Celulosa

La celulosa es un polisacárido formado por largas cadenas de glucosa y constituye el principal componente de la pared celular de las plantas. Es el compuesto orgánico más abundante de la biosfera y la base de materiales tan cotidianos como el papel, el algodón o la madera.

¿Qué es la celulosa?

La celulosa es un homopolisacárido estructural: un polímero lineal de moléculas de β-D-glucosa unidas por enlaces glucosídicos β(1→4). Su fórmula general es (C₆H₁₀O₅)_n, donde n puede alcanzar varios miles de unidades. El nombre fue acuñado por el químico francés Anselme Payen, que la aisló de la madera en 1838.

Estructura química

La diferencia con el almidón, también hecho de glucosa, está en el tipo de enlace. En la celulosa, cada molécula de glucosa aparece girada 180° respecto a la vecina, lo que produce cadenas rectas y extendidas. En el almidón, el enlace α(1→4) genera hélices.

Esa linealidad permite que las cadenas se alineen en paralelo y se unan lateralmente mediante puentes de hidrógeno. Así se forman:

1. Microfibrillas, de decenas de cadenas, con zonas cristalinas muy ordenadas.
2. Macrofibrillas y fibras, visibles al microscopio, con una enorme resistencia a la tracción.

Propiedades

• Insoluble en agua y en la mayoría de disolventes, a pesar de ser muy hidrófila: absorbe agua y se hincha.
• Muy resistente a la tracción, comparable en algunos casos a ciertos materiales sintéticos por su peso.
• Inodora e insípida, y sin valor calórico para el ser humano.
• Biodegradable y renovable.
• No se funde: al calentarla en exceso se descompone (pirólisis) antes de fundirse.

Función biológica

En las plantas, las microfibrillas de celulosa forman un entramado que se incrusta en una matriz de hemicelulosas y pectinas. Este conjunto es la pared celular primaria, que da forma y rigidez a la célula, soporta la presión de turgencia y protege frente a agresiones. En la pared secundaria de las células leñosas, la celulosa se combina con lignina, que aporta dureza e impermeabilidad.

La celulosa se sintetiza en la membrana plasmática mediante complejos enzimáticos llamados celulosa sintasas, visibles al microscopio electrónico como rosetas. Cada complejo alarga las cadenas con glucosa procedente de la UDP-glucosa.

¿Dónde se encuentra?

También la producen algunas algas, ciertas bacterias (como Komagataeibacter xylinus, que forma celulosa bacteriana muy pura) y los tunicados, únicos animales con celulosa propia en su túnica.

Digestión de la celulosa

Los animales no producen celulasas, las enzimas capaces de romper el enlace β(1→4). Por eso, la celulosa es para los humanos fibra dietética insoluble: no se digiere, pero aumenta el volumen de las heces y favorece el tránsito intestinal.

Los herbívoros dependen de microorganismos. Los rumiantes, como vacas, ovejas y cabras, albergan bacterias y protozoos celulolíticos en el rumen que fermentan la celulosa. Las termitas cuentan con simbiontes intestinales. Es un ejemplo clásico de mutualismo. Hongos como Trichoderma reesei producen celulasas de uso industrial.

Obtención y usos

La pasta de celulosa se obtiene sobre todo de la madera mediante procesos químicos (el más extendido es el proceso kraft, que cuece la madera con hidróxido y sulfuro de sodio para disolver la lignina) o mecánicos. Después se lava, se blanquea y se seca.

• Papel y cartón: es su uso principal.
• Textil: algodón, lino, y fibras regeneradas como la viscosa, el modal y el lyocell.
• Industria alimentaria: aditivos como la carboximetilcelulosa (E466) y la celulosa microcristalina (E460) actúan como espesantes y estabilizantes.
• Farmacia: excipiente en comprimidos.
• Construcción: aislante térmico de celulosa reciclada.
• Materiales avanzados: nanocelulosa, bioplásticos, filtros y películas como el celofán.
• Bioenergía: el bioetanol de segunda generación se obtiene de residuos celulósicos.

Importancia y sostenibilidad

La celulosa almacena cantidades enormes de carbono, y es una materia prima renovable. Su producción exige gestión forestal responsable (certificaciones como FSC o PEFC), minimizar el consumo de agua y energía, y sustituir blanqueos con cloro elemental por métodos libres de cloro. El reciclaje del papel permite reutilizar las fibras varias veces, aunque estas se acortan con cada ciclo.

Frente al plástico derivado del petróleo, los materiales basados en celulosa ofrecen una alternativa biodegradable, y su estudio está en pleno auge dentro de la biotecnología. Para conocer las moléculas hermanas, véase también los carbohidratos.

Preguntas frecuentes

Referencias

• Nelson, D. L. y Cox, M. M. (2018). Lehninger. Principios de bioquímica (7.ª ed.). Omega.
• Taiz, L. y Zeiger, E. (2010). Plant Physiology (5.ª ed.). Sinauer Associates.
• Klemm, D. et al. (2005). «Cellulose: fascinating biopolymer and sustainable raw material». Angewandte Chemie International Edition, 44(22), 3358-3393.