PECTINE: STRUCTURE, FONCTIONS, TYPES, ALIMENTS, APPLICATIONS - LA BIOLOGIE - 2024

Les pectines sont le groupe des polysaccharides d'origine végétale de nature structurellement plus complexe, dont la structure principale est composée de résidus d'acide D-galacturonique liés par des liaisons glucosidiques de type α-1,4-D.

Dans les plantes dicotylédones et certaines monocotylédones non graminées, les pectines représentent environ 35% des molécules présentes dans les parois cellulaires primaires. Ce sont des molécules particulièrement abondantes dans les parois des cellules en croissance et en division, ainsi que dans les parties «molles» des tissus végétaux.

Unité de base de pectine, acide galacturonique estérifié en un groupe méthyle (-CH3) (Source: Simann13 via Wikimedia Commons)

Dans les cellules végétales supérieures, les pectines font également partie de la paroi cellulaire et de multiples preuves suggèrent qu'elles sont importantes pour la croissance, le développement, la morphogenèse, les processus d'adhésion cellule-cellule, la défense, la signalisation, expansion cellulaire, hydratation des graines, développement des fruits, etc.

Ces polysaccharides sont synthétisés dans le complexe de Golgi et sont ensuite transportés vers la paroi cellulaire au moyen de vésicules membranaires. On pense que les pectines, faisant partie de la matrice de la paroi cellulaire végétale, fonctionnent comme un site de dépôt et d'extension du réseau de glucane qui joue un rôle important dans la porosité de la paroi et l'adhérence à d'autres cellules.

En outre, les pectines ont des utilisations industrielles comme gélifiants et stabilisants dans les aliments et les cosmétiques; ils ont été utilisés dans la synthèse de biofilms, d'adhésifs, de substituts de papier et de produits médicaux pour implants ou supports de médicaments.

De nombreuses études soulignent ses avantages pour la santé humaine, car il a été démontré qu'ils contribuent à la diminution du cholestérol et de la glycémie, en plus de la stimulation du système immunitaire.

Structure

Les pectines sont une famille de protéines essentiellement constituées d'unités d'acide galacturonique liées entre elles de manière covalente. L'acide galacturonique représente environ 70% de la structure moléculaire totale des pectines et peut être attaché aux positions O-1 ou O-4.

L'acide galacturonique est un hexose, c'est-à-dire un sucre à 6 atomes de carbone dont la formule moléculaire est C6H10O.

Il a un poids moléculaire de plus ou moins 194,14 g / mol et diffère structurellement du galactose, par exemple, en ce que le carbone en position 6 est attaché à un groupe carboxyle (-COOH) et non à un groupe hydroxyle (-OH).

Différents types de substituants peuvent être trouvés sur les résidus d'acide galacturonique, qui définissent plus ou moins les propriétés structurales de chaque type de pectine; certains des plus courants sont les groupes méthyle (CH3) estérifiés en carbone 6, bien que des sucres neutres puissent également être trouvés dans les chaînes latérales.

Combinaison de domaines

Certains chercheurs ont déterminé que les différentes pectines présentes dans la nature ne sont rien de plus qu'une combinaison de domaines homogènes ou lisses (sans branches) et d'autres hautement ramifiés ou "poilus", qui sont combinés entre eux dans des proportions différentes.

Ces domaines ont été identifiés comme le domaine homogalacturonane, qui est le plus simple de tous et celui avec le moins de chaînes latérales "voyantes"; le domaine rhamnogalacturonan-I et le domaine rhamnogalacturonan-II, l'un plus complexe que l'autre.

En raison de la présence de différents substituants et dans des proportions différentes, la longueur, la définition structurale et le poids moléculaire des pectines sont très variables, et cela dépend aussi, dans une large mesure, du type de cellule et de l'espèce considérée.

Types ou domaines

L'acide galacturonique qui constitue la structure principale des pectines peut être trouvé sous deux formes structurelles différentes qui constituent le squelette de trois domaines polysaccharidiques trouvés dans tous les types de pectines.

Ces domaines sont connus sous le nom d'homogalacturonane (HGA), de rhamnogalacturonane-I (RG-I) et de rhamnogalacturonane-II (RG-II). Ces trois domaines peuvent être liés de manière covalente, formant un réseau épais entre la paroi cellulaire primaire et la lamelle médiane.

Homogalacturonane (HGA)

Il s'agit d'un homopolymère linéaire composé de résidus d'acide D-galacturonique liés entre eux par des liaisons glucosidiques de type α-1,4. Il peut contenir jusqu'à 200 résidus d'acide galacturonique et se répète dans la structure de nombreuses molécules de pectine (il comprend plus ou moins 65% des pectines)

Ce polysaccharide est synthétisé dans le complexe de Golgi de cellules végétales, où plus de 70% de ses résidus ont été modifiés par estérification d'un groupe méthyle sur le carbone appartenant au groupe carboxyle en position 6.

Structure chimique de l'homogalacturonane (Source: NEUROtiker via Wikimedia Commons)

Une autre modification que peuvent subir les résidus d'acide galacturonique dans le domaine homogalacturonane est l'acétylation (addition d'un groupe acétyle) du carbone 3 ou du carbone 2.

De plus, certaines pectines ont des substitutions de xylose au carbone 3 de certains de leurs résidus, ce qui donne un domaine différent connu sous le nom de xylogalacturonane, abondant dans les fruits tels que les pommes, les pastèques, les carottes et dans l'enveloppe des graines de pois.

Ramnogalacturonan-I (RG-I)

Il s'agit d'un hétéropolysaccharide composé d'un peu moins de 100 répétitions du disaccharide composé de L-rhamnose et d'acide D-galacturonique. Elle représente entre 20 et 35% des pectines et son expression dépend du type de cellule et du moment de développement.

Une grande partie des résidus rhamnosil dans son squelette ont des chaînes latérales qui possèdent des résidus L-arabinofuranose et D-galactopyranose individuels, linéaires ou ramifiés. Ils peuvent également contenir des résidus de fucose, du glucose et des résidus de glucose méthylé.

Ramnogalacturonan II (RG-II)

C'est la pectine la plus complexe et ne représente que 10% des pectines cellulaires des plantes. Sa structure est hautement conservée dans les espèces végétales et est formée par un squelette d'homogalacturonane d'au moins 8 résidus d'acide D-galacturonique liés par des liaisons 1,4.

Dans leurs chaînes latérales, ces résidus ont des branches de plus de 12 types de sucres différents, liées par plus de 20 types de liaisons différents. Il est courant de trouver du rhamnogalacturonane-II sous forme de dimère, les deux parties étant liées entre elles par une liaison ester borate-diol.

Caractéristiques

Les pectines sont principalement des protéines structurales et, comme elles peuvent s'associer à d'autres polysaccharides tels que les hémicelluloses, également présentes dans les parois cellulaires des plantes, elles confèrent fermeté et dureté auxdites structures.

Dans les tissus frais, la présence de groupes carboxyle libres dans les molécules de pectine augmente les possibilités et la force de liaison des molécules de calcium entre les polymères de pectine, ce qui leur confère encore plus de stabilité structurelle.

Ils fonctionnent également comme agent hydratant et comme matériau d'adhésion pour les différents composants cellulolytiques de la paroi cellulaire. En outre, ils jouent un rôle important dans le contrôle du mouvement de l'eau et d'autres fluides végétaux à travers les parties de tissu à croissance la plus rapide d'une plante.

Les oligosaccharides dérivés des molécules de certaines pectines participent à l'induction de la lignification de certains tissus végétaux, favorisant, à son tour, l'accumulation de molécules inhibitrices de protéase (enzymes qui dégradent les protéines).

Pour ces raisons, les pectines sont importantes pour la croissance, le développement et la morphogenèse, les processus de signalisation et d'adhésion cellule-cellule, la défense, l'expansion cellulaire, l'hydratation des graines, le développement des fruits, entre autres.

Aliments riches en pectine

Les pectines sont une source importante de fibres qui est présente dans un grand nombre de légumes et de fruits consommés quotidiennement par l'homme, car il s'agit d'une partie structurelle des parois cellulaires de la plupart des plantes vertes.

Il est très abondant dans les écorces d'agrumes comme les citrons, les limes, les pamplemousses, les oranges, les mandarines et les fruits de la passion (fruit de la passion ou fruit de la passion), cependant, la quantité de pectine disponible dépend de l'état de maturité du les fruits.

Les fruits les plus verts ou les moins mûrs sont ceux avec une teneur plus élevée en pectines, sinon les fruits trop mûrs ou trop cuits.

Confiture, sucrée ou gelée, l'une des applications culinaires de la pectine (Image de RitaE sur pixabay.com)

Les autres fruits riches en pectine comprennent les pommes, les pêches, les bananes, la mangue, la goyave, la papaye, l'ananas, les fraises, les abricots et divers types de baies. Parmi les légumes qui contiennent des quantités abondantes de pectine, on trouve les tomates, les haricots et les pois.

En outre, les pectines sont couramment utilisées dans l'industrie alimentaire comme additifs gélifiants ou stabilisants dans les sauces, les galées et de nombreux autres types de préparations industrielles.

Applications

Dans l'industrie alimentaire

Compte tenu de leur composition, les pectines sont des molécules très solubles dans l'eau, c'est pourquoi elles ont de multiples applications, notamment dans l'industrie alimentaire.

Il est utilisé comme gélifiant, stabilisant ou épaississant pour de multiples préparations culinaires, notamment les gelées et confitures, les boissons à base de yaourt, les milk-shakes au lait et aux fruits et les glaces.

La pectine est populaire pour faire des confitures (Image de Michal Jarmoluk sur pixabay.com)

La production industrielle de pectine à ces fins repose sur son extraction des écorces de fruits tels que les pommes et certains agrumes, un procédé qui est réalisé à haute température et dans des conditions de pH acide (pH bas).

En santé humaine

En plus d'être naturellement présentes comme partie de la fibre dans de nombreux aliments à base de plantes que les humains consomment quotidiennement, les pectines se sont avérées avoir des applications «pharmacologiques»:

- Dans le traitement de la diarrhée (mélangé à de l'extrait de camomille)

- Bloquer l'adhérence des microorganismes pathogènes à la muqueuse de l'estomac, évitant les infections gastro-intestinales

- Ils ont des effets positifs en tant qu'immuno-régulateurs du système digestif

- Abaisser le cholestérol sanguin

- Diminuer le taux d'absorption du glucose dans le sérum des patients obèses et diabétiques

Références

1. BeMiller, JN (1986). Une introduction aux pectines: structure et propriétés. Chimie et fonction des pectines, 310, 2-12.
2. Dergal, SB, Rodríguez, HB et Morales, AA (2006). Chimie alimentaire. Pearson Education.
3. Mohnen, D. (2008). Structure et biosynthèse de la pectine. Opinion actuelle en biologie végétale, 11 (3), 266-277.
4. Thakur, BR, Singh, RK, Handa, AK et Rao, MA (1997). Chimie et utilisations de la pectine-un examen. Critical Reviews in Food Science & Nutrition, 37 (1), 47-73. Thakur, BR, Singh, RK, Handa, AK et Rao, MA (1997). Chimie et utilisations de la pectine-un examen. Critical Reviews in Food Science & Nutrition, 37 (1), 47-73.
5. Voragen, AG, Coenen, GJ, Verhoef, RP et Schols, HA (2009). Pectine, un polysaccharide polyvalent présent dans les parois cellulaires végétales. Chimie structurale, 20 (2), 263.
6. Willats, WG, McCartney, L., Mackie, W., et Knox, JP (2001). Pectine: biologie cellulaire et perspectives d'analyse fonctionnelle. Biologie moléculaire végétale, 47 (1-2), 9-27.