Pentoses: características, biossíntese, funções - Ciência - 2023

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As pentoses são monossacarídeos que possuem cinco carbonos e cuja fórmula empírica é C₅H₁₀OU₅. Semelhante a outros monossacarídeos, as pentoses são açúcares poli-hídricos que podem ser aldoses (se tiverem um grupo aldeído) ou cetoses (se tiverem um grupo cetona).

Um dos destinos metabólicos da glicose em plantas e animais vasculares é a oxidação via pentose fosfato para produzir ribose 5-fosfato, uma pentose que fará parte do DNA.

Outras vias transformam a glicose (por ação de isomerases, quinases e epimerases) nas pentoses xilulose e arabinose, que possuem funções estruturais. Sua fermentação por microrganismos é importante em biotecnologia.

Caracteristicas

Em todos os monossacarídeos, incluindo as pentoses, a configuração absoluta do centro quiral mais distante do carbono carbonílico das pentoses (C-4) pode ser a do D-gliceraldeído ou L-gliceraldeído. Isso determina se a pentose é um enantiômero D ou L.

As aldopentoses têm três centros quirais (C-2, C-3, C-4), enquanto as cetoses têm dois centros quirais (C-3, C-4).

Na natureza, as pentoses com configuração D são mais abundantes que as pentoses com configuração L. As aldopentoses com configuração D são: arabinose, lixose, ribose e xilose. As cetopentoses com a configuração D são: ribulose e xilulose.

As pentoses podem ser ciclizadas por reações do carbono carbonílico da função aldeído ou cetona, com um grupo hidroxila secundário em uma reação intramolecular, para formar hemiacetais ou hemicetais cíclicos. As pentoses podem formar piranose ou furanose.

O grupo aldeído das aldopentoses, como em todas as aldoses, pode ser oxidado e convertido em um grupo carboxila. O produto formado é denominado ácido aldônico. Esse ácido monocarboxílico pode sofrer uma segunda oxidação, que ocorre no carbono 6, um álcool primário, sendo convertido em um ácido dicarboxílico, denominado ácido aldárico.

Pentoses como componentes estruturais

A análise da composição da celulose e da lignina revela que ambas as substâncias são constituídas por hexoses e pentoses, sendo as hexoses iguais ou mais abundantes (até duas vezes mais) que as pentoses.

A celulose e a hemicelulose são encontradas na parede celular das células vegetais. As microfibrilas de celulose cristalina circundam a hemicelulose amorfa, sendo incorporadas em uma matriz de lignina. A celulose é composta principalmente de glicose e outros açúcares, como celobiose, celotriose e celotetraose.

A hemicelulose é um heteropolissacarídeo de ramificação curta composta por hexoses, D-glicose, D-galactose e D-manose e pentoses, principalmente D-xilose e D-arabinose.

Em resíduos lignocelulósicos, a proporção de xilose é maior do que a de arabinose. As pentoses representam 40% dos açúcares totais (hexoses + pentoses). Os tipos de madeira são diferenciados pelas substituições que os xilanos têm.

A hemicelulose é classificada de acordo com os resíduos de açúcar que possui. O tipo e a quantidade de hemicelulose variam amplamente, dependendo da planta, tipo de tecido, estágio de crescimento e condições fisiológicas. D-xylan é a pentose mais abundante em árvores decíduas e coníferas.

Biossíntese de pentose

Na natureza, as pentoses mais abundantes são D-xilose, L-arabinose e D-ribose, e os pentitóis D-arabinol e ribitol. Outras pentoses são muito raras ou não existem.

Nas plantas, o ciclo de Calvin é uma fonte de açúcares fosforilados como a D-frutose-6-fosfato, que pode ser transformada em D-glicose-6-fosfato. Uma fosfoglucomutase catalisa a interconversão de D-glicose-6-fosfato em D-glicose-1-fosfato.

A enzima UDP-glicose fosforilase catalisa a formação de UDP-glicose a partir de uridina-trifosfato (UTP) e D-glicose-1-fosfato. A reação que se segue consiste em uma redução de óxido, onde o NAD⁺ Ele aceita elétrons da UDP-glicose, que é convertida em UDP-glucuronato. Este último sofre descarboxilação e é convertido em UDP-xilose.

A UDP-arabinose 4-epimerase catalisa a conversão de UDP-xilose em UDP-arabinose, sendo uma reação reversível. Ambos os açúcares UDP (UDP-xilose e UDP-arabinose) podem ser usados para a biossíntese de hemicelulose.

O ciclo de Calvin também produz fosfato pentoses, como ribose 5-fosfato, uma aldose, ribulose 5-fosfato ou uma cetose, que servem para ligar o dióxido de carbono.

No Escherichia coli, L-arabinose é convertida em L-ribulose por uma L-arabinose isomerase. Em seguida, a L-ribulose é transformada primeiro em L-ribulose 5-fosfato e depois em D-xilulose 5-fosfato por ação da L-ribuloquinase e L-ribulose 5-fosfato epimerase.

Fermentação de pentoses para produção de etanol

O etanol é produzido comercialmente por fermentação e por síntese química. A produção de etanol por fermentação requer que os microrganismos usem hexoses e pentoses como fonte de energia. A obtenção de etanol a partir de pentoses é maior se os dois açúcares estiverem presentes em grandes quantidades.

Muitos organismos, como leveduras, fungos filamentosos e bactérias, podem fermentar xilose e arabinose em temperaturas entre 28ºC e 65ºC e com pH entre 2 e 8, produzindo álcool.

Algumas cepas de Candida sp. eles têm a capacidade de crescer apenas a partir de D-xilose, sendo o etanol o principal produto de fermentação. As leveduras que melhor fermentam xilose em etanol são Brettanomyces sp., Candida sp., Hansenula sp., Kluyveromyces sp., Pachysolen sp. Y Saccharomyces sp.

O fungo filamentoso Fusarium oxysporum fermenta a glicose em etanol, produzindo dióxido de carbono. Este fungo também é capaz de converter D-xilose em etanol. No entanto, existem outros fungos cuja capacidade de fermentar a D-xilose é maior. Esses incluem Mucor sp. Y Neurospora crassa.

Muitas bactérias podem usar a hemicelulose como fonte de energia, mas a fermentação dos açúcares produz outras substâncias além do etanol, como ácidos orgânicos, cetonas e gases.

Pentoses mais comuns: estrutura e função

Ribose

Símbolo de costela. É uma aldopentose e o enantiômero D-ribose é mais abundante que a L-ribose. Solúvel em água. É um metabólito da via da pentose fosfato. A ribose faz parte do RNA. A desoxirribose faz parte do DNA.

Arabinose

Símbolo Ara. É uma aldopentose, o enantiômero L-arabinose é mais abundante que a D-arabinose. Arabinose faz parte da parede celular das plantas.

Xilose

Símbolo Xyl. Por ser uma aldopentose, o enantiômero D-xilose é mais abundante que a L-xilose. Está presente na parede celular das plantas e é abundante em muitos tipos de madeira. Também está presente na casca do caroço do algodão e na casca da noz-pecã.

Ribulose

Esfregue o símbolo. É uma cetose, o enantiômero D-ribulose é mais abundante que a L-ribulose. É um metabólito da via das pentoses fosfato e está presente em plantas e animais.

Referências

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