U glukana su možda najrasprostranjeniji ugljikohidrati u biosferi. Većina čine staničnu stijenku bakterija, biljaka, kvasca i drugih živih organizama. Neki čine pričuvne tvari kralježnjaka.
Svi glukani se sastoje od jedne vrste monosaharida koji se ponavlja: glukoze. Međutim, njih se može pronaći u velikom obliku i s velikom raznolikošću funkcija.
Primjer uobičajenih veza u B-glukanima (Izvor: Jatlas2 / Javna domena putem Wikimedia Commons)
Ime glucan ima svoje glavno podrijetlo od grčke riječi "glykys", što znači "slatko". Neki udžbenici navode glukane kao ne-celulozne polimere sačinjene od molekula glukoze povezane vezama β 1-3 (kad se kaže „ne-celulozni“ oni koji su dio biljne stanične stijenke isključuju se iz ove skupine),
Međutim, svi polisaharidi sastavljeni od glukoze, uključujući one koji čine staničnu stijenku biljaka, mogu se klasificirati kao glukani.
Mnogi glukani bili su među prvim spojevima koji su izolirani iz različitih životnih oblika kako bi proučavali fiziološke učinke koji su imali na kralježnjake, posebno na imunološki sustav sisavaca.
Struktura
Glikani imaju relativno jednostavan sastav, unatoč velikoj raznolikosti i složenosti struktura koje se mogu naći u prirodi. Svi su veliki polimeri glukoze povezani glikozidnim vezama, a najčešće su veze α (1-3), β (1-3) i β (1-6).
Ti su šećeri, kao i svi saharidi koji u sebi imaju glukozu, u osnovi sastavljeni od tri vrste atoma: ugljika (C), vodika (H) i kisika (O), koji tvore cikličke strukture koje se mogu spojiti. da formira lanac.
Većina glukana sastoji se od ravnih lanaca, ali oni koji predstavljaju grane su povezani s njima putem glukozidnih veza tipa α (1-4) ili α (1-4) u kombinaciji s α (1-6) vezama.
Važno je napomenuti da većinu glukana sa "α" vezama živa bića koriste kao opskrbu energijom, metabolički govoreći.
Glukani s najvećim udjelom "β" veza više su strukturni ugljikohidrati. Oni imaju čvršću strukturu i teže ih je razbiti mehaničkim ili enzimatskim djelovanjem, pa ne služe uvijek kao izvor energije i ugljika.
Vrste glukana
Te makromolekule variraju ovisno o anomernoj konfiguraciji glukoznih jedinica koje ih sačinjavaju; položaj, vrstu i broj grana koje im se pridružuju. Sve varijante klasificirane su u tri vrste glukana:
- β-glukani (celuloza, lihein, cimozan ili zimozan, itd.)
Kemijska struktura zimozana
- α, β-glukani
- α-glukani (glikogen, škrob, dekstran, itd.)
Kemijska struktura dekstrana
Α, β-glukani su također poznati kao "miješani glukani", jer oni kombiniraju različite vrste glukozidnih veza. Imaju najsloženije strukture unutar ugljikohidrata i obično imaju strukture koje je teško razdvojiti u manje lance ugljikohidrata.
Općenito, glukani imaju spojeve visoke molekulske težine, čiji vrijednosti variraju između tisuća i milijuna daltona.
Karakteristike glukana
Svi glukani imaju više od 10 molekula glukoze povezane, a najčešći je pronalazak tih spojeva formiranih od stotina ili tisuća ostataka glukoze koji tvore jedan lanac.
Svaki glukan ima posebne fizičke i kemijske karakteristike, koje se razlikuju ovisno o njegovom sastavu i okolišu u kojem se nalazi.
Kad su glukani pročišćeni, oni nemaju nikakvu boju, aromu ili okus, iako pročišćavanje nikad nije tako precizno da bi se dobila jedna izolirana pojedinačna molekula te se uvijek kvantificiraju i proučavaju "približno", jer izolat sadrži nekoliko različitih molekula.
Glikani se mogu naći kao homo- ili heteroglikani.
- Homoglikani se sastoje od samo jedne vrste glukoznog anomera
- Heteroglikani se sastoje od različitih anomera glukoze.
Uobičajeno je da heteroglikani, otopljeni u vodi, formiraju koloidne suspenzije (one se lakše rastvaraju ako su izložene toplini). U nekim slučajevima zagrijavanje proizvodi naručene strukture i / ili gelove.
Ujedinjenje između ostataka koji čine glavnu strukturu glukana (polimer) nastaje zahvaljujući glukozidnim vezama. Međutim, struktura je stabilizirana "hidrostatskim" interakcijama i nekoliko vodikovih veza.
Primjer vezivanja glikozida u glikogenu (Izvor: Glykogen.svg-NEUROtikerderivative-work-Marek-M-Public-domain putem Wikimedia Commons)
Značajke
Glukani su vrlo svestrane strukture za žive stanice. Na primjer, u biljkama, kombinacija β (1-4) između molekula β-glukoze daje veliku krutost staničnoj stijenci svake njihove stanice, tvoreći ono što je poznato kao celuloza.
Celulozna struktura (Izvor: Vicente Neto / CC BY (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0) putem Wikimedia Commonsa)
Kao i kod biljaka, u bakterijama i gljivicama mreža glukanskih vlakana predstavlja molekule koje čine krutu staničnu stijenku koja štiti plazma membranu i citosol koji se nalazi unutar stanica.
Kod kralježnjaka glavna rezervna molekula je glikogen. Ovo je glukan koji nastaje pomoću mnogih višestrukih ostataka glukoze, koji tvore lanac koji se grana kroz cijelu strukturu.
Općenito, glikogen se sintetizira u jetri svih kralježnjaka, a dio se pohranjuje u tkivima mišića.
Glikogen, 'škrob' životinja (Izvor: Mikael Häggström / Public domain, via Wikimedia Commons)
Ukratko, glukani nemaju samo strukturne funkcije, već su važni i sa stajališta skladištenja energije. Bilo koji organizam koji ima enzimatski aparat za razbijanje veza i odvajanje molekula glukoze kako bi ih koristio kao "gorivo", koristi ove spojeve kako bi preživio.
Primjene u industriji
Glukani se široko koriste u prehrambenoj industriji širom svijeta, jer imaju vrlo raznolike karakteristike i većina nemaju toksične učinke za prehranu ljudi.
Mnogi pomažu u stabiliziranju strukture hrane interakcijom s vodom, stvarajući emulzije ili gelove koji pružaju veću konzistenciju određenim kulinarskim pripravcima. Primjer može biti škrob ili kukuruzni škrob.
Umjetni okusi u hrani obično su proizvod dodavanja zaslađivača, od kojih se većina sastoji od glukana. Oni moraju proći kroz vrlo ekstremne uvjete ili dugačka razdoblja da bi izgubili svoje učinke.
Visoka talište svih glukana služi za zaštitu mnogih spojeva osjetljivih na nisku temperaturu u hrani. Glukani "sekvenciraju" molekule vode i sprječavaju kristale leda da razgrađuju molekule koje čine ostale dijelove hrane.
Nadalje, strukture koje stvaraju glukani u hrani su terverzibilne, to jest da povećanjem ili smanjenjem temperature unutar hrane mogu povratiti svoj okus i teksturu na odgovarajuću temperaturu.
Reference
- Di Luzio, NR (1985, prosinac). Ažuriranje imunomodulacijskih aktivnosti glukana. U Springer-ovim seminarima iz imunopatologije (Vol. 8, br. 4, str. 387-400). Springer-Verlag.
- Nelson, DL, & Cox, MM (2015). Lehninger: načela biokemije.
- Novak, M., & Vetvicka, V. (2009). Glukani kao modifikatori biološkog odgovora. Cilji endokrinih, metaboličkih i imunoloških poremećaja-lijekovi (ranije postojeće meta-lijekovi-imunološki, endokrini i metabolički poremećaji), 9 (1), 67-75.
- Synytsya, A., & Novak, M. (2014). Strukturna analiza glukana. Anali translacijske medicine, 2 (2).
- Vetvicka, V., & Vetvickova, J. (2018). Glukani i rak: Usporedba komercijalno dostupnih β-glukana - IV. Antikancerogena istraživanja, 38 (3), 1327-1333.