XYLOSE: CARACTERISTICI, STRUCTURĂ ȘI FUNCȚII - BIOLOGIE - 2025

Xiloza este o monozaharidă de cinci atomi de carbon , având o grupă funcțională aldehidă, și este clasificat, împreună cu legate ca riboza și arabinoză, în cadrul grupului de aldopentoses zaharuri.

Koch, în anul 1881, a fost primul care l-a descoperit și izolat de lemn. De atunci, mulți oameni de știință au clasificat-o drept unul dintre cele mai „rare” și mai puțin frecvente zaharuri, având în vedere dificultățile și costurile obținerii acestuia.

Proiecție Fisher pentru D- și L-Xylose (Sursa: akane700 prin Wikimedia Commons)

În 1930, însă, o cooperativă americană a reușit să-l obțină din coaja de bumbac, un material mult mai ieftin și de atunci a devenit populară ca zahăr obținut la prețuri comparabile cu cele ale producției de zaharoză.

În prezent, diverse metode sunt folosite pentru a-l izola de lemnul diferitelor specii de plante lemnoase și de unele produse reziduale.

Derivații săi sunt folosiți pe scară largă ca îndulcitori în alimente și băuturi dezvoltate pentru diabetici, deoarece nu contribuie la creșterea nivelului glicemiei. Cel mai sintetizat derivat utilizat ca îndulcitor este xilitolul.

Utilizarea xilozei ca sursă de carbon în industria fermentației alcoolice a devenit unul dintre cele mai importante puncte de cercetare științifică în aceste timpuri.

caracteristici

Ca și glucoza, xiloza are un gust dulce, iar unele studii au arătat că are aproximativ 40% din gustul dulce al glucozei.

Ca reactiv, este disponibil comercial sub formă de pulbere albă cristalină. Are, ca multe alte zaharuri pentoase, o greutate moleculară de aproximativ 150,13 g / mol și o formulă moleculară de C5H10O5.

Dată fiind structura sa polară, această monosacharidă este ușor solubilă în apă și are un punct de topire în jur de 150 ° C.

Structura

Cea mai comună formă sau izomer în natură este D-xiloza, în timp ce forma L-xiloză este cea obținută prin sinteză chimică pentru uz comercial.

Acest carbohidrat are patru grupe OH și datorită grupului său liber de aldehide este considerat un zahăr reducător. Ca și alte zaharuri, în funcție de mediul în care se găsește, acesta poate fi găsit în moduri diferite (în ceea ce privește forma inelului său).

Proiecție Haworth pentru Xylose (Sursa: NEUROtiker prin Wikimedia Commons)

Izomerii ciclici (hemiacetali) pot fi găsiți în soluție sub formă de pirani sau furani, adică sub formă de inele de șase sau cinci legături care, la rândul lor, în funcție de poziția grupării hidroxil anomerice (-OH), pot avea mai multe forme izomerice .

Caracteristici

În celule

La fel ca alte zaharide, cum ar fi glucoza, fructoza, galactoza, manoza și arabinoza, precum și unele zaharuri amino derivate, D-xiloza este un monosacharid care poate fi întâlnit în mod obișnuit ca o parte structurală a polizaharidelor mari.

Reprezintă mai mult de 30% din materialul obținut din hidroliza hemicelulozei de origine vegetală și poate fi fermentat în etanol de unele bacterii, drojdii și ciuperci.

Ca principal constituent al polimerilor xylan din plante, xiloza este considerată unul dintre cei mai abundenți carbohidrați de pe pământ după glucoză.

Hemiceluloza este compusă în mare parte din arabinoxilan, un polimer a cărui coloană vertebrală este formată din xiloze legate prin legături β-1,4, unde reziduurile de arabinoză pot fi legate în grupele -OH la pozițiile 2 'sau 3'. Aceste legături pot fi degradate de enzimele microbiene.

Prin calea metabolică a fosfatului de pentoză în organismele eucariote, xiloza este catabolizată în xiluloză-5-P, care funcționează ca intermediar în această cale pentru sinteza ulterioară a nucleotidelor.

Xiloza în nectar

Până acum puțin peste un deceniu, principalele zaharuri găsite în nectarul floral erau glucoza, fructoza și zaharoza. În ciuda lor, două genuri din familia Proteaceae posedă o a patra monosacaridă: xiloza.

Genele Protea și Faurea au acest zaharid în concentrații de până la 40% în nectarul lor, fapt care a fost dificil de explicat, deoarece pare să nu fie plăcut (izbitor sau gustos) pentru majoritatea polenizatorilor naturali ai acestor plante.

Unii autori consideră această caracteristică ca un mecanism de prevenire pentru vizitatorii nespecificați ai florilor, în timp ce alții consideră că prezența sa are mai mult de-a face cu degradarea pereților celulari ai nectarilor de ciuperci sau bacterii.

În medicină

D-xiloza este de asemenea folosită ca intermediar la fabricarea medicamentelor cu funcții terapeutice. Este utilizat ca substitut pentru zahăr în scopuri anti-carie (anti-cari).

În domeniul medicinii veterinare, este utilizat pentru testarea malabsorbției și în același mod este implicat în proceduri pentru evaluarea capacității de absorbție intestinală a zaharurilor simple la om.

În industrie

Așa cum am menționat anterior, una dintre cele mai frecvente utilizări ale xilozei, comercial vorbind, este ca un supliment nutritiv îndulcitor cu calorii scăzute, iar utilizarea sa este aprobată de FDA (Food and Drug Administration). .

Producția de combustibili alternativi precum etanolul se realizează în principal datorită fermentației carbohidraților prezenți în biomasa vegetală, ceea ce reprezintă o sursă pe termen lung de alcool menționat.

Xiloza este al doilea cel mai abundent carbohidrat din natură, deoarece face parte din hemiceluloză, un heteropolizaharid prezent în peretele celular al celulelor plantelor și care este o parte importantă a fibrelor din lemn.

În prezent se depune mult efort pentru a realiza fermentarea acestui zahăr pentru a produce o cantitate mai mare de etanol din țesutul plantelor, folosind în acest scop microorganisme modificate genetic (în special bacterii și drojdii).

Efectele xilozei asupra metabolismului animalelor

Xiloza pare a fi foarte puțin folosită de animalele monogastrice (animale cu un singur stomac, diferit de animalele rumegătoare, cu mai mult de o cavitate gastrică).

Atât la păsările de curte cât și la porci, când în dieta lor zilnică este inclusă prea multă D-xiloză, se poate observa o scădere liniară în creșterea medie în greutate zilnică, în eficiența hrănirii și în conținutul de materie uscată excretată.

Aceasta se explică prin incapacitatea majorității animalelor de degradare a polimerilor hemicelulozei, pentru care diferitelor grupuri de cercetare au primit sarcina de a căuta alternative precum enzime exogene, includerea probioticelor și microorganismelor în dieta etc.

Se cunoaște foarte puțin despre utilizarea metabolică a xilozei la vertebrate, cu toate acestea, se știe că adăugarea sa ca supliment nutritiv se termină de obicei ca produs al excreției în urină.

Referințe

1. Garrett, R., & Grisham, C. (2010). Biochimie (ediția a 4-a). Boston, SUA: Brooks / Cole. CENGAGE Învățare.
2. Huntley, NF, & Patience, JF (2018). Xiloza: absorbție, fermentare și metabolism postabsorbant la porc. Journal of Animal Science and Biotechnology, 9 (4), 1–9.
3. Jackson, S., și Nicolson, SW (2002). Xiloza ca zahăr de nectar: ​​de la biochimie la ecologie. Comparative Biochimie și Fiziologie, 131, 613–620.
4. Jeffries, TW (2006). Drojdii inginerești pentru metabolismul xilozei. Opinia curentă în biotehnologie, 17, 320–326.
5. Kotter, P., & Ciriacy, M. (1993). Fermentare de xiloză prin Saccharomyces cerevisiae. Appl. Microbiol. Biotehnologie, 38, 776-783.
6. Mathews, C., van Holde, K., & Ahern, K. (2000). Biochimie (ediția a III-a). San Francisco, California: Pearson.
7. Miller, M., & Lewis, H. (1932). Metabolismul pentos. J. Biol. Chem., 98, 133-140.
8. Centrul Național de Informații Biotehnologice. Baza de date PubChem. (+) - Xylose, CID = 644160, www.pubchem.ncbi.nlm.nih.gov/compound/644160 (accesat la 12 aprilie 2019)
9. Schneider, H., Wang, P., Chan, Y. și Maleszka, R. (1981). Transformarea D-Xylose în etanol de către drojdia Pachysolen tannophilus. Litere biotehnologice, 3 (2), 89–92.