Poliszacharidok

Amint a neve is mutatja, a poliszacharidok nagy, nagy molekulatömegű molekulák, amelyek monoszacharid egységek glikozidos kötésekkel történő összekapcsolásával jönnek létre. Néha glikánoknak is nevezik őket. Az ebbe az osztályba tartozó legfontosabb vegyületek, a cellulóz, a keményítő és a glikogén mind glükóz polimerek. Ez könnyen kimutatható savkatalizált hidrolízissel a monoszacharidig. Mivel a cellulóz részleges hidrolízise különböző mennyiségű cellobiózt eredményez, arra következtetünk, hogy e makromolekula glükóz egységei a szomszédos cukrok C-1 és C-4 helyei közötti béta-glikozid kötésekkel kapcsolódnak össze. A keményítő és a glikogén részleges hidrolízise a diszacharid maltózt eredményezi alacsony molekulatömegű dextránsokkal együtt, olyan poliszacharidokat, amelyekben a glükózmolekulákat a C-1 és C-6 közötti alfa-glikozid kötések, valamint a maltózban található alfa-C-1-C-4 kötések kötik össze. Más monoszacharidokból (pl. mannóz, galaktóz, xilóz és arabinóz) felépülő poliszacharidok is ismertek, de ezeket itt nem tárgyaljuk.

A földi bioszféra teljes szerves szénmennyiségének több mint fele cellulózban található. A pamutszálak lényegében tiszta cellulózból állnak, a bokrok és fák fája pedig körülbelül 50%-ban cellulózból áll. A cellulóz a glükóz polimerjeként a (C6H10O5)n képletű, ahol az n a polimer forrásától függően 500 és 5000 között mozog. A cellulózban a glükózegységek lineárisan kapcsolódnak egymáshoz, ahogy az alábbi rajz mutatja. A béta-glikozid kötések lehetővé teszik, hogy ezek a láncok megnyúljanak, és ezt a konformációt intramolekuláris hidrogénkötések stabilizálják. A szomszédos láncok párhuzamos orientációját az intermolekuláris hidrogénkötések is elősegítik. Bár egy-egy hidrogénkötés viszonylag gyenge, sok ilyen kötés együttesen nagy stabilitást kölcsönözhet a nagy molekulák bizonyos konformációinak. A legtöbb állat nem képes a cellulózt mint táplálékot megemészteni, és az emberek táplálkozásában a növényi tápláléknak ez a része nyersanyagként funkcionál, és nagyrészt változatlan formában távozik. Egyes állatok (például a tehén és a termeszek) bélrendszeri mikroorganizmusoknak adnak otthont, amelyek a cellulózt béta-glikozidáz enzimek segítségével monoszacharid tápanyagokra bontják.

A cellulózt általában egy kisebb molekulatömegű, elágazó, amorf polimer, a hemicellulóz kíséri. A cellulóztól eltérően a hemicellulóz szerkezetileg gyenge, és híg sav vagy bázis által könnyen hidrolizálható. Hidrolízisét számos enzim is katalizálja. A hemicellulózok sok D-pentózcukorból állnak, amelyek közül a xilóz a fő összetevő. Gyakran jelen van a mannóz és a mannuronsav, valamint a galaktóz és a galakturonsav.

A keményítő a glükóz polimerje, amely a növények gyökereiben, rizómáiban, magvaiban, szárában, gumóiban és gumókban található, jellegzetes alakú és méretű mikroszkopikus szemcsék formájában. A legtöbb állat, beleértve az embert is, ezektől a növényi keményítőktől függ a táplálkozásban. A keményítő szerkezete összetettebb, mint a cellulózé. Az ép szemcsék hideg vízben nem oldódnak, de meleg vízben történő őrlés vagy duzzasztás hatására szétpukkadnak.

A felszabaduló keményítő két frakcióból áll. Körülbelül 20%-a vízben oldódó anyag, az amilóz. Az amilóz molekulái több ezer glükózegységből álló lineáris láncok, amelyeket alfa C-1-C-4 glikozidkötések kötnek össze. Az amilózoldatok valójában hidratált spirális micellák diszperziói. A keményítő nagy része egy sokkal nagyobb molekulatömegű, közel egymillió glükózegységből álló anyag, amelyet amilopektinnek nevezünk. Az amilopektin molekulái elágazó hálózatok, amelyek C-1-C-4 és C-1-C-6 glikozid kapcsolatokból épülnek fel, és lényegében vízben nem oldódnak. Az amilóz és az amilopektin reprezentatív szerkezeti képletei a fenti ábrán láthatók. Az elágazás ezen az ábrán eltúlzott, mivel az elágazások átlagosan csak huszonöt glükózegységenként fordulnak elő.

A keményítő hidrolízise, általában enzimatikus reakciók révén, nagyrészt glükózból álló szirupszerű folyadékot eredményez. Ha kukoricakeményítő az alapanyag, ezt a terméket kukoricaszirupnak nevezik. Széles körben használják a textúra lágyítására, térfogatnövelésre, a kristályosodás megakadályozására és az élelmiszerek ízének fokozására. A glikogén az állatok által használt glükóztároló polimer. Szerkezete hasonló az amilopektinhez, de még erősebben elágazó (kb. minden tizedik glükózegység). Az elágazás mértéke ezekben a poliszacharidokban enzimatikus vagy kémiai elemzéssel mérhető.