Wielocukry to polimery organiczne złożone z tysięcy monosacharydów (głównie glukozy) połączonych wiązaniami glikozydowymi. Część wielocukrów pełni rolę materiału zapasowego, który jest hydrolizowanyhydrolizahydrolizowany (rozkładany), gdy wzrośnie zapotrzebowanie organizmu na energię.

Inne wielocukry stanowią materiał budulcowy struktur, które chronią komórkę lub nawet cały organizm (np. celuloza w ścianach komórkowych roślin, chityna w pancerzach skorupiaków).

Różnica między wielocukrami zapasowymi a budulcowymi wynika przede wszystkim z obecności różnych wiązań: alfa lub beta. Wiązania typu alfa nadają wielocukrowi strukturę spiralną, która umożliwia dostęp enzymom hydrolitycznym. Wiązania typu beta z kolei sprzyjają tworzeniu wiązań wodorowych wewnątrz łańcucha wielocukru i pomiędzy różnymi łańcuchami, co zwiększa odporność mechaniczną. Wielocukry zapasowe i budulcowe różnią się także organizacją przestrzenna podjednostek. Te pierwsze zwykle są zbudowane z wielu rozgałęzionych łańcuchów monosacharydów. Dzięki temu zajmują mniej miejsca i magazynują więcej energii (w wiązaniach między monosacharydami) niż wielocukry budulcowe, które mają postać liniową.

R2YPYCfrj7XA61

Na ilustracji są jasne przebiegające równolegle do siebie pasma.

Celuloza składa się z liniowo ułożonych, długich łańcuchów βbeta‑glukozy połączonych wiązaniami βbeta‑1,4‑glikozydowymi. Oznacza to, że kolejne merymermery glukozy leżą względem siebie „do góry nogami”, czyli grupy -OH są ułożone na zmianę nad i pod płaszczyzną pierścieni. Ułatwia to tworzenie wiązań wodorowych pomiędzy łańcuchami celulozy, które wzmacniają jej włóknistą strukturę. W budowie celulozy wyróżniamy jednostki zwane mikrofibrylamimikrofibrylemikrofibrylami, czyli zgrupowania ok. 80 łańcuchów celulozowych zespolonych ze sobą wiązaniami wodorowymi. Mikrofibryle odkładane są na zewnątrz błony komórkowej i wchodzą w skład ściany komórkowej, nadając jej sztywność.

Chityna, podobnie jak celuloza, również ma linearną strukturę. Łańcuchy chityny składają się z reszt N‑acetyloglukozaminy (glukoza jest tu zmodyfikowana przez dołączone grupy aminowe). Cząsteczka glukozaminy to dipol, co oznacza, że ładunki elektryczne są w niej nierównomiernie rozłożone. Po stronie atomu tlenu przy węglu połączonym z grupą aminową gromadzi się ładunek ujemny, zaś przy atomie azotu ładunek dodatni. To z kolei zwiększa liczbę wiązań wodorowych powstających pomiędzy merami. W rezultacie chityna ma znacznie większą twardość niż celuloza, a cecha ta znajduje zastosowanie w mocnych pancerzach skorupiaków i owadów czy sztywnych ścianach komórkowych grzybów.

Kręgowce nie mają enzymu, który trawiłby występujące w celulozie i chitynie wiązanie βbeta‑glikozydowe. Enzym taki występuje za to u wielu bakterii i pierwotniaków, często żyjących w symbiotycznym związku ze zwierzętami – w ich żołądku (jak u przeżuwaczy, zjadających głównie trawę, np. krów, owiec) lub jelicie (jak u żywiących się drewnem termitów). Dzięki ich obecności gospodarz może znacznie lepiej wykorzystać zjedzony materiał roślinny. W jelicie grubym człowieka także znajdują się mikroorganizmy trawiące celulozę i inne składniki błonnika: hemicelulozy (złożone z wielu różnych cukrów prostych), pektyny, ligninę i gumy roślinne. Znaczenie tych drobnoustrojów w pozyskiwaniu składników pokarmowych z tych związkówchemicznych jest jednak marginalne.

R1Jut5PFIrHDr

Zdjęcie przedstawia owady, termity. Mają żółto‑brązowy kolor ciała. Widoczne są czułki na głowie, prążkowane ciało, 3 pary odnóży. Poruszają się po termitierze, w której są liczne otwory.

Skrobia jest powszechnie występującym u roślin materiałem zapasowym, gromadzonym zwłaszcza w nasionach (np. ziarnach zbóż) i bulwach (np. ziemniaka). Ziarna skrobi (granulegranulegranule) magazynowane są wewnątrz amyloplastów i chloroplastów będących rodzajami plastydów. Wytwarzanie skrobi umożliwia szybkie zmagazynowanie nadwyżek glukozy powstającej podczas fotosyntezy.

Skrobia składa się z dwóch frakcji:

• łańcuchowej – nierozgałęzionej, czyli zwiniętej helikalniehelisahelikalnie (dzięki wiązaniom αalfa‑1,4‑glikozydowym), rozpuszczalnej w wodzie amylozy;

• złożonej z rozgałęzionych łańcuchów, nierozpuszczalnej w wodzie amylopektyny.

Większość zwierząt ma enzymy potrzebne do hydrolizy skrobi. Jej rozkład odbywa się stopniowo: najpierw do oligosacharydów – dekstryn (to główny składnik skórki chleba), następnie dwucukru maltozy i cukru prostego glukozy.

Glikogen jest wielocukrem zapasowym występującym u grzybów i zwierząt. W ciele człowieka 70% całkowitej ilości glikogenu znajduje się w mięśniach (ok. 1 do 2% masy włókien mięśni poprzecznie prążkowanych), stanowiąc rezerwę glukozy potrzebnej do ich pracy. Głównym magazynem glikogenu jest wątroba – wielocukier ten odpowiada za 6 do 8% jej wagi. Powstająca w wyniku hydrolizy glikogenu glukoza może być szybko uwolniona z wątroby do krwi – w ten sposób regulowany jest jej poziom. Zapas glikogenu w wątrobie nie jest zbyt duży – zwykle organizm zużywa go w ciągu dnia i konieczne jest jego uzupełnienie z pokarmu. Glikogen magazynowany jest w postaci ziaren (granulek) zawieszonych w cytoplazmie. Podobnie jak w przypadku skrobi jego trawienie zaczyna się od rozgałęzień najbardziej oddalonych od centrum, co umożliwia szybkie odłączanie potrzebnych cukrów prostych.

Dekstran to polimer glukozowy, w którym występują głównie wiązania αalfa‑1,6‑glikozydowe. Obecne są w nim również wiązania αalfa‑1,2‑glikozydowe i αalfa‑1,3‑glikozydowe, które tworzą nieliczne rozgałęzienia. Dekstran występuje u drożdży i w śluzie otoczki bakteryjnej. Stosuje się go jako płyn krwiozastępczy w przypadku dużej utraty krwi, gdyż zwiększa objętość osocza: 1 g dekstranu wiąże aż 20 ml wody.

RVMCE9acluIiF

Na ilustracji są dwa sześcioczłonowe pierścienie. Jeden z nich - położony wyżej po lewej stronie - zbudowany jest między innymi z dwóch grup OH, grupy metylenowej połączonej z atomem tlenu, oraz dwóch atomów tlenu. Wzór jest n razy wzięty. Pod wzorem jest zapis: alfa minus 1,6 dodać alfa minus 1,4. Pierścień łączy się linią przerywaną z drugim sześcioczłonowym pierścieniem. Zawiera w swojej budowie między innymi trzy grupy OH, grupę metylenową połączoną z atomem tlenu i atom tlenu. Wzór jest m razy wzięty. Pod wzorem jest zapis: alfa minus 1,6.

Mureina to peptydoglikan (związek cukru z białkiem) budujący ścianę komórkową bakterii. Zbudowana jest z dwóch nierozgałęzionych łańcuchów polisacharydowych zawierających aminocukry, tj. βbeta‑glukozaminę i kwas muraminowy, połączone wiązaniem βbeta‑1,4‑glikozydowym. Między łańcuchami cukrowymi mureiny tworzą się łączniki peptydowe, co nadaje jej mocną i elastyczną strukturę.

Błonnik to różnorodne substancje pochodzenia roślinnego, głównie celuloza i inne nierozpuszczalne w wodzie związki chemiczne, które nie są trawione w przewodzie pokarmowym człowieka. Skoro błonnik nie ulega trawieniu, dlaczego trzeba zwracać uwagę na jego zawartość w diecie? Otóż pełni on istotną rolę: wiążąc wodę, pęcznieje, dzięki czemu jemy mniej. Ponadto zawarta w nim celuloza podrażnia błonę śluzową jelit, stymulując wydzielanie śluzu. Pomaga on w przesuwaniu treści pokarmowej przez jelita, co sprzyja ich prawidłowemu działaniu.

Słownik