Cellulose: Wirkung und Funktion

Cellulose ist ein natürliches Polysaccharid und der wichtigste Bestandteil der pflanzlichen Zellwand. Als häufigste organische Substanz der Erde besteht sie aus langen, unverzweigten Ketten von Glucosemolekülen. Für den Menschen ist sie unverdaulich, da das notwendige Enzym zum Abbau fehlt, dennoch fördert sie als Ballaststoff die Verdauung und die Darmtätigkeit. Der folgende Artikel behandelt ihren Abbau, ihre Funktion und Wirkung sowie klinische Aspekte.

Cellulose – Definition

Cellulose ist ein Polysaccharid, das aus langen Ketten von Glucosemolekülen besteht, die β-1,4-glykosidisch miteinander verknüpft sind und hauptsächlich in Pflanzenzellwänden vorkommt. Aufgrund der β-1,4-glykosidischen Bindung  können Menschen sie nicht spalten, weshalb sie auch als Ballaststoff bezeichnet wird.

Cellulose – Wirkung und Funktion

Cellulose ist der am häufigsten vorkommende organische Stoff der Erde. Die chemische Anordnung aus linearen Ketten von β-D-Glucosemolekülen führt zu einer stabilen und unverzweigten Struktur, welche sich zu Mikro- und Makrofibrillen zusammenlagert und so den Pflanzen ihre mechanische Festigkeit ermöglicht.

In Pflanzen bildet Cellulose den Gerüststoff der pflanzlichen Zellwand und verleiht der Pflanze Form, Stabilität und Schutz. Sie ist unlöslich in Wasser und widerstandsfähig gegen viele chemische Einflüsse, was sie zu einem zentralen Bestandteil der pflanzlichen Struktur macht.

Menschen und die meisten Tiere können Cellulose nicht verdauen, da sie kein Cellulase-Enzym haben. Trotzdem erfüllen sie im Verdauungstrakt eine wichtige Ballaststofffunktion, da sie das Stuhlvolumen erhöhen, die Darmperistaltik fördern und damit die Verdauung unterstützen. Durch Wasserbindung im Darmlumen führt Cellulose zu einer weicheren Stuhlkonsistenz und erleichtert die Defäkation. Außerdem verkürzt sie die Passagezeit des Darminhalts und kann so obstipationsbedingten Beschwerden vorbeugen.

Indirekt kann Cellulose zur Regulation des Blutzuckerspiegels und zur Senkung des Cholesterinspiegels beitragen, indem sie die Resorption von Glucose und Gallensäuren verlangsamt.

Cellulose – Abbau

Viele Organismen können Cellulose nicht selbst abbauen, da ihnen die nötigen Enzyme fehlen. Nur bestimmte Mikroorganismen wie Pilze und Bakterien besitzen die passenden Cellulasen, die Cellulose in kleinere Zucker zerlegen.

Die wichtigsten Enzyme für den Abbau sind die folgenden:

• Endoglucanasen: Spalten die Cellulosekette an zufälligen Stellen auf in kürzere Bruchstücke
• Exoglucanasen: Spalten von den Enden der Ketten Cellobiose ab
• β-Glucosidasen: Spalten Cellobiose schließlich in zwei Glucose-Moleküle (Hydrolyse)

Endoglucanasen greifen die Cellulosekette an zufälligen inneren Positionen an, wohingegen Exoglucanasen die Kette vom Ende her abbauen.

Die freigesetzte Glucose kann anschließend in den Energiestoffwechsel (zum Beispiel Glykolyse) eingeschleust werden.

Cellulose – Klinik

Cellulose wird therapeutisch als Ballaststoffpräparat bei chronischer Obstipation, Divertikulose und zur Darmregulation eingesetzt. Sie gilt als gut verträglich und nicht toxisch. Zu hohe Mengen können Blähungen oder Völlegefühl verursachen. Bei unzureichender Flüssigkeitszufuhr kann sich die Obstipation verschlimmern. Eine ballaststoffreiche Ernährung, darunter auch Cellulose, ist mit einem geringeren Risiko für Darmkrebs, Adipositas und Typ-2-Diabetes assoziiert, da sie den Blutzuckerstoffwechsel positiv beeinflusst und die Darmflora unterstützt.