HEPTOSER: KJENNETEGN, BIOLOGISK BETYDNING, SYNTESE - BIOLOGI - 2026

De heptoser er monosakkarider som har syv karbonatomer, og med den empiriske formel C ₇ H ₁₄ O ₇ . Disse sukkeretene, så som andre monosakkarider, er polyhydroksylerte og kan være: aldoheptoser, som har en aldehydfunksjon ved karbon en, eller ketoheptoser, som har en ketongruppe ved karbon 2.

Heptoser syntetiseres i metabolske veier, så som Calvin-syklusen for fotosyntese og den ikke-oksidative fasen av pentosefosfatveien. De er bestanddeler av lipo-polysakkarider (LPS) i celleveggen til gramnegative bakterier som Escherichia coli, Klebsiella sp., Neisseria sp., Proteus sp., Pseudomonas sp., Salmonella sp., Shigella sp., Og Vibrio sp.

Kilde: Fvasconcellos

kjennetegn

Heptoser, som ligner heksoser, eksisterer hovedsakelig i sin sykliske form. Aldoheptoser har fem asymmetriske karbohydrater og sykler for å danne en pyranose. I kontrast har ketoheptoser fire asymmetriske karbonatomer, hvor de også danner pyranoser.

En veldig vanlig naturlig ketoheptose i levende organismer er sedoheptulose. Dette sukkeret er viktig i dannelsen av heksose-sukker ved fotosyntesen og karbohydratmetabolismen hos dyr.

Når sedoheptulose varmes opp i fortynnet mineralsyre, danner den en likevektsmineralblanding, der 80% krystalliseres som 2,7-anhydro-ß-D-alt-heptulopyranose og 20% ​​er sedoheptulose.

Den kjemiske bestemmelsen av heptosene gjøres med svovelsyre og cystein, difenylamin og floroglucinol. Under visse forhold er det mulig å skille heptose fra andre sukkerarter. Det kan til og med skille mellom aldoheptoser og ketoheptoser.

Mange aldoheptoser har glysero-D-mannoheptosekonfigurasjon. Heptoser, sammen med åtte-karbon ketosukkersyre (3-deoksy-D-manno-2-oktulosonsyre, et Kdo-sukker), er strukturelle komponenter i LPS, i den ytre membranen til lipid-dobbeltlaget av bakterier .

LPS kan ekstraheres med en 45% fenol i vannblanding. Deretter kan heptosene og KDO-sukker identifiseres ved kolorimetriske og kromatografiske teknikker.

Leverens biologiske betydning

I fotosyntesen og pentosefosfatveien

Enzymer som omdanner triosefosfat, glyseraldehyd-3-fosfat og dihydroksyacetonfosfat, produsert ved assimilering av CO ₂ , til stivelse finnes i stromaen av kloroplasten . Dannelsen av triofosfat og utvinningen av karbonene, for å begynne fikseringen av CO ₂ , utgjør to stadier av Calvin-syklusen.

I karbonutvinningsstadiet er enzymet aldolase ansvarlig for å omdanne erytrose 4-fosfat (en fire-karbonmetabolit (E4P)) og dihydroksyketonfosfat (en tre-karbonmetabolit) til sedoheptulose 1,7-bisfosfat .

Denne ketoheptosse blir transformert av flere trinn, enzymatisk katalysert, til ribulose 1,5-bisfosfat.

Ribulose 1,5-bisfosfat er den initierende metabolitten i Calvin-syklusen. På den annen side foregår biosyntesen av sedoheptulose 7-fosfat (S7P) i pentosefosfatveien, som er en vei som finnes i alle levende organismer. I dette tilfellet transformerer virkningen av en transketolase to fosfatpentoser til S7P og glyceraldehyd-3-fosfat (GAP).

Deretter transformeres S7P og GAP gjennom to trinn katalysert av en transaldolase og en transketolase til fruktose-6-fosfat og GAP. Begge er metabolitter av glykolyse.

I lipo-polysakkarider (LPS)

Heptoser er til stede i lipopolysakkarider og polysakkarider i bakteriekapselen. Det strukturelle motivet av LPS i Enterobacteriaceae består av lipid A, som består av en dimer av 2-amino-2-deoksy-D-glukose bundet med β - (1®6) -binding. Den har to fosfatestere og langkjedede fettsyragrupper.

Lipid A er knyttet til en sentral region ved en bro av tre sukkerarter Kdo og ketodeoxyoctulosonic acid, bundet av glykosidbindinger (2®7). Denne regionen er knyttet til L-glysero-D-mannoheptoser-heptose, med alfa-anomer konfigurasjon. Det er en O-antigen region.

Dette strukturelle motivet er til stede i Gram-negative bakterier, slik som Escherichia coli, Klebsiella sp., Yersinia sp., Pseudomonas sp., Salmonella sp., Så vel som andre sykdomsfremkallende bakterier.

Det er varianter av heptose som inkluderer forskjellige konfigurasjoner av stereosenteret av pyranoser i oligosakkarider, så vel som av sidekjeder i polysakkarider. D-glysero-D-manno-heptopyranosil er til stede i Yersinia enterocolitica, Coxiella burnetti, Mannheimia haemolitica, Aeromonas hydrophila og Vibrio salmonicida.

Heptose D-glycero-D-manno-heptose er til stede som sidekjedenheter i den ytre regionen av LPS av Proteus og Haemophilus influenzae stammer; og som korte oligomere sidekjeder knyttet til α - (1®3) eller α - (1®2), knyttet til Klebsiella pneumonie LPS strukturelle motiv.

I Vibrio cholerae-stammer har O-antigenområdet D-glysero-D-manno-heptose med både anomere konfigurasjoner (alfa og beta).

I glykoproteiner av bakterier

Overflatelagene (S-lagene) består av identiske proteinsubenheter, som dekker det i en todimensjonal organisasjon. De finnes i gram-positive og gram-negative bakterier og arka-bakterier. Proteinene i dette laget har glykopeptider som er langstrakte av polysakkaridkjeder.

Glykoproteinene til Aneurinibacillus thermoaerophilus, en gram-positiv bakterie, har repeterende enheter disakkarider ® 3) -Dglycero- ß-D-mano-Hepp- (1®4) - α-L-Rhap- (1® i S-laget).

En av funksjonene til glykoproteiner er vedheft. For eksempel er det et glykoprotein som målte vedheft som et autotransportørprotein (AIDA-I) i E. coli-stammer. Glykoproteinbiosyntese skjer ved glykosyltransferaser, så som heptosyltransferase, som krever ADP-glyceromanno-heptose.

syntese

Den kjemiske syntesen og kombinasjonen av kjemiske og enzymatiske metoder for aktivert heptosefosfat og heptosnukleotid har gjort det mulig å belyse de metabolske veiene som mikroorganismer bruker for å produsere disse stoffene.

Mange syntesemetoder fremstiller 6-epimer manno-heptose for å syntetisere L-glysero-D-manno-heptose. Disse metodene er basert på forlengelse av kjeden fra den anomere karbon- eller aldehydgruppen under anvendelse av Grignard-reagenser. Glykosyleringer utføres i nærvær av acylbeskyttende grupper.

På denne måten er det stereokontroll som bevarer den a-anomere konfigurasjonen. Anomere tioglykosider og trikloracetimidatderivater tjener som heptosylgruppegivere. De nyere prosedyrene involverer selektiv dannelse av p-heptosider og 6-deoksy-heptosidderivater.

Aktivert heptose-nukleotidbiosyntese begynner fra sedoheptulose 7-fosfat, som omdannes til D-glycero-D-manno-heptose 7-fosfat. En fosfomutase er blitt foreslått for å danne anomert heptosylfosfat. Deretter katalyserer en heptosyltransferase dannelsen av ADP D-glysero-D-manno-heptose.

Til slutt endrer en epimerase konfigurasjonen av ADP D-glysero-D-manno-heptose til ADP L-glycero-D-manno-heptose.

I tillegg er det utført kjemiske studier for å finne ut hvilke mekanismer disse enzymene utfører katalyse. For eksempel bruker de benzylert benzylmannopyranosid, som er oksidert for å gi det manouroniske derivat.

Behandling med saltsyre transformerer manouronderivatet til diazoketon. Behandling med diazobenzylfosfor produserer en blanding av L-glysero-7-fosfat og D-glycero-7-fosfat.

referanser

1. Collins, PM 2006. Ordbok for karbohydrater med CD-ROM. Chapman & Hall / CRC, Boca Raton.
2. Cui, SW 2005. Matkarbohydrater: kjemi, fysiske egenskaper og bruksområder. CRC Press, Boca Raton.
3. Ferrier, RJ 2000. Karbohydratkjemi: monosakkarider, disakkarider og spesifikke oligosakkarider. Royal Society of Chemistry, Cambridge.
4. Hofstad, T. 1974. Distribusjonen av heptose og 2-keto-3-deoksyoktonat i Bacteroidaceae. Journal of General Microbiology, 85, 314–320
5. Kosma, P. 2008. Forekomst, syntese og biosyntese av bakterielle heptoser. Aktuell organisk kjemi, 12, 1021-1039.
6. Nelson, DL, Cox, MM 2017. Lehninger-prinsippene for biokjemi. WH Freeman, New York.
7. Pigman, W. 1957. Karbohydratene: kjemi, biokjemi, fysiologi. Academic Press, New York.
8. Pigman, W., Horton, D. 1970. Karbohydratene: kjemi og biokjemi. Academic Press, New York.
9. Sinnott, ML 2007. Karbohydratkjemi og biokjemis struktur og mekanisme. Royal Society of Chemistry, Cambridge.
10. Stick, RV, Williams, SJ 2009. Karbohydrater: livets essensielle molekyler. Elsevier, Amsterdam.
11. Voet, D., Voet, JG, Pratt, CW 2008. Grunnleggende om biokjemi - liv på molekylært nivå. Wiley, Hoboken.