ПЕКТИН: СТРУКТУРА, ФУНКЦИИ, ТИПЫ, ПРОДУКТЫ, ПРИМЕНЕНИЕ - БИОЛОГИЯ - 2025

В пектины представляют собой группу полисахаридов растительного происхождения , структурно более сложной природы, чья основная структура состоит из остатков D-галактуроновой кислоты , связанных с глюкозидными связями типа α-1,4-D.

У двудольных растений и некоторых однодольных, не являющихся однодольными, пектины составляют примерно 35% молекул, присутствующих в первичных клеточных стенках. Их особенно много в стенках растущих и делящихся клеток, а также в «мягких» частях тканей растений.

Базовая единица пектина, галактуроновая кислота, этерифицированная до метильной группы (-CH3) (Источник: Simann13 через Wikimedia Commons)

В клетках высших растений пектины также являются частью клеточной стенки, и многочисленные данные свидетельствуют о том, что они важны для роста, развития, морфогенеза, процессов межклеточной адгезии, защиты, передачи сигналов и т. Д. разрастание клеток, увлажнение семян, развитие плодов и т. д.

Эти полисахариды синтезируются в комплексе Гольджи и затем транспортируются к клеточной стенке с помощью мембранных везикул. Считается, что пектины, являющиеся частью матрикса стенок растительных клеток, функционируют как место для отложения и расширения сети глюкана, которая играет важную роль в пористости стенки и прилипании к другим клеткам.

Кроме того, пектины находят промышленное применение в качестве желирующих и стабилизирующих агентов в продуктах питания и косметике; они использовались в синтезе биопленок, клеев, заменителей бумаги и медицинских продуктов для имплантатов или носителей лекарств.

Многие исследования указывают на его пользу для здоровья человека, поскольку было показано, что они способствуют снижению уровня холестерина и глюкозы в крови, помимо стимуляции иммунной системы.

Структура

Пектины - это семейство белков, в основном состоящих из звеньев галактуроновой кислоты, ковалентно связанных друг с другом. Галактуроновая кислота составляет около 70% всей молекулярной структуры пектинов и может быть присоединена в положениях О-1 или О-4.

Галактуроновая кислота - это гексоза, то есть сахар с 6 атомами углерода, молекулярная формула которого C6H10O.

Он имеет молекулярную массу более или менее 194,14 г / моль и структурно отличается от галактозы, например, тем, что углерод в положении 6 присоединен к карбоксильной группе (-COOH), а не к гидроксильной группе (-OH ).

На остатках галактуроновой кислоты можно найти различные типы заместителей, которые более или менее определяют структурные свойства каждого типа пектина; Некоторые из наиболее распространенных - это метильные группы (CH3), этерифицированные до углерода 6, хотя в боковых цепях также можно найти нейтральные сахара.

Комбинация доменов

Некоторые исследователи определили, что различные пектины, присутствующие в природе, представляют собой не что иное, как комбинацию однородных или гладких доменов (без ответвлений), а другие сильно разветвленные или «волосатые», которые сочетаются друг с другом в разных пропорциях.

Эти домены были идентифицированы как гомогалактуронановый домен, который является самым простым из всех и имеет наименьшее количество «эффектных» боковых цепей; домен рамногалактуронана-I и домен рамногалактуронана-II, один более сложный, чем другой.

Из-за наличия разных заместителей и в разных пропорциях длина, структурное определение и молекулярная масса пектинов сильно варьируются, и это также в значительной степени зависит от типа клетки и рассматриваемого вида.

Типы или домены

Галактуроновая кислота, составляющая основную структуру пектинов, может быть найдена в двух различных структурных формах, которые составляют основу трех полисахаридных доменов, обнаруженных во всех типах пектинов.

Эти домены известны как гомогалактуронан (HGA), рамногалактуронан-I (RG-I) и рамногалактуронан-II (RG-II). Эти три домена могут быть связаны ковалентно, образуя толстую сеть между первичной клеточной стенкой и средней ламеллой.

Гомогалактуронан (HGA)

Это линейный гомополимер, состоящий из остатков D-галактуроновой кислоты, связанных вместе глюкозидными связями типа α-1,4. Он может содержать до 200 остатков галактуроновой кислоты и повторяется в структуре многих молекул пектина (он составляет более или менее 65% пектинов).

Этот полисахарид синтезируется в комплексе Гольджи растительных клеток, где более 70% его остатков были модифицированы этерификацией метильной группы на атоме углерода, принадлежащем карбоксильной группе в положении 6.

Химическая структура гомогалактуронана (Источник: NEUROtiker через Wikimedia Commons)

Другая модификация, которой могут подвергаться остатки галактуроновой кислоты в гомогалактуронановом домене, - это ацетилирование (добавление ацетильной группы) углерода 3 или углерода 2.

Кроме того, некоторые пектины имеют замены ксилозой на углероде 3 некоторых из своих остатков, что дает другой домен, известный как ксилогалактуронан, изобилующий фруктами, такими как яблоки, арбузы, морковь, и в семенной оболочке гороха.

Рамногалактуронан-I (RG-I)

Это гетерополисахарид, состоящий из чуть менее 100 повторов дисахарида, состоящего из L-рамнозы и D-галактуроновой кислоты. Он составляет от 20 до 35% пектинов, и его экспрессия зависит от типа клетки и момента развития.

Большая часть остатков рамносила в его основной цепи имеет боковые цепи, которые содержат отдельные, линейные или разветвленные остатки L-арабинофуранозы и D-галактопиранозы. Они также могут содержать остатки фукозы, глюкозы и метилированные остатки глюкозы.

Рамногалактуронан II (RG-II)

Это наиболее сложный пектин, который составляет только 10% клеточных пектинов растений. Его структура высоко консервативна у видов растений и образована гомогалактуронановым скелетом по крайней мере из 8 остатков D-галактуроновой кислоты, связанных 1,4-связями.

В своих боковых цепях эти остатки имеют ответвления из более чем 12 различных типов сахаров, связанных более чем 20 различными типами связей. Рамногалактуронан-II обычно находится в димерной форме, в которой две части связаны вместе борат-диоловой эфирной связью.

Характеристики

Пектины в основном представляют собой структурные белки, и, поскольку они могут связываться с другими полисахаридами, такими как гемицеллюлозы, также присутствующими в стенках растительных клеток, они придают твердость и твердость указанным структурам.

В свежих тканях наличие свободных карбоксильных групп в молекулах пектина увеличивает возможности и силу связывания молекул кальция между полимерами пектина, что придает им еще большую структурную стабильность.

Они также действуют как увлажняющий агент и адгезионный материал для различных целлюлолитических компонентов клеточной стенки. Кроме того, они играют важную роль в управлении движением воды и других растительных жидкостей через самые быстрорастущие участки ткани растения.

Олигосахариды, полученные из молекул некоторых пектинов, участвуют в индукции лигнификации определенных тканей растений, способствуя, в свою очередь, накоплению молекул ингибиторов протеаз (ферментов, разрушающих белки).

По этим причинам пектины важны для роста, развития и морфогенеза, передачи сигналов между клетками и процессов адгезии, защиты, размножения клеток, гидратации семян, развития плодов, среди прочего.

Продукты, богатые пектином

Пектины являются важным источником клетчатки, которая присутствует в большом количестве овощей и фруктов, ежедневно потребляемых человеком, поскольку они являются структурной частью клеточных стенок большинства зеленых растений.

Его очень много в кожуре цитрусовых, таких как лимоны, лаймы, грейпфруты, апельсины, мандарины и маракуйя (маракуйя или маракуйя), однако количество доступного пектина зависит от степени зрелости фрукты.

Более зеленые или менее спелые фрукты - это фрукты с более высоким содержанием пектинов, в противном случае - слишком спелые или несвежие фрукты.

Джем, сладкое или желе, одно из кулинарных применений пектина (Изображение RitaE на pixabay.com)

Другие богатые пектином фрукты включают яблоки, персики, бананы, манго, гуаву, папайю, ананас, клубнику, абрикосы и различные ягоды. Среди овощей, богатых пектином, есть помидоры, фасоль и горох.

Кроме того, пектины обычно используются в пищевой промышленности в качестве желирующих добавок или стабилизаторов в соусах, галеях и многих других типах промышленных препаратов.

Приложения

В пищевой промышленности

Учитывая их состав, пектины представляют собой молекулы, хорошо растворимые в воде, поэтому они имеют множество применений, особенно в пищевой промышленности.

Он используется в качестве желирующего, стабилизирующего или загустителя для различных кулинарных изделий, особенно для желе и джемов, напитков на основе йогурта, молочных коктейлей с молоком и фруктами и мороженого.

Пектин популярен для приготовления джемов (Изображение Михала Ярмолука на pixabay.com)

Промышленное производство пектина для этих целей основано на его экстракции из кожуры фруктов, таких как яблоки и некоторые цитрусовые, процесса, который осуществляется при высокой температуре и в условиях кислого pH (низкий pH).

В здоровье человека

Помимо того, что пектины естественным образом присутствуют в составе клетчатки во многих растительных продуктах, которые люди потребляют ежедневно, пектины имеют «фармакологическое» применение:

- При лечении диареи (в смеси с экстрактом ромашки)

- Блокировать прилипание патогенных микроорганизмов к слизистой оболочке желудка, избегая желудочно-кишечных инфекций

- Они обладают положительным действием как иммунорегуляторы пищеварительной системы.

- Снижает уровень холестерина в крови

- Уменьшает скорость всасывания глюкозы в сыворотке крови пациентов с ожирением и диабетом

Ссылки

1. БеМиллер, Дж. Н. (1986). Введение в пектины: структура и свойства. Химия и функции пектинов, 310, 2-12.
2. Дергал, С.Б., Родригес, Н.Б., и Моралес, А.А. (2006). Пищевая химия. Pearson Education.
3. Монен, Д. (2008). Строение и биосинтез пектина. Текущее мнение в биологии растений, 11 (3), 266-277.
4. Такур, Б. Р., Сингх, Р. К., Ханда, А. К. и Рао, Массачусетс (1997). Обзор химии и использования пектина. Критические обзоры в пищевой науке и питании, 37 (1), 47-73. Такур, Б. Р., Сингх, Р. К., Ханда, А. К. и Рао, Массачусетс (1997). Обзор химии и использования пектина. Критические обзоры в пищевой науке и питании, 37 (1), 47-73.
5. Voragen, AG, Coenen, GJ, Verhoef, RP, & Schols, HA (2009). Пектин, универсальный полисахарид, присутствующий в стенках растительных клеток. Структурная химия, 20 (2), 263.
6. Уиллатс, WG, Маккартни, L., Mackie, W., & Knox, JP (2001). Пектин: клеточная биология и перспективы функционального анализа. Молекулярная биология растений, 47 (1-2), 9-27.