De glucanen zijn misschien wel de meest voorkomende koolhydraten in de biosfeer. De meeste vormen de celwand van bacteriën, planten, gisten en andere levende organismen. Sommige vormen de reservestoffen van gewervelde dieren.
Alle glucanen bestaan uit één type zich herhalend monosaccharide: glucose. Deze zijn echter in een grote verscheidenheid aan vormen en met een grote verscheidenheid aan functies te vinden.
Een voorbeeld van veel voorkomende bindingen in B-glucanen (Bron: Jatlas2 / Public domain via Wikimedia Commons)
De naam glucan heeft zijn belangrijkste oorsprong van het Griekse woord "glykys", wat "zoet" betekent. Sommige leerboeken verwijzen naar glucanen als niet-cellulosepolymeren die zijn samengesteld uit glucosemoleculen die zijn verbonden door β 1-3-bindingen (wanneer ze ‘niet-celluloseachtig’ zeggen, worden die welke deel uitmaken van de celwand van planten uitgesloten van deze groep) .
Alle polysacchariden die uit glucose bestaan, inclusief die waaruit de celwand van planten bestaat, kunnen echter als glucanen worden geclassificeerd.
Veel glucanen behoorden tot de eerste verbindingen die uit verschillende levensvormen werden geïsoleerd om de fysiologische effecten die ze hadden op gewervelde dieren te bestuderen, vooral op het immuunsysteem van zoogdieren.
Structuur
Glycanen hebben een relatief eenvoudige samenstelling, ondanks de grote diversiteit en complexiteit van structuren die in de natuur voorkomen. Het zijn allemaal grote glucosepolymeren die met elkaar verbonden zijn door glucosidebindingen, waarbij de meest voorkomende bindingen α (1-3), β (1-3) en β (1-6) zijn.
Deze suikers zijn, net als alle sacchariden die glucose als basis hebben, fundamenteel samengesteld uit drie soorten atomen: koolstof (C), waterstof (H) en zuurstof (O), die cyclische structuren vormen die met elkaar kunnen worden verbonden. ja het vormen van een ketting.
De meeste glucanen bestaan uit rechte ketens, maar de aanwezige vertakkingen zijn hieraan verbonden door glucosidebindingen van het α (1-4) of α (1-4) type in combinatie met α (1-6) bindingen.
Het is belangrijk om te vermelden dat de meeste glucanen met α-bindingen door levende wezens worden gebruikt als energievoorziening, metabolisch gezien.
De glucanen met het hoogste aandeel β-bindingen zijn meer structurele koolhydraten. Deze hebben een stijvere structuur en zijn moeilijker te breken door mechanische of enzymatische werking, waardoor ze niet altijd dienen als een bron van energie en koolstof.
Soorten glucanen
Deze macromoleculen variëren afhankelijk van de anomere configuratie van de glucose-eenheden waaruit ze bestaan; de positie, het type en het aantal takken dat zich bij hen aansluit. Alle varianten zijn ingedeeld in drie soorten glucanen:
- β-glucanen (cellulose, lichenine, cymosan of zymosan, enz.)
Chemische structuur van zymosan
- α, β-glucanen
- α-glucanen (glycogeen, zetmeel, dextraan, etc.)
Chemische structuur van dextran
De α, β-glucanen worden ook wel "gemengde glucanen" genoemd, omdat ze verschillende soorten glucosidebindingen combineren. Ze hebben de meest complexe structuren binnen koolhydraten en hebben over het algemeen structuren die moeilijk te scheiden zijn in kleinere koolhydraatketens.
Over het algemeen hebben glucanen verbindingen met een hoog molecuulgewicht, met waarden die variëren tussen duizenden en miljoenen dalton.
Glucan kenmerken
Alle glucanen hebben meer dan 10 glucosemoleculen aan elkaar gekoppeld en de meest voorkomende is om deze verbindingen te vinden die worden gevormd door honderden of duizenden glucoseresiduen die een enkele keten vormen.
Elke glucaan heeft speciale fysische en chemische eigenschappen, die variëren afhankelijk van de samenstelling en de omgeving waarin het wordt aangetroffen.
Wanneer glucanen worden gezuiverd, hebben ze geen enkele kleur, geur of smaak, hoewel zuivering nooit zo nauwkeurig is als het verkrijgen van een enkel geïsoleerd enkel molecuul en ze worden altijd "ongeveer" gekwantificeerd en bestudeerd, aangezien het isolaat verschillende verschillende moleculen bevat.
Glycanen kunnen worden gevonden als homo- of heteroglycanen.
- Homoglycanen zijn samengesteld uit slechts één type glucose-anomeer
- Heteroglycanen bestaan uit verschillende anomeren van glucose.
Het is gebruikelijk dat heteroglycanen, wanneer ze in water worden opgelost, colloïdale suspensies vormen (ze lossen gemakkelijker op als ze aan hitte worden blootgesteld). In sommige gevallen levert het verwarmen ervan geordende structuren en / of gels op.
De vereniging tussen de residuen die de hoofdstructuur van glucanen (het polymeer) vormen, vindt plaats dankzij glucosidebindingen. De structuur wordt echter gestabiliseerd door "hydrostatische" interacties en enkele waterstofbruggen.
Voorbeeld van glycosidische binding in glycogeen (Bron: Glykogen.svg-NEUROtikerderivative-work-Marek-M-Public-domain via Wikimedia Commons)
Kenmerken
Glucanen zijn zeer veelzijdige structuren voor levende cellen. In planten verleent de combinatie van β (1-4) bindingen tussen β-glucosemoleculen bijvoorbeeld een grote stijfheid aan de celwand van elk van hun cellen, waardoor wat bekend staat als cellulose.
Cellulosestructuur (Bron: Vicente Neto / CC BY (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0) via Wikimedia Commons)
Net als bij planten, bij bacteriën en schimmels, vertegenwoordigt een netwerk van glucaanvezels de moleculen die de stijve celwand vormen die het plasmamembraan en het cytosol dat in de cellen wordt aangetroffen, beschermt.
Bij gewervelde dieren is glycogeen het belangrijkste reservemolecuul. Dit is een glucaan die bestaat uit vele glucoseresiduen die herhaaldelijk zijn samengevoegd en een ketting vormen die zich vertakt door de structuur.
Over het algemeen wordt glycogeen gesynthetiseerd in de lever van alle gewervelde dieren en wordt een deel opgeslagen in de weefsels van de spieren.
Glycogeen, het 'zetmeel' van dieren (Bron: Mikael Häggström / Openbaar domein, via Wikimedia Commons)
Kortom, glucanen hebben niet alleen structurele functies, ze zijn ook belangrijk vanuit het oogpunt van energieopslag. Elk organisme dat het enzymatische apparaat heeft om de bindingen af te breken en de glucosemoleculen te scheiden om ze als "brandstof" te gebruiken, gebruikt deze verbindingen om te overleven.
Toepassingen in de industrie
Glucanen worden over de hele wereld veel gebruikt in de voedingsindustrie, omdat ze zeer uiteenlopende eigenschappen hebben en de meeste geen toxische effecten hebben voor menselijke consumptie.
Velen helpen de structuur van voedsel te stabiliseren door in wisselwerking te staan met water, waardoor emulsies of gels worden gemaakt die voor een grotere consistentie zorgen voor bepaalde culinaire bereidingen. Een voorbeeld kan zetmeel of maizena zijn.
Kunstmatige smaakstoffen in voedingsmiddelen zijn over het algemeen het product van de toevoeging van zoetstoffen, waarvan de meeste uit glucanen bestaan. Deze moeten zeer extreme omstandigheden of lange perioden doormaken om hun effecten te verliezen.
Het hoge smeltpunt van alle glucanen dient om veel van de lage temperatuurgevoelige verbindingen in voedingsmiddelen te beschermen. Glycanen 'sekwestreren' watermoleculen en voorkomen dat ijskristallen de moleculen afbreken die de andere delen van voedsel vormen.
Bovendien zijn de structuren gevormd door glucanen in voedsel thermoreversibel, dat wil zeggen dat ze door het verhogen of verlagen van de temperatuur in het voedsel hun smaak en textuur bij de juiste temperatuur kunnen terugkrijgen.
Referenties
- Di Luzio, NR (1985, december). Update over de immunomodulerende activiteiten van glucanen. In Springer seminars in immunopathology (Vol. 8, nr. 4, pp. 387-400). Springer-Verlag.
- Nelson, DL, en Cox, MM (2015). Lehninger: principes van biochemie.
- Novak, M., en Vetvicka, V. (2009). Glucanen als biologische responsmodificatoren. Endocriene, metabole en immuunziekten - Medicijndoelen (voorheen huidige medicijndoelen - Immuun-, endocriene en metabolische aandoeningen), 9 (1), 67-75.
- Synytsya, A., en Novak, M. (2014). Structurele analyse van glucanen. Annalen van translationele geneeskunde, 2 (2).
- Vetvicka, V., en Vetvickova, J. (2018). Glucanen en kanker: vergelijking van in de handel verkrijgbare β-glucanen - Deel IV. Onderzoek naar kanker, 38 (3), 1327-1333.