HEPTOSES: MGA KATANGIAN, BIOLOGICAL KAHALAGAHAN, SYNTHESIS - BIOLOGY - 2025

Ang heptoses mga monosaccharides pagkakaroon ng pitong carbons at may mga empirical formula C ₇ H ₁₄ O ₇ . Ang mga asukal na ito, tulad ng iba pang mga monosaccharides, ay polyhydroxylated at maaaring maging: aldoheptoses, na mayroong isang function na aldehyde sa carbon one, o ketoheptoses, na mayroong pangkat na ketone sa carbon 2.

Ang mga Heptoses ay synthesized sa mga metabolic pathway, tulad ng Calvin cycle ng fotosintesis at ang non-oxidative phase ng pentose phosphate pathway. Ang mga ito ay mga nasasakupan ng lipo-polysaccharides (LPS) sa cell pader ng Gram-negatibong bakterya tulad ng Escherichia coli, Klebsiella sp., Neisseria sp., Proteus sp., Pseudomonas sp., Salmonella sp., Shigella sp., At Vibrio sp.

Pinagmulan: Fvasconcellos

katangian

Ang mga hoseoses, na katulad ng mga hexose, ay umiiral sa kanilang cyclic form. Ang Aldoheptoses ay may limang asymmetric carbons at cycle upang makabuo ng isang pyranose. Sa kaibahan, ang mga ketoheptoses ay nagtataglay ng apat na asymmetric carbons, kung saan bumubuo din sila ng mga pyranoses.

Ang isang pangkaraniwang natural na ketoheptose sa mga nabubuhay na organismo ay sedoheptulose. Ang asukal na ito ay mahalaga sa pagbuo ng mga hexose sugars sa fotosintesis at metabolismo ng karbohidrat sa mga hayop.

Kapag ang sedoheptulose ay pinainit sa dilute mineral acid, bumubuo ito ng isang mineral na balanse ng balanse, kung saan 80% ay crystallized bilang 2,7-anhydro-β-D-altro-heptulopyranose at 20% ay sedoheptulose.

Ang kemikal na pagpapasiya ng mga heptoses ay ginawa gamit ang sulpuriko acid at cysteine, diphenylamine at floroglucinol. Sa ilalim ng ilang mga kundisyon, posible na pag-iba-iba ang heptose mula sa iba pang mga sugars. Maaari rin itong magkakaiba sa pagitan ng mga aldoheptoses at ketoheptoses.

Maraming mga aldoheptoses ang may glycero-D-mannoheptose na pagsasaayos. Ang Heptose, kasama ang walong-carbon keto-sugar acid (3-deoxy-D-manno-2-octulosonic acid, isang Kdo sugar), ay mga istrukturang sangkap ng LPS, sa panlabas na lamad ng lipid bilayer ng bakterya .

Ang LPS ay maaaring makuha gamit ang isang 45% phenol sa pinaghalong tubig. Pagkatapos, ang mga heptoses at KDO sugars ay maaaring makilala sa pamamagitan ng colorimetric at chromatographic na mga diskarte.

Kahalagahan ng biyolohikal ng mga hepatoses

Sa fotosintesis at landas ng pentose phosphate

Ang mga enzyme na nag-convert ng triose phosphate, glyceraldehyde-3-phosphate at dihydroxyacetone phosphate, na ginawa ng assimilation ng CO ₂ , sa starch ay matatagpuan sa stroma ng chloroplast . Ang pagbuo ng triose phosphate at ang pagbawi ng mga carbon, upang simulan ang pag-aayos ng CO _{2 muli} , ay bumubuo ng dalawang yugto ng Calvin cycle.

Sa yugto ng pagbawi ng carbon, ang enzyme aldolase ay may pananagutan sa pag-convert ng erythrose 4-phosphate (isang apat na carbon-metabolite (E4P)) at dihydroxyketone phosphate (isang tatlong-carbon metabolite) sa sedoheptulose 1,7-bisphosphate .

Ang ketoheptosse na ito ay binago ng maraming mga hakbang, na-catalynado ng enzymatically, sa ribulose 1,5-bisphosphate.

Ang Ribulose 1,5-bisphosphate ay ang nagsisimula na metabolite ng ikot ng Calvin. Sa kabilang banda, ang biosynthesis ng sedoheptulose 7-phosphate (S7P) ay nagaganap sa landas ng pentose phosphate, na kung saan ay isang landas na naroroon sa lahat ng mga nabubuhay na organismo. Sa kasong ito, ang pagkilos ng isang transketolase ay nagbabago ng dalawang pospeyt na pentose sa S7P at glyceraldehyde-3-phosphate (GAP).

Pagkatapos, sa pamamagitan ng dalawang mga hakbang na naparalisa ng isang transaldolase at isang transketolase, ang S7P at GAP ay binago sa fructose-6-phosphate at GAP. Ang parehong mga metabolite ng glycolysis.

Sa lipo-polysaccharides (LPS)

Ang mga heptose ay naroroon sa lipopolysaccharides at polysaccharides ng kapsula ng bakterya. Ang istruktura na motif ng LPS sa Enterobacteriaceae ay binubuo ng lipid A, na binubuo ng isang dimer ng 2-amino-2-deoxy-D-glucose na naka-link sa pamamagitan ng β - (1®6) na bono. Mayroon itong dalawang phosphate esters at mahabang chain ng fatty acid group.

Ang Lipid A ay naka-link sa isang gitnang rehiyon sa pamamagitan ng isang tulay ng tatlong sugars na Kdo at ketodeoxyoctulosonic acid, na naka-link sa pamamagitan ng mga glycosidic bond (2®7). Ang rehiyon na ito ay naka-link sa L-glycero-D-mannoheptoses heptose, na may pagsasaayos ng alpha anomeric. Mayroong isang rehiyon ng O-antigenic.

Ang istrukturang motif na ito ay naroroon sa mga negatibong bakterya ng Gram, tulad ng Escherichia coli, Klebsiella sp., Yersinia sp., Pseudomonas sp., Salmonella sp., Pati na rin ang iba pang mga pathogen bacteria.

Mayroong mga variant ng heptose na nagsasama ng iba't ibang mga pagsasaayos ng stereocenter ng mga pyranoses sa oligosaccharides, pati na rin ng mga side chain sa polysaccharides. Ang D-glycero-D-manno-heptopyranosil ay naroroon sa Yersinia enterocolitica, Coxiella burnetti, Mannheimia haemolitica, Aeromonas hydrophila, at Vibrio salmonicida.

Ang Heptose D-glycero-D-manno-heptose ay naroroon bilang mga side chain unit sa panlabas na rehiyon ng LPS ng Proteus at Haemophilus influenzae strains; at bilang maikling oligomeric side chain na naka-link sa pamamagitan ng α - (1®3) o α - (1®2), na naka-link sa istrukturang motibo ng Klebsiella pneumonie LPS.

Sa Vibrio cholerae strains, ang rehiyon ng O-antigenic ay nagtataglay ng D-glycero-D-manno-heptose na may parehong mga pagsasaayos ng anomalya (alpha at beta).

Sa glycoproteins ng bakterya

Ang mga layer ng ibabaw nito (S layer) ay binubuo ng magkaparehong mga subunit ng protina, na sumasaklaw sa isang two-dimensional na samahan. Ang mga ito ay matatagpuan sa Gram-positibo at Gram-negatibong bakterya at archaebacteria. Ang mga protina sa layer na ito ay may glycopeptides na pinahaba ng polysaccharide chain.

Ang mga glycoproteins ng Aneurinibacillus thermoaerophilus, isang bakteryang positibo sa gramo, ay nagtataglay ng mga paulit-ulit na yunit ng disaccharides ®3) -Dglycero- β -D-mano-Hepp- (1®4) - α -L-Rhap- (1® sa S layer.

Ang isa sa mga pag-andar ng glycoproteins ay pagdirikit. Halimbawa, mayroong isang glycoprotein na sinusukat ang pagdirikit bilang isang protina ng autotransporter (AIDA-I) sa E. coli strains. Ang glycoprotein biosynthesis ay nangyayari sa pamamagitan ng mga glycosyl transferases, tulad ng heptosyl transferase, na nangangailangan ng ADP glycero-manno-heptose.

Sintesis

Ang synthesis ng kemikal at ang kumbinasyon ng mga pamamaraan ng kemikal at enzymatic ng aktibo na heptose phosphate at heptose-nucleotide ay nagawang posible na paliin ang mga metabolic pathways na ginagamit ng mga microorganism upang makabuo ng mga sangkap na ito.

Maraming mga pamamaraan ng synthesis ang naghahanda ng 6-epimeric manno-heptose upang synthesize L-glycero-D-manno-heptose. Ang mga pamamaraan na ito ay batay sa pagpahaba ng kadena mula sa anomalikong carbon, o aldehyde group, gamit ang mga reign ng Grignard. Ang mga glycosylations ay isinasagawa sa pagkakaroon ng mga grupo ng pagprotekta ng acyl.

Sa ganitong paraan, mayroong stereocontrol na pinapanatili ang pagsasaayos ng α -anomeric. Ang mga anomeric thioglycosides at trichloroacetimidate derivatives ay nagsisilbing donor group ng heptosyl. Ang mas kamakailang mga pamamaraan ay nagsasangkot sa pumipili ng pagbuo ng β -heptosides at 6-deoxy-heptoside derivatives.

Ang aktibo na biosynthesis ng heptose-nucleotide ay nagsisimula mula sa sedoheptulose 7-phosphate, na na-convert sa D-glycero-D-manno-heptose 7-phosphate. Ang isang phosphomutase ay iminungkahi upang makabuo ng anomalikong heptosyl pospeyt. Pagkatapos, ang isang heptosyl transferase ay catalyzes ang pagbuo ng ADP D-glycero-D-manno-heptose.

Sa wakas, binabago ng isang epimerase ang pagsasaayos ng ADP D-glycero-D-manno-heptose sa ADP L-glycero-D-manno-heptose.

Bilang karagdagan, ang mga pag-aaral ng kemikal ay isinasagawa upang maunawaan ang mga mekanismo kung saan isinasagawa ng mga enzim na ito ng katalisis. Halimbawa, gumagamit sila ng benzylated benzyl mannopyranoside, na kung saan ay na-oxidized upang mabigyan ang manouronic derivative.

Ang paggamot na may hydrochloric acid ay nagbabago sa manouronic derivative sa diazoketone. Ang paggamot na may diazobenzyl phosphoric ay gumagawa ng isang halo ng L-glycero-7-phosphate at D-glycero-7-phosphate.

Mga Sanggunian

1. Collins, PM 2006. Diksyonaryo ng mga karbohidrat na may CD-ROM. Chapman & Hall / CRC, Boca Raton.
2. Cui, SW 2005. Karbohidrat ng pagkain: kimika, pisikal na katangian, at aplikasyon. Ang CRC Press, Boca Raton.
3. Ferrier, RJ 2000. Chemistry ng karbohidrat: monosaccharides, disaccharides at mga tiyak na oligosaccharides. Royal Society of Chemistry, Cambridge.
4. Hofstad, T. 1974. Ang Pamamahagi ng heptose at 2-keto-3-deoxy-octonate sa Bacteroidaceae. Journal of General Microbiology, 85, 314–320
5. Kosma, P. 2008. Pangyayari, synthesis at biosynthesis ng bacterial heptoses. Kasalukuyang Organic Chemistry, 12, 1021-1039.
6. Nelson, DL, Cox, MM 2017. Lehninger na mga prinsipyo ng biochemistry. WH Freeman, New York.
7. Pigman, W. 1957. Ang mga karbohidrat: kimika, biochemistry, pisyolohiya. Akademikong Press, New York.
8. Pigman, W., Horton, D. 1970. Ang mga karbohidrat: kimika at biochemistry. Akademikong Press, New York.
9. Sinnott, ML 2007. Ang karbohidratong kimika at istraktura at mekanismo ng biochemistry. Royal Society of Chemistry, Cambridge.
10. Stick, RV, Williams, SJ 2009. Karbohidrat: ang mahahalagang molekula ng buhay. Elsevier, Amsterdam.
11. Voet, D., Voet, JG, Pratt, CW 2008. Mga pundasyon ng biochemistry - buhay sa antas ng molekular. Wiley, Hoboken.