Die Glucane sind vielleicht die am häufigsten vorkommenden Kohlenhydrate in der Biosphäre. Die meisten bilden die Zellwand von Bakterien, Pflanzen, Hefen und anderen lebenden Organismen. Einige bilden die Reservesubstanzen von Wirbeltieren.
Alle Glucane bestehen aus einer Art von sich wiederholendem Monosaccharid: Glucose. Diese können jedoch in einer Vielzahl von Formen und mit einer Vielzahl von Funktionen gefunden werden.
Ein Beispiel für gemeinsame Bindungen in B-Glucanen (Quelle: Jatlas2 / Public Domain über Wikimedia Commons)
Der Name Glucan hat seinen Hauptursprung vom griechischen Wort "Glykys", was "süß" bedeutet. Einige Lehrbücher bezeichnen Glucane als nicht-cellulosische Polymere, die aus Glucose-Molekülen bestehen, die durch β-1-3-Bindungen verbunden sind (wenn man „nicht-cellulosisch“ sagt, werden diejenigen, die Teil der Zellwand von Pflanzen sind, aus dieser Gruppe ausgeschlossen). .
Alle aus Glucose zusammengesetzten Polysaccharide, einschließlich derjenigen, aus denen die Zellwand von Pflanzen besteht, können jedoch als Glucane klassifiziert werden.
Viele Glucane gehörten zu den ersten Verbindungen, die aus verschiedenen Lebensformen isoliert wurden, um die physiologischen Auswirkungen zu untersuchen, die sie auf Wirbeltiere hatten, insbesondere auf das Immunsystem von Säugetieren.
Struktur
Glykane haben trotz der großen Vielfalt und Komplexität der in der Natur vorkommenden Strukturen eine relativ einfache Zusammensetzung. Alle sind große Glucosepolymere, die durch glycosidische Bindungen verbunden sind, wobei die häufigsten Bindungen α (1-3), β (1-3) und β (1-6) sind.
Diese Zucker bestehen wie alle Saccharide mit Glucose als Basis im Wesentlichen aus drei Arten von Atomen: Kohlenstoff (C), Wasserstoff (H) und Sauerstoff (O), die cyclische Strukturen bilden, die miteinander verbunden werden können. ja eine Kette bilden.
Die meisten Glucane bestehen aus geraden Ketten, aber diejenigen, die Verzweigungen aufweisen, sind durch glucosidische Bindungen vom Typ α (1-4) oder α (1-4) in Kombination mit α (1-6) -Bindungen mit diesen verbunden.
Es ist wichtig zu erwähnen, dass die meisten Glucane mit „α“ -Bindungen von Lebewesen metabolisch als Energieversorgung genutzt werden.
Die Glucane mit dem höchsten Anteil an „β“ -Bindungen sind strukturellere Kohlenhydrate. Diese haben eine steifere Struktur und sind durch mechanische oder enzymatische Einwirkung schwieriger zu brechen, so dass sie nicht immer als Energie- und Kohlenstoffquelle dienen.
Arten von Glucanen
Diese Makromoleküle variieren gemäß der anomeren Konfiguration der Glucoseeinheiten, aus denen sie bestehen; die Position, den Typ und die Anzahl der Zweige, die sie verbinden. Alle Varianten wurden in drei Arten von Glucanen eingeteilt:
- β-Glucane (Cellulose, Lichenin, Cymosan oder Zymosan usw.)
Chemische Struktur von Zymosan
- α, β-Glucane
- α-Glucane (Glykogen, Stärke, Dextran usw.)
Chemische Struktur von Dextran
Die α, β-Glucane sind auch als "gemischte Glucane" bekannt, da sie verschiedene Arten von Glucosidbindungen kombinieren. Sie haben die komplexesten Strukturen innerhalb von Kohlenhydraten und im Allgemeinen Strukturen, die schwer in kleinere Kohlenhydratketten zu trennen sind.
Im Allgemeinen haben Glucane Verbindungen mit hohem Molekulargewicht mit Werten, die zwischen Tausenden und Millionen Dalton variieren.
Glucaneigenschaften
Alle Glucane haben mehr als 10 miteinander verbundene Glucosemoleküle. Am häufigsten werden diese Verbindungen gefunden, die aus Hunderten oder Tausenden von Glucoseresten bestehen, die eine einzige Kette bilden.
Jedes Glucan hat spezielle physikalische und chemische Eigenschaften, die je nach Zusammensetzung und Umgebung, in der es vorkommt, variieren.
Wenn Glucane gereinigt werden, haben sie keine Farbe, kein Aroma oder keinen Geschmack, obwohl die Reinigung niemals so präzise ist, dass ein einzelnes isoliertes Einzelmolekül erhalten wird, und sie werden immer "ungefähr" quantifiziert und untersucht, da das Isolat mehrere verschiedene Moleküle enthält.
Glykane können als Homo- oder Heteroglykane gefunden werden.
- Homoglykane bestehen nur aus einer Art von Glukoseanomer
- Heteroglykane bestehen aus verschiedenen Glukoseanomeren.
Es ist üblich, dass Heteroglykane, wenn sie in Wasser gelöst werden, kolloidale Suspensionen bilden (sie lösen sich leichter, wenn sie Hitze ausgesetzt werden). In einigen Fällen erzeugt das Erhitzen geordnete Strukturen und / oder Gele.
Die Vereinigung der Reste, die die Hauptstruktur von Glucanen (dem Polymer) bilden, erfolgt dank glucosidischer Bindungen. Die Struktur wird jedoch durch "hydrostatische" Wechselwirkungen und einige Wasserstoffbrücken stabilisiert.
Beispiel für die glykosidische Bindung in Glykogen (Quelle: Glykogen.svg-NEUROtikerderivative-work-Marek-M-Public-Domain über Wikimedia Commons)
Eigenschaften
Glucane sind sehr vielseitige Strukturen für lebende Zellen. In Pflanzen beispielsweise verleiht die Kombination von β (1-4) -Bindungen zwischen β-Glucosemolekülen der Zellwand jeder ihrer Zellen eine große Steifheit und bildet die sogenannte Cellulose.
Zellulosestruktur (Quelle: Vicente Neto / CC BY (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0) über Wikimedia Commons)
Wie in Pflanzen, in Bakterien und Pilzen repräsentiert ein Netzwerk von Glucanfasern die Moleküle, aus denen die starre Zellwand besteht, die die Plasmamembran und das in den Zellen befindliche Cytosol schützt.
Bei Wirbeltieren ist das Hauptreservemolekül Glykogen. Dies ist ein Glucan, das aus vielen Glucoseresten besteht, die wiederholt miteinander verbunden sind und eine Kette bilden, die sich durch die Struktur verzweigt.
Im Allgemeinen wird Glykogen in der Leber aller Wirbeltiere synthetisiert und ein Teil wird im Gewebe der Muskeln gespeichert.
Glykogen, die "Stärke" der Tiere (Quelle: Mikael Häggström / Public Domain, via Wikimedia Commons)
Kurz gesagt, Glucane haben nicht nur strukturelle Funktionen, sie sind auch unter dem Gesichtspunkt der Energiespeicherung wichtig. Jeder Organismus, der über den enzymatischen Apparat verfügt, die Bindungen aufzubrechen und die Glucosemoleküle zu trennen, um sie als "Brennstoff" zu verwenden, verwendet diese Verbindungen, um zu überleben.
Anwendungen in der Industrie
Glucane sind in der Lebensmittelindustrie auf der ganzen Welt weit verbreitet, da sie sehr unterschiedliche Eigenschaften aufweisen und die meisten keine toxischen Wirkungen für den menschlichen Verzehr haben.
Viele tragen zur Stabilisierung der Lebensmittelstruktur bei, indem sie mit Wasser interagieren und Emulsionen oder Gele herstellen, die bestimmten kulinarischen Zubereitungen eine größere Konsistenz verleihen. Ein Beispiel kann Stärke oder Maisstärke sein.
Künstliche Aromen in Lebensmitteln sind normalerweise das Produkt der Zugabe von Süßungsmitteln, von denen die meisten aus Glucanen bestehen. Diese müssen sehr extremen Bedingungen oder langen Zeiträumen ausgesetzt sein, um ihre Wirkung zu verlieren.
Der hohe Schmelzpunkt aller Glucane dient zum Schutz vieler niedrigtemperaturempfindlicher Verbindungen in Lebensmitteln. Glucane "binden" Wassermoleküle und verhindern, dass Eiskristalle die Moleküle abbauen, aus denen die anderen Teile der Nahrung bestehen.
Darüber hinaus sind die durch Glucane in Lebensmitteln gebildeten Strukturen thermoreversibel, dh durch Erhöhen oder Verringern der Temperatur im Lebensmittel können sie ihren Geschmack und ihre Textur bei der geeigneten Temperatur wiedererlangen.
Verweise
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