XYLÓZA: VLASTNOSTI, STRUKTURA A FUNKCE - BIOLOGIE - 2025

Xylózy je monosacharid pět atomů uhlíku, které mají aldehydovou funkční skupinu, takže je klasifikován, spolu s příbuznými jako ribóza a arabinóza, ve skupině aldopentoses cukrů.

Koch, v roce 1881, byl první, kdo jej objevil a izoloval od dřeva. Od té doby ho mnoho vědců klasifikovalo jako jeden z „nejvzácnějších“ a neobvyklých cukrů vzhledem k obtížím a nákladům na jeho získání.

Fisherova projekce pro D- a L-Xylózu (Zdroj: akane700 prostřednictvím Wikimedia Commons)

V roce 1930 se však americkému družstvu podařilo získat ho ze slupky bavlníku, což je mnohem levnější materiál, a od té doby se stal populárním jako cukr, který lze získat za ceny srovnatelné s cenami výroby sacharózy.

V současnosti se používají různé způsoby, jak jej izolovat od dřeva různých druhů dřevin a od některých odpadních produktů.

Jeho deriváty jsou široce používány jako sladidla v potravinách a nápojích vyvinutých pro diabetiky, protože nepřispívají ke zvýšení hladiny glukózy v krvi. Nejsyntetizovanější derivát používaný jako sladidlo je xylitol.

Použití xylózy jako zdroje uhlíku v průmyslu alkoholového kvašení se stalo v těchto dobách jedním z nejdůležitějších bodů vědeckého výzkumu.

vlastnosti

Stejně jako glukóza má i xylóza sladkou chuť a některé studie prokázaly, že má asi 40% sladké chuti glukózy.

Jako činidlo je komerčně dostupné jako bílý krystalický prášek. Má, stejně jako mnoho jiných pentózových cukrů, molekulovou hmotnost přibližně 150,13 g / mol a molekulový vzorec C5H10O5.

Díky své polární struktuře je tento monosacharid snadno rozpustný ve vodě a má teplotu tání kolem 150 ° C.

Struktura

Nejběžnější formou nebo izomerem v přírodě je D-xylóza, zatímco forma L-xylózy je forma získaná chemickou syntézou pro komerční použití.

Tento uhlohydrát má čtyři OH skupiny a díky své volné aldehydové skupině je považován za redukující cukr. Stejně jako jiné cukry, v závislosti na médiu, kde se nachází, lze jej najít různými způsoby (s ohledem na tvar jeho prstence).

Haworthova projekce pro Xylose (Zdroj: NEUROtiker prostřednictvím Wikimedia Commons)

Cyklické izomery (hemiacetaly) lze nalézt v roztoku jako pyrany nebo furany, tj. Jako kruhy šesti nebo pěti vazeb, které zase mohou mít v závislosti na poloze anomerní hydroxylové skupiny (-OH) více izomerních forem.

Funkce

V buňkách

Stejně jako jiné sacharidy, jako je glukóza, fruktóza, galaktóza, manóza a arabinóza, jakož i některé odvozené aminokyseliny, je D-xylóza monosacharid, který lze běžně nalézt jako strukturální součást velkých polysacharidů.

Představuje více než 30% materiálu získaného hydrolýzou hemicelulózy rostlinného původu a některé bakterie, kvasinky a houby mohou být fermentovány na ethanol.

Jako hlavní složka xylanových polymerů v rostlinách je xylóza považována za jeden z nejhojnějších uhlohydrátů na Zemi po glukóze.

Hemicelulóza je složena z větší části z arabinoxylanu, polymeru, jehož páteř je tvořena xylozami spojenými p-1,4 vazbami, kde arabinózové zbytky mohou být spojeny ve skupinách -OH v polohách 2 'nebo 3'. Tyto vazby mohou být degradovány mikrobiálními enzymy.

Prostřednictvím metabolické dráhy pentózofosfátu v eukaryotických organismech je xylóza katabolizována na xylulosu-5-P, která v této cestě funguje jako prostředník pro následnou syntézu nukleotidů.

Xylóza v nektaru

Až před více než deseti lety byly hlavními cukry nalezenými v květinovém nektaru glukóza, fruktóza a sacharóza. Přes ně dvě rodiny rodu Proteaceae mají čtvrtý monosacharid: xylózu.

Rody Protea a Faurea mají tento sacharid v koncentraci až 40% ve svém nektaru, což je obtížné vysvětlit, protože se zdá, že není pro většinu přirozených opylovačů těchto rostlin chutný (nápadný nebo chutný).

Někteří autoři považují tuto charakteristiku za preventivní mechanismus pro nespecifické návštěvníky květin, zatímco jiní se domnívají, že její přítomnost souvisí spíše s degradací buněčných stěn nektariků houbami nebo bakteriemi.

V medicíně

D-xylóza se také používá jako meziprodukt při výrobě léčiv s terapeutickými funkcemi. Používá se jako náhrada cukru pro účely proti kazu (proti kazu).

V oblasti veterinární medicíny se používá ke zkoušce malabsorpce a stejným způsobem se podílí na postupech hodnocení střevní absorpční kapacity jednoduchých cukrů u lidí.

V průmyslu

Jak již bylo zmíněno dříve, jedním z nejčastějších způsobů použití xylózy je komerční doplněk jako nízkokalorické sladidlo pro výživu a jeho použití je schváleno FDA (Food and Drug Administration)..

Výroba alternativních paliv, jako je ethanol, se dosahuje hlavně díky fermentaci uhlohydrátů přítomných v rostlinné biomase, která představuje dlouhodobý zdroj uvedeného alkoholu.

Xylóza je druhým nejhojnějším uhlovodíkem v přírodě, protože je součástí hemicelulózy, heteropolysacharidu přítomného v buněčné stěně rostlinných buněk a která je důležitou součástí vláken ve dřevě.

V současné době se vynakládá velké úsilí k dosažení fermentace tohoto cukru, aby se z rostlinné tkáně vyrobilo větší množství ethanolu, za použití geneticky modifikovaných mikroorganismů (zejména bakterií a kvasinek).

Účinky xylózy na metabolismus zvířat

Xylóza se zdá být velmi málo používána u monogastrických zvířat (zvířata s jediným žaludkem, odlišná od přežvýkavců, s více než jednou žaludeční dutinou).

U drůbeže i prasat, pokud je do jejich každodenní stravy obsaženo příliš mnoho D-xylózy, lze pozorovat lineární pokles průměrného denního přírůstku hmotnosti, účinnosti krmení a obsahu vylučované sušiny.

To se vysvětluje neschopností většiny zvířat degradovat polymery hemicelulózy, u nichž byly různé výzkumné skupiny pověřeny hledáním alternativ, jako jsou exogenní enzymy, začlenění probiotik a mikroorganismů do strava atd.

O metabolickém využití xylózy u obratlovců je známo jen velmi málo, je však známo, že její přidání jako doplňku výživy obvykle končí jako vylučovací produkt v moči.

Reference

1. Garrett, R., & Grisham, C. (2010). Biochemie (4. vydání). Boston, USA: Brooks / Cole. CENGAGE Učení.
2. Huntley, NF a Patience, JF (2018). Xylóza: absorpce, fermentace a postabsorpční metabolismus u prasete. Journal of Animal Science and Biotechnology, 9 (4), 1-9.
3. Jackson, S. a Nicolson, SW (2002). Xylóza jako nektarový cukr: od biochemie po ekologii. Srovnávací biochemie a fyziologie, 131, 613–620.
4. Jeffries, TW (2006). Inženýrské kvasinky pro metabolismus xylózy. Aktuální stanovisko v Biotechnology, 17, 320–326.
5. Kotter, P., & Ciriacy, M. (1993). Kvašení xylózy pomocí Saccharomyces cerevisiae. Appl. Microbiol. Biotechnol, 38, 776-783.
6. Mathews, C., van Holde, K., & Ahern, K. (2000). Biochemistry (3. vydání). San Francisco, Kalifornie: Pearson.
7. Miller, M., & Lewis, H. (1932). Pentózový metabolismus. J. Biol. Chem., 98, 133 - 140.
8. Národní centrum pro biotechnologické informace. PubChem Database. (+) - Xylose, CID = 644160, www.pubchem.ncbi.nlm.nih.gov/compound/644160 (přístupné 12. dubna 2019)
9. Schneider, H., Wang, P., Chan, Y., & Maleszka, R. (1981). Převod D-xylózy na ethanol pomocí kvasinek Pachysolen tannophilus. Biotechnology Letters, 3 (2), 89–92.