XYLOSE: ĐẶC ĐIỂM, CẤU TRÚC VÀ CHỨC NĂNG - SINH HỌC - 2025

Các xylose là một monosaccharide lăm nguyên tử carbon có một nhóm chức năng aldehyde, vì vậy nó được phân loại, cùng với liên quan như ribose và arabinose, trong nhóm của aldopentoses đường.

Koch, vào năm 1881, là người đầu tiên phát hiện và cô lập nó khỏi gỗ. Kể từ đó, nhiều nhà khoa học đã phân loại nó là một trong những loại đường "hiếm" nhất và không phổ biến vì những khó khăn và chi phí để có được nó.

Dự đoán của Fisher cho D- và L-Xylose (Nguồn: akane700 qua Wikimedia Commons)

Tuy nhiên, vào năm 1930, một hợp tác xã của Mỹ đã tìm cách lấy nó từ vỏ hạt bông, một loại nguyên liệu rẻ hơn nhiều, và kể từ đó nó trở nên phổ biến như một loại đường có thể bán được với giá tương đương với sản xuất đường sucrose.

Hiện nay, các phương pháp khác nhau được sử dụng để phân lập nó khỏi gỗ của các loài cây thân gỗ khác nhau và từ một số phế phẩm.

Các dẫn xuất của nó được sử dụng rộng rãi như chất tạo ngọt trong thực phẩm và đồ uống được phát triển cho bệnh nhân tiểu đường, vì chúng không góp phần làm tăng mức đường huyết. Dẫn xuất được tổng hợp nhiều nhất được sử dụng làm chất tạo ngọt là xylitol.

Việc sử dụng xylose như một nguồn carbon trong công nghiệp lên men rượu vào thời điểm này đã trở thành một trong những điểm quan trọng nhất của nghiên cứu khoa học.

nét đặc trưng

Giống như glucose, xylose có vị ngọt và một số nghiên cứu đã chỉ ra rằng nó có khoảng 40% vị ngọt của glucose.

Là một thuốc thử, nó có sẵn trên thị trường dưới dạng bột kết tinh màu trắng. Giống như nhiều loại đường pentose khác, nó có trọng lượng phân tử khoảng 150,13 g / mol và công thức phân tử là C5H10O5.

Với cấu trúc phân cực, monosaccharide này dễ tan trong nước và có nhiệt độ nóng chảy khoảng 150 ° C.

Kết cấu

Dạng hoặc đồng phân phổ biến nhất trong tự nhiên là D-xylose, trong khi dạng L-xylose thu được bằng cách tổng hợp hóa học để sử dụng cho mục đích thương mại.

Carbohydrate này có 4 nhóm OH và nhờ có nhóm aldehyde tự do nên nó được coi là đường khử. Giống như các loại đường khác, tùy thuộc vào môi trường nơi nó được tìm thấy, nó có thể được tìm thấy theo những cách khác nhau (đối với hình dạng của vòng của nó).

Phép chiếu Haworth cho Xylose (Nguồn: NEUROtiker qua Wikimedia Commons)

Các đồng phân mạch vòng (hemiacetals) có thể được tìm thấy trong dung dịch dưới dạng pyran hoặc furan, nghĩa là, ở dạng các vòng có sáu hoặc năm liên kết, lần lượt, tùy thuộc vào vị trí của nhóm hydroxyl anome (-OH), có thể có nhiều dạng đồng phân hơn .

Đặc trưng

Trong ô

Giống như các saccharide khác như glucose, fructose, galactose, mannose và arabinose, cũng như một số loại đường amin có nguồn gốc, D-xylose là một monosaccharide thường được tìm thấy như một phần cấu trúc của polysaccharide lớn.

Nó đại diện cho hơn 30% nguyên liệu thu được từ quá trình thủy phân hemicellulose có nguồn gốc thực vật và có thể được lên men thành ethanol bởi một số vi khuẩn, nấm men và nấm.

Là thành phần chính của polyme xylan trong thực vật, xylose được coi là một trong những loại carbohydrate phong phú nhất trên trái đất sau glucose.

Hemicellulose được cấu tạo phần lớn bởi arabinoxylan, một polyme có xương sống được tạo thành từ các xyloza liên kết với nhau bằng liên kết β-1,4, trong đó các gốc arabinose có thể được liên kết trong các nhóm -OH ở vị trí 2 'hoặc 3'. Các liên kết này có thể bị phân huỷ bởi các enzym của vi sinh vật.

Thông qua con đường chuyển hóa pentose phosphate ở sinh vật nhân chuẩn, xylose được dị hóa thành xylulose-5-P, có chức năng như một chất trung gian trong con đường này để tổng hợp nucleotide tiếp theo.

Xylose trong mật hoa

Cho đến hơn một thập kỷ trước, các loại đường chính được tìm thấy trong mật hoa là glucose, fructose và sucrose. Bất chấp chúng, hai chi của họ Proteaceae có monosaccharide thứ tư: xylose.

Các chi Protea và Faurea có hàm lượng saccharide này lên đến 40% trong mật hoa của chúng, một thực tế rất khó giải thích vì nó dường như không ngon (sặc sỡ hoặc ngon) đối với hầu hết các loài thụ phấn tự nhiên của những loài thực vật này.

Một số tác giả coi đặc tính này như một cơ chế phòng ngừa đối với những người viếng thăm hoa không đặc hiệu, trong khi những tác giả khác cho rằng sự hiện diện của nó liên quan nhiều hơn đến sự suy thoái của thành tế bào của mật hoa bởi nấm hoặc vi khuẩn.

Trong y học

D-xylose cũng được sử dụng như một chất trung gian trong sản xuất thuốc có chức năng điều trị. Nó được sử dụng như một chất thay thế cho đường với mục đích chống sâu răng (chống sâu răng).

Trong lĩnh vực thú y, nó được sử dụng để kiểm tra tình trạng kém hấp thu và tương tự như vậy, nó được tham gia vào các quy trình đánh giá khả năng hấp thu đường đơn ở người trong ruột.

Trong ngành công nghiệp

Như đã đề cập trước đây, một trong những cách sử dụng phổ biến nhất của xylose, về mặt thương mại, là một chất bổ sung dinh dưỡng làm ngọt ít calo và việc sử dụng nó đã được FDA (Cục Quản lý Thực phẩm và Dược phẩm) chấp thuận. .

Việc sản xuất các nhiên liệu thay thế như etanol chủ yếu nhờ vào quá trình lên men cacbohydrat có trong sinh khối thực vật, là nguồn cung cấp lâu dài cho rượu nói trên.

Xylose là loại carbohydrate phong phú thứ hai trong tự nhiên, vì nó là một phần của hemixenlulo, một chất dị phân tử có trong thành tế bào của tế bào thực vật và là một phần quan trọng của các sợi trong gỗ.

Nhiều nỗ lực hiện đang được thực hiện để đạt được quá trình lên men loại đường này nhằm tạo ra một lượng lớn etanol từ mô thực vật, sử dụng vi sinh vật biến đổi gen cho mục đích này (đặc biệt là vi khuẩn và nấm men).

Ảnh hưởng của xylose đối với sự trao đổi chất của động vật

Xylose dường như rất ít được sử dụng bởi động vật dạ dày đơn (động vật có một dạ dày, khác với động vật nhai lại, có nhiều hơn một khoang dạ dày).

Ở cả gia cầm và lợn, khi quá nhiều D-xylose được đưa vào chế độ ăn hàng ngày của chúng, có thể quan sát thấy sự giảm tuyến tính trong mức tăng trọng trung bình hàng ngày, hiệu quả cho ăn và hàm lượng chất khô bài tiết.

Điều này được giải thích là do hầu hết các loài động vật không có khả năng phân hủy các polyme hemicellulose, do đó các nhóm nghiên cứu khác nhau đã được giao nhiệm vụ tìm kiếm các giải pháp thay thế như các enzym ngoại sinh, bao gồm các chế phẩm sinh học và vi sinh vật trong ăn kiêng, v.v.

Người ta biết rất ít về việc sử dụng trao đổi chất của xylose ở động vật có xương sống, tuy nhiên, người ta biết rằng việc bổ sung nó như một chất bổ sung dinh dưỡng thường kết thúc như một sản phẩm bài tiết qua nước tiểu.

Người giới thiệu

1. Garrett, R., & Grisham, C. (2010). Hóa sinh (xuất bản lần thứ 4). Boston, Hoa Kỳ: Brooks / Cole. CENGAGE Học tập.
2. Huntley, NF, & Patience, JF (2018). Xylose: hấp thụ, lên men và chuyển hóa sau hấp thụ ở lợn. Tạp chí Khoa học Động vật và Công nghệ Sinh học, 9 (4), 1–9.
3. Jackson, S. và Nicolson, SW (2002). Xylose như một loại đường mật: từ sinh hóa đến sinh thái. Hóa sinh và Sinh lý so sánh, 131, 613–620.
4. Jeffries, TW (2006). Kỹ thuật nấm men để chuyển hóa xylose. Ý kiến ​​hiện tại trong Công nghệ sinh học, 17, 320–326.
5. Kotter, P., & Ciriacy, M. (1993). Lên men xylose nhờ Saccharomyces cerevisiae. Appl. Vi sinh. Biotechnol, 38, 776-783.
6. Mathews, C., van Holde, K., & Ahern, K. (2000). Hóa sinh (xuất bản lần thứ 3). San Francisco, California: Pearson.
7. Miller, M. & Lewis, H. (1932). Chuyển hóa Pentose. J. Biol. Chem., 98, 133-140.
8. Trung tâm Thông tin Công nghệ Sinh học Quốc gia. Cơ sở dữ liệu PubChem. (+) - Xylose, CID = 644160, www.pubchem.ncbi.nlm.nih.gov/compound/644160 (truy cập vào ngày 12 tháng 4 năm 2019)
9. Schneider, H., Wang, P., Chan, Y., & Maleszka, R. (1981). Sự chuyển hóa D-Xylose thành Ethanol bởi nấm men Pachysolen tannophilus. Thư Công nghệ Sinh học, 3 (2), 89–92.