HEPTÓZOK: JELLEMZŐK, BIOLÓGIAI FONTOSSÁG, SZINTÉZIS - BIOLÓGIA - 2026

A heptózok monoszacharidok melynek hét szénatomot és a tapasztalati képlete C ₇ H ₁₄ O ₇. Ezek a cukrok, például más monoszacharidok, polihidroxilezve lehetnek: aldoheptózok, amelyek szénatomon aldehid funkcióval rendelkeznek, vagy ketoheptózok, amelyek ketoncsoportot tartalmaznak a 2 szénatomon.

A heptózokat metabolikus úton szintetizálják, például a fotoszintézis Calvin-ciklusában és a pentóz-foszfát út nem oxidatív fázisában. A lipo-poliszacharidok (LPS) alkotóelemei a Gram-negatív baktériumok sejtfalában, például Escherichia coli, Klebsiella sp., Neisseria sp., Proteus sp., Pseudomonas sp., Salmonella sp., Shigella sp., És Vibrio sp.

Forrás: Fvasconcellos

jellemzők

A heptózok, hasonlóan a hexózokhoz, túlnyomórészt ciklikus formában léteznek. Az aldoheptózok öt aszimmetrikus szénatomot tartalmaznak, és ciklusukból állnak, hogy piranózt képezzenek. Ezzel ellentétben a ketoheptózok négy aszimmetrikus szénatomot tartalmaznak, ahol szintén piranózt képeznek.

Az élő szervezetekben nagyon gyakori természetes ketoheptóz a szedoheptulóz. Ez a cukor fontos a hexóz-cukrok képződésében az állatok fotoszintézisében és a szénhidrát-anyagcserében.

Amikor a sedoheptulózt híg ásványi savban melegítik, egyensúlyi ásványi elegyet képez, ahol 80% 2,7-anhidro-β-D-altro-heptulopiranóz formájában kristályosodik, 20% pedig sedoheptulóz.

A heptózok kémiai meghatározását kénsavval, cisztein, difenil-amin és floroglucinol segítségével végezzük. Bizonyos körülmények között meg lehet különböztetni a heptózt más cukroktól. Még meg is különböztetheti az aldoheptózist a ketoheptózistól.

Számos aldoheptóz glicerin-D-mannoheptóz-konfigurációjú. A heptóz a nyolc széntartalmú keto-cukorsavval (3-dezoxi-D-manno-2-oktulozonsav, Kdo-cukor) együtt az LPS szerkezeti elemei, a baktériumok lipid kettős rétegének külső membránjában.

Az LPS-t 45% fenol / víz keverékkel extrahálhatjuk. Ezután a heptózok és a KDO-cukrok kolorimetriás és kromatográfiás technikákkal azonosíthatók.

A hepatózis biológiai jelentősége

A fotoszintézisben és a pentóz-foszfát útvonalon

Enzimek, hogy átalakítani trióz-foszfát, a gliceraldehid-3-foszfát és dihidroxiaceton-foszfát által gyártott, az asszimilációs CO ₂, keményítővé találhatók a stroma a kloroplaszt. A trióz-foszfát képződése és a szén visszanyerése a CO ₂ rögzítésének megkezdéséhez a kalvin-ciklus két szakaszát képezi.

A szén-visszanyerés szakaszában az aldolaz enzim felelős az eritroóz-4-foszfát (négyszén-metabolit (E4P)) és a dihidroxi-keton-foszfát (háromszén-metabolit) átalakításáért szedoheptulóz-1,7-biszfoszfáttá.

Ezt a ketoheptózt több enzimatikusan katalizált lépéssel ribulóz-1,5-bisz-foszfáttá alakítják.

A ribulóz-1,5-biszfoszfát a kalvin-ciklus kezdő metabolitja. Másrészt a sedoheptulóz-7-foszfát (S7P) bioszintézisére a pentóz-foszfát útvonalban kerül sor, amely út minden élő szervezetben megtalálható. Ebben az esetben a transzketo-lazsa hatására két foszfát-pentóz S7P -vé és glicerialdehid-3-foszfáttá (GAP) alakul.

Ezután két lépésben, amelyet egy transaldo-záz és egy transzketo-láz katalizál, az S7P-t és a GAP-t fruktóz-6-foszfáttá és GAP-á alakítják. Mindkettő a glikolízis metabolitja.

Lipo-poliszacharidokban (LPS)

A heptózok a baktériumkapszula lipopoliszacharidjaiban és poliszacharidjaiban vannak jelen. Az LPS szerkezeti motívuma az Enterobacteriaceae-ban lipid A-ből áll, amely a 2-amino-2-dezoxi-D-glükóz dimeréből áll, amelyet β - (1®6) kötés köti össze. Két foszfát-észterrel és hosszú láncú zsírsavcsoporttal rendelkezik.

Az A lipidet egy központi régióhoz három Kdo cukrot és ketodezoxi-oktuloszonsavat tartalmazó híd köti össze, amelyeket glikozidkötések (2®7) kötik össze. Ez a régió az alfa-anomer konfigurációjú L-glicerin-D-mannoheptózok heptózhoz kapcsolódik. Van egy O-antigén régió.

Ez a szerkezeti motívum megtalálható a Gram-negatív baktériumokban, például Escherichia coliban, Klebsiella sp., Yersinia sp., Pseudomonas sp., Salmonella sp., Valamint más patogén baktériumokban.

Vannak olyan heptózok változatai, amelyek tartalmazzák a pyranózok sztereocenterének különböző konfigurációit az oligoszacharidokban, valamint az oldalláncok konfigurációját a poliszacharidokban. A D-glicerin-D-manno-heptopiranozil jelen van a Yersinia enterocolitica-ban, a Coxiella burnetti-ben, a Mannheimia haemolitica-ban, az Aeromonas hydrophila-ban és a Vibrio salmonicida-ban.

A heptóz D-glicerin-D-manno-heptóz oldallánc egységként van jelen a Proteus és a Haemophilus influenzae törzsek LPS külső régiójában; és rövid oligomer oldalláncokként, amelyeket a α - (1®3) vagy α - (1®2) köti össze, kapcsolódva a Klebsiella pneumonie LPS szerkezeti motívumához.

A Vibrio cholerae törzsekben az O-antigén régió mindkét anomer konfigurációval (alfa és béta) rendelkezik D-glicerin-D-manno-heptózzal.

A baktériumok glikoproteinjeiben

Felszíni rétegei (S rétegei) azonos fehérje alegységekből állnak, amelyek kétdimenziós szervezetben fedik le. Gram-pozitív és gramnegatív baktériumokban és régészekben találhatók. Az ebben a rétegben levő proteinek glikopeptidekkel rendelkeznek, amelyeket a poliszacharid láncok meghosszabbítanak.

Az Aneurinibacillus thermoaerophilus, egy gram-pozitív baktérium glikoproteinjei ismétlődő egységeket tartalmaznak a diszacharidok ®3) -Dglicero-β-D-mano-Hepp- (1®4) - α-L-Rhap- (1) számára az S rétegben.

A glikoproteinek egyik funkciója a tapadás. Például létezik egy olyan glikoprotein, amely autotransporter proteinként (AIDA-I) adhéziót mért az E. coli törzsekben. A glikoproteinek bioszintézise glikozil-transzferázokkal, például heptosil-transzferázokkal történik, amelyekhez ADP glicerin-manno-heptóz szükséges.

Szintézis

Az aktivált heptóz-foszfát és a heptóz-nukleotid kémiai szintézise, ​​valamint a kémiai és enzimatikus módszerek kombinációja lehetővé tette, hogy meghatározzuk azokat a metabolikus útvonalakat, amelyeket a mikroorganizmusok ezen anyagok előállításához használnak.

Számos szintézis módszer előállítja a 6-epimer manno-heptózt az L-glicerin-D-manno-heptóz szintetizálására. Ezek a módszerek a lánc meghosszabbításán alapulnak az anomer szén vagy aldehid csoporttól, Grignard reagensek felhasználásával. A glikozilezést acilvédő csoportok jelenlétében hajtjuk végre.

Ilyen módon a sztereokontroll megőrzi az α-anomer konfigurációt. Az anomer tioglikozidok és a triklór-acetimidát-származékok heptosilcsoport-donorokként szolgálnak. A legújabb eljárások a P-heptosidok és a 6-dezoxi-heptosid-származékok szelektív képződését foglalják magukban.

Az aktivált heptóz-nukleotid bioszintézis a sedoheptulóz-7-foszfátból kezdődik, amelyet D-glicerin-D-manno-heptóz-7-foszfáttá alakítanak. Foszfomutázt javasoltak anomer heptosil-foszfát képzésére. Ezután egy heptosil-transzferáz katalizálja az ADP D-glicerin-D-manno-heptóz képződését.

Végül egy epimeráz megváltoztatja az ADP D-glicerin-D-manno-heptóz konfigurációját ADP L-glicerin-D-manno-heptóz-ra.

Ezen túlmenően kémiai vizsgálatokat végeztek annak meghatározására, hogy ezek az enzimek katalízist végeznek. Például benzilált benzil-mannopiranozidot használnak, amelyet oxidálva a manouron-származékot kapják.

Sósavval történő kezelés a manouron-származékot diazoketonná alakítja. A diazobenzil-foszforsavval végzett kezelés L-glicero-7-foszfát és D-glicer-7-foszfát keverékét eredményezi.

Irodalom

1. Collins, PM 2006. Szénhidrátok szótára CD-ROM-mal. Chapman & Hall / CRC, Boca Raton.
2. Cui, SW 2005. Élelmiszer-szénhidrátok: kémia, fizikai tulajdonságok és alkalmazások. CRC Press, Boca Raton.
3. Ferrier, RJ 2000. Szénhidrát kémia: monoszacharidok, diszacharidok és specifikus oligoszacharidok. Királyi Kémiai Társaság, Cambridge.
4. Hofstad, T. 1974. A heptóz és a 2-keto-3-dezoxi-oktonát eloszlása ​​a Bacteroidaceae-ban. Journal of General Microbiology, 85, 314–320
5. Kosma, P. 2008. Bakteriális heptózok előfordulása, szintézise és bioszintézise. Current Organic Chemistry, 12, 1021-1039.
6. Nelson, DL, Cox, MM 2017. Lehninger biokémiai elvek. WH Freeman, New York.
7. Pigman, W. 1957. Szénhidrátok: kémia, biokémia, fiziológia. Academic Press, New York.
8. Pigman, W., Horton, D., 1970. A szénhidrátok: kémia és biokémia. Academic Press, New York.
9. Sinnott, ML 2007. Szénhidrát kémia és biokémiai szerkezet és mechanizmus. Királyi Kémiai Társaság, Cambridge.
10. Stick, RV, Williams, SJ 2009. Szénhidrátok: az élet nélkülözhetetlen molekulái. Elsevier, Amszterdam.
11. Voet, D., Voet, JG, Pratt, CW, 2008. A biokémia alapjai - élet molekuláris szinten. Wiley, Hoboken.