Polysaccharider

Som navnet antyder, er polysaccharider store molekyler med høj molekylvægt, der er opbygget ved at samle monosaccharidenheder ved hjælp af glykosidiske bindinger. De kaldes undertiden glykaner. De vigtigste forbindelser i denne klasse, cellulose, stivelse og glykogen, er alle polymerer af glukose. Dette kan let påvises ved syrekatalyseret hydrolyse til monosaccharidet. Da delvis hydrolyse af cellulose giver varierende mængder cellobiose, konkluderer vi, at glukoseenhederne i dette makromolekyle er forbundet med beta-glykosidbindinger mellem C-1- og C-4-stederne i tilstødende sukkerstoffer. Delvis hydrolyse af stivelse og glykogen giver disaccharidet maltose sammen med dextrans med lav molekylvægt, polysaccharider, hvor glukosemolekylerne er forbundet med alfa-glycosidbindinger mellem C-1 og C-6 samt de alfa C-1 til C-4-bindinger, der findes i maltose. Polysaccharider opbygget af andre monosaccharider (f.eks. mannose, galactose, xylose og arabinose) er også kendt, men vil ikke blive diskuteret her.

Over halvdelen af det samlede organiske kulstof i jordens biosfære er i cellulose. Bomuldsfibre er i det væsentlige ren cellulose, og træet fra buske og træer består af ca. 50 % cellulose. Som en polymer af glukose har cellulose formlen (C6H10O5)n, hvor n varierer fra 500 til 5.000, afhængigt af kilden til polymeren. Glukoseenhederne i cellulose er forbundet på lineær vis, som vist på nedenstående tegning. Beta-glykosidbindingerne gør det muligt for disse kæder at strække sig ud, og denne konformation stabiliseres af intramolekylære hydrogenbindinger. En parallel orientering af de tilstødende kæder er også begunstiget af intermolekylære hydrogenbindinger. Selv om en enkelt hydrogenbinding er relativt svag, kan mange af disse bindinger i fællesskab give visse konformationer af store molekyler stor stabilitet. De fleste dyr kan ikke fordøje cellulose som føde, og i menneskers kost fungerer denne del af vores vegetabilske indtag som grovfoder og udskilles stort set uændret. Nogle dyr (f.eks. koen og termitter) huser tarmmikroorganismer, der nedbryder cellulose til monosakkaridnæringsstoffer ved hjælp af beta-glykosidaseenzymer.

Cellulose ledsages almindeligvis af en forgrenet, amorf polymer med lavere molekylvægt, der kaldes hemicellulose. I modsætning til cellulose er hemicellulose strukturelt svag og bliver let hydrolyseret af fortyndet syre eller base. Desuden katalyserer mange enzymer hydrolysen af den. Hemicellulose er sammensat af mange D-pentose-sukkerarter, hvor xylose er den vigtigste komponent. Mannose og mannuronsyre er ofte til stede, ligesom galactose og galacturonsyre.

Stivelse er en polymer af glucose, der findes i rødder, rhizomer, frø, stængler, knolde og rodskud af planter, som mikroskopiske granulater med karakteristiske former og størrelser. De fleste dyr, herunder mennesker, er afhængige af denne plantestivelse som næring. Stivelse er mere kompleks i sin struktur end cellulose. De intakte granulater er uopløselige i koldt vand, men hvis de knuses eller svulmes op i varmt vand, sprænges de.

Den frigjorte stivelse består af to fraktioner. Ca. 20 % er et vandopløseligt materiale kaldet amylose. Molekyler af amylose er lineære kæder af flere tusinde glukoseenheder, der er forbundet med alfa C-1 til C-4 glykosidbindinger. Amyloseopløsninger er faktisk dispersioner af hydrerede spiralformede miceller. Størstedelen af stivelsen er et stof med en meget højere molekylvægt, der består af næsten en million glukoseenheder og kaldes amylopektin. Molekyler af amylopektin er forgrenede netværk, der er opbygget af C-1 til C-4- og C-1 til C-6-glykosidbindinger, og de er stort set uopløselige i vand. Repræsentative strukturformler for amylose og amylopectin er vist ovenfor. Forgreningen i dette diagram er overdrevet, da der i gennemsnit kun forekommer forgreninger hver femogtyvende glukoseenhed.

Hydrolyse af stivelse, som regel ved enzymatiske reaktioner, giver en sirupsagtig væske, der hovedsagelig består af glukose. Når majsstivelse er råvaren, er dette produkt kendt som majssirup. Det anvendes i vid udstrækning til at blødgøre konsistensen, tilføre volumen, forhindre krystallisering og forbedre smagen af fødevarer. Glykogen er den glukoselagringspolymer, der anvendes af dyr. Det har en struktur, der ligner amylopektin, men er endnu mere forgrenet (ca. hver tiende glukoseenhed). Graden af forgrening i disse polysaccharider kan måles ved enzymatisk eller kemisk analyse.