بينتوز: الخصائص ، التخليق الحيوي ، الوظائف - مادة الاحياء - 2026

و pentoses هي السكريات الأحادية وجود خمسة كربونات ومع و الصيغة المجملة C ₅ H ₁₀ O ₅. على غرار السكريات الأحادية الأخرى ، فإن البنتوز عبارة عن سكريات متعددة الهيدرات يمكن أن تكون ألدوز (إذا كان لديهم مجموعة ألدهيد) أو كيتوز (إذا كان لديهم مجموعة كيتون).

أحد الوجهات الأيضية للجلوكوز في الحيوانات والنباتات الوعائية هو الأكسدة عن طريق فوسفات البنتوز لإنتاج ريبوز 5 فوسفات ، وهو بنتوز سيشكل جزءًا من الحمض النووي.

المصدر: NEUROtiker

تقوم مسارات أخرى بتحويل الجلوكوز (من خلال عمل الأيزوميرات ، والكينازات ، والإبيميراز) إلى زيلولوز البنتوز وأرابينوز ، والتي لها وظائف هيكلية. تخميره بواسطة الكائنات الحية الدقيقة مهم في التكنولوجيا الحيوية.

مميزات

في جميع السكريات الأحادية ، بما في ذلك البنتوز ، يمكن أن يكون التكوين المطلق للمركز اللولبي الأبعد عن الكربون الكربوني للبنتوز (C-4) هو D-glyceraldehyde أو L-glyceraldehyde. هذا يحدد ما إذا كان البنتوز هو D أو L.

يحتوي Aldopentoses على ثلاثة مراكز مراوان (C-2 ، C-3 ، C-4) بينما تحتوي الكيتوز على مركزين مراوان (C-3 ، C-4).

في الطبيعة ، تكون البنتوز بتكوين D أكثر وفرة من البنتوز بتكوين L. والألدوبنتوز بتكوين D هي: أرابينوز ، ليكسوز ، ريبوز ، وزيلوز. Ketopentoses مع تكوين D هي: الريبولوز والزيلولوز.

يمكن تدوير البنتوز عن طريق تفاعلات الكربونيل الكربوني لوظيفة الألدهيد أو الكيتون ، مع مجموعة هيدروكسيل ثانوية في تفاعل داخل الجزيء ، لتكوين أسيتات نصف دائرية أو نصف معدنية. يمكن أن تشكل السقائف هرمية أو فورانوز.

يمكن أن تتأكسد مجموعة الألدهيد للألدوبنتوز ، كما هو الحال في جميع الألدوز ، وتحويلها إلى مجموعة كربوكسيل. المنتج المتكون يسمى حمض الدونيك. يمكن أن يخضع هذا الحمض أحادي الكربوكسيل لأكسدة ثانية ، والتي تحدث في الكربون 6 ، وهو كحول أساسي ، يتم تحويله إلى حمض ثنائي الكربوكسيل ، يسمى حمض الداريك.

بينتوز كمكونات هيكلية

يكشف تحليل تركيبة السليلوز واللجنين أن كلتا المادتين تتكونان من سداسي وخماسي ، وأن السداسيات هي نفسها أو أكثر وفرة (حتى مرتين أكثر) من البنتوز.

تم العثور على السليلوز والهيميسليلوز في جدار الخلية من الخلايا النباتية. تحيط الألياف الدقيقة السليلوزية البلورية بنصف السليلوز غير المتبلور ، ويتم تضمينها في مصفوفة اللجنين. يتكون السليلوز بشكل أساسي من الجلوكوز والسكريات الأخرى مثل السيلوبيوز ، والسيلوتريوز ، والسيلوتيراوز.

Hemicellulose عبارة عن عديدات سكاريد غير متجانسة قصيرة الفروع تتكون من hexoses و D-glucose و D-galactose و D-mannose و pentoses ، وخاصة D-xylose و D-arabinose.

في بقايا lignocellulosic ، تكون نسبة الزيلوز أكبر من نسبة الأرابينوز. تمثل البنتوز 40٪ من إجمالي السكريات (سداسي + بنتوز). يتم تمييز أنواع الخشب بالبدائل الموجودة في الزيلان.

يصنف الهيميسليلوز حسب مخلفات السكر الموجودة به. يختلف نوع وكمية الهيميسليلوز بشكل كبير حسب النبات ونوع الأنسجة ومرحلة النمو والظروف الفسيولوجية. D-xylan هو أكثر البنتوز وفرة في الأشجار المتساقطة والصنوبريات.

التخليق الحيوي للبنتوز

في الطبيعة ، البنتوز الأكثر وفرة هو D-xylose و L-arabinose و D-ribose و pentitols D-arabinol و ribitol. البنتوز الأخرى نادرة جدًا أو غير موجودة.

في النباتات ، تعد دورة كالفين مصدرًا للسكريات المفسفرة مثل D-fructose-6-phosphate ، والتي يمكن تحويلها إلى D-glucose-6-phosphate. يحفز الفوسفوجلوكوموتاز التحويل البيني لـ D-glucose-6-phosphate إلى D-glucose-1-phosphate.

يحفز إنزيم UDP-glucose phosphorylase تكوين UDP-glucose من uridine-triphosphate (UTP) و D-glucose-1-phosphate. يتكون التفاعل التالي من اختزال الأكسيد ، حيث يقبل NAD ⁺ الإلكترونات من UDP-glucose ، والذي يتم تحويله إلى UDP-glucuronate. هذا الأخير يخضع لنزع الكربوكسيل ويتم تحويله إلى UDP-xylose.

UDP-arabinose 4-epimerase يحفز تحويل UDP-xylose إلى UDP-arabinose ، كونه رد فعل عكسي. يمكن استخدام كل من السكريات UDP (UDP-xylose و UDP-arabinose) في التخليق الحيوي للهيميسليلوز.

تنتج دورة كالفين أيضًا البنتوز الفوسفاتي مثل ريبوز 5-فوسفات أو ألدوز أو ريبولوز 5 فوسفات أو كيتوسيس ، والتي تعمل على ربط ثاني أكسيد الكربون.

في Escherichia coli ، يتم تحويل L-arabinose إلى L-ribulose بواسطة L-arabinose isomerase. بعد ذلك ، يتم تحويل L-ribulose أولاً إلى L-ribulose 5-phosphate ثم إلى D-xylulose 5-phosphate عن طريق عمل L-ribulokinase و L-ribulose 5-phosphate epimerase.

تخمر البنتوز لإنتاج الإيثانول

يتم إنتاج الإيثانول تجاريًا عن طريق التخمير والتوليف الكيميائي. يتطلب إنتاج الإيثانول عن طريق التخمير أن تستخدم الكائنات الحية الدقيقة السداسي والبنتوز كمصدر للطاقة. يكون الحصول على الإيثانول من البنتوز أكبر إذا كان كلا السكرين موجودين بكميات كبيرة.

يمكن للعديد من الكائنات الحية ، مثل الخميرة والفطريات الخيطية والبكتيريا ، تخمير الزيلوز والأرابينوز في درجات حرارة تتراوح بين 28 درجة مئوية و 65 درجة مئوية ودرجة الحموضة بين 2 و 8 ، مما ينتج الكحول.

بعض سلالات Candida sp. لديهم القدرة على النمو فقط من D-xylose ، والإيثانول هو منتج التخمير الرئيسي. أفضل الخمائر التي تخمر الزيلوز إلى الإيثانول هي Brettanomyces sp. ، Candida sp. ، Hansenula sp. ، Kluyveromyces sp. ، Pachysolen sp. و Saccharomices sp.

الفطر الخيطي Fusarium oxysporum يخمر الجلوكوز إلى إيثانول ، مما ينتج عنه ثاني أكسيد الكربون. هذه الفطريات قادرة أيضًا على تحويل D-xylose إلى إيثانول. ومع ذلك ، هناك فطريات أخرى تكون قدرتها على تخمير D-xylose أكبر. وتشمل هذه Mucor sp. و Neurospora crassa.

يمكن أن تستخدم العديد من البكتيريا الهيميسليلوز كمصدر للطاقة ، لكن تخمير السكريات ينتج مواد أخرى بالإضافة إلى الإيثانول ، مثل الأحماض العضوية والكيتونات والغازات.

الأكثر شيوعًا بينتوز: الهيكل والوظيفة

ريبوز

رمز الضلع. إنه ألدوبنتوز و D-ribose enantiomer أكثر وفرة من L-ribose. يذوب في الماء. وهو مستقلب لمسار فوسفات البنتوز. الريبوز هو جزء من الحمض النووي الريبي. Deoxyribose هو جزء من الحمض النووي.

أرابينوز

رمز آرا. إنه ألدوبنتوز ، L-arabinose enantiomer أكثر وفرة من D- أرابينوز. أرابينوز هو جزء من جدار الخلية للنباتات.

الزيلوز سكر الخشب

رمز Xyl. إنه ألدوبنتوز ، D-xylose enantiomer أكثر وفرة من L-xylose. إنه موجود في جدار الخلية للنباتات وهو متوفر بكثرة في العديد من أنواع الخشب. كما أنه موجود في قشر بذور القطن وقشرة البقان.

ريبولوز

فرك الرمز. إنها الحالة الكيتونية ، D-ribulose enantiomer أكثر وفرة من L-ribulose. وهو مستقلب لمسار فوسفات البنتوز وموجود في النباتات والحيوانات.

المراجع

1. Cui، SW 2005. الكربوهيدرات الغذائية: الكيمياء ، الخصائص الفيزيائية ، والتطبيقات. مطبعة CRC ، بوكا راتون.
2. هيلدت ، HW 2005. الكيمياء الحيوية النباتية. إلسفير ، أمستردام.
3. Nelson، DL، Cox، MM 2017. مبادئ Lehninger للكيمياء الحيوية. دبليو إتش فريمان ، نيويورك.
4. Preiss، J. 1980. الكيمياء الحيوية للنباتات أطروحة شاملة ، المجلد 3 - الكربوهيدرات: التركيب والوظيفة. المطبعة الأكاديمية ، نيويورك.
5. Singh، A.، Mishra، P. 1995. استخدام البنتوز الميكروبي: التطبيقات الحالية في التكنولوجيا الحيوية. إلسفير ، أمستردام.
6. Sinnott، ML 2007. هيكل وآلية كيمياء الكربوهيدرات والكيمياء الحيوية. الجمعية الملكية للكيمياء ، كامبريدج.
7. Stick، RV، Williams، SJ 2009. الكربوهيدرات: الجزيئات الأساسية للحياة. إلسفير ، أمستردام.
8. Voet، D.، Voet، JG، Pratt، CW 2008. أساسيات الكيمياء الحيوية - الحياة على المستوى الجزيئي. وايلي ، هوبوكين.