KSYLOZA: CHARAKTERYSTYKA, STRUKTURA I FUNKCJE - BIOLOGIA - 2026

Ksyloza jest monosacharyd pięć atomów węgla oraz grupę aldehydową grupę funkcyjną, to jest klasyfikowana, wraz z powiązanymi ze rybozy i arabinoza, w grupie aldopentoses cukrów.

Koch w 1881 roku jako pierwszy odkrył i wyodrębnił go z drewna. Od tego czasu wielu naukowców zaklasyfikowało go jako jeden z najbardziej „rzadkich” i rzadkich cukrów, biorąc pod uwagę trudności i koszty jego uzyskania.

Projekcja Fishera dla D- i L-Xylose (Źródło: akane700 za Wikimedia Commons)

Jednak w 1930 roku amerykańskiej spółdzielni udało się pozyskać go z łuski nasion bawełny, znacznie tańszego surowca, i od tego czasu stał się popularny jako cukier dostępny po cenach porównywalnych z produkcją sacharozy.

Obecnie stosuje się różne metody w celu izolacji go z drewna różnych gatunków roślin drzewiastych oraz z niektórych odpadów.

Jego pochodne są szeroko stosowane jako słodziki w żywności i napojach opracowanych dla diabetyków, ponieważ nie przyczyniają się do wzrostu poziomu glukozy we krwi. Najbardziej syntetyzowaną pochodną używaną jako substancja słodząca jest ksylitol.

Wykorzystanie ksylozy jako źródła węgla w przemyśle fermentacji alkoholowej stało się w dzisiejszych czasach jednym z najważniejszych punktów badań naukowych.

cechy

Podobnie jak glukoza, ksyloza ma słodki smak, a niektóre badania wykazały, że ma około 40% słodkiego smaku glukozy.

Jako odczynnik jest dostępny w handlu w postaci białego krystalicznego proszku. Ma, podobnie jak wiele innych cukrów pentozowych, masę cząsteczkową około 150,13 g / mol i wzór cząsteczkowy C5H10O5.

Biorąc pod uwagę swoją polarną strukturę, ten monosacharyd jest łatwo rozpuszczalny w wodzie i ma temperaturę topnienia około 150 ° C.

Struktura

Najbardziej rozpowszechnioną formą lub izomerem w naturze jest D-ksyloza, podczas gdy postać L-ksylozy jest formą otrzymaną w wyniku syntezy chemicznej do użytku komercyjnego.

Węglowodan ten ma cztery grupy OH, a dzięki wolnej grupie aldehydowej jest uważany za cukier redukujący. Podobnie jak inne cukry, w zależności od podłoża, w którym się znajduje, można go znaleźć na różne sposoby (ze względu na kształt pierścienia).

Projekcja Hawortha dla Xylose (źródło: NEUROtiker via Wikimedia Commons)

Izomery cykliczne (półacetale) występują w roztworze w postaci piranów lub furanów, czyli w postaci pierścieni sześciu lub pięciu wiązań, które z kolei w zależności od położenia anomerycznej grupy hydroksylowej (-OH) mogą mieć bardziej izomeryczne formy .

cechy

W komórkach

Podobnie jak inne sacharydy, takie jak glukoza, fruktoza, galaktoza, mannoza i arabinoza, a także niektóre pochodne aminocukry, D-ksyloza jest monosacharydem, który można powszechnie znaleźć jako strukturalną część dużych polisacharydów.

Stanowi ponad 30% surowca otrzymanego w wyniku hydrolizy hemicelulozy pochodzenia roślinnego i może być fermentowany do etanolu przez niektóre bakterie, drożdże i grzyby.

Jako główny składnik polimerów ksylanu w roślinach, ksyloza jest uważana za jeden z najbardziej rozpowszechnionych węglowodanów na ziemi, zaraz po glukozie.

Hemiceluloza składa się w większości z arabinoksylanu, polimeru, którego szkielet składa się z ksyloz połączonych wiązaniami β-1,4, gdzie reszty arabinozy mogą być połączone w grupach -OH w pozycjach 2 'lub 3'. Te wiązania mogą być degradowane przez enzymy mikrobiologiczne.

Poprzez szlak metaboliczny fosforanu pentozy w organizmach eukariotycznych, ksyloza jest katabolizowana do ksylulozy-5-P, która pełni rolę pośrednika na tym szlaku dla późniejszej syntezy nukleotydów.

Ksyloza w nektarze

Jeszcze ponad dziesięć lat temu głównymi cukrami znajdowanymi w nektarze kwiatowym były glukoza, fruktoza i sacharoza. Mimo to dwa rodzaje z rodziny Proteaceae posiadają czwarty monosacharyd: ksylozę.

Rodzaje Protea i Faurea zawierają ten sacharyd w stężeniu do 40% w swoim nektarze, co było trudne do wyjaśnienia, ponieważ wydaje się, że nie jest on smaczny (efektowny lub smaczny) dla większości naturalnych zapylaczy tych roślin.

Niektórzy autorzy uważają tę cechę za mechanizm zapobiegawczy dla niespecyficznych odwiedzających kwiaty, podczas gdy inni uważają, że jej obecność ma więcej wspólnego z degradacją ścian komórkowych nektarników przez grzyby lub bakterie.

W medycynie

D-ksyloza jest również stosowana jako półprodukt do wytwarzania leków o funkcjach terapeutycznych. Jest stosowany jako zamiennik cukru w ​​celach przeciwpróchniczych (przeciwpróchniczych).

W medycynie weterynaryjnej służy do badania złego wchłaniania i w ten sam sposób uczestniczy w procedurach oceny jelitowej zdolności wchłaniania cukrów prostych u ludzi.

W przemyśle

Jak wspomniano wcześniej, jednym z najczęstszych zastosowań ksylozy, mówiąc komercyjnie, jest niskokaloryczny słodzik, a jego stosowanie zostało zatwierdzone przez FDA (Food and Drug Administration). .

Produkcja paliw alternatywnych, takich jak etanol, odbywa się głównie dzięki fermentacji węglowodanów obecnych w biomasie roślinnej, która stanowi długoterminowe źródło wspomnianego alkoholu.

Ksyloza jest drugim najczęściej występującym w przyrodzie węglowodanem, ponieważ jest częścią hemicelulozy, heteropolisacharydu obecnego w ścianie komórkowej komórek roślinnych, który jest ważną częścią włókien w drewnie.

Obecnie podejmuje się wiele wysiłków, aby przeprowadzić fermentację tego cukru w ​​celu wytworzenia większej ilości etanolu z tkanki roślinnej, wykorzystując do tego celu mikroorganizmy modyfikowane genetycznie (zwłaszcza bakterie i drożdże).

Wpływ ksylozy na metabolizm zwierząt

Wydaje się, że ksyloza jest bardzo rzadko wykorzystywana przez zwierzęta monogastryczne (zwierzęta z jednym żołądkiem, inne niż przeżuwacze, z więcej niż jedną jamą żołądkową).

Zarówno u drobiu, jak i trzody chlewnej, gdy w ich codziennej diecie znajduje się zbyt dużo D-ksylozy, można zaobserwować liniowy spadek średniego dziennego przyrostu masy ciała, wydajności żywienia i zawartości wydalanej suchej masy.

Tłumaczy się to niezdolnością większości zwierząt do degradacji polimerów hemicelulozy, dla których różne grupy badawcze otrzymały zadanie poszukiwania alternatyw, takich jak enzymy egzogenne, włączenie probiotyków i mikroorganizmów do dieta itp.

Niewiele wiadomo na temat metabolicznego wykorzystania ksylozy u kręgowców, jednak wiadomo, że jej dodatek jako suplement diety kończy się zwykle jako produkt wydalany z moczem.

Bibliografia

1. Garrett, R. i Grisham, C. (2010). Biochemistry (4th ed.). Boston, USA: Brooks / Cole. CENGAGE Learning.
2. Huntley, NF i Patience, JF (2018). Ksyloza: wchłanianie, fermentacja i metabolizm po wchłonięciu u świń. Journal of Animal Science and Biotechnology, 9 (4), 1–9.
3. Jackson, S. i Nicolson, SW (2002). Ksyloza jako cukier nektarowy: od biochemii do ekologii. Comparative Biochemistry and Physiology, 131, 613–620.
4. Jeffries, TW (2006). Drożdże inżynierskie do metabolizmu ksylozy. Current Opinion in Biotechnology, 17, 320–326.
5. Kotter, P. i Ciriacy, M. (1993). Fermentacja ksylozy przez Saccharomyces cerevisiae. Appl. Microbiol. Biotechnol, 38, 776–783.
6. Mathews, C., van Holde, K. i Ahern, K. (2000). Biochemistry (3rd ed.). San Francisco, Kalifornia: Pearson.
7. Miller, M. i Lewis, H. (1932). Metabolizm pentozy. J. Biol, Chem., 98, 133-140.
8. Narodowe Centrum Informacji Biotechnologicznej. Baza danych PubChem. (+) - Xylose, CID = 644160, www.pubchem.ncbi.nlm.nih.gov/compound/644160 (dostęp 12 kwietnia 2019)
9. Schneider, H., Wang, P., Chan, Y., & Maleszka, R. (1981). Przekształcenie D-ksylozy w etanol przez drożdże Pachysolen tannophilus. Biotechnology Letters, 3 (2), 89–92.