У глюкани є , мабуть, найбільш поширених вуглеводів в біосфері. Більшість складають клітинну стінку бактерій, рослин, дріжджів та інших живих організмів. Деякі складають запасні речовини хребетних.
Всі глюкани складаються з одного типу повторюваного моносахариду: глюкози. Однак їх можна знайти у найрізноманітніших формах та з великою різноманітністю функцій.
Приклад загальних зв'язків у B-глюканах (Джерело: Jatlas2 / Public domain via Wikimedia Commons)
Назва глюкан має своє основне походження від грецького слова "glykys", що означає "солодкий". Деякі підручники позначають глюкани як нецелюлозні полімери, що складаються з молекул глюкози, пов'язаних зв'язками β 1-3 (якщо сказати «нецелюлозні», ті, що входять до клітинної стінки рослини, виключаються з цієї групи) .
Однак усі полісахариди, що складаються з глюкози, включаючи ті, що складають клітинну стінку рослин, можна класифікувати як глюкани.
Багато глюканів були одними з перших сполук, які були виділені з різних форм життя для вивчення фізіологічних ефектів, які вони мали на хребетних, особливо на імунну систему ссавців.
Будова
Глікани мають відносно простий склад, незважаючи на велику різноманітність і складність структур, які можна зустріти в природі. Всі це великі полімери глюкози, пов'язані глікозидними зв’язками, найчастішими зв’язками є α (1-3), β (1-3) та β (1-6).
Ці цукри, як і всі сахариди, які мають основу глюкози, в основному складаються з трьох типів атомів: вуглецю (С), водню (Н) і кисню (О), які утворюють циклічні структури, які можуть з'єднуватися між собою. так, утворюючи ланцюжок.
Більшість глюканів складаються з прямих ланцюгів, але ті, які є гілками, пов'язані з ними через глюкозидні зв’язки типу α (1-4) або α (1-4) у поєднанні з α (1-6) зв’язками.
Важливо зазначити, що більшість глюканів із зв'язками "α" живими істотами використовуються як енергозабезпечення, метаболічно кажучи.
Глюкани з найбільшою часткою "β" зв'язків є більш структурними вуглеводами. Вони мають більш жорстку структуру і їх важче розбити механічною або ферментативною дією, тому вони не завжди служать джерелом енергії та вуглецю.
Види глюканів
Ці макромолекули змінюються залежно від аномерної конфігурації одиниць глюкози, що їх складають; положення, тип та кількість гілок, які приєднуються до них. Усі варіанти були класифіковані на три типи глюканів:
- β-глюкани (целюлоза, ліхенін, цимозан або зимосан тощо)
Хімічна структура зимосану
- α, β-глюкани
- α-глюкани (глікоген, крохмаль, декстран тощо)
Хімічна структура декстрану
Α, β-глюкани також відомі як "змішані глюкани", оскільки вони поєднують різні типи глікозидних зв'язків. Вони мають найскладніші структури всередині вуглеводів і зазвичай мають структури, які важко розділити на менші вуглеводні ланцюги.
Як правило, у глюканів є високомолекулярні сполуки, значення яких варіюються між тисячами і мільйонами дальтон.
Характеристики глюкана
Усі глюкани мають більше 10 молекул глюкози, пов'язаних між собою, і найпоширенішим є пошук цих сполук, утворених сотнями або тисячами залишків глюкози, що утворюють єдиний ланцюг.
Кожен глюкан має особливі фізичні та хімічні характеристики, які змінюються залежно від його складу та середовища, де він знаходиться.
Коли глюкани очищаються, вони не мають кольору, аромату та смаку, хоча очищення ніколи не є таким точним, як отримання єдиної виділеної однієї молекули, і їх завжди кількісно оцінюють та вивчають «приблизно», оскільки ізолят містить кілька різних молекул.
Глікани можна зустріти як гомо- або гетероглікани.
- Гомоглікани складаються лише з одного типу аномеру глюкози
- Гетероглікани складаються з різних аномерів глюкози.
Гетероглікани звичайні, коли вони розчиняються у воді, утворюють колоїдні суспензії (вони легше розчиняються, якщо піддаються нагріванню). У деяких випадках нагрівання їх виробляє впорядковані структури та / або гелі.
Об'єднання між залишками, які утворюють основну структуру глюканів (полімер), відбувається завдяки глюкозидним зв’язкам. Однак структура стабілізується за рахунок «гідростатичних» взаємодій та кількох водневих зв’язків.
Приклад зв'язування глікозиду в глікогені (Джерело: Glykogen.svg-NEUROtikerderivative-work-Marek-M-Public-domain через Wikimedia Commons)
Особливості
Глюкани - це дуже універсальна структура для живих клітин. Наприклад, у рослин комбінація β (1-4) зв’язків між молекулами β-глюкози надає велику жорсткість клітинній стінці кожної їх клітини, утворюючи те, що відомо як целюлоза.
Структура целюлози (Джерело: Vicente Neto / CC BY (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0) через Wikimedia Commons)
Як і у рослин, у бактерій та грибів, мережа глюканових волокон являє собою молекули, що складають жорстку клітинну стінку, яка захищає плазматичну мембрану та цитозол, який знаходиться всередині клітин.
У хребетних тварин основна резервна молекула - глікоген. Це глюкан, утворений безліччю залишків глюкози, пов'язаних неодноразово, утворюючи ланцюг, який розгалужується по всій структурі.
Як правило, глікоген синтезується в печінці всіх хребетних, а частина зберігається в тканинах м’язів.
Глікоген, "крохмаль" тварин (Джерело: Mikael Häggström / Громадське надбання, через Wikimedia Commons)
Коротше кажучи, глюкани мають не лише структурні функції, вони також важливі з точки зору накопичення енергії. Будь-який організм, який має ферментативний апарат для руйнування зв’язків та розділення молекул глюкози, щоб використовувати їх як «паливо», використовує ці сполуки для виживання.
Застосування в промисловості
Глюкани широко застосовуються в харчовій промисловості по всьому світу, оскільки вони мають дуже різноманітні характеристики і більшість не мають токсичного впливу для споживання людиною.
Багато хто допомагає стабілізувати структуру їжі, взаємодіючи з водою, створюючи емульсії або гелі, які забезпечують більшу консистенцію певних кулінарних препаратів. Прикладом може бути крохмаль або кукурудзяний крохмаль.
Штучні ароматизатори в їжу зазвичай є продуктом додавання підсолоджувачів, більшість з яких складаються з глюканів. Вони повинні пройти через дуже екстремальні умови або довгі періоди часу, щоб втратити свої наслідки.
Висока температура плавлення всіх глюканів служить захистом багатьох чутливих до низьких температур сполук в продуктах харчування. Глюкани "секвеструють" молекули води і не дають кристалам льоду розщеплювати молекули, що входять до інших частин їжі.
Крім того, структури, утворені глюканами в їжі, є термореверсивними, тобто, збільшуючи або знижуючи температуру всередині їжі, вони можуть відновити свій аромат і текстуру при відповідній температурі.
Список літератури
- Ді Луціо, штат НР (1985, грудень). Повідомлення про імуномодулюючу діяльність глюканів. На семінарах Спрінгера з імунопатології (т. 8, № 4, с. 387-400). Спрингер-Верлаг.
- Nelson, DL, & Cox, MM (2015). Ленінгер: принципи біохімії.
- Новак, М., і Ветвічка, В. (2009). Глюкани як модифікатори біологічної відповіді. Ендокринні, метаболічні та імунні розлади - цілі наркотиків (раніше діючі цілі до наркотиків - імунні, ендокринні та метаболічні розлади), 9 (1), 67-75.
- Синиця, А., & Новак, М. (2014). Структурний аналіз глюканів. Літописи трансляційної медицини, 2 (2).
- Ветвічка, В., та Ветвікова, Ж. (2018). Глюкани та рак: порівняння комерційно доступних β-глюканів - частина IV. Протипухлинні дослідження, 38 (3), 1327-1333.