ПЕКТИН: СТРУКТУРА, ФУНКЦИИ, ВИДОВЕ, ХРАНИ, ПРИЛОЖЕНИЯ - БИОЛОГИЯ - 2025

На пектините са групата на полизахариди с растителен произход структурно по-комплексен характер, чиято основна структура се състои от остатъци от D-галактуронова киселина обвързани от глюкозидни връзки от типа α-1,4-D.

В двусемеделни растения и някои нетревни монокоти пектините съставляват приблизително 35% от молекулите, присъстващи в първичните клетъчни стени. Те са особено изобилни молекули в стените на растящите и делящи се клетки, както и в "меките" части на растителните тъкани.

Основна единица пектин, галактуронова киселина, естерифицирана до метилова група (-CH3) (Източник: Simann13 чрез Wikimedia Commons)

В клетките на висшите растения пектините също са част от клетъчната стена и множество доказателства предполагат, че са важни за растежа, развитието, морфогенезата, процесите на адхезия на клетките, защитата, сигнализацията и др. разширяване на клетките, хидратация на семената, развитие на плодове и др.

Тези полизахариди се синтезират в комплекса на Голджи и след това се транспортират до клетъчната стена с помощта на мембранни везикули. Счита се, че пектините, като част от матрицата на растителната клетъчна стена, функционират като място за отлагане и разширяване на глюкановата мрежа, която има важна роля в порьозността на стената и прилепването към други клетки.

Освен това пектините имат промишлена употреба като желиращи и стабилизиращи агенти в храните и козметиката; те са били използвани в синтеза на биофилми, лепила, заместители на хартия и медицински продукти за импланти или носители на лекарства.

Много изследвания сочат неговите ползи за човешкото здраве, тъй като е доказано, че те допринасят за намаляването на нивата на холестерола и кръвната захар в допълнение към стимулирането на имунната система.

структура

Пектините са семейство протеини, съставени основно от единици галактуронова киселина, ковалентно свързани помежду си. Галактуроновата киселина представлява около 70% от цялата молекулна структура на пектините и може да бъде прикрепена в позиции О-1 или О-4.

Галактуроновата киселина е хексоза, тоест това е захар с 6 въглеродни атома, чиято молекулна формула е C6H10O.

Той има молекулно тегло повече или по-малко 194,14 g / mol и се различава структурно от галактоза, например по това, че въглеродът в позиция 6 е свързан към карбоксилна група (-COOH), а не към хидроксилна група (-OH).

Различни видове заместители могат да бъдат намерени в остатъците от галактуронова киселина, които повече или по-малко определят структурните свойства на всеки тип пектин; някои от най-често срещаните са метилови групи (СНЗ), естерифицирани до въглерод 6, въпреки че неутралните захари могат да се намерят и в страничните вериги.

Комбинация от домейни

Някои изследователи са определили, че различните пектини, присъстващи в природата, са нищо повече от комбинация от хомогенни или гладки домейни (без клони) и други силно разклонени или "космати", които се комбинират помежду си в различни пропорции.

Тези домейни са идентифицирани като хомогалактуронан домейн, който е най-простият от всички и този с най-малкото "показни" странични вериги; домейнът rhamnogalacturonan-I и домейнът rhamnogalacturonan-II, един по-сложен от другия.

Поради наличието на различни заместители и в различни пропорции дължината, структурната дефиниция и молекулното тегло на пектините са силно променливи и това зависи до голяма степен от вида на клетката и разглежданите видове.

Типове или домейни

Галактуроновата киселина, която съставлява основната структура на пектините, може да бъде открита в две различни структурни форми, които съставляват основата на три полизахаридни домена, намиращи се във всички видове пектини.

Такива домейни са известни като хомогалактуронан (HGA), рамногалактуронан-I (RG-I) и рамногалактуронан-II (RG-II). Тези три домена могат да бъдат свързани ковалентно, образувайки гъста мрежа между първичната клетъчна стена и средната ламела.

Хомолактуронан (HGA)

Това е линеен хомополимер, съставен от остатъци от D-галактуронова киселина, свързани заедно с глюкозидни връзки от α-1,4 тип. Той може да съдържа до 200 остатъци от галактуронова киселина и се повтаря в структурата на много пектинови молекули (съдържа повече или по-малко 65% от пектините)

Този полизахарид се синтезира в комплекса на растителните клетки на Голджи, където повече от 70% от неговите остатъци са модифицирани чрез естерификация на метилова група върху въглерода, принадлежащ към карбоксилната група на позиция 6.

Химична структура на хомогалактуронан (Източник: NEUROtiker през Wikimedia Commons)

Друга модификация, която може да претърпи остатъците от галактуронова киселина в хомогалактуронан, е ацетилиране (добавяне на ацетилова група) на въглерод 3 или въглерод 2.

В допълнение, някои пектини имат заместители на ксилоза при въглерод 3 от някои от техните остатъци, което води до различен домен, известен като ксилогалактуронан, в изобилие от плодове като ябълки, дини, в моркови и в семената на граха.

Ramnogalacturonan-I (RG-I)

Това е хетерополизахарид, съставен от малко под 100 повторения на дизахарида, съставен от L-рамноза и D-галактуронова киселина. Той представлява между 20 и 35% пектини и неговата експресия зависи от вида на клетката и момента на развитие.

Голяма част от остатъците от рамнозил в гръбнака му имат странични вериги, които притежават индивидуални, линейни или разклонени L-арабинофураноза и D-галактопираноза. Те могат също да съдържат остатъци от фукоза, глюкоза и метилирани остатъци от глюкоза.

Ramnogalacturonan II (RG-II)

Това е най-сложният пектин и представлява само 10% от клетъчните пектини в растенията. Структурата му е силно запазена при растителни видове и се формира от хомогалактуронан скелет от най-малко 8 D-галактуронова киселина, свързани с 1,4 връзки.

В своите странични вериги тези остатъци имат клони от повече от 12 различни вида захари, свързани чрез повече от 20 различни вида връзки. Обичайно е да се открие рамногалактуронан-II в димерна форма, като двете части са свързани заедно с бора-диолова естерна връзка.

Характеристика

Пектините са главно структурни протеини и тъй като те могат да се свързват с други полизахариди като хемицелулози, също присъстващи в стените на растителните клетки, те придават твърдост и твърдост на споменатите структури.

В прясна тъкан присъствието на свободни карбоксилни групи в пектиновите молекули увеличава възможностите и силата на свързване на калциевите молекули между пектиновите полимери, което им придава още по-голяма структурна стабилност.

Те също функционират като хидратиращо средство и като адхезивен материал за различните целулолитични компоненти на клетъчната стена. Освен това те играят важна роля за контролирането на движението на вода и други растителни течности чрез най-бързо растящите части от тъкан в растението.

Олигозахаридите, получени от молекулите на някои пектини, участват в индуцирането на лигнификация на определени растителни тъкани, насърчавайки от своя страна натрупването на протеиновите инхибиторни молекули (ензими, които разграждат протеините).

Поради тези причини пектините са важни за растежа, развитието и морфогенезата, клетъчно-клетъчната сигнализация и адхезионните процеси, защитата, разширяването на клетките, хидратацията на семената, развитието на плодовете и др. между другото.

Храни, богати на пектин

Пектините са важен източник на фибри, който присъства в голям брой зеленчуци и плодове, консумирани ежедневно от човека, тъй като е структурна част от клетъчните стени на повечето зелени растения.

Той е много изобилен в корите на цитрусови плодове като лимони, липи, грейпфрути, портокали, мандарини и пасирани плодове (пасиран плод или пасиран плод), обаче, наличното количество пектин зависи от състоянието на зрялост на плодовете.

По-зелените или по-малко узрели плодове са тези с по-високо съдържание на пектин, в противен случай онези плодове, които са твърде узрели или прекалени.

Сладко, сладко или желе, едно от кулинарните приложения на пектина (Изображение от RitaE на pixabay.com)

Други богати на пектин плодове включват ябълки, праскови, банани, манго, гуава, папая, ананас, ягоди, кайсии и различни видове плодове. Сред зеленчуците, които имат изобилни количества пектин, са доматите, бобът и грахът.

Освен това пектините обикновено се използват в хранително-вкусовата промишленост като желиращи добавки или стабилизатори в сосове, галеи и много други видове промишлени препарати.

Приложения

В хранително-вкусовата промишленост

Като се има предвид техният състав, пектините са силно разтворими молекули във вода, поради което имат многобройни приложения, особено в хранителната промишленост.

Използва се като желиращо, стабилизиращо или сгъстяващо средство за множество кулинарни препарати, особено желета и конфитюри, напитки на основата на кисело мляко, млечни шейкове с мляко и плодове и сладоледи.

Пектинът е популярен за приготвяне на конфитюри (Изображение на Michal Jarmoluk на pixabay.com)

Промишленото производство на пектин за тези цели се основава на извличането му от корите на плодове като ябълки и някои цитрусови плодове, процес, който се провежда при висока температура и в условия на киселинно рН (ниско рН).

В човешкото здраве

Освен че присъстват естествено като част от фибрите в много растителни храни, които хората консумират ежедневно, е показано, че пектините имат „фармакологични“ приложения:

- При лечение на диария (смесена с екстракт от лайка)

- Блокирайте прилепването на патогенни микроорганизми към стомашната лигавица, като избягвате стомашно-чревни инфекции

- Те имат положителни ефекти като имунорегулатори на храносмилателната система

- Понижава холестерола в кръвта

- Намалете скоростта на абсорбция на глюкоза в серума на пациенти със затлъстяване и диабет

Препратки

1. BeMiller, JN (1986). Въведение в пектините: структура и свойства. Химия и функция на пектините, 310, 2-12.
2. Dergal, SB, Rodríguez, HB, & Morales, AA (2006). Химия на храните. Pearson Education.
3. Mohnen, D. (2008). Пектинова структура и биосинтеза. Настоящо мнение в биологията на растенията, 11 (3), 266-277.
4. Thakur, BR, Singh, RK, Handa, AK, & Rao, MA (1997). Химия и употреби на пектин - преглед. Критични рецензии в науката за храните и храненето, 37 (1), 47-73. Thakur, BR, Singh, RK, Handa, AK, & Rao, MA (1997). Химия и употреби на пектин - преглед. Критични рецензии в науката за храните и храненето, 37 (1), 47-73.
5. Voragen, AG, Coenen, GJ, Verhoef, RP, & Schols, HA (2009). Пектин, универсален полизахарид, присъстващ в стените на растителните клетки. Структурна химия, 20 (2), 263.
6. Willats, WG, McCartney, L., Mackie, W., & Knox, JP (2001). Пектин: клетъчна биология и перспективи за функционален анализ. Растителна молекулярна биология, 47 (1-2), 9-27.