TETROZE: ZNAČILNOSTI, ERITROZA, SINTEZA, DERIVATI - BIOLOGIJA - 2026

V tetroses so monosaharidi štiri ogljiki, pri čemer je empirično formulo C ₄ H ₈ O ₄ . Obstajata dve vrsti tetroz: aldoze (imajo končno aldehidno skupino, ogljik 1 ali C-1) in ketoze (imajo ketonsko skupino pri ogljiku 2, C-2).

Tetroze niso našli kot naravne izdelke, vendar jih je mogoče najti v zmanjšani obliki, na primer eritritol, ki je tetrahidroksiakohol. V lišajih se eritritol sintetizira z dekarboksilacijo D-arabonske kisline.

Vir: Ed (Edgar181)

Treoas niso strukturni del živih bitij. Vendar se v presnovnih poteh nahajajo dreves, kot je eritroza.

značilnosti

V aldotetrozi sta dva kiralna atoma ogljika, C-2 in C-3, in ogljik 6 (C-6). Medtem ko je v ketotetrozi le en kiralni atom ogljika, ogljik 3 (C-3).

Sladkorji, kot je tetroza, z D konfiguracijo, so obilnejši od sladkorjev s konfiguracijo L.

Obstajata dva aldotetroza z D konfiguracijo (D-eritroza in D-treose) in ena ketotetroza z D konfiguracijo (D-eritruloza).

Fischerjeve projekcije so narejene tako, da se molekula usmeri v pomračeno konformacijo z zgoraj navedeno aldehidno skupino. Štirje atomi ogljika določajo glavno verigo projekcije, ki je razporejena navpično. Vodoravne povezave kažejo navzven, navpične povezave pa nazaj.

Za razliko od monosaharidov, ki vsebujejo pet ali več ogljikov, ki so podvrženi intramolekularnim reakcijam, da tvorijo hemiacetale in hemicetale, tetroze ne morejo tvoriti cikličnih struktur.

Eritroza v presnovi

Eritroza je edina tetroza, ki jo najdemo pri presnovi mnogih organizmov. Presnovne poti, v katerih se nahaja, so:

- Pot pentoznega fosfata

- cikel Calvin

- Poti biosinteze esencialnih in aromatičnih aminokislin.

V vseh teh presnovnih poteh eritroza sodeluje kot fosfatni ester, eritrocit 4-fosfat. Vloga eritrocitnega 4-fosfata v teh poteh je opisana spodaj.

Eritroza v pentose fosfatni poti in v Calvinovem ciklu

Obe presnovni poti imata skupno biosintezo eritroznega 4-fosfata s sodelovanjem encimov transketolaze in transaldolaze.

Oba encima katalizirata prenos majhnega ogljikovega fragmenta iz ketoze donorke v akceptorsko aldozo, da nastane nova aldoza s krajšo verigo in ketozo z daljšo verigo.

Na poti pentoznega fosfata pride do biosinteze eritroze-4-fosfata iz dveh substratov, sedoheptuloza 7-fosfata, ketoheptoze in gliceraldehid 3-fosfata, aldotrioze, ki se pretvorita v eritrozo 4- fosfat, aldotetroza in fruktoza 6-fosfat, ketoheksoza, s katalizo transaldolaze.

V ciklusu Calvin se biosinteza eritroze-4-fosfata pojavi iz dveh substratov, fruktoznega 6-fosfata, ketoheksoze in gliceraldehidnega 3-fosfata ter aldotrioze. Te se pretvorijo v eritrozni 4-fosfat, aldotetrozo in ksilulozo 5-fosfat, ketopenntozo, s katalizacijo transketolaze.

Biosinteza eritrocitnega 4-fosfata na poti pentoznega fosfata je usmerjena v biosintezo gliceraldehidnega 3-fosfata in fruktoznega 6-fosfata, ki se lahko nadaljuje po glukoneogeni poti in pentozni fosfatni poti. Biosinteza 4-fosfata eritroze v ciklu Calvin omogoča zamenjavo ribuloze 1,5 bisfosfata, da se cikel ponovno zažene s fiksacijo CO ₂ .

Eritroza: biosinteza esencialnih in aromatičnih aminokislin

Pri bakterijah, glivah in rastlinah se biosinteza aromatskih aminokislin fenilalanin, tirozin in triptofan začne s predhodniki fosfoenolpiruvata in eritrocita 4-fosfata. Ti predhodniki se pretvorijo najprej v shikimate in nato v horizmat, sedemstopenjsko zaporedje, ki ga katalizirajo encimi.

Iz korizmata je bifurkacija. Po eni strani ena pot kulminira v biosintezi triptofana, na drugi pa horizmat proizvaja tirozin in fenilalanin.

Ker se biosinteza aromatičnih aminokislin pojavlja le v rastlinah in mikroorganizmih, so na to pot usmerjeni herbicidi, kot je glifosat, ki je aktivna sestavina zdravila RoundUp. Slednji je komercialni izdelek Monsanta, ki je trenutno v lasti podjetja Bayer.

Glifosat je konkurenčen inhibitor glede fosfoenolpiruvata v reakciji 5-enolpiruvilšikimata 3-fosfat sintaze (EPSP).

Eritritol je derivat eritrocita

Eritritol je zmanjšana oblika eritroze in deli funkcionalne lastnosti z drugimi polioli, kot so relativna stabilnost v kislem in alkalnem okolju, visoka toplotna stabilnost, okus podoben saharozi (malo kalorij), ki nima kancerogenega potenciala, med drugimi značilnostmi.

Eritritol je sposoben zatirati škodljive bakterije in zmanjšati zobne obloge. Za razliko od drugih poliolov, vključno s sorbitolom in ksilitolom, se eritritol hitro absorbira iz tankega črevesa, se ne presnavlja in se izloči z urinom. Pogosto uživanje eritritola zmanjša pojavnost zobne gnilobe in obnovi zobno površino.

Študije eritritola, ksilitola in sorbitola so pokazale, da se ti sladkorji po učinkovitosti razlikujejo glede na votline. Ksilitol in sorbitol sta manj učinkovita pri preprečevanju zobne gnilobe in parodontalne bolezni.

Prebiotična sinteza tetroz

Sinteza monosaharidov v prebiotičnem svetu mora imeti pomembno vlogo pri nastanku življenja, saj so te spojine energija in sestavni deli drugih biomolekul.

Formaldehid (CH ₂ = O), najenostavnejši ogljikov hidrat, je med najbolj razširjen od ~ 140 znanih medzvezdnih molekul. V atmosferi Primitivne Zemlje je bila ustvarjena z delovanjem ionizirajočega sevanja, UV svetlobe in električnih izpustov na molekule metana, amoniaka in vode.

Formaldehid bi se oboril iz atmosfere in se pridružil tokovom vroče vode (60–80 ° C), ki bi zmotil zemeljske kamnine in bi prenašal kalcijeve ione.

Ti ioni bi katalizirane reakcije, ki pretvarja molekule formaldehida in molekulo protoniran formaldehida (CH ₂ = OH ⁺ ) v eno protonirano glikolaldehida (HOCH2CH = OH ⁺ ).

Protonirani glikolaldehid bi medsebojno deloval s formaldehidom, da bi ustvaril trioze ⁺ , ki bi spet vplivali na formaldehid, da bi ustvarili tetroze ⁺ . S ponovitvijo te avtokatalize bi nastali monosaharidi z večjim številom ogljika.

Kiralnosti tetroz in drugih monosaharidov bi lahko odražale kiralnosti aminokislin, prisotnih v vodnem mediju, ki bi prav tako delovale kot katalizatorji za tvorbo monosaharidov.

Reference

1. Carey, FA, Giuliano, RM 2016. Organska kemija. McGraw-Hill, New York.
2. Cui, SW 2005. Živilski ogljikovi hidrati: kemija, fizikalne lastnosti in aplikacije. CRC Press, Boca Raton.
3. Cui, SW 2005. Živilski ogljikovi hidrati: kemija, fizikalne lastnosti in aplikacije. CRC Press, Boca Raton.
4. Gardner, TS 1943. Problem nastajanja ogljikovih hidratov v naravi. Časopis za organsko kemijo, 8, 111-120.
5. Jalbout, AF 2008. Prebiotična sinteza preprostih sladkorjev z medzvezdno reakcijsko formozo. Izvori življenja in evolucije biosfere, 38, 489–497.
6. Kim, H.-J., et al. 2011. Sinteza ogljikovih hidratov v mineralno vodenih prebiotičnih ciklih. Journal of American Chemical Society, 133, 9457–9468.
7. Lambert, JB, Gurusamy-Thangavelu, SA, Ma, K. 2010. Formazna reakcija, ki jo posreduje silikat: sinteza sladkornih silikatov od spodaj navzgor. Znanost, 327, 984–986.
8. Lamour, S., Pallmann, S., Haas, M., Trapp, O. 2019. Prebiotična tvorba sladkorja v nevodnih pogojih in mehanokemičnem pospeševanju. Življenje 2019, 9, 52; doi: 10.3390 / life9020052.
9. Linek, K., Fedoroňko, M. 1972. Interkonverzija D-tetroz v piridinu. Raziskave ogljikovih hidratov, 21, 326-330.
10. Nelson, DL, Cox, MM 2017. Lehningerjevi principi biokemije. WH Freeman, New York.
11. Pizzarello, S., Shock, E. 2010. Organski sestavek ogljikovih meteoritov: evolucijska zgodba pred biokemijo. Perspektive hladne pomladne luke v biologiji, 2010; 2: a002105.
12. Pizzarello, S., Weber, AL 2010. Stereoselektivne sinteze pentoznih sladkorjev v realnih prebiotičnih pogojih. Izvori življenja in razvoj biosfere, 40, 3–10.
13. Sinnott, ML 2007. Kemija ogljikovih hidratov in biokemija. Royal Society of Chemistry, Cambridge.
14. Stick, RV, Williams, SJ 2009. Ogljikovi hidrati: bistvene molekule življenja. Elsevier, Amsterdam.
15. Tomasik, P. 2004. Kemične in funkcionalne lastnosti prehranskih saharidov. CRC Press, Boca Raton.
16. Voet, D., Voet, JG, Pratt, CW 2008. Osnove biokemije - življenje na molekularni ravni. Wiley, Hoboken.
17. Nelson, DL, Cox, MM 2017. Lehningerjevi principi biokemije. WH Freeman, New York.
18. Pizzarello, S., Weber, AL 2004. Prebiotične aminokisline kot asimetrični katalizatorji. Znanost, 3003, 1151.
19. Sinnott, ML 2007. Kemija ogljikovih hidratov in biokemija. Royal Society of Chemistry, Cambridge.
20. Stick, RV, Williams, SJ 2009. Ogljikovi hidrati: bistvene molekule življenja. Elsevier, Amsterdam.