پکتین چیست؟ – به زبان ساده + ساختار و وظیفه

پکتین پلی‌ساکاریدی پیچیده است که در ساختار دیواره سلولی گیاهان وجود دارد. ساختار اصلی این پلیمر از زیرواحدهای اسیدی تشکیل شده است که پس از برهم کنش با یون کلسیم، ژل تشکیل می‌دهند. از ویژگی ژلی شدن این پلیمر طبیعی در صنایع غذایی و داروسازی استفاده می‌شود. در این مطلب به زبان ساده توضیح می‌دهیم پکتین چیست و چه ساختار و کاربردی دارد.

پکتین چیست؟

برای یادگیری نکات بیشتر در مورد پکتین، می‌توانید ویدیوی آموزشی زیر را مشاهده کنید:

ساختار پکتین

• هوموگالاکتورونان‌ها پکتین‌های خطی هستند که با اتصال آلفا-۱-۴-گلیکوزیدی بین زیرواحدهای دی گالاکتورونیک‌اسید (GalA) به وجود می‌آیند که در $$C_6$$ متیله و در $$O_2$$ یا $$O_3$$ استیله می‌شود. اضافه شدن زیرواحدهای زایلوز و آپیوز به زنجیره‌های جانبی انواع مختلف این نوع پکتین (زایلوگالاکتوران و آپیوگالاکتوران) را می‌سازد.
• زنجیره اصلی پکتین‌های رامنوگالاکتورونان 1 (RG-I) از دی‌ساکاریدهای ۴-آلفا-D-گالاکتورونیک‌اسید-(۱،۲)-آلفا-L-رامنوز تشکیل و زنجیره‌های جانبی قندهای خنثی (حداقل ۱۲ نوع کربوهیدرات) به زیر واحدهای رامنوز (D-گالاکتوز، L-آرابینوز و D-زایلوز) متصل می‌شوند.
• رامنوگالاکتورونان ۲ (RGII) یکی دیگر از پکتین‌های ساختاری و پلی‌ساکاریدی بسیار منشعب است که فراوانی کمتری نسبت به دو نوع قبلی دارد. زنجیره اصلی این پلی‌ساکارید مثل گالاکتورونان‌ها از کنار هم قرار گرفتن زیرواحدهای دی گالاکتورونیک‌اسید تشکیل شده است.

نقش پکتین در گیاهان

• تیغه میانی: این لایه خارجی‌ترین بخش دیواره سلولی است و ترکیبی ژلی از پلیمر پکتین است. تیغه میانی در تمام سلول‌های گیاهی وجود دارد و وظیفه اصلی اتصال دو سلول گیاهی کنار هم است.
• دیواره اولیه: این لایه بین غشای پلاسمایی و تیغه میانی ایجاد می‌شود. ترکیب این لایه از میکروفلامنت‌های سلولزی تشکیل شده است که در ماترکیس ژلی پکتین و همی‌سلولز قرار گرفته‌اند. این دیواره استحکام و انعطاف‌پذیری لازم برای رشد سلول گیاهی را به وجود می‌آورد.
• دیواره ثانویه: این دیواره پس از توقف تولید و ترشح دیواره اولیه در گیاهان چوبی ایجاد می‌شود. انعطاف‌پذیری این لایه از دیواره اولیه کمتر و استحکام آن بیشتر است. ترکیب این لایه علاوه بر سلولز و همی‌سلولز، از پلیمر لیگنین تشکیل شده است که به حرکت آب در آوندهای چوبی کمک می‌کند.

دیواره سلولی گیاهی نقش‌های متفاوتی در فرایندهای مکانیکی و زیستی سلول گیاهی بر عهده دارد.

• دیواره سلولی از سلول گیاهی در برابر فشارهای مکانیک محافظت و جهت رشد سلول را کنترل می‌کند.
• ورود آب به سیتوپلاسم سلول گیاهی فشار ترگر یا هیدروستاتیک داخل سلول را افزایش می‌دهد. تغییر آرایش فییلامنت‌های دیواره سلولی از پاره شدن غشای پلاسمایی در برابر این فشار جلوگیری می‌کند.
• پیام‌های دیواره سلولی، مسیرهای میتوز و رشد سلول را فعال می‌کند.
• منافذ دیواره سلولی، اجازه عبور به بعضی مواد ازجمله پروتئین‌ها را می‌دهد و از ورود سایر مواد به سلول جلوگیری می‌کند.
• سلول‌های گیاهی مجاور از راه پلاسمودسمای (منافذ موجود در دیواره سلولی برای عبور مولکول‌های پیام‌رسان و یون‌ها) دیواره سلولی با هم ارتباط برقرار می‌کنند.
• ترکیبات دیواره سلولی و یکپارچگی آن از ورود پاتوژن‌های ویروسی و باکتریایی به سیتوپلاسم سلول و تبخیر آب جلوگیری می‌کند.
• کربوهیدرات‌های لازم برای رشد سلول (به ویژه دانه) در دیواره سلولی ذخیره می‌شود.

سنتز پکتین در سلول گیاهی

پکتین تازه سنتز شده به دلیل وجود گروه‌های متیل-استر انحلال‌پذیری بسیار بیشتری در سیتوپلاسم دارد. آنزیم پکتین متیل استراز (PME) آنزیمی است که با جدا کردن گروه‌های متیل این پلیمر، انحلال‌پذیری آن را کاهش داده و امکان تشکیل کمپلکس با کلسیم را فراهم می‌کند. فعالیت این آنزیم و «پروتئین‌های مهارکننده» (Pectin Methyl-Esterase Inhibitors | PMEI) آن‌ها با تغییر آرایش پکتین‌ها، ویژگی‌های مکانیکی دیواره سلولی گیاهان را تغییر می‌دهند.

نقش پکتین در اتصال بین سلولی

تغییر شکل سلول به وسیله پکتین

کمپلکس پکتین کلسیم در دیواره سلولی

کمپلکس کلسیم-پکتین در فضای آپوپلاستی و بین پکتین‌های با درصد کم متیل و استر ایجاد می‌شود. برای تشکیل این کمپلکس دو بخش یک پلیمر پکتین یا دو زنجیره متفاوت پکتینی با یون کلسیم برهم‌کنش می‌کند و کلسیم پکتات ایجاد می‌شود. آرایش این کمپلکس ژلی شبیه به کلسیم-آلژینات به شکل سبد تخم مرغ است و استحکام دیواره سلولی را افزایش می‌دهد. به همین گیاهانی که کلسیم بیشتری دریافت می‌کنند نسبت به آفت‌ها و پاتوژن‌های محیطی مقاوم‌تر هستند.

تشکیل کمپلکس پکتین-کلسیم، آرایش نانوفیلامنت‌های دیواره سلولی را منظم‌تر می‌کند. به همین دلیل یکپارچگی دیواره سلولی در برابر پاتوژن‌ها افزایش یافته و پاسخ آن‌ها به تغییرات فشار ترگر تغییر شکل سلول را کنترل خواهد کرد. به علاوه حرکت مولکول‌ها از دیواره و غشای سلولی تنها از مسیرهای کانالی مشخص انجام خواهد شد.

آنزیم های تجزیه کننده پکتین

آنزیم‌های تجزیه‌کننده پکتین، مجموعه‌ای از آنزیم‌های هیدرولازی هستند که پیوندهای گلیکوزیدی را بین بخش‌های داخلی این پلیمر، زنجیره جانبی و انتها و ابتدای زنجیره هیدرولیز می‌کنند. به دلیل اختصاصی بودن پیوند هیدرولازی،استفاده از آنزیم‌ها ها اطلاعات بهتری نسبت به روش‌های شیمیایی در اختیار کاربر قرار می‌دهند.

فیلم آموزش زیست‌ شناسی سلولی در فرادرس

کلیک کنید

• اندوپلی‌گالاکتوروناز (Endo-polygalacturonases | EndoPG’s): آنزیم‌هایی هستند که پیوند گلیکوزیدی آلفا-۱-۴ بین زیرواحدهای گالاکورونیک‌اسید زنجیره اصلی را هیدرولیز می‌کند. فعالیت این آنزیم در پلیمرهایی که متیل استرازهای بیشتری دارند، کاهش می‌یابد. ایجاد برشی داخلی در زنجیره اصلی به شکل تصادفی انجام می‌شود.
• اگزوپلی‌گالاکتوروناز (Exopolygalacturonase | ExoPG): این آنزیم‌ها پیوند گلیکوزیدی آخرین گالاکتورونیک‌اسید در انتهای غیراحیاکننده پلیمر (زنجیره اصلی) را هیدرولیز می‌کنند.
• رامونوگالاکتورونان هیدرولاز (Rhamnogalacturonan hydrolase | RGH): این آنزیم‌ها پیوند بین گلاکتورونیک‌اسید و راموناز در ساختار اصلی RGI را هیدرولیز می‌کنند و در انتهای غیر احیاکننده زیرواحد راموناز باقی می‌گذارد. فعالیت این آنزیم مثل اندو و اگزو گالاکتورونازها، با افزایش زیرواحدهای استیل و استر کاهش می‌یابد.
• رامونوگالاکتورونان لیاز (Rhamnogalacturonan lyase | RGL): این آنزیم‌های پیوند گلیکوزیدی بین زیرواحدهای RGI در زنجیره اصلی پلیمر را می‌شکند و در انتهای غیر احیاکننده گالاکتورونیک‌اسید غیراشباع باقی می‌گذارد.
• رامونوگالاکتورونان رامونوهیدرولاز (Rhamnogalacturonan rhamnohydrolase | RGRH): این آنزم یکی از اعضای خانواده اگزوپکتینازها است که باقی‌مانده‌های رامونوزیل که با پیوند آلفا-۱-۴-گلیوکوزیدی به گالاکتورونیک‌اسید متصل است را از انتهای پلیمر جدا می‌کند.
• رامونوگالاکتورونان گالاکتو هیدرولاز (Rhamnogalacturonan galacturono hydrolase | RGGH): این آنزیم‌ها زیرواحدهای گالاکتورونیک‌اسید متصل به راموناز را در انتهای غیر احیاکننده در زنجیره اصلی RGI جدا می‌کنند اما بر GalA پکتین‌های هوموگالاکتورونان‌ها اثری ندارد.
• اندوزایلوگالاکتورونیک هیدرولاز (Endo xylogalacturonan hydrolase | XGH): این آنزیم پیوندهای آلفا-۱-۴ بین زایلوز-گلوکورنیک‌اسید-زایلوز را در زایلوگالاکتوران هیدرولیز می‌کند.

کاربرد پکتین در صنعت

پکتین یکی از پلی‌ساکاریدهایی است که به دلیل پیوند هیدروژنی با مولکول‌های آب، می‌تواند ترکیب ژلی تشکیل دهد به همین دلیل در تولید صنعتی ژله، مربا و مارمالاد کاربرد دارد. به علاوه از این ویژگی در صنایع شیرینی‌پزی، داروسازی و تولید پارچه استفاده می‌شود. برای مصارف صنعتی، این پلیمر را از پوست مرکبات و در برخی موارد از تفاله سیب پس از تولید آبمیوه استخراج می‌کنند.

مصرف پکتین چه مزایایی دارد ؟

تفاوت پکتین و لیگنین چیست ؟

جمع بندی

در این مطلب توضیح دادیم پکتین یکی از پلی‌ساکاریدهای طبیعی در ساختار دیواره سلولی گیاهان است که از زیرواحدهای گالاکتورونیک‌اسید تشکیل می‌شود. انواع این پلیمر با اضافه شدن زنجیره‌های جانبی قندهای خنثی ازجمله زایلوز ایجاد می‌شود. این پلیمر یکی از ترکیبات دیواره سلولی گیاهان است که به حفظ یکپارچگی دیواره، افزایش استحکام سلول، تغییر مورفولوژی سلول و تنظیم رشد آن نقش دارد.