Polysacharidy – betaglukany (shrnutí článků)
Nejznámějšími houbovými polysacharidy jsou beta glukany, tj. polymery beta glukózy. To jsou polysacharidy s dlouhým řetězcem, jehož základem je glukóza.
Názvy glukanů jsou pak odvozené od glykosilových vazebných pozic. Glukóza je vázaná na pozici 1,3 a 1,6, a např. 1→4 vazba se objevuje v celulóze, což z ní také činí beta glukan. Na hlavní řetězec se mohou v různých pozicích napojovat i postranní řetězce.
Postranní řetězce vytvářejí 3D strukturu, kterou stabilizují vazby nacházející se mezi řetězci. Beta glukany, jak je vidět, je heterogenní skupinou, což je dáno i tím, že je možné získat je z mnoha zdrojů, např. řas, kvasinek, obilovin. Složení beta glukanů u jednotlivých zdrojů bývá rozdílné.
Buněčná stěna hub se skládá hlavně z 1→3 alfa beta glukanu 1→3 beta glukanu, 1→6 beta glukanu, chitinu a glykoproteinů. Kvasinky se pak od vyšších hub liší tím, že jejich stěna postrádá 1→3 alfa glukan.
Dělení beta glukanů dle rozpustnosti ve vodě
Rozpustné ve vodě, tvoří ve vodě gel – vysokomolekulární rozvětvené glukany, grifolan z maitake, lineární beta glukany z mořských řas a glukany změněné např. fosforylací, sulfonací.
Nerozpustné ve vodě
Dle rozpustnosti v kyselinách a zásadách
1→3 beta glukany nerozpustné v kyselině octové a zásadách, pomáhají udržovat pevnost buněčné stěny
1→3 beta glukany rozpustné v zásadách mají schopnost zachovat pružnost buněčné stěny
1→6 vysoce rozvětvené beta glukany zajišťují propojení glukanů s dalšími polysacharidy, např. chitinem.
Mnohé beta glukany jsou pojmenovány podle svého zdroje, např.
grifolan (Grifola frondosa), který je složený z 1→3 glukanové kostry s beta1→6 glukanovými postranními řetězci, stupeň rozvětvení je 0,31−0,36
lentinan (Lentinula edodes) je tvořen z 1→3 -glukanové kostry s beta1→6 glukanovými postranními řetězci, stupeň rozvětvení je 0,23−0,33
pleuran (Pleurotus ostreatus.) 0,25
schizofyllan (Schizophyllum commune)
ganopoly (Ganoderma lucidum)
Aktivita a účinky glukanů
Aktivita glukanů se odvíjí z velké části od jejich větvení. Toto je udáváno v hodnotách stupňů větvení, je potzvrzeno, že beta glukany s hodnotou vyšší 0,22 mají vysokou aktivitu. Tuto hodnotu houby dosahují i přesahují. Beta glukan z Auricularie má 0,75, ale např. kvasničný glukan má hodnotu 0,03−0,2.
Rozvětvení glukanů se také podílí i na jejich molekulové hmotnosti. Ta je také spojována s jejich biologickou aktivitou. Beta glukany vyšší molekulové hmotnosti vykazují i vyšší aktivitu, a to např. při stimulaci imunitních buněk či působení proti rakovinnému bujení.
Navíc se zdá, že vyšší aktivitu mají 1→3 beta glukany.
Na aktivitu a účinek glukanů má též vliv molekulová hmotnost. Je prokázáno, že beta glukany s molekulovou hmotností 5‒10 kDa mají velmi nízkou aktivitu a účinky. Naproti tomu beta glukany s molekulovou hmotností 100‒200 kDa vykazují nejvyšší aktivitu.
Na účinnost beta glukanů má také vliv jejich prostorové uspořádání, které může mít podobu jedno nebo trojšroubovice, přičemž biologicky aktivnější se zdá tripl helix. Dalším faktorem ovlivňujícím aktivitu beta glukanu je i celkový náboj molekuly.
Musíme též brát v úvahu farmakodynamiku a farmakokinetiku beta glukanů, zda jsou vstřebány sliznicí v trávicím traktu, nebo působí pouze místně, tedy ve střevě, kde se nacházejí, než opustí organismus. Jistě hraje roli i fakt, s jakou rychlostí se vstřebávají a udržují se v krevním séru, a jak rychle klesá jejich koncentrace, tedy jak rychle jsou vylučovány, eliminovány z krevní plazmy.
Biologické účinky beta glukanů
Imunomodulační vliv na imunitní systém
Beta glukany mají posilující vliv, kdy zvyšují odolnost proti infekčním nemocem, ať už virovým, bakteriálním, či houbovým. Stimulují imunitní systém v boji proti rakovinnému bujení.
Jakožto součást hub, které mohou být pro člověka i infekčním agens stimulují beta glukany receptory exprimované buňkami imunitního systému rozpoznávající tzv. nebezpečné vzory. Jedná se např. o Toll like receptory, Dectin 1, dále pak o receptory jako lactosylceramid, ale i na CR3, CD5 aj. Nejvýraznější stimulační efekt na buňky vrozené imunity, jako jsou makrofágy, dendritické buňky, neutrofily, NK buňky, ale neopomíjí ani buňky získané imunity, tj. T a B lymfocyty, či dokonce buňky do imunitního systému nepatřící jako fibroblasty či endotelové a epitelové buňky.
Krom buněčné imunity stimulují i tu humorální, podporují aktivaci komplementu a stimulují tvorbu protilátek.
Vazbou na receptory beta glukan imunitní buňky aktivuje, což např. u makrofágů zahrnuje zvýšení produkce prozánětových cytokinů, růstových faktorů, jež stimulují proliferaci buněčných populací, fagocytózy, tvorby kyslíkových a dusíkových radikálů při oxidačním vzplanutí a zvýšenou aktivací iNOS (inducibilní NO syntézy), u NK buněk krom jiného zvyšují i jejich cytotoxicitu.
Buňky imunitního systému tak mohou být beta glukany aktivovány přímo, či zprostředkovaně např. díky zvýšené produkci cytokinů. IL-12, INF-γ aj. pomáhají stimulovat T lymfocyty.
Naproti tomu je známá též tlumivá aktivita a to např. při vazbě na receptor CD5 na T lymfocytech, což u nich zvyšuje produkci inhibičního cytokinu IL-10.
V případě alergických onemocnění je pak podstatné, že beta glukan podporuje přesun aktivity od Th2 k Th1, a to hlavně díky zvýšené produkci INF-γ stimulovanými buňkami. Th2 lymfocytární subset má zásluhu na tom, že B lymfocyty tvoří IgE protilátky, které jsou zodpovědné za degranulaci mastocytů a bazofilů.
Protinádorové účinky beta glukanů
Beta glukany ovlivňují nádorové bujení dvojím způsobem. Jednak stimuluje imunitní systém, který se pak aktivnějí obrací proti rakovinným buňkám, a jednak má přímý vliv na nádorové buňky. U nádorových buněk zastavuje buněčné dělení, působí cytostaticky. Některé studie pak potvrzují i jejich cytotoxické účinky, kdy navozují u nádorových buněk apoptózu. Těmito mechanismy pak dochází k omezení růstu, a dokonce zmenšování nádorové masy. Navíc pak dokážou beta glukany omezit i angiogenezi a tím i možnost nádorového metastazování krevní cestou.
Jejich protirakovinné působení je pak nepřímo dáno i snižováním oxidačního stresu, vychytáváním a neutralizací volných radikálů, jež mohou stát za rozvojem nádorového bujení. Beta glukany také výrazně podporují účinnost konvenční protinádorové terapie.
Protiinfekční aktivita beta glukanů
Opět se zde setkáváme s posílením aktivity imunitního systému, který se pak lépe vypořádá.
Podobně pak jako v případě nádorových bujení je zdokumentován přímý vliv beta glukanů na infekční agens. Např. lentinan dokáže inhibovat růst kandidy či „zlatého stafylokoka“, navíc dokáže zpomalit růst mykobakterií či listerií. Mají též prostatické účinky, např. na herpetické viry. Tímto se beta glukany stávají účinné v léčbě bakteriálních sepsí i HIV či infekčních hepatitid. Navíc posilují léčebný efekt klasické protiinfekční léčby.
Snižování hladiny lipidů a cukrů v krvi
Jednotlivé pokusy na zvířatech i lidech ukázaly, že při podávání beta glukanů dochází k úpravě hladin „nebezpečných“ lipidů. Tím je snižováno riziko rozvoje srdečně cévních nemocí a stejně tak i postižení jater.
Při podávání beta glukanů dochází ke snižování hladině cholesterolu, LDL, triglyceridů ve prospěch zvýšení HDL. U diabetiků druhého typu bývá velkým problémem snižování citlivosti buněk na inzulin, tj. je přítomná inzulinorezistence. Beta glukany tento stav dokáží zvrátit, zvyšují též glukózovou toleranci, zvyšuje produkci inzulínu a snižují hladinu glukózy v krvi.
Vychytávání volných radikálů a mykotoxinů aj.
Klinická studie
Kateřina Smetanová, Beta-glukany (bakalářská práce) Brno, květen 2007.
The History of Beta Glucan. Beta Force: The only answer 2012
[cit. 2014-07-25]. http://www.beta-glucaninfo. com/history_betaglucan.htm
History of Beta-1,3/1,6-Glucan Research. Beta Glucan Research
[online]. 2014 [cit. 2014-07-25]. http://www.betaglucan.org/history.htm
Petr Šíma, Betaglukany – nadějné přírodní imunomodulační látky, živa 2/2012
Miroslav Novák, β-glukany, historie a současnost, Chem. Listy 101, 872−880 (2007).
Lei H, Zhang M, Wang Q, Guo S, Han J, Sun H, Wu W.
MT-α-glucan from the fruit body of the maitake medicinal mushroom Grifola frondosa (higher Basidiomyetes) shows protective effects for hypoglycemic pancreatic β-cells. Int J Med Mushrooms. 2013;15(4):373-81.
Medicinal Mushrooms:Their therapeutic properties and current medicalusage with special emphasis on cancer treatments http://www.academia.edu/305933/Medicinal_Mushrooms_Their_therapeutic_properties_and_current_medical_usage_with_special_emphasis_on_cancer_treatments
Novák, M., Větvička, V. (2008), β-Glucans, history and the present: immunomodulatory aspects and mechanisms of action. J. Immunotoxicol. 5: 47-57.
Hong L, Xun M, Wutong W. Anti-diabetic effect of an alpha-glucan from fruit body of maitake (Grifola frondosa) on KK-Ay mice. J Pharm Pharmacol. 2007;59(4):575-82.
Lenz LL.CD5 sweetens lymphocyte responses. Proc Natl Acad Sci U S A. 2009;106(5):1303-4.
Nandita Bose,Anissa Chan, Adria Bykowski Jonas, Xiaohong Qiu, William Grossman. Recognition of soluble yeast β-1,3/1,6 glucan by complement receptor 1 is essential for it to bind complement receptor 3 on human neutrophils and monocytes, and complement receptor 2 on B cells (P3048). The Journal of Immunology, 2013, 190, 125.2
Structure elucidation and immunological function analysis of a novel β-glucan from the fruit bodies of
Polyporus umbellatus (Pers.) Fries. J Hematol Oncol. 2009;2:25.
Chan GC, Chan WK, Sze DM.The effects of beta-glucan on human immune and cancer cells. J Hematol Oncol. 2009 Jun 10;2:25.
Akramiene D, Kondrotas A, Didziapetriene J, Kevelaitis E.Effects of beta-glucans on the immune system. Medicina (Kaunas). 2007;43(8):597-606.
Driscoll M, Hansen R, Ding C, Cramer DE, Yan J.Therapeutic potential of various beta-glucan sources in conjunction with anti-tumor monoclonal antibody in cancer therapy. Cancer Biol Ther. 2009;8(3):218-25.
Fullerton SA, Samadi AA, Tortorelis DG, Choudhury MS, Mallouh C, Tazaki H, Konno S.
Induction of apoptosis in human prostatic cancer cells with beta-glucan (Maitake mushroom polysaccharide). Mol Urol. 2000 Spring;4(1):7-13.
Yamamoto K, Kimura T, Sugitachi A, Matsuura N.
Anti-angiogenic and anti-metastatic effects of beta-1,3-D-glucan purified from Hanabiratake, Sparassis crispa. Biol Pharm Bull. 2009 Feb;32(2):259-63.
- Hetland et al. Antimicrobial effects of β-glucans and pectin and of the Agaricus blazei-based mushroom extract, AndoSanTM. Examples of mouse models for pneumococcal-, fecal bacterial-, and mycobacterial infections. http://www.formatex.info/microbiology4/vol2/889-898.pdf
Cardozo FT, Camelini CM, Leal PC, Kratz JM, Nunes RJ, Mendonça MM, Simões CM. Antiherpetic mechanism of a sulfated derivative of agaricus brasiliensis fruiting bodies polysaccharide. Intervirology. 2014;57(6):375-83.
Adotey G, Quarcoo A, Holliday JC, Fofie S, Saaka BEffect of immunomodulating and antiviral agent of medicinal mushrooms (immune assist 24/7) on CD4+ T-lymphocyte counts of HIV-infected patients. Int J Med Mushrooms. 2011;13(2):109-13.
Queenan KM, Stewart ML, Smith KN, Thomas W, Fulcher RG, Slavin JL. Concentrated oat β-glucan, a fermentable fiber, lowers serum cholesterol in hypercholesterolemic adults in a randomized controlled trial. Nutrition Journal. 2007;6:6. doi:10.1186/1475-2891-6-6.
Rop O, Mlcek J, Jurikova T. Beta-glucans in higher fungi and their health effects. Nutr Rev. 2009 Nov;67(11):624-31.
Chen J, Raymond K. Beta-glucans in the treatment of diabetes and associated cardiovascular risks. Vascular Health and Risk Management. 2008;4(6):1265-1272.
Vidyasagar Devaprasad Dedeepiya, Gurusamy Sivaraman, Athi P. Venkatesh, Senthilkumar Preethy, and Samuel J. K. Abraham, “Potential Effects of Nichi Glucan as a Food Supplement for Diabetes Mellitus and Hyperlipidemia: Preliminary Findings from the Study on Three Patients from India,” Case Reports in Medicine, vol. 2012, Article ID 895370, 5 pages, 2012
Vetvicka V, Vetvickova J.Physiological effects of different types of beta-glucan. Biomed Pap Med Fac Univ Palacky Olomouc Czech Repub. 2007 Dec;151(2):225-31.
Pai-Feng Kao, Shwu-Huey Wang, Wei-Ting Hung, Yu-Han Liao, Chun-Mao Lin, and Wen-Bin Yang, “Structural Characterization and Antioxidative Activity of Low-Molecular-Weights Beta-1,3-Glucan from the Residue of Extracted Ganoderma lucidum Fruiting Bodies,” Journal of Biomedicine and Biotechnology, vol. 2012, Article ID 673764, 8 pages, 2012.
