לדלג לתוכן

תאית

מתוך ויקיפדיה, האנציקלופדיה החופשית
תאית
מספר E E460 עריכת הנתון בוויקינתונים
מספר CAS 9004-34-6
צפיפות 1.5 גרם/סמ"ק
NFPA 704

1
1
0
לעריכה בוויקינתונים שמשמש מקור לחלק מהמידע בתבנית

תאית (או צלולוזה, מ-Cellulose) היא פחמימה, רב-סוכר, ביו פולימר המורכבת משרשראות ארוכות של מולקולות גלוקוז-בטא. התאית היא אחת משתי התרכובות האורגניות הכי נפוצות בטבע, משמשת כמרכיב מרכזי בדפנות התאים בצמחים, ומהווה כשליש מהמסה של הצומח בכדור הארץ. תאית קיימת בכל תא צמחי. התאית אינה מגיבה לבישול ונשמרת בבישול גם בתנאים חומציים. התרככות הירק בבישול אינה נובעת מהתרככות התאית, אלא מריכוך פולימר אחר בתא הצמחי - ההמיצלולוז, הסופח מים בעת הבישול ותורם לריכוך הירק. ירקות אכילים בעלי תכולת תאית גבוהה הם חסה, כרוב ומלפפון.[1]

היסטוריה

[עריכת קוד מקור | עריכה]

תאית התגלתה כמרכיב מרכזי בדפנות התא הצמחי ב-1838 על ידי הכימאי הצרפתי אנסלם פאיין (אנג'). בצורתה הטהורה ביותר מופיעה התאית בסיבי כותנה. ברוב הצמחים האחרים היא מופיעה בצירוף ליגנין והמיצלולוז. זיהוי י של הגן ליצירת צלולוזה נעשה ב־1974 על-ידי דבורה דלמר ועמיתיה באוניברסיטת מישיגן שהיו הראשונים לזהות גן (ביולוגיה) המעורב בסינתזה של תאית.[2]

המבנה המולקולרי של סיב צלולוזה. הקשרים בין השרשות יוצרים מארג יציב וקשיח.

מבנה כימי

[עריכת קוד מקור | עריכה]

הנוסחה הכימית של תאית היא C6H10O5)n), כאשר n הוא מספר יחידות הגלוקוז במולקולה. מולקולות הגלוקוז מחוברות בתאית באמצעות קשרים גליקוזידיים בין הפחמנים 1 ו-4, כלומר קשרי β-1,4. המבנה הוא שרשרת ישרה ללא סעיפים. במיקרופיברילות המרכיבות את דפנות התא הצמחי, שרשראות התאית מחוברות יחד על ידי קשרי מימן, על ידי שרשרות מקבילות, נוצר למבנה חזק המאפשר לשמור מבנה גבעולים ועלים. קשיות זו תורמת, בסופו של דבר ליכולת הצמיחה לגובה של הצמחים. פולימר דומה, בעל אותה נוסחת מבנה, הוא העמילן, שבו הקשרים יוצרים סעיפים ( קשרי α) וקשרים בין השרשרות היוצרים רווחים, ולכן הוא מסיס יותר, ומתעכל באמצעות האנזים עמילאז.[2][1]

פירוק תאית

[עריכת קוד מקור | עריכה]

פירוק הסיב הקשיח אינו נעשה על ידי אנזים יחיד, אלא באמצעות עבודה משולבת של שלוש קבוצות אנזים הפועלים בטור. שני האנזימים הראשונים נמצאים במיקרואורגניזמים, בעוד השלישי קיים במערכות העיכול של בעלי חיים.[3]

המנגנון האנזימטי: קומפלקס הצלולאז[4]

[עריכת קוד מקור | עריכה]
  1. אנדו-גלוקנאז (Endoglucanase): חותך קשרים אקראיים שמרכיבים את השרשרת ( קישורים 1-4בין זוגות תאים.) קוטע את שרשרת הצלולוזה למקטעים ויוצר קצוות חופשיים.[5]
  2. אקסו-גלוקנאז / צלוביוהידרולאז (Exoglucanase / Cellobiohydrolase): נצמד לקצוות החופשיים לאחר הקיטוע, ומנתק יחידות דו-סוכר בשם צלוביוז (Cellobiose).[6]
  3. בטא-גלוקוזידאז ($\beta$-glucosidase): מפרק את הדו-סוכר צלוביוז לשתי יחידות גלוקוז חופשיות.[7]

אסטרטגיות עיכול בבעלי חיים

[עריכת קוד מקור | עריכה]

בעלי חיים, במיוחד טרמיטים ומעלי גירה, מסוגלים לעכל תאית באמצעות חיידקים סימביוטיים, יש גם מספר מינים של בקטריות המסוגלות לייצר צלולוז. תאית אינה ניתנת לעיכול על ידי אדם, ויש לה ערך תזונתי שלילי. עם זאת יש לפיזור שלה במעי ערך כשל "סיבים תזונתיים". הליכי הפירוק האנזימטיים הראשונים נעשים על-ידי מיקרואורגניזמים ( חיידקים, פיטרוית, חד- תאיים).[8] ולכן במערכות העיכול של אוכלי עשב ישנם אזורים מיוחדים לגידול המיקרואורגניזמים המתאימים.[9]

מעלי גירה

[עריכת קוד מקור | עריכה]
השוואה בין מערכת העיכול של מכרסם ושל אדם: המעי העיוור הארוך של המכרסם מהווה מדגרה למיקרואורגניזמים המפרקים תאית

למעלי גירה מערכת המורכבת מ4 קיבות, שכל אחת מבצעת פעולה במסלול התססה של המקור הצמחי עם החיידקים המתאימים. לאחר הקיבה הראשונה, מועלה התוכן ללעיסה והפעלת אנזימי הרוק, וחוזר לטחינה והתססה. למעשה מקור המזון הם החיידקים עצמם המספקים חלבון וויטמינים בנוסף לסוכרים המשתחררים מפירוק הפולימר. הפירוק מתרחש בקיבה הקדמית המורכבת (בעיקר בכרס - Rumen), עוד לפני העיכול החומצי. החיידקים מתסיסים את הגלוקוז שנוצר והופכים אותו לחומצות שומן נדיפות (VFA): אצטט, פרופיונט ובוטירט. חומצות השומן נספגות בדופן הכרס לדם ומהוות את מקור האנרגיה המרכזי של בעל החיים.[10]

מכרסמים

[עריכת קוד מקור | עריכה]

מכרסמים, כמו גם יונקים אחרים, מקיימים מאגר של חיידקים במעי העיוור. במכרסמים המעי העיוור ארוך במיוחד, ומאפשר ריבוי חיידקים לתרביות עשירות ומאפשר מעבר של תרביות החיידקים למעי במהירות וביעילות, לכן הם יכולים להיעזר בקיבה אחת אבל בתכולה קטנה.

חרקים

[עריכת קוד מקור | עריכה]
טרמיטים מעכלים עץ, בסימביוזה עם חיידקים וסוגי פטריות ( הכיסוי הלבן בשוליים), שהם מגדלים במחילות שיוצרים בעץ וגורמים לתהליכי רקבון.

טרמיטים מחזיקים במעי האחורי פרוטיסטים אירוביים/אנאירוביים ייחודיים שמפרקים צלולוזה ועץ (ליגנו-צלולוזה) ביעילות כמעט מושלמת, ומספקים לטרמיט את כל תזונתו. סוגי נמלים הגוזרות עלים מהסוג Attaו- Acromyremex, מגדלים פטרייה, שמעכלת את התאית ומשמשת להם מזון.

באדם, קופים וחלק מהטורפים

[עריכת קוד מקור | עריכה]

קיים מעי עיוור קצר, ומעבר החיידקים למעי צר, ולכן הפירוק חלקי בלבד. מאידך סיבים של תאית נחוצים לפעולת מעי תקינה וחשיפת מרכיבי המזון לאנזימים ותאי המעי.[11]

שימושים בתעשייה

[עריכת קוד מקור | עריכה]

תעשיות מסורתיות (סיבים נקיים)

[עריכת קוד מקור | עריכה]
  • תעשיית הנייר והקרטון: הפרדת סיבי הצלולוזה מהעץ (בתהליך כימי או מכני להרחקת הליגנין) ליצירת עיסת נייר (Pulp).
  • תעשיית הטקסטיל:

כותנה (Cotton): סיבי הכותנה מכילים מ כ-90% צלולוזה טהורה. סיבים טהורים מופקים גם מעלי תירס ומשמשים לטוויה בתעשיית הבדים לסוגיהם, ביגוד, אריזות, ומוצרים ביתיים. לעיתים עם שילוב זהורית.

פשתן (Linen): מבוסס על סיבי צלולוזה מצמח הפשתן. הפקת סיבי ליגנין וצלולוזה מפשתן מורכבת מכמה פעולות כולל בישול ושטיפות והפרדה פיזית.[12]

נגזרות כימיות של צלולוזה (Cellulose Derivatives)

[עריכת קוד מקור | עריכה]

על ידי מודיפיקציה כימית של קבוצות ההידרוקסיל -[OH] בשרשרת, מתקבלים חומרים בעלי תכונות ייחודיות:[13]

  • ויסקוזה / זהורית (Rayon / Lyocell): צלולוזה מומסת שמוזרקת מחדש כסיב סינתטי למחצה למשטחי בדים. תעשיית הבגדים מבוססת בחלקה על סיבים אלה.[14]
  • צלולואיד: "הפלסטיק ההיסטורי", שמשמש לתעשיית הסרטים, וכן לתחבושות ולמוצרי פולימרים זולים ומתכלים. עקב הירידה בשימוש בסרטי צלולואיד לצילום והסרטה, ופיתוח פולימרים מלאכותיים יעילים, עמידים וחזקים יותר, יורד השימוש בצלולואיד לתעשייה.
  • ניטרוצלולוזה (Nitrocellulose): התמרת הצלולוזה בחומצה חנקתית. משמשת כחומר נפץ הודף (אבק שרפה ללא עשן), (TNT ( TriNitroToluene הוא חומר נפץ רב עוצמה שנוצר מניטרוטולואן. בעוד ניטרוצלולוזה הוא נוזל רגיש שעשוי להתפוצץ בטילטול או חום,, ה־TNT הוא מוצק, יציב ומתפוצץ רק כשנוצר גל פיצוץ. ניטרוצלולוזה משמש גם לטיפול בהפרעות קשות בפעולת הלב.[15]
  • מתילצלולוזה (Methyl cellulose) ו-HPMC: נגזרות של צלולוזה שבהן קבוצות הידרכסיל מותמורות ל קבוצת מתיל המסיסות במים קרים. משמשות כמעבים, מתחלבים ומשפרי מרקם בתעשיית המזון (תוסף E461), בגלולות תרופתיות ובחומרי בנייה (כמו דבק אריחים).[16]
  • צלולוז אצטט (Cellulose Acetate): משמש לייצור פילם צילומי, מסנני סיגריות ומסגרות למשקפיים.[17]
סיבים של ננו- צלולוזה. נוטים להסתדר בגבישים סימטריים בתנאיי ייבוש.

. יישומים טכנולוגיים מתקדמים

[עריכת קוד מקור | עריכה]
  • ננו-צלולוזה (Nanocellulose): פירוק הסיבים לרמה הננומטרית (NCF/CNC). מעניק חומר חזק מפלדה ביחס למשקלו, שקוף וקל. משמש בחומרים מרוכבים, במסכים גמישים, וברפואה (תחבושות חכמות ופיגומים להנדסת רקמות). וגם כחומר גלם בתעשיות מתקדמות, כמו מטוסים, מארזים ועוד.[18]
  • דלק ביולוגי (Cellulosic Ethanol): הפקת אתנול מפסולת חקלאית ועץ (ליגנו-צלולוזה) באמצעות פירוק אנזימטי לגלוקוז ותסיסה ליצירת הכהל אתנול,[19] שיכול להחליף דלק למנועי בעירה פנימית כמו מכוניות. מציע חלופה ירוקה ללא פגיעה בגידולי מזון וידידותי לסביבה. תוצר תיעוש תהליך הפקת אנרגיה מתאית (בניגוד למדורה מעץ) נקרא ביו-דלק ונפוץ יותר כביודיזל.[20]
  • ברפואה משתמשים בננו גבישים של צלולוזה כנשאי תרופות, העברת תרופות במערכות פנימיות והזרקות, ספיחה ועוד.[21]

ערך תזונתי

[עריכת קוד מקור | עריכה]

רוב בעלי החיים אינם מסוגלים לפרק צלולוז ולהפיק ממנו אנרגיה, רוב פירוק התאית בטבע מבוצע על ידי חיידקים ופטריות. בעלי חיים הניזונים מעשב כדוגמת מעלי הגירה חיים בסימביוזה עם חיידקים מפרקי תאית במערכת העיכול. חיידקים אלו מפרישים אנזימים המפרקים את הפולימר לדו סוכר צלוביוז ובהמשך לגלוקוז[22]. באופן דומה, מנצלים את התאית גם בעלי חיים אחרים הניזונים מחלקי צמחים עתירי תאית כדוגמת צבים או איגואנות. עיכול באמצעות חיידקים של תאית שמקורה באצות נמצאה גם בפטישן טיבורו, נראה שהמקור האבולוציוני ליכולת פירוק התאית זו של מין שנחשב בעבר לטורף הוא בסימביוזה עם חיידקים מפרקי כיטין הבונה את שריון הסרטנים שהם מרכיב משמעותי בתזונה של כריש זה[23]. לעומת זאת, יש טרמיטים בהם מתקיים פירוק תאית במערכת העיכול ללא תלות בחיידקים.[24]

ראו גם

[עריכת קוד מקור | עריכה]

קישורים חיצוניים

[עריכת קוד מקור | עריכה]

הערות שוליים

[עריכת קוד מקור | עריכה]
  1. 1 2 Alejandro Rodríguez Pascual, Eugenio Martín (E María), Cellulose, BoD – Books on Demand, 2019, ISBN 978-1-83968-056-4. (באנגלית)
  2. 1 2 Elina Marinho, Cellulose: A comprehensive review of its properties and applications, Sustainable Chemistry for the Environment 11, 2025-09-01, עמ' 100283 doi: 10.1016/j.scenv.2025.100283
  3. ↑ Q Gan, S. J Allen, G Taylor, Kinetic dynamics in heterogeneous enzymatic hydrolysis of cellulose: an overview, an experimental study and mathematical modelling, Process Biochemistry 38, 2003-02-28, עמ' 1003–1018 doi: 10.1016/S0032-9592(02)00220-0
  4. ↑ Bin Yang, Ziyu Dai, Shi-You Ding, Charles E Wyman, Enzymatic hydrolysis of cellulosic biomass, Biofuels 2, 2011-07-01, עמ' 421–449 doi: 10.4155/bfs.11.116
  5. ↑ Neelamegam Annamalai, Mayavan Veeramuthu Rajeswari, Thangavel Balasubramanian, Endo-1,4-β-glucanases: Role, Applications and Recent Developments, Cham: Springer International Publishing, 2016, עמ' 37–45, ISBN 978-3-319-43679-1
  6. ↑ Tulika Sinha, Kanika Sharma, Syed Shams Yazdani, Chapter 4 - Cellobiohydrolases, Academic Press, 2023-01-01, Foundations and Frontiers in Enzymology, עמ' 77–95, ISBN 978-0-323-91805-3
  7. ↑ James R. Ketudat Cairns, Asim Esen, β-Glucosidases, Cellular and molecular life sciences: CMLS 67, 2010-10, עמ' 3389–3405 doi: 10.1007/s00018-010-0399-2
  8. ↑ Paul J. Weimer, Cellulose Degradation by Ruminal Microorganisms, Critical Reviews in Biotechnology 12, 1992-01-01, עמ' 189–223 doi: 10.3109/07388559209069192
  9. ↑ Paul J. Weimer, Degradation of Cellulose and Hemicellulose by Ruminal Microorganisms, Microorganisms 10, 2022-11-27, עמ' 2345 doi: 10.3390/microorganisms10122345
  10. ↑ R. A. Mcanally, A. T. Phillipson, Digestion in the Ruminant, Biological Reviews 19, 1944, עמ' 41–54 doi: 10.1111/j.1469-185X.1944.tb00301.x
  11. ↑ Harry J. Flint, Karen P. Scott, Sylvia H. Duncan, Petra Louis, Evelyne Forano, Microbial degradation of complex carbohydrates in the gut, Gut Microbes 3, 2012-07-14, עמ' 289–306 doi: 10.4161/gmic.19897
  12. ↑ Narendra Reddy, Yiqi Yang, Structure and properties of high quality natural cellulose fibers from cornstalks, Polymer 46, 2005-07-11, עמ' 5494–5500 doi: 10.1016/j.polymer.2005.04.073
  13. ↑ Amita Sharma, Manisha Thakur, Munna Bhattacharya, Tamal Mandal, Saswata Goswami, Commercial application of cellulose nano-composites – A review, Biotechnology Reports 21, 2019-03-01, עמ' e00316 doi: 10.1016/j.btre.2019.e00316
  14. ↑ Feng Jiang, Cellulose Fibers, 1, Wiley, 2020-04-27, עמ' 95–124, ISBN 978-3-527-34220-4. (באנגלית)
  15. ↑ Edmund Morris, Colin R. Pulham, Carole A. Morrison, Structure and properties of nitrocellulose: approaching 200 years of research, RSC Advances 13, 2023, עמ' 32321–32333 doi: 10.1039/D3RA05457H
  16. ↑ Pauline Nasatto, Frédéric Pignon, Joana Silveira, Maria Duarte, Miguel Noseda, Marguerite Rinaudo, Methylcellulose, a Cellulose Derivative with Original Physical Properties and Extended Applications, Polymers 7, 2015-04-24, עמ' 777–803 doi: 10.3390/polym7050777
  17. ↑ Shaohua Wu, Xiaohong Qin, Minxuan Li, The structure and properties of cellulose acetate materials: A comparative study on electrospun membranes and casted films, Journal of Industrial Textiles 44, 2014-07-01, עמ' 85–98 doi: 10.1177/1528083713477443
  18. ↑ Patchiya Phanthong, Prasert Reubroycharoen, Xiaogang Hao, Guangwen Xu, Abuliti Abudula, Guoqing Guan, Nanocellulose: Extraction and application, Carbon Resources Conversion 1, 2018-04-01, עמ' 32–43 doi: 10.1016/j.crcon.2018.05.004
  19. ↑ Mary Mandels, Lloyd Hontz, John Nystrom, Enzymatic hydrolysis of waste cellulose, Biotechnology and Bioengineering 16, 1974, עמ' 1471–1493 doi: 10.1002/bit.260161105
  20. ↑ Vijay Kumar Thakur, Manju Kumari Thakur, Processing and characterization of natural cellulose fibers/thermoset polymer composites, Carbohydrate Polymers 109, 2014-08-30, עמ' 102–117 doi: 10.1016/j.carbpol.2014.03.039
  21. ↑ Muhammad Rafique Khan, Muhammad Wasim, Amjad Farooq, Muhammad Awais Naeem, Muhammad Mushtaq, Junyan Liu, Chaofan Chen, Qufu Wei, A review study on derivation of nanocellulose to its functional properties and applications in drug delivery system, food packaging, and biosensing devices, Polymer Bulletin 81, 2024-07, עמ' 9519–9568 doi: 10.1007/s00289-024-05190-4
  22. ↑ Microbial Degradation Of Cellulose (Enzymes, Steps, Mechanisms)
  23. ↑ Leigh, Samantha C., Yannis P. Papastamatiou, and Donovan P. German, Gut microbial diversity and digestive function of an omnivorous shark, Marine Biology 168.5, 2021, עמ' 1-16
  24. ↑ Michael M. Martin, Joan S. Martin, Cellulose Digestion in the Midgut of the Fungus-Growing Termite Macrotermes natalensis: The Role of Acquired Digestive Enzymes, Science 199, 1978-03-31, עמ' 1453–1455 doi: 10.1126/science.199.4336.1453
סוגי פחמימות
גאומטריה מולקולרית אנומר • מוטרוטציה
חד-סוכרים
פנטוזות אלדופנטוזות (אראבינוז • ליקסוז • קסילוז • ריבוז) • קטופנטוזות (ריבולוז • קסילולוז)
הקסוזות אלדוהקסוזות (אידוז • אלוז • אלטרוז • גולוז • גלוקוז • גלקטוז • טלוז • מנוז) • קטוהקסוזות (טגטוז • סורבוז • פסיקוז • פרוקטוז)
דו-סוכרים איזומלטוז • איזומלטולוז • טורנוז • טרהלוז • לקטוז • לקטולוז • מלטוז • סוכרוז • צלוביוז
אוליגוסכרידים אחרים מלטודקסטרין • ציקלודקסטרין
רב-סוכרים אינולין • גליקוגן • המיצלולוז • כיטין • סיבים תזונתיים • עמילן (עמילוז • עמילופקטין) • פקטין • תאית
אוחזר מתוך "https://he.wikipedia.org/w/index.php?title=תאית&oldid=43748616"