Stivelse kaldes et polysaccharid. Det betyder, at det består af monosaccharider forbundet i lange kæder. Faktisk er det en blanding af to forskellige polymere stoffer: Stivelse består af amylose og amylopektin. Monomeren i begge kæder er et glucosemolekyle, men de adskiller sig væsentligt i struktur og egenskaber.
Samlet hold
Som allerede nævnt er både amylose og amylopectin polymerer af alfa-glucose. Forskellen ligger i, at amylosemolekylet har en lineær struktur, og amylopectin er forgrenet. Den første er en opløselig fraktion af stivelse, det er amylopectin ikke, og generelt er stivelse i vand en kolloid opløsning (sol), hvori den opløste del af stoffet er i ligevægt med den uopløste.
Her er de generelle strukturformler for amylose og amylopectin givet til sammenligning.
Amylose er opløselig på grund af dannelsen af miceller - disse er flere molekyler samlet på en sådan måde, at deres hydrofobe ender er skjult indeni, og deres hydrofile ender er skjult udenfor for kontakt med vand. De er i ligevægt med molekyler, der ikke er samlet i sådanne aggregater.
Amylopectin er også i stand til at danne micellære opløsninger, men i meget mindre grad, og derfor praktisk t alt uopløseligt i koldt vand.
Amylose og amylopectin i stivelse er i et forhold på ca. 20% af førstnævnte til 80% af sidstnævnte. Denne indikator afhænger af, hvordan den blev opnået (i forskellige stivelsesholdige planter er procentsatserne også forskellige).
Som allerede nævnt kan kun amylose opløses i koldt vand, og selv da kun delvist, men i varmt vand dannes en pasta af stivelse - en mere eller mindre homogen klæbrig masse af opsvulmede individuelle stivelseskorn.
Amylose
Amylose består af glucosemolekyler, der er bundet til hinanden med 1,4-hydroxylbindinger. Det er en lang, uforgrenet polymer med et gennemsnit på 200 individuelle glucosemolekyler.
I stivelse er amylosekæden snoet: diameteren af "vinduerne" i den er cirka 0,5 nanometer. Takket være dem er amylose i stand til at danne komplekser, forbindelser-indeslutninger af typen "gæst-vært". Den velkendte reaktion af stivelse med jod tilhører dem: amylosemolekylet er "værten", jodmolekylet er "gæsten", placeret inde i helixen. Komplekset har en intens blå farve og bruges til at påvise både jod og stivelse.
I forskellige planter kan procentdelen af amylose i stivelse variere. I hvede og majs er det standard 19-24 vægt%. Risstivelse indeholder 17 % af det, og kun amylose er til stede i æblestivelse - 100 % massefraktion.
I pastaen udgør amylose den opløselige del, og denne bruges ianalytisk kemi til adskillelse af stivelse i fraktioner. En anden måde, stivelsesfraktionering er udfældning af amylose i form af komplekser med butanol eller thymol i kogende opløsninger med vand eller dimethylsulfoxid. Kromatografi kan bruge amyloses egenskab til at adsorbere til cellulose (i nærværelse af urinstof og ethanol).
Amylopectin
Stivelse har en forgrenet struktur. Dette opnås på grund af det faktum, at ud over 1- og 4-hydroxylbindinger danner glucosemolekyler i den også bindinger ved den 6. alkoholgruppe. Hver sådan "tredje" binding i molekylet er en ny gren i kæden. Den generelle struktur af amylopectin ligner en masse i udseende, makromolekylet som helhed eksisterer i form af en sfærisk struktur. Antallet af monomerer i det er omtrent lig med 6000, og molekylvægten af et molekyle amylopectin er meget større end for amylose.
Amylopectin danner også en inklusionsforbindelse (clathrat) med jod. Kun i dette tilfælde er komplekset farvet i rød-violet (tættere på rød) farve.
Kemiske egenskaber
De kemiske egenskaber af amylose og amylopectin, bortset fra de allerede diskuterede interaktioner med jod, er nøjagtig de samme. De kan betinget opdeles i to dele: reaktioner, der er karakteristiske for glucose, det vil sige, der forekommer med hver monomer separat, og reaktioner, der påvirker bindingerne mellem monomerer, såsom hydrolyse. Derfor vil vi yderligere tale om de kemiske egenskaber af stivelse som en blanding af amylose og amylopectin.
Stivelserefererer til ikke-reducerende sukkerarter: alle glycosidhydroxyler (hydroxylgruppe ved 1. carbonatom) deltager i intermolekylære bindinger og kan derfor ikke være til stede i oxidationsreaktioner (f.eks. Tollens test - en kvalitativ reaktion for en aldehydgruppe, eller interaktion med Fellings reagens - frisk udfældet hydroxidkobber). Konserverede glycosidhydroxyler er selvfølgelig tilgængelige (i den ene ende af polymerkæden), men i små mængder og påvirker ikke stoffets egenskaber.
Men, ligesom individuelle glucosemolekyler, er stivelse i stand til at danne estere ved hjælp af hydroxylgrupper, der ikke er involveret i bindingerne mellem monomerer: de kan "hænges" med en methylgruppe, en eddikesyrerest, og så videre.
Stivelse kan også oxideres med iod (HIO4) syre til dialdehyd.
Hydrolyse af stivelse er af to typer: enzymatisk og sur. Hydrolyse ved hjælp af enzymer hører til sektionen af biokemi. Enzymet amylase nedbryder stivelse til kortere polymere kæder af glucose - dextriner. Syrehydrolyse af stivelse er fuldstændig i nærværelse af f.eks. svovlsyre: stivelse nedbrydes straks til monomeren - glucose.
I dyrelivet
I biologien er stivelse primært et komplekst kulhydrat og bruges derfor af planter som en måde at opbevare næringsstoffer på. Det dannes under fotosyntesen (først i form af individuelle glukosemolekyler) og aflejres i planteceller i form af korn - i frø, knolde, jordstængler osv. (som senere skal bruges som f.eks."fødevarelager" med nye embryoner). Nogle gange findes stivelse i stænglerne (sagopalmen har f.eks. en melet stivelsesholdig kerne) eller blade.
I den menneskelige krop
Stivelse i madsammensætningen kommer først ind i mundhulen. Der nedbryder et enzym indeholdt i spyt (amylase) polymerkæderne af amylose og amylopectin, gør molekylerne til kortere - oligosaccharider, nedbryder dem derefter, og til sidst er m altose tilbage - et disaccharid bestående af to glukosemolekyler.
M altose nedbrydes af m altase til glucose, et monosaccharid. Og allerede glukose bruges af kroppen som en energikilde.
