Ксилан


Xylan ( / ˈ z aɪ l æ n / ; [ 3 ] / Z aɪ l Большинство / [ 4 ] ) ( Номер CAS : 9014-63-5) является типом гемицеллюлозы , полисахарид, состоящий в основном из ксилозы остатков . Он обнаруживается в растениях , во вторичных клеточных стенках дикотов и всех клеточных стенков трав . [ 5 ] Ксилан является третьим наиболее распространенным биополимером на Земле после целлюлозы и хитина . [ Цитация необходима ]
Композиция
[ редактировать ]Ксиланы представляют собой полисахариды , состоящие из β-1,4-связанных ксилозных остатков ( пентозный сахар ) с боковыми ветвями α-арабинофуранозы и/или α-глюкуроновых кислот. На основании замещенных групп ксилан можно классифицировать на три класса I) глюкуроноксилан (Gx) II) нейтральный арабиноксилон (AX) и III) глюкуроноаарабиноксилан (GAX). [ 6 ] В некоторых случаях способствуют сшиванию целлюлозных микрофибриллов и лигнина через остатки феруловой кислоты. [ 7 ]
Возникновение
[ редактировать ]Структура растительных клеток
[ редактировать ]Ксиланы играют важную роль в целостности клеточной стенки растений и увеличивают непокорное лечение клеточной стенки до ферментативного расщепления ; [ 8 ] [ 9 ] Таким образом, они помогают растениям защищаться от травоядных и патогенных микроорганизмов (биотический стресс). Ксилан также играет значительную роль в росте и развитии растений. Как правило, содержание ксиланов в лиственных породах составляет 10-35%, тогда как они составляют 10-15% в хвост . Основным компонентом ксилана в лиственных породах является O-ацетил-4-O-метилглюкуроноксилан, тогда как арабино-4-о-метилглюкуроноксилан является основным компонентом в хвост. В целом, ксиланы из хвойной древесины отличаются от ксиланов лиственных пород из-за отсутствия ацетильных групп и присутствия арабинозных единиц, связанных α- (1,3) -гликозидными связями с основной цепью ксилана. [ 10 ]
Водоросли
[ редактировать ]Некоторые макрофитические зеленые водоросли содержат ксилан (в частности, гомоксилан [ 11 ] ) особенно те, кто в Codium и Bryopsis родах [ 12 ] где он заменяет целлюлозу в матрице клеточной стенки . Точно так же он заменяет внутренний слой фибриллярной клеточной стенки целлюлозы в некоторых красных водорослях .
Пищевая наука
[ редактировать ]На качество зерновой муки и твердость теста влияют их содержание ксилана, [ 6 ] Таким образом, играя значительную роль в хлебной промышленности. Основной компонент ксилана может быть преобразован в ксилол (производное ксилозы), которое используется в качестве натурального подсластителя пищи, которое помогает уменьшить зубные полости и действует как заменитель сахара для пациентов с диабетом. Корм птицы имеет высокий процент ксилана. [ 6 ]
Ксилан является одним из главных анти-питательных факторов в общем использовании сырье. Ксилолгосахариды, полученные из ксилана, считаются «функциональной пищей» или пищевыми волокнами [ 13 ] из -за их потенциальных пребиотических свойств. [ 14 ]
Кристалличность
[ редактировать ]
Регулярные схемы ветвления Xylans могут облегчить их совместную кристаллизацию с целлюлозой в клеточной стенке растений. [ 15 ] Ксилан также имеет тенденцию кристаллизоваться из водного раствора. [ 16 ] Дополнительные полиморфы (1 → 4) -β-D-ксилана были получены путем кристаллизации из нетвамовых сред. [ 17 ]
Биосинтез
[ редактировать ]Несколько гликозилтрансферазы участвуют в биосинтезе ксиланов. [ 18 ] [ 19 ]
У эукариот GT представляют от 1% до 2% генных продуктов. [ 20 ] GT собираются в комплексы, существующие в аппарате Гольджи. Однако никакие комплексы синтазы ксилана не были выделены из арабидопсиса тканей (DICOT). Первый ген, участвующий в биосинтезе ксилана, был выявлен на ксилемых мутантах (IRX) у Arabidopsis thaliana из -за некоторой мутации, влияющей на гены биосинтеза ксилана. В результате был замечен аномальный рост растений из -за истончения и ослабления вторичных клеточных стен ксилемы. [ 21 ] Arabidopsis Мутант IRX9 (AT2G37090), IRX14 (AT4G36890), IRX10/GUT2 (AT1G27440), IRX10-L/GUT1 (AT5G61840) показал дефект в биосинтезе ксилана. [ 21 ] Arabidopsis Считается, что мутанты IRX7 , IRX8 и Parvus связаны с сокращающим биосинтезом олигосахаридов. [ 22 ] Таким образом, многие гены были связаны с биосинтезом ксилана, но их биохимический механизм до сих пор неизвестен. Zeng et al . (2010) Иммуно-парифицированная активность синтазы ксилана из этиолированных микросомов этиолированной пшеницы ( Triticum aestivum ). [ 23 ] Jiang et al . (2016) сообщили о комплексе синтазы ксилана (XSC) из пшеницы, который имеет центральное ядро, образованное из двух членов семейств GT43 и GT47 (база данных CAZY). Они очистили активность синтазы ксилана из протеомики с помощью протеомического анализа и показали, что двух членов TAGT43 и TAGT47 достаточны для синтеза ксиланоподобного полимера in vitro. [ 24 ]
Авария
[ редактировать ]Ксиланаза преобразует ксилан в ксилозу . Учитывая, что растения содержат до 30% ксилана, ксиланаза важна для цикла питательных веществ . [ 25 ] Разложение ксилана и других гемицеллюлозов имеет отношение к производству биотоплива . Будучи менее кристаллическими и более высоко разветвленными, эти гемицеллюлозы особенно подвержены гидролизу . [ 26 ] [ 27 ]
Исследовать
[ редактировать ]Как основной компонент растений, Xylan потенциально является значительным источником возобновляемой энергии, особенно для биотоплива второго поколения. [ 28 ] Тем не менее, ксилоза (костяк ксилана) представляет собой пентозный сахар, который трудно ферментировать во время преобразования биотоплива, потому что микроорганизмы, такие как дрожжи, не могут естественным образом ферментировать пентозу. [ 29 ]
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Horst H. Nimz, Uwe Schmitt, Eckart Schwab, Otto Wittmann, Franz Wolf "Wood" в энциклопедии Ульмана промышленной химии , 2005, Wiley-VCH, Weinheim. Два : 10.1002/14356007.A28_305
- ^ Carpita, Nicholas C. (2011-01-01). «Обновление о механизмах биосинтеза клеточной стенки растений: как растения делают целлюлозу и другие (1 → 4) -β-D-гликаны» . Физиология растений . 155 (1): 171–184. doi : 10.1104/pp.110.163360 . ISSN 0032-0889 . PMC 3075763 . PMID 21051553 .
- ^ Коллинз английский словарь
- ^ Хоутон Миффлин Харкорт, Американский словарь английского языка Американского наследия , Хоутон Миффлин Харкорт.
- ^ Mellerowicz, EJ; Горшкова, Т.А. (2011-11-16). «Выработка напряженного напряжения в желатиновых волокнах: обзор и возможный механизм, основанный на структуре и составе клеточной стены» . Журнал экспериментальной ботаники . 63 (2): 551–565. doi : 10.1093/jxb/err339 . ISSN 0022-0957 . PMID 22090441 .
- ^ Jump up to: а беременный в Файк, Ахмед (2010-06-01). «Биосинтез ксилана: новости из травы» . Физиология растений . 153 (2): 396–402. doi : 10.1104/pp.110.154237 . ISSN 0032-0889 . PMC 2879768 . PMID 20375115 .
- ^ Балакшин, Михаил; Capanema, Ewellyn; Грач, Ханна; Чанг, Хоу-Мин; Jameel, Hasan (2011-02-05). «Количественная оценка лигнин-карбогидратных связей со спектроскопией ЯМР с высоким разрешением». Планта 233 (6): 1097–1110. doi : 10.1007/s00425-011-1359-2 . ISSN 0032-0935 . PMID 21298285 . S2CID 13080720 .
- ^ Де Оливейра, Диони Матиас; Finger-Teixeira, Aline; Родригес Мота, Thiane; Сальвадор, Виктор Хьюго; Морейра-Вилар, Флавия Каролина; Корреа Молинари, Хьюго Бруно; Крейг Митчелл, Роуэн Эндрю; Marchosi, Rogério; Ferrarese-Filho, Osvaldo; Dantas Dos Santos, Wanderley (2015). «Ферлоновая кислота: ключевой компонент в перемещении лигноцеллюлозной лигноцеллюлозы к гидролизу» (PDF) . Plant Biotechnology Journal . 13 (9): 1224–1232. Doi : 10.1111/pbi.12292 . PMID 25417596 . S2CID 6171914 .
- ^ FAIK, AHMED (2013), «Пратомирование структуры клеточной стенки растительной клеток» Критическая связь при превращении биомассы в ферментируемые сахара , Springerbriefs в молекулярной науке, Springer Netherlands, стр. 1–30, doi : 10.1007/978-94-007-6052 -3_1 , ISBN 9789400760516
- ^ Sixta, Herbert, ed. Справочник по мякоти . Vol. С. ISBN 978-3-527-30999-3 .
- ^ Ebringervá, Anna; Хромадкова, Здена; Heinze, Thomas (2005-01-01). Heinze, Томас (ред.). Гемицеллюлоза . Достижения в области полимерной науки. Спрингер Берлин Гейдельберг. Стр. 1–67. Doi : 10.1007/b136816 . ISBN 9783540261124 .
- ^ «Ксилан гликопродуц для наук о жизни - инженерные и производство» . www.elicityl-oligotech.com . Получено 2016-04-20 .
- ^ Alonso JL, Dominguez H, Garrote G, Parajo JC, Vazques MJ (2003). «Ксилолгосахариды: свойства и технологии производства». Электрон. J. Environ. Сельскохозяйственный Пищевая химия . 2 (1): 230–232.
- ^ Broekaert, WF; Кортин, CM; Verbeke, C.; Ван де Вили, Т.; Verstraete, W.; Delcour, JA (2011). «Пребиотические и другие связанные с здоровьем эффекты арабиноксиланов, происходящих из зерновых, арабиноксилана-олигосахаридов и ксилолгосахаридов». Критические обзоры в области питания и питания . 51 (2): 178–194. doi : 10.1080/10408390903044768 . PMID 21328111 . S2CID 205689400 .
- ^ Симмонс, Томас Дж.; Мортимер, Дженни С.; Bernardinelli, Oigres D.; Pöppler, Ann-Cristin; Браун, Стивен П.; Deazevedo, Eduardo R.; Дюпри, Рэй; Дюпри, Пол (декабрь 2016 г.). «Складывание ксилана на фибриллы целлюлозы в растительных клеточных стенках, выявленных твердотельным ЯМР» . Природная связь . 7 (1): 13902. Bibcode : 2016natco ... 713902s . doi : 10.1038/ncomms13902 . ISSN 2041-1723 . PMC 5187587 . PMID 28000667 .
- ^ Смит, Питер Дж.; Карри, Томас М.; Ян, Чон-Йе; Барнс, Уильям Дж.; Зиглер, Саманта Дж.; Миттал, Ашутош; Moremen, Kelley W.; Йорк, Уильям С.; Bomble, Yannick J.; Пенья, Мария Дж.; Urbanowicz, Breeanna R. (2022-07-13). «Ферментативный синтез микрочастиц ксилана с настраиваемыми морфологиями» . ACS Материалы Au . 2 (4): 440–452. doi : 10.1021/acsmaterialsau.2c00006 . ISSN 2694-2461 . PMC 9284610 . PMID 35856073 .
- ^ Мэн, Чжуоджун; Савада, Дайсуке; Лейн, Кристиан; Огава, Ю; Виртанен, Томми; Нишияма, Йошихару; Таммелин, Tekla; Kontturi, Eero (2021-02-08). «Восходящая конструкция нанокристаллов ксилана в диметилсульфоксиде» . Биомакромолекулы . 22 (2): 898–906. doi : 10.1021/acs.biomac.0c01600 . ISSN 1525-7797 . PMID 33410657 . S2CID 230818554 .
- ^ Поли, Маркус; Гилла, Саша; Лю, Lifeng; Мансури, Насим; Де Соуза, Амансио; Schultink, Алекс; Xiong, Гуангин (2013). «Биосинтез гемицеллюлозы». Планта 238 (4): 627–642. doi : 10.1007/s00425-013-1921-1 . PMID 23801299 . S2CID 17501948 .
- ^ Чжун, Руикин; Ye, Zheng-Hua (2015). «Вторичные клеточные стенки: биосинтез, узорное осаждение и регуляция транскрипции» . Физиология растений и клеток . 56 (2): 195–214. doi : 10.1093/pcp/pcu140 . PMID 25294860 .
- ^ Lairson, LL; Henrissat, B.; Дэвис, GJ; Withers, SG (2008-06-02). «Гликозилтрансферазы: структуры, функции и механизмы». Ежегодный обзор биохимии . 77 (1): 521–555. doi : 10.1146/annurev.biochem.76.061005.092322 . ISSN 0066-4154 . PMID 18518825 .
- ^ Jump up to: а беременный Wu, ai-min; Hörnblad, Emma; Voxeur, Aline; Гербер, Лоренц; Рихуи, Кристоф; Леруж, Патрис; Маршант, Алан (2010-06-01). «Анализ пар Arabidopsis IRX9/IRX9-L и IRX14/IRX14-L генов гликозилтрансферазы выявляет критический вклад в биосинтез гемицеллюлозного глюкуроноксилана» . Физиология растений . 153 (2): 542–554. doi : 10.1104/pp.110.154971 . ISSN 0032-0889 . PMC 2879767 . PMID 20424005 .
- ^ Пенья, Мария Дж.; Чжун, Руикин; Чжоу, Гонг-ке; Ричардсон, Элизабет А.; О'Нил, Малкольм А.; Дарвилл, Алан Г.; Йорк, Уильям С.; Ye, Zheng-Hua (2007-02-01). «Arabidopsis нерегулярный Xylem8 и нерегулярный Xylem9: последствия для сложности биосинтеза глюкуроноксилана» . Растительная ячейка . 19 (2): 549–563. doi : 10.1105/tpc.106.049320 . ISSN 1040-4651 . PMC 1867335 . PMID 17322407 .
- ^ Зенг, Вэй; Чаттерджи, Мохор; Файк, Ахмед (2008-05-01). «УДП-ксилозо-стимулированная глюкуронилтрансфераза в микросомальных мембранах пшеницы: характеристика и роль в биосинтезе ксилана глюкуроно (арабино)» . Физиология растений . 147 (1): 78–91. doi : 10.1104/pp.107.115576 . ISSN 0032-0889 . PMC 2330321 . PMID 18359844 .
- ^ Цзян, Нэн; Wiemels, Richard E.; Соя, Аарон; Уитли, Ревекка; Хелкий, Майкл; Файк, Ахмед (2016-04-01). «Композиция, сборка и торговля комплексом синтазы ксилана пшеницы» . Физиология растений . 170 (4): 1999–2023. doi : 10.1104/pp.15.01777 . ISSN 0032-0889 . PMC 4825154 . PMID 26917684 .
- ^ Ютуру, Вирш; Ву, Джин Чуан (2012). «Микробные ксиланазы: инженерные, производственные и промышленные применения». Биотехнологические достижения . 30 (6): 1219–1227. doi : 10.1016/j.biotechadv.2011.11.006 . PMID 22138412 .
- ^ Chiaramonti, David; Прусси, Маттео; Ферреро, Симона; Ориани, Луис; Ottonello, Piero; Торре, Паоло; Черчи, Франческо (2012). «Обзор процессов преттата для производства лигноцеллюлозного этанола, а также разработки и инновационного метода». Биомасса и биоэнергетика . 46 : 25–35. Doi : 10.1016/j.biompioe.2012.04.020 .
- ^ Карвалью, Ана Флавия Азеведо; Нето, Педро де Олива; Да Силва, Дуглас Фернандес; Пасторе, Глаусия Мария (2013). «Ксилоолигосахариды из лигноцеллюлозных материалов: химическая структура, польза для здоровья и производство с помощью химического и ферментативного гидролиза». Food Research International . 51 : 75–85. Doi : 10.1016/j.foodres.2012.11.021 .
- ^ Джонсон, Ким Л.; Гидли, Майкл Дж.; Bacic, Antony; Доблин, Моника С. (2018). «Биомеханика клеточной стенки: проведенная задача в манипулировании растительными клеточными стенками« подходит для цели »!». Текущее мнение о биотехнологии . 49 : 163–171. doi : 10.1016/j.copbio.2017.08.013 . ISSN 0958-1669 . PMID 28915438 .
- ^ Ренни, Эмили А.; Scheller, Henrik Vibe (2014-04-01). «Биосинтез ксилана». Текущее мнение о биотехнологии . 26 : 100–107. doi : 10.1016/j.copbio.2013.11.013 . ISSN 0958-1669 . PMID 24679265 .