פקטין: מבנה, פונקציות, סוגים, מזונות, יישומים - ביולוגיה - 2025

פקטינים הם הקבוצה של סוכרים ממקור צמחי מבני יותר אופי מורכב, אשר מבנה מרכזי מורכב שאריות של חומצת D-galacturonic המחויבים אג"ח glucosidic מסוג α-1,4-D.

בצמחים דיקוטילוניים וכמה מונוקוטים שאינם דשא, הפקטינים מהווים כ- 35% מהמולקולות הקיימות בדפנות התא הראשוניות. מדובר במולקולות בשפע במיוחד בקירות התאים הגדלים והמחלקים, כמו גם בחלקים ה"רכים "של רקמות הצמח.

יחידה בסיסית של פקטין, חומצה גלקטורונית המועתרת לקבוצת מתיל (-CH3) (מקור: Simann13 דרך Wikimedia Commons)

בתאים של צמחים גבוהים יותר, הפקטינים הם גם חלק מדופן התא, ושורות ראיות מרובות מצביעות על חשיבותן לצמיחה, התפתחות, מורפוגנזה, תהליכי הידבקות תאים, הגנה, איתות, הרחבת תאים, הידרציה של זרעים, פיתוח פירות וכו '.

פוליסכרידים אלה מסונתזים במתחם גולגי ואז מועברים לדופן התא באמצעות שלפוחית ​​הממברנה. בהיותם חלק ממטריצת דופן התא הצמחית, נחשבים כי הפקטינים מתפקדים כאתר להפקדה ולהרחבה של רשת הגליקן, שיש לה תפקידים חשובים בנקבוביות הקיר והדבקות בתאים אחרים.

יתרה מזאת, לפקטינים שימושים תעשייתיים כחומרים מיגנים ומייצבים במזון וקוסמטיקה; הם שימשו לסינתזה של ביו-פילמים, דבקים, תחליפי נייר ומוצרים רפואיים לשתלים או לנשאי תרופות.

מחקרים רבים מצביעים על יתרונותיו לבריאות האדם, מכיוון שהוכח כי הם תורמים לירידה בכולסטרול ורמות הגלוקוז בדם, בנוסף לגירוי מערכת החיסון.

מִבְנֶה

הפקטינים הם משפחה של חלבונים המורכבים בעיקרם מיחידות חומצה גלקטורונית המקושרות זה לזה בצורה קוולנטית. החומצה הגלקטורונית מייצגת כ 70% מכל המבנה המולקולרי של הפקטינים וניתן לחברם בתנוחות O-1 או O-4.

חומצה גלקטורונית היא משושה, כלומר מדובר בסוכר עם 6 אטומי פחמן שהנוסחה המולקולרית שלו היא C6H10O.

יש לו משקל מולקולרי של פחות או יותר 194.14 גרם / מול ושונה מבנית מגלקטוז, למשל בכך שהפחמן במצב 6 מחובר לקבוצה קרבוקסיל (-COOH) ולא לקבוצה הידרוקסיל (-OH ).

ניתן למצוא סוגים שונים של תחליפים על שאריות חומצה גלקטורונית, המגדירות פחות או יותר את התכונות המבניות של כל סוג של פקטין; חלק מהנפוצים ביותר הם קבוצות מתיל (CH3) המועתרות לפחמן 6, אם כי ניתן למצוא סוכרים ניטרליים גם בשרשראות הצדדיות.

שילוב דומיין

ישנם חוקרים שקבעו כי הפקטינים השונים הקיימים בטבע אינם אלא שילוב של תחומים הומוגניים או חלקים (ללא ענפים) ואחרים מסועפים או "שעירים", שמשולבים זה בזה בפרופורציות שונות.

תחומים אלה זוהו כתחום ההומוגלאקטורוני, שהוא הפשוט מכולם וזה עם מעט שרשרות הצד "הראוותניות" ביותר; התחום rhamnogalacturonan-I והתחום rhamnogalacturonan-II, האחד מורכב יותר מהשני.

בשל נוכחותם של תחליפים שונים ובפרופורציות שונות, האורך, ההגדרה המבנית והמשקל המולקולרי של הפקטינים משתנים מאוד, וזה תלוי במידה רבה גם בסוג התא ובמין הנחשב.

סוגים או תחומים

את החומצה הגלקטורונית המרכיבה את המבנה העיקרי של הפקטינים ניתן למצוא בשתי צורות מבניות שונות המהוות את עמוד השדרה של שלושה תחומים פוליסכרידים המצויים בכל סוגי הפקטינים.

תחומים אלה ידועים כ- homogalacturonan (HGA), rhamnogalacturonan-I (RG-I) ו- rhamnogalacturonan-II (RG-II). ניתן לקשר בין שלושת התחומים הללו בצורה קוולנטית, ויוצרים רשת עבה בין דופן התא הראשית למאמלה האמצעית.

הומוגלאקטורונאן (HGA)

זהו הומופולימר ליניארי המורכב משיירי חומצה D-galacturonic המקושרים זה לזה באמצעות קשרים גלוקוזידיים מסוג α-1,4. זה יכול להכיל עד 200 שאריות חומצה גלקטורונית וחוזר על עצמו במבנה של מולקולות פקטין רבות (הוא מהווה פחות או יותר 65% מהפקטינים)

פוליסכריד זה מסונתז במתחם הגולגי של תאי צמחים, בו יותר מ- 70% מהשאריות שלו שונו על ידי ייסוס קבוצת מתיל על הפחמן השייך לקבוצת הקרבוקסיל במצב 6.

מבנה כימי של הומוגלאקטורונאן (מקור: NEUROtiker דרך ויקימדיה Commons)

שינוי נוסף שיכולים לעבור שאריות חומצות גלקטורוניות בתחום ההומוגלקקטורונני הוא אצטילציה (תוספת של קבוצת אצטיל) של פחמן 3 או פחמן 2.

בנוסף, בחלק מהפקטינים יש תחליפי קסילוזה בפחמן 3 מכמה מהשאריות שלהם, מה שמניב תחום שונה המכונה קסילוגאלקטורונאן, בשפע בפירות כמו תפוחים, אבטיחים, בגזר ובמעיל הזרעים של אפונה.

Ramnogalacturonan-I (RG-I)

זהו הטרופוליסכריד המורכב מכמעט 100 חזרות על הדיסכריד המורכב מ- L-rhamnose וחומצה D-galacturonic. הוא מייצג בין 20 ל 35% מהפקטינים והביטוי שלו תלוי בסוג התא וברגע ההתפתחות.

לחלק גדול משאריות הרמנוזיל בעמוד השדרה שלה יש שרשראות צדדיות שיש להן שאריות אינדיבידואליות, ליניאריות או מסועפות L-arabinofuranose ו- D-galactopyranose. הם עשויים להכיל גם שאריות פוקוזה, גלוקוז ושאריות גלוקוז מתילתי.

Ramnogalacturonan II (RG-II)

זהו הפקטין המורכב ביותר ומייצג רק 10% מהפקטינים התאיים בצמחים. המבנה שלו שמור מאוד במיני צמחים והוא נוצר על ידי שלד הומוגלקקטורוני של לפחות 8 שאריות חומצה D-galacturonic המקושרים על ידי 1,4 קשרים.

בשרשראות הצדדיות שלהם, לשאריות אלה ענפים של יותר מ -12 סוגים שונים של סוכרים, המקושרים דרך למעלה מ- 20 סוגים שונים של קשרים. מקובל למצוא rhamnogalacturonan-II בצורה עמומה יותר, כאשר שני המנות מקושרות זו לזו באמצעות קשר אסטר בוראט-דיול.

מאפיינים

הפקטינים הם בעיקר חלבונים מבניים, ומכיוון שהם יכולים להתחבר לפוליסכרידים אחרים כמו hemicelluloses, הנמצאים גם בדפנות התא של צמחים, הם מעניקים יציבות וקשיות למבנים האמורים.

ברקמות טריות, נוכחותן של קבוצות קרבוקסיל חופשיות במולקולות הפקטין מגדילה את האפשרויות ואת חוזק הקשר של מולקולות הסידן בין פולימרים הפקטין, מה שמקנה להן יציבות מבנית עוד יותר.

הם גם מתפקדים כחומר לחות וכחומר הדבקה למרכיבים התאיים השונים של דופן התא. בנוסף, הם ממלאים תפקיד חשוב בבקרת התנועה של מים ונוזלים צמחיים אחרים דרך חלקי הרקמות הצומחים במהירות בצמח.

האוליגוסכרידים שמקורם במולקולות של כמה פקטינים משתתפים בהשראת ליגניזציה של רקמות צמחיות מסוימות, ומקדמים, בתורם, את הצטברות מולקולות מעכבי הפרוטאז (אנזימים המפרקים חלבונים).

מסיבות אלה, הפקטינים חשובים לגדילה, להתפתחות ומורפוגנזה, לתהליכי איתות והתאים של התא, הגנה, הרחבת תאים, הידרציה של זרעים, פיתוח פרי, בין היתר.

אוכל עשיר בפקטין

הפקטינים הם מקור חשוב לסיבים הקיימים במספר רב של ירקות ופירות הנצרכים מדי יום על ידי האדם, מכיוון שהם חלק מבני מדפנות התא של רוב הצמחים הירוקים.

זה נפוץ מאוד בקליפות של פירות הדר כמו לימונים, לימונים, אשכוליות, תפוזים, מנדרינות ופירות פסיפלורה (פירות פסיפלורה או פסיפלורה), עם זאת, כמות הפקטין הזמינה תלויה במצב הבשלות של הפירות.

הפירות הירוקים יותר או פחות בשלים הם אלה עם תכולה גבוהה יותר של פקטינים, אחרת אותם פירות שמובילים מדי או מוגזמים מדי.

ריבה, מתוקה או ג'לי, אחד היישומים הקולינריים של הפקטין (תמונה מאת RitaE באתר pixabay.com)

פירות עשירים בפקטין כוללים תפוחים, אפרסקים, בננות, מנגו, גויאבה, פפאיה, אננס, תותים, משמשים וסוגי פירות יער שונים. בין הירקות שיש בהם כמויות גדולות של פקטין ניתן למצוא עגבניות, שעועית ואפונה.

יתרה מזאת, הפקטינים משמשים בדרך כלל בתעשיית המזון כתוספות למילוי או מייצבים ברטבים, גליאות וסוגים רבים אחרים של תכשירים תעשייתיים.

יישומים

בתעשיית המזון

בהתחשב בהרכבם, הפקטינים הם מולקולות מסיסות מאוד במים, וזו הסיבה שיש להם יישומים מרובים, במיוחד בתעשיית המזון.

הוא משמש כחומר מייבש, מייצב או מעבה לתכשירים קולינריים מרובים, בעיקר ג'לי וריבות, משקאות על בסיס יוגורט, מילקשייק עם חלב ופירות, וגלידות.

הפקטין פופולרי לייצור ריבות (תמונה מאת מיכל ג'רמולוק ב- pixabay.com)

הייצור התעשייתי של פקטין למטרות אלה מבוסס על מיצוי מקליפות הפירות כמו תפוחים וכמה פירות הדר, תהליך שמתבצע בטמפרטורה גבוהה ובתנאי pH חומציות (pH נמוך).

בבריאות האדם

מלבד היותו נוכח באופן טבעי כחלק מהסיב ברבים מהמזונות מבוססי הצמח שאנשים צורכים מדי יום, הוכח כי לפקטינים יש יישומים "פרמקולוגיים":

- בטיפול בשלשול (מעורבב עם תמצית קמומיל)

- חסום את הדבקות של מיקרואורגניזמים פתוגניים לרירית הקיבה, הימנעות מדלקות במערכת העיכול

יש להם השפעות חיוביות כוויסות חיסון של מערכת העיכול

- מורידים כולסטרול בדם

- הפחיתו את קצב ספיגת הגלוקוזה בסרום של חולי שמנים וסוכרתיים

הפניות

1. BeMiller, JN (1986). מבוא לפקטינים: מבנה ותכונות. כימיה ותפקוד של פקטינים, 310, 2-12.
2. Dergal, SB, Rodríguez, HB, and Morales, AA (2006). כימיה של מזון. פירסון חינוך.
3. Mohnen, D. (2008). מבנה הפקטין והביוסינתזה. חוות דעת נוכחית בביולוגיה מהצומח, 11 (3), 266-277.
4. תאקור, BR, סינג, RK, Handa, AK, & Rao, MA (1997). כימיה ושימושים בפקטין - סקירה. ביקורות ביקורתיות במדעי תזונה ותזונה, 37 (1), 47-73. תאקור, BR, סינג, RK, Handa, AK, & Rao, MA (1997). כימיה ושימושים בפקטין - סקירה. ביקורות ביקורתיות במדעי תזונה ותזונה, 37 (1), 47-73.
5. Voragen, AG, Coenen, GJ, Verhoef, RP, & Schols, HA (2009). פקטין, פוליסכריד רב תכליתי הקיים בתאי צמח. כימיה מבנית, 20 (2), 263.
6. Willats, WG, McCartney, L., Mackie, W., and Knox, JP (2001). פקטין: ביולוגיה של תאים והסיכויים לניתוח תפקודי. ביולוגיה מולקולרית צמחית, 47 (1-2), 9-27.