Polysacharidy

Jak název napovídá, polysacharidy jsou velké vysokomolekulární molekuly vytvořené spojením monosacharidových jednotek pomocí glykosidových vazeb. Někdy se nazývají glykany. Nejdůležitější sloučeniny této třídy, celulóza, škrob a glykogen, jsou polymery glukózy. To lze snadno prokázat kyselinou katalyzovanou hydrolýzou na monosacharid. Protože částečnou hydrolýzou celulosy vzniká různé množství celobiosy, usuzujeme, že glukosové jednotky v této makromolekule jsou spojeny beta-glykosidovými vazbami mezi místy C-1 a C-4 sousedních cukrů. Částečnou hydrolýzou škrobu a glykogenu vzniká disacharid maltóza spolu s nízkomolekulárními dextrany, polysacharidy, v nichž jsou molekuly glukózy spojeny alfa-glykosidovými vazbami mezi C-1 a C-6, stejně jako alfa vazbami C-1 až C-4, které se nacházejí v maltóze. Polysacharidy vytvořené z jiných monosacharidů (např. manózy, galaktózy, xylózy a arabinózy) jsou také známy, ale nebudeme se jimi zde zabývat.

Více než polovina celkového organického uhlíku v zemské biosféře je obsažena v celulóze. Bavlněná vlákna jsou v podstatě čistá celulóza a dřevo keřů a stromů obsahuje asi 50 % celulózy. Jako polymer glukózy má celulóza vzorec (C6H10O5)n, kde n se pohybuje od 500 do 5000 v závislosti na zdroji polymeru. Jednotky glukózy v celulóze jsou lineárně spojeny, jak je znázorněno na obrázku níže. Beta-glykosidové vazby umožňují protažení těchto řetězců a tato konformace je stabilizována intramolekulárními vodíkovými vazbami. Paralelní orientaci sousedních řetězců podporují také mezimolekulární vodíkové vazby. Ačkoli je jednotlivá vodíková vazba relativně slabá, mnoho takových vazeb působících společně může určitým konformacím velkých molekul propůjčit velkou stabilitu. Většina zvířat nedokáže celulózu jako potravu strávit a v lidské stravě tato část rostlinného příjmu funguje jako objemové krmivo a je vyloučena v podstatě beze změny. Někteří živočichové (například kráva a termiti) v sobě ukrývají střevní mikroorganismy, které pomocí enzymů beta-glykosidáz rozkládají celulózu na monosacharidové živiny.

Celulóza je běžně doprovázena amorfním rozvětveným polymerem s nižší molekulovou hmotností, který se nazývá hemicelulóza. Na rozdíl od celulózy je hemicelulóza strukturně slabá a snadno se hydrolyzuje zředěnou kyselinou nebo zásadou. Také mnoho enzymů katalyzuje její hydrolýzu. Hemicelulosa se skládá z mnoha D-pentosových cukrů, přičemž hlavní složkou je xylosa. Často jsou přítomny manóza a kyselina mannuronová a také galaktóza a kyselina galakturonová.

Škrob je polymer glukózy, který se nachází v kořenech, oddencích, semenech, stoncích, hlízách a hlízkách rostlin jako mikroskopická zrnka charakteristického tvaru a velikosti. Výživa většiny živočichů včetně člověka závisí na těchto rostlinných škrobech. Struktura škrobu je složitější než struktura celulózy. Neporušené granule jsou ve studené vodě nerozpustné, ale jejich rozmělnění nebo nabobtnání v teplé vodě způsobí jejich prasknutí.

Uvolněný škrob se skládá ze dvou frakcí. Asi 20 % tvoří ve vodě rozpustný materiál zvaný amylosa. Molekuly amylosy jsou lineární řetězce několika tisíc glukosových jednotek spojených alfa C-1 až C-4 glykosidovými vazbami. Roztoky amylosy jsou vlastně disperze hydratovaných šroubovicových micel. Většinu škrobu tvoří látka s mnohem vyšší molekulovou hmotností, která se skládá z téměř milionu glukózových jednotek a nazývá se amylopektin. Molekuly amylopektinu jsou rozvětvené sítě tvořené glykosidovými vazbami C-1 až C-4 a C-1 až C-6 a jsou v podstatě nerozpustné ve vodě. Reprezentativní strukturní vzorce amylosy a amylopektinu jsou uvedeny výše. Větvení v tomto diagramu je přehnané, protože v průměru se větve vyskytují pouze každých dvacet pět glukózových jednotek.

Hydrolýzou škrobu, obvykle enzymatickými reakcemi, vzniká sirupovitá tekutina složená převážně z glukózy. Pokud je výchozí surovinou kukuřičný škrob, je tento produkt znám jako kukuřičný sirup. Široce se používá ke změkčení textury, přidání objemu, zákazu krystalizace a zvýraznění chuti potravin. Glykogen je polymer pro ukládání glukózy, který používají zvířata. Má podobnou strukturu jako amylopektin, ale je ještě více rozvětvený (přibližně každá desátá jednotka glukózy). Stupeň větvení těchto polysacharidů lze měřit enzymatickou nebo chemickou analýzou.

.