Cei glucani sunt probabil cele mai abundente carbohidrații din biosferă. Majoritatea alcătuiesc peretele celular din bacterii, plante, drojdii și alte organisme vii. Unele alcătuiesc substanțele de rezervă ale vertebratelor.
Toți glucanii sunt alcătuiți dintr-un singur tip de monosacharide repetate: glucoza. Cu toate acestea, acestea pot fi găsite într-o mare varietate de forme și cu o mare varietate de funcții.
Un exemplu de legături comune în B-glucani (Sursa: Jatlas2 / Domeniu public prin Wikimedia Commons)
Numele glucan își are originea principală din cuvântul grecesc „glykys”, care înseamnă „dulce”. Unele manuale se referă la glucani ca polimeri non-celulozici alcătuiți din molecule de glucoză legate de legături β 1-3 (atunci când spun „non-celulozice”, cele care fac parte din peretele celulei vegetale sunt excluse din acest grup) .
Cu toate acestea, toate polizaharidele compuse din glucoză, inclusiv cele care alcătuiesc peretele celular al plantelor, pot fi clasificate drept glucane.
Mulți glucani au fost printre primii compuși izolați de diferite forme de viață pentru a studia efectele fiziologice pe care le-au avut asupra vertebratelor, în special asupra sistemului imunitar al mamiferelor.
Structura
Glicanii au o compoziție relativ simplă, în ciuda diversității și complexității mari a structurilor care pot fi găsite în natură. Toți sunt polimeri mari ai glucozei legați de legături glicozidice, cele mai frecvente legături fiind α (1-3), β (1-3) și β (1-6).
Aceste zaharuri, la fel ca toate zaharidele care au glucoza ca bază, sunt compuse fundamental din trei tipuri de atomi: carbon (C), hidrogen (H) și oxigen (O), care formează structuri ciclice care pot fi unite. da formând un lanț.
Majoritatea glucanelor constau din lanțuri drepte, dar cele care prezintă ramuri sunt legate de acestea prin legături glucozidice de tipul α (1-4) sau α (1-4) în combinație cu legăturile α (1-6).
Este important de menționat că majoritatea glucanelor cu legături „α” sunt utilizate de către ființele vii ca furnizor de energie, metabolic vorbind.
Glucanii cu cea mai mare proporție de legături „β” sunt carbohidrați mai structurali. Acestea au o structură mai rigidă și sunt mai dificil de rupt prin acțiuni mecanice sau enzimatice, astfel încât nu servesc întotdeauna ca sursă de energie și carbon.
Tipuri de glucani
Aceste macromolecule variază în funcție de configurația anomerică a unităților de glucoză care le compun; poziția, tipul și numărul de ramuri care li se alătură. Toate variantele au fost clasificate în trei tipuri de glucane:
- β-glucani (celuloză, licenină, cymosan sau zymosan etc.)
Structura chimică a zymosanului
- α, β-glucani
- α-glucani (glicogen, amidon, dextran etc.)
Structura chimică a dextranului
Α, β-Glucani sunt, de asemenea, cunoscuți sub numele de "glucane mixte", deoarece combină diferite tipuri de legături glucozidice. Au cele mai complexe structuri din carbohidrați și au, în general, structuri dificil de separat în lanțuri de carbohidrați mai mici.
În general, glucanii au compuși cu greutate moleculară mare, cu valori care variază între mii și milioane de daltoni.
Caracteristicile Glucanului
Toți glucanii au mai mult de 10 molecule de glucoză legate între ele și cel mai frecvent este să găsești acești compuși formați din sute sau mii de reziduuri de glucoză care formează un singur lanț.
Fiecare glucan are caracteristici fizice și chimice speciale, care variază în funcție de compoziția sa și de mediul în care se găsește.
Când se purifică glucanele, acestea nu au nici o culoare, aromă sau gust, deși purificarea nu este niciodată atât de precisă încât să obțină o singură moleculă izolată și sunt întotdeauna cuantificate și studiate „aproximativ”, deoarece izolatul conține mai multe molecule diferite.
Glicanii pot fi găsiți ca homo- sau heteroglicani.
- Homoglicanii sunt compuși dintr-un singur tip de anomer al glucozei
- Heteroglicanii sunt alcătuiți din anomeri diferiți ai glucozei.
Este comun ca heteroglicanii, atunci când sunt dizolvați în apă, să formeze suspensii coloidale (se dizolvă mai ușor dacă sunt supuse căldurii). În unele cazuri, încălzirea acestora produce structuri și / sau geluri ordonate.
Unirea dintre reziduurile care formează structura principală a glucanilor (polimerul) are loc datorită legăturilor glucozidice. Cu toate acestea, structura este stabilizată prin interacțiuni „hidrostatice” și câteva legături de hidrogen.
Exemplu de legare glicozidică în Glicogen (Sursa: Glykogen.svg-NEUROtikerderivative-work-Marek-M-Public-domain via Wikimedia Commons)
Caracteristici
Glucanii sunt structuri foarte versatile pentru celulele vii. La plante, de exemplu, combinația legăturilor β (1-4) între moleculele β-glucoză conferă o rigiditate mare peretelui celular al fiecăreia dintre celulele lor, formând ceea ce este cunoscut sub numele de celuloză.
Structura celulozei (Sursa: Vicente Neto / CC BY (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0) prin Wikimedia Commons)
Ca și în plante, în bacterii și ciuperci, o rețea de fibre de glucan reprezintă moleculele care alcătuiesc peretele celular rigid care protejează membrana plasmatică și citosolul care se găsește în interiorul celulelor.
La animalele vertebrate, molecula principală de rezervă este glicogenul. Acesta este un glucan format din multe reziduuri de glucoză legate în mod repetat, formând un lanț, care se ramifică în întreaga structură.
În general, glicogenul este sintetizat în ficatul tuturor vertebratelor și o parte este păstrată în țesuturile mușchilor.
Glycogen, „amidonul” animalelor (Sursa: Mikael Häggström / Domeniul public, prin Wikimedia Commons)
Pe scurt, glucanele nu numai că au funcții structurale, dar sunt importante și din punct de vedere al stocării energiei. Orice organism care are aparatul enzimatic pentru a descompune legăturile și a separa moleculele de glucoză pentru a le folosi drept „combustibil” folosește acești compuși pentru a supraviețui.
Aplicații în industrie
Glucanii sunt utilizați pe scară largă în industria alimentară din întreaga lume, deoarece au caracteristici foarte variate și majoritatea nu au efecte toxice pentru consumul uman.
Mulți ajută la stabilizarea structurii alimentelor prin interacțiunea cu apa, creând emulsii sau geluri care oferă o consistență mai mare anumitor preparate culinare. Un exemplu poate fi amidonul sau amidonul de porumb.
Aromele artificiale din alimente sunt de obicei produsul adăugării de îndulcitori, majoritatea fiind alcătuiți din glucani. Acestea trebuie să treacă prin condiții extrem de extreme sau perioade lungi de timp pentru a-și pierde efectele.
Punctul ridicat de topire al tuturor glucanilor servește la protejarea multor compuși sensibili la temperaturi scăzute din alimente. Glucanii „sechestrează” moleculele de apă și împiedică cristalele de gheață să descompună moleculele care alcătuiesc celelalte părți ale alimentelor.
Mai mult, structurile formate de glucani în alimente sunt termoreversibile, adică prin creșterea sau scăderea temperaturii din interiorul alimentului, își pot recupera aroma și textura la temperatura corespunzătoare.
Referințe
- Di Luzio, NR (1985, decembrie). Actualizare privind activitățile de imunomodulare a glucanilor. În seminarii Springer în imunopatologie (vol. 8, nr. 4, p. 387-400). Springer-Verlag.
- Nelson, DL, & Cox, MM (2015). Lehninger: principiile biochimiei.
- Novak, M., & Vetvicka, V. (2009). Glucanii ca modificatori ai răspunsului biologic. Tulburări endocrine, metabolice și imune-ținte de droguri (tulburări de droguri actuale - imunitate, endocrine și metabolice), 9 (1), 67-75.
- Synytsya, A., & Novak, M. (2014). Analiza structurală a glucanilor. Analele medicinei translaționale, 2 (2).
- Vetvicka, V., & Vetvickova, J. (2018). Glucani și cancer: Comparație de β-glucani disponibili în comerț - Partea IV. Cercetare anticancer, 38 (3), 1327-1333.