De glukaner är kanske den mest förekommande kolhydraterna i biosfären. De flesta utgör cellväggen av bakterier, växter, jästar och andra levande organismer. En del utgör reservämnen från ryggradsdjur.
Alla glukaner består av en typ av upprepande monosackarid: glukos. Dessa kan emellertid hittas i en mängd olika former och med olika funktioner.
Ett exempel på vanliga bindningar i B-glukaner (Källa: Jatlas2 / Public domain via Wikimedia Commons)
Namnet glucan har sitt huvudsakliga ursprung från det grekiska ordet "glykys", som betyder "söt". Vissa läroböcker hänvisar till glukaner som icke-cellulosapolymerer som består av glukosmolekyler kopplade till β 1-3-bindningar (när man säger ”icke-cellulosahalt”, de som ingår i väggens cellvägg utesluts från denna grupp) .
Alla polysackarider som består av glukos, inklusive de som utgör cellväggen hos växter, kan emellertid klassificeras som glukaner.
Många glukaner var bland de första föreningarna som isolerades från olika livsformer för att studera de fysiologiska effekterna de hade på ryggradsdjur, särskilt på immunsystemet hos däggdjur.
Strukturera
Glykaner har en relativt enkel komposition, trots den stora mångfalden och komplexiteten hos strukturer som finns i naturen. Alla är stora glukospolymerer kopplade till glykosidbindningar, varvid de vanligaste bindningarna är a (1-3), p (1-3) och p (1-6).
Dessa sockerarter, som alla sackarider som har glukos som bas, består i grund och botten av tre typer av atomer: kol (C), väte (H) och syre (O), som bildar cykliska strukturer som kan sammanfogas. ja bildar en kedja.
De flesta glukanerna består av raka kedjor, men de som presenterar grenar är kopplade till dessa genom glukosidiska bindningar av typen a (1-4) eller α (1-4) i kombination med a (1-6) bindningar.
Det är viktigt att nämna att de flesta glukaner med "α" -bindningar används av levande varelser som energiförsörjning, metaboliskt sett.
Glukanerna med den högsta andelen "ß" -bindningar är mer strukturella kolhydrater. Dessa har en styvare struktur och är svårare att bryta genom mekanisk eller enzymatisk verkan, så att de inte alltid fungerar som en källa till energi och kol.
Typer av glukaner
Dessa makromolekyler varierar beroende på den anomera konfigurationen av glukosenheterna som komponerar dem; position, typ och antal grenar som går med i dem. Alla varianter har klassificerats i tre typer av glukaner:
- ß-glukaner (cellulosa, lichenin, cymosan eller zymosan, etc.)
Zymosans kemiska struktur
- a, p-glukaner
- a-glukaner (glykogen, stärkelse, dextran, etc.)
Kemisk struktur för dextran
A, ß-glukaner är också kända som "blandade glukaner", eftersom de kombinerar olika typer av glukosidiska bindningar. De har de mest komplexa strukturerna inom kolhydrater och har i allmänhet strukturer som är svåra att separera i mindre kolhydratkedjor.
Generellt sett har glukaner föreningar med hög molekylvikt, med värden som varierar mellan tusentals och miljoner dalton.
Glukans egenskaper
Alla glukaner har mer än 10 glukosmolekyler kopplade samman och det vanligaste är att hitta dessa föreningar som består av hundratals eller tusentals glukosrester som bildar en enda kedja.
Varje glukan har speciella fysikaliska och kemiska egenskaper som varierar beroende på dess sammansättning och miljön där den finns.
När glukaner renas har de ingen färg, arom eller smak, även om rening aldrig är så exakt som att få en enda isolerad enda molekyl och de kvantifieras och studeras alltid "ungefär", eftersom isolatet innehåller flera olika molekyler.
Glykaner kan hittas som homo- eller heteroglykaner.
- Homoglykaner består av endast en typ av glukosanomer
- Heteroglykaner består av olika anomerer av glukos.
Det är vanligt att heteroglykaner, när de upplöses i vatten, bildar kolloidala suspensioner (de upplöses lättare om de utsätts för värme). I vissa fall producerar uppvärmning av dem beställda strukturer och / eller geler.
Föreningen mellan resterna som utgör huvudstrukturen hos glukaner (polymeren) sker tack vare glukosidiska bindningar. Strukturen stabiliseras emellertid genom "hydrostatiska" interaktioner och några få vätebindningar.
Exempel på glykosidbindning i glykogen (Källa: Glykogen.svg-NEUROtikerderivative-work-Marek-M-Public-domain via Wikimedia Commons)
Funktioner
Glukaner är mycket mångsidiga strukturer för levande celler. I växter, till exempel, förenar kombinationen av p (1-4) bindningar mellan p-glukosmolekyler stor styvhet till cellväggen i var och en av deras celler och bildar vad som kallas cellulosa.
Cellulosa-struktur (Källa: Vicente Neto / CC BY (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0) via Wikimedia Commons)
Liksom i växter, i bakterier och svampar, representerar ett nätverk av glukanfibrer molekylerna som utgör den styva cellväggen som skyddar plasmamembranet och cytosolen som finns i cellerna.
Hos ryggradsdjur är huvudreservmolekylen glykogen. Detta är en glukan bildad av många glukosrester som är kopplade upprepade gånger och bildar en kedja, som grenar genom hela strukturen.
Generellt syntetiseras glykogen i levern hos alla ryggradsdjur och en del lagras i vävnaderna i musklerna.
Glycogen, djurens "stärkelse" (Källa: Mikael Häggström / Public domain, via Wikimedia Commons)
Kort sagt, glukaner har inte bara strukturella funktioner, de är också viktiga ur energilagringssynpunkt. Varje organisme som har den enzymatiska apparaten för att bryta ned bindningarna och separera glukosmolekylerna för att använda dem som "bränsle" använder dessa föreningar för att överleva.
Tillämpningar i branschen
Glukaner används ofta i livsmedelsindustrin runt om i världen, eftersom de har mycket varierande egenskaper och de flesta inte har toxiska effekter för konsumtion.
Många hjälper till att stabilisera matstrukturen genom att interagera med vatten, skapa emulsioner eller geler som ger större konsistens för vissa kulinariska beredningar. Ett exempel kan vara stärkelse eller majsstärkelse.
Konstgjorda smaker i mat är vanligtvis produkten av tillsats av sötningsmedel, varav de flesta består av glukaner. Dessa måste genomgå mycket extrema förhållanden eller långa perioder för att förlora sina effekter.
Den höga smältpunkten för alla glukaner tjänar till att skydda många av de lågkänsliga föreningarna i livsmedel. Glukaner "sekventerar" vattenmolekyler och förhindrar att iskristaller bryter ner molekylerna som utgör de andra matdelarna.
Dessutom är strukturerna som bildas av glukaner i livsmedel termoreversibla, det vill säga genom att öka eller sänka temperaturen inuti maten kan de återvinna sin smak och struktur vid den lämpliga temperaturen.
referenser
- Di Luzio, NR (1985, december). Uppdatering om immunmodulerande aktiviteter för glukaner. I Springer-seminarier i immunopatologi (vol. 8, nr 4, sid. 387-400). Springer-Verlag.
- Nelson, DL, & Cox, MM (2015). Lehninger: principer för biokemi.
- Novak, M., & Vetvicka, V. (2009). Glukaner som biologiska responsmodifierare. Endokrina, metabola och immunsjukdomar-läkemedelsmål (tidigare aktuella läkemedelsmål-immun-, endokrina och metabola störningar), 9 (1), 67-75.
- Synytsya, A., & Novak, M. (2014). Strukturanalys av glukaner. Annaler för translationell medicin, 2 (2).
- Vetvicka, V., & Vetvickova, J. (2018). Glukaner och cancer: Jämförelse av kommersiellt tillgängliga ß-glukaner - del IV. Anticancer research, 38 (3), 1327-1333.