PEKTIN: STRUKTUR, FUNKTIONEN, TYPEN, LEBENSMITTEL, ANWENDUNGEN - BIOLOGIE - 2025

Die Pektine sind die Gruppe der strukturell komplexeren Polysaccharide pflanzlichen Ursprungs, deren Hauptstruktur aus Resten von D-Galacturonsäure besteht, die durch glucosidische Bindungen vom α-1,4-D-Typ gebunden sind.

In dikotylen Pflanzen und einigen Nicht-Gras-Monokotylen machen Pektine ungefähr 35% der in den primären Zellwänden vorhandenen Moleküle aus. Sie kommen besonders häufig in den Wänden wachsender und sich teilender Zellen sowie in den "weichen" Teilen des Pflanzengewebes vor.

Grundeinheit von Pektin, Galacturonsäure, verestert zu einer Methylgruppe (-CH3) (Quelle: Simann13 über Wikimedia Commons)

In Zellen höherer Pflanzen sind Pektine ebenfalls Teil der Zellwand, und mehrere Hinweise deuten darauf hin, dass sie für Wachstum, Entwicklung, Morphogenese, Zell-Zell-Adhäsionsprozesse, Abwehr, Signalübertragung, Zellausdehnung, Hydratation von Samen, Entwicklung von Früchten usw.

Diese Polysaccharide werden im Golgi-Komplex synthetisiert und dann mittels Membranvesikeln zur Zellwand transportiert. Es wird angenommen, dass Pektine, die Teil der Pflanzenzellwandmatrix sind, als Ort für die Ablagerung und Erweiterung des Glucan-Netzwerks fungieren, das eine wichtige Rolle bei der Wandporosität und der Haftung an anderen Zellen spielt.

Darüber hinaus werden Pektine industriell als Gelier- und Stabilisierungsmittel in Lebensmitteln und Kosmetika eingesetzt. Sie wurden bei der Synthese von Biofilmen, Klebstoffen, Papierersatzstoffen und Medizinprodukten für Implantate oder Wirkstoffträger verwendet.

Viele Studien weisen auf seine Vorteile für die menschliche Gesundheit hin, da gezeigt wurde, dass sie zusätzlich zur Stimulierung des Immunsystems zur Senkung des Cholesterin- und Blutzuckerspiegels beitragen.

Struktur

Pektine sind eine Familie von Proteinen, die im Wesentlichen aus kovalent miteinander verbundenen Galacturonsäureeinheiten bestehen. Galacturonsäure macht etwa 70% der gesamten Molekülstruktur von Pektinen aus und kann an den O-1- oder O-4-Positionen gebunden werden.

Galacturonsäure ist eine Hexose, dh ein Zucker mit 6 Kohlenstoffatomen, dessen Summenformel C6H10O lautet.

Es hat ein Molekulargewicht von mehr oder weniger 194,14 g / mol und unterscheidet sich strukturell von Galactose beispielsweise dadurch, dass der Kohlenstoff an Position 6 an eine Carboxylgruppe (-COOH) und nicht an eine Hydroxylgruppe (-OH) gebunden ist ).

An Galacturonsäureresten finden sich verschiedene Arten von Substituenten, die mehr oder weniger die strukturellen Eigenschaften jeder Art von Pektin definieren. Einige der häufigsten sind Methylgruppen (CH3), die zu Kohlenstoff 6 verestert sind, obwohl neutrale Zucker auch in den Seitenketten gefunden werden können.

Domänenkombination

Einige Forscher haben festgestellt, dass die verschiedenen in der Natur vorhandenen Pektine nichts anderes als eine Kombination aus homogenen oder glatten Domänen (ohne Verzweigungen) und anderen hochverzweigten oder "haarigen" Domänen sind, die in unterschiedlichen Anteilen miteinander kombiniert werden.

Diese Domänen wurden als Homogalacturonan-Domäne identifiziert, die die einfachste von allen und die mit den wenigsten "auffälligen" Seitenketten ist. die Rhamnogalacturonan-I-Domäne und die Rhamnogalacturonan-II-Domäne, eine komplexer als die andere.

Aufgrund des Vorhandenseins unterschiedlicher Substituenten und in unterschiedlichen Anteilen sind die Länge, die Strukturdefinition und das Molekulargewicht von Pektinen sehr unterschiedlich, und dies hängt auch in hohem Maße von der Art der Zelle und der betrachteten Spezies ab.

Typen oder Domänen

Die Galacturonsäure, aus der die Hauptstruktur von Pektinen besteht, kann in zwei verschiedenen Strukturformen gefunden werden, die das Rückgrat von drei Polysacchariddomänen bilden, die in allen Arten von Pektinen vorkommen.

Diese Domänen sind als Homogalacturonan (HGA), Rhamnogalacturonan-I (RG-I) und Rhamnogalacturonan-II (RG-II) bekannt. Diese drei Domänen können kovalent verknüpft werden und bilden ein dickes Netzwerk zwischen der primären Zellwand und der Mittellamelle.

Homogalacturonan (HGA)

Es ist ein lineares Homopolymer, das aus D-Galacturonsäureresten besteht, die durch glucosidische Bindungen vom α-1,4-Typ miteinander verbunden sind. Es kann bis zu 200 Galacturonsäurereste enthalten und wiederholt sich in der Struktur vieler Pektinmoleküle (es macht mehr oder weniger 65% der Pektine aus).

Dieses Polysaccharid wird im Golgi-Komplex von Pflanzenzellen synthetisiert, wo mehr als 70% seiner Reste durch Veresterung einer Methylgruppe am Kohlenstoff der Carboxylgruppe an Position 6 modifiziert wurden.

Chemische Struktur von Homogalacturonan (Quelle: NEUROtiker über Wikimedia Commons)

Eine weitere Modifikation, die Galacturonsäurereste in der Homogalacturonan-Domäne eingehen können, ist die Acetylierung (Addition einer Acetylgruppe) von Kohlenstoff 3 oder Kohlenstoff 2.

Zusätzlich haben einige Pektine Xylose-Substitutionen an Kohlenstoff 3 einiger ihrer Reste, was eine andere Domäne ergibt, die als Xylogalacturonan bekannt ist und in Früchten wie Äpfeln, Wassermelonen, Karotten und in der Samenschale von Erbsen reichlich vorhanden ist.

Ramnogalacturonan-I (RG-I)

Dies ist ein Heteropolysaccharid, das aus knapp 100 Wiederholungen des Disaccharids aus L-Rhamnose und D-Galacturonsäure besteht. Es macht zwischen 20 und 35% der Pektine aus und seine Expression hängt vom Zelltyp und dem Moment der Entwicklung ab.

Ein Großteil der Rhamnosilreste in seinem Rückgrat weist Seitenketten auf, die individuelle, lineare oder verzweigte L-Arabinofuranose- und D-Galactopyranose-Reste besitzen. Sie können auch Fucosereste, Glucose und methylierte Glucosereste enthalten.

Ramnogalacturonan II (RG-II)

Dies ist das komplexeste Pektin und macht nur 10% der zellulären Pektine in Pflanzen aus. Seine Struktur ist in Pflanzenarten hoch konserviert und wird von einem Homogalacturonan-Gerüst aus mindestens 8 D-Galacturonsäureresten gebildet, die durch 1,4-Bindungen verbunden sind.

In ihren Seitenketten haben diese Reste Verzweigungen von mehr als 12 verschiedenen Zuckertypen, die über mehr als 20 verschiedene Arten von Bindungen verbunden sind. Es ist üblich, Rhamnogalacturonan-II in Dimerform zu finden, wobei die beiden Teile durch eine Borat-Diolester-Bindung miteinander verbunden sind.

Eigenschaften

Pektine sind hauptsächlich Strukturproteine ​​und verleihen diesen Strukturen Festigkeit und Härte, da sie mit anderen Polysacchariden wie Hemicellulosen assoziieren können, die auch in Pflanzenzellwänden vorhanden sind.

In frischem Gewebe erhöht das Vorhandensein von freien Carboxylgruppen in den Pektinmolekülen die Möglichkeiten und die Bindungsstärke von Calciummolekülen zwischen den Pektinpolymeren, was ihnen noch mehr strukturelle Stabilität verleiht.

Sie wirken auch als Feuchtigkeitsmittel und als Haftmaterial für die verschiedenen cellulolytischen Komponenten der Zellwand. Darüber hinaus spielen sie eine wichtige Rolle bei der Steuerung der Bewegung von Wasser und anderen Pflanzenflüssigkeiten durch die am schnellsten wachsenden Gewebeteile einer Pflanze.

Die Oligosaccharide, die von den Molekülen einiger Pektine stammen, sind an der Induktion der Verholzung bestimmter Pflanzengewebe beteiligt und fördern wiederum die Akkumulation von Proteaseinhibitormolekülen (Enzymen, die Proteine ​​abbauen).

Aus diesen Gründen sind Pektine wichtig für Wachstum, Entwicklung und Morphogenese, Zell-Zell-Signal- und Adhäsionsprozesse, Abwehr, Zellexpansion, Samenhydratation, Fruchtentwicklung, unter anderen.

Pektinreiche Lebensmittel

Pektine sind eine wichtige Faserquelle, die in einer großen Anzahl von Gemüse und Früchten enthalten ist, die täglich vom Menschen verzehrt werden, da sie ein struktureller Bestandteil der Zellwände der meisten Grünpflanzen sind.

Es kommt sehr häufig in Schalen von Zitrusfrüchten wie Zitronen, Limetten, Grapefruits, Orangen, Mandarinen und Passionsfrüchten (Passionsfrucht oder Passionsfrucht) vor. Die Menge des verfügbaren Pektins hängt jedoch vom Reifegrad ab die Früchte.

Die grüneren oder weniger reifen Früchte sind solche mit einem höheren Pektingehalt, ansonsten die Früchte, die zu reif oder übertrieben sind.

Marmelade, süß oder Gelee, eine der kulinarischen Anwendungen von Pektin (Bild von RitaE auf pixabay.com)

Andere pektinreiche Früchte sind Äpfel, Pfirsiche, Bananen, Mango, Guave, Papaya, Ananas, Erdbeeren, Aprikosen und verschiedene Arten von Beeren. Unter den Gemüsen, die reichlich Pektin enthalten, befinden sich Tomaten, Bohnen und Erbsen.

Darüber hinaus werden Pektine üblicherweise in der Lebensmittelindustrie als Gelieradditive oder Stabilisatoren in Saucen, Galeas und vielen anderen Arten von industriellen Zubereitungen verwendet.

Anwendungen

In der Lebensmittelindustrie

Pektine sind aufgrund ihrer Zusammensetzung in Wasser hochlösliche Moleküle, weshalb sie insbesondere in der Lebensmittelindustrie vielfältig eingesetzt werden können.

Es wird als Gelier-, Stabilisierungs- oder Verdickungsmittel für verschiedene kulinarische Zubereitungen verwendet, insbesondere Gelees und Marmeladen, Getränke auf Joghurtbasis, Milchshakes mit Milch und Früchten sowie Eiscreme.

Pektin ist beliebt für die Herstellung von Marmeladen (Bild von Michal Jarmoluk auf pixabay.com)

Die industrielle Herstellung von Pektin für diese Zwecke basiert auf seiner Extraktion aus Schalen von Früchten wie Äpfeln und einigen Zitrusfrüchten, ein Verfahren, das bei hoher Temperatur und unter sauren pH-Bedingungen (niedriger pH) durchgeführt wird.

In der menschlichen Gesundheit

Es wurde gezeigt, dass Pektine nicht nur auf natürliche Weise als Teil der Ballaststoffe in vielen pflanzlichen Lebensmitteln enthalten sind, die Menschen täglich konsumieren, sondern auch „pharmakologische“ Anwendungen haben:

- Bei der Behandlung von Durchfall (gemischt mit Kamillenextrakt)

- Blockieren Sie die Anhaftung pathogener Mikroorganismen an der Magenschleimhaut und vermeiden Sie Magen-Darm-Infektionen

- Sie wirken positiv als Immunregulatoren des Verdauungssystems

- Senken Sie den Cholesterinspiegel im Blut

- Verringern Sie die Glukoseabsorptionsrate im Serum von übergewichtigen und diabetischen Patienten

Verweise

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