De glucaner er måske den mest rigelige kulhydrater i biosfæren. De fleste udgør cellevæggen af bakterier, planter, gær og andre levende organismer. Nogle udgør reservestoffer fra hvirveldyr.
Alle glukaner består af en type gentagende monosaccharid: glukose. Disse kan dog findes i en lang række forskellige former og med en lang række funktioner.
Et eksempel på almindelige bindinger i B-glukaner (Kilde: Jatlas2 / Public domain via Wikimedia Commons)
Navnet glucan har sin hovedoprindelse fra det græske ord "glykys", som betyder "sød". Nogle lærebøger omtaler glukaner som ikke-cellulosepolymerer, der består af glukosemolekyler bundet med β 1-3-bindinger (når man siger “ikke-cellulosiske” dem, der er en del af plantecellevæggen, er udelukket fra denne gruppe).
Imidlertid kan alle polysaccharider sammensat af glukose, inklusive dem, der udgør cellevæggen i planter, klassificeres som glukaner.
Mange glukaner var blandt de første forbindelser, der blev isoleret fra forskellige livsformer for at undersøge de fysiologiske virkninger, de havde på hvirveldyr, især på immunsystemet hos pattedyr.
Struktur
Glykaner har en relativt enkel sammensætning på trods af den store mangfoldighed og kompleksitet af strukturer, der kan findes i naturen. Alle er store glukosepolymerer bundet med glycosidiske bindinger, hvor de hyppigste bindinger er a (1-3), ß (1-3) og β (1-6).
Disse sukkerarter, ligesom alle saccharider, der har glukose som base, er grundlæggende sammensat af tre typer atomer: kulstof (C), brint (H) og ilt (O), som danner cykliske strukturer, der kan forbindes sammen. ja danner en kæde.
De fleste af glukanerne består af lige kæder, men de, der forekommer grene, er knyttet til disse gennem glukosidiske bindinger af typen a (1-4) eller α (1-4) i kombination med a (1-6) bindinger.
Det er vigtigt at nævne, at de fleste af glukanerne med "α" -bindinger bruges af levende væsener som energiforsyning, metabolisk set.
Glukanerne med den højeste andel af "β" -bindinger er mere strukturelle kulhydrater. Disse har en mere stiv struktur og er vanskeligere at bryde ved mekanisk eller enzymatisk handling, så de ikke altid tjener som en kilde til energi og kulstof.
Typer af glukaner
Disse makromolekyler varierer afhængigt af den anomere konfiguration af glukosenhederne, der sammensætter dem; position, type og antal filialer, der slutter sig til dem. Alle varianter er klassificeret i tre typer glukaner:
- ß-glukaner (cellulose, lichenin, cymosan eller zymosan osv.)
Kemisk struktur af zymosan
- a, ß-glukaner
- a-glucans (glykogen, stivelse, dextran osv.)
Kemisk struktur af dextran
Α, ß-glukanerne er også kendt som "blandede glukaner", da de kombinerer forskellige typer glucosidiske bindinger. De har de mest komplekse strukturer inden for kulhydrater og har generelt strukturer, der er vanskelige at opdele i mindre kulhydratkæder.
Generelt har glukaner forbindelser med høj molekylvægt med værdier, der varierer mellem tusinder og millioner af dalton.
Glukanske egenskaber
Alle glukaner har mere end 10 glukosemolekyler bundet sammen, og det mest almindelige er at finde disse forbindelser dannet af hundreder eller tusinder af glukoserester, der danner en enkelt kæde.
Hver glucan har specielle fysiske og kemiske egenskaber, der varierer afhængigt af dens sammensætning og miljøet, hvor det findes.
Når glukaner renses har de ikke nogen farve, aroma eller smag, skønt rensning aldrig er så præcis, at der opnås et enkelt isoleret enkelt molekyle, og de kvantificeres og studeres altid "omtrent", da isolatet indeholder flere forskellige molekyler.
Glykaner kan findes som homo- eller heteroglykaner.
- Homoglykaner er kun sammensat af en type glukoseanomer
- Heteroglykaner består af forskellige anomerer af glukose.
Det er almindeligt, at heteroglykaner, når de opløses i vand, danner kolloidale suspensioner (de opløses lettere, hvis de udsættes for varme). I nogle tilfælde producerer opvarmning af dem bestilte strukturer og / eller geler.
Forbindelsen mellem resterne, der danner hovedstrukturen i glukaner (polymeren), sker takket være glukosidiske bindinger. Strukturen stabiliseres imidlertid gennem "hydrostatiske" interaktioner og et par hydrogenbindinger.
Eksempel på glycosidbinding i Glycogen (Kilde: Glykogen.svg-NEUROtikerderivative-work-Marek-M-Public-domain via Wikimedia Commons)
Funktioner
Glukaner er meget alsidige strukturer til levende celler. I planter overfører fx kombinationen af ß (1-4) bindinger mellem ß-glukosemolekyler stor stivhed til cellevæggen i hver af deres celler og danner det, der kaldes cellulose.
Cellulosestruktur (Kilde: Vicente Neto / CC BY (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0) via Wikimedia Commons)
Som i planter, i bakterier og svampe, repræsenterer et netværk af glucanfibre molekylerne, der udgør den stive cellevæg, der beskytter plasmamembranen og den cytosol, der findes inde i cellerne.
Hos hvirveldyr er det vigtigste reservemolekyle glycogen. Dette er en glucan dannet af mange glukoserester, der gentagne gange er koblet sammen, og danner en kæde, der forgrener sig gennem strukturen.
Generelt syntetiseres glycogen i leveren af alle hvirveldyr, og en del opbevares i vævene i musklerne.
Glycogen, 'stivelse' hos dyr (Kilde: Mikael Häggström / Public domain, via Wikimedia Commons)
Kort sagt, glukaner har ikke kun strukturelle funktioner, de er også vigtige ud fra et energilagringssynspunkt. Enhver organisme, der har det enzymatiske apparat til at nedbryde bindingerne og adskille glukosemolekylerne til at bruge dem som "brændstof", bruger disse forbindelser til at overleve.
Anvendelser i industrien
Glucaner bruges i vid udstrækning i fødevareindustrien verden over, da de har meget forskellige egenskaber og de fleste ikke har toksiske virkninger til konsum.
Mange hjælper med at stabilisere fødevarestrukturen ved at interagere med vand, skabe emulsioner eller geler, der giver større konsistens til visse kulinariske præparater. Et eksempel kan være stivelse eller majsstivelse.
Kunstige smag i fødevarer er normalt produktet fra tilsætning af sødestoffer, hvoraf de fleste består af glukaner. Disse skal gennemgå meget ekstreme forhold eller lange perioder for at miste deres virkning.
Det høje smeltepunkt for alle glukaner tjener til at beskytte mange af de lavtemperaturfølsomme forbindelser i fødevarer. Glukaner "sekvesterer" vandmolekyler og forhindrer, at iskrystaller i at nedbryde molekylerne, der udgør de andre fødevaredele.
Derudover er strukturer dannet af glukaner i fødevarer termoreversible, det vil sige ved at øge eller sænke temperaturen inde i fødevaren kan de genvinde deres smag og struktur ved den passende temperatur.
Referencer
- Di Luzio, NR (1985, december). Opdatering om immunmodulerende aktiviteter af glukaner. I Springer-seminarer i immunopatologi (bind 8, nr. 4, s. 387-400). Springer-Verlag.
- Nelson, DL, & Cox, MM (2015). Lehninger: principper for biokemi.
- Novak, M., & Vetvicka, V. (2009). Glukaner som biologisk respons modifikatorer. Endokrine, metabolske & immunforstyrrelser - lægemiddelmål (tidligere aktuelle narkotikamål - immun, endokrine & metabolske forstyrrelser), 9 (1), 67-75.
- Synytsya, A., & Novak, M. (2014). Strukturanalyse af glukaner. Annaler for translationel medicin, 2 (2).
- Vetvicka, V., & Vetvickova, J. (2018). Glukaner og kræft: Sammenligning af kommercielt tilgængelige ß-glukaner - del IV. Anticancer-forskning, 38 (3), 1327-1333.