Polysacchariden

Zoals de naam al aangeeft, zijn polysacchariden grote moleculen met een hoog molecuulgewicht, die zijn opgebouwd door monosaccharide-eenheden aan elkaar te koppelen door middel van glycosidebindingen. Zij worden ook wel glycanen genoemd. De belangrijkste verbindingen in deze klasse, cellulose, zetmeel en glycogeen, zijn allemaal polymeren van glucose. Dit kan gemakkelijk worden aangetoond door zuur gekatalyseerde hydrolyse tot de monosaccharide. Aangezien gedeeltelijke hydrolyse van cellulose variërende hoeveelheden cellobiose oplevert, concluderen wij dat de glucose-eenheden in dit macromolecuul verbonden zijn door beta-glycoside bindingen tussen C-1 en C-4 plaatsen van aangrenzende suikers. Gedeeltelijke hydrolyse van zetmeel en glycogeen levert het disacharide maltose op, samen met dextransen met een laag molecuulgewicht, polysachariden waarin de glucosemoleculen verbonden zijn door alfa-glycosideverbindingen tussen C-1 en C-6, evenals de alfa C-1 tot C-4 verbindingen die in maltose worden aangetroffen. Polysacchariden opgebouwd uit andere monosacchariden (b.v. mannose, galactose, xylose en arabinose) zijn ook bekend, maar zullen hier niet worden besproken.

Meer dan de helft van de totale organische koolstof in de biosfeer van de aarde zit in cellulose. Katoenvezels zijn in wezen zuivere cellulose, en het hout van struiken en bomen bestaat voor ongeveer 50% uit cellulose. Als een polymeer van glucose heeft cellulose de formule (C6H10O5)n waarbij n varieert van 500 tot 5.000, afhankelijk van de bron van het polymeer. De glucose-eenheden in cellulose zijn lineair met elkaar verbonden, zoals te zien is in onderstaande tekening. Door de beta-glycoside bindingen kunnen deze ketens zich uitstrekken, en deze conformatie wordt gestabiliseerd door intramoleculaire waterstofbruggen. Een parallelle oriëntatie van aangrenzende ketens wordt ook bevorderd door intermoleculaire waterstofbruggen. Hoewel een individuele waterstofbrug betrekkelijk zwak is, kunnen veel van dergelijke bindingen samen een grote stabiliteit geven aan bepaalde conformatie van grote moleculen. De meeste dieren kunnen cellulose als voedsel niet verteren, en in het dieet van de mens fungeert dit deel van onze plantaardige inname als ruwvoer en wordt het grotendeels onveranderd geëlimineerd. Sommige dieren (de koe en termieten, bijvoorbeeld) herbergen intestinale micro-organismen die cellulose afbreken in monosacharide voedingsstoffen door het gebruik van beta-glycosidase enzymen.

Cellulose gaat gewoonlijk vergezeld van een lager moleculair gewicht, vertakt, amorf polymeer, hemicellulose genaamd. In tegenstelling tot cellulose is hemicellulose structureel zwak en wordt het gemakkelijk gehydrolyseerd door verdund zuur of base. Ook veel enzymen katalyseren de hydrolyse. Hemicelluloses zijn samengesteld uit vele D-pentose suikers, met xylose als de belangrijkste component. Mannose en mannuronzuur zijn vaak aanwezig, evenals galactose en galacturonzuur.

Zetmeel is een polymeer van glucose, dat voorkomt in wortels, wortelstokken, zaden, stengels, knollen en knollen van planten, als microscopisch kleine korrels met karakteristieke vormen en afmetingen. De meeste dieren, waaronder de mens, zijn voor hun voeding afhankelijk van deze plantaardige zetmelen. De structuur van zetmeel is complexer dan die van cellulose. De intacte korrels zijn onoplosbaar in koud water, maar door ze te malen of op te zwellen in warm water barsten ze.

Het vrijgekomen zetmeel bestaat uit twee fracties. Ongeveer 20% is een in water oplosbaar materiaal dat amylose wordt genoemd. Moleculen van amylose zijn lineaire ketens van enkele duizenden glucose eenheden verbonden door alpha C-1 tot C-4 glycoside bindingen. Amylose-oplossingen zijn eigenlijk dispersies van gehydrateerde spiraalvormige micellen. Het grootste deel van het zetmeel is een stof met een veel hoger moleculair gewicht, bestaande uit bijna een miljoen glucose-eenheden, en wordt amylopectine genoemd. Moleculen van amylopectine zijn vertakte netwerken, opgebouwd uit C-1 tot C-4 en C-1 tot C-6 glycosideverbindingen, en zijn in wezen niet in water oplosbaar. Representatieve structuurformules voor amylose en amylopectine zijn hierboven weergegeven. De vertakking in dit diagram is overdreven, omdat vertakkingen gemiddeld slechts om de vijfentwintig glucose-eenheden voorkomen.

Hydrolyse van zetmeel, gewoonlijk door enzymatische reacties, levert een stroperige vloeistof op die grotendeels uit glucose bestaat. Wanneer maïszetmeel de grondstof is, staat dit product bekend als maïssiroop. Het wordt veel gebruikt om de textuur zachter te maken, volume toe te voegen, kristallisatie tegen te gaan en de smaak van levensmiddelen te verbeteren. Glycogeen is het glucose-opslagpolymeer dat door dieren wordt gebruikt. Het heeft een structuur die lijkt op die van amylopectine, maar is nog sterker vertakt (ongeveer elke tiende glucose-eenheid). De mate van vertakking in deze polysacchariden kan worden gemeten door enzymatische of chemische analyse.