Cellulose is het meest voorkomende biopolymeer op aarde, een lineair polysacharide dat de primaire structurele component vormt van plantaardige celwanden, met de herhalende formule (C₆H₁₀O₅)_n. Het bestaat uit β-D-glucose-eenheden die via β(1→4)-glycosidische bindingen aan elkaar gekoppeld zijn, waardoor stijve, rechte ketens ontstaan die fundamenteel verschillen van de spiraalvormige α-gebonden structuur van zetmeel.

Moleculaire structuur

Elke celluloseketen heeft glucose-monomeren die 180° gedraaid zijn ten opzichte van hun buren, waardoor cellobiose-herhalingseenheden ontstaan met uitgebreide intra- en interketen waterstofbruggen. Deze bindingen vormen platte lagen die zich verpakken tot microfibrillen en zorgen voor hoge treksterkte door kristallijne gebieden. Ketens kunnen tot 15.000 glucose-eenheden lang zijn, met hydrofiele hydroxylgroepen aan één kant en hydrofobe oppervlakken aan de andere.

Fysische en chemische eigenschappen

Cellulose is onoplosbaar in water door de dichte verpakking en waterstofbruggen, en heeft hoge mechanische sterkte en weerstand tegen enzymatische afbraak, behalve door gespecialiseerde micro-organismen. De β-bindingen voorkomen menselijke vertering, waardoor het als voedingsvezel fungeert in plaats van energiebron. De eigenschappen maken sterke vezels in planten mogelijk, met microfibril-dimensies van ongeveer 1–4 nm lateraal.

Biosynthese en toepassingen

Cellulose wordt gesynthetiseerd door cellulose-synthase-complexen in plantaardige plasmamembranen en wordt als microfibrillen uitgescheiden in de celwandmatrix. Industrieel wordt het gebruikt in papier, textiel en biobrandstoffen; modificaties verbeteren de oplosbaarheid voor toepassingen zoals viscose. In de microbiologie produceren bepaalde bacteriën het extracellulair voor biofilms.