XYLOSE: KARAKTERISTIK, STRUKTUR DAN FUNGSI - BIOLOGI - 2025

The xylose adalah monosakarida lima atom karbon yang memiliki gugus fungsional aldehid, sehingga diklasifikasikan, bersama dengan terkait sebagai ribose dan arabinosa, dalam kelompok aldopentoses gula.

Koch, pada tahun 1881, adalah orang pertama yang menemukan dan mengisolasinya dari kayu. Sejak saat itu banyak ilmuwan mengklasifikasikannya sebagai salah satu gula yang paling "langka" dan tidak umum mengingat kesulitan dan biaya untuk mendapatkannya.

Proyeksi Fisher untuk D- dan L-Xylose (Sumber: akane700 via Wikimedia Commons)

Akan tetapi, pada tahun 1930, sebuah koperasi Amerika berhasil memperolehnya dari kulit biji kapas, bahan yang jauh lebih murah, dan sejak itu menjadi populer sebagai gula yang dapat diperoleh dengan harga yang sebanding dengan harga produksi sukrosa.

Saat ini, berbagai metode digunakan untuk mengisolasinya dari kayu berbagai spesies tanaman berkayu dan dari beberapa produk limbah.

Turunannya banyak digunakan sebagai pemanis dalam makanan dan minuman yang dikembangkan untuk penderita diabetes, karena tidak berkontribusi pada peningkatan kadar glukosa darah. Turunan yang paling banyak disintesis untuk digunakan sebagai pemanis adalah xylitol.

Penggunaan xylose sebagai sumber karbon dalam industri fermentasi alkohol telah menjadi salah satu poin terpenting penelitian ilmiah saat ini.

karakteristik

Seperti glukosa, xilosa memiliki rasa manis dan beberapa penelitian menunjukkan bahwa xilosa memiliki sekitar 40% rasa manis glukosa.

Sebagai reagen, ini tersedia secara komersial sebagai bubuk kristal putih. Ia memiliki, seperti banyak gula pentosa lainnya, berat molekul sekitar 150,13 g / mol dan rumus molekul C5H10O5.

Mengingat struktur kutubnya, monosakarida ini mudah larut dalam air dan memiliki titik leleh sekitar 150 ° C.

Struktur

Bentuk atau isomer yang paling umum di alam adalah D-xilosa, sedangkan bentuk L-xilosa diperoleh dengan sintesis kimia untuk penggunaan komersial.

Karbohidrat ini memiliki empat gugus OH dan berkat gugus aldehida bebasnya, ini dianggap sebagai gula pereduksi. Seperti gula lainnya, tergantung pada media di mana ia ditemukan, gula dapat ditemukan dengan cara yang berbeda (sehubungan dengan bentuk cincinnya).

Proyeksi Haworth untuk Xylose (Sumber: NEUROtiker via Wikimedia Commons)

Isomer siklik (hemiasetal) dapat ditemukan dalam larutan sebagai pyrans atau furan, yaitu sebagai cincin dengan enam atau lima ikatan yang, pada gilirannya, tergantung pada posisi gugus hidroksil anomerik (-OH), dapat memiliki lebih banyak bentuk isomer. .

fitur

Dalam sel

Seperti sakarida lain seperti glukosa, fruktosa, galaktosa, manosa, dan arabinosa, serta beberapa gula amino turunan, D-xilosa adalah monosakarida yang umumnya dapat ditemukan sebagai bagian struktural dari polisakarida besar.

Ini mewakili lebih dari 30% bahan yang diperoleh dari hidrolisis hemiselulosa yang berasal dari nabati dan dapat difermentasi menjadi etanol oleh beberapa bakteri, ragi dan jamur.

Sebagai penyusun utama polimer xilan pada tumbuhan, xilosa dianggap sebagai salah satu karbohidrat paling melimpah di bumi setelah glukosa.

Hemiselulosa sebagian besar tersusun oleh arabinoxylan, polimer yang tulang punggungnya terdiri dari xilosa yang dihubungkan oleh ikatan β-1,4, di mana residu arabinosa dapat dihubungkan dalam gugus -OH pada posisi 2 'atau 3'. Ikatan ini dapat didegradasi oleh enzim mikroba.

Melalui jalur metabolisme pentosa fosfat pada organisme eukariotik, xilosa dikatabolisme menjadi xilulosa-5-P, yang berfungsi sebagai perantara jalur ini untuk sintesis nukleotida selanjutnya.

Xilosa dalam nektar

Hingga lebih dari satu dekade yang lalu, gula utama yang ditemukan dalam nektar bunga adalah glukosa, fruktosa, dan sukrosa. Meskipun demikian, dua genera dari keluarga Proteaceae memiliki monosakarida keempat: xilosa.

Genera Protea dan Faurea memiliki sakarida ini dalam konsentrasi hingga 40% dalam nektar mereka, sebuah fakta yang sulit dijelaskan karena tampaknya tidak enak (mencolok atau enak) bagi sebagian besar penyerbuk alami tanaman ini.

Beberapa penulis menganggap karakteristik ini sebagai mekanisme pencegahan bagi pengunjung bunga nonspesifik, sementara yang lain berpendapat bahwa kehadirannya lebih berkaitan dengan degradasi dinding sel nektari oleh jamur atau bakteri.

Dalam pengobatan

D-xylose juga digunakan sebagai perantara dalam pembuatan obat dengan fungsi terapeutik. Ini digunakan sebagai pengganti gula untuk tujuan anti-karies (anti-karies).

Di bidang kedokteran hewan, ini digunakan untuk menguji malabsorpsi dan dengan cara yang sama terlibat dalam prosedur untuk mengevaluasi kapasitas penyerapan gula sederhana di usus manusia.

Di industri

Seperti disebutkan sebelumnya, salah satu penggunaan xylose yang paling umum, secara komersial, adalah sebagai suplemen nutrisi pemanis rendah kalori dan penggunaannya disetujui oleh FDA (Food and Drug Administration). .

Produksi bahan bakar alternatif seperti etanol dicapai terutama berkat fermentasi karbohidrat yang ada dalam biomassa tanaman, yang mewakili sumber alkohol jangka panjang tersebut.

Xilosa adalah karbohidrat kedua yang paling melimpah di alam, karena merupakan bagian dari hemiselulosa, suatu heteropolisakarida yang ada di dinding sel sel tumbuhan dan yang merupakan bagian penting dari serat pada kayu.

Banyak upaya sedang dilakukan untuk mencapai fermentasi gula ini untuk menghasilkan lebih banyak etanol dari jaringan tanaman, menggunakan mikroorganisme hasil rekayasa genetika untuk tujuan ini (terutama bakteri dan ragi).

Pengaruh xilosa pada metabolisme hewan

Xylose tampaknya sangat sedikit digunakan oleh hewan monogastrik (hewan dengan perut tunggal, berbeda dengan hewan ruminansia, dengan lebih dari satu rongga lambung).

Pada unggas dan babi, ketika terlalu banyak D-xylose dimasukkan dalam makanan sehari-hari mereka, penurunan linier dapat diamati pada pertambahan berat badan harian rata-rata, efisiensi makan dan kandungan bahan kering yang dikeluarkan.

Hal ini dijelaskan oleh ketidakmampuan kebanyakan hewan untuk mendegradasi polimer hemiselulosa, di mana kelompok penelitian yang berbeda telah diberi tugas untuk mencari alternatif seperti enzim eksogen, penyertaan probiotik dan mikroorganisme dalam diet, dll.

Sangat sedikit yang diketahui tentang pemanfaatan metabolik xilosa pada vertebrata, namun, diketahui bahwa penambahannya sebagai suplemen nutrisi biasanya berakhir sebagai produk ekskresi dalam urin.

Referensi

1. Garrett, R., & Grisham, C. (2010). Biochemistry (edisi ke-4th). Boston, AS: Brooks / Cole. CENGAGE Learning.
2. Huntley, NF, & Patience, JF (2018). Xylose: absorpsi, fermentasi, dan metabolisme pasca absorpsi pada babi. Jurnal Ilmu Hewan dan Bioteknologi, 9 (4), 1-9.
3. Jackson, S., & Nicolson, SW (2002). Xylose sebagai gula nektar: dari biokimia hingga ekologi. Biokimia dan Fisiologi Komparatif, 131, 613-620.
4. Jeffries, TW (2006). Rekayasa ragi untuk metabolisme xilosa. Opini Saat Ini di Bioteknologi, 17, 320-326.
5. Kotter, P., & Ciriacy, M. (1993). Fermentasi xilosa oleh Saccharomyces cerevisiae. Appl. Mikrobiol. Biotechnol, 38, 776-783.
6. Mathews, C., van Holde, K., & Ahern, K. (2000). Biochemistry (edisi ke-3rd). San Francisco, California: Pearson.
7. Miller, M., & Lewis, H. (1932). Metabolisme Pentosa. J. Biol. Chem., 98, 133-140.
8. Pusat Nasional untuk Informasi Bioteknologi. Database PubChem. (+) - Xylose, CID = 644160, www.pubchem.ncbi.nlm.nih.gov/compound/644160 (diakses pada 12 April 2019)
9. Schneider, H., Wang, P., Chan, Y., & Maleszka, R. (1981). Konversi D-Xylose menjadi Ethanol oleh yeast Pachysolen tannophilus. Biotechnology Letters, 3 (2), 89–92.