Pentoses: características, biossíntese, funções

As pentoses são um tipo de carboidrato que possuem cinco átomos de carbono em sua estrutura. Elas desempenham importantes funções no organismo, atuando como componentes essenciais de moléculas como o DNA, RNA, ATP e coenzimas. A biossíntese das pentoses ocorre através de vias metabólicas como a via das pentoses fosfato. Neste contexto, as pentoses desempenham um papel fundamental na regulação do metabolismo energético e na síntese de compostos importantes para o funcionamento celular.

Descubra as principais funções das pentoses no metabolismo celular e na síntese de DNA.

As pentoses são carboidratos de cinco carbonos que desempenham um papel fundamental no metabolismo celular e na síntese de DNA. Elas são encontradas em diversas formas na natureza, como ribose e desoxirribose, que são componentes essenciais para a formação de ácidos nucleicos como o RNA e o DNA.

Uma das principais funções das pentoses no metabolismo celular é a produção de energia. Elas participam da via da glicólise, onde são quebradas para gerar ATP, a principal forma de energia utilizada pelas células. Além disso, as pentoses também são importantes na síntese de nucleotídeos, que são os blocos de construção do DNA e do RNA.

No processo de biossíntese, as pentoses são produzidas a partir da glicose através da via das pentoses fosfato. Esta via metabólica é essencial para a produção de nucleotídeos e para a regeneração de compostos redutores como o NADPH, que são necessários para diversas reações celulares.

Além disso, as pentoses também desempenham um papel importante na regulação do metabolismo celular. Elas podem ser convertidas em intermediários que participam de vias metabólicas essenciais, como a síntese de ácidos graxos e a produção de proteínas.

Sua presença e regulação são fundamentais para garantir o equilíbrio e a eficiência das reações bioquímicas que ocorrem no interior das células.

Importância da via das pentoses na manutenção do metabolismo e estrutura celular.

A via das pentoses é uma importante rota metabólica que desempenha um papel fundamental na manutenção do metabolismo e estrutura celular. As pentoses são carboidratos de cinco carbonos que são essenciais para a síntese de nucleotídeos, coenzimas e outros compostos importantes para a célula.

Uma das principais funções da via das pentoses é a produção de NADPH, um coenzima crucial para a biossíntese de ácidos graxos e esteroides, além de atuar como cofator em diversas reações de oxidação-redução. O NADPH também é essencial para a proteção das células contra o estresse oxidativo, ajudando a neutralizar os radicais livres e preservando a integridade celular.

Além disso, a via das pentoses também é responsável pela produção de ribose-5-fosfato, um importante intermediário na síntese de nucleotídeos, como o ATP e o DNA. Esses compostos são essenciais para a replicação do material genético e para a produção de energia na célula.

Portanto, a via das pentoses desempenha um papel crucial na manutenção do metabolismo e estrutura celular, fornecendo os compostos necessários para a síntese de biomoléculas essenciais e para a proteção contra o estresse oxidativo. É importante que essa via metabólica esteja funcionando de maneira adequada para garantir o correto funcionamento das células e a manutenção da saúde do organismo como um todo.

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Localização do ciclo das pentoses no metabolismo celular de organismos aeróbicos e anaeróbicos.

O ciclo das pentoses, também conhecido como via das pentoses fosfato, ocorre no citosol das células de organismos aeróbicos e anaeróbicos. Este ciclo é responsável pela produção de NADPH e ribose-5-fosfato, que são essenciais para diversas vias metabólicas, como a síntese de ácidos graxos e de nucleotídeos.

Em organismos aeróbicos, o ciclo das pentoses está intimamente ligado à respiração celular, pois a produção de NADPH é essencial para o funcionamento da cadeia respiratória e para a neutralização de espécies reativas de oxigênio. Além disso, a ribose-5-fosfato gerada no ciclo das pentoses é utilizada na síntese de nucleotídeos para a replicação do DNA e RNA.

Já em organismos anaeróbicos, o ciclo das pentoses também desempenha um papel crucial no metabolismo celular. A produção de NADPH é essencial para a regeneração de compostos antioxidantes que protegem a célula contra o estresse oxidativo. Além disso, a ribose-5-fosfato gerada no ciclo das pentoses é utilizada na síntese de nucleotídeos para a replicação do DNA e RNA, mesmo em condições de baixo teor de oxigênio.

Esses compostos são essenciais para diversas vias metabólicas, tornando o ciclo das pentoses uma via central no metabolismo celular.

NADPH: definição e importância no metabolismo celular.

O NADPH, ou nicotinamida adenina dinucleotídeo fosfato, é uma coenzima essencial para diversas reações metabólicas no organismo. Ela desempenha um papel fundamental na transferência de elétrons durante processos de biossíntese e na proteção contra agentes oxidativos.

O NADPH é crucial para a síntese de ácidos graxos, esteroides e nucleotídeos, além de ser um cofator importante na produção de compostos antioxidantes como o glutationa. Sua função principal é fornecer elétrons e hidrogênios para reações de redução, ajudando a manter o equilíbrio redox no interior das células.

Pentoses: características, biossíntese, funções.

As pentoses são carboidratos que possuem cinco átomos de carbono em sua estrutura. Elas desempenham um papel crucial na formação de nucleotídeos, que são os blocos de construção do DNA e do RNA. Além disso, as pentoses são essenciais para a produção de coenzimas como o NADPH, que participam de importantes vias metabólicas.

A biossíntese das pentoses ocorre por meio da via das pentoses fosfato, que é responsável pela produção de ribose-5-fosfato e xilulose-5-fosfato a partir da glicose-6-fosfato. Esses compostos são fundamentais para a síntese de nucleotídeos e para a produção de energia celular.

Pentoses: características, biossíntese, funções

As pentoses são monossacarídeos tendo cinco carbonos e com a fórmula empírica C 5 H 10 O 5 . Semelhante a outros monossacarídeos, as pentoses são açúcares poli-hidroxilados que podem ser aldose (se tiverem um grupo aldeído) ou cetoses (se tiverem um grupo cetona).

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

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Fonte: NEUROtiker [Domínio público]

Outras vias transformam a glicose (pela ação de isomerases, cinases e epimerases) em xilulose e arabinose pentoses, que possuem funções estruturais. Sua fermentação por microorganismos é importante na 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 do que as pentoses com configuração L. As aldopentoses com configuração D são: arabinose, lixose, ribose e xilose. As cetopentoses com configuração D são: ribulose e xilulose.

As pentoses podem ser ciclizadas por reações de carbono carbonil da função aldeído ou cetona, com um grupo hidroxil 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 chamado ácido aldônico. Esse ácido monocarboxílico pode sofrer uma segunda oxidação, que ocorre no carbono 6, um álcool primário, sendo convertido em um ácido dicarboxílico, chamado ácido aldárico.

Pentoses como componentes estruturais

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

Celulose e 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, composto por hexoses, D-glicose, D-galactose e D-manose e pentoses, principalmente D-xilose e D-arabinose.

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

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, do tipo de tecido, do estado de crescimento e das condições fisiológicas. D-xilano é a pentose mais abundante em árvores de folha caduca e coníferas.

Biossíntese de pentoses

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 açúcar fosforilado, como D-frutose-6-fosfato, que pode ser transformado 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 trifosfato de uridina (UTP) e D-glicose-1-fosfato. A reação a seguir consiste em uma redução de óxido, em que o NAD + aceita elétrons UDP-glicose, que são convertidos 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 utilizados para a biossíntese de hemicelulose.

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

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Em Escherichia coli , a L-arabinose é convertida em L-ribulose por uma L-arabinose isomerase. Em seguida, a L-ribulose é primeiro transformada em 5-fosfato de L-ribulose e depois em 5-fosfato de D-xilulose pela ação da L-ribulocinase e epimerase de 5-fosfato de L-ribulose.

Fermentação de pentoses para produzir etanol

O etanol é produzido comercialmente por fermentação e 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 ambos os açúcares estiverem presentes em grandes quantidades.

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

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

O fungo filamentoso Fusarium oxysporum fermenta 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 fermentação da D-xilose é maior. Estes incluem Mucor sp. e Neurospora crassa .

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

Pentoses mais comuns: estrutura e função

Ribosa

Símbolo de costela. É uma aldopentose e o enantiómero D-ribose é mais abundante que a L-ribose. Solúvel em água. É um metabolito da via das pentoses fosfato. A ribose faz parte do RNA. A desoxi ribose faz parte do DNA.

Arabinose

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

Xilosa

Símbolo Xyl É uma aldopentose, o enantiómero 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 algodão e noz-pecã.

Ribulose

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

Referências

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