البكتين: الهيكل ، الوظائف ، الأنواع ، الأطعمة ، التطبيقات - مادة الاحياء - 2026

و البكتين هي مجموعة من السكريات من أصل نباتي هيكليا طبيعة أكثر تعقيدا، والتي تتكون من بقايا D-galacturonic حمض ملزمة السندات glucosidic من نوع α-1،4-D الهيكل الرئيسي.

في النباتات ثنائية الفلقة وبعض الأحاديات غير الدقيقة ، تشكل البكتين ما يقرب من 35 ٪ من الجزيئات الموجودة في جدران الخلايا الأولية. وهي جزيئات وفيرة بشكل خاص في جدران الخلايا النامية والمنقسمة ، وكذلك في الأجزاء "اللينة" من أنسجة النبات.

الوحدة الأساسية من البكتين ، حمض الجالاكتورونيك أسترة لمجموعة الميثيل (-CH3) (المصدر: Simann13 عبر ويكيميديا ​​كومنز)

في الخلايا النباتية العليا ، البكتين هي أيضًا جزء من جدار الخلية وتشير العديد من الأدلة إلى أنها مهمة للنمو ، والتطور ، والتشكل ، وعمليات التصاق الخلايا الخلوية ، والدفاع ، والإشارات ، توسع الخلايا ، ترطيب البذور ، تطوير الثمار ، إلخ.

يتم تصنيع هذه السكريات في مجمع جولجي ومن ثم يتم نقلها إلى جدار الخلية عن طريق الحويصلات الغشائية. كونها جزءًا من مصفوفة جدار الخلية النباتية ، يُعتقد أن البكتين تعمل كموقع لترسيب وتوسيع شبكة الجليكان التي لها أدوار مهمة في مسامية الجدار والالتزام بالخلايا الأخرى.

علاوة على ذلك ، للبكتين استخدامات صناعية كعوامل تبلور ومثبتة في الأغذية ومستحضرات التجميل ؛ لقد تم استخدامها في تصنيع الأغشية الحيوية والمواد اللاصقة وبدائل الورق والمنتجات الطبية للزرع أو ناقلات الأدوية.

تشير العديد من الدراسات إلى فوائده على صحة الإنسان ، حيث ثبت أنه يساهم في خفض مستويات الكوليسترول والجلوكوز في الدم ، بالإضافة إلى تحفيز جهاز المناعة.

بناء

البكتين هي عائلة من البروتينات تتكون أساسًا من وحدات حمض الجالاكتورونيك المرتبطة تساهميًا معًا. يمثل حمض الجالاكتورونيك حوالي 70٪ من التركيب الجزيئي الكامل للبكتينات ويمكن تثبيته في المواضع O-1 أو O-4.

حمض الجالاكتورونيك هو مادة سداسية ، أي أنه سكر به 6 ذرات كربون وتركيبته الجزيئية هي C6H10O.

لها وزن جزيئي يزيد عن 194.14 جم / مول ويختلف هيكليًا عن الجالاكتوز ، على سبيل المثال ، حيث يرتبط الكربون في الموضع 6 بمجموعة الكربوكسيل (COOH) وليس بمجموعة الهيدروكسيل (-OH).

يمكن العثور على أنواع مختلفة من البدائل في بقايا حمض الجالاكتورونيك ، والتي تحدد بشكل أو بآخر الخصائص الهيكلية لكل نوع من أنواع البكتين ؛ بعض أكثر المجموعات شيوعًا هي مجموعات الميثيل (CH3) المُسترة إلى الكربون 6 ، على الرغم من أنه يمكن أيضًا العثور على السكريات المحايدة في السلاسل الجانبية.

دمج المجال

لقد قرر بعض الباحثين أن البكتينات المختلفة الموجودة في الطبيعة ليست أكثر من مزيج من المجالات المتجانسة أو الملساء (بدون فروع) والبعض الآخر شديد التشعب أو "الشعر" ، والتي يتم دمجها مع بعضها بنسب مختلفة.

تم تحديد هذه المجالات على أنها مجال homogalacturonan ، وهو أبسط المجالات على الإطلاق ، وهو المجال الذي يحتوي على أقل عدد من السلاسل الجانبية "المبهرجة" ؛ المجال rhamnogalacturonan-I ومجال rhamnogalacturonan-II ، أحدهما أكثر تعقيدًا من الآخر.

نظرًا لوجود بدائل مختلفة وبنسب مختلفة ، فإن الطول والتعريف الهيكلي والوزن الجزيئي للبكتينات متغيرة للغاية ، وهذا يعتمد أيضًا ، إلى حد كبير ، على نوع الخلية والأنواع المعتبرة.

أنواع أو مجالات

يمكن العثور على حمض الجالاكتورونيك الذي يشكل الهيكل الرئيسي للبكتين في شكلين بنيويين مختلفين يشكلان العمود الفقري لثلاثة مجالات عديد السكاريد الموجودة في جميع أنواع البكتين.

تُعرف هذه المجالات باسم homogalacturonan (HGA) و rhamnogalacturonan-I (RG-I) و rhamnogalacturonan-II (RG-II). يمكن ربط هذه المجالات الثلاثة تساهميًا ، وتشكيل شبكة سميكة بين جدار الخلية الأساسي والصفيحة الوسطى.

Homogalacturonan (HGA)

وهو عبارة عن بوليمر متجانس خطي يتكون من بقايا حمض D-galacturonic المرتبطة معًا بواسطة روابط الجلوكوزيد من النوع α-1،4. يمكن أن تحتوي على ما يصل إلى 200 من بقايا حمض الجالاكتورونيك وتتكرر في بنية العديد من جزيئات البكتين (تضم أكثر أو أقل من 65٪ من البكتين)

يتم تصنيع عديد السكاريد هذا في مجمع جولجي للخلايا النباتية ، حيث تم تعديل أكثر من 70 ٪ من بقاياها عن طريق أسترة مجموعة الميثيل على الكربون الذي ينتمي إلى مجموعة الكربوكسيل في الموضع 6.

التركيب الكيميائي لـ homogalacturonan (المصدر: NEUROtiker عبر ويكيميديا ​​كومنز)

تعديل آخر يمكن أن تخضع له بقايا حمض الجالاكتورونيك في مجال homogalacturonan هو أستلة (إضافة مجموعة أسيتيل) من الكربون 3 أو الكربون 2.

بالإضافة إلى ذلك ، تحتوي بعض البكتين على بدائل زيلوز في الكربون 3 لبعض بقاياها ، مما ينتج عنه مجال مختلف يعرف باسم زيلوغالاكتورونان ، وفير في الفواكه مثل التفاح والبطيخ والجزر وفي طبقة بذور البازلاء.

Ramnogalacturonan-I (RG-I)

هذا هو عديد السكاريد غير المتجانسة يتكون من أقل من 100 تكرار لثنائي السكاريد المكون من L-rhamnose و D-galacturonic acid. يمثل ما بين 20 و 35٪ من البكتين ويعتمد تعبيره على نوع الخلية ولحظة التطور.

تحتوي الكثير من بقايا رامنوسيل في عمودها الفقري على سلاسل جانبية تمتلك بقايا L-arabinofuranose و D-galactopyranose فردية أو خطية أو متفرعة. قد تحتوي أيضًا على بقايا الفوكوز والجلوكوز وبقايا الجلوكوز الميثيل.

Ramnogalacturonan II (RG-II)

هذا هو البكتين الأكثر تعقيدًا ويمثل فقط 10٪ من البكتين الخلوي في النباتات. يتم الحفاظ على هيكلها بشكل كبير في الأنواع النباتية ويتكون من هيكل عظمي متماثل من 8 بقايا حمض D-galacturonic على الأقل مرتبطة بـ 1.4 رابط.

في سلاسلها الجانبية ، تحتوي هذه البقايا على فروع لأكثر من 12 نوعًا مختلفًا من السكريات ، مرتبطة من خلال أكثر من 20 نوعًا مختلفًا من الروابط. من الشائع العثور على rhamnogalacturonan-II في شكل ديمر ، مع ربط الجزأين معًا بواسطة رابطة استر بورات ديول.

المميزات

البكتين عبارة عن بروتينات هيكلية بشكل أساسي ، وبما أنها يمكن أن ترتبط بعديد السكاريد الأخرى مثل الهيميسليلوز ، الموجودة أيضًا في جدران الخلايا للنباتات ، فإنها تضفي الحزم والصلابة على الهياكل المذكورة.

في الأنسجة الطازجة ، يؤدي وجود مجموعات الكربوكسيل الحرة في جزيئات البكتين إلى زيادة الاحتمالات وقوة الارتباط لجزيئات الكالسيوم بين بوليمرات البكتين ، مما يمنحها مزيدًا من الاستقرار الهيكلي.

كما أنها تعمل كعامل ترطيب وكمواد التصاق لمختلف مكونات النسيج الخلوي لجدار الخلية. بالإضافة إلى ذلك ، يلعبون دورًا مهمًا في التحكم في حركة الماء والسوائل النباتية الأخرى من خلال الأجزاء الأسرع نموًا من الأنسجة في النبات.

تشارك السكريات القليلة المشتقة من جزيئات بعض البكتين في تحريض أنسجة نباتية معينة ، مما يعزز بدوره تراكم جزيئات مثبطات الأنزيم البروتيني (الإنزيمات التي تحلل البروتينات).

لهذه الأسباب ، تعتبر البكتين مهمة للنمو والتطور والتكوين ، وعمليات إشارات الخلايا الخلوية والالتصاق ، والدفاع ، وتمدد الخلايا ، وترطيب البذور ، وتنمية الفاكهة ، من بين أمور أخرى.

الأطعمة الغنية بالبكتين

تعتبر البكتين مصدرًا مهمًا للألياف الموجودة في عدد كبير من الخضار والفواكه التي يستهلكها الإنسان يوميًا ، حيث إنها جزء هيكلي من جدران الخلايا لمعظم النباتات الخضراء.

يتواجد بكثرة في قشور الحمضيات مثل الليمون والليمون والجريب فروت والبرتقال واليوسفي وفاكهة الباشن (باشن فروت أو باشن فروت) ، ومع ذلك ، فإن كمية البكتين المتوفرة تعتمد على حالة نضج الفواكه.

الفاكهة الأكثر خضرة أو أقل نضجًا هي تلك التي تحتوي على نسبة أعلى من البكتين ، وإلا تلك الفاكهة الناضجة جدًا أو التي لا معنى لها.

مربى ، حلو أو جيلي ، أحد تطبيقات الطهي للبكتين (الصورة بواسطة RitaE على pixabay.com)

تشمل الفواكه الأخرى الغنية بالبكتين التفاح والخوخ والموز والمانجو والجوافة والبابايا والأناناس والفراولة والمشمش وأنواع مختلفة من التوت. من بين الخضار التي تحتوي على كميات وفيرة من البكتين الطماطم والفاصوليا والبازلاء.

علاوة على ذلك ، يشيع استخدام البكتين في صناعة المواد الغذائية كإضافات هلامية أو مثبتات في الصلصات والجاليهات والعديد من الأنواع الأخرى من المستحضرات الصناعية.

التطبيقات

في صناعة المواد الغذائية

نظرًا لتكوينها ، فإن البكتين جزيئات عالية الذوبان في الماء ، ولهذا السبب لها تطبيقات متعددة ، خاصة في صناعة الأغذية.

يتم استخدامه كعامل التبلور أو التثبيت أو السماكة للعديد من مستحضرات الطهي ، وخاصة الجيلي والمربى والمشروبات التي تحتوي على الزبادي والميلك شيك بالحليب والفواكه والآيس كريم.

يشتهر البكتين بصنع المربى (الصورة بواسطة ميشال جارمولوك على pixabay.com)

يعتمد الإنتاج الصناعي للبكتين لهذه الأغراض على استخراجه من قشور الفاكهة مثل التفاح وبعض ثمار الحمضيات ، وهي عملية تتم في درجات حرارة عالية وفي ظروف درجة الحموضة الحمضية (درجة حموضة منخفضة).

في صحة الإنسان

بالإضافة إلى كونها موجودة بشكل طبيعي كجزء من الألياف في العديد من الأطعمة النباتية التي يستهلكها الإنسان يوميًا ، فقد ثبت أن البكتين لها تطبيقات "دوائية":

- في علاج الإسهال (ممزوج بمستخلص البابونج)

- منع التصاق الكائنات الدقيقة المسببة للأمراض بالغشاء المخاطي للمعدة ، وتجنب التهابات الجهاز الهضمي

- لها تأثيرات إيجابية كمنظم للمناعة في الجهاز الهضمي

- يخفض نسبة الكوليسترول في الدم

- إنقاص معدل امتصاص الجلوكوز في مصل مرضى السمنة والسكري

المراجع

1. BeMiller ، JN (1986). مقدمة عن البكتين: التركيب والخصائص. كيمياء ووظيفة البكتين ، 310 ، 2-12.
2. Dergal ، SB ، Rodríguez ، HB ، & Morales ، AA (2006). كيمياء الغذاء. تعليم بيرسون.
3. موهنين ، د. (2008). هيكل البكتين والتخليق الحيوي. الرأي الحالي في بيولوجيا النبات ، 11 (3) ، 266-277.
4. Thakur، BR، Singh، RK، Handa، AK، & Rao، MA (1997). الكيمياء واستخدامات البكتين- مراجعة. مراجعات نقدية في علوم الأغذية والتغذية ، 37 (1) ، 47-73. Thakur، BR، Singh، RK، Handa، AK، & Rao، MA (1997). الكيمياء واستخدامات البكتين- مراجعة. مراجعات نقدية في علوم الأغذية والتغذية ، 37 (1) ، 47-73.
5. Voragen، AG، Coenen، GJ، Verhoef، RP، & Schols، HA (2009). البكتين ، عديد السكاريد متعدد الاستخدامات موجود في جدران الخلايا النباتية. الكيمياء الإنشائية ، 20 (2) ، 263.
6. Willats ، WG ، McCartney ، L. ، Mackie ، W. ، & Knox ، JP (2001). البكتين: بيولوجيا الخلية وآفاق التحليل الوظيفي. البيولوجيا الجزيئية النباتية، 47 (1-2) ، 9-27.