Нишестето се нарича полизахарид. Това означава, че се състои от монозахариди, свързани в дълги вериги. Всъщност това е смес от две различни полимерни вещества: нишестето се състои от амилоза и амилопектин. Мономерът в двете вериги е глюкозна молекула, но те се различават значително по структура и свойства.
Общ състав
Както вече споменахме, и амилозата, и амилопектинът са полимери на алфа-глюкоза. Разликата се състои във факта, че молекулата на амилозата има линейна структура, а амилопектинът е разклонен. Първата е разтворима фракция на нишестето, амилопектинът не е и като цяло нишестето във водата е колоиден разтвор (sol), в който разтворената част от веществото е в равновесие с неразтворената.
Тук за сравнение са дадени общите структурни формули на амилозата и амилопектина.
Амилозата е разтворима поради образуването на мицели - това са няколко молекули, събрани заедно по такъв начин, че хидрофобните им краища са скрити вътре, а хидрофилните им краища са скрити отвън за контакт с вода. Те са в равновесие с молекули, които не са събрани в такива агрегати.
Амилопектинът също е способен да образува мицеларни разтвори, но в много по-малка степен и следователно практически неразтворим в студена вода.
Амилозата и амилопектинът в нишестето са в съотношение приблизително 20% от първото към 80% от второто. Този индикатор зависи от това как е получен (в различните растения, съдържащи нишесте, процентите също са различни).
Както вече споменахме, само амилозата може да се разтвори в студена вода и дори тогава само частично, но в гореща вода се образува паста от нишесте - повече или по-малко хомогенна лепкава маса от набъбнали отделни нишестени зърна.
Амилоза
Амилозата се състои от глюкозни молекули, свързани една с друга чрез 1,4-хидроксилни връзки. Това е дълъг, неразклонен полимер със средно 200 отделни глюкозни молекули.
В нишестето амилозната верига е навита: диаметърът на "прозорците" в нея е приблизително 0,5 нанометра. Благодарение на тях амилозата е в състояние да образува комплекси, съединения-включения от типа "гост-домакин". Към тях принадлежи добре познатата реакция на нишестето с йод: молекулата на амилозата е „домакин“, йодната молекула е „гост“, поставена вътре в спиралата. Комплексът има наситен син цвят и се използва за откриване както на йод, така и на нишесте.
В различните растения процентът на амилозата в нишестето може да варира. При пшеницата и царевицата е стандартно 19-24% от теглото. Оризово нишесте съдържа 17% от него, а в ябълковото нишесте присъства само амилоза - 100% масова фракция.
В пастата амилозата образува разтворимата част и тя се използва ваналитична химия за разделяне на нишестето на фракции. Друг начин за фракциониране на нишесте е утаяването на амилоза под формата на комплекси с бутанол или тимол във врящи разтвори с вода или диметилсулфоксид. Хроматографията може да използва свойството на амилозата да се адсорбира към целулоза (в присъствието на урея и етанол).
Амилопектин
Нишестето има разклонена структура. Това се постига поради факта, че освен 1 и 4-хидроксилни връзки, глюкозните молекули в него образуват и връзки при 6-та алкохолна група. Всяка такава "трета" връзка в молекулата е нов клон във веригата. Общата структура на амилопектина прилича на куп на външен вид, макромолекулата като цяло съществува под формата на сферична структура. Броят на мономерите в него е приблизително равен на 6000, а молекулното тегло на една молекула амилопектин е много по-голямо от това на амилозата.
Амилопектинът също образува включващо съединение (клатрат) с йод. Само в този случай комплексът е оцветен в червено-виолетов (по-близо до червения) цвят.
Химически свойства
Химичните свойства на амилозата и амилопектина, с изключение на вече обсъдените взаимодействия с йод, са абсолютно еднакви. Те могат условно да бъдат разделени на две части: реакции, характерни за глюкозата, тоест протичащи с всеки мономер поотделно, и реакции, засягащи връзките между мономерите, като хидролиза. Следователно по-нататък ще говорим за химичните свойства на нишестето като смес от амилоза и амилопектин.
Нишестесе отнася до нередуциращи захари: всички гликозидни хидроксилни групи (хидроксилна група при 1-ви въглероден атом) участват в междумолекулните връзки и следователно не могат да присъстват в реакции на окисление (например тест на Толенс - качествена реакция за алдехидна група или взаимодействие с Felling's реагент - прясно утаен меден хидроксид). Запазени гликозидни хидроксилни групи, разбира се, са налични (в единия край на полимерната верига), но в малки количества и не влияят на свойствата на веществото.
Въпреки това, точно като отделните молекули на глюкозата, нишестето е в състояние да образува естери с помощта на хидроксилни групи, които не участват в връзките между мономерите: те могат да бъдат "окачени" с метилова група, остатък от оцетна киселина, и така нататък.
Също така, нишестето може да се окисли с йодна (HIO4) киселина до диалдехид.
Хидролизата на нишестето е два вида: ензимна и киселинна. Хидролизата с помощта на ензими принадлежи към раздела на биохимията. Ензимът амилаза разгражда нишестето до по-къси полимерни вериги глюкоза – декстрини. Киселинната хидролиза на нишестето е завършена в присъствието на, например, сярна киселина: нишестето се разгражда незабавно до мономера - глюкоза.
В дивата природа
В биологията нишестето е предимно сложен въглехидрат и следователно се използва от растенията като начин за съхранение на хранителни вещества. Образува се по време на фотосинтезата (първоначално под формата на отделни глюкозни молекули) и се отлага в растителните клетки под формата на зърна – в семена, грудки, коренища и др. (по-късно се използва като"хранителен склад" с нови ембриони). Понякога нишестето се намира в стъблата (например палмата на сагото има брашнеста нишестена сърцевина) или листата.
В човешкото тяло
Нишестето в състава на храната влиза първо в устната кухина. Там ензимът, съдържащ се в слюнката (амилаза), разгражда полимерните вериги амилоза и амилопектин, превръщайки молекулите в по-къси – олигозахариди, след което ги разгражда и накрая остава малтозата – дизахарид, състоящ се от две глюкозни молекули.
Малтозата се разгражда от малтазата до глюкоза, монозахарид. И вече глюкозата се използва от тялото като източник на енергия.
