Arabinozo je monosaharid pet ogljikovih atomov, in ker ima aldehidno funkcionalno skupino v svoji strukturi, se uvršča v skupino aldopentoses. Ime izvira iz gumi arabščine, od koder je bila prvič izolirana.
To je izključno za rastlinske organizme sladkor in nekatere raziskave kažejo, da predstavlja med 5 in 10% saharidov celične stene v vzorčnih rastlinah Arabidopsis thaliana in Oryza sativa (riž).
Fisherjeva projekcija za D - (-) in L - (+) - Arabinose (Vir: Wikimedia Commons)
Je del sestave pektina in hemiceluloze, dveh biopolimerov velikega pomena z naravnega in industrijskega vidika.
Celuloza iz sladkorne pese je dober primer industrijskih odpadkov, ki se uporabljajo za pridobivanje arabinoze, ki ima na področju mikrobiologije in medicine različne diagnostične namene, med drugim tudi pri sintezi antineoplastičnih in protivirusnih zdravil.
Ker gre za zelo bogat saharid v rastlinskih pripravkih, je trenutno veliko zanimanja za raziskave njegove ločitve od mešanic saharidov z različnimi metodami.
To še posebej velja, kadar se pripravki uporabljajo za fermentacijske procese, ki dosegajo proizvodnjo etanola, saj je malo komercialno dostopnih mikroorganizmov sposobnih proizvajati ta alkohol iz arabinoze.
Značilnosti in struktura
L-arabinozo komercialno najdemo kot bel kristalni prah, ki se pogosto uporablja kot sladilo v prehrambeni industriji. Njegova kemijska formula je C5H10O5 in ima molekulsko maso približno 150 g / mol.
Za razliko od večine monosaharidov v naravi ta sladkor pretežno najdemo kot izomer L-arabinoze.
Na splošno so L-izomeri običajne komponente v membranskih glikokonjugatih, to so molekule raznolike narave, ki jih glikozidne vezi povezujejo z ostanki ogljikovih hidratov, zato L-arabinoza ni izjema.
Haworthova projekcija Arabinose (Vir: NEUROtiker prek Wikimedia Commons)
L-izomerna oblika arabinoze ima dve obročasti strukturi: L-arabinopiranozo in L-arabinofuranozo. Prosta arabinoza obstaja v raztopini kot L-arabinopiranoza, saj je ta oblika bolj stabilna kot furanoza.
Vendar pri opazovanju polisaharidnih komponent rastlinske celične stene ter glikoproteinov in proteoglikanov, kamor je vključena arabinoza, prevladujoča oblika L-arabinofuranoza.
Bralec je previden, da si zapomni, da se izraza "piran" in "furan" nanašata na možne ciklične hemiacetalne konfiguracije, ki jih sladkor lahko pridobi z obroči po 6 ali 5 vezi.
L-arabinoza v rastlinah
Arabinoza je zelo razširjena med kopenskimi rastlinami, vključno z jetrnimi piki, mahovi in številnimi klorofiti in klorofitnimi algami, zelenimi in rjavimi algami. To dejstvo kaže, da je bila metabolična pot za njegovo sintezo že zgodaj pridobljena pri "primitivnih" rastlinah.
Večina polisaharidov, proteoglikanov, glikoproteinov in izločenih peptidov, ki vsebujejo polisaharide z L-arabinozo v rastlinah, se sintetizira v kompleksu Golgi, čeprav se lahko v citosolu sintetizirajo majhni glikokonjugati.
Edina znana pot generacije L-arabinoze v rastlinah je tista, v kateri se sintetizira kot UDP-L-arabinopiranoza iz UDP-ksiloze, z udeležbo 4-epimeraze UDP-ksiloze, ki katalizira epimerizacijo v položaj C-4 UDP-ksiloze.
Ta reakcija je del poti novo sinteze nukleotidnih sladkorjev ali sladkorjev UDP, ki se začne z glukozo UDP, sintetizirano iz saharoze in UDP s saharozno sintazo ali iz glukoze 1-P in UTP z UDP-glukoza pirofosforilaza.
Predlagani so bili drugi mehanizmi za proizvodnjo UDP-L-arabinopiranoze iz UDP-galaktoronske kisline z dekarboksilacijo ogljika C-6, vendar encim UDP-galaktoronska kislina dekarboksilaza, ki je odgovoren za kataliziranje omenjene reakcije, ni bil najden v rastlinah .
L-arabinoza v bakterijah
S strukturnega vidika avtorji opozarjajo na L-arabinozo kot sestavino celične stene mnogih bakterij. Vendar je njen pomen viden z bolj antropičnega vidika:
Ljudje rastlinskih L-arabinoz, ki jih porabijo v prehrani, ne morejo absorbirati iz črevesja. Vendar pa je E. coli, naravna prebivališče bakterije v človeškem črevesju, sposobna preživeti na račun tega monosaharida kot njegovega edinega vira ogljika in energije.
Ta vrsta bakterij in drugih sorodnih je sposobna presnavljati L-arabinozo z uporabo encimskih produktov araBAD operona. Ko ti mikroorganizmi odvzamejo L-arabinozo iz gojišča, jo lahko znotraj celice pretvorijo v D-ksilulozo-5-P, ki jo med drugim uporabljajo za pot pentoznega fosfata.
V eksperimentalni biologiji se ta operon uporablja v genetskih konstrukcijah za nadzorovano ekspresijo homolognih in heterolognih genov v bakterijskih ekspresijskih sistemih.
Lastnosti
L-arabinoza ima različne funkcije, odvisno od konteksta, v katerem se razmišlja. Poleg nekaterih, ki so bile poimenovane v prejšnjih točkah, se lahko sklicujemo na naslednje:
-Ena od molekul z najvišjim deležem L-arabinoze v rastlinah je pektinski arabinan, iz katerega je obogaten polimerni kompleks pektina, ki ga najdemo v celični steni rastlin.
-Pektični arabin je vključen v uravnavanje zapiranja in odpiranja želodca, ključnega procesa za izmenjavo plinov med rastlinami in njihovim okoliškim okoljem.
- Drugi primer prisotnosti in funkcionalnosti L-arabinoze v rastlinah je družina beljakovin arabinogalatana, ki so proteoglikani, sestavljeni iz velikega ogljikohidratnega območja, bogatega z ostanki L-arabinoze in galaktoze.
-Mnogo sekundarnih rastlinskih spojin flavonoidov je L-arabinopiranosiliranih, to pomeni, da imajo povezane ostanke L-arabinopiranoze, zlasti pri A. thaliana.
-Koristnost L-arabinoze je predlagana kot naravno zdravilo, saj njene monomerne enote in vitro zavirajo delovanje črevesne maltaze in saharaze. Za znižanje ravni krvnega sladkorja je pomembna aktivnost sakrasa.
-Vključitev vključitve L-arabinoze v prehrano podgan, ki jih hranijo v laboratoriju, znatno prispeva k zmanjšanju ravni inzulina in triaktilglicerola v krvni plazmi in jetrih.
- Leta 1973 sta Bilik in Caplovic ta monosaharid uporabila za sintezo L-riboze z epimerizacijo L-arabinoze, katalizirane z molibdatom.
-Na koncu se L-arabinoza uporablja v številnih medijskih formulacijah za in vitro kulturo različnih mikroorganizmov.
Reference
- Garrett, R., in Grisham, C. (2010). Biokemija (4. izd.). Boston, ZDA: Brooks / Cole. CENGAGE Učenje.
- Kotake, T., Yamanashi, Y., Imaizumi, C., & Tsumuraya, Y. (2016). Presnova L-arabinoze v rastlinah. Journal of Plant Research, 1–12.
- Nelson, DL, & Cox, MM (2009). Lehningerjeva načela biokemije. Izdaje Omega (5. izd.).
- Schleif, R. (2000). Regulacija L -arabinoze operona Escherichia coli. Trendi v genetiki, 16, 559–565.
- Spagnuolo, M., Crecchio, C., Pizzigallo, MDR, & Ruggiero, P. (1999). Frakcioniranje celuloze sladkorne pese v pektin, celulozo in arabinozo Arabinases v kombinaciji z ultrafiltracijo. Biotehnologija in bioinženiring, 64, 686–691.
- Voet, D., in Voet, J. (2006). Biokemija (3. izd.). Uredništvo Médica Panamericana.
- Yurkanis Bruice, P. (2003). Organska kemija. Pearson.