该葡聚糖也许在生物圈中最丰富的碳水化合物。大多数构成细菌,植物,酵母和其他生物的细胞壁。有些构成了脊椎动物的储备物质。
所有葡聚糖均由一种重复的单糖组成:葡萄糖。但是,它们可以以多种形式和多种功能找到。
B-葡聚糖中常见键的示例(来源:Jatlas2 /通过Wikimedia Commons的公共领域)
葡聚糖这个名字的主要来源是希腊词“ glykys”,意思是“甜”。一些教科书称葡聚糖是由通过β1-3键连接的葡萄糖分子组成的非纤维素聚合物(当说“非纤维素”是植物细胞壁的一部分时,不包括在内)。 。
但是,所有由葡萄糖组成的多糖,包括构成植物细胞壁的多糖,都可以归为葡聚糖。
许多葡聚糖是最早从不同生命形式中分离出来的化合物之一,以研究它们对脊椎动物,特别是对哺乳动物免疫系统的生理作用。
结构体
尽管自然界中存在巨大的多样性和复杂性,但聚糖的成分相对简单。它们都是通过糖苷键连接的大型葡萄糖聚合物,最常见的键是α(1-3),β(1-3)和β(1-6)。
这些糖与所有以葡萄糖为基础的糖一样,基本上由三种类型的原子组成:碳(C),氢(H)和氧(O),它们形成可以连接在一起的环状结构。是的,形成一条链。
大多数葡聚糖由直链组成,但那些具有分支的葡聚糖则通过与α(1-6)键结合的α(1-4)或α(1-4)型糖苷键与这些葡聚糖相连。
重要的是要提到,大多数具有“α”键的葡聚糖都被生物用作新陈代谢的能量供应。
“β”键比例最高的葡聚糖是更多的结构性碳水化合物。它们具有更刚性的结构,更难以通过机械或酶促作用分解,因此它们并不总是充当能量和碳的来源。
葡聚糖的种类
这些大分子根据组成它们的葡萄糖单元的异头构型而有所不同。加入它们的分支的位置,类型和数量。所有变体已分为三种类型的葡聚糖:
-β-葡聚糖(纤维素,地衣碱,cymosan或zymosan等)
酵母聚糖的化学结构
-α,β-葡聚糖
-α-葡聚糖(糖原,淀粉,右旋糖酐等)
葡聚糖的化学结构
α,β-葡聚糖也被称为“混合葡聚糖”,因为它们结合了不同类型的糖苷键。它们在碳水化合物中具有最复杂的结构,并且通常具有难以分离成较小碳水化合物链的结构。
通常,葡聚糖具有高分子量化合物,其值在数千和数百万道尔顿之间变化。
葡聚糖特性
所有的葡聚糖都有10个以上的葡萄糖分子连接在一起,最常见的是找到由数百或数千个形成单链的葡萄糖残基组成的化合物。
每种葡聚糖具有特殊的物理和化学特性,取决于其组成和所处的环境。
纯化葡聚糖时,它们没有任何颜色,香气或味道,尽管纯化从未如此精确以至于无法获得单个分离的单个分子,而且由于分离物中含有几种不同的分子,因此它们总是被“近似”定量和研究的。
聚糖可以发现为同聚糖或杂聚糖。
-同源聚糖仅由一种类型的葡萄糖异构体组成
-杂聚糖由葡萄糖的不同异构体组成。
杂聚糖溶解于水后,形成胶体悬浮液(如果受热更容易溶解)是很常见的。在某些情况下,加热它们会产生有序的结构和/或凝胶。
由于葡糖苷键的存在,形成葡聚糖(聚合物)主要结构的残基之间的结合。然而,该结构通过“静水”相互作用和一些氢键而稳定。
糖原中糖苷结合的例子(来源:Glykogen.svg-NEUROtikerderivative-work-Marek-M-Public域,通过Wikimedia Commons获得)
特征
葡聚糖是活细胞非常通用的结构。例如,在植物中,β-葡萄糖分子之间的β(1-4)键的组合赋予其每个细胞的细胞壁很大的刚性,形成了所谓的纤维素。
纤维素结构(来源:Vicente Neto / CC BY(https://creativecommons.org/licenses/by/4.0),来自Wikimedia Commons)
在植物中,在细菌和真菌中,葡聚糖纤维网络代表构成刚性细胞壁的分子,这些细胞壁保护质膜和细胞内发现的细胞质。
在脊椎动物中,主要的储备分子是糖原。这是一种葡聚糖,由许多重复连接的葡萄糖残基形成,形成一条链,遍及整个结构。
通常,糖原在所有脊椎动物的肝脏中合成,一部分储存在肌肉组织中。
糖精,动物的“淀粉”(来源:MikaelHäggström/公共领域,通过Wikimedia Commons)
简而言之,葡聚糖不仅具有结构功能,而且从能量存储的角度来看也很重要。任何具有酶促装置以分解键并分离葡萄糖分子以将其用作“燃料”的生物都使用这些化合物生存。
行业应用
葡聚糖具有广泛多样的特性,并且大多数对人类食用没有毒性作用,因此在全世界的食品工业中被广泛使用。
通过与水相互作用,许多方法有助于稳定食物的结构,形成乳状或凝胶状,为某些烹饪制剂提供更大的一致性。一个例子可以是淀粉或玉米淀粉。
食物中的人工香料通常是添加甜味剂的产物,其中大多数由葡聚糖组成。这些必须经历非常极端的条件或长时间才能失去作用。
所有葡聚糖的高熔点都可以保护食品中的许多低温敏感化合物。葡聚糖会“隔离”水分子,并防止冰晶分解构成食物其他部分的分子。
此外,食物中的葡聚糖形成的结构是可逆的,也就是说,通过增加或降低食物内部的温度,它们可以在适当的温度下恢复其风味和质地。
参考文献
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