PEKTYNA: BUDOWA, FUNKCJE, RODZAJE, ŻYWNOŚĆ, ZASTOSOWANIA - BIOLOGIA - 2025

W pektyny są grupy polisacharydów pochodzenia roślinnego strukturalnie złożoności, którego podstawowa struktura składa się z reszt kwasu D-galakturonowego, kwasu związanymi wiązaniami glikozydowymi typu α-1,4-D.

W roślinach dwuliściennych i niektórych niegraminowych roślin jednoliściennych pektyny stanowią około 35% cząsteczek obecnych w pierwotnych ścianach komórkowych. Są to szczególnie liczne cząsteczki w ścianach rosnących i dzielących się komórek, a także w „miękkich” częściach tkanek roślinnych.

Podstawowa jednostka pektyny, kwas galakturonowy estryfikowany do grupy metylowej (-CH3) (źródło: Simann13 za Wikimedia Commons)

W komórkach roślin wyższych pektyny są również częścią ściany komórkowej i wiele linii dowodów sugeruje, że są one ważne dla wzrostu, rozwoju, morfogenezy, procesów adhezji komórka-komórka, obrony, sygnalizacji, ekspansja komórek, nawodnienie nasion, rozwój owoców itp.

Te polisacharydy są syntetyzowane w kompleksie Golgiego, a następnie są transportowane do ściany komórkowej za pośrednictwem pęcherzyków błonowych. Uważa się, że pektyny, będące częścią macierzy ściany komórkowej roślin, działają jako miejsce odkładania i rozszerzania sieci glukanowej, która odgrywa ważną rolę w porowatości ścian i przyleganiu do innych komórek.

Ponadto pektyny mają zastosowania przemysłowe jako środki żelujące i stabilizujące w żywności i kosmetykach; były używane w syntezie biofilmów, klejów, substytutów papieru i produktów medycznych do implantów lub nośników leków.

Wiele badań wskazuje na jego korzyści dla zdrowia człowieka, ponieważ wykazano, że przyczyniają się one do obniżenia poziomu cholesterolu i glukozy we krwi, oprócz stymulacji układu odpornościowego.

Struktura

Pektyny to rodzina białek składająca się zasadniczo z jednostek kwasu galakturonowego połączonych ze sobą kowalencyjnie. Kwas galakturonowy stanowi około 70% całej struktury molekularnej pektyn i może być przyłączony w pozycjach O-1 lub O-4.

Kwas galakturonowy to heksoza, czyli cukier o 6 atomach węgla o wzorze cząsteczkowym C6H10O.

Ma masę cząsteczkową mniej więcej 194,14 g / mol i różni się strukturalnie od galaktozy, na przykład tym, że węgiel w pozycji 6 jest przyłączony do grupy karboksylowej (-COOH), a nie do grupy hydroksylowej (-OH ).

Na resztach kwasu galakturonowego można znaleźć różne typy podstawników, które mniej lub bardziej określają właściwości strukturalne każdego typu pektyny; niektóre z najpowszechniejszych to grupy metylowe (CH3) zestryfikowane do węgla 6, chociaż obojętne cukry można również znaleźć w łańcuchach bocznych.

Kombinacja domen

Niektórzy badacze ustalili, że różne pektyny występujące w przyrodzie to nic innego jak kombinacja jednorodnych lub gładkich domen (bez rozgałęzień), a inni silnie rozgałęzieni lub „owłosieni”, które łączą się ze sobą w różnych proporcjach.

Domeny te zostały zidentyfikowane jako domena homogalakturonianu, która jest najprostsza ze wszystkich i ma najmniej „efektownych” łańcuchów bocznych; domena rhamnogalacturonan-I i domena rhamnogalacturonan-II, jedna bardziej złożona niż druga.

Ze względu na obecność różnych podstawników iw różnych proporcjach, długość, definicja strukturalna i masa cząsteczkowa pektyn są bardzo zmienne i zależy to również, w dużym stopniu, od typu komórki i rozpatrywanego gatunku.

Typy lub domeny

Kwas galakturonowy, który stanowi główną strukturę pektyn, występuje w dwóch różnych formach strukturalnych, które stanowią trzon trzech domen polisacharydowych występujących we wszystkich typach pektyn.

Domeny te są znane jako homogalakturonian (HGA), ramnogalakturonian-I (RG-I) i ramnogalakturonian-II (RG-II). Te trzy domeny mogą być połączone kowalencyjnie, tworząc grubą sieć między pierwotną ścianą komórkową a środkową blaszką.

Homogalakturonian (HGA)

Jest to liniowy homopolimer złożony z reszt kwasu D-galakturonowego połączonych ze sobą wiązaniami glukozydowymi typu α-1,4. Może zawierać do 200 reszt kwasu galakturonowego i powtarza się w strukturze wielu cząsteczek pektyn (zawiera mniej więcej 65% pektyn)

Ten polisacharyd jest syntetyzowany w kompleksie Golgiego komórek roślinnych, w którym ponad 70% jego reszt zostało zmodyfikowanych przez estryfikację grupy metylowej na węglu należącym do grupy karboksylowej w pozycji 6.

Struktura chemiczna homogalakturonianu (źródło: NEUROtiker za Wikimedia Commons)

Inną modyfikacją, której mogą ulec reszty kwasu galakturonowego w domenie homogalakturonianu, jest acetylacja (dodanie grupy acetylowej) węgla 3 lub węgla 2.

Ponadto niektóre pektyny zawierają podstawienia ksylozy przy węglu 3 niektórych ich reszt, co daje inną domenę zwaną ksylogalakturonianem, obfitującą w owoce, takie jak jabłka, arbuzy, marchew i osłonkę nasion grochu.

Ramnogalacturonan-I (RG-I)

Jest to heteropolisacharyd złożony z prawie 100 powtórzeń disacharydu składającego się z L-ramnozy i kwasu D-galakturonowego. Stanowi od 20 do 35% pektyn, a jego ekspresja zależy od rodzaju komórki i momentu rozwoju.

Wiele reszt ramnozylu w jego szkielecie ma łańcuchy boczne, które zawierają indywidualne, liniowe lub rozgałęzione reszty L-arabinofuranozy i D-galaktopiranozy. Mogą również zawierać reszty fukozy, glukozę i metylowane reszty glukozy.

Ramnogalacturonan II (RG-II)

Jest to najbardziej złożona pektyna i stanowi tylko 10% pektyn komórkowych w roślinach. Jego struktura jest silnie konserwowana u gatunków roślin i jest utworzona przez homogalakturonowy szkielet składający się z co najmniej 8 reszt kwasu D-galakturonowego połączonych wiązaniami 1,4.

W swoich łańcuchach bocznych reszty te mają gałęzie ponad 12 różnych rodzajów cukrów, połączone ponad 20 różnymi typami wiązań. Często spotyka się ramnogalakturonian-II w postaci dimeru, z dwiema częściami połączonymi ze sobą wiązaniem estrowym boran-diol.

cechy

Pektyny są głównie białkami strukturalnymi, a ponieważ mogą łączyć się z innymi polisacharydami, takimi jak hemicelulozy, również obecnymi w ścianach komórkowych roślin, nadają tym strukturom jędrność i twardość.

W świeżej tkance obecność wolnych grup karboksylowych w cząsteczkach pektyny zwiększa możliwości i siłę wiązania cząsteczek wapnia pomiędzy polimerami pektyny, co zapewnia im jeszcze większą stabilność strukturalną.

Działają również jako środek nawilżający i jako materiał adhezyjny dla różnych składników celulolitycznych ściany komórkowej. Ponadto odgrywają ważną rolę w kontrolowaniu ruchu wody i innych płynów roślinnych przez najszybciej rosnące części tkanki w roślinie.

Oligosacharydy pochodzące z cząsteczek niektórych pektyn uczestniczą w indukcji lignifikacji niektórych tkanek roślinnych, co z kolei sprzyja gromadzeniu się cząsteczek inhibitora proteazy (enzymów rozkładających białka).

Z tych powodów pektyny są ważne dla wzrostu, rozwoju i morfogenezy, procesów sygnalizacji komórkowej i adhezji, obrony, ekspansji komórek, nawodnienia nasion, rozwoju owoców, pośród innych.

Pokarmy bogate w pektyny

Pektyny są ważnym źródłem błonnika, który jest obecny w wielu warzywach i owocach spożywanych codziennie przez człowieka, ponieważ jest on strukturalną częścią ścian komórkowych większości roślin zielonych.

Obfituje w skórki owoców cytrusowych, takich jak cytryny, limonki, grejpfruty, pomarańcze, mandarynki i marakuja (marakuja lub marakuja), jednak ilość dostępnej pektyny zależy od stanu dojrzałości owoce.

Bardziej zielone lub mniej dojrzałe owoce to te z wyższą zawartością pektyn, w przeciwnym razie te, które są zbyt dojrzałe lub nieświeże.

Dżem, słodki lub galaretka, jedno z kulinarnych zastosowań pektyny (Zdjęcie: RitaE on pixabay.com)

Inne owoce bogate w pektyny to jabłka, brzoskwinie, banany, mango, guawa, papaja, ananas, truskawki, morele i różne rodzaje jagód. Wśród warzyw, które zawierają obfite ilości pektyny, są pomidory, fasola i groszek.

Ponadto pektyny są powszechnie stosowane w przemyśle spożywczym jako dodatki żelujące lub stabilizatory w sosach, gale i wielu innych typach preparatów przemysłowych.

Aplikacje

W przemyśle spożywczym

Ze względu na swój skład pektyny są cząsteczkami dobrze rozpuszczalnymi w wodzie, dlatego mają wielorakie zastosowanie, zwłaszcza w przemyśle spożywczym.

Stosowany jest jako środek żelujący, stabilizujący lub zagęszczający w wielu produktach kulinarnych, zwłaszcza galaretkach i dżemach, napojach jogurtowych, koktajlach mlecznych z mlekiem i owocami oraz lodach.

Pektyna jest popularna do robienia dżemów (Zdjęcie: Michal Jarmoluk on pixabay.com)

Przemysłowa produkcja pektyny do tych celów opiera się na jej ekstrakcji ze skórki owoców, takich jak jabłka i niektóre owoce cytrusowe, w procesie prowadzonym w wysokiej temperaturze i przy kwaśnym pH (niskie pH).

W zdrowiu ludzkim

Oprócz naturalnej obecności jako część błonnika w wielu produktach pochodzenia roślinnego, które ludzie spożywają każdego dnia, wykazano, że pektyny mają „farmakologiczne” zastosowania:

- w leczeniu biegunki (zmieszany z ekstraktem z rumianku)

- Blokują przyleganie patogennych mikroorganizmów do błony śluzowej żołądka, unikając infekcji żołądkowo-jelitowych

- Działają pozytywnie jako immunoregulatory układu pokarmowego

- Obniżenie poziomu cholesterolu we krwi

- Zmniejszenie szybkości wchłaniania glukozy w surowicy osób otyłych i chorych na cukrzycę

Bibliografia

1. BeMiller, JN (1986). Wprowadzenie do pektyn: budowa i właściwości. Chemistry and function of pectins, 310, 2-12.
2. Dergal, SB, Rodríguez, HB i Morales, AA (2006). Chemia gastronomiczna. Edukacja Pearson.
3. Mohnen, D. (2008). Struktura pektyny i biosynteza. Aktualna opinia w biologii roślin, 11 (3), 266-277.
4. Thakur, BR, Singh, RK, Handa, AK i Rao, MA (1997). Chemia i zastosowania pektyny - przegląd. Critical Reviews in Food Science & Nutrition, 37 (1), 47-73. Thakur, BR, Singh, RK, Handa, AK i Rao, MA (1997). Chemia i zastosowania pektyny - przegląd. Critical Reviews in Food Science & Nutrition, 37 (1), 47-73.
5. Voragen, AG, Coenen, GJ, Verhoef, RP i Schols, HA (2009). Pektyna, wszechstronny polisacharyd obecny w ścianach komórkowych roślin. Structural Chemistry, 20 (2), 263.
6. Willats, WG, McCartney, L., Mackie, W. i Knox, JP (2001). Pektyna: biologia komórki i perspektywy analizy funkcjonalnej. Biologia molekularna roślin, 47 (1-2), 9-27.