikatan silang ini adalah hemiselulosa. Ini adalah turunan dari selulosa dan akan dibahas secara singkat di akhir artikel ini.

Kalsium juga berperan penting dalam pembentukan jaringan. Ini menghubungkan silang polisakarida asam yang ada dalam matriks polisakarida.

Kelimpahan

Selulosa adalah biopolimer yang paling banyak diproduksi di bumi. Itu ada di dinding sel semua sel tumbuhan. Selulosa juga ada di dinding sel organisme lain seperti bakteri dan alga.

Bentuk selulosa paling murni adalah kapas, yang mengandung sekitar 98% selulosa. Selain itu, selulosa juga terdapat pada kayu yang didapat dari pohon.

Meskipun sel hewan tidak memiliki dinding sel, selulosa juga ditemukan pada beberapa spesies hewan. Itu ada di cangkang tunicata, hewan invertebrata yang ditemukan di laut.

Selulolisis

Proses degradasi selulosa disebut selulolisis. Ini dapat didiskusikan dalam tiga judul; pada tumbuhan, hewan, dan saat terpapar panas.

Tanaman

Selulosa biasanya tidak terdegradasi pada tanaman kecuali dalam kondisi penyakit. Pada sebagian besar penyakit, patogen menembus sel tumbuhan setelah merusak dinding sel tumbuhan. Degradasi dinding sel ini dilakukan oleh enzim selulolitik yang mengganggu atau membelah selulosa yang ada di mikrofibril.

Berbagai enzim selulolitik secara kolektif dikenal sebagai enzim selulase. Enzim ini diproduksi oleh berbagai bakteri, jamur, dan parasit tumbuhan lainnya.

Hewan

Degradasi selulosa terjadi di saluran pencernaan beberapa mamalia. Biasanya sulit untuk mencerna selulosa karena ikatan silang ekstensif yang keluar di antara seratnya di dinding sel tanaman. Namun, pencernaan dapat difasilitasi jika dilarutkan dalam beberapa pelarut polar seperti larutan ionik, dll.

Pencernaan selulosa terbatas pada herbivora seperti sapi, kambing, domba, dll. Mamalia ini memiliki bakteri yang hidup dalam hubungan simbiosis di dalam saluran pencernaan mamalia tersebut. Ini termasuk spesies bakteri Cellulomonas dan Ruminococcus.

Bakteri ini menghasilkan enzim selulase yang mendegradasi selulosa yang ada dalam makanan mamalia ini. Produk pemecahan degradasi selulosa digunakan oleh bakteri untuk pertumbuhan dan perkembangbiakannya sendiri.

Bakteri tersebut kemudian dicerna oleh enzim saluran pencernaan mamalia. Dengan cara ini, selulosa yang ada pada bakteri menjadi bagian dari tubuh mamalia.

Dua jenis enzim terlibat dalam proses ini;

  • Selulase, mereka bekerja pada residu glukosa yang ada di dalam rantai dan memutus lapisan beta 1-4
  • Glukosidase, mereka bekerja di ujung rantai dan menghilangkan residu glukosa terminal dengan memutus ikatan glikosidik

Selulosa tidak dicerna dalam sistem pencernaan manusia karena kurangnya enzim yang memutus hubungan beta 1-4 glikosidik.

Termolisis

Termolisis berarti pemecahan selulosa saat terkena suhu tinggi atau panas.

Termolisis selulosa terjadi pada 350 derajat, ketika terurai menjadi uap karbon dioksida dan aerosol lainnya. Temperatur ini disebut temperatur termolitik atau temperatur pirolitik.

Lelehan selulosa pada suhu pirolitik mengandung rantai pendek yang terdiri dari dua hingga tujuh subunit.

Aerosol yang timbul pada suhu pirolitik ini mengandung oligomer selulosa dalam bentuk anhidrat. Molekul anhidrat ini berasal dari lelehan.

Pentingnya

Selulosa sangat penting dalam tumbuhan, hewan, mikroorganisme serta dalam industri.

Tanaman

Selulosa memberikan kekakuan pada sel tumbuhan. Kekuatan tarik tinggi dari serat selulosa yang ada di dinding sel tumbuhan bertanggung jawab untuk menjaga bentuk dan kekakuan sel tumbuhan. Hal ini disebabkan serat selulosa yang begitu kuat di dinding sel sehingga sel tumbuhan tidak pecah seperti sel hewan ketika ditempatkan dalam larutan hipotonik.

Mikroorganisme

Selulosa merupakan komponen dinding sel bakteri dan alga. Ini memberikan kekakuan pada sel-sel ini serta mempertahankan bentuk dan strukturnya.

Hewan

Ini adalah sumber karbohidrat penting dalam makanan herbivora seperti kambing dan domba.

Pada mamalia dan manusia lain, tidak dapat dicerna. Namun, ia bertindak sebagai serat besar yang dibutuhkan untuk kesehatan saluran pencernaan.

Industri

Selulosa digunakan di berbagai industri untuk kesejahteraan umat manusia. Berikut beberapa kegunaannya:

  • Selulosa digunakan untuk membuat kertas, karton, karton, stok kartu dan produk kertas lainnya.
  • Ini digunakan dalam industri tekstil untuk membuat pakaian. Pakaian yang berbeda dibuat dengan menggunakan kapas dan serat tumbuhan lainnya.
  • Ini digunakan untuk membuat kertas isolasi listrik di industri listrik.
  • Ini digunakan untuk membuat bahan bakar nabati.
  • Selulosa digunakan dalam bubuk mesiu.
  • Ini digunakan sebagai penstabil dalam berbagai obat.
  • Ini digunakan di laboratorium biologi sebagai fase diam untuk kromatografi.

Ringkasan

  • Selulosa adalah polisakarida struktural terpenting yang ada pada tumbuhan.
  • Ini terdiri dari rantai molekul glukosa yang tidak bercabang yang dihubungkan melalui ikatan beta 1-4 glikosidik.
  • Setiap molekul glukosa alternatif dalam rantai selulosa dibalik. Rantai-rantai ini disusun sejajar satu sama lain membentuk mikrofibril.
  • Ini disintesis oleh kompleks transmembran mawar khusus yang ada di membran plasma sel tumbuhan.
  • Mikrofibril selulosa dihubungkan silang melalui molekul hemiselulosa.
  • Matriks polisakarida dengan polisakarida asam juga terdapat bersama dengan mikrofibril selulosa di dinding sel tumbuhan.
  • Selulosa ada di dinding sel tumbuhan, alga, dan bakteri, dan juga di cangkang tunicata.
  • Selulosa hanya dicerna pada herbivora.
  • Pada tumbuhan, selulosa didegradasi oleh enzim patogen. Itu juga mengalami degradasi pada suhu 350 derajat Celcius.
  • Ini memberikan kekuatan dan kekakuan pada sel tumbuhan dan bakteri serta alga.
  • Ini adalah sumber karbohidrat untuk herbivora.
  • Selulosa membuat serat curah dalam makanan manusia.
  • Ini digunakan dalam industri untuk tujuan berikut;
  • Untuk membuat produk kertas dan kertas
  • Untuk membuat kertas isolasi
  • Sebagai biofuel
  • Sebagai fase diam dalam kromatografi
  • Untuk membuat bubuk mesiu

Related Posts

1 Comment

Comments are closed.