V glukani so morda najbolj bogatih ogljikovih hidratov v biosferi. Večina tvori celično steno bakterij, rastlin, kvasovk in drugih živih organizmov. Nekateri sestavljajo rezervne snovi vretenčarjev.
Vsi glukani so sestavljeni iz ene vrste ponavljajočega se monosaharida: glukoze. Vendar pa jih je mogoče najti v zelo različnih oblikah in z zelo različnimi funkcijami.
Primer običajnih vezi v B-glukanih (Vir: Jatlas2 / Javna domena prek Wikimedia Commons)
Ime glucan ima svoj glavni izvor iz grške besede "glykys", kar pomeni "sladko." Nekateri učbeniki navajajo glukane kot necelulozne polimere, ki jih sestavljajo molekule glukoze, povezane z vezmi β 1-3 (če rečemo "necelulozni", so iz te skupine izključeni tisti, ki so del celične stene rastlin) .
Vendar lahko vse polisaharide, sestavljene iz glukoze, vključno s tistimi, ki sestavljajo celično steno rastlin, uvrstimo med glukane.
Mnogi glukani so bili med prvimi spojinami, ki so jih izolirali iz različnih življenjskih oblik, da so preučili fiziološke učinke na vretenčarje, zlasti na imunski sistem sesalcev.
Struktura
Glikanci imajo relativno preprosto sestavo, kljub veliki raznolikosti in zapletenosti struktur, ki jih lahko najdemo v naravi. Vsi so veliki polimeri glukoze, povezani z glikozidnimi vezmi, najpogostejše vezi so α (1-3), β (1-3) in β (1-6).
Ti sladkorji so, tako kot vsi saharidi, ki imajo glukozo kot osnovo, v osnovi sestavljeni iz treh vrst atomov: ogljik (C), vodik (H) in kisik (O), ki tvorijo ciklične strukture, ki jih je mogoče združiti skupaj. da tvori verigo.
Večina glukanov je sestavljena iz ravnih verig, tiste, ki predstavljajo veje, pa so povezane z njimi z glukozidnimi vezmi tipa α (1-4) ali α (1-4) v kombinaciji z α (1-6) vezmi.
Pomembno je omeniti, da večino glukanov z "α" vezmi živa bitja uporabljajo kot presnovo z energijo.
Glukani z najvišjim deležem "β" vezi so bolj strukturni ogljikovi hidrati. Ti imajo tršo strukturo in jih je težje razbiti z mehanskim ali encimskim delovanjem, zato ne služijo vedno kot vir energije in ogljika.
Vrste glukanov
Te makromolekule se razlikujejo glede na anomerno konfiguracijo glukoznih enot, ki jih sestavljajo; položaj, vrsto in število podružnic, ki se jim pridružijo. Vse različice so bile razvrščene v tri vrste glukanov:
- β-glukani (celuloza, lihein, cimozan ali zimozan itd.)
Kemična zgradba zimozana
- α, β-glukani
- α-glukani (glikogen, škrob, dekstran itd.)
Kemična zgradba dekstrana
Α, β-glukani so znani tudi kot "mešani glukani", saj združujejo različne vrste glukozidnih vezi. Imajo najbolj zapletene strukture znotraj ogljikovih hidratov in imajo na splošno strukture, ki jih je težko ločiti na manjše verige ogljikovih hidratov.
Na splošno imajo spojine z visoko molekularno maso glukani z vrednostmi, ki se gibljejo med tisoč in milijoni daltonov.
Značilnosti glukana
Vsi glukani imajo več kot 10 molekul glukoze, povezanih najpogosteje, najpogostejše pa je, da te spojine najdemo na stotine ali tisoč ostankov glukoze, ki tvorijo eno verigo.
Vsak glukan ima posebne fizikalne in kemijske lastnosti, ki se razlikujejo glede na njegovo sestavo in okolje, kjer ga najdemo.
Ko so glukani očiščeni, nimajo nobene barve, vonja ali okusa, čeprav čiščenje ni nikoli tako natančno, da bi dobili eno samo izolirano eno molekulo, in jih vedno količinsko določimo in preučujemo "približno", saj izolat vsebuje več različnih molekul.
Glikance lahko najdemo kot homo- ali heteroglikane.
- Homoglikani so sestavljeni iz samo ene vrste glukoznega anomera
- Heteroglikane sestavljajo različni anomeri glukoze.
Običajno je, da heteroglikani, ko se raztopijo v vodi, tvorijo koloidne suspenzije (lažje se raztopijo, če so izpostavljeni toploti). V nekaterih primerih segrevanje le-teh proizvaja urejene strukture in / ali gele.
Združitev ostankov, ki tvorijo glavno strukturo glukanov (polimer), nastane zahvaljujoč glukozidnim vezam. Vendar je struktura stabilizirana s pomočjo "hidrostatičnih" interakcij in nekaj vodikovih vezi.
Primer vezave glikozidov v glikogenu (Vir: Glykogen.svg-NEUROtikerderivative-work-Marek-M-Public-domain prek Wikimedia Commons)
Lastnosti
Glukani so zelo vsestranske strukture za žive celice. Na primer, v rastlinah kombinacija β (1-4) vezi med molekulami β-glukoze daje veliko togost celični steni vsake njihove celice, kar tvori tako imenovano celulozo.
Celulozna struktura (Vir: Vicente Neto / CC BY (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0) prek Wikimedia Commons)
Tako kot v rastlinah, tudi pri bakterijah in glivah mreža glukanskih vlaken predstavlja molekule, ki sestavljajo togo celično steno, ki ščiti plazemsko membrano in citosol, ki se nahaja znotraj celic.
Pri vretenčarjih je glavna rezervna molekula glikogen. To je glukan, ki ga tvorijo številni ostanki glukoze, ki so večkrat povezani in tvorijo verigo, ki se veje po celotni strukturi.
Na splošno se glikogen sintetizira v jetrih vseh vretenčarjev, del pa se shrani v tkivih mišic.
Glikogen, "škrob" živali (Vir: Mikael Häggström / Javna domena, prek Wikimedia Commons)
Skratka, glukani nimajo samo strukturnih funkcij, ampak so pomembni tudi z vidika shranjevanja energije. Vsak organizem, ki ima encimski aparat, da razbije vezi in loči molekule glukoze, da jih uporabi kot "gorivo", te spojine uporablja za preživetje.
Uporaba v industriji
Glukani se pogosto uporabljajo v prehrambeni industriji po vsem svetu, saj imajo zelo različne lastnosti in večina nima toksičnih učinkov za prehrano ljudi.
Številni pomagajo stabilizirati strukturo hrane z interakcijo z vodo, ustvarjajo emulzije ali gele, ki določenim kulinaričnim pripravkom zagotavljajo večjo konsistenco. Primer je lahko škrob ali koruzni škrob.
Umetni okusi v hrani so ponavadi produkt dodajanja sladil, ki jih večina tvori glukani. Te morajo skozi zelo ekstremne razmere ali dolga obdobja izgubiti učinke.
Visoko tališče vseh glukanov služi za zaščito mnogih spojin, občutljivih na nizke temperature v živilih. Glukani "sekvencirajo" molekule vode in preprečujejo, da bi ledeni kristali razgradili molekule, ki sestavljajo ostale dele hrane.
Poleg tega so strukture, ki jih tvorijo glukani v hrani, terverzibilne, torej s povečanjem ali znižanjem temperature znotraj hrane lahko povrnejo svoj okus in teksturo ob ustrezni temperaturi.
Reference
- Di Luzio, NR (1985, december). Posodobitev imunomodulacijskih aktivnosti glukanov. V Springerjevih seminarjih iz imunopatologije (Vol. 8, št. 4, str. 387–400). Springer-Verlag
- Nelson, DL, & Cox, MM (2015). Lehninger: načela biokemije.
- Novak, M., & Vetvicka, V. (2009). Glukani kot modifikatorji biološkega odziva. Cilji endokrinih, presnovnih in imunskih motenj - droge (prej aktualne tarčne tarče - imunske, endokrine in presnovne motnje), 9 (1), 67–75.
- Synytsya, A., & Novak, M. (2014). Strukturna analiza glukanov. Anali translacijske medicine, 2 (2).
- Vetvicka, V., & Vetvickova, J. (2018). Glukani in rak: Primerjava komercialno dostopnih β-glukanov - del IV. Raziskave proti raku, 38 (3), 1327-1333.