Введение

Полисахарид растительной клеточной стенки Xylan (CAS No 9014-63-5) - это тип гемицеллюлозы, полисахарид, состоящий в основном из остатков ксилозы. Он содержится в растениях, в вторичных клеточных стенках двустворчатых растений и во всех клеточных стенках травы. Ксилан является третьим по распространенности биополимером на Земле после целлюлозы и хитина.

Состав

Ксиланы - это полисахариды, состоящие из остатков β 1,4 связанной ксилозы (пентозного сахара) с боковыми ветвями α арабинофуранозы и/или α глюкуроновой кислоты. На основе замещенных групп ксилан можно классифицировать в три класса: i) глюкуроноксилан (GX), ii) нейтральный арабиноксилан (AX) и iii) глюкуроноарабиноксилан (GAX). В некоторых случаях способствуют перекрестному связыванию микрофибрил целлюлозы и лигнина через остатки ферулиновой кислоты.

Структура клеток растений

Ксиланы играют важную роль в целостности клеточной стенки растения и увеличивают рекалцитентность клеточной стенки к ферментативному пищеварению; таким образом, они помогают растениям защищаться от травоядных и патогенных микроорганизмов (биотический стресс). Ксилан также играет важную роль в росте и развитии растений. Как правило, содержание ксилан в твердой древесине составляет 10-35%, в то время как в мягкой древесине - 10-15%. Основным компонентом ксилана в твердой древесине является O ацетил 4 O метилглюкуроноксилан, тогда как арабино 4 O метилглюкуроноксилан является основным компонентом в мягкой древесине. В целом, ксиланы из мягкой древесины отличаются от ксилан из твердой древесины отсутствием ацетил-групп и наличием арабинозных единиц, связанных α (1,3) гликозидными связями с ксиланской основой.

Водоросли

Некоторые макрофитные зелёные водоросли содержат ксилан (особенно гомоксилан), особенно в родах Codium и Bryopsis, где он заменяет целлюлозу в матрице клеточной стенки. Аналогичным образом, он заменяет внутренний слой фибриллярной клеточной стенки целлюлозы у некоторых красных водорослей.

Наука о пище

На качество зерновой муки и твердость теста влияет содержание ксилана в них, в связи с их потенциальными пребиотическими свойствами.

Кристалличность

Регулярные схемы разветвления ксилан могут способствовать их совместной кристаллизации с целлюлозой в клеточной стенке растения. Ксилан также имеет тенденцию к кристаллизации из водного раствора. Дополнительные полиморфы (1→4) β D ксилана получены путем кристаллизации из неводных сред.

Биосинтез

Несколько гликозильтрансфераз участвуют в биосинтезе ксилан. У эукариот ГТ составляют около 1% - 2% продуктов генов. ГТ собираются в комплексы, существующие в аппарате Голги. Однако из тканей Arabidopsis (дикота) не выделялись комплексы ксилансинтазы. Первый ген, участвующий в биосинтезе ксилана, был обнаружен на ксилемовых мутантах (иркс) в Arabidopsis thaliana из-за некоторых мутаций, влияющих на гены биосинтеза ксилана. В результате наблюдался аномальный рост растений, вызванный истончением и ослаблением вторичных клеточных стен ксилемы. Мутанты арабидопсиса irx9 (At2g37090), irx14 (At4g36890), irx10/gut2 (At1g27440), irx10 L/gut1 (At5g61840) показали дефект в биосинтезе ксилоновой костной мозга. Таким образом, многие гены были связаны с ксилоновым биосинтезом, но их биохимический механизм до сих пор неизвестен. Зенг и другие. (2010) активность иммуноочищенной ксилансинтазы из микросомов этиолированной пшеницы (Triticum aestivum). Цзян и др. (2016) сообщалось о комплексе ксилансинтазы (XSC) из пшеницы, имеющем центральное ядро, состоящее из двух членов семейств GT43 и GT47 (база данных CAZy). Они очистили активность ксилансинтазы из саженцев пшеницы посредством протеомического анализа и показали, что двух членов TaGT43 и TaGT47 достаточно для синтеза ксиланподобного полимера in vitro.

Распределение

Ксиланаза превращает ксилан в ксилозу. Учитывая, что растения содержат до 30% ксилана, ксиланаза важна для цикла питательных веществ. Деградация ксилана и других гемицеллюлоз имеет значение для производства биотоплива. Будучи менее кристаллическими и более сильно разветвленными, эти гемицеллюлозы особенно восприимчивы к гидролизу.

Исследования

Как основной компонент растений, ксилан потенциально является значительным источником возобновляемой энергии, особенно для биотоплива второго поколения. Однако ксилоза (хребет ксилана) является пентозным сахаром, который трудно ферментировать во время преобразования в биотопливо, потому что микроорганизмы, такие как дрожжи, не могут ферментировать пентозу естественным образом.