Polisaccaridi

I polisaccaridi sono macromolecole biologiche composte da monomeri definiti monosaccaridi (poli- sta per "molti").

A differenza dei monosaccaridi e dei disaccaridi, i polisaccaridi sono idrofobici, cioè insolubili in acqua. Questo perché hanno dimensioni molto più grandi e una struttura più complessa.

Struttura generale dei polisaccaridi

I polisaccaridi sono composti organici costituiti da più molecole di monosaccaridi. Hanno una struttura complessa con centinaia o migliaia di monosaccaridi. Per questo motivo vengono anche definiti carboidrati complessi.

Figura 1.

Cosa sono i polisaccaridi, come si formano e si degradano?

Come tutti i polimeri, i polisaccaridi si formano durante la reazione di condensazione.

I polisaccaridi sono costituiti da unità di glucosio. Pertanto, durante la condensazione, centinaia di unità di glucosio si legano tra loro mediante legami glicosidici covalenti. L'acqua viene rimossa durante la reazione mentre si formano i legami. I legami glicosidici tra queste molecole di glucosio possono essere legami 1,4 e 1,6 glicosidici. La struttura del glicogeno è un ottimo esempio dei due legami che collegano i singoli monosaccaridi in una struttura complessa.

Figura 2.

I polisaccaridi subiscono la reazione di idrolisi per scomporsi nei loro monomeri. Questo avviene quando c'è bisogno di energia. Poiché le cellule possono assorbire unità più piccole ma non grandi molecole come le macromolecole complesse, i polisaccaridi devono essere scissi. A tale scopo, i polisaccaridi subiscono molteplici reazioni di idrolisi.

Figura 3.

Quali sono i polisaccaridi?

I tre tipi più importanti di polisaccaridi sono l'amido, il glicogeno e la cellulosa.

Amido

L'amido è un polisaccaride costituito da molecole di α-glucosio.

Struttura dell'amido

L'amido è composto da due molecole: amilosio e amilopectina. I due sono classificati come polisaccaridi.

Entrambi sono composti da unità di α-glucosio, ma si differenziano per la struttura. L'amilosio ha una lunga catena non ramificata che forma un'elica, in cui legami α-1,4-glicosidici collegano le unità di glucosio. L'amilopectina è una molecola ramificata, con legami α-1,4-glicosidici tra le singole unità di glucosio nella catena e legami α-1,6-glicosidici dove si ramifica.

Funzione dell'amido

Forse sai già che le piante producono glucosio e ossigeno con la fotosintesi. Utilizzano il glucosio per vari importanti processi cellulari e tutte le molecole di glucosio non utilizzate vengono immagazzinate sotto forma di amido. Per questo motivo si dice che l'amido serve come deposito di energia nelle piante. Viene immagazzinato sotto forma di piccoli grani in diverse parti della pianta.

L'amido può servire anche come deposito di energia di lunga durata. Per esempio, l'amido nelle radici e nei bulbi è una fonte di energia durante i mesi invernali. Gli animali, tuttavia, non immagazzinano mai l'amido. Gli animali e gli esseri umani consumano le piante e ricevono una grande quantità di energia per le loro attività cellulari.

Gli alimenti ricchi di amido sono le patate, il pane, la pasta, il riso e i cereali.

Il legame tra struttura e funzione dell'amido

La struttura dell'amido rende possibili diverse funzioni:

• L'amido è compatto grazie alle strutture arrotolate e ramificate di amilosio e amilopectina. Ciò significa che le piccole cellule vegetali possono facilmente immagazzinarlo in grandi quantità.
• L'amido è grande, complesso e insolubile. Pertanto, non si diffonde fuori dalle cellule e non influisce sull'osmosi. Anche questo lo rende un eccellente composto di stoccaggio, in quanto non ha effetti negativi sul normale funzionamento delle cellule.
• Durante l'idrolisi, una struttura ramificata come l'amido può facilmente cedere piccole molecole di glucosio, facilmente trasportabili, dalle estremità dei suoi rami.

Glicogeno

Il glicogeno è un polisaccaride costituito da molecole di α-glucosio.

Struttura del glicogeno

Il glicogeno è simile all'amilopectina in quanto è un polisaccaride ramificato, con legami 1,4-glicosidici tra le unità di glucosio in una catena e legami 1,6-glicosidici dove i rami si collegano alla catena.

Si tratta di un polisaccaride altamente ramificato, ancor più dell'amilopectina.

Figura 4.

Funzione del glicogeno

Il glicogeno rappresenta una molecola di deposito di energia negli animali. Di solito viene immagazzinato nel fegato e nei muscoli. Nelle piante non viene mai immagazzinato. Come l'amido, viene idrolizzato quando c'è bisogno di energia per vari processi. Il glicogeno immagazzinato nel fegato viene utilizzato per regolare la concentrazione di glucosio nel sangue. Nei muscoli è importante per la contrazione muscolare. Serve come fonte di energia a rapido rilascio durante l'attività fisica.

Mangiando frutta, zuccheri, verdura amidacea e cereali si può accumulare glicogeno.

Il legame tra struttura e funzione del glicogeno

Il glicogeno è compatto, ancor più dell'amido. Questo lo rende un ottimo composto di stoccaggio perché può essere immagazzinato in spazi ridotti e in grandi quantità. La struttura ramificata significa anche che l'idrolisi è veloce. Le molecole di glucosio all'estremità dei rami possono essere rilasciate rapidamente durante l'idrolisi, il che significa che le cellule possono assorbire più velocemente l'energia tanto necessaria. Come l'amido, è grande, complesso e insolubile in acqua, il che significa che non si diffonde fuori dalle cellule e non influisce sull'osmosi nelle cellule.

Cellulosa

La cellulosa è un polisaccaride costituito da molecole di β-glucosio.

Struttura della cellulosa

Le molecole di β-glucosio formano una catena lunga e diritta. Pertanto, la cellulosa non è ramificata o arrotolata. Ogni altra unità di β-glucosio è invertita, o "capovolta". Queste molecole di β-glucosio sono legate da legami 1,4-glicosidici. Lunghe catene di molecole di β-glucosio sono legate tra loro da legami idrogeno. I legami a idrogeno sono deboli di per sé, ma quando sono numerosi, come nella cellulosa, creano una struttura solida.

Figura 5.

Le molecole di cellulosa possono essere raggruppate l'una sull'altra per formare fibrille molto forti ma estremamente piccole, chiamate microfibrille. Più microfibrille si uniscono poi per formare le fibre che costituiscono le pareti cellulari delle cellule vegetali.

La funzione della cellulosa

La cellulosa è importante nelle cellule vegetali. Fornisce un supporto strutturale fondamentale alle pareti cellulari, rendendole rigide e non flessibili. Ciò significa che le cellule rimangono strutturalmente intatte durante l'osmosi, il che è importante perché le cellule scoppierebbero se ci fosse troppa acqua all'interno senza un forte sostegno strutturale. La cellulosa aiuta anche le piante a rimanere in posizione eretta e a sostenere gli steli e le foglie affinché rimangano saldi e piatti per consentire la fotosintesi.

Alcuni animali, ad esempio i bovini, possono digerire la cellulosa e utilizzare le sue unità di glucosio come fonte di energia. Gli esseri umani non sono in grado di digerire la cellulosa e non la utilizzano come fonte di energia (usano invece il glicogeno). Tuttavia, è un'importante fonte di fibre.

Il legame tra struttura e funzione della cellulosa

Grazie alle catene lunghe e resistenti, le molecole di cellulosa possono essere "raggruppate" l'una sull'altra, legate da legami idrogeno. Questo fa sì che le molecole di cellulosa siano abbastanza forti da sostenere le pareti cellulari. Il sostegno supplementare consente a steli e foglie di rimanere saldi ed eretti, il che significa che le piante possono produrre cibo (glucosio) attraverso la fotosintesi.

Poiché la cellulosa è così forte e insolubile in acqua, aiuta le cellule a conservare la loro forma e favorisce il normale funzionamento evitando che le cellule scoppino durante l'osmosi.