ГЕПТОЗИ: ХАРАКТЕРИСТИКИ, БІОЛОГІЧНЕ ЗНАЧЕННЯ, СИНТЕЗ - БІОЛОГІЯ

У гептози є моносахариди , що мають сім атомів вуглецю і по емпіричної формулою З ₇ Н ₁₄ Про ₇ . Ці цукри, такі як інші моносахариди, є полігідроксильованими і можуть бути: альдогептозами, які мають функцію альдегіду у вуглецю, або кетогептозами, які мають кетонову групу у вуглеці 2.

Гептози синтезуються метаболічними шляхами, такими як цикл фотосинтезу Кальвіна і неокислювальна фаза пентозофосфатного шляху. Вони є складовими ліпополісахаридів (ЛПС) у клітинній стінці грамнегативних бактерій, таких як Escherichia coli, Klebsiella sp., Neisseria sp., Proteus sp., Pseudomonas sp., Salmonella sp., Shigella sp., Та Vibrio sp.

Джерело: Fvasconcellos

характеристики

Гептози, схожі на гексози, існують переважно у своїй циклічній формі. Альдогептози мають п'ять асиметричних вуглець і циклічно утворюють піранозу. Навпаки, кетогептози мають чотири асиметричних вуглецю, де вони також утворюють піранози.

Дуже поширеною природною кетогептозою в живих організмах є седогептулоза. Цей цукор важливий для утворення цукрів гексози при фотосинтезі та обміні вуглеводів у тварин.

При нагріванні седогептулози в розведеній мінеральній кислоті вона утворює рівноважну мінеральну суміш, де 80% кристалізується у вигляді 2,7-ангідро-β-D-альтро-гептулопіранози і 20% - седогептулози.

Хімічне визначення гептозів проводиться сірчаною кислотою та цистеїном, дифеніламіном та флороглюцинолом. За певних умов можна диференціювати гептозу від інших цукрів. Він навіть може диференціювати альдогептози та кетогептози.

Багато альдогептозів мають конфігурацію гліцеро-D-манногептози. Гептоза разом з восьмивуглецевою кето-цукровою кислотою (3-дезокси-D-манно-2-октулозонова кислота, цукор Kdo) є структурними компонентами ЛПС, у зовнішній мембрані ліпідного двошарового бактерій .

LPS можна витягти за допомогою 45% фенолу у воді. Потім гептози та цукри KDO можна ідентифікувати колориметричними та хроматографічними методами.

Біологічне значення гепатозів

У фотосинтезі та пентозофосфатному шляху

Ензими, які перетворюють триозний фосфат, гліцеральдегід-3-фосфат та дигідроксіацетонфосфат, одержувані асиміляцією CO ₂ , у крохмаль , містяться в стромі хлоропласта . Утворення триозного фосфату та відновлення вуглецю для початку фіксації CO ₂ складають дві стадії циклу Кальвіна.

Під час стадії відновлення вуглецю фермент альдолаза відповідає за перетворення 4-фосфату еритрози (чотиривуглецевого метаболіту (E4P)) та дигідроксикетону фосфату (три вуглецевого метаболіту) у седогептулозу 1,7-бісфосфату .

Цей кетогептос перетворюється за допомогою декількох стадій, ферментативно каталізованих, у 1,5-бісфосфат рибулози.

Рибулоза 1,5-бісфосфат є ініціюючим метаболітом циклу Кальвіна. З іншого боку, біосинтез седогептулози 7-фосфату (S7P) відбувається по шляху пентозофосфату, який є шляхом у всіх живих організмів. У цьому випадку дія транкетолази перетворює два фосфатні пентози в S7P та гліцеральдегід-3-фосфат (GAP).

Потім через дві стадії, катализируемую трансальдолазою і транкетолазою, S7P і GAP перетворюються в фруктозу-6-фосфат і GAP. Обидва є метаболітами гліколізу.

У ліпо-полісахаридах (ЛПС)

Гептози присутні в ліпополісахаридах і полісахаридах капсули бактерій. Структурний мотив LPS у Enterobacteriaceae складається з ліпіду A, який складається з димеру 2-аміно-2-дезокси-D-глюкози, пов'язаного зв'язком β - (1®6). Він має два фосфатні ефіри та групи довгожирних жирних кислот.

Ліпід А пов'язаний з центральною областю мостом із трьох цукрів Kdo і кетодеоксиоктулозонової кислоти, пов'язаних глікозидними зв’язками (2®7). Ця область пов'язана з гептозою L-гліцеро-D-манногептозів з альфа-аномерною конфігурацією. Є O-антигенна область.

Цей структурний мотив присутній у грамнегативних бактерій, таких як Escherichia coli, Klebsiella sp., Yersinia sp., Pseudomonas sp., Salmonella sp., А також інших патогенних бактерій.

Існують варіанти гептози, які включають різні конфігурації стереоцентру піранози в олігосахаридах, а також бічні ланцюги в полісахаридах. D-гліцеро-D-манно-гептопіранозил присутній у Yersinia enterocolitica, Coxiella burnetti, Mannheimia heemolitica, Aeromonas hydrophila та Vibrio salmonicida.

Гептоза D-гліцеро-D-манно-гептоза присутня як одиниці бічного ланцюга у зовнішній області ЛПС штамів Proteus та Haemophilus influenzae; і як короткі олігомерні бічні ланцюги, пов'язані α - (1®3) або α - (1®2), пов'язані зі структурним мотивом Klebsiella pneumonie LPS.

У штамах Vibrio cholerae O-антигенна область має D-гліцеро-D-манно-гептозу з обома аномерними конфігураціями (альфа та бета).

У складі глікопротеїнів бактерій

Її поверхневі шари (S шари) складаються з однакових білкових субодиниць, які охоплюють її в двовимірній організації. Вони містяться у грампозитивних та грамнегативних бактеріях та архебактеріях. Білки в цьому шарі мають глікопептиди, які витягнуті полісахаридними ланцюгами.

Глікопротеїди Aneurinibacillus thermoaerophilus, грампозитивної бактерії, мають повторювані одиниці дисахаридів ® 3) -ггліцеро-β -D-мано-Гепп- (1®4) - α -L-Rhap- (1® у шарі S).

Однією з функцій глікопротеїнів є адгезія. Наприклад, є глікопротеїн, який вимірював адгезію як аутотранспортерний білок (AIDA-I) у штамах E.coli. Біосинтез глікопротеїну відбувається за допомогою глікозильних трансфераз, таких як гептозил-трансфераза, яка потребує АДФ гліцеро-манно-гептози.

Синтез

Хімічний синтез та поєднання хімічних та ферментативних методів активованого гептози фосфату та гептозного нуклеотиду дозволили з'ясувати метаболічні шляхи, які мікроорганізми використовують для отримання цих речовин.

Багато методів синтезу готують 6-епімерну манно-гептозу для синтезу L-гліцеро-D-манно-гептози. Ці методи засновані на подовженні ланцюга з аномерного вуглецю або альдегідної групи з використанням реагентів Грінарда. Глікозиляції проводять у присутності ацилозахисних груп.

Таким чином, існує стереоконтроль, що зберігає α -аномерну конфігурацію. Аномерні похідні тиоглікозидів та трихлорацетімідату служать донорами гептозильної групи. Більш пізні процедури включають селективне утворення β -гептозидів та похідних 6-дезокси-гептозидів.

Активований біосинтез гептози-нуклеотидів починається з 7-фосфату седогептулози, який перетворюється на 7-фосфат D-гліцеро-D-манногептози. Фосфомутаза запропонована для утворення аномерного гептозилфосфату. Потім гептосіл-трансфераза каталізує утворення АДФ D-гліцеро-D-манно-гептози.

Нарешті, епімераза змінює конфігурацію АДФ D-гліцеро-D-манно-гептози на АДФ L-гліцеро-D-манно-гептозу.

Крім того, були проведені хімічні дослідження для з'ясування механізмів, за допомогою яких ці ферменти проводять каталіз. Наприклад, вони використовують бензильований бензил-маннопіранозид, який окислюється для отримання мануронового похідного.

Обробка соляною кислотою перетворює похідне манурону в діазокетон. Обробка діазобензилом фосфором дає суміш L-гліцеро-7-фосфату та D-гліцеро-7-фосфату.

Список літератури

Collins, PM 2006. Словник вуглеводів з компакт-диском. Chapman & Hall / CRC, Бока Ратон.
Cui, SW 2005. Харчові вуглеводи: хімія, фізичні властивості та застосування. CRC Press, Бока Ратон.
Ferrier, RJ 2000. Хімія вуглеводів: моносахариди, дизахариди та специфічні олігосахариди. Королівське хімічне товариство, Кембридж.
Хофстад, Т. 1974. Розподіл гептози та 2-кето-3-дезокси-октонату у Bacteroidaceae. Журнал загальної мікробіології, 85, 314–320
Косма, П. 2008. Виникнення, синтез та біосинтез бактеріальних гептозів. Поточна органічна хімія, 12, 1021-1039.
Нельсон, DL, Cox, MM 2017. Принципи біохімії Ленінгера. WH Freeman, Нью-Йорк.
Pigman, W. 1957. Вуглеводи: хімія, біохімія, фізіологія. Academic Press, Нью-Йорк.
Pigman, W., Horton, D. 1970. Вуглеводи: хімія та біохімія. Academic Press, Нью-Йорк.
Сіннотт, ML 2007. Структура та механізм вуглеводної хімії та біохімії. Королівське хімічне товариство, Кембридж.
Stick, RV, Williams, SJ 2009. Вуглеводи: основні молекули життя. Elsevier, Амстердам.
Voet, D., Voet, JG, Pratt, CW 2008. Основи біохімії - життя на молекулярному рівні. Вілі, Хобокен.

ГЕПТОЗИ: ХАРАКТЕРИСТИКИ, БІОЛОГІЧНЕ ЗНАЧЕННЯ, СИНТЕЗ - БІОЛОГІЯ - 2025