PENTOSES: ĐẶC ĐIỂM, SINH TỔNG HỢP, CHỨC NĂNG - SINH HỌC - 2026

Các pentoses là monosacarit có năm nguyên tử cacbon và với các công thức kinh nghiệm C ₅ H ₁₀ O ₅ . Tương tự như các monosaccharide khác, pentose là đường polyhydric có thể là aldose (nếu chúng có nhóm aldehyde) hoặc xeton (nếu chúng có nhóm xeton).

Một trong những điểm đến trao đổi chất của glucose ở động vật và thực vật có mạch là quá trình oxy hóa thông qua pentose phosphate để tạo ra ribose 5-phosphate, một loại pentose sẽ tạo thành một phần của DNA.

Nguồn: NEUROtiker

Các con đường khác biến đổi glucose (thông qua hoạt động của isomerase, kinase và epimerase) thành pentose xylulose và arabinose, có chức năng cấu trúc. Quá trình lên men của nó bằng vi sinh vật rất quan trọng trong công nghệ sinh học.

nét đặc trưng

Trong tất cả các monosaccharide, bao gồm cả pentose, cấu hình tuyệt đối của tâm bất đối xa nhất từ ​​cacbon cacbonyl của pentoses (C-4) có thể là cấu hình của D-glyceraldehyde hoặc L-glyceraldehyde. Điều này xác định liệu pentose là đồng phân đối ảnh D hay L.

Aldopentoses có ba tâm bất đối (C-2, C-3, C-4) trong khi xeton có hai tâm bất đối (C-3, C-4).

Trong tự nhiên, các pentose có cấu hình D nhiều hơn các pentose có cấu hình L. Các aldopentoses có cấu hình D là: arabinose, lixose, ribose và xylose. Xetopentose có cấu hình D là: ribulose và xylulose.

Pentoses có thể được tuần hoàn bởi các phản ứng của cacbon cacbonyl của chức năng aldehyde hoặc xeton, với nhóm hydroxyl thứ cấp trong phản ứng nội phân tử, để tạo thành hemiacetals hoặc hemiketals theo chu kỳ. Pentoses có thể tạo thành pyranous hoặc furanose.

Nhóm aldehyde của aldopentoses, như trong tất cả các aldose, có thể bị oxy hóa và chuyển thành nhóm cacboxyl. Sản phẩm tạo thành được gọi là axit aldonic. Axit monocacboxylic này có thể trải qua quá trình oxy hóa thứ hai, xảy ra ở cacbon 6, một rượu chính, được chuyển thành axit dicacboxylic, được gọi là axit aldaric.

Pentoses như các thành phần cấu trúc

Phân tích thành phần của xenluloza và lignin cho thấy rằng cả hai chất đều được tạo thành từ hexoses và pentoses, hexoses có cùng hoặc nhiều hơn (gấp hai lần) so với pentoses.

Xenluloza và hemixenluloza được tìm thấy trong thành tế bào của tế bào thực vật. Các vi sợi xenluloza tinh thể bao quanh hemixenluloza vô định hình, được nhúng trong ma trận lignin. Xenlulo được cấu tạo chủ yếu từ đường glucose và các loại đường khác như cellobiose, celotriose và celotetraose.

Hemicellulose là một dị polysaccharide phân nhánh ngắn bao gồm hexoses, D-glucose, D-galactose, và D-mannose và pentoses, chủ yếu là D-xylose và D-arabinose.

Trong dư lượng lignocellulosic, tỷ lệ xylose lớn hơn so với arabinose. Các bông hoa năm cánh đại diện cho 40% tổng số đường (hexoses + pentoses). Các loại gỗ được phân biệt bởi sự thay thế mà các xylanes có.

Hemicellulose được phân loại theo lượng đường mà nó có. Loại và số lượng hemixenluloza rất khác nhau tùy thuộc vào cây trồng, loại mô, giai đoạn sinh trưởng và điều kiện sinh lý. D-xylan là loại pentose có nhiều nhất trong cây rụng lá và cây lá kim.

Sinh tổng hợp Pentose

Trong tự nhiên, pentose phong phú nhất là D-xylose, L-arabinose và D-ribose, và pentitols D-arabinol và ribitol. Các loại hoa năm cánh khác rất hiếm hoặc không tồn tại.

Ở thực vật, chu trình Calvin là nguồn cung cấp các loại đường được phosphoryl hóa như D-fructose-6-phosphate, có thể chuyển hóa thành D-glucose-6-phosphate. Một phosphoglucomutase xúc tác sự chuyển đổi lẫn nhau của D-glucose-6-phosphate thành D-glucose-1-phosphate.

Enzyme UDP-glucose phosphorylase xúc tác sự hình thành UDP-glucose từ uridine-triphosphate (UTP) và D-glucose-1-phosphate. Phản ứng sau đó bao gồm một quá trình khử oxit, trong đó NAD ⁺ nhận các điện tử từ UDP-glucose, được chuyển thành UDP-glucuronate. Sau đó trải qua quá trình khử cacbon và được chuyển đổi thành UDP-xylose.

UDP-arabinose 4-epimerase xúc tác quá trình chuyển đổi UDP-xylose thành UDP-arabinose, là một phản ứng thuận nghịch. Cả hai loại đường UDP (UDP-xylose và UDP-arabinose) đều có thể được sử dụng để sinh tổng hợp hemicellulose.

Chu trình Calvin cũng tạo ra phosphate pentose như ribose 5-phosphate, một aldose, ribulose 5-phosphate hoặc một ketosis, những chất này phục vụ để liên kết carbon dioxide.

Ở Escherichia coli, L-arabinose được chuyển thành L-ribulose bởi một isomerase L-arabinose. Sau đó, L-ribulose được biến đổi đầu tiên thành L-ribulose 5-phosphate và sau đó thành D-xylulose 5-phosphate nhờ hoạt động của L-ribulokinase và L-ribulose 5-phosphate epimerase.

Lên men pentoses để sản xuất etanol

Ethanol được sản xuất thương mại bằng cách lên men và tổng hợp hóa học. Việc sản xuất etanol bằng cách lên men đòi hỏi các vi sinh vật sử dụng hexoses và pentoses làm nguồn năng lượng. Việc thu được etanol từ pentoza sẽ lớn hơn nếu cả hai loại đường đều có mặt với số lượng lớn.

Nhiều sinh vật, chẳng hạn như nấm men, nấm sợi và vi khuẩn, có thể lên men xylose và arabinose ở nhiệt độ từ 28 ° C đến 65 ° C và với độ pH từ 2 đến 8, tạo ra rượu.

Một số chủng Candida sp. chúng chỉ có khả năng phát triển từ D-xylose, ethanol là sản phẩm lên men chính. Các loại nấm men lên men xylose thành etanol tốt nhất là Brettanomyces sp., Candida sp., Hansenula sp., Kluyveromyces sp., Pachysolen sp. và Saccharomices sp.

Nấm sợi Fusarium oxysporum lên men glucose thành ethanol, tạo ra carbon dioxide. Loại nấm này cũng có khả năng chuyển đổi D-xylose thành ethanol. Tuy nhiên, có những loại nấm khác có khả năng lên men D-xylose lớn hơn. Chúng bao gồm Mucor sp. và Neurospora crassa.

Nhiều vi khuẩn có thể sử dụng hemicellulose như một nguồn năng lượng, nhưng quá trình lên men đường tạo ra các chất khác ngoài etanol, chẳng hạn như axit hữu cơ, xeton và khí.

Các loại hoa năm cánh phổ biến nhất: cấu trúc và chức năng

Ribose

Biểu tượng xương sườn. Nó là một aldopentose và đồng phân đối quang D-ribose có nhiều hơn so với L-ribose. Hoà tan trong nước. Nó là một chất chuyển hóa của con đường pentose phosphate. Ribose là một phần của RNA. Deoxyribose là một phần của DNA.

Arabinose

Biểu tượng Ara. Nó là một aldopentose, đồng phân đối quang L-arabinose có nhiều hơn D-arabinose. Arabinose là một phần của thành tế bào thực vật.

Xylose

Ký hiệu Xyl. Nó là một aldopentose, đồng phân đối quang D-xylose nhiều hơn L-xylose. Nó có trong thành tế bào của thực vật và có nhiều trong nhiều loại gỗ. Nó cũng có trong vỏ hạt bông và vỏ quả hồ đào.

Ribulose

Biểu tượng chà xát. Nó là một dạng ketosis, đồng phân đối quang D-ribulose có nhiều hơn L-ribulose. Nó là một chất chuyển hóa của con đường pentose phosphate và có trong thực vật và động vật.

Người giới thiệu

1. Cui, SW 2005. Carbohydrate thực phẩm: hóa học, tính chất vật lý và ứng dụng. CRC Press, Boca Raton.
2. Heldt, HW 2005. Hóa sinh thực vật. Elsevier, Amsterdam.
3. Nelson, DL, Cox, MM 2017. Các nguyên tắc của Lehninger về hóa sinh. WH Freeman, New York.
4. Preiss, J. 1980. Hóa sinh thực vật một chuyên luận toàn diện, tập 3 - carbohydrate: cấu trúc và chức năng. Báo chí Học thuật, New York.
5. Singh, A., Mishra, P. 1995. Sử dụng pentose của vi sinh vật: các ứng dụng hiện tại trong công nghệ sinh học. Elsevier, Amsterdam.
6. Sinnott, ML 2007. Cấu trúc và cơ chế hóa học và hóa sinh Carbohydrate. Hiệp hội Hóa học Hoàng gia, Cambridge.
7. Stick, RV, Williams, SJ 2009. Carbohydrate: các phân tử thiết yếu của sự sống. Elsevier, Amsterdam.
8. Voet, D., Voet, JG, Pratt, CW 2008. Các nguyên tắc cơ bản của hóa sinh - sự sống ở cấp độ phân tử. Wiley, Hoboken.