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.
Xylan ('/z//aɪ//l//æ//n/; '/z//aɪ//l//ən/) (CAS number: 9014 63 5) is a type of hemicellulose, a polysaccharide consisting mainly of xylose residues. It is found in plants, in the secondary cell walls of dicots and all cell walls of grasses. Xylan is the third most abundant biopolymer on Earth, after cellulose and chitin.
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.