В глюканы являются , пожалуй, наиболее распространенных углеводов в биосфере. Большинство из них составляют клеточную стенку бактерий, растений, дрожжей и других живых организмов. Некоторые составляют резервные вещества позвоночных.
Все глюканы состоят из одного типа повторяющегося моносахарида: глюкозы. Однако их можно найти в большом разнообразии форм и с большим разнообразием функций.
Пример общих связей в B-глюканах (Источник: Jatlas2 / Public domain via Wikimedia Commons)
Название глюкан происходит от греческого слова «гликыс», что означает «сладкий». В некоторых учебниках глюканы называются нецеллюлозными полимерами, состоящими из молекул глюкозы, связанных связями β 1-3 (при слове «нецеллюлозные» те, которые являются частью клеточной стенки растений, исключаются из этой группы). ,
Однако все полисахариды, состоящие из глюкозы, включая те, которые составляют клеточную стенку растений, можно отнести к глюканам.
Многие глюканы были одними из первых соединений, которые были выделены из разных форм жизни для изучения физиологического воздействия, которое они оказывают на позвоночных, особенно на иммунную систему млекопитающих.
Структура
Гликаны имеют относительно простой состав, несмотря на большое разнообразие и сложность структур, которые можно найти в природе. Все они представляют собой крупные полимеры глюкозы, связанные гликозидными связями, наиболее частыми из которых являются α (1-3), β (1-3) и β (1-6).
Эти сахара, как и все сахариды, в основе которых лежит глюкоза, в основном состоят из трех типов атомов: углерода (C), водорода (H) и кислорода (O), которые образуют циклические структуры, которые можно соединять вместе. да, образуя цепочку.
Большинство глюканов состоит из прямых цепей, но те, которые имеют разветвления, связаны с ними через глюкозидные связи типа α (1-4) или α (1-4) в сочетании с связями α (1-6).
Важно отметить, что большая часть глюканов со связями «α» используется живыми существами в качестве источника энергии, говоря метаболически.
Глюканы с наибольшей долей β-связей являются более структурными углеводами. Они имеют более жесткую структуру и их труднее сломать механическим или ферментативным действием, поэтому они не всегда служат источником энергии и углерода.
Типы глюканов
Эти макромолекулы различаются в зависимости от аномерной конфигурации составляющих их единиц глюкозы; положение, тип и количество ответвлений, которые к ним присоединяются. Все варианты были разделены на три типа глюканов:
- β-глюканы (целлюлоза, лихенин, цимозан или зимозан и др.)
Химическая структура зимозана
- α, β-глюканы
- α-глюканы (гликоген, крахмал, декстран и др.)
Химическая структура декстрана
Α, β-Глюканы также известны как «смешанные глюканы», поскольку они сочетают в себе разные типы глюкозидных связей. У них самые сложные структуры в составе углеводов, и, как правило, их сложно разделить на более мелкие углеводные цепи.
Как правило, глюканы содержат высокомолекулярные соединения, значения которых варьируются от тысяч до миллионов дальтон.
Характеристики глюкана
Все глюканы имеют более 10 молекул глюкозы, связанных вместе, и наиболее распространенным является обнаружение этих соединений, образованных сотнями или тысячами остатков глюкозы, образующих единую цепь.
Каждый глюкан обладает особыми физическими и химическими характеристиками, которые зависят от его состава и среды, в которой он находится.
Когда глюканы очищены, они не имеют цвета, аромата или вкуса, хотя очистка никогда не бывает настолько точной, чтобы получить единственную изолированную одиночную молекулу, и они всегда количественно оцениваются и изучаются «приблизительно», поскольку изолят содержит несколько разных молекул.
Гликаны могут быть гомо- или гетерогликаны.
- Гомогликаны состоят только из одного типа аномера глюкозы.
- Гетерогликаны состоят из различных аномеров глюкозы.
Гетерогликаны при растворении в воде обычно образуют коллоидные суспензии (они легче растворяются при нагревании). В некоторых случаях при их нагревании образуются упорядоченные структуры и / или гели.
Объединение между остатками, которые образуют основную структуру глюканов (полимер), происходит благодаря глюкозидным связям. Однако структура стабилизируется за счет «гидростатических» взаимодействий и нескольких водородных связей.
Пример гликозидного связывания в гликогене (Источник: Glykogen.svg-NEUROtikerderivative-work-Marek-M-Public-domain через Wikimedia Commons)
Характеристики
Глюканы - очень универсальные структуры для живых клеток. У растений, например, комбинация β (1-4) связей между молекулами β-глюкозы придает большую жесткость клеточной стенке каждой из их клеток, образуя так называемую целлюлозу.
Структура целлюлозы (Источник: Vicente Neto / CC BY (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0) через Wikimedia Commons)
Как и у растений, у бактерий и грибов сеть глюкановых волокон представляет собой молекулы, составляющие жесткую клеточную стенку, которая защищает плазматическую мембрану и цитозоль, находящийся внутри клеток.
У позвоночных животных основной резервной молекулой является гликоген. Это глюкан, образованный множеством остатков глюкозы, повторно связанных, образующих цепь, которая разветвляется по всей структуре.
Как правило, гликоген синтезируется в печени всех позвоночных, а часть хранится в тканях мышц.
Гликоген, «крахмал» животных (Источник: Микаэль Хэггстрём / общественное достояние, через Wikimedia Commons)
Короче говоря, глюканы не только выполняют структурные функции, они также важны с точки зрения хранения энергии. Любой организм, который имеет ферментативный аппарат для разрушения связей и разделения молекул глюкозы, чтобы использовать их в качестве «топлива», использует эти соединения для выживания.
Применение в промышленности
Глюканы широко используются в пищевой промышленности по всему миру, так как они имеют очень разные характеристики и большинство из них не оказывает токсического действия на человека.
Многие помогают стабилизировать структуру пищи, взаимодействуя с водой, создавая эмульсии или гели, которые придают большую консистенцию некоторым кулинарным изделиям. Примером может быть крахмал или кукурузный крахмал.
Искусственные ароматизаторы в пище обычно являются результатом добавления подсластителей, большинство из которых состоит из глюканов. Они должны пройти через очень экстремальные условия или длительные периоды времени, чтобы потерять свое действие.
Высокая температура плавления всех глюканов служит для защиты многих чувствительных к низкой температуре соединений в пищевых продуктах. Глюканы «изолируют» молекулы воды и не дают кристаллам льда расщеплять молекулы, из которых состоят другие части пищи.
Кроме того, структуры, образованные глюканами в пищевых продуктах, являются термообратимыми, то есть, повышая или понижая температуру внутри пищевых продуктов, они могут восстанавливать свой вкус и текстуру при соответствующей температуре.
Ссылки
- Ди Лусио, Н. Р. (1985, декабрь). Обновленная информация об иммуномодулирующей активности глюканов. В семинарах Springer по иммунопатологии (Том 8, № 4, стр. 387-400). Springer-Verlag.
- Нельсон, Д.Л., и Кокс, М.М. (2015). Ленингер: принципы биохимии.
- Новак М. и Ветвицкая В. (2009). Глюканы как модификаторы биологического ответа. Эндокринные, метаболические и иммунные расстройства - мишени для лекарств (ранее действующие мишени для лекарств - иммунные, эндокринные и метаболические расстройства), 9 (1), 67-75.
- Сыница, А., Новак, М. (2014). Структурный анализ глюканов. Анналы трансляционной медицины, 2 (2).
- Ветвицкая, В., & Ветвицкова, Дж. (2018). Глюканы и рак: сравнение коммерчески доступных β-глюканов - Часть IV. Противораковые исследования, 38 (3), 1327-1333.