HEPTOZES: RAKSTUROJUMS, BIOLOĢISKĀ NOZĪME, SINTĒZE - BIOLOĢIJA - 2025

The heptoses ir monosaharīdi, kam ir septiņas oglekļa atomiem un ar to empīrisko formulu C ₇ H ₁₄ O ₇ . Šie cukuri, piemēram, citi monosaharīdi, ir polihidroksilēti un var būt: aldoheptozes, kurām ir aldehīda funkcija pie viena oglekļa, vai ketoheptozes, kurām ir ketonu grupa pie oglekļa 2.

Heptozes tiek sintezētas metabolisma ceļos, piemēram, fotosintēzes Kalvina ciklā un pentozes fosfāta ceļa neoksidatīvajā fāzē. Tās ir lipo-polisaharīdu (LPS) sastāvdaļas gramnegatīvo baktēriju, piemēram, Escherichia coli, Klebsiella sp., Neisseria sp., Proteus sp., Pseudomonas sp., Salmonella sp., Shigella sp., Šūnu sieniņās un Vibrio sp.

Avots: Fvasconcellos

raksturojums

Heptozes, līdzīgas heksozēm, galvenokārt pastāv to cikliskajā formā. Aldoheptozēm ir pieci asimetriski oglekļa atomi un cikli veido piranozi. Turpretī ketoheptozēm ir četri asimetriski oglekļi, kur tie veido arī piranozes.

Ļoti izplatīta dabiskā ketoheptoze dzīvos organismos ir sedoheptuloze. Šis cukurs ir svarīgs heksozes cukuru veidošanā dzīvnieku fotosintēzē un ogļhidrātu metabolismā.

Kad sedoheptuloze tiek uzkarsēta atšķaidītā minerālskābē, tā veido līdzsvara minerālvielu maisījumu, kurā 80% tiek kristalizēti kā 2,7-anhidro-β-D-altroheptulopiranoze un 20% - sedoheptuloze.

Hiptozes ķīmiski nosaka ar sērskābi un cisteīnu, difenilamīnu un floroglicinolu. Noteiktos apstākļos heptozi ir iespējams atšķirt no citiem cukuriem. Tas pat var atšķirt aldoheptozes un ketoheptozes.

Daudzām aldoheptozēm ir glicerīna-D-mannoheptozes konfigurācija. Heptoze kopā ar astoņu oglekļa keto cukura skābi (3-deoksi-D-manno-2-oktulosonskābi, Kdo cukuru) ir LPS struktūras komponenti baktēriju lipīdu divslāņu ārējā membrānā .

LPS var iegūt, izmantojot 45% fenola un ūdens maisījumu. Pēc tam heptozes un KDO cukurus var identificēt ar kolorimetriskām un hromatogrāfijas metodēm.

Hepatožu bioloģiskā nozīme

Fotosintēzē un pentozes fosfāta ceļš

Hloroplastu stromā tiek atrasti fermenti, kas pārveido triosefosfātu, glicerialdehīd-3-fosfātu un dihidroksiacetonfosfātu, ko iegūst, asimilējot CO ₂ , ciete. Triozes fosfāta veidošanās un oglekļa atgūšana, lai _atkal sāktu fiksēt CO ₂ , ir divi Kalvina cikla posmi.

Oglekļa reģenerācijas posmā aldolāzes ferments ir atbildīgs par eritrozes 4-fosfāta (četru oglekļa metabolīta (E4P)) un dihidroksikketona fosfāta (trīs oglekļa metabolīts) pārvēršanu sedoheptulozes 1,7-bisfosfātā .

Šo ketoheptosāzi vairākos posmos fermentatīvi katalizē par ribulozes 1,5-bifosfātu.

Ribulozes 1,5-bifosfāts ir Kalvina cikla sākuma metabolīts. No otras puses, sedoheptulozes 7-fosfāta (S7P) biosintēze notiek pentozes fosfāta ceļā, kas ir ceļš, kas atrodas visos dzīvajos organismos. Šajā gadījumā transketolāzes darbība pārvērš divas fosfāta pentozes S7P un glicerraldehīd-3-fosfātā (GAP).

Pēc tam divos posmos, ko katalizē transaldolaze un transketolaze, S7P un GAP tiek pārveidoti par fruktozes-6-fosfātu un GAP. Abi ir glikolīzes metabolīti.

Lipo-polisaharīdos (LPS)

Hiptozes atrodas baktēriju kapsulas lipopolisaharīdos un polisaharīdos. LPS strukturālais motīvs Enterobacteriaceae sastāvā ir lipīds A, kas sastāv no 2-amino-2-deoksi-D-glikozes dimēra, kas savienots ar β - (1®6) saiti. Tam ir divi fosfātu esteri un garu ķēžu taukskābju grupas.

A lipīdu A ar centrālo reģionu savieno trīs cukuru Kdo un ketodeoksi-oktulosonskābes tilts, kurus savieno glikozīdiskās saites (2®7). Šis reģions ir saistīts ar L-glicerīna-D-mannoheptozes heptozi ar alfa anomēru konfigurāciju. Pastāv O-antigēns reģions.

Šis struktūras motīvs atrodas gramnegatīvās baktērijās, piemēram, Escherichia coli, Klebsiella sp., Yersinia sp., Pseudomonas sp., Salmonella sp., Kā arī citās patogēnās baktērijās.

Ir heptozes varianti, kas ietver dažādas piranozes stereocentru konfigurācijas oligosaharīdos, kā arī sānu ķēžu polisaharīdos. D-glicerī-D-manno-heptopiranosils ir sastopams Yersinia enterocolitica, Coxiella burnetti, Mannheimia haemolitica, Aeromonas hydrophila un Vibrio salmonicida.

Heptoze D-glicerī-D-mannoheptoze ir klāt kā sānu ķēdes vienības Proteus un Haemophilus influenzae celmu LPS ārējā reģionā; un kā īsas oligomēriskas sānu ķēdes, kas savienotas ar α - (1®3) vai α - (1®2) un ir saistītas ar Klebsiella pneumonie LPS struktūras motīvu.

Vibrio cholerae celmos O-antigēniskajam reģionam piemīt D-glicerī-D-mannoheptoze ar abām anomērām konfigurācijām (alfa un beta).

Baktēriju glikoproteīnos

Tās virsmas slāņi (S slāņi) sastāv no identiskām olbaltumvielu apakšvienībām, kas to pārklāj divdimensionālā organizācijā. Tie ir atrodami grampozitīvās un gramnegatīvās baktērijās un arhebaktērijās. Šī slāņa olbaltumvielās ir glikopeptīdi, kurus pagarina polisaharīdu ķēdes.

Aneurinibacillus thermoaerophilus, grampozitīvas baktērijas, glikoproteīniem ir atkārtotas disaharīdu vienības ®3) -Dlicero-β-D-mano-Hepp- (1®4) - α-L-Rhap- (1® S slānī).

Viena no glikoproteīnu funkcijām ir adhēzija. Piemēram, ir glikoproteīns, kas izmērīja adhēziju kā autotransportētāja proteīns (AIDA-I) E. coli celmos. Glikoproteīnu biosintēze notiek ar glikozil-transferāzēm, piemēram, heptosil-transferāzi, kurai nepieciešama ADP glicerīna-mannoheptoze.

Sintēze

Aktivētā heptozes fosfāta un heptozes nukleotīda ķīmiskā sintēze un ķīmisko un fermentatīvo metožu apvienojums ļāva noskaidrot metabolisma ceļus, kurus mikroorganismi izmanto šo vielu ražošanai.

Daudzas sintēzes metodes sagatavo 6-epimērisku mannoheptozi L-glicerio-D-mannoheptozes sintezēšanai. Šīs metodes ir balstītas uz ķēdes pagarināšanu no oglekļa anomēra vai aldehīda grupas, izmantojot Grignarda reaģentus. Glikozilējumus veic acilu aizsargājošu grupu klātbūtnē.

Šādā veidā pastāv stereokontrols, kas saglabā α-anomēru konfigurāciju. Anomēriskie tioglikozīdi un trihloracetimidāta atvasinājumi kalpo par heptosilgrupas donoriem. Jaunākās procedūras ietver selektīvu β-heptosīdu un 6-deoksi-heptosīdu atvasinājumu veidošanos.

Aktivizētās heptozes-nukleotīdu biosintēze sākas no sedoheptulozes 7-fosfāta, kas tiek pārveidots par D-glicerīna-D-mannoheptozes 7-fosfātu. Ir ierosināta fosfomutāze, lai veidotu anomēru heptosilfosfātu. Pēc tam heptosiltransferāze katalizē ADP D-glicerīna-D-mannoheptozes veidošanos.

Visbeidzot, epimerāze maina ADP D-glicerī-D-manno-heptozes konfigurāciju uz ADP L-glicerī-D-manno-heptozi.

Turklāt ir veikti ķīmiskie pētījumi, lai saprastu mehānismus, ar kuriem šie fermenti veic katalīzi. Piemēram, viņi izmanto benzilētu benzil mannopiranoside, kas tiek oksidēts, lai iegūtu manouronic atvasinājumu.

Apstrāde ar sālsskābi pārveido manouronic atvasinājumu diazoketonā. Apstrādājot ar diazobenzilfosforskābi, iegūst L-glicero-7-fosfāta un D-glicer-7-fosfāta maisījumu.

Atsauces

1. Collins, PM 2006. Ogļhidrātu vārdnīca ar CD-ROM. Chapman & Hall / CRC, Boca Raton.
2. Cui, SW 2005. Pārtikas ogļhidrāti: ķīmija, fizikālās īpašības un pielietojums. CRC Press, Boca Raton.
3. Ferrier, RJ 2000. Ogļhidrātu ķīmija: monosaharīdi, disaharīdi un specifiski oligosaharīdi. Kembridžas Karaliskā ķīmijas biedrība.
4. Hofstad, T. 1974. Heptozes un 2-keto-3-deoksi-oktonāta izplatība Bacteroidaceae. Journal of General Microbiology, 85, 314–320
5. Kosma, P. 2008. Baktēriju heptožu rašanās, sintēze un biosintēze. Pašreizējā organiskā ķīmija, 12, 1021-1039.
6. Nelsons, DL, Cox, MM 2017. Lehingera bioķīmijas principi. WH Freeman, Ņujorka.
7. Pigmens, W. 1957. Ogļhidrāti: ķīmija, bioķīmija, fizioloģija. Academic Press, Ņujorka.
8. Pigmens, W., Hortons, D. 1970. Ogļhidrāti: ķīmija un bioķīmija. Academic Press, Ņujorka.
9. Sinnott, ML 2007. Ogļhidrātu ķīmija un bioķīmijas uzbūve un mehānisms. Kembridžas Karaliskā ķīmijas biedrība.
10. Stick, RV, Williams, SJ 2009. Ogļhidrāti: dzīvības būtiskās molekulas. Elsevier, Amsterdama.
11. Voet, D., Voet, JG, Pratt, CW 2008. Bioķīmijas pamati - dzīve molekulārā līmenī. Vileijs, Hobokens.