淀粉、纖維素與糖原是最重要的三種多糖,都是由葡萄糖的單體聚合而成(圖2-4),但是,由于在結(jié)構(gòu)上有顯著差異,其物理性質(zhì)與化學(xué)性質(zhì),以及功能都不同。
淀粉是植物體內(nèi)儲存養(yǎng)分的主要物質(zhì)。淀粉主要分布在植物的種子、果實以及某些塊莖、塊根中,也是人類食物中糖類的主要來源。淀粉分子是由許多個α-葡萄糖構(gòu)成的。自然界中含有的淀粉有兩種結(jié)構(gòu)類型:直鏈淀粉和支鏈淀粉。直鏈淀粉分子是由許多個α-葡萄糖分子,通過α-1,4糖苷鍵連接而成。由于α-1,4糖苷鍵形成一定的角度(由于直鏈淀粉分子中相鄰葡萄糖單位形成一定的角度),其長鏈卷曲呈螺旋狀,每一圈(圈螺旋)由6個葡萄糖單位組成。支鏈淀粉較直鏈淀粉的分子大,具有高度分支化的結(jié)構(gòu),小分支極多(約25~30個葡萄糖單位產(chǎn)生一次分支)。每個分支都是由許多α-葡萄糖分子,通過α-1,4糖苷鍵連接而成,但分支與分支之間(點處)是通過α-1,6糖苷鍵連接。淀粉在植物細(xì)胞中以淀粉粒的形式存在,淀粉粒呈卵形或球形,大小因植物的來源而異。淀粉可以作為植物的能源物質(zhì)或者合成其他反應(yīng)的原料物質(zhì)。纖維素是自然界中分布最廣泛、含量最豐富的一種多糖。纖維素分子是由若十個β-葡萄糖分子構(gòu)成的,每個葡萄糖分子之間以β-1,4糖苷鍵結(jié)合而形成的長鏈大分子物質(zhì)。研究發(fā)現(xiàn),在纖維素分子中,連接葡萄糖分子之間的化學(xué)鍵方向不同,它們會形成一條沒有分支的鏈,也不發(fā)生卷曲。大量纖維素的單鏈分子之間通過氫鍵發(fā)生作用,使數(shù)以千計的單鏈聯(lián)系在一起形成微纖維。因此,纖維素分子結(jié)構(gòu)通常十分穩(wěn)定,既不溶于水,也不溶于一般有機(jī)溶劑以及稀堿溶液。在木本植物中,大量的微纖維形成纖維狀,與其他類型的多聚體結(jié)合在一起,具有很強(qiáng)的支持作用,從而可以支持起高大的喬木。人和動物消化道中不含有纖維素酶,不能直接利用纖維素,但是,對人體而言,攝人一定量的膳食纖維,可以吸收水分,有利于促進(jìn)胃腸道的蠕動,促進(jìn)糞便的排泄,維持消化系統(tǒng)的功能,有益健康。某些動物,如馬、牛等,其消化道中生存著能水解纖維索的微生物,借助這些微生物水解纖維素生成葡萄糖而獲得營養(yǎng)。糖原,又稱為動物淀粉,以糖原顆粒的形式分布在動物細(xì)胞的細(xì)胞質(zhì)內(nèi)。它主要分布在動物的肝和骨骼肌中,在心肌、腦、腎等組織中也含有少量糖原。在細(xì)菌如大腸桿菌中也發(fā)現(xiàn)有糖原。在化學(xué)組成上,糖原也是以葡萄糖為基本單位組成的大分子多糖。在結(jié)構(gòu)上,糖原分子中的葡萄糖主要以a-1,4糖苷鍵連接形成直鏈。與支鏈淀粉相似,糖原分子又通過a-1,6糖苷鍵連接構(gòu)成支鏈,所不同的是糖原的分支程度更高,分支鏈更短,平均每8~12個葡萄糖殘基就發(fā)生一次分支。研究發(fā)現(xiàn),動物體內(nèi)糖原的多分支,可以增加糖原分子的溶解度,又可以有更多的非還原糖端能同時被糖原磷酸化酶催化降解,加快其水解(磷酸解)轉(zhuǎn)化為單糖,有利于滿足生命活動對能量的需要。