КСИЛОЗА: ХАРАКТЕРИСТИКИ, СТРУКТУРА И ФУНКЦИИ - БИОЛОГИЯ - 2026

В ксилоза е монозахарид пет въглеродни атоми, имащи алдехидна функционална група, и се определя, както и свързани като рибоза и арабиноза, в рамките на групата на aldopentoses захари.

През 1881 г. Кох е първият, който го е открил и изолирал от дърво. Оттогава много учени го класифицират като една от най-"редките" и необичайни захари предвид трудностите и разходите за получаването му.

Прогнозата на Фишър за D- и L-ксилоза (Източник: akane700 през Wikimedia Commons)

През 1930 г. обаче американска кооперация успява да го добие от люспите на памучно семе, много по-евтин материал и оттогава той става популярен като захар, която може да се получи на цени, сравними с тези на производството на захароза.

В момента се използват различни методи за изолирането му от дървесината на различни видове дървесни растения и от някои отпадни продукти.

Неговите производни се използват широко като подсладители в храни и напитки, разработени за диабетици, тъй като те не допринасят за повишаване на нивата на кръвната глюкоза. Най-синтезираното производно, използвано като подсладител, е ксилитолът.

Използването на ксилоза като източник на въглерод в производството на алкохолна ферментация се превърна в една от най-важните точки на научните изследвания в тези времена.

характеристики

Подобно на глюкозата, ксилозата има сладък вкус и някои изследвания показват, че тя съдържа около 40% от сладкия вкус на глюкозата.

Като реагент той се предлага в търговската мрежа като бял кристален прах. Подобно на много други пентозни захари има молекулно тегло около 150,13 g / mol и молекулна формула на C5H10O5.

Като се има предвид полярната му структура, този монозахарид е лесно разтворим във вода и има точка на топене около 150 ° C.

структура

Най-често срещаната форма или изомер в природата е D-ксилоза, докато L-ксилозната форма е тази, получена чрез химичен синтез за търговска употреба.

Този въглехидрат има четири ОН групи и благодарение на своята свободна алдехидна група се счита за намаляваща захар. Подобно на другите захари, в зависимост от средата, в която се намира, тя може да бъде намерена по различни начини (по отношение на формата на пръстена).

Прогноза на Хауърт за Xylose (Източник: NEUROtiker през Wikimedia Commons)

Цикличните изомери (хемиацетали) могат да бъдат намерени в разтвор като пирани или фурани, тоест като пръстени от шест или пет връзки, които от своя страна, в зависимост от позицията на аномерната хидроксилна група (-ОН), могат да имат повече изомерни форми,

Характеристика

В клетки

Подобно на други захариди като глюкоза, фруктоза, галактоза, маноза и арабиноза, както и някои производни амино захари, D-ксилозата е монозахарид, който обикновено може да се намери като структурна част от големи полизахариди.

Той представлява повече от 30% от материала, получен от хидролизата на хемицелулоза от растителен произход и може да се ферментира до етанол от някои бактерии, дрожди и гъби.

Като основна съставка на ксилановите полимери в растенията, ксилозата се счита за един от най-обилните въглехидрати на земята след глюкозата.

Хемицелулозата е съставена в по-голямата си част от арабиноксилан, полимер, чийто гръбнак е изграден от ксилози, свързани с β-1,4 връзки, където арабинозните остатъци могат да бъдат свързани в -OH групите на 2 'или 3' позиции. Тези връзки могат да бъдат разградени от микробните ензими.

Чрез метаболитния път на пентоза фосфата в еукариотните организми ксилозата се катаболизира до ксилулоза-5-Р, която функционира като посредник в този път за последващ синтез на нуклеотиди.

Ксилоза в нектар

Допреди малко повече от десетилетие основните захари, открити в флоралния нектар, бяха глюкоза, фруктоза и захароза. Въпреки тях два рода от семейство Proteaceae притежават четвърти монозахарид: ксилоза.

Родовете Protea и Faurea имат този захарид в концентрации до 40% в своя нектар, факт, който е трудно обясним, тъй като изглежда неприятно (ефектно или вкусно) за повечето естествени опрашители на тези растения.

Някои автори разглеждат тази характеристика като механизъм за превенция на неспецифичните посетители на цветя, докато други смятат, че нейното присъствие има повече общо с разграждането на клетъчните стени на нектарите от гъбички или бактерии.

В медицината

D-ксилозата се използва и като междинен продукт при производството на лекарства с терапевтични функции. Използва се като заместител на захарта за анти-кариесни цели.

В областта на ветеринарната медицина се използва за тестване на малабсорбция и по същия начин се включва в процедури за оценка на чревната абсорбция на прости захари при хората.

В индустрията

Както бе споменато по-горе, една от най-често срещаните употреби на ксилоза, казано в търговската мрежа, е като хранителна добавка с нискокалорични подсладители и нейната употреба е одобрена от FDA (Администрация по храните и лекарствата),

Производството на алтернативни горива като етанол се постига главно благодарение на ферментацията на въглехидратите, присъстващи в растителната биомаса, която представлява дългосрочен източник на споменатия алкохол.

Ксилозата е вторият най-разпространен въглехидрат в природата, тъй като е част от хемицелулозата, хетерополизахарид, присъстващ в клетъчната стена на растителните клетки и който е важна част от влакната в дървесината.

В момента се полагат много усилия за постигане на ферментацията на тази захар, за да се произведе по-голямо количество етанол от растителна тъкан, като за целта се използват генетично модифицирани микроорганизми (особено бактерии и дрожди).

Ефекти на ксилозата върху животния метаболизъм

Изглежда, че ксилозата се използва много малко от моногастрални животни (животни с един стомах, различен от преживните животни, с повече от една стомашна кухина).

Както при домашните птици, така и при свине, когато в дневната им диета е включено твърде много D-ксилоза, може да се наблюдава линейно понижение в средното дневно увеличение на теглото, в ефективността на храненето и в съдържанието на сухо вещество.

Това се обяснява с неспособността на повечето животни за разграждането на хемицелулозни полимери, за които на различни изследователски групи е възложена задача да търсят алтернативи като екзогенни ензими, включването на пробиотици и микроорганизми в диета и т.н.

Много малко се знае за метаболитното използване на ксилозата в гръбначните животни, обаче е известно, че добавянето й като хранителна добавка обикновено завършва като продукт на екскреция с урината.

Препратки

1. Garrett, R., & Grisham, C. (2010). Биохимия (4-то изд.). Бостън, САЩ: Брукс / Коул. CENGAGE Обучение.
2. Huntley, NF, & Patience, JF (2018). Ксилоза: абсорбция, ферментация и пост-абсорбционен метаболизъм в прасето. Journal of Animal Science and Biotechnology, 9 (4), 1–9.
3. Jackson, S., & Nicolson, SW (2002). Ксилоза като нектарна захар: от биохимия до екология. Сравнителна биохимия и физиология, 131, 613–620.
4. Jeffries, TW (2006). Инженерни дрожди за метаболизъм на ксилоза. Актуално становище в областта на биотехнологиите, 17, 320–326.
5. Kotter, P., & Ciriacy, M. (1993). Ксилозна ферментация от Saccharomyces cerevisiae. Appl. Microbiol. Биотехнол, 38, 776-783.
6. Mathews, C., van Holde, K., & Ahern, K. (2000). Биохимия (3-то издание). Сан Франциско, Калифорния: Пиърсън.
7. Miller, M., & Lewis, H. (1932). Пентозен метаболизъм. J. Biol. Chem., 98, 133-140.
8. Национален център за информация за биотехнологиите. PubChem база данни. (+) - Xylose, CID = 644160, www.pubchem.ncbi.nlm.nih.gov/compound/644160 (достъп до 12 април 2019 г.)
9. Schneider, H., Wang, P., Chan, Y., & Maleszka, R. (1981). Преобразуване на D-ксилоза в етанол от дрождите Pachysolen tannophilus. Биотехнологични писма, 3 (2), 89–92.