HEPTOSER: EGENSKAPER, BIOLOGISK BETYDELSE, SYNTES - BIOLOGI - 2025

De heptoser är monosackarider som har sju kolatomer och med den empiriska formeln C ₇ H ₁₄ O ₇ . Dessa sockerarter, såsom andra monosackarider, är polyhydroxylerade och kan vara: aldoheptoser, som har en aldehydfunktion vid kol en, eller ketoheptoser, som har en ketongrupp vid kol 2.

Heptoser syntetiseras i metabola vägar, såsom Calvin av fotosyntescykeln och den icke-oxidativa fasen i pentosfosfatvägen. De är beståndsdelar av lipo-polysackarider (LPS) i cellväggen hos Gram-negativa bakterier såsom Escherichia coli, Klebsiella sp., Neisseria sp., Proteus sp., Pseudomonas sp., Salmonella sp., Shigella sp., Och Vibrio sp.

Källa: Fvasconcellos

egenskaper

Heptoser, liknande hexoser, finns främst i sin cykliska form. Aldoheptoser har fem asymmetriska kolatomer och cyklar för att bilda en pyranos. Däremot har ketoheptoser fyra asymmetriska kolatomer, där de också bildar pyranoser.

En mycket vanlig naturlig ketoheptos i levande organismer är sedoheptulos. Detta socker är viktigt vid bildningen av hexossocker vid fotosyntes och kolhydratmetabolism hos djur.

När sedoheptulosa upphettas i utspädd mineralsyra, bildar den en jämviktsmineralblandning, där 80% kristalliseras som 2,7-anhydro-p-D-alt-heptulopyranos och 20% är sedoheptulosa.

Den kemiska bestämningen av heptoserna görs med svavelsyra och cystein, difenylamin och floroglucinol. Under vissa förhållanden är det möjligt att skilja heptos från andra sockerarter. Det kan till och med skilja mellan aldoheptoser och ketoheptoser.

Många aldoheptoser har glycero-D-mannoheptoskonfiguration. Heptos är tillsammans med åtta-kol-ketosockersyran (3-deoxi-D-manno-2-oktulosonsyra, ett Kdo-socker) strukturella komponenter i LPS, i det yttre membranet i lipid-tvåskiktet av bakterier .

LPS kan extraheras med en 45% fenol i vattenblandning. Därefter kan heptoserna och KDO-sockret identifieras med kolorimetriska och kromatografiska tekniker.

Leverens biologiska betydelse

Vid fotosyntes och pentosfosfatvägen

Enzymer som omvandlar triosfosfat, glyceraldehyd-3-fosfat och dihydroxiacetonfosfat, producerade genom assimilering av CO ₂ , till stärkelse finns i kloroplastens stroma . Bildningen av triosfosfat och återvinningen av kolatomen, för att påbörja fixeringen av CO _{2 igen} , utgör två steg i Calvin-cykeln.

Under kolåtervinningssteget är enzymet aldolas ansvarigt för att omvandla erytros 4-fosfat (en fyra-kolmetabolit (E4P)) och dihydroxyketonfosfat (en tre-kolmetabolit) till sedoheptulos 1,7-bisfosfat .

Denna ketoheptosse omvandlas med flera steg, enzymatiskt katalyserad, till ribulosa 1,5-bisfosfat.

Ribulosa 1,5-bisfosfat är den initierande metaboliten i Calvin-cykeln. Dessutom sker sedoheptulosa 7-fosfat (S7P) biosyntes i pentosfosfatvägen, som är en väg som finns i alla levande organismer. I detta fall omvandlar verkan av ett transketolas två fosfatpentos till S7P och glyceraldehyd-3-fosfat (GAP).

Sedan transformeras S7P och GAP genom två steg katalyserade av ett transaldolas och ett transketolas till fruktos-6-fosfat och GAP. Båda är glykolysmetaboliter.

I lipo-polysackarider (LPS)

Heptoser finns i lipopolysackarider och polysackarider i bakteriekapseln. Det strukturella motivet för LPS i Enterobacteriaceae består av lipid A, som består av en dimer av 2-amino-2-deoxi-D-glukos kopplad med p - (1®6) -bindning. Den har två fosfatestrar och långkedjiga fettsyragrupper.

Lipid A är kopplad till en central region genom en bro med tre sockerarter Kdo och ketodeoxyoctulosonic acid, kopplade till glykosidbindningar (2®7). Denna region är kopplad till L-glycero-D-mannoheptosheptos med alfa-anomer konfiguration. Det finns en O-antigen region.

Detta strukturella motiv finns i Gram-negativa bakterier, såsom Escherichia coli, Klebsiella sp., Yersinia sp., Pseudomonas sp., Salmonella sp., Liksom andra patogena bakterier.

Det finns varianter av heptos som inkluderar olika konfigurationer av stereocenteret av pyranoser i oligosackarider, såväl som av sidokedjor i polysackarider. D-glycero-D-manno-heptopyranosil finns i Yersinia enterocolitica, Coxiella burnetti, Mannheimia haemolitica, Aeromonas hydrophila och Vibrio salmonicida.

Heptos D-glycero-D-manno-heptos är närvarande som sidokedjeenheter i den yttre regionen av LPS av Proteus och Haemophilus influenzae-stammar; och som korta oligomera sidokedjor länkade med α - (1®3) eller α - (1®2), kopplade till Klebsiella pneumonie LPS strukturella motiv.

I Vibrio cholerae-stammar har den O-antigena regionen D-glycero-D-manno-heptos med båda anomera konfigurationer (alfa och beta).

I glykoproteinerna från bakterier

Dess ytskikt (S-lager) består av identiska proteinsubenheter som täcker det i en tvådimensionell organisation. De finns i Gram-positiva och Gram-negativa bakterier och archaebacteria. Proteinerna i detta skikt har glykopeptider som är förlängda med polysackaridkedjor.

Glykoproteinerna från Aneurinibacillus thermoaerophilus, en grampositiv bakterie, har upprepande enheter av disackarider ® 3) -Dglycero-ß-D-mano-Hepp- (1®4) - a-L-Rhap- (1® i S-skiktet).

En av funktionerna hos glykoproteiner är vidhäftning. Till exempel finns det ett glykoprotein som mätte vidhäftning som ett autotransporterprotein (AIDA-I) i E. coli-stammar. Glykoproteinbiosyntes sker genom glykosyltransferaser, såsom heptosyltransferas, vilket kräver ADP-glyceromanno-heptos.

Syntes

Den kemiska syntesen och kombinationen av kemiska och enzymatiska metoder för aktiverat heptosfosfat och heptosnukleotid har gjort det möjligt att belysa de metabola vägar som mikroorganismer använder för att producera dessa ämnen.

Många syntesmetoder framställer 6-epimär manno-heptos för att syntetisera L-glycero-D-manno-heptos. Dessa metoder är baserade på förlängning av kedjan från den anomera kol- eller aldehydgruppen med användning av Grignard-reagens. Glykosyleringar utförs i närvaro av acylskyddande grupper.

På detta sätt finns det stereokontroll som bevarar den a-anomera konfigurationen. Anomera tioglykosider och trikloracetimidatderivat tjänar som heptosylgruppsgivare. De nyare förfarandena involverar selektiv bildning av p-heptosider och 6-deoxi-heptosidderivat.

Aktiverad heptos-nukleotidbiosyntes börjar från sedoheptulosa 7-fosfat, som omvandlas till D-glycero-D-manno-heptos 7-fosfat. Ett fosfomutas har föreslagits för att bilda anomer heptosylfosfat. Sedan katalyserar ett heptosyltransferas bildningen av ADP D-glycero-D-manno-heptos.

Slutligen ändrar ett epimeras konfigurationen av ADP D-glycero-D-manno-heptos till ADP L-glycero-D-manno-heptos.

Dessutom har kemiska studier genomförts för att ta reda på mekanismerna genom vilka dessa enzymer utför katalys. Till exempel använder de bensylerad bensylmanopyranosid, som oxideras för att ge det manouroniska derivatet.

Behandling med saltsyra omvandlar manouronderivatet till diazoketon. Behandling med diazobenzylfosfor producerar en blandning av L-glycero-7-fosfat och D-glycero-7-fosfat.

referenser

1. Collins, PM 2006. Ordbok för kolhydrater med CD-ROM. Chapman & Hall / CRC, Boca Raton.
2. Cui, SW 2005. Matkolhydrater: kemi, fysiska egenskaper och applikationer. CRC Press, Boca Raton.
3. Ferrier, RJ 2000. Kolhydratkemi: monosackarider, disackarider och specifika oligosackarider. Royal Society of Chemistry, Cambridge.
4. Hofstad, T. 1974. Distributionen av heptos och 2-keto-3-deoxi-oktonat i Bacteroidaceae. Journal of General Microbiology, 85, 314–320
5. Kosma, P. 2008. Förekomst, syntes och biosyntes av bakteriella heptoser. Aktuell organisk kemi, 12, 1021-1039.
6. Nelson, DL, Cox, MM 2017. Lehninger-principerna för biokemi. WH Freeman, New York.
7. Pigman, W. 1957. Kolhydraterna: kemi, biokemi, fysiologi. Academic Press, New York.
8. Pigman, W., Horton, D. 1970. Kolhydraterna: kemi och biokemi. Academic Press, New York.
9. Sinnott, ML 2007. Kolhydratkemi och biokemisk struktur och mekanism. Royal Society of Chemistry, Cambridge.
10. Stick, RV, Williams, SJ 2009. Kolhydrater: livets essentiella molekyler. Elsevier, Amsterdam.
11. Voet, D., Voet, JG, Pratt, CW 2008. Grundläggande av biokemi - liv på molekylnivå. Wiley, Hoboken.