В арабиноза е монозахарид пет въглеродни атома, и тъй като тя е алдехидна функционална група в структурата си, се класират в групата на aldopentoses. Името му произлиза от гума арабика, откъдето е изолирана за първи път.
Това е захар, изключително за растителните организми и някои изследвания показват, че представлява между 5 и 10% от захаридите на клетъчната стена в моделните растения Arabidopsis thaliana и Oryza sativa (ориз).
Проекция на Фишер за D - (-) и L - (+) - Арабиноза (Източник: Wikimedia Commons)
Той е част от състава на пектин и хемицелулоза, два биополимера с голямо значение от естествена и индустриална гледна точка.
Пулпата от захарно цвекло е добър пример за промишлени отпадъци, използвани за извличане на арабиноза, която има различни приложения в областта на микробиологията и медицината за диагностични цели, в синтеза на антинеопластични и антивирусни лекарства, наред с други.
Тъй като той е силно богат захарид в растителните препарати, понастоящем има голям интерес към изследването на неговото отделяне от смеси захариди по различни методи.
Това е особено вярно, когато препаратите се използват за ферментативни процеси, които постигат производството на етанол, тъй като малко търговски налични микроорганизми са способни да произвеждат този алкохол от арабиноза.
Характеристики и структура
L-арабинозата се намира в търговската мрежа като бял кристален прах, който често се използва като подсладител в хранителната промишленост. Химическата му формула е C5H10O5 и има молекулно тегло около 150 g / mol.
За разлика от повечето монозахариди в природата, тази захар се намира предимно като изомер на L-арабинозата.
По принцип L-изомерите са често срещани компоненти в мембранните гликоконюгати, които са молекули с различно естество, които са свързани чрез гликозидни връзки с въглехидратни остатъци, така че L-арабинозата не е изключение.
Проекция на Хауърт на Арабиноза (Източник: NEUROtiker през Wikimedia Commons)
L-изомерната форма на арабинозата има две пръстеновидни структури: L-арабинопираноза и L-арабинофураноза. Свободната арабиноза съществува в разтвор като L-арабинопираноза, тъй като тази форма е по-стабилна от фураноза.
Въпреки това, при наблюдение на полизахаридните компоненти на растителната клетъчна стена, както и гликопротеините и протеогликаните, където е включена арабинозата, преобладаващата форма е L-арабинофураноза.
Благоразумно е читателят да помни, че термините "пиран" и "фуран" се отнасят до възможните циклични хемиацетални конфигурации, които захарта може да придобие, с пръстени съответно 6 или 5 връзки.
L-арабиноза в растенията
Арабинозата е широко разпространена сред сухопътните растения, включително чернодробни мъхове, мъхове и много хлорофитни и хлорофитни водорасли, зелени и кафяви водорасли, съответно. Този факт подсказва, че метаболитният път за неговия синтез е придобит рано в "примитивни" растения.
Повечето от полизахаридите, протеогликаните, гликопротеините и секретираните пептиди, съдържащи L-арабиноза полизахариди в растенията, се синтезират в комплекса на Голджи, въпреки че в цитозола могат да бъдат синтезирани малки гликоконюгати.
Единственият известен път за генериране на L-арабиноза в растенията е този, в който тя се синтезира като UDP-L-арабинопираноза от UDP-ксилоза, с участието на UDP-ксилоза 4-епимераза, която катализира епимеризацията в позицията С-4 на UDP-ксилоза.
Тази реакция е част от пътя на синтеза de novo за нуклеотидни захари или UDP-захари, който започва с UDP-глюкоза, синтезирана от захароза и UDP чрез захарозна синтаза, или от глюкоза 1-P и UTP от UDP-глюкозна пирофосфорилаза.
Предложени са други механизми за производството на UDP-L-арабинопираноза от UDP-галактуронова киселина чрез декарбоксилиране на въглерод С-6, но ензимът UDP-галактуронова киселина декарбоксилаза, отговорен за катализирането на споменатата реакция не е намерена в растенията,
L-арабиноза в бактериите
От структурна гледна точка авторите посочват L-арабинозата като съставна част на клетъчната стена на много бактерии. Значението му обаче се разглежда от по-антропична гледна точка:
Хората не са в състояние да абсорбират растителната L-арабиноза, която консумират в диетата от червата. Въпреки това, E. coli, естествено пребиваваща бактерия в червата на човека, е в състояние да оцелее за сметка на този монозахарид като негов единствен източник на въглерод и енергия.
Този вид бактерии и други свързани с тях е способен да метаболизира L-арабинозата чрез използването на ензимните продукти на оперона araBAD. След като тези микроорганизми вземат L-арабинозата от средата, те са в състояние да я преобразуват вътреклетъчно в D-ксилулоза-5-Р, която използват, наред с други неща, за пътя на пентоза фосфат.
В експерименталната биология този оперон е използван в генетични конструкции за контролирана експресия на хомоложни и хетероложни гени в бактериални експресионни системи.
Характеристика
В зависимост от контекста, в който се разглежда, L-арабинозата има различни функции. В допълнение към някои от тези, които са посочени в предишните точки, може да се направи позоваване на следното:
-Една от молекулите с най-висок дял на L-арабинозата в растенията е пектин арабинан, от който се обогатява полимерният комплекс пектин, който се намира в клетъчната стена на растенията.
-Пектичният арабинан участва в регулирането на затварянето и отварянето на стомаха, решаващи процеси за обмен на газ между растенията и заобикалящата ги среда.
-Друг пример за наличието и функционалността на L-арабинозата в растенията е фамилията протеини от арабиногалактан, които са протеогликани, съставени от голям въглехидратен регион, богат на остатъци от L-арабиноза и галактоза.
-Много вторични растителни съединения от тип флавоноиди са L-арабинопиранозилирани, тоест те са свързали L-арабинопиранозни остатъци, особено при A. thaliana.
-Полезността на L-арабинозата е предложена като естествено лекарство, тъй като нейните мономерни единици инхибират чревната малтаза и захаразата. Сукрасната активност е важна за понижаване нивата на кръвната захар.
-Включването на L-арабиноза в храната на плъхове, държани в лабораторията, изглежда допринася значително за намаляването на нивата на инсулин и триацилглицерол в кръвната плазма и черния дроб.
През 1973 г. този монозахарид е използван от Билик и Каплович за синтеза на L-рибоза чрез епимеризация на L-арабинозата, катализирана от молибдат.
-Накрая, L-арабинозата се използва в много медийни състави за in vitro култура на различни микроорганизми.
Препратки
- Garrett, R., & Grisham, C. (2010). Биохимия (4-то изд.). Бостън, САЩ: Брукс / Коул. CENGAGE Обучение.
- Kotake, T., Yamanashi, Y., Imaizumi, C., & Tsumuraya, Y. (2016). Метаболизъм на L-арабинозата в растенията. Journal of Plant Research, 1–12.
- Nelson, DL, & Cox, MM (2009). Принципи на биохимията на Ленингер. Омега издания (5-то издание).
- Schleif, R. (2000). Регулиране на L -арабинозния оперон на Escherichia coli. Тенденции в генетиката, 16, 559–565.
- Spagnuolo, M., Crecchio, C., Pizzigallo, MDR, & Ruggiero, P. (1999). Фракциониране на пулпа от захарно цвекло в пектин, целулоза и арабиноза от арабинази, комбинирани с ултрафилтрация. Биотехнология и биоинженеринг, 64, 686–691.
- Voet, D., & Voet, J. (2006). Биохимия (3-то издание). Редакция Médica Panamericana.
- Yurkanis Bruice, P. (2003). Органична химия. Пиърсън.