- egenskaber
- Struktur
- Funktioner
- I celler
- Xylose i nektar
- I medicin
- I branchen
- Effekter af xylose på dyremetabolismen
- Referencer
Den xylose er en monosaccharid fem carbonatomer med en funktionel aldehydgruppe, så det er klassificeret, sammen med relaterede som ribose og arabinose, inden for gruppen af aldopentoser sukkerarter.
Koch var i 1881 den første til at opdage og isolere det fra træ. Siden da klassificerede mange forskere det som et af de mest "sjældne" og usædvanlige sukkerarter i betragtning af vanskelighederne og omkostningerne ved at få det.
Fishers projektion for D- og L-Xylose (Kilde: akane700 via Wikimedia Commons)
I 1930 lykkedes det imidlertid et amerikansk kooperativ at skaffe det fra frø af bomuldsfrø, et meget billigere materiale, og siden er det blevet populært som et sukker, der kan fås til priser, der kan sammenlignes med priserne på saccharoseproduktion.
På nuværende tidspunkt anvendes forskellige metoder til at isolere det fra træet fra forskellige arter af træagtige planter og fra nogle affaldsprodukter.
Dets derivater er vidt brugt som sødestoffer i fødevarer og drikkevarer udviklet til diabetikere, da de ikke bidrager til stigningen i blodsukkerniveauet. Det mest syntetiserede derivat, der bruges som sødemiddel, er xylitol.
Anvendelsen af xylose som kulstofkilde i alkoholfermenteringsindustrien er blevet et af de vigtigste punkter inden for videnskabelig forskning i disse tider.
egenskaber
Ligesom glukose har xylose en sød smag, og nogle undersøgelser har vist, at den har ca. 40% af den søde smag af glukose.
Som et reagens er det kommercielt tilgængeligt som et hvidt krystallinsk pulver. Det har, ligesom mange andre pentose-sukkerarter, en molekylvægt på omkring 150,13 g / mol og en molekylformel med C5H10O5.
I betragtning af dens polære struktur er dette monosaccharid let opløseligt i vand og har et smeltepunkt omkring 150 ° C.
Struktur
Den mest almindelige form eller isomer i naturen er D-xylose, medens L-xyloseformen er den, der opnås ved kemisk syntese til kommerciel anvendelse.
Dette kulhydrat har fire OH-grupper, og takket være dets frie aldehydgruppe betragtes det som et reducerende sukker. Ligesom andre sukkerarter, afhængigt af det miljø, hvor det findes, kan det findes på forskellige måder (med hensyn til formen på dens ring).
Haworth-projektion til Xylose (Kilde: NEUROtiker via Wikimedia Commons)
Cykliske isomerer (hæmiacetaler) kan findes i opløsning som pyraner eller furaner, det vil sige som ringe med seks eller fem bindinger, som igen afhængigt af placeringen af den anomere hydroxylgruppe (-OH) kan have flere isomere former.
Funktioner
I celler
Som andre saccharider, såsom glucose, fruktose, galactose, mannose og arabinose, såvel som nogle afledte aminosukkere, er D-xylose et monosaccharid, der ofte kan findes som en strukturel del af store polysaccharider.
Det repræsenterer mere end 30% af materialet opnået fra hydrolyse af hæmicellulose af vegetabilsk oprindelse og kan fermenteres til ethanol af nogle bakterier, gær og svampe.
Som hovedbestanddel af xylanpolymerer i planter betragtes xylose som en af de mest rigelige kulhydrater på jorden efter glukose.
Hemicellulose er for det meste sammensat af arabinoxylan, en polymer, hvis rygrad er sammensat af xyloser bundet med β-1,4-bindinger, hvor arabinoserester kan forbindes i -OH-grupperne i 2 'eller 3' positionerne. Disse bindinger kan nedbrydes af mikrobielle enzymer.
Gennem pentosefosfatmetabolsk vej i eukaryotiske organismer kataboliseres xylose til xylulose-5-P, der fungerer som en mellemmand i denne vej til efterfølgende nukleotidsyntese.
Xylose i nektar
Indtil for lidt over et årti var de vigtigste sukkerarter, der blev fundet i blomster nektar, glukose, fruktose og saccharose. På trods af dem har to slægter fra Proteaceae-familien et fjerde monosaccharid: xylose.
Protea- og Faurea-slægterne har dette saccharid i koncentrationer på op til 40% i deres nektar, hvilket er vanskeligt at forklare, da det ser ud til at være usmageligt (prangende eller velsmagende) for de fleste af de naturlige pollinatorer af disse planter.
Nogle forfattere betragter denne egenskab som en forebyggelsesmekanisme for ikke-specifikke blomsterbesøgende, mens andre mener, at dens tilstedeværelse har mere at gøre med nedbrydningen af cellevæggene i nektarier af svampe eller bakterier.
I medicin
D-xylose anvendes også som et mellemprodukt til fremstilling af lægemidler med terapeutiske funktioner. Det bruges som erstatning for sukker til anti-karies-formål.
Inden for veterinærmedicin bruges det til test af malabsorption, og på samme måde er det involveret i procedurer til evaluering af tarmabsorptionsevnen for enkle sukkerarter hos mennesker.
I branchen
Som nævnt tidligere er en af de mest almindelige anvendelser af xylose, kommercielt set, som et ernæringssubstrat med sødestof med lavt kalorieindhold, og dets anvendelse er godkendt af FDA (Food and Drug Administration)..
Produktionen af alternative brændstoffer, såsom ethanol, opnås hovedsageligt takket være gæring af kulhydrater, der er til stede i plantebiomasse, som repræsenterer en langvarig kilde til nævnte alkohol.
Xylose er det næst mest rigelige kulhydrat i naturen, da det er en del af hemicellulose, et heteropolysaccharid, der findes i cellevæggen i planteceller, og som er en vigtig del af fibrene i træ.
Der arbejdes i øjeblikket meget på at opnå gæringen af dette sukker for at producere en større mængde ethanol fra plantevæv ved hjælp af genetisk modificerede mikroorganismer til dette formål (især bakterier og gær).
Effekter af xylose på dyremetabolismen
Xylose ser ud til at være meget lidt brugt af monogastriske dyr (dyr med en enkelt mave, forskellig fra drøvtyggere med mere end et mavehulrum).
Når der er for meget D-xylose inkluderet i deres daglige diæt hos både fjerkræ og svin, kan der observeres et lineært fald i den gennemsnitlige daglige vægtøgning, i fodringseffektiviteten og i indholdet af tørstof udskilt.
Dette forklares med de fleste dyrs manglende evne til nedbrydning af hæmicellulosepolymerer, som forskellige forskningsgrupper har fået til opgave at lede efter alternativer såsom eksogene enzymer, inkludering af probiotika og mikroorganismer i diæt osv.
Meget lidt vides om den metabolske udnyttelse af xylose i hvirveldyr, men det er kendt, at dens tilsætning som et ernæringstilskud normalt ender som et udskillelsesprodukt i urinen.
Referencer
- Garrett, R., & Grisham, C. (2010). Biokemi (4. udg.). Boston, USA: Brooks / Cole. CENGAGE Læring.
- Huntley, NF, & Patience, JF (2018). Xylose: absorption, gæring og postabsorberende stofskifte hos grisen. Journal of Animal Science and Biotechnology, 9 (4), 1–9.
- Jackson, S., & Nicolson, SW (2002). Xylose som nektarsukker: fra biokemi til økologi. Sammenlignende biokemi og fysiologi, 131, 613–620.
- Jeffries, TW (2006). Ingeniørgær til xylosemetabolisme. Aktuel udtalelse i bioteknologi, 17, 320–326.
- Kotter, P., & Ciriacy, M. (1993). Xylose-fermentering ved Saccharomyces cerevisiae. Appl. Microbiol. Biotechnol, 38, 776-783.
- Mathews, C., van Holde, K., & Ahern, K. (2000). Biokemi (3. udg.). San Francisco, Californien: Pearson.
- Miller, M., & Lewis, H. (1932). Pentosemetabolisme. J. Biol. Chem., 98, 133-140.
- National Center for Biotechnology Information. PubChem-database. (+) - Xylose, CID = 644160, www.pubchem.ncbi.nlm.nih.gov/compound/644160 (adgang 12 apr. 2019)
- Schneider, H., Wang, P., Chan, Y. & Maleszka, R. (1981). Konvertering af D-Xylose til ethanol af gæren Pachysolen tannophilus. Bioteknologibrev, 3 (2), 89–92.