Polisaccaridi

Come dice il nome, i polisaccaridi sono grandi molecole ad alto peso molecolare costruite unendo unità di monosaccaridi tra loro tramite legami glicosidici. A volte sono chiamati glicani. I composti più importanti di questa classe, cellulosa, amido e glicogeno sono tutti polimeri di glucosio. Questo è facilmente dimostrato dall’idrolisi catalizzata dall’acido al monosaccaride. Poiché l’idrolisi parziale della cellulosa dà quantità variabili di cellobiosio, concludiamo che le unità di glucosio in questa macromolecola sono unite da legami beta-glicosidici tra i siti C-1 e C-4 degli zuccheri adiacenti. L’idrolisi parziale dell’amido e del glicogeno produce il disaccaride maltosio insieme a destrani a basso peso molecolare, polisaccaridi in cui le molecole di glucosio sono unite da legami alfa-glicosidici tra C-1 e C-6, così come i legami alfa C-1 a C-4 presenti nel maltosio. I polisaccaridi costruiti da altri monosaccaridi (per esempio mannosio, galattosio, xilosio e arabinosio) sono anche conosciuti, ma non saranno discussi qui.

Più della metà del carbonio organico totale nella biosfera terrestre è in cellulosa. Le fibre di cotone sono essenzialmente pura cellulosa, e il legno dei cespugli e degli alberi è circa il 50% di cellulosa. Come polimero di glucosio, la cellulosa ha la formula (C6H10O5)n dove n varia da 500 a 5.000, a seconda della fonte del polimero. Le unità di glucosio nella cellulosa sono legate in modo lineare, come mostrato nel disegno qui sotto. I legami beta-glicosidici permettono a queste catene di allungarsi, e questa conformazione è stabilizzata da legami idrogeno intramolecolari. Un orientamento parallelo delle catene adiacenti è favorito anche dai legami idrogeno intermolecolari. Anche se un singolo legame a idrogeno è relativamente debole, molti di questi legami agendo insieme possono conferire grande stabilità a certe conformazioni di grandi molecole. La maggior parte degli animali non può digerire la cellulosa come alimento, e nelle diete degli esseri umani questa parte del nostro apporto vegetale funziona come foraggio grezzo e viene eliminata in gran parte immutata. Alcuni animali (la mucca e le termiti, per esempio) ospitano microrganismi intestinali che scompongono la cellulosa in nutrienti monosaccaridi mediante l’uso di enzimi beta-glicosidasi.

La cellulosa è comunemente accompagnata da un polimero amorfo, ramificato e di peso molecolare inferiore chiamato emicellulosa. In contrasto con la cellulosa, l’emicellulosa è strutturalmente debole e viene facilmente idrolizzata da acidi o basi diluite. Inoltre, molti enzimi catalizzano la sua idrolisi. Le emicellulose sono composte da molti zuccheri D-pentosi, con lo xilosio come componente principale. Il mannosio e l’acido mannuronico sono spesso presenti, così come il galattosio e l’acido galatturonico.

L’amido è un polimero di glucosio, che si trova nelle radici, nei rizomi, nei semi, nei fusti, nei tuberi e nei cormi delle piante, come granuli microscopici di forma e dimensioni caratteristiche. La maggior parte degli animali, compreso l’uomo, dipende da questi amidi vegetali per il nutrimento. La struttura dell’amido è più complessa di quella della cellulosa. I granuli intatti sono insolubili in acqua fredda, ma la macinazione o il rigonfiamento in acqua calda li fa scoppiare.

L’amido rilasciato consiste di due frazioni. Circa il 20% è un materiale solubile in acqua chiamato amilosio. Le molecole di amilosio sono catene lineari di diverse migliaia di unità di glucosio unite da legami alfa C-1 a C-4 glicosidi. Le soluzioni di amilosio sono in realtà dispersioni di micelle elicoidali idratate. La maggior parte dell’amido è una sostanza dal peso molecolare molto più elevato, composta da quasi un milione di unità di glucosio, e chiamata amilopectina. Le molecole di amilopectina sono reti ramificate costruite da legami glicosidici da C-1 a C-4 e da C-1 a C-6, e sono essenzialmente insolubili in acqua. Le formule strutturali rappresentative per l’amilosio e l’amilopectina sono mostrate sopra. La ramificazione in questo diagramma è esagerata, poiché in media le ramificazioni si verificano solo ogni venticinque unità di glucosio.

L’idrolisi dell’amido, di solito mediante reazioni enzimatiche, produce un liquido sciropposo costituito in gran parte da glucosio. Quando l’amido di mais è la materia prima, questo prodotto è noto come sciroppo di mais. È ampiamente utilizzato per ammorbidire la consistenza, aggiungere volume, vietare la cristallizzazione e migliorare il sapore degli alimenti. Il glicogeno è il polimero di stoccaggio del glucosio usato dagli animali. Ha una struttura simile all’amilopectina, ma è ancora più ramificata (circa ogni decima unità di glucosio). Il grado di ramificazione in questi polisaccaridi può essere misurato tramite analisi enzimatica o chimica.