- Característiques
- Les pentoses com a components estructurals
- Biosíntesi de pentoses
- Fermentació de les pentoses per produir etanol
- Pentoses més comuns: estructura i funció
- ribosa
- arabinose
- xilosa
- ribulosa
- referències
Les pentoses són monosacàrids que posseeixen cinc carbonis i la fórmula empírica és C 5 H 10 O 5. De manera similar a altres monosacàrids, les pentoses són sucres polihidroxilats que poden ser aldoses (si tenen un grup aldehid) o cetosas (si tenen un grup cetona).
Una de les destinacions metabòlics de la glucosa en animals i plantes vasculars és l'oxidació via pentosa fosfat per a produir ribosa 5-fosfat, una pentosa que formarà part de l'ADN.
Font: NEUROtiker
Altres vies transformen la glucosa (per acció de isomerases, quinases i epimerasas) a les pentoses Xilulosa i arabinosa, les quals tenen funcions estructurals. La seva fermentació per microorganismes és important en la biotecnologia.
Característiques
En tots els monosacàrids, incloent les pentoses, la configuració absoluta de centre quiral més allunyat de l'carboni carbonil de les pentoses (C-4) pot ser la de l'D-gliceraldehid o de l'L-gliceraldehid. Això determina si la pentosa és un enantiòmer D o L.
Les aldopentosas tenen tres centres quirals (C-2, C-3, C-4) mentre que les cetosas tenen dos centres quirals (C-3, C-4).
En la naturalesa, les pentoses amb la configuració D són més abundants que les pentoses amb configuració L. Les aldopentosas amb configuració D són: arabinosa, lixosa, ribosa i xilosa. Les cetopentosas amb configuració D són: ribulosa i Xilulosa.
Les pentoses poden ciclarse mitjançant reaccions de l'carboni carbonil de la funció aldehid o cetona, amb un grup hidroxil secundari en una reacció intramolecular, per formar hemiacetals o hemicetales cíclics. Les pentoses poden formar piranosas o furanosas.
El grup aldehid de les aldopentosas, igual que en totes les aldoses, pot ser oxidat i convertit en grup carboxil. El producte format es denomina àcid aldónico. Aquest àcid monocarboxílico pot experimentar una segona oxidació, la qual ocorre en el carboni 6, un alcohol primari, sent convertit en un àcid dicarboxílic, anomenat àcid aldárico.
Les pentoses com a components estructurals
L'anàlisi de la composició de la cel·lulosa i lignina revela que les dues substàncies estan conformades per hexoses i pentoses, sent les hexoses igual o més abundants (fins a dues vegades més) que les pentoses.
La cel·lulosa i l'hemicel·lulosa es troba a la paret cel·lular de les cèl·lules de les plantes. Les microfibril·les cristal·lines de cel·lulosa envolten la hemicel·lulosa amorfa, estant embegudes en una matriu de lignina. La cel·lulosa està composta principalment per glucosa i altres sucres com ara celobiosa, celotriosa i celotetraosa.
La hemicel·lulosa és un heteropolisacàrids de ramificacions curtes compostes per hexoses, D-glucosa, D-galactosa i D-manosa i pentoses, principalment D-xilosa i D-arabinosa.
En els residus lignocel·lulòsics, la proporció de xilosa és més gran que la d'arabinosa. Les pentoses representen el 40% de l'total de sucres (hexoses + pentoses). Els tipus de fusta es diferencien per les substitucions que posseeixen els xilans.
La hemicel·lulosa es classifica segons els residus de sucre que posseeix. El tipus i la quantitat d'hemicel·lulosa varia àmpliament depenent de la planta, el tipus de teixit, l'estat de creixement i les condicions fisiològiques. El D-xilà és la pentosa més abundant en arbres deciduos i en les coníferes.
Biosíntesi de pentoses
En la naturalesa, les pentoses més abundants són D-xilosa, L-arabinosa i D-ribosa i els pentitoles D-arabinol i ribitol. Altres pentoses són molt rares o no existeixen.
En les plantes, el cicle de Calvin és una font de sucres fosforilats com la D-fructosa-6-fosfat, que pot ser transformada en D-glucosa-6-fosfat. Una fosfoglucomutasa catalitza la interconversió de D-glucosa-6-fosfat en D-glucosa-1-fosfat.
L'enzim UDP-glucosa fosforilasa catalitza la formació d'UDP-glucosa a partir uridin-trifosfat (UTP) i D-glucosa-1-fosfat. La reacció que segueix consisteix en una òxid-reducció, on el NAD + accepta electrons d'UDP-glucosa, el qual es converteix en UDP-glucuronato. Aquest últim experimenta una descarboxilació i és convertit en UDP-xilosa.
La UDP-arabinosa 4-epimerasa catalitza la conversió de la UDP-xilosa en UDP-arabinosa, sent una reacció reversible. Tots dos UDP-sucres (UDP-xilosa i UDP-arabinosa) poden ser utilitzats per a la biosíntesi d'hemicel·lulosa.
El cicle de Calvin també produeix pentoses fosfat com ara la ribosa 5-fosfat, una aldosa, la ribulosa 5-fosfat o un cetosa, que serveixen per fixar el diòxid de carboni.
En Escherichia coli, la L-arabinosa és convertida en L-ribulosa per una L-arabinosa isomerasa. Després, la L-ribulosa és transformada primer en L-ribulosa 5-fosfat i després en D-Xilulosa 5-fosfat per acció de la L-ribuloquinasa i L-ribulosa 5-fosfat epimerasa.
Fermentació de les pentoses per produir etanol
L'etanol és produït comercialment per fermentació i mitjançant síntesi química. La producció d'etanol per fermentació requereix que els microorganismes facin servir hexoses i pentoses com a font d'energia. L'obtenció d'etanol a partir de pentoses és més gran si tots dos sucres són presents en grans quantitats.
Molts organismes, com ara llevats, fongs filamentosos i bacteris, poden fermentar xilosa i arabinosa a temperatures entre 28 ºC i 65 ºC i amb un pH entre 2 i 8, produint alcohol.
Algunes soques de Candida sp. tenen la capacitat de créixer només a partir de D-xilosa, sent l'etanol el principal producte de fermentació. Els llevats que millor fermenten la xilosa a etanol són Brettanomyces sp., Candida sp., Hansenula sp., Kluyveromyces sp., Pachysolen sp. i Saccharomices sp.
El fong filamentós Fusarium oxysporum fermenta la glucosa a etanol, produint diòxid de carboni. Aquest fong també és capaç de convertir D-xilosa en etanol. No obstant això, hi ha altres fongs la capacitat de fermentació de la D-xilosa és més gran. Aquests inclouen Mucor sp. i Neurospora crassa.
Molts bacteris poden emprar la hemicel·lulosa com a font d'energia, però la fermentació dels sucres produeix altres substàncies a més de l'etanol, com ara els àcids orgànics, cetones i gasos.
Pentoses més comuns: estructura i funció
ribosa
Símbol Rib. És una aldopentosa i l'enantiòmer D-ribosa és més abundant que el L-ribosa. Soluble en aigua. És un metabòlit de la via pentosa fosfat. La ribosa forma part de l'ARN. La deoxi-ribosa forma part de l'ADN.
arabinose
Símbol Ara. És una aldopentosa, l'enantiòmer L-arabinosa és més abundant que el D-arabinosa. La arabinosa forma part de la paret cel·lular de les plantes.
xilosa
Símbol XYL. És una aldopentosa, l'enantiòmer D-xilosa és més abundant que el L-xilosa. Està present en la paret cel·lular de les plantes i és abundant en molts tipus de fusta. També està present en la pela de llavors de cotó i la petxina de pacana.
ribulosa
Símbol Rub. És una cetosa, l'enantiòmer D-ribulosa és més abundant que el L-ribulosa. És un metabòlit de la via pentosa fosfat i està present en plantes i animals.
referències
- Cui, SW 2005. Food carbohydrates: chemistry, physical properties, and applications. CRC Press, Boca Raton.
- Heldt, HW 2005. Plant biochemistry. Elsevier, Amsterdam.
- Nelson, DL, Cox, MM 2017. Lehninger principles of biochemistry. WH Freeman, Nova York.
- Preiss, J. 1980. The biochemistry of plants a comprehensive treatise, volume 3 - carbohydrates: structure and function. Academic Press, Nova York.
- Singh, A., Mishra, P. 1995. Microbial pentose utilization: current applications in biotechnology. Elsevier, Amsterdam.
- Sinnott, ML 2007. Carbohydrate chemistry and biochemistry structure and mechanism. Royal Society of Chemistry, Cambridge.
- Estic, RV, Williams, SJ 2009. carbohydrates: the essential molecules of life. Elsevier, Amsterdam.
- Voet, D., Voet, JG, Pratt, CW 2008. Fundamentals of biochemistry - life at the molecular level. Wiley, Hoboken.