Các arabinose là một monosaccharide lăm nguyên tử carbon, và vì nó có một nhóm chức năng aldehyde trong cấu trúc của nó, nó được phân loại trong nhóm của aldopentoses. Tên của nó bắt nguồn từ tiếng Ả Rập kẹo cao su, từ nơi nó được phân lập lần đầu tiên.
Nó là một loại đường dành riêng cho các sinh vật thực vật và một số nghiên cứu chỉ ra rằng nó đại diện cho từ 5 đến 10% saccharide của thành tế bào ở các cây mô hình Arabidopsis thaliana và Oryza sativa (lúa).
Phép chiếu Fisher cho D - (-) và L - (+) - Arabinose (Nguồn: Wikimedia Commons)
Nó là một phần trong thành phần của pectin và hemicellulose, hai chất tạo màng sinh học có tầm quan trọng lớn theo quan điểm tự nhiên và công nghiệp.
Bột củ cải đường là một ví dụ điển hình về chất thải công nghiệp được sử dụng để chiết xuất arabinose, có nhiều ứng dụng khác nhau trong lĩnh vực vi sinh và y học cho mục đích chẩn đoán, trong việc tổng hợp thuốc chống ung thư và kháng vi-rút, cùng nhiều loại khác.
Vì nó là một saccharide cực kỳ dồi dào trong các chế phẩm thực vật, nên hiện đang có rất nhiều sự quan tâm nghiên cứu về việc tách nó khỏi hỗn hợp saccharide bằng nhiều phương pháp khác nhau.
Điều này đặc biệt đúng khi các chế phẩm được sử dụng cho các quá trình lên men để tạo ra etanol, vì rất ít vi sinh vật có sẵn trên thị trường có khả năng tạo ra rượu này từ arabinose.
Đặc điểm và cấu trúc
L-arabinose được tìm thấy thương mại dưới dạng bột tinh thể màu trắng thường được sử dụng làm chất tạo ngọt trong ngành công nghiệp thực phẩm. Công thức hóa học của nó là C5H10O5 và nó có trọng lượng phân tử khoảng 150 g / mol.
Không giống như hầu hết các monosaccharide trong tự nhiên, loại đường này chủ yếu được tìm thấy dưới dạng đồng phân L-arabinose.
Nói chung, đồng phân L là thành phần phổ biến trong glycoconjugate màng, là những phân tử có bản chất đa dạng được liên kết thông qua liên kết glycosidic với gốc carbohydrate, vì vậy L-arabinose cũng không ngoại lệ.
Phép chiếu Haworth của Arabinosa (Nguồn: NEUROtiker qua Wikimedia Commons)
Dạng đồng phân L của arabinose có hai cấu trúc hình vòng: L-arabinopyranose và L-arabinofuranose. Arabinose tự do tồn tại trong dung dịch dưới dạng L-arabinopyranose, vì dạng này ổn định hơn furanose.
Tuy nhiên, khi quan sát các thành phần polysaccharide của thành tế bào thực vật, cũng như glycoprotein và proteoglycans nơi chứa arabinose, dạng chủ yếu là L-arabinofuranose.
Người đọc cần lưu ý rằng thuật ngữ "pyran" và "furan" đề cập đến các cấu hình hemiacetal theo chu kỳ mà một đường có thể thu được, với các vòng 6 hoặc 5 liên kết, tương ứng.
L-arabinose trong thực vật
Arabinose phân bố rộng rãi trong các loài thực vật trên cạn, bao gồm các loài tảo biển, rêu, và nhiều loại tảo diệp lục và tảo diệp lục, tương ứng là tảo lục và tảo nâu. Thực tế này cho thấy rằng con đường trao đổi chất để tổng hợp nó đã sớm có được ở thực vật "nguyên thủy".
Hầu hết các polysaccharid, proteoglycans, glycoprotein và peptit được tiết ra có chứa polysaccharid với L-arabinose trong thực vật được tổng hợp trong phức hợp Golgi, mặc dù các glycoconjugat nhỏ có thể được tổng hợp trong tế bào.
Con đường tạo L-arabinose duy nhất được biết đến ở thực vật là con đường trong đó nó được tổng hợp thành UDP-L-arabinopyranose từ UDP-xylose, với sự tham gia của UDP-xylose 4-epimerase, xúc tác quá trình epimerization trong vị trí C-4 của UDP-xylose.
Phản ứng này là một phần của con đường tổng hợp de novo cho đường nucleotide hoặc đường UDP, bắt đầu với UDP-glucose được tổng hợp từ sucrose và UDP bởi sucrose synthase, hoặc từ glucose 1-P và UTP bởi UDP-glucose pyrophosphorylase.
Các cơ chế khác đã được đề xuất để sản xuất UDP-L-arabinopyranose từ axit UDP-galacturonic bằng cách khử cacbon C-6, tuy nhiên, enzym UDP-galacturonic axit decarboxylase phụ trách xúc tác phản ứng nói trên không được tìm thấy trong thực vật .
L-arabinose trong vi khuẩn
Từ quan điểm cấu trúc, các tác giả chỉ ra L-arabinose là thành phần cấu tạo nên thành tế bào của nhiều vi khuẩn. Tuy nhiên, tầm quan trọng của nó được nhìn nhận theo quan điểm nhân học hơn:
Con người không thể hấp thụ L-arabinose thực vật mà họ tiêu thụ trong chế độ ăn uống từ ruột. Tuy nhiên, E. coli, một loại vi khuẩn thường trú tự nhiên trong ruột người, có thể tồn tại với chi phí của monosaccharide này làm nguồn cacbon và năng lượng duy nhất của nó.
Loài vi khuẩn này và những loài có liên quan khác, có khả năng chuyển hóa L-arabinose thông qua việc sử dụng các sản phẩm enzym của operon araBAD. Một khi những vi sinh vật này lấy L-arabinose từ môi trường, chúng có thể chuyển nó trong nội bào thành D-xylulose-5-P, mà chúng sử dụng, trong số những thứ khác, cho con đường pentose phosphate.
Trong sinh học thực nghiệm, operon này đã được sử dụng trong các cấu trúc di truyền để biểu hiện có kiểm soát của các gen tương đồng và dị hợp trong hệ thống biểu hiện của vi khuẩn.
Đặc trưng
Tùy thuộc vào bối cảnh mà nó được chiêm ngưỡng, L-arabinose có các chức năng khác nhau. Ngoài một số trong số những người đã được nêu tên trong các điểm trước, có thể tham khảo những điều sau:
-Một trong những phân tử có tỷ lệ L-arabinose cao nhất trong thực vật là arabinan pectic, từ đó phức hợp polyme của pectin, được tìm thấy trong thành tế bào của thực vật, được làm giàu.
-Pectic arabinane tham gia vào quá trình điều chỉnh đóng và mở khí khổng, các quá trình quan trọng để trao đổi khí giữa thực vật và môi trường xung quanh.
- Một ví dụ khác về sự hiện diện và chức năng của L-arabinose trong thực vật là họ protein arabinogalactan, là những proteoglycan bao gồm một vùng carbohydrate lớn giàu L-arabinose và dư lượng galactose.
-Nhiều hợp chất thực vật loại flavonoid thứ cấp được L-arabinopyranosyl hóa, tức là chúng đã liên kết các gốc L-arabinopyranose, đặc biệt là ở A. thaliana.
-Công dụng của L-arabinose đã được đề xuất như một loại thuốc tự nhiên, vì các đơn vị monome của nó ức chế các hoạt động của men maltase và sucrase trong ống nghiệm trong ruột. Hoạt động của sucrase rất quan trọng để giảm lượng đường trong máu.
- Việc đưa L-arabinose vào chế độ ăn của chuột được nuôi trong phòng thí nghiệm dường như góp phần đáng kể vào việc giảm nồng độ insulin và triacylglycerol trong huyết tương và gan.
-Năm 1973, monosaccharide này được Bilik và Caplovic sử dụng để tổng hợp L-ribose bằng cách epime hóa L-arabinose được xúc tác bởi molybdate.
-Cuối cùng, L-arabinose được sử dụng trong nhiều công thức môi trường để nuôi cấy in vitro các vi sinh vật khác nhau.
Người giới thiệu
- Garrett, R., & Grisham, C. (2010). Hóa sinh (xuất bản lần thứ 4). Boston, Hoa Kỳ: Brooks / Cole. CENGAGE Học tập.
- Kotake, T., Yamanashi, Y., Imaizumi, C., & Tsumuraya, Y. (2016). Chuyển hóa L-arabinose trong thực vật. Tạp chí Nghiên cứu Thực vật, 1–12.
- Nelson, DL & Cox, MM (2009). Các nguyên tắc của Lehninger về Hóa sinh. Omega Editions (ấn bản thứ 5).
- Schleif, R. (2000). Quy định của operon L -arabinose của Escherichia coli. Xu hướng Di truyền học, 16, 559–565.
- Spagnuolo, M., Crecchio, C., Pizzigallo, MDR, & Ruggiero, P. (1999). Phân đoạn bột củ cải đường thành Pectin, Cellulose và Arabinose bằng Arabinase kết hợp với siêu lọc. Công nghệ sinh học và Kỹ thuật sinh học, 64, 686–691.
- Voet, D., & Voet, J. (2006). Hóa sinh (xuất bản lần thứ 3). Biên tập Médica Panamericana.
- Yurkanis Bruice, P. (2003). Hóa học hữu cơ. Lề.