Polysackarider

Som namnet antyder är polysackarider stora molekyler med hög molekylvikt som byggs upp genom att monosackaridenheter sammanfogas genom glykosidbindningar. De kallas ibland glykaner. De viktigaste föreningarna i denna klass, cellulosa, stärkelse och glykogen är alla polymerer av glukos. Detta kan lätt påvisas genom syrakatalyserad hydrolys till monosackariden. Eftersom partiell hydrolys av cellulosa ger varierande mängder cellobiose, drar vi slutsatsen att glukosenheterna i denna makromolekyl är sammanfogade genom betaglykosidbindningar mellan C-1- och C-4-platser i intilliggande sockerarter. Partiell hydrolys av stärkelse och glykogen ger disackariden maltos tillsammans med dextrans med låg molekylvikt, polysackarider där glukosmolekylerna är sammanfogade med alfaglykosidlänkar mellan C-1 och C-6, liksom de alfaglykosidlänkar C-1 till C-4 som finns i maltos. Polysackarider som byggs upp av andra monosackarider (t.ex. mannos, galaktos, xylos och arabinos) är också kända, men kommer inte att diskuteras här.

Över hälften av det totala organiska kolet i jordens biosfär finns i cellulosa. Bomullsfibrer är i huvudsak ren cellulosa, och trä av buskar och träd består till cirka 50 % av cellulosa. Som en polymer av glukos har cellulosa formeln (C6H10O5)n där n varierar mellan 500 och 5 000, beroende på källan till polymeren. Glukosenheterna i cellulosa är länkade på ett linjärt sätt, vilket framgår av teckningen nedan. Betaglykosidbindningarna gör det möjligt för kedjorna att sträcka ut sig, och denna konformation stabiliseras av intramolekylära vätebindningar. En parallell orientering av intilliggande kedjor gynnas också av intermolekylära vätebindningar. Även om en enskild vätebindning är relativt svag kan många sådana bindningar tillsammans ge stor stabilitet åt vissa konformationer hos stora molekyler. De flesta djur kan inte smälta cellulosa som föda, och i människans kost fungerar denna del av vårt vegetabiliska intag som grovfoder och elimineras i stort sett oförändrad. Vissa djur (t.ex. kon och termiter) hyser tarmmikroorganismer som bryter ner cellulosa till monosackaridnäringsämnen med hjälp av betaglykosidasenzymer.

Cellulosa åtföljs vanligen av en förgrenad, amorf polymer med lägre molekylvikt som kallas hemicellulosa. Till skillnad från cellulosa är hemicellulosa strukturellt svag och hydrolyseras lätt av utspädd syra eller bas. Många enzymer katalyserar också dess hydrolys. Hemicellulosa består av många D-pentosocker, där xylos är den viktigaste komponenten. Mannos och mannuronsyra förekommer ofta, liksom galaktos och galakturonsyra.

Stärkelse är en polymer av glukos, som finns i rötter, rhizomer, frön, stjälkar, knölar och rotknölar hos växter, i form av mikroskopiska granuler med karakteristiska former och storlekar. De flesta djur, inklusive människor, är beroende av denna växtstärkelse för sin näring. Stärkelsens struktur är mer komplex än cellulosans. De intakta granulerna är olösliga i kallt vatten, men om man maler eller sväller dem i varmt vatten spricker de.

Den frigjorda stärkelsen består av två fraktioner. Ungefär 20 % är ett vattenlösligt material som kallas amylos. Molekyler av amylos är linjära kedjor av flera tusen glukosenheter som är sammanfogade med alfa C-1 till C-4 glykosidbindningar. Lösningar av amylos är i själva verket dispersioner av hydratiserade spiralformade miceller. Huvuddelen av stärkelsen är en substans med mycket högre molekylvikt, som består av nästan en miljon glukosenheter och kallas amylopektin. Molekyler av amylopektin är förgrenade nätverk uppbyggda av C-1 till C-4 och C-1 till C-6 glykosidlänkar och är i huvudsak vattenolösliga. Representativa strukturformler för amylos och amylopektin visas ovan. Förgreningarna i detta diagram är överdrivna, eftersom förgreningar i genomsnitt endast förekommer var tjugofemte glukosenhet.

Hydrolys av stärkelse, vanligtvis genom enzymatiska reaktioner, ger en sirapsliknande vätska som till stor del består av glukos. När majsstärkelse är råvaran kallas denna produkt för majssirap. Den används i stor utsträckning för att mjuka upp konsistensen, ge mer volym, förhindra kristallisering och förstärka smaken i livsmedel. Glykogen är den polymer för lagring av glukos som används av djur. Den har en struktur som liknar amylopektin, men är ännu mer förgrenad (ungefär var tionde glukosenhet). Graden av förgrening i dessa polysackarider kan mätas genom enzymatisk eller kemisk analys.