W glukany są chyba najbardziej obfite węglowodanów w biosferze. Większość z nich tworzy ścianę komórkową bakterii, roślin, drożdży i innych żywych organizmów. Niektóre stanowią substancję rezerwową kręgowców.
Wszystkie glukany składają się z jednego rodzaju powtarzających się monosacharydów: glukozy. Jednak można je znaleźć w bardzo różnorodnych formach i z dużą różnorodnością funkcji.
Przykład wspólnych wiązań w B-glukanach (źródło: Jatlas2 / domena publiczna za pośrednictwem Wikimedia Commons)
Nazwa glukan pochodzi od greckiego słowa „glykys”, które oznacza „słodki”. Niektóre podręczniki odnoszą się do glukanów jako polimerów niecelulozowych zbudowanych z cząsteczek glukozy połączonych wiązaniami β 1-3 (mówiąc „niecelulozowe”, te, które są częścią ściany komórkowej roślin są wykluczone z tej grupy) .
Jednak wszystkie polisacharydy złożone z glukozy, w tym te, które tworzą ścianę komórkową roślin, można zaklasyfikować jako glukany.
Wiele glukanów było jednymi z pierwszych związków, które wyodrębniono z różnych form życia w celu zbadania fizjologicznego wpływu, jaki wywierają na kręgowce, zwłaszcza na układ odpornościowy ssaków.
Struktura
Glikany mają stosunkowo prosty skład, pomimo wielkiej różnorodności i złożoności struktur występujących w przyrodzie. Wszystkie są dużymi polimerami glukozy połączonymi wiązaniami glikozydowymi, z których najczęstszymi są wiązania α (1-3), β (1-3) i β (1-6).
Cukry te, podobnie jak wszystkie sacharydy, których podstawą jest glukoza, składają się zasadniczo z trzech typów atomów: węgla (C), wodoru (H) i tlenu (O), które tworzą struktury cykliczne, które można ze sobą łączyć. tak tworząc łańcuch.
Większość glukanów składa się z prostych łańcuchów, ale te, które prezentują rozgałęzienia, są z nimi połączone wiązaniami glukozydowymi typu α (1-4) lub α (1-4) w połączeniu z wiązaniami α (1-6).
Należy wspomnieć, że większość glukanów z wiązaniami „α” jest wykorzystywana przez żywe istoty jako źródło energii, mówiąc metabolicznie.
Glukany z największą zawartością wiązań „β” to węglowodany bardziej strukturalne. Mają bardziej sztywną strukturę i są trudniejsze do złamania w wyniku działania mechanicznego lub enzymatycznego, więc nie zawsze służą jako źródło energii i węgla.
Rodzaje glukanów
Te makrocząsteczki różnią się w zależności od anomerycznej konfiguracji jednostek glukozy, które je tworzą; pozycja, rodzaj i liczba oddziałów, które do nich dołączają. Wszystkie warianty zostały podzielone na trzy rodzaje glukanów:
- β-glukany (celuloza, lichenina, cymosan lub zymosan itp.)
Struktura chemiczna zymosanu
- α, β-glukany
- α-glukany (glikogen, skrobia, dekstran itp.)
Struktura chemiczna dekstranu
Α, β-Glukany są również znane jako „mieszane glukany”, ponieważ łączą różne typy wiązań glukozydowych. Mają najbardziej złożone struktury w węglowodanach i generalnie mają struktury, które są trudne do rozdzielenia na mniejsze łańcuchy węglowodanowe.
Ogólnie glukany zawierają związki o dużej masie cząsteczkowej, których wartości wahają się od tysięcy do milionów daltonów.
Charakterystyka glukanu
Wszystkie glukany mają więcej niż 10 połączonych ze sobą cząsteczek glukozy, a najczęstszym jest znalezienie tych związków utworzonych przez setki lub tysiące reszt glukozy tworzących pojedynczy łańcuch.
Każdy glukan ma specjalne właściwości fizyczne i chemiczne, które różnią się w zależności od jego składu i środowiska, w którym się znajduje.
Oczyszczone glukany nie mają żadnego koloru, zapachu ani smaku, chociaż oczyszczanie nigdy nie jest tak dokładne, jak uzyskanie pojedynczej wyizolowanej pojedynczej cząsteczki i zawsze są one określane ilościowo i badane „w przybliżeniu”, ponieważ izolat zawiera kilka różnych cząsteczek.
Glikany można znaleźć jako homo- lub heteroglikany.
- Homoglikany składają się tylko z jednego rodzaju anomeru glukozy
- Heteroglikany składają się z różnych anomerów glukozy.
Często heteroglikany po rozpuszczeniu w wodzie tworzą zawiesiny koloidalne (rozpuszczają się łatwiej, jeśli są poddane działaniu ciepła). W niektórych przypadkach ich podgrzanie daje uporządkowane struktury i / lub żele.
Połączenie reszt tworzących główną strukturę glukanów (polimer) następuje dzięki wiązaniom glukozydowym. Jednak struktura jest stabilizowana przez oddziaływania „hydrostatyczne” i kilka wiązań wodorowych.
Przykład wiązania glikozydów w glikogenie (Źródło: Glykogen.svg-NEUROtikerderivative-work-Marek-M-Public domain via Wikimedia Commons)
cechy
Glukany to bardzo wszechstronne struktury dla żywych komórek. Na przykład w roślinach połączenie wiązań β (1-4) między cząsteczkami β-glukozy nadaje ścianom komórkowym każdej z komórek dużą sztywność, tworząc tak zwaną celulozę.
Struktura celulozy (źródło: Vicente Neto / CC BY (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0) przez Wikimedia Commons)
Podobnie jak w przypadku roślin, bakterii i grzybów, sieć włókien glukanowych reprezentuje cząsteczki tworzące sztywną ścianę komórkową, która chroni błonę plazmatyczną i cytozol znajdujący się wewnątrz komórek.
U zwierząt kręgowych główną cząsteczką rezerwową jest glikogen. Jest to glukan utworzony przez wiele reszt glukozy połączonych wielokrotnie, tworząc łańcuch, który rozgałęzia się w całej strukturze.
Generalnie glikogen jest syntetyzowany w wątrobie wszystkich kręgowców, a część jest magazynowana w tkankach mięśni.
Glikogen, „skrobia” zwierząt (źródło: Mikael Häggström / domena publiczna, za pośrednictwem Wikimedia Commons)
Krótko mówiąc, glukany pełnią nie tylko funkcje strukturalne, ale są również ważne z punktu widzenia magazynowania energii. Każdy organizm, który ma aparat enzymatyczny do rozbijania wiązań i rozdzielania cząsteczek glukozy, aby wykorzystać je jako „paliwo”, wykorzystuje te związki do przetrwania.
Zastosowania w przemyśle
Glukany są szeroko stosowane w przemyśle spożywczym na całym świecie, ponieważ mają bardzo zróżnicowane właściwości, a większość z nich nie ma toksycznego wpływu na spożycie przez ludzi.
Wiele z nich pomaga ustabilizować strukturę żywności poprzez interakcję z wodą, tworząc emulsje lub żele, które zapewniają większą konsystencję niektórym potrawom kulinarnym. Przykładem może być skrobia lub skrobia kukurydziana.
Sztuczne aromaty w żywności są zwykle produktem dodatku słodzików, z których większość składa się z glukanów. Muszą one przejść przez bardzo ekstremalne warunki lub długie okresy czasu, aby utracić swoje efekty.
Wysoka temperatura topnienia wszystkich glukanów służy do ochrony wielu wrażliwych na niskie temperatury związków w żywności. Glukany „sekwestrują” cząsteczki wody i zapobiegają rozkładaniu przez kryształki lodu cząsteczek tworzących inne części pożywienia.
Ponadto struktury utworzone przez glukany w żywności są termoodwracalne, to znaczy zwiększając lub obniżając temperaturę wewnątrz żywności, mogą one odzyskać swój smak i teksturę w odpowiedniej temperaturze.
Bibliografia
- Di Luzio, NR (1985, grudzień). Aktualizacja dotycząca immunomodulujących działań glukanów. Na seminariach Springera z immunopatologii (tom 8, nr 4, str. 387-400). Springer-Verlag.
- Nelson, DL i Cox, MM (2015). Lehninger: zasady biochemii.
- Novak, M. i Vetvicka, V. (2009). Glukany jako modyfikatory odpowiedzi biologicznej. Zaburzenia endokrynologiczne, metaboliczne i immunologiczne - cele leków (dawniej obecne cele leków - zaburzenia immunologiczne, endokrynologiczne i metaboliczne), 9 (1), 67-75.
- Synytsya, A. i Novak, M. (2014). Analiza strukturalna glukanów. Roczniki medycyny translacyjnej, 2 (2).
- Vetvicka, V. i Vetvickova, J. (2018). Glukany i rak: porównanie dostępnych na rynku beta-glukanów - część IV. Badania przeciwnowotworowe, 38 (3), 1327-1333.