О принципе стабильности вещества и структуре полисахаридов

• 

Цель настоящей заметки ответить на вопрос: можно ли считать, что принцип стабильности вещества в состоянии объяснить различие свойств  целлюлозы (клетчатки) и крахмал (амилозы  и амилопектина).

Целлюлоза и крахмал имеют одинаковую химическую формулу C6H12O6  и образованы из фрагментов глюкозы. Однако эти полисахариды, как хорошо известно, по многим свойствам существенно различаются. В отличие от крахмала целлюлоза характеризуется прочными супрамолекулярными (водородными) связями. Целлюлоза твердая, сравнительно механически крепкая, стойкая к нагреванию и обладает хорошей горючестью. Она не растворима в воде. Все это дает основание полагать, что некоторые фрагменты структуры целлюлозы могут быть представлены в виде неких открытых цепей. Открытые участки цепи образованы  D-глюкозой с открытой цепью, которую  можно характеризовать величиной стандартной свободной энергией Гиббса образования молекулы в физиологических условиях (ΔfG'°), равной -92.71 kcal/mol 

[MetaCyc, D-glucose https://biocyc.org/compound?orgid=META&id=D-Glucose ].

Мономеры, из которых образован крахмал (амилоза и амилопектин) в физиологических условиях химически более стабильны (ΔfG'° = -95.03 kcal/mol) [MetaCyc] по сравнению с глюкозой, фрагменты которой входят  в состав целлюлозы (ΔfG'° = -92.71 kcal/mol). Из принципа стабильности вещества следует, что супрамолекулярные связи между линейными макромолекулярными цепями целлюлозы более стабильны по сравнению со структурами крахмала. Этот вывод полностью соответствует известным наблюдениям.

Кроме того, можно утверждать, что количество целлюлозы должно увеличиваться в эволюции, филогенезе и онтогенезе растительности. Последнее мы наблюдаем при эволюции и старении растений. 

Таким образом, если сделанные утверждения относительно термодинамических характеристик изомеров глюкозы, образующих целлюлозу и крахмал верны, то можно считать, что принцип стабильности вещества справедлив в рассматриваемом случае. В будущем интересно выявить более тонкие термодинамические различия полисахаридов.