Polisacharydy

Jak sama nazwa wskazuje, polisacharydy są duże cząsteczki o wysokiej masie cząsteczkowej zbudowane przez łączenie jednostek monosacharydów razem przez wiązania glikozydowe. Są one czasami nazywane glikanami. Najważniejsze związki w tej klasie, celuloza, skrobia i glikogen, są polimerami glukozy. Można to łatwo wykazać poprzez katalizowaną kwasem hydrolizę do monosacharydu. Ponieważ częściowa hydroliza celulozy daje różne ilości celobiozy, wnioskujemy, że jednostki glukozy w tej makrocząsteczce są połączone wiązaniami beta-glikozydowymi pomiędzy miejscami C-1 i C-4 sąsiadujących cukrów. W wyniku częściowej hydrolizy skrobi i glikogenu powstaje dwucukier maltoza wraz z niskocząsteczkowymi dekstranami, polisacharydy, w których cząsteczki glukozy połączone są wiązaniami alfa-glikozydowymi pomiędzy miejscami C-1 i C-6, a także wiązaniami alfa C-1 do C-4 występującymi w maltozie. Polisacharydy zbudowane z innych monosacharydów (np. mannoza, galaktoza, ksyloza i arabinoza) są również znane, ale nie będą tutaj omawiane.

Ponad połowa całkowitego węgla organicznego w ziemskiej biosferze znajduje się w celulozie. Włókna bawełny są zasadniczo czystą celulozą, a drewno krzewów i drzew składa się w około 50% z celulozy. Jako polimer glukozy, celuloza ma wzór (C6H10O5)n, gdzie n waha się od 500 do 5,000, w zależności od źródła polimeru. Jednostki glukozy w celulozie są połączone w sposób liniowy, jak pokazano na rysunku poniżej. Wiązania beta-glikozydowe pozwalają na rozciąganie się tych łańcuchów, a taka konformacja jest stabilizowana przez wewnątrzcząsteczkowe wiązania wodorowe. Równoległej orientacji sąsiednich łańcuchów sprzyjają również międzycząsteczkowe wiązania wodorowe. Chociaż pojedyncze wiązanie wodorowe jest stosunkowo słabe, wiele takich wiązań działających razem może nadać dużą stabilność pewnym konformacjom dużych cząsteczek. Większość zwierząt nie może strawić celulozy jako pokarmu, a w diecie człowieka ta część spożywanych przez nas warzyw funkcjonuje jako pasza objętościowa i jest eliminowana w dużej mierze w niezmienionej postaci. Niektóre zwierzęta (na przykład krowa i termity) są nosicielami mikroorganizmów jelitowych, które rozkładają celulozę na monosacharydowe składniki odżywcze za pomocą enzymów beta-glikozydazowych.

Celulozie często towarzyszy niższa masa cząsteczkowa, rozgałęziony, bezpostaciowy polimer zwany hemicelulozą. W przeciwieństwie do celulozy, hemiceluloza jest strukturalnie słaba i łatwo ulega hydrolizie pod wpływem rozcieńczonego kwasu lub zasady. Ponadto, wiele enzymów katalizuje jej hydrolizę. Hemicelulozy składają się z wielu cukrów D-pentozowych, z których głównym składnikiem jest ksyloza. Często obecne są mannoza i kwas mannuronowy, a także galaktoza i kwas galakturonowy.

Skrobia jest polimerem glukozy, występującym w korzeniach, kłączach, nasionach, łodygach, bulwach i bulwach roślin, w postaci mikroskopijnych granulek o charakterystycznych kształtach i rozmiarach. Większość zwierząt, w tym ludzie, jest uzależniona od skrobi roślinnej w celu odżywiania się. Struktura skrobi jest bardziej złożona niż struktura celulozy. Nienaruszone granulki są nierozpuszczalne w zimnej wodzie, ale mielenie lub pęcznienie ich w ciepłej wodzie powoduje ich pękanie.

Uwolniona skrobia składa się z dwóch frakcji. Około 20% to rozpuszczalny w wodzie materiał zwany amylozą. Cząsteczki amylozy to liniowe łańcuchy kilku tysięcy jednostek glukozy połączonych wiązaniami glikozydowymi alfa C-1 do C-4. Roztwory amylozy są w rzeczywistości dyspersjami uwodnionych miceli helikalnych. Większą część skrobi stanowi substancja o znacznie większej masie cząsteczkowej, składająca się z prawie miliona jednostek glukozy, zwana amylopektyną. Cząsteczki amylopektyny to rozgałęzione sieci zbudowane z połączeń glikozydowych C-1 do C-4 i C-1 do C-6, które są zasadniczo nierozpuszczalne w wodzie. Powyżej przedstawiono reprezentatywne wzory strukturalne amylozy i amylopektyny. Rozgałęzienia na tym schemacie są przesadzone, ponieważ średnio rozgałęzienia występują tylko co dwadzieścia pięć jednostek glukozy.

Hydroliza skrobi, zwykle w wyniku reakcji enzymatycznych, powoduje powstanie syropowatej cieczy składającej się głównie z glukozy. Gdy surowcem jest skrobia kukurydziana, produkt ten znany jest jako syrop kukurydziany. Jest on powszechnie stosowany do zmiękczania tekstury, dodawania objętości, zapobiegania krystalizacji i wzmacniania smaku żywności. Glikogen jest polimerem magazynującym glukozę, używanym przez zwierzęta. Ma on strukturę podobną do amylopektyny, ale jest jeszcze bardziej rozgałęziony (mniej więcej co dziesiąta jednostka glukozy). Stopień rozgałęzienia w tych polisacharydów może być mierzona przez enzymatyczną lub chemiczną analysis.

Kontrybutorzy

Prof. Steven Farmer (Sonoma State University)

William Reusch, Professor Emeritus (Michigan State U.), Virtual Textbook of Organic Chemistry

.

Dodaj komentarz

Twój adres e-mail nie zostanie opublikowany.