Tyto glukany jsou možná nejvíce zastoupené sacharidy v biosféře. Většina tvoří buněčnou stěnu bakterií, rostlin, kvasinek a jiných živých organismů. Někteří tvoří rezervní látky obratlovců.
Všechny glukány jsou tvořeny jedním typem opakujícího se monosacharidu: glukózy. Lze je však nalézt ve velkém množství forem a se širokou škálou funkcí.
Příklad běžných vazeb v B-glukanech (Zdroj: Jatlas2 / Public Domain via Wikimedia Commons)
Název glucan má svůj hlavní původ z řeckého slova „glykys“, což znamená „sweet“. Některé učebnice se týkají glukanů jako necelulózových polymerů vytvořených z glukózových molekul spojených vazbami P 1-3 (když se říká „nebelulózový“, ty, které jsou součástí buněčné stěny rostlin, jsou z této skupiny vyloučeny).
Všechny polysacharidy složené z glukózy, včetně těch, které tvoří buněčnou stěnu rostlin, však lze klasifikovat jako glukan.
Mnoho glukanů bylo mezi prvními sloučeninami, které byly izolovány z různých forem života, aby studovaly fyziologické účinky, které měly na obratlovce, zejména na imunitní systém savců.
Struktura
Glykany mají relativně jednoduché složení, navzdory velké rozmanitosti a složitosti struktur, které lze nalézt v přírodě. Všechny jsou to velké glukózové polymery spojené glykosidickými vazbami, přičemž nejčastější vazby jsou a (1-3), P (1-3) a P (1-6).
Tyto cukry, stejně jako všechny sacharidy, které mají jako svou bázi glukózu, jsou v zásadě složeny ze tří typů atomů: uhlíku (C), vodíku (H) a kyslíku (O), které tvoří cyklické struktury, které mohou být spojeny dohromady. ano vytvoření řetězce.
Většina glukanů sestává z přímých řetězců, ale ty, které představují větve, jsou s nimi spojeny prostřednictvím glukosidických vazeb typu a (1-4) nebo a (1-4) v kombinaci s vazbami a (1-6).
Je důležité zmínit, že většina glukanů s vazbami „α“ je živými bytostmi využívána jako zásobování energií metabolicky.
Glukany s největším podílem „β“ vazeb jsou strukturálními uhlohydráty. Ty mají pevnější strukturu a je obtížnější je přerušit mechanickým nebo enzymatickým působením, takže ne vždy slouží jako zdroj energie a uhlíku.
Druhy glukanů
Tyto makromolekuly se liší podle anomerní konfigurace glukózových jednotek, které je tvoří; pozice, typ a počet poboček, které se k nim připojují. Všechny varianty byly rozděleny do tří typů glukanů:
- β-glukany (celulóza, lichenin, cymosan nebo zymosan atd.)
Chemická struktura zymosanu
- a, P-glukanů
- α-glukany (glykogen, škrob, dextrán atd.)
Chemická struktura dextranu
Α, β-Glukany jsou také známé jako „smíšené glukany“, protože kombinují různé typy glykosidických vazeb. Mají nejsložitější struktury v uhlohydrátech a obecně mají struktury, které je obtížné rozdělit na menší uhlohydrátové řetězce.
Glukany mají obecně sloučeniny s vysokou molekulovou hmotností, jejichž hodnoty se pohybují mezi tisíci a miliony daltonů.
Vlastnosti glukanu
Všechny glukány mají více než 10 glukózových molekul spojených dohromady a nejběžnější je najít tyto sloučeniny tvořené stovkami nebo tisíci glukózových zbytků tvořících jeden řetězec.
Každý glukan má zvláštní fyzikální a chemické vlastnosti, které se liší v závislosti na jeho složení a prostředí, ve kterém se nachází.
Když jsou glukány čištěny, nemají žádnou barvu, vůni ani chuť, ačkoli čištění není nikdy tak přesné, aby se získala jediná izolovaná jediná molekula, a jsou vždy kvantifikovány a studovány „přibližně“, protože izolát obsahuje několik různých molekul.
Glykany lze nalézt jako homo- nebo heteroglykany.
- Homoglykany se skládají pouze z jednoho typu glukózového anomeru
- Heteroglykany jsou tvořeny různými anomery glukózy.
Pro heteroglykany je běžné, že jsou-li rozpuštěny ve vodě, vytvářejí koloidní suspenze (rozpouštějí se snadněji, jsou-li vystaveny teplu). V některých případech jejich zahřívání vytváří uspořádané struktury a / nebo gely.
Spojení mezi zbytky, které tvoří hlavní strukturu glukanů (polymer), nastává díky glukosidickým vazbám. Struktura je však stabilizována „hydrostatickými“ interakcemi a několika vodíkovými vazbami.
Příklad glykosidické vazby v glykogenu (Zdroj: Glykogen.svg-NEUROtikerderivative-work-Marek-M-Public-domain prostřednictvím Wikimedia Commons)
Funkce
Glukany jsou velmi univerzální struktury pro živé buňky. V rostlinách například kombinace p (1-4) vazeb mezi molekulami β-glukózy propůjčuje buněčné stěně každé z jejich buněk velkou rigiditu a vytváří takzvanou celulózu.
Celulózová struktura (Zdroj: Vicente Neto / CC BY (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0) prostřednictvím Wikimedia Commons)
Stejně jako v rostlinách, v bakteriích a houbách představuje síť glukanových vláken molekuly, které tvoří tuhou buněčnou stěnu, která chrání plazmatickou membránu a cytosol, který se nachází uvnitř buněk.
U obratlovců je hlavní rezervní molekula glykogen. Jedná se o glukan vytvořený mnoha opakovaně spojenými zbytky glukózy, čímž se vytvoří řetězec, který se rozvětví v celé struktuře.
Obecně je glykogen syntetizován v játrech všech obratlovců a část je uložena v tkáních svalů.
Glykogen, „škrob“ zvířat (Zdroj: Mikael Häggström / Public Domain, prostřednictvím Wikimedia Commons)
Stručně řečeno, glukany mají nejen strukturální funkce, jsou také důležité z hlediska skladování energie. Každý organismus, který má enzymatický aparát, který štěpí vazby a odděluje molekuly glukózy, aby je používal jako „palivo“, používá tyto sloučeniny k přežití.
Aplikace v průmyslu
Glukany jsou široce používány v potravinářském průmyslu po celém světě, protože mají velmi rozmanité vlastnosti a většina z nich nemá toxické účinky na lidskou spotřebu.
Mnohé pomáhají stabilizovat strukturu jídla interakcí s vodou, vytvářejí emulze nebo gely, které poskytují větší konzistenci některým kulinářským přípravkům. Příkladem může být škrob nebo kukuřičný škrob.
Umělé příchutě v potravinách jsou obvykle produktem přidání sladidel, z nichž většina je tvořena glukány. Ty musí projít velmi extrémními podmínkami nebo dlouhými časovými obdobími, aby ztratily své účinky.
Vysoký bod tání všech glukanů slouží k ochraně mnoha sloučenin citlivých na nízké teploty v potravinách. Glukany „oddělují“ molekuly vody a brání ledovým krystalům v rozkladu molekul, které tvoří další části jídla.
Kromě toho jsou struktury tvořené glukány v potravinách termoreverzibilní, to znamená, že zvýšením nebo snížením teploty uvnitř potraviny mohou obnovit svou chuť a texturu při vhodné teplotě.
Reference
- Di Luzio, NR (1985, prosinec). Aktualizace imunomodulačních aktivit glukanů. V Springer seminářích v imunopatologii (svazek 8, č. 4, str. 387-400). Springer-Verlag.
- Nelson, DL, & Cox, MM (2015). Lehninger: principy biochemie.
- Novák, M. a Vetvická, V. (2009). Glukany jako modifikátory biologické odezvy. Cíle endokrinních, metabolických a imunitních poruch - drogy (dříve aktuální léčebné cíle - imunitní, endokrinní a metabolické poruchy), 9 (1), 67-75.
- Synytsya, A., & Novak, M. (2014). Strukturální analýza glukanů. Analy translační medicíny, 2 (2).
- Vetvicka, V., & Vetvickova, J. (2018). Glukany a rakovina: Srovnání komerčně dostupných β-glukanů - část IV. Protirakovinový výzkum, 38 (3), 1327-1333.