La cellulose est le biopolymère le plus abondant sur Terre. Il s’agit d’un polysaccharide linéaire constituant le principal composant structurel des parois cellulaires végétales, dont la formule répétitive est (C₆H₁₀O₅)_n. Elle est composée d’unités de β-D-glucose liées par des liaisons glycosidiques β(1→4), formant des chaînes rigides et rectilignes qui diffèrent profondément de la structure hélicoïdale liée en α observée dans l’amidon.

Structure moléculaire

Chaque chaîne de cellulose est constituée de monomères de glucose orientés à 180° les uns par rapport aux autres, formant des unités répétitives de cellobiose dotées d’un réseau étendu de liaisons hydrogène intra- et inter-chaînes. Ces interactions stabilisent des feuillets plats qui s’assemblent en microfibrilles, conférant une résistance mécanique élevée en raison de la présence de régions cristallines. Les chaînes peuvent atteindre jusqu’à 15 000 unités de glucose, avec des groupes hydroxyles hydrophiles d’un côté et des surfaces plus hydrophobes de l’autre.

Propriétés physiques et chimiques

La cellulose est insoluble dans l’eau en raison de son empaquetage dense et de ses nombreuses liaisons hydrogène. Elle présente une grande résistance mécanique et une forte résistance à la dégradation enzymatique, à l’exception des microbes spécialisés capables de dégrader la cellulose. Les liaisons β empêchent sa digestion chez l’être humain, ce qui en fait une fibre alimentaire plutôt qu’une source d’énergie. Ses propriétés permettent la formation de fibres végétales robustes, les microfibrilles présentant un diamètre latéral d’environ 1 à 4 nm.

Biosynthèse et applications

Synthétisée par des complexes de cellulose synthase situés dans la membrane plasmique des cellules végétales, la cellulose est extrudée sous forme de microfibrilles dans la matrice pariétale. Industriellement, elle est utilisée dans la fabrication du papier, des textiles et des biocarburants, des modifications chimiques permettant d’améliorer sa solubilité pour des applications telles que la viscose. En microbiologie, certaines bactéries la produisent de manière extracellulaire pour constituer des biofilms.