グルカン

グルカンは、 D-グルコース[ 1 ]から誘導される多糖類で、グリコシド結合によって結合しています。グルカンには、α-グルカンとβ-グルカンの2つの形態があります。多くのβ-グルカンは医学的に重要であり、エキノキャンディン系抗真菌薬の薬物標的となっています。

細菌学の分野では、ポリグルカンという用語は高分子量のグルカンを指すために使用されます。ポリグルカンは、数百から数千のD-グルコースモノマーが長い直鎖状に連なった構造多糖です。[ 2 ]結合点はO-グリコシド結合であり、グリコシド酸素がグリコシドと還元末端糖を結合します。ポリグルカンは細菌の細胞壁に自然に存在します。細菌は、この多糖を細菌細胞の近くにクラスター状に生成します。ポリグルカンはβ-グルカンの供給源です。構造的には、β-1,3-グルカンはβ-1,3構造で結合した複雑なグルコースホモポリマーです。[ 3 ]

種類

グルカンは以下の通りである（α-とβ-の数字はO-グリコシド結合の種類と関与する特定の炭素を示している）[ 4 ]

アルファ

ベータ

プロパティ

グルカンの特性としては、口腔内の酸や酵素に対する耐性と水への不溶性などが挙げられます。穀物から抽出されたグルカンは、水溶性と不溶性の両方の性質を持つ傾向があります。

構造

グルカンはグルコースモノマーから誘導される多糖類です。モノマーはグリコシド結合によって結合しています。グルコースをベースとした多糖類には、1,6-結合グルカン（デンプン）、1,4-結合グルカン（セルロース）、1,3-結合グルカン（ラミナリン）、および1,2-結合グルカンの4種類があります。

レボグルコサン単位からなる主鎖非加水分解性線状ポリマーの最初の代表例は、 1985年にレボグルコサンの2,3-エポキシ誘導体（1,6;2,3-ジアンヒドロ-4-O-アルキル-β- D-マンノピラノース）のアニオン重合によって合成されました。[ 5 ]

2,3-ポリマー

異なるラジカルRを持つ幅広いユニークなモノマーを合成できます。[ 6 ] R = -CH 3、[ 5 ] -CH 2 CHCH 2、[ 7 ]および -CH 2 C 6 H 5を持つポリマーが合成されました。[ 8 ]これらの誘導体の重合速度論、分子量、分子量分布の調査により、重合はリビング重合システムの特徴を持つことが示されました。このプロセスは、モノマーと開始剤のモル比に等しい重合度で、ポリマー鎖の停止および移動なしに進行します。[ 9 ] [ 10 ]したがって、ポリマーの上限値の分子量は、システム内の制御できない量のポリマー鎖の停止剤の存在を決定するシステムの精製度のみを決定します。

ポリ（２−３）−Ｄ−グルコースはベンジル（Ｒ＝−CH2C6H5）官能化ポリマーの変換によって合成された。[ 8 ]

ポリグルコース

3,4-エポキシレボグルコサン（1,6;3,4-ジアンヒドロ-2-O-アルキル-β- D-ガラクトピラノース）を重合すると、3,4-結合レボグルコサンポリマーが形成される。[ 11 ]

3,4-ポリマー

ポリマー鎖の各ユニットに1,6-無水構造が存在するため、研究者は高度に発達した炭水化物化学のあらゆる手法を応用し、非常に興味深い生物学的応用ポリマーを合成することが可能です。これらのポリマーは、主鎖に炭水化物ユニットを有する唯一の既知の規則性ポリエーテルです。[ 12 ] [ 13 ]

生化学合成

シアノバクテリアや微細藻類などの光合成微生物は、現在、ポリグルカン生産に利用されています。これらの生物は光合成活性が高く、耕作地を利用せずに年間を通して栽培できるためです。ポリグルカン代謝の制御と操作には、ポリグルカン生産機構の解明が必要であるため、シアノバクテリアや微細藻類の培養は、栄養供給を調整し、培地を交換することで行われます。[ 14 ]これらの活性は、これらの生物からのポリグルカンの増殖を促進します。

いくつかのシアノバクテリア酵素はα-1,2-グルカンを合成することができる。[ 15 ]

機能

グルカンは多様な機能を果たします。細胞内では、特定のグルカンがエネルギーを貯蔵し、細胞構造を強化し、認識作用を示し、病原体の毒性を高めます。[ 16 ]

グリコーゲンとデンプンは、細胞のエネルギー貯蔵を担う重要なグルカンです。免疫系の受容体分子、例えば補体受容体3（CR3）やCD5受容体は、侵入した細胞表面のβ-グルカンを認識し、結合します。[ 17 ]

ポリグルカンは微生物発酵の炭素源として利用されている。これまでポリグルカンの生産は栄養制限によって促進されてきたが、市場の需要を満たすためにはさらなる強化が必要である。バイオエタノール生産のためのポリグルカンの生産性向上には、栽培設計と遺伝子工学を組み合わせた戦略が用いられている。[ 14 ] ポリグルカンはエネルギー産業の別の分野でも利用されており、石油回収率を高めるためにバイオポリマーとして機能している。多糖類をバクテリア細胞に付着させ、水酸化ナトリウムなどのアルカリ溶液に混ぜて溶解させる。その後、注入井に注入する。多糖類が液体である必要があるのは、貯留層に注入できるようにするためだが、その後、別の化学物質を加えて多糖類をその場でゲル化/固化/沈殿させ、細孔を塞ぐ必要がある。次に、バイオポリマーを水と混合し、空の細孔の少なくとも30％を埋めるまで注入する。次に、酸性溶液またはCO 2を注入してHCOを形成する。−3これにより溶液は中和され、高透水性領域内にバイオポリマーであるポリグルカンが沈殿します。このポリグルカンの適用により、高透水性領域の約80%の透水性を低下させることができるという証拠があります。[ 18 ]石油会社は、透水性の低下から利益を得ることができます。なぜなら、石油は最も透水性の高い領域を流れる傾向があるからです。

プロポリスは栄養補助食品としても利用できます。2025年の研究では、「プロポリス抽出物とグルカン粒子を組み合わせることで、プロポリスの溶解性と生理活性が向上する」と結論付けられています。[ 19 ]

臨床的意義

ポリグルカンの免疫調節作用は、補体系の活性化を介してマクロファージの活性化を刺激することが実験で示されて以来、40年以上前から知られています。 [ 3 ]血液中の(1,3)-β-D-グルカンの検出は、侵襲性または播種性真菌感染症の同定手段としても用いられています。[ 20 ] [ 21 ]ただし、陽性検査は診断を確定するものではなく、陰性検査は感染を否定するものではありません。この検査は、アスペルギルス、カンジダ、ニューモシスチス・イロベチイの検出に役立ちます。[ 22 ]

参照

参考文献

  1. ^米国国立医学図書館医学件名表（MeSH）のグルカン
  2. ^ Glosbe.英語辞書. 2011年2月6日閲覧。
  3. ^ a b Longevie.ポリグルカン.
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