HEPTOZE: ZNAČILNOSTI, BIOLOŠKI POMEN, SINTEZA - BIOLOGIJA - 2025

V heptoses so monosaharidi imajo sedem ogljikov in je empirično formulo C ₇ H ₁₄ O ₇ . Ti sladkorji, kot so drugi monosaharidi, so polihidroksilirani in so lahko: aldoheptoze, ki imajo na ogljiku eno aldehidno funkcijo, ali ketoheptoze, ki imajo v ogljiku 2 ketonsko skupino.

Heptoze se sintetizirajo v presnovnih poteh, kot je Calvin cikel fotosinteze in neoksidativna faza pentoz fosfatne poti. So sestavni del lipo-polisaharidov (LPS) v celični steni gram-negativnih bakterij, kot so Escherichia coli, Klebsiella sp., Neisseria sp., Proteus sp., Pseudomonas sp., Salmonella sp., Shigella sp., In Vibrio sp.

Vir: Fvasconcellos

značilnosti

Heptoze, podobne heksozam, obstajajo pretežno v svoji ciklični obliki. Aldoheptoze imajo pet asimetričnih ogljikov in krožijo, da tvorijo piranozo. V nasprotju s tem imajo ketoheptoze štiri asimetrične ogljike, kjer tvorijo tudi piranoze.

Zelo pogosta naravna ketoheptoza v živih organizmih je sedoheptuloza. Ta sladkor je pomemben pri tvorbi heksoznih sladkorjev pri fotosintezi in presnovi ogljikovih hidratov pri živalih.

Ko sedoheptuloza segreje v razredčeni mineralni kislini, tvori ravnotežno mineralno mešanico, kjer se 80% kristalizira kot 2,7-anhidro-β-D-altro-heptulopiranoza in 20% sedoheptuloza.

Kemična določitev heptoz se opravi z žveplovo kislino in cisteinom, difenilaminom in floroglucinolom. Pod določenimi pogoji je mogoče razlikovati heptozo od drugih sladkorjev. Lahko celo razlikuje med aldoheptozami in ketoheptozami.

Mnogo aldoheptoz ima konfiguracijo glicero-D-mannoheptoze. Heptoza je skupaj z osem-ogljikovim keto-sladkorno kislino (3-deoksi-D-manno-2-oktuzonska kislina, sladkor Kdo) strukturne sestavine LPS v zunanji membrani lipidnega dvosloja bakterij .

LPS lahko ekstrahiramo s 45-odstotno mešanico fenola v vodi. Nato lahko heptoze in sladkorje KDO prepoznamo s kolorimetričnimi in kromatografskimi tehnikami.

Biološki pomen hepatoz

Pri fotosintezi in po poti pentoznega fosfata

Encimi, ki pretvarjajo triozni fosfat, gliceraldehid-3-fosfat in dihidroksiaceton fosfat, nastali z asimilacijo CO ₂ , v škrob , najdemo v stromi kloroplasta . Dve stopnji kalvinskega cikla sta tvorba trioznega fosfata in obnavljanje ogljika, da se začne ponovno fiksacija CO ₂ .

V fazi obnavljanja ogljika je encim aldolaza odgovoren za pretvorbo eritroznega 4-fosfata (štiri ogljikovega presnovka (E4P)) in dihidroksiketon fosfata (tri-ogljikov presnovek) v sedoheptulozo 1,7-bisfosfat .

Ta ketoheptosse se v več korakih, encimsko katalizirana, pretvori v 1,5-bisfosfat ribuloze.

Ribuloza 1,5-bisfosfat je začetni presnovek kalvinskega cikla. Po drugi strani se biosinteza sedoheptuloze 7-fosfata (S7P) odvija na poti pentoznega fosfata, ki je pot prisotna v vseh živih organizmih. V tem primeru delovanje transketolaze pretvori dva fosfatna pentoza v S7P in gliceraldehid-3-fosfat (GAP).

Nato se skozi dva koraka, ki ju katalizira transaldolaza in transketolaza, S7P in GAP pretvorita v fruktozo-6-fosfat in GAP. Oba sta presnovka glikolize.

V lipo-polisaharidi (LPS)

Heptoze so prisotne v lipopolisaharidih in polisaharidih kapsule bakterij. Strukturni motiv LPS pri Enterobacteriaceae je sestavljen iz lipida A, ki ga sestavlja dimer 2-amino-2-deoksi-D-glukoze, ki ga veže β - (1®6) vez. Ima dva fosfatna estra in dolgoverižne skupine maščobnih kislin.

Lipid A je povezan z osrednjim območjem z mostom treh sladkorjev Kdo in ketodeoksiokktulosonske kisline, povezanih z glikozidnimi vezmi (2®7). Ta regija je povezana z heptozo L-glicero-D-mannoheptoze z alfa anomerno konfiguracijo. Obstaja O-antigena regija.

Ta strukturni motiv je prisoten v gram negativnih bakterijah, kot so Escherichia coli, Klebsiella sp., Yersinia sp., Pseudomonas sp., Salmonella sp., Kot tudi pri drugih patogenih bakterijah.

Obstajajo različice heptoze, ki vključujejo različne konfiguracije stereocentra piranoze v oligosaharidih in stranskih verig v polisaharidih. D-glicero-D-manno-heptopiranonosil je prisoten v Yersinia enterocolitica, Coxiella burnetti, Mannheimia heemolitica, Aeromonas hydrophila in Vibrio salmonicida.

Heptoza D-glicero-D-manno-heptoza je prisotna kot stranske enote v zunanjem območju LPS sevov Proteus in Haemophilus influenzae; in kot kratke oligomerne stranske verige, povezane z α - (1®3) ali α - (1®2), povezane s strukturnim motivom Klebsiella pneumonie LPS.

V sevih kolere Vibrio ima O-antigensko območje D-glicero-D-manno-heptozo z obema anomernima konfiguracijama (alfa in beta).

V glikoproteini bakterij

Njene površinske plasti (S plasti) so sestavljene iz enakih beljakovinskih podenot, ki jo pokrivajo v dvodimenzionalni organizaciji. Najdemo jih v gram-pozitivnih in gram-negativnih bakterijah in arhebakterijah. Proteini v tej plasti imajo glikopeptide, ki so podolgovate s polisaharidnimi verigami.

Glikoproteini Aneurinibacillus thermoaerophilus, gram-pozitivne bakterije, imajo ponavljajoče se enote disaharidov ® 3) -dglicero-β -D-mano-Hepp- (1®4) - α -L-Rhap- (1® v sloju S).

Ena od funkcij glikoproteinov je adhezija. Na primer, obstaja glikoprotein, ki je meril adhezijo kot avtotransporterski protein (AIDA-I) v sevih E. coli. Biosinteza glikoproteina poteka z glikozil transferazami, kot je heptosil transferaza, za katero je potrebna ADP glicero-manno-heptoza.

Sinteza

Kemična sinteza in kombinacija kemijskih in encimskih metod aktiviranega heptoza fosfata in heptoznega nukleotida so omogočili razjasnitev presnovnih poti, ki jih mikroorganizmi uporabljajo za proizvodnjo teh snovi.

Številne metode sinteze pripravijo 6-epimerno manno-heptozo za sintezo L-glicero-D-manno-heptoze. Te metode temeljijo na podaljševanju verige iz anomernega ogljika ali aldehidne skupine z uporabo Grignardovih reagentov. Glikozilacije izvajamo v prisotnosti zaščitnih skupin acil.

Na ta način stereokontrolo ohranja α -anomerno konfiguracijo. Anomerni derivati ​​tioglikozidov in trikloroacetimidata so darovalci heptosilne skupine. Novejši postopki vključujejo selektivno tvorbo β-heptosidov in derivatov 6-deoksi-heptozida.

Aktivirana biosinteza heptoze-nukleotida se začne iz 7-fosfata sedoheptuloze, ki se pretvori v 7-fosfat D-glicero-D-manno-heptoze. Za oblikovanje anomernega heptosilfosfata je predlagana fosfomutaza. Nato heptosil-transferaza katalizira tvorbo ADP D-glicero-D-manno-heptoze.

Končno epimeraza spremeni konfiguracijo ADP D-glicero-D-manno-heptoze v ADP L-glicero-D-manno-heptozo.

Poleg tega so bile izvedene kemijske študije, s katerimi smo ugotovili mehanizme, s katerimi ti encimi izvajajo katalizo. Na primer, uporabljajo benzilirani benzil mannopiranozid, ki se oksidira, da dobi manuronski derivat.

Zdravljenje s klorovodikovo kislino pretvori manouronski derivat v diazoketon. Zdravljenje z diazobenzil fosforjem povzroči mešanico L-glicero-7-fosfata in D-glicero-7-fosfata.

Reference

1. Collins, PM 2006. Slovar ogljikovih hidratov s CD-ROM-om. Chapman & Hall / CRC, Boca Raton.
2. Cui, SW 2005. Živilski ogljikovi hidrati: kemija, fizikalne lastnosti in aplikacije. CRC Press, Boca Raton.
3. Ferrier, RJ 2000. Kemija ogljikovih hidratov: monosaharidi, disaharidi in specifični oligosaharidi. Royal Society of Chemistry, Cambridge.
4. Hofstad, T. 1974. Porazdelitev heptoze in 2-keto-3-deoksi-oktonata pri bakteriji Bacteroidaceae. Journal of General Microbiology, 85, 314–320
5. Kosma, P. 2008. Pojav, sinteza in biosinteza bakterijskih heptoz. Trenutna organska kemija, 12, 1021-1039.
6. Nelson, DL, Cox, MM 2017. Lehningerjevi principi biokemije. WH Freeman, New York.
7. Pigman, W. 1957. Ogljikovi hidrati: kemija, biokemija, fiziologija. Academic Press, New York.
8. Pigman, W., Horton, D. 1970. Ogljikovi hidrati: kemija in biokemija. Academic Press, New York.
9. Sinnott, ML 2007. Kemija ogljikovih hidratov in biokemija. Royal Society of Chemistry, Cambridge.
10. Stick, RV, Williams, SJ 2009. Ogljikovi hidrati: bistvene molekule življenja. Elsevier, Amsterdam.
11. Voet, D., Voet, JG, Pratt, CW 2008. Osnove biokemije - življenje na molekularni ravni. Wiley, Hoboken.