Der Kupferseideprozess - Cellulose: Bau und Struktur des Cellulosemoleküls

2.1.2 Die Cellulose — ein Vielfachzucker

Um einen Einblick in die Abläufe des Kupferseideprozess zu geben, werden die chemischen Grundlagen im Folgenden vorgestellt. In der Mikroskopie weist man Cellulose durch Blauviolettfärbung mit Zinkchlorid-Iod-Lösung nach. Der Abbau von Cellulose gelingt durch die Verdauungsenzyme der meisten Säugetiere nicht. Nur im Pansen von Wiederkäuern — wie den Rindern — liefern Darmbakterien Enzyme (Cellulasen), welche Cellulose abbauen können. Auch Termiten haben die Fähigkeit, Cellulose zu verdauen. Für den Menschen dagegen stellt Cellulose ein unverdauliches, aber als Ballaststoff notwendiges Kohlenhydrat dar.

Cellulose ist ein Polysaccharid; das bedeutet, dass ein Cellulosekettenmolekül aus vielen Monosaccharidbausteinen aufgebeut ist. Cellulose, Stärke und Glucose sind „Kohlenhydrate”. Die meisten Kohlenhydrate enthalten neben den Kohlenstoffatomen Wasserstoffatome und Sauerstoffatome im Zahlenverhältnis 1:2; ihre Summenformel lässt sich als C_x(H₂O)_y schreiben — formal also ein Hydrat des Kohlenstoffs. Cellulose ist natürlich vorkommendes Makromolekül, ein sogenanntes Biopolymer.

	Charakteristisch ist die Verknüpfung der einzelnen Bausteine (s. Abb. 8). Bis zu 14000 `b`-`d`-Glucose-Einheiten bilden fadenförmige Riesenmoleküle. Die freien OH-Gruppen der gestreckten Molekülketten bilden mit ihren Nachbarn Wasserstoffbrücken aus. Dadurch vereinigen sich mehrere lange Ketten zu Bündeln, den Cellulosefasern (Mikrofibrillen).
Abb. 8: Molekularstruktur der Cellulose [Blume et al. 1996]
	In einer solchen Mikrofibrille sind 60 bis 70 der bandförmigen Cellulosemoleküle (-fasern) parallel ausgerichtet. Unter dem Elektronenmikroskop erkennt man die gebündelt Seite an Seite liegenden Cellulosefasern (s. Abb. 9). Diese spezifische Anordnung der Cellulosemoleküle bedingt die hohe Reißfestigkeit der Cellulosefasern und damit die bemerkenswerte mechanische Belastbarkeit der Zellwände.
Abb. 9: Faserstruktur der Celluloseunter dem Elektronenmikroskop [Blume et al. 1996]
	Die Cellulosefasern wiederum sind ebenfalls parallel angeordnet, wobei die Richtung jedoch von Schicht zu Schicht wechselt (Abb. 10). Dadurch entsteht ein Netzwerk aus Cellulosefaserschichten, das Pflanzen befähigt aufrecht zu stehen.
Abb. 10: Netzwerk aus Cellulosefasern [Jäck et al. 1988]

2.1.2 Die Cellulose — ein Vielfachzucker

2.1.3 Die "Chemie" der Cellulose