Molécula de la Semana

El polímero más abundante en la naturaleza: celulosa

Molécula de la Semana

Miguel Rea

PARA DESTACAR: Por ser uno de los principales, y más abundantes, componentes de la pared celular, la celulosa es reconocida como el polímero más abundante en la naturaleza con una producción natural que se estima en varios billones de toneladas anuales.

La celulosa, junto con la hemicelulosa y la lignina, son los principales componentes de la madera. La celulosa es producida por bacterias, protistas, algas, plantas y sorpresivamente incluso por algunos animales, como es el caso de los urocordados (o tunicados), animales marinos invertebrados que se les encuentra adheridos a rocas, muelles o a los lados sumergidos de las embarcaciones.

La celulosa fue descrita por primera vez en 1838 por Anselme Payen, químico francés, como un componente fibroso de tejidos vegetales que resistía extracción con ambos, solventes orgánicos y acuosos. Payen incluso determinó su fórmula molecular y notó su similitud con la del almidón.

La estructura de la celulosa, sin embargo, fue elucidada sólo hasta casi un siglo después por el químico alemán Hermann Staudinger, el acuñador del término macromolécula. La celulosa es un polímero muy estable conformado por cientos de unidades repetidas de glucosa (hasta 15 mil unidades en algunos casos).

El polímero de celulosa es sintetizado dentro de las células y secretado al exterior para conformar la matriz extracelular, también conocida como pared celular muy visible en organismos del reino vegetal. La pared celular consiste de cadenas de celulosa organizadas en estructuras tipo cable inmersas en una matriz rica en polisacáridos y glicoproteínas.

Por ser uno de los principales, y más abundantes, componentes de la pared celular, la celulosa es reconocida como el polímero más abundante en la naturaleza con una producción natural que se estima en varios billones de toneladas anuales. La humanidad siempre ha usado celulosa ya sea en forma de madera, algodón u alguna otra fibra natural.

Por cierto, a diferencia de la madera, el algodón tiene un mayor contenido de celulosa (94 al 98 por ciento), lo que es obvio por su gran diferencia en color. Quizá el uso más visible de la celulosa es en la fabricación de papel, pero en realidad actualmente tiene una gran variedad de aplicaciones prácticas, incluyendo su uso como aditivo en pinturas y recubrimientos, aditivo alimentario y en sistemas de filtración, entre otros.

Además, es posible cambiar la estructura de la molécula de la celulosa natural adicionando nuevos grupos químicos, lo que resulta en nuevos derivados de celulosa con nuevas o mejoradas propiedades químicas, físicas y utilitarias. Efectivamente, la celulosa es un adsorbente natural, pero modificado químicamente su capacidad de adsorción incrementa y puede ser usado eficientemente, por ejemplo, en sistemas de adsorción para la remoción de contaminantes del agua incluyendo substancias orgánicas, metales y colorantes.

Actualmente es posible crear derivados de celulosa con modificaciones químicas particulares hechas a la medida para aplicaciones industriales específicas con la ventaja de que la celulosa y sus derivados son renovables y biodegradables. Además, algunos derivados son también biocompatibles y por lo tanto tienen aplicaciones médicas, biomédicas (por ejemplo en membranas de purificación de sangre y sus componentes), o usos farmacéuticos (como vehículos o sistemas de liberación controlada de medicamentos, entre otros).

La celulosa oxidada, por ejemplo, se usa en formulaciones tópicas incluyendo algunas cremas, cosméticos, cremas y lociones anti-acné, protectores solares y cremas anti-hongos. La carboximetil celulosa de sodio se usa en pasta dental como estabilizador de sabor y engrosante, en champú como estabilizador de espuma y auxiliar para mantener la suspensión, en adhesivos dentales para prolongar la adhesión, entre otros.

A pesar de las numerosas aplicaciones de la celulosa, actualmente grandes volúmenes de materiales con alto contenido de celulosa se producen como subproducto de actividades industriales y agrícolas y esos materiales son comúnmente despreciados y considerados un desecho molesto.

Afortunadamente se espera que en el futuro, esos desechos sean utilizados, por ejemplo para la producción de biocombustibles y otros productos útiles que hoy se derivan del petróleo. Además se espera que con la síntesis de nano-materiales de celulosa y sus derivados surjan materiales con nuevas propiedades para nuevas aplicaciones. Por esas razones, y porque la química es parte de nuestras vidas, la molécula de la semana es la celulosa, el polímero más abundante en la naturaleza.

Referencias

Kamel, S., Ali, N., Jahangir, K., Shah, S. M., & El-Gendy, A. A. (2008). Pharmaceutical significance of cellulose: A review. Express Polymer Letters, 2(11), 758-778.

S., Gupta, V., Carrott, P., Singh, R., Chaudhary, M., & Kushwaha, S. (2016). Cellulose: A review as natural, modified and activated carbon adsorbent. Bioresource Technology, 216, 1066-1076.

Zimmer, J. (2015). A Molecular Description of Cellulose Biosynthesis. Biophysical Journal, 108(2).

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