גלוקנים הם אולי פחמימות בשכיחותו הביוספרה. רובם מהווים את קיר התא של חיידקים, צמחים, שמרים ואורגניזמים חיים אחרים. יש המרכיבים את חומרי השמורה של בעלי החוליות.
כל הגלוקנים מורכבים מסוג אחד של מונוסכריד חוזר: גלוקוז. עם זאת, ניתן למצוא את אלה במגוון גדול של צורות ועם מגוון גדול של פונקציות.
דוגמה לקשרים שכיחים בגלוקנים B (מקור: Jatlas2 / רשות הרבים באמצעות ויקימדיה Commons)
מקורו של השם גלוקן מהמילה היוונית "גליקיקס" שמשמעותה "מתוק". ספרי לימוד מסוימים מתייחסים לגלוקנים כפולימרים שאינם תאיים המורכבים ממולקולות גלוקוזיות המקושרות באמצעות קשרי β 1-3 (כשאומרים "לא תאיים" אלה שנכללים בדופן התא הצמחית אינם נכללים בקבוצה זו) .
עם זאת, ניתן לסווג את כל הפוליסכרידים המורכבים מגלוקוז, כולל אלה המרכיבים את דופן התא של הצמחים כגלוקנים.
גלוקנים רבים היו בין התרכובות הראשונות שהיו מבודדים מצורות חיים שונות לחקר ההשפעות הפיזיולוגיות שהיו להם על חוליות, במיוחד על מערכת החיסון של יונקים.
מִבְנֶה
לגליקנים קומפוזיציה פשוטה יחסית, למרות המגוון והמורכבות הרבה של מבנים שניתן למצוא בטבע. כולם פולימרים גלוקוזיים גדולים המקושרים על ידי קשרים גליקוזידיים, כאשר הקשרים השכיחים ביותר הם α (1-3), β (1-3) ו- β (1-6).
סוכרים אלה, כמו כל הסכרידים שבהם גלוקוז כבסיס, מורכבים מיסודה משלושה סוגים של אטומים: פחמן (C), מימן (H) וחמצן (O), היוצרים מבנים מחזוריים שניתן לחברם זה לזה. כן יוצרים שרשרת.
מרבית הגלוקנים מורכבים משרשראות ישרות, אך אלה המציגים ענפים קשורים אלה באמצעות קשרים גלוקוזידיים מסוג α (1-4) או α (1-4) בשילוב עם קשרים α (1-6).
חשוב להזכיר שרוב הגלוקנים בעלי קשר "α" משמשים יצורים חיים כאספקת אנרגיה, מבחינה מטבולית.
הגלוקנים עם השיעור הגבוה ביותר של קשרים "ß" הם פחמימות מבניות יותר. אלה בעלי מבנה קשיח יותר וקשים יותר לשבירה על ידי פעולה מכנית או אנזימטית, כך שהם לא תמיד משמשים כמקור לאנרגיה ופחמן.
סוגי גלוקנים
מקרו-מולקולות אלה משתנות בהתאם לתצורה האנומרית של יחידות הגלוקוז המרכיבות אותן; מיקום, סוג ומספר הסניפים המצטרפים אליהם. כל הגרסאות סווגו לשלושה סוגים של גלוקנים:
- ß-גלוקנים (תאית, ליצ'ין, צימוסאן או זימוזן וכו ')
מבנה כימי של זימוזן
- α, ß- גלוקנים
- α- גלוקנים (גליקוגן, עמילן, דקסטרן וכו ')
מבנה כימי של דקסטרן
ה- α, β-Glucans ידועים גם כ"גלוקנים מעורבים ", מכיוון שהם משלבים סוגים שונים של קשרים גלוקוזידים. יש להם את המבנים המורכבים ביותר בפחמימות ובאופן כללי יש להם מבנים שקשה להפריד אותם לשרשראות פחמימות קטנות יותר.
באופן כללי, לגלוקנים תרכובות בעלות משקל מולקולרי גבוה, עם ערכים המשתנים בין אלפי למיליוני דלטון.
מאפייני גלוקן
לכל הגלוקנים יש יותר מעשרה מולקולות גלוקוזיות המקושרות זו לזו והנפוצה ביותר היא למצוא תרכובות אלו הנוצרות על ידי מאות או אלפי שאריות גלוקוזה היוצרות שרשרת אחת.
לכל גלוקן יש מאפיינים פיזיקליים וכימיים מיוחדים, המשתנים בהתאם להרכבו והסביבה בה הוא נמצא.
כאשר מטהרים גלוקנים אין להם שום צבע, ארומה או טעם, אף כי הטיהור לעולם אינו מדויק כך להשיג מולקולה בודדת בודדת והם תמיד מכמתים ונחקרים "בערך", מכיוון שהמבודד מכיל כמה מולקולות שונות.
ניתן למצוא גליקנים כהומואים או הטרוגליקנים.
- הומוגליקנים מורכבים מסוג אחד בלבד של אנומר גלוקוז
- ההטרוגליקנים מורכבים מאנומרים שונים של גלוקוזה.
מקובל שהטרוגליקנים, כאשר הם מומסים במים, יוצרים מתלים קולואידיים (הם מתמוססים ביתר קלות אם הם נתונים לחום). במקרים מסוימים, חימוםם מייצר מבנים ו / או ג'לים מסודרים.
האיחוד בין השאריות המהוות את המבנה העיקרי של הגלוקנים (הפולימר) מתרחש בזכות קשרים גלוקוזידים. עם זאת, המבנה מתייצב באמצעות אינטראקציות "הידרוסטטיות" וכמה קשרי מימן.
דוגמה לקשירה גליקוזידית בגליקוגן (מקור: Glykogen.svg-NEUROtikerderivative-work-Marek-M-Public-domain באמצעות Wikimedia Commons)
מאפיינים
הגלוקנים הם מבנים מגוונים מאוד לתאים חיים. בצמחים, למשל, השילוב של קשרי ה- β (1-4) בין מולקולות ß- גלוקוזה מעניק נוקשות רבה לדופן התא של כל אחד מהתאים שלהם, ויוצר מה שמכונה תאית.
מבנה תאית (מקור: Vicente Neto / CC BY (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0) באמצעות Wikimedia Commons)
כמו בצמחים, בחיידקים ובפטריות, רשת של סיבי גלוקן מייצגת את המולקולות המרכיבות את דופן התא הנוקשה המגנה על קרום הפלזמה ועל הציטוזול שנמצא בתוך התאים.
אצל בעלי חיים בעלי חוליות, מולקולת השמורה העיקרית היא גליקוגן. זהו גלוקן שנוצר על ידי שאריות גלוקוז רבות המקושרות שוב ושוב ויוצרים שרשרת, המסתעפת בכל המבנה.
באופן כללי, הגליקוגן מסונתז בכבד של כל בעלי החוליות וחלק מאוחסן ברקמות השרירים.
גליקוגן, 'עמילן' של בעלי חיים (מקור: Mikael Häggström / רשות הרבים, באמצעות ויקימדיה Commons)
בקיצור, לגלוקנים יש לא רק פונקציות מבניות, הם חשובים גם מבחינת אגירת אנרגיה. כל אורגניזם שיש לו את המנגנון האנזימטי לפרק את הקשרים ולהפריד בין מולקולות הגלוקוז כדי להשתמש בהן כ"דלק "משתמש בתרכובות אלה כדי לשרוד.
יישומים בתעשייה
גלוקנים נמצאים בשימוש נרחב בתעשיית המזון ברחבי העולם, מכיוון שיש להם מאפיינים מגוונים מאוד ולרובם אין השפעות רעילות לצריכה אנושית.
רבים עוזרים לייצב את מבנה המזון על ידי אינטראקציה עם מים, ביצירת תחליבים או ג'לים המספקים עקביות רבה יותר לתכשירים קולינריים מסוימים. דוגמא יכולה להיות עמילן או קורנפלור.
טעמים מלאכותיים במזון הם בדרך כלל תוצר של תוספת ממתיקים, שרובם מורכבים מגלוקנים. אלה צריכים לעבור תנאים קיצוניים מאוד או פרקי זמן ארוכים כדי לאבד את השפעותיהם.
נקודת ההתכה הגבוהה של כל הגלוקנים משמשת להגנה על רבים מהתרכובות הרגישות לטמפרטורה הנמוכה במזונות. הגלוקנים "משדרים" מולקולות מים ומונעים מגבישים של קרח לפרק את המולקולות המרכיבות את חלקי המזון האחרים.
בנוסף, המבנים הנוצרים על ידי הגלוקנים במזון הינם ניתנים להפלה תרמית, כלומר על ידי העלאה או הפחתה של הטמפרטורה בתוך המזון הם יכולים להחזיר את טעמם ומרקמם לטמפרטורה המתאימה.
הפניות
- Di Luzio, NR (1985, דצמבר). עדכון על פעילויות החיסון של הגלוקנים. בסמינרים של שפרינגר באימונותופתולוגיה (כרך 8, מס '4, עמ' 387-400). שפרינגר-ורלאג.
- נלסון, DL ו- Cox, MM (2015). להינגר: עקרונות הביוכימיה.
- נובאק, מ., וטוויצקה, ו '(2009). גלוקנים כמגדירים תגובה ביולוגית. יעדים להפרעות אנדוקריניות, מטבוליות וחיסוניות - סמים (בעבר יעדי תרופות נוכחיים - הפרעות חיסוניות, אנדוקריניות ומטבוליות), 9 (1), 67-75.
- Synytsya, A., & Novak, M. (2014). ניתוח מבני של גלוקנים. Annals של רפואה תרגומית, 2 (2).
- Vetvicka, V., & Vetvickova, J. (2018). גלוקנים וסרטן: השוואה בין ß- גלוקנים זמינים למסחרית - חלק IV. מחקר נגד סרטן, 38 (3), 1327-1333.