Polizaharidele

După cum sugerează și numele, polizaharidele sunt molecule mari cu greutate moleculară mare, construite prin unirea unităților de monosacaride prin legături glicozidice. Ele sunt uneori numite glicani. Cei mai importanți compuși din această clasă, celuloza, amidonul și glicogenul, sunt toți polimeri de glucoză. Acest lucru este ușor de demonstrat prin hidroliza catalizată de un acid până la monosacaride. Deoarece prin hidroliza parțială a celulozei se obțin cantități variabile de cellobioză, putem concluziona că unitățile de glucoză din această macromoleculă sunt unite prin legături beta-glicozidice între locurile C-1 și C-4 ale zaharurilor adiacente. Hidroliza parțială a amidonului și a glicogenului produce dizaharidul maltoză împreună cu dextrani cu greutate moleculară mică, polizaharide în care moleculele de glucoză sunt unite prin legături alfa-glicozidice între C-1 și C-6, precum și prin legăturile alfa C-1 – C-4 întâlnite în maltoză. Polizaharidele construite din alte monosaharide (de exemplu, mannoză, galactoză, xiloză și arabinoză) sunt, de asemenea, cunoscute, dar nu vor fi discutate aici.

Peste jumătate din totalul carbonului organic din biosfera terestră se află în celuloză. Fibrele de bumbac sunt în esență celuloză pură, iar lemnul arbuștilor și al copacilor este format în proporție de aproximativ 50% din celuloză. Fiind un polimer al glucozei, celuloza are formula (C6H10O5)n unde n variază între 500 și 5.000, în funcție de sursa polimerului. Unitățile de glucoză din celuloză sunt legate în mod liniar, așa cum se arată în desenul de mai jos. Legăturile beta-glicozidice permit acestor lanțuri să se întindă, iar această conformație este stabilizată prin legături de hidrogen intramoleculare. O orientare paralelă a lanțurilor adiacente este, de asemenea, favorizată de legăturile de hidrogen intermoleculare. Deși o legătură de hidrogen individuală este relativ slabă, mai multe astfel de legături care acționează împreună pot conferi o mare stabilitate anumitor conformații ale moleculelor mari. Cele mai multe animale nu pot digera celuloza ca aliment, iar în alimentația oamenilor, această parte a aportului nostru vegetal funcționează ca furaj grosier și este eliminată în mare parte neschimbată. Unele animale (vaca și termitele, de exemplu) adăpostesc microorganisme intestinale care descompun celuloza în nutrienți monosacaridici prin utilizarea enzimelor beta-glicozidază.

Celuloza este însoțită în mod obișnuit de un polimer amorf, ramificat, cu greutate moleculară mai mică, numit hemiceluloză. Spre deosebire de celuloză, hemiceluloza este slabă din punct de vedere structural și este ușor de hidrolizat de un acid sau o bază diluată. De asemenea, multe enzime catalizează hidroliza sa. Hemicelulozele sunt compuse din mai multe zaharuri D-pentoză, xiloza fiind componenta principală. Mannoza și acidul mannuronic sunt adesea prezente, precum și galactoza și acidul galacturonic.

Amidonul este un polimer de glucoză, care se găsește în rădăcini, rizomi, semințe, tulpini, tuberculi și cormi de plante, sub formă de granule microscopice având forme și dimensiuni caracteristice. Majoritatea animalelor, inclusiv oamenii, depind de aceste amidonuri vegetale pentru a se hrăni. Structura amidonului este mai complexă decât cea a celulozei. Granulele intacte sunt insolubile în apă rece, dar măcinarea sau umflarea lor în apă caldă le face să explodeze.

Amidonul eliberat este format din două fracțiuni. Aproximativ 20% este un material solubil în apă numit amiloză. Moleculele de amiloză sunt lanțuri liniare de câteva mii de unități de glucoză unite prin legături glicozidice alfa C-1 până la C-4. Soluțiile de amiloză sunt de fapt dispersii de micelii elicoidale hidratate. Cea mai mare parte a amidonului este o substanță cu o greutate moleculară mult mai mare, formată din aproape un milion de unități de glucoză și numită amilopectină. Moleculele de amilopectină sunt rețele ramificate construite din legături glicozidice de la C-1 la C-4 și de la C-1 la C-6 și sunt în esență insolubile în apă. Formulele structurale reprezentative pentru amiloză și amilopectină sunt prezentate mai sus. Ramificarea din această diagramă este exagerată, deoarece, în medie, ramificațiile apar doar la fiecare douăzeci și cinci de unități de glucoză.

Hidroliza amidonului, de obicei prin reacții enzimatice, produce un lichid siropos format în mare parte din glucoză. Atunci când amidonul de porumb este materia primă, acest produs este cunoscut sub numele de sirop de porumb. Este utilizat pe scară largă pentru a înmuia textura, a adăuga volum, a interzice cristalizarea și a spori aroma alimentelor. Glicogenul este polimerul de stocare a glucozei utilizat de animale. Are o structură asemănătoare cu cea a amilopectinei, dar este și mai puternic ramificat (aproximativ la fiecare a zecea unitate de glucoză). Gradul de ramificare a acestor polizaharide poate fi măsurat prin analiză enzimatică sau chimică.

.