A bioszféra talán a leggazdagabb szénhidrátok a glükánok. A legtöbb baktérium, növény, élesztő és más élő szervezet sejtfalát alkotja. Egyesek képezik a gerinces állatok tartalékanyagait.
Az összes glükán egyfajta ismétlődő monoszacharidból áll: glükózból. Ezek azonban nagyon sokféle formában és sokféle funkcióval megtalálhatók.
Példa a közös kötésekre a B-glükánokban (Forrás: Jatlas2 / Public domain a Wikimedia Commonson keresztül)
A glükán név fő eredete a görög "glykys" szóból származik, amely "édes" -t jelent. Egyes tankönyvek a glükánokra mint nem cellulózos polimerekre vonatkoznak, amelyek glükózmolekulákból állnak, összekapcsolódva β 1-3 kötésekkel (amikor „nem cellulózosnak” mondják azokat, amelyek a növényi sejtfal részét képezik, ebbe a csoportba tartoznak).
Ugyanakkor valamennyi glükózból álló poliszacharid, beleértve azokat is, amelyek a növények sejtfalát alkotják, glükánoknak minősíthető.
Számos glükán volt az első vegyületek közül, amelyeket különféle életformákból izoláltak, hogy megvizsgálják a gerinces állatokon, különösen az emlősök immunrendszerén gyakorolt fiziológiai hatásaikat.
Szerkezet
A glikánok összetétele viszonylag egyszerű, annak ellenére, hogy a természetben sokféle szerkezet és bonyolult szerkezet található. Mindegyik nagy glükózpolimer, amelyet glikozid kötések kötik össze, a leggyakoribb kötés az α (1-3), β (1-3) és β (1-6).
Ezek a cukrok, mint az összes szacharid, amelyek bázisa glükóz, alapvetően három atom atomból állnak: szén (C), hidrogén (H) és oxigén (O), amelyek ciklikus szerkezeteket képeznek, amelyek összekapcsolhatók. igen, láncot képez.
A legtöbb glükán egyenes láncokból áll, de azok, amelyek ágakat mutatnak, ezekhez kapcsolódnak az α (1-4) vagy α (1-4) típusú glükozidkötésekkel, az α (1-6) kötésekkel kombinálva.
Fontos megemlíteni, hogy az α-kötésű glükánok többségét élőlények használják energiaellátásként, anyagcserét tekintve.
Azok a glükánok, amelyekben a legnagyobb a „β” kötés aránya, strukturálisabb szénhidrátok. Ezek merevebb felépítésűek, és mechanikai vagy enzimes hatásokkal nehezebb megtörni, tehát nem mindig szolgálnak energia- és szénforrásként.
A glükánok típusai
Ezek a makromolekulák az őket alkotó glükóz egységek anomer konfigurációjától függően változnak; a hozzájuk csatlakozó ágak helye, típusa és száma. Az összes változatot három típusú glükánra osztottuk:
- β-glükánok (cellulóz, lichenine, cymosan vagy zymosan stb.)
A zimozan kémiai szerkezete
- α, β-glükánok
- α-glükánok (glikogén, keményítő, dextrán stb.)
A dextrán kémiai szerkezete
Az α, β-glükánokat "vegyes glükánoknak" is nevezik, mivel ezek különféle glükózidos kötéseket tartalmaznak. A szénhidrátokon belül a legbonyolultabb szerkezetűek, és általában olyan szerkezetűek, amelyeket nehéz szétválasztani kisebb szénhidrátláncokká.
Általában a glükánok nagy molekulatömegű vegyületekkel rendelkeznek, amelyek értéke ezer és millió dalton között változhat.
A glükán jellemzői
Az összes glükánnak több mint 10 glükózmolekulája van összekapcsolva, és a leggyakoribb az, ha ezeket a vegyületeket száz vagy több ezer glükózmaradék képezi, amelyek egyetlen láncot alkotnak.
Mindegyik glükánnak különleges fizikai és kémiai tulajdonságai vannak, amelyek összetételétől és a körülményektől függően változnak.
A glükánok tisztításakor nincs színük, aromájuk vagy ízük, bár a tisztítás soha nem lesz olyan pontos, hogy egyetlen izolált egyetlen molekulát kapjunk, és ezeket mindig mennyiségileg meghatározzuk és "megközelítőleg" vizsgáljuk, mivel az izolátum több különböző molekulát tartalmaz.
A glikánok megtalálhatók homo- vagy heteroglikánokként.
- A homoglikánok csak egy típusú glükóz-anomerből állnak
- A heteroglikánok különböző glükóz-anomerekből állnak.
Gyakran előfordul, hogy a heteroglikánok vízben történő feloldásakor kolloid szuszpenziókat képeznek (hő hatására könnyebben oldódnak). Bizonyos esetekben a melegítés rendezett struktúrákat és / vagy géleket eredményez.
A glükánok fő szerkezetét alkotó maradékok (a polimer) közötti összekapcsolódás a glükozid kötéseknek köszönhetően alakul ki. A szerkezetet azonban "hidrosztatikus" kölcsönhatások és néhány hidrogénkötés révén stabilizálják.
Példa a glikozidkötésre a glikogénben (Forrás: Glykogen.svg-NEUROtikerderiderivative-work-Marek-M-Public-domain a Wikimedia Commonson keresztül)
Jellemzők
A glükánok nagyon sokoldalú struktúrák az élő sejtekhez. Például a növényekben a β (1-4) kötések kombinációja a β-glükóz molekulák között nagy merevséget biztosít minden egyes sejt sejtfalához, és így cellulóznak nevezik.
Cellulóz szerkezet (Forrás: Vicente Neto / CC BY (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0) a Wikimedia Commons segítségével)
Mint a növényekben, a baktériumokban és a gombákban, a glükánszálak hálózata képviseli azokat a molekulákat, amelyek képezik a merev sejtfalat, amely védi a plazmamembránt, és a sejtekben található citozolt.
Gerinces állatokban a fő tartalékmolekula a glikogén. Ez egy olyan glükán, amelyet sok glükózmaradék képez, többször is összekapcsolva, és egy láncot képezve, amely az egész szerkezetben elágazik.
Általában a glikogént az összes gerinces májában szintetizálják, és egy részét az izmok szöveteiben tárolják.
Glikogén, az állatok „keményítője” (Forrás: Mikael Häggström / Public domain, a Wikimedia Commons segítségével)
Röviden: a glükánok nemcsak szerkezeti funkciókkal rendelkeznek, hanem energiatárolási szempontból is fontosak. Bármely organizmus, amely rendelkezik enzimatikus berendezéssel a kötések lebontására és a glükózmolekulák elválasztására, üzemanyagként történő felhasználásukhoz, ezeket a vegyületeket használja a túléléshez.
Alkalmazások az iparban
A glükánokat széles körben használják az élelmiszeriparban az egész világon, mivel ezek tulajdonságai nagyon változatosak, és legtöbbjüknek nincs toxikus hatása az emberi fogyasztásra.
Sokan segítik az élelmiszer szerkezetének stabilizálását azáltal, hogy a vízzel kölcsönhatásba lépnek, emulziókat vagy géleket hoznak létre, amelyek nagyobb konzisztenciát biztosítanak bizonyos kulináris készítményeknél. Példa lehet a keményítő vagy a kukoricakeményítő.
Az élelmiszerek mesterséges íze általában édesítőszerek hozzáadása, amelyek többségét glükánok alkotják. Ezeknek nagyon szélsőséges körülményeken vagy hosszú ideig kell menniük, hogy elveszítsék hatásaikat.
Az összes glükán magas olvadáspontja védi az élelmiszerekben az alacsony hőmérsékleten érzékeny vegyületeket. A glukánok "elkülönítik" a vízmolekulákat és megakadályozzák, hogy a jégkristályok lebontják azokat a molekulákat, amelyek az élelmiszer többi részét alkotják.
Ezen túlmenően az élelmiszerekben a glükánok által létrehozott szerkezetek hőre fordíthatók, vagyis azáltal, hogy az élelmiszer hőmérsékletét megemelik vagy csökkentik, megfelelő hőmérsékleten visszanyerik az ízüket és textúrájukat.
Irodalom
- Di Luzio, NR (1985, december). A glükánok immunmoduláló aktivitásának frissítése. Springer immunopatológiai szemináriumokon (8. kötet, 4. szám, 387–400. Oldal). Springer-Verlag.
- Nelson, DL, & Cox, MM (2015). Lehninger: a biokémia alapelvei.
- Novak, M., és Vetvicka, V. (2009). A glükánok mint biológiai válaszmódosítók. Endokrin, anyagcsere és immunrendszeri rendellenességek - gyógyszer célpontok (korábban jelenlegi gyógyszer célpontok - immun, endokrin és anyagcsere rendellenességek), 9 (1), 67-75.
- Synytsya, A. és Novak, M. (2014). A glükánok szerkezeti elemzése. A transzlációs orvoslás évkönyve, 2. (2).
- Vetvicka, V., és Vetvickova, J. (2018). Glükánok és rák: A kereskedelemben kapható β-glükánok összehasonlítása - IV. Rész. Rákellenes kutatás, 38 (3), 1327-1333.