Михаэль Иоелович, профессор, д.х.н, Израиль
Целлюлоза или клетчатка самый распространенный и возобновляемый органический полимер в природе, который широко используется для изготовления разнообразных и часто незаменимых веществ и материалов, таких как текстиль, искусственные волокна и пленки, бумага, картон, фильтры, мембраны, пластмассы, бездымный порох, взрывчатые вещества, лекарства, клеи, загустители, наполнители, микрокристаллическая целлюлоза, а в последнее время и наноцеллюлоза. Целлюлоза присутствует в качестве строительного материала в клеточных стенках всех наземных растениях и водорослей, образует панцири и защитные покровы ряда морских животных, а также синтезируется некоторыми видами бактерий. Установлено, что вследствие биосинтеза масса целлюлозы в природе ежегодно возрастает приблизительно на 1.5 триллиона тонн. Содержание целлюлозы в различных видах растений составляет: в стеблях травяных растений 30-40%, в древесине 42-50%, в лубяных растениях 60-75%, в хлопковых волокнах 90-92%. Некоторые виды бактерий, например, Acetobacter, синтезируют паутину, состоящую из чистой целлюлозы. Учитывая большую роль целлюлозы для современной промышленности, целесообразно кратко рассмотреть структурную организацию этого самого распространенного и возобновляемого органического природного полимера.
Известно, что первичными элементами надмолекулярной структуры целлюлозы являются длинные и тонкие нано-размерные нити – элементарные фибриллы. Нанофибриллы природной целлюлозы образуются в процессе биосинтеза в живых клетках наземных растений, водорослей, и некоторых бактерий и животных (оболочников, ракообразных, улиток) [1-4]. Образование целлюлозы происходит на поверхности плазматической мембраны с помощью терминального ферментного комплекса, имеющего форму нано- розетки с отверстием посередине. Ферментный комплекс розетки состоит из субъединиц целлюлозосинтазы. Синтез макромолекул целлюлозы осуществляеся вероятно путем поликоденсации UDP-глюкозы в активной зоне ферментного комплекса с последующей кристаллизацией и продавливанием нанофибрилл через отверстие розетки на поверхность мембраны. Образующинся первичные или элементарные нанофибриллы имеют поперечные размеры 3-10 нм в зависимости от происхождения целлюлозы. Вследствие высокой удельной поверхности первичные нанофибриллы склонны к агрегации с образованием фибрилляных пучков, названных микрофибриллами.
