化学自习室移动版

【导读】淀粉和纤维素的核心结构单元都是葡萄糖C₆H₁₂O₆，都是由葡萄糖单体通过糖苷键聚合而成的多糖，化学通式均为(C₆H₁₀O₅)ₙ；区别在于淀粉的葡萄糖单元为α-D-葡萄糖，而纤维素的葡萄糖单元是β-D-葡萄糖，α-糖苷键和β-糖苷键的差异导致了淀粉是“盘起来的”松散结构，而纤维素是“伸直的”紧密结构。

“伸直的”的纤维素分子间氢键远多于“盘起来的”淀粉(直链、支链)，这是两者结构差异的重要体现。

一、结构的根本差异：葡萄糖单体的连接方式不同，即糖苷键的类型不同。

淀粉的“松散结构”：α-1,4-糖苷键连接的葡萄糖单元呈螺旋状排列(直链淀粉)，支链淀粉的分支结构使分子间作用力弱，整体结构松散，易与水作用。

纤维素的“紧密结构”：β-1,4-糖苷键连接的葡萄糖单元因构型差异，必须“反向排列”(相邻葡萄糖翻转180°)，导致分子间可形成大量氢键，最终聚合成刚性、坚韧的纤维束，类似“绳索拧成一股”，难以被破坏。

二、结构差异导致性质不同：从化学到生理功能

1.水溶性与糊化性

2.可消化性

淀粉可被人体消化吸收；纤维素不可被人体消化，核心原因是人体缺乏分解β-1,4糖苷键的酶。

人体分泌的淀粉酶(唾液淀粉酶、胰淀粉酶)能特异性分解α-1,4-糖苷键，支链淀粉的α-1,6-糖苷键可被“脱支酶”分解，最终将淀粉完全转化为葡萄糖，供人体能量代谢。人体没有“纤维素酶”，无法分解β-1,4-糖苷键，因此纤维素进入大肠后不被吸收，仅作为“膳食纤维” 发挥作用，如促进肠道蠕动、增加粪便体积，常见于蔬菜、水果、粗粮的细胞壁中。

3.物理与机械性质

4.化学反应性

二者均能发生“水解反应”，并最终生成葡萄糖，但反应条件差异显著。淀粉在温和条件即可水解；纤维素需剧烈条件才能水解。

淀粉在稀硫酸(或淀粉酶)作用下，加热至50-70℃即可逐步水解为麦芽糖(二糖)，最终生成葡萄糖。纤维素需在浓硫酸(70%以上)或浓盐酸中，加热至100℃以上才能破坏β-1,4-糖苷键，缓慢水解为葡萄糖，工业上用于生产纤维素乙醇时需特殊预处理。

三、化学中结构决定性质，生物中则有结构决定功能。

淀粉作为储能物质，需要“易储存、易分解”：松散的α-糖苷键结构使其在需要能量时可快速被酶水解，满足植物种子萌发或人类代谢需求。

纤维素作为结构物质，需要 “高强度、难分解”：紧密的β-糖苷键和氢键纤维束使其能支撑植物躯体，抵御外界机械压力，且不易被微生物分解，延长植物寿命。

淀粉和纤维素结构与功能的差异性和适应性恰好体现了结构决定功能的生物规律。