КСИЛОЗА: ХАРАКТЕРИСТИКИ, СТРУКТУРА И ФУНКЦИИ - БИОЛОГИЯ - 2025

Ксилозы представляет собой моносахарид пять атомов углерода , имеющие функциональную группу , альдегидную, поэтому она классифицируется, наряду с соотносятся как рибоза и арабинозы, в группе aldopentoses сахаров.

Кох в 1881 году первым обнаружил и выделил его из дерева. С тех пор многие ученые классифицировали его как один из самых «редких» и необычных сахаров, учитывая трудности и затраты на его получение.

Проекция Фишера для D- и L-ксилозы (Источник: akane700 через Wikimedia Commons)

Однако в 1930 году одному американскому кооперативу удалось получить его из шелухи семян хлопка, гораздо более дешевого материала, и с тех пор он стал популярным как сахар, доступный по ценам, сопоставимым с ценами на производство сахарозы.

В настоящее время используются различные методы выделения его из древесины разных видов древесных растений и некоторых отходов.

Его производные широко используются в качестве подсластителей в пищевых продуктах и ​​напитках, разработанных для диабетиков, поскольку они не способствуют повышению уровня глюкозы в крови. Наиболее синтезируемым производным, используемым в качестве подсластителя, является ксилит.

Использование ксилозы в качестве источника углерода в промышленности спиртового брожения стало одним из наиболее важных направлений научных исследований в наши дни.

характеристики

Как и глюкоза, ксилоза имеет сладкий вкус, и некоторые исследования показали, что она имеет около 40% сладкого вкуса глюкозы.

В качестве реагента он коммерчески доступен в виде белого кристаллического порошка. Как и многие другие пентозные сахара, он имеет молекулярную массу около 150,13 г / моль и молекулярную формулу C5H10O5.

Учитывая его полярную структуру, этот моносахарид легко растворяется в воде и имеет температуру плавления около 150 ° C.

Структура

Самая распространенная форма или изомер в природе - это D-ксилоза, а форма L-ксилозы - это форма, полученная химическим синтезом для коммерческого использования.

Этот углевод имеет четыре группы ОН и благодаря своей свободной альдегидной группе считается редуцирующим сахаром. Как и другие сахара, в зависимости от среды, в которой он находится, его можно найти по-разному (в зависимости от формы кольца).

Проекция Хаворта для ксилозы (Источник: NEUROtiker через Wikimedia Commons)

Циклические изомеры (полуацетали) могут находиться в растворе в виде пиранов или фуранов, то есть в виде колец с шестью или пятью связями, которые, в свою очередь, в зависимости от положения аномерной гидроксильной группы (-ОН), могут иметь больше изомерных форм. .

Характеристики

В камерах

Подобно другим сахаридам, таким как глюкоза, фруктоза, галактоза, манноза и арабиноза, а также некоторым производным аминосахарам, D-ксилоза является моносахаридом, который обычно можно найти в качестве структурной части больших полисахаридов.

Он составляет более 30% материала, полученного при гидролизе гемицеллюлозы растительного происхождения, и может ферментироваться до этанола некоторыми бактериями, дрожжами и грибами.

Как основной компонент полимеров ксилана в растениях, ксилоза считается одним из самых распространенных углеводов на Земле после глюкозы.

Гемицеллюлоза состоит по большей части из арабиноксилана, полимера, основная цепь которого состоит из ксилоз, связанных связями β-1,4, где остатки арабинозы могут быть связаны в группах -ОН в положениях 2 'или 3'. Эти связи могут разрушаться микробными ферментами.

Через пентозофосфатный метаболический путь в эукариотических организмах ксилоза катаболизируется до ксилулозы-5-P, которая действует как посредник в этом пути для последующего синтеза нуклеотидов.

Ксилоза в нектаре

Еще чуть более десяти лет назад основными сахарами, содержащимися в цветочном нектаре, были глюкоза, фруктоза и сахароза. Несмотря на это, два рода семейства Proteaceae обладают четвертым моносахаридом: ксилозой.

Роды Protea и Faurea содержат этот сахарид в концентрации до 40% в своем нектаре, факт, который трудно объяснить, поскольку он, по-видимому, не является привлекательным (эффектным или приятным) для большинства естественных опылителей этих растений.

Некоторые авторы рассматривают эту характеристику как профилактический механизм для неспецифических посетителей цветов, в то время как другие считают, что ее присутствие больше связано с разрушением клеточных стенок нектарников грибами или бактериями.

В медицине

D-ксилоза также используется в качестве промежуточного продукта при производстве лекарств с терапевтическими функциями. Он используется как заменитель сахара в противокариесных целях.

В области ветеринарии он используется для теста на мальабсорбцию, и таким же образом он используется в процедурах для оценки способности кишечного всасывания простых сахаров у людей.

В индустрии

Как упоминалось ранее, с коммерческой точки зрения одно из наиболее распространенных применений ксилозы - это низкокалорийная пищевая добавка с подсластителем, и ее использование одобрено FDA (Управлением по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов). .

Производство альтернативных видов топлива, таких как этанол, достигается в основном за счет ферментации углеводов, присутствующих в биомассе растений, которые представляют собой долгосрочный источник указанного спирта.

Ксилоза является вторым по распространенности углеводом в природе, поскольку она является частью гемицеллюлозы, гетерополисахарида, присутствующего в клеточной стенке растительных клеток и являющегося важной частью волокон в древесине.

В настоящее время прилагаются большие усилия для ферментации этого сахара с целью производства большего количества этанола из растительной ткани с использованием для этой цели генетически модифицированных микроорганизмов (особенно бактерий и дрожжей).

Влияние ксилозы на метаболизм животных

Ксилоза, по-видимому, очень мало используется животными с однокамерным желудком (животные с одним желудком, в отличие от жвачных, с более чем одной желудочной полостью).

Как у домашней птицы, так и у свиней, когда в их ежедневный рацион включается слишком много D-ксилозы, можно наблюдать линейное снижение средней дневной прибавки в весе, эффективности кормления и содержания выделяемого сухого вещества.

Это объясняется неспособностью большинства животных к деградации полимеров гемицеллюлозы, для чего различным исследовательским группам была поставлена ​​задача поиска альтернатив, таких как экзогенные ферменты, включение пробиотиков и микроорганизмов в состав диета и др.

Очень мало известно о метаболическом использовании ксилозы у позвоночных, однако известно, что ее добавление в качестве пищевой добавки обычно заканчивается выделением с мочой.

Ссылки

1. Гарретт Р. и Гришем К. (2010). Биохимия (4-е изд.). Бостон, США: Брукс / Коул. CENGAGE Обучение.
2. Хантли, Н. Ф., и Терпение, Дж. Ф. (2018). Ксилоза: абсорбция, ферментация и постабсорбционный метаболизм у свиней. Журнал зоотехники и биотехнологии, 9 (4), 1–9.
3. Джексон, С., и Николсон, SW (2002). Ксилоза как сахарный нектар: от биохимии к экологии. Сравнительная биохимия и физиология, 131, 613–620.
4. Джеффрис, TW (2006). Инженерные дрожжи для метаболизма ксилозы. Текущее мнение в области биотехнологии, 17, 320–326.
5. Коттер П. и Сириаси М. (1993). Ферментация ксилозы с помощью Saccharomyces cerevisiae. Appl. Microbiol. Biotechnol, 38, 776-783.
6. Мэтьюз, К., ван Холде, К., и Ахерн, К. (2000). Биохимия (3-е изд.). Сан-Франциско, Калифорния: Пирсон.
7. Миллер М. и Льюис Х. (1932). Пентозный метаболизм. J. Biol. Chem., 98, 133-140.
8. Национальный центр биотехнологической информации. База данных PubChem. (+) - Xylose, CID = 644160, www.pubchem.ncbi.nlm.nih.gov/compound/644160 (по состоянию на 12 апреля 2019 г.)
9. Шнайдер, Х., Ван, П., Чан, Ю., и Малешка, Р. (1981). Превращение D-ксилозы в этанол дрожжами Pachysolen tannophilus. Письма о биотехнологии, 3 (2), 89–92.