ТЕТРОЗИ: ХАРАКТЕРИСТИКИ, ЕРИТРОЗА, СИНТЕЗ, ПОХІДНІ - БІОЛОГІЯ

У tetroses є моносахариди чотири атома вуглецю, з по емпіричну формулі З ₄ Н ₈ Про ₄ . Існує два типи тетроз: альдози (вони мають кінцеву альдегідну групу, вуглець 1 або С-1) і кетози (вони мають кетонову групу на вуглеці 2, С-2).

Тетрози не були знайдені як природні продукти, але їх можна знайти у зменшеному вигляді, наприклад, еритритол, який є тетрагідроксиалкохолом. У лишайниках еритритол синтезується декарбоксилюванням D-арабонової кислоти.

Джерело: Ед (Edgar181)

Покрови не є структурною частиною живих істот. Однак скарбниці, такі як еритроза, знаходяться в метаболічних шляхах.

характеристики

В альдотетрозах є два хіральних атоми вуглецю, С-2 і С-3, і вуглець 6 (С-6). Тоді як у кетотетрозі є лише один хіральний атом вуглецю, вуглець 3 (С-3).

Цукри, такі як тетроза з конфігурацією D, більш рясні, ніж цукри з конфігурацією L.

Є два альдотетрози з D-конфігурацією (D-еритроза та D-треоза) та одна кетотетроза з D-конфігурацією (D-еритрулоза).

Проекції Фішера робляться, орієнтуючи молекулу на затемнену конформацію з альдегідною групою вгорі. Чотири атоми вуглецю визначають головний ланцюг проекції, розташований вертикально. Горизонтальні ланки вказують назовні, а вертикальні - вперед.

На відміну від моносахаридів, які мають п'ять і більше вуглець, які зазнають внутрішньомолекулярні реакції з утворенням геміацеталів і геміцеталів, тетроси не можуть утворювати циклічних структур.

Еритроза в обміні речовин

Еритроза - єдина тетроза, яка виявляється в обміні речовин багатьох організмів. Метаболічні шляхи, в яких він знаходиться:

- Пентозофосфатний шлях

- цикл Кальвіна

- Шляхи біосинтезу незамінних та ароматичних амінокислот.

У всіх цих метаболічних шляхах еритроза бере участь як фосфатний ефір, 4-фосфат еритрози. Роль 4-фосфату еритрози в цих шляхах описана нижче.

Еритроза в пентозофосфатному шляху та в циклі Кальвіна

Обидва метаболічні шляхи мають спільний біосинтез 4-фосфату еритрози за участю ферментів транкетолази та трансальдолази.

Обидва ферменти каталізують перенесення невеликого фрагмента вуглецю від донорної кетози до акцепторної альдози для отримання нової альдози коротшої ланцюга та більш довголанцюгового кетозу.

У пентозофосфатному шляху біосинтез еритрози-4-фосфату відбувається з двох субстратів, седогептулози 7-фосфату, кетогептози та 3-фосфату гліцеральдегіду, альдотріози, які перетворюються в еритрозу 4- фосфат, альдотетроза та 6-фосфат фруктози, кетогексоза шляхом каталізу трансальдолази.

У циклі Кальвіна біосинтез еритрози-4-фосфату відбувається з двох субстратів, 6-фосфату фруктози, кетогексози та 3-фосфату гліцеральдегіду, а також альдотріози. Вони перетворюються в 4-фосфат еритрози, альдотетрозу та 5-фосфат ксилулози, кетопентозу, шляхом каталізу транкетолази.

Біосинтез 4-фосфату еритрози в пентозофосфатному шляху спрямований на біосинтез 3-фосфату гліцеральдегіду та 6-фосфату фруктози, який може продовжуватися шляхом глюконеогенного шляху та шляху пентозофосфату. Біосинтез 4-фосфату еритрози в циклі Кальвіна дозволяє замінити рибулозу 1,5 бісфосфатом, щоб відновити цикл із фіксацією CO ₂ .

Еритроза: біосинтез незамінних та ароматичних амінокислот

У бактерій, грибів та рослин біосинтез ароматичних амінокислот фенілаланіну, тирозину та триптофану починається з попередників фосфоенолпірувату та 4-фосфату еритрози. Ці попередники перетворюються спочатку в шикімат, а потім у хоризмат, семистадійну послідовність, каталізовану ферментами.

З коризмату спостерігається біфуркація. З одного боку, один шлях завершується біосинтезом триптофану, з іншого - хоризмат виробляє тирозин та фенілаланін.

Оскільки біосинтез ароматичних амінокислот відбувається лише в рослинах і мікроорганізмах, цей шлях націлений на гербіциди, такі як гліфосат, який є діючою речовиною в RoundUp. Останній є комерційним продуктом Monsanto, який зараз належить компанії Bayer.

Гліфосат є конкурентним інгібітором щодо фосфоенолпірувату в реакції 5-енолпірувілшікімата 3-фосфатної синтази (EPSP).

Еритритол - похідне еритрози

Еритритол - це відновлена форма еритрози і ділить функціональні характеристики з іншими поліолами, такими як відносна стабільність у кислих та лужних середовищах, висока теплостійкість, смак, схожий на сахарозу (мало калорій), не має канцерогенного потенціалу, серед інших особливостей.

Еритритол здатний пригнічувати шкідливі бактерії та зменшувати зубний наліт. На відміну від інших поліолів, включаючи сорбіт та ксиліт, еритритол швидко абсорбується з тонкої кишки, не метаболізується і виводиться з сечею. Часте споживання еритритолу знижує частоту карієсу і відновлює поверхню зуба.

Дослідження еритритолу, ксилітолу та сорбіту показали, що ці цукру відрізняються своєю ефективністю щодо порожнин. Ксиліт та сорбіт менш ефективні для запобігання карієсу та пародонтозу.

Пребіотичний синтез тетрозів

Синтез моносахаридів у пребіотичному світі повинен був відіграти істотну роль у походженні життя, оскільки ці сполуки є джерелами енергії та компонентами інших біомолекул.

Формальдегід (CH ₂ = O), найпростіший вуглевод, є одним із найпоширеніших із ~ 140 відомих міжзоряних молекул. В атмосфері Первісної Землі вона породжувалася під дією іонізуючого випромінювання, УФ-світла та електричних розрядів на молекули метану, аміаку та води.

Формальдегід випав би з атмосфери, приєднавшись до течій гарячої води (60–80 ° С), які б розмивали земні породи, несучи іони кальцію.

Ці іони каталізували б реакцію, яка перетворює молекулу формальдегіду і молекулу протонованого формальдегіду (CH ₂ = OH ⁺ ) в один з протонованих гліколальдегідів (HOCH2CH = OH ⁺ ).

Протонований гліколалдегід би взаємодів з формальдегідом з утворенням триоз ⁺ , які знову взаємоділи б з формальдегідом з утворенням тетрози ⁺ . Повторення цього автокаталізу призвело б до отримання моносахаридів з більшою кількістю вуглецю.

Хіральність тетросів та інших моносахаридів могла відображати хиральність амінокислот, присутніх у водному середовищі, які також виступали б каталізаторами утворення моносахаридів.

Список літератури

Кері, ФА, Джуліано, РМ 2016. Органічна хімія. McGraw-Hill, Нью-Йорк.
Cui, SW 2005. Харчові вуглеводи: хімія, фізичні властивості та застосування. CRC Press, Бока Ратон.
Cui, SW 2005. Харчові вуглеводи: хімія, фізичні властивості та застосування. CRC Press, Бока Ратон.
Гарднер, Т. С. 1943. Проблема утворення вуглеводів у природі. Журнал органічної хімії, 8, 111-120.
Jalbout, AF 2008. Пребіотичний синтез простих цукрів міжзоряною формою реакції. Витоки життя та еволюція біосфери, 38, 489–497.
Кім, Х.-Ж. та ін. 2011. Синтез вуглеводів у керованих мінеральними циклами пребіотиках. Журнал Американського хімічного товариства, 133, 9457–9468.
Lambert, JB, Gurusamy-Thangavelu, SA, Ma, K. 2010. Силікатна опосередкована реакція: синтез силікатів цукру знизу вгору. Наука, 327, 984-986.
Ламур, С., Палманн, С., Хаас, М., Трапп, О. 2019. Пребіотичне утворення цукру в неводних умовах і при механохімічному прискоренні. Життя 2019, 9, 52; doi: 10.3390 / life9020052.
Лінек, К., Федорочко, М. 1972. Взаємоперетворення D-тетроз у піридин. Дослідження вуглеводів, 21, 326-330.
Нельсон, DL, Cox, MM 2017. Принципи біохімії Ленінгера. WH Freeman, Нью-Йорк.
Піцарелло, С., Шок, Е. 2010. Органічний склад вуглекислих метеоритів: еволюційна історія попереду біохімії. Перспективи холодного весняного порту в біології, 2010; 2: a002105.
Pizzarello, S., Weber, AL 2010. Стереоселективні синтези пентозних цукрів в реалістичних пребіотичних умовах. Витоки життя та еволюція біосфери, 40, 3–10.
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.
Томасик, П. 2004. Хімічні та функціональні властивості харчових сахаридів. CRC Press, Бока Ратон.
Voet, D., Voet, JG, Pratt, CW 2008. Основи біохімії - життя на молекулярному рівні. Вілі, Хобокен.
Нельсон, DL, Cox, MM 2017. Принципи біохімії Ленінгера. WH Freeman, Нью-Йорк.
Pizzarello, S., Weber, AL 2004. Пребіотичні амінокислоти як асиметричні каталізатори. Наука, 3003, 1151.
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.

ТЕТРОЗИ: ХАРАКТЕРИСТИКИ, ЕРИТРОЗА, СИНТЕЗ, ПОХІДНІ - БІОЛОГІЯ - 2025