TETROZES: RAKSTURLIELUMI, ERITROZE, SINTĒZE, ATVASINĀJUMI - BIOLOĢIJA - 2024

The tetroses ir monosaharīdu četri oglekļa atomi, ar ar empīrisko formulu C ₄ H ₈ O ₄ . Pastāv divu veidu tetrozes: aldozes (tām ir termināla aldehīdu grupa, oglekļa 1 vai C-1) un ketozes (tām ir ketonu grupa pie oglekļa 2, C-2).

Tetrozes nav atrastas kā dabiski produkti, bet tās var atrast samazinātā formā, piemēram, eritritols, kas ir tetrahidroksialkohols. Ķērpjos eritritols tiek sintezēts ar D-arabonskābes dekarboksilēšanas palīdzību.

Avots: Eds (Edgar181)

Treozes nav dzīvu būtņu strukturāla sastāvdaļa. Tomēr metabolisma ceļos tiek atrasti treozi, piemēram, eritroze.

raksturojums

Aldotetrozēs ir divi hirāli oglekļa atomi, C-2 un C-3, un ogleklis 6 (C-6). Kamēr ketotetrozē ir tikai viens hirālais oglekļa atoms, ogleklis 3 (C-3).

Cukurs, piemēram, tetroze, ar D konfigurāciju ir daudz bagātīgāks nekā cukurs ar L konfigurāciju.

Ir divas aldotetrozes ar D konfigurāciju (D-eritroze un D-treose) un viena ketotetroze ar D konfigurāciju (D-eritruloze).

Fišera projekcijas tiek veiktas, molekulu orientējot aizēnotā konformācijā ar iepriekšminēto aldehīdu grupu. Četri oglekļa atomi nosaka galveno projekcijas ķēdi, kas ir izvietoti vertikāli. Horizontālās saites norāda uz āru, bet vertikālās - uz atpakaļ.

Atšķirībā no monosaharīdiem, kuros ir pieci vai vairāk oglekļa atomu, kas pakļauti intramolekulārām reakcijām, veidojot pusacetālus un puslodes, tetrozes nevar veidot cikliskas struktūras.

Eritroze metabolismā

Eritroze ir vienīgā tetroze, kas atrodama daudzu organismu metabolismā. Metabolisma ceļi, kuros tas tiek atrasts, ir:

- Pentozes fosfāta ceļš

- Kalvina cikls

- neaizstājamo un aromātisko aminoskābju biosintēzes ceļi.

Visos šajos metabolisma ceļos eritroze piedalās kā fosfāta esteris, eritrozes 4-fosfāts. Eritrozes 4-fosfāta loma šajos ceļos ir aprakstīta zemāk.

Eritroze pentozes fosfāta ceļā un Kalvina ciklā

Abiem metabolisma ceļiem ir kopīga eritrozes 4-fosfāta biosintēze, piedaloties transketolāzes un transaldolazes enzīmiem.

Abi fermenti katalizē neliela oglekļa fragmenta pārnešanu no donora ketozes uz akceptoru aldozi, lai iegūtu jaunu īsākas ķēdes aldozi un garākas ķēdes ketozi.

Pentozes fosfāta ceļā eritrozes-4-fosfāta biosintēze notiek no diviem substrātiem: sedoheptulozes 7-fosfāta, ketoheptozes un glicerraldehīda 3-fosfāta, aldotriozes, kas tiek pārveidoti par eritrozi 4- fosfāts, aldotetroze un fruktozes 6-fosfāts, ketoheksoze, katalizējot transaldolazi.

Kalvina ciklā eritrozes-4-fosfāta biosintēze notiek no diviem substrātiem - fruktozes 6-fosfāta, ketoheksozes un glicerraldehīda 3-fosfāta, kā arī no aldotriozes. Tos pārveido par eritrozes 4-fosfātu, aldotetrozi un ksilulozes 5-fosfātu, par ketopentozi, katalizējot transketolāzi.

Eritrozes 4-fosfāta biosintēze pentozes fosfāta ceļā ir vērsta uz glicerraldehīda 3-fosfāta un fruktozes 6-fosfāta biosintēzi, kas var turpināties pa glikoneogēno ceļu un pentozes fosfāta ceļu. Eritrozes 4-fosfāta biosintēze Kalvina ciklā ļauj aizstāt ribulozes 1,5-bifosfātu, lai atsāktu ciklu ar CO ₂ fiksāciju .

Eritroze: neaizstājamo un aromātisko aminoskābju biosintēze

Baktērijās, sēnītēs un augos aromātisko aminoskābju fenilalanīna, tirozīna un triptofāna biosintēze sākas ar fosfoenolpiruvāta un eritrozes 4-fosfāta prekursoriem. Šie prekursori vispirms tiek pārveidoti par shikimātu un pēc tam par horismātu - septiņu soļu secību, ko katalizē fermenti.

No korismate ir bifurkācija. No vienas puses, viens ceļš sasniedz kulmināciju triptofāna biosintēzē, no otras puses, horismāts ražo tirozīnu un fenilalanīnu.

Tā kā aromātisko aminoskābju biosintēze notiek tikai augos un mikroorganismos, šo ceļu mērķtiecīgi ietekmē herbicīdi, piemēram, glifosāts, kas ir RoundUp aktīvā sastāvdaļa. Pēdējais ir Monsanto komerciāls produkts, kas šobrīd pieder uzņēmumam Bayer.

Glifosāts ir konkurējošs inhibitors attiecībā uz fosfoenolpiruvātu 5-enolpiruvilsilikāta 3-fosfāta sintāzes (EPSP) reakcijā.

Eritritols ir eritrozes atvasinājums

Eritritols ir samazināta eritrozes forma, un tai ir kopīgas funkcionālās īpašības ar citiem polioliem, piemēram, relatīvā stabilitāte skābā un sārmainā vidē, augsta karstumizturība, saharozei līdzīga garša (ar zemu kaloriju daudzumu), kurai nav kancerogēnas iedarbības, starp citām pazīmēm.

Eritritols spēj nomākt kaitīgās baktērijas un samazināt zobu aplikumu. Atšķirībā no citiem polioliem, ieskaitot sorbītu un ksilītu, eritritols ātri uzsūcas no tievās zarnas, netiek metabolizēts un izdalās ar urīnu. Bieža eritritola lietošana samazina zobu samazinājuma biežumu un atjauno zobu virsmu.

Eritritola, ksilīta un sorbīta pētījumi parādīja, ka šie cukuri atšķiras pēc to efektivitātes pret dobumiem. Ksilīts un sorbīts ir mazāk efektīvi zobu samazinājuma un periodonta slimību profilaksē.

Prebiotiskā tetrožu sintēze

Monosaharīdu sintēzei prebiotiskajā pasaulē ir jābūt nozīmīgai lomai dzīvības izcelsmē, jo šie savienojumi ir enerģijas avoti un citu biomolekulu komponenti.

Formaldehīds (CH ₂ = O), vienkāršākais ogļhidrāts, ir viens no visbagātākajiem no ~ 140 zināmajām starpzvaigžņu molekulām. Primitīvās Zemes atmosfērā to radīja jonizējošais starojums, UV gaisma un elektriskā izlāde uz metāna, amonjaka un ūdens molekulām.

Formaldehīds būtu izgulsnējies no atmosfēras, savienojoties ar karstā ūdens straumēm (60–80 ° C), kas būtu iznīcinājušas zemes klintis, nesot kalcija jonus.

Šie joni būtu katalizētā reakcija, kas pārvērš molekula formaldehīda un molekula protonu formaldehīda (CH ₂ = OH ⁺ ) vienā no protonated glikolaldehīds (HOCH2CH = OH ⁺ ).

Protonētais glikolaldehīds būtu mijiedarbojies ar formaldehīdu, lai iegūtu triozes ⁺ , kas atkal būtu mijiedarbojušies ar formaldehīdu, lai iegūtu tetrozes ⁺ . Atkārtojot šo autokatalizāciju, būtu iegūti monosaharīdi ar lielāku oglekļa atomu.

Tetrossu un citu monosaharīdu hirālitātes varētu atspoguļot ūdens vidē esošo aminoskābju chiralitātes, kas arī būtu darbojušās kā katalizatori monosaharīdu veidošanai.

Atsauces

1. Carey, FA, Giuliano, RM 2016. Organiskā ķīmija. McGraw-Hill, Ņujorka.
2. Cui, SW 2005. Pārtikas ogļhidrāti: ķīmija, fizikālās īpašības un pielietojums. CRC Press, Boca Raton.
3. Cui, SW 2005. Pārtikas ogļhidrāti: ķīmija, fizikālās īpašības un pielietojums. CRC Press, Boca Raton.
4. Gardners, TS 1943. Ogļhidrātu veidošanās problēma dabā. Journal of Organic Chemistry, 8, 111. – 120.
5. Jalbout, AF 2008. Vienkāršu cukuru prebiotiska sintēze starpzvaigžņu formozā reakcijā. Dzīves pirmsākumi un biosfēras evolūcija, 38., 489. – 497.
6. Kim, H.-J., et al. 2011. Ogļhidrātu sintēze minerālu vadītos prebiotiku ciklos. Amerikas Ķīmiskās biedrības žurnāls, 133, 9457–9468.
7. Lamberts, JB, Gurusamy-Thangavelu, SA, Ma, K. 2010. Silikātu mediētā forzes reakcija: cukura silikātu sintēze no apakšas uz augšu. Science, 327, 984-986.
8. Lamour, S., Pallmann, S., Haas, M., Trapp, O. 2019. Prebiotiskā cukura veidošanās neūdens apstākļos un mehanoķīmiskais paātrinājums. Dzīve 2019., 9., 52. lpp .; doi: 10.3390 / life9020052.
9. Linek, K., Fedoroňko, M. 1972. D-tetrožu savstarpēja pārvēršana piridīnā. Carbohydrate Research, 21, 326-330.
10. Nelsons, DL, Cox, MM 2017. Lehingera bioķīmijas principi. WH Freeman, Ņujorka.
11. Pizzarello, S., Shock, E. 2010. Oglekļa meteorītu organiskais sastāvs: evolūcijas stāsts pirms bioķīmijas. Aukstā pavasara ostas perspektīvas bioloģijā, 2010; 2: a002105.
12. Pizzarello, S., Weber, AL 2010. Stereoselektīvās pentozo cukuru sintēzes reālos prebiotiskos apstākļos. Dzīves pirmsākumi un biosfēras evolūcija, 40, 3–10.
13. Sinnott, ML 2007. Ogļhidrātu ķīmija un bioķīmijas uzbūve un mehānisms. Kembridžas Karaliskā ķīmijas biedrība.
14. Stick, RV, Williams, SJ 2009. Ogļhidrāti: dzīvības būtiskās molekulas. Elsevier, Amsterdama.
15. Tomasik, P. 2004. Pārtikas saharīdu ķīmiskās un funkcionālās īpašības. CRC Press, Boca Raton.
16. Voet, D., Voet, JG, Pratt, CW 2008. Bioķīmijas pamati - dzīve molekulārā līmenī. Vileijs, Hobokens.
17. Nelsons, DL, Cox, MM 2017. Lehingera bioķīmijas principi. WH Freeman, Ņujorka.
18. Pizzarello, S., Weber, AL 2004. Prebiotiskās aminoskābes kā asimetriski katalizatori. Zinātne, 3003, 1151.
19. Sinnott, ML 2007. Ogļhidrātu ķīmija un bioķīmijas uzbūve un mehānisms. Kembridžas Karaliskā ķīmijas biedrība.
20. Stick, RV, Williams, SJ 2009. Ogļhidrāti: dzīvības būtiskās molekulas. Elsevier, Amsterdama.