ХЕПТОЗИ: ХАРАКТЕРИСТИКИ, БИОЛОГИЧНО ЗНАЧЕНИЕ, СИНТЕЗ - БИОЛОГИЯ - 2025

На хептози са монозахариди имат седем въглеродни атома и с на емпирична формула C ₇ H ₁₄ O ₇. Тези захари, като други монозахариди, са полихидроксилирани и могат да бъдат: алдохептози, които имат алдехидна функция при въглероден, или кетохептози, които имат кетонова група при въглерод 2.

Хептозите се синтезират по метаболитни пътища, като цикълът на фотосинтеза на Калвин и неокислителната фаза на пентазофосфатния път. Те са съставки на липо-полизахариди (LPS) в клетъчната стена на грамотрицателни бактерии като Escherichia coli, Klebsiella sp., Neisseria sp., Proteus sp., Pseudomonas sp., Salmonella sp., Shigella sp., И Vibrio sp.

Източник: Fvasconcellos

характеристики

Хептозите, подобни на хексозите, съществуват предимно в тяхната циклична форма. Алдохептозите имат пет асиметрични въглерода и циклират, за да образуват пираноза. За разлика от тях, кетохептозите притежават четири асиметрични въглерода, където също образуват пиранози.

Много често срещана естествена кетохептоза в живите организми е седохептулозата. Тази захар е важна за образуването на хексозни захари при фотосинтезата и въглехидратния метаболизъм при животните.

Когато седохептулозата се нагрява в разредена минерална киселина, тя образува равновесна минерална смес, при която 80% се кристализира като 2,7-анхидро-β-D-алтро-хептулопираноза и 20% е седохептулоза.

Химическото определяне на хептозите се извършва със сярна киселина и цистеин, дифениламин и флороглуцинол. При определени условия е възможно да се разграничи хептозата от другите захари. Той дори може да различава алдохептозите и кетохептозите.

Много алдохептози имат конфигурацията глицеро-D-манохептоза. Хептозата, заедно с осем въглеродната кето-захарна киселина (3-дезокси-D-мано-2-октулозонова киселина, захар Kdo), са структурни компоненти на LPS, във външната мембрана на липидния двуслоен на бактериите, LPS може да се екстрахира с помощта на 45% фенол във водна смес. След това хептозите и KDO захарите могат да бъдат идентифицирани чрез колориметрични и хроматографски техники.

Биологично значение на хепатозите

При фотосинтезата и пътя на пентозния фосфат

В стромата на хлоропласта се намират ензими, които превръщат триозен фосфат, глицералдехид-3-фосфат и дихидроксиацетон фосфат, получени при асимилирането на CO ₂ в нишесте. Образуването на триозен фосфат и възстановяването на въглеродите, за да започне фиксирането на CO _{2 отново}, представляват два етапа от цикъла на Калвин.

По време на етапа на възстановяване на въглерода ензимът алдолаза е отговорен за превръщането на еритроза 4-фосфат (четири въглероден метаболит (E4P)) и дихидроксикетон фосфат (три въглероден метаболит) в седохептулоза 1,7-бисфосфат, Тази кетохептоза се трансформира чрез няколко ензимно катализирани стъпки в рибулоза 1,5-бисфосфат.

Рибулоза 1,5-бисфосфат е иницииращият метаболит на цикъла на Калвин. От друга страна, биосинтезата на седохептулоза 7-фосфат (S7P) се осъществява по пътя на пентозния фосфат, който е път, присъстващ във всички живи организми. В този случай действието на транкетолаза трансформира два фосфатни пентози в S7P и глицералдехид-3-фосфат (GAP).

След това, чрез два етапа, катализирани от трансалдолаза и транкетолаза, S7P и GAP се трансформират във фруктоза-6-фосфат и GAP. И двете са метаболити на гликолизата.

В липо-полизахариди (LPS)

Хептозите присъстват в липополизахаридите и полизахаридите на капсулата от бактерии. Структурният мотив на LPS при Enterobacteriaceae се състои от липид А, който се състои от димер на 2-амино-2-дезокси-D-глюкоза, свързан с β - (1®6) връзка. Той има два фосфатни естера и групи с дълговерижни мастни киселини.

Липид А е свързан с централен участък чрез мост от три захари Kdo и кетодеоксиоктулозонова киселина, свързани чрез гликозидни връзки (2®7). Този регион е свързан с L-глицеро-D-манохептози хептоза, с алфа аномерна конфигурация. Има O-антигенен регион.

Този структурен мотив присъства в грамотрицателни бактерии като Escherichia coli, Klebsiella sp., Yersinia sp., Pseudomonas sp., Salmonella sp., Както и в други патогенни бактерии.

Има варианти на хептоза, които включват различни конфигурации на стереоцентъра на пиранози в олигозахариди, както и на странични вериги в полизахариди. D-глицеро-D-манно-хептопиранозил присъства в Yersinia enterocolitica, Coxiella burnetti, Mannheimia heemolitica, Aeromonas hydrophila и Vibrio salmonicida.

Хептозата D-глицеро-D-мано-хептозата присъства като единици на страничната верига във външната област на LPS на щамовете Proteus и Haemophilus influenzae; и като къси олигомерни странични вериги, свързани с α - (1®3) или α - (1®2), свързани със структурния мотив Klebsiella pneumonie LPS.

При щамовете Vibrio cholerae, O-антигенният регион притежава D-глицеро-D-манно-хептоза с двете аномерни конфигурации (алфа и бета).

В гликопротеините на бактериите

Повърхностните му слоеве (S слоеве) са съставени от идентични протеинови субединици, които го покриват в двуизмерна организация. Те се намират в грам-положителни и грам-отрицателни бактерии и архебактерии. Протеините в този слой имат гликопептиди, които са удължени от полизахаридни вериги.

Гликопротеините на Aneurinibacillus thermoaerophilus, грам-положителна бактерия, притежават повтарящи се единици на дизахариди ® 3) -Dglycero-β -D-мано-Hepp- (1®4) - α-L-Rhap- (1® в S слой).

Една от функциите на гликопротеините е адхезията. Например, има гликопротеин, който измерва адхезията като автотранспортен протеин (AIDA-I) в щамовете на E.coli. Биосинтезата на гликопротеина се осъществява от гликозил трансферази, като хептозил трансфераза, за която е необходима ADP глицеро-мано-хептоза.

синтез

Химичният синтез и комбинацията от химични и ензимни методи на активирания хептоза фосфат и хептозен нуклеотид позволиха да се изяснят метаболитните пътища, които микроорганизмите използват за производството на тези вещества.

Много методи за синтез подготвят 6-епимерна мано-хептоза за синтез на L-глицеро-D-мано-хептоза. Тези методи се основават на удължаването на веригата от аномерния въглерод или алдехидната група, като се използват реагенти на Grignard. Гликозилирането се провежда в присъствието на ацилни защитни групи.

По този начин има стереоконтрол запазващ α -аномерната конфигурация. Аномерни тиогликозиди и трихлороацетимидатни производни служат като донори на хептозилна група. По-новите процедури включват селективно образуване на β-хептозиди и 6-дезокси-хептозидни производни.

Активираната биосинтеза на хептоза-нуклеотид започва от седохептулоза 7-фосфат, който се превръща в D-глицеро-D-манно-хептоза 7-фосфат. Предложена е фосфомутаза за образуване на аномерен хептосилфосфат. След това, хептолил трансфераза катализира образуването на ADP D-глицеро-D-мано-хептоза.

И накрая, епимераза променя конфигурацията на ADP D-глицеро-D-мано-хептозата на ADP L-глицеро-D-мано-хептоза.

Освен това са проведени химически изследвания, за да се установят механизмите, чрез които тези ензими извършват катализа. Например, те използват бензилиран бензил манопиранозид, който се окислява, за да даде мануроновото производно.

Лечението със солна киселина превръща мануроновото производно в диазокетон. Лечението с диазобензил фосфор произвежда смес от L-глицеро-7-фосфат и D-глицеро-7-фосфат.

Препратки

1. Collins, PM 2006. Речник на въглехидрати с CD-ROM. Chapman & Hall / CRC, Boca Raton.
2. Cui, SW 2005. Хранителни въглехидрати: химия, физични свойства и приложения. CRC Press, Бока Ратон.
3. Ferrier, RJ 2000. Въглехидратна химия: монозахариди, дизахариди и специфични олигозахариди. Кралско химическо дружество, Кеймбридж.
4. Hofstad, T. 1974. Разпределението на хептоза и 2-кето-3-дезокси-октонат при Bacteroidaceae. Journal of General Microbiology, 85, 314–320
5. Косма, П. 2008. Възникване, синтез и биосинтез на бактериални хептози. Текуща органична химия, 12, 1021-1039.
6. Nelson, DL, Cox, MM 2017. Принципи на Лехингер в биохимията. WH Freeman, Ню Йорк.
7. Pigman, W. 1957. Въглехидратите: химия, биохимия, физиология. Academic Press, Ню Йорк.
8. Pigman, W., Horton, D. 1970. Въглехидратите: химия и биохимия. Academic Press, Ню Йорк.
9. Sinnott, ML 2007. Структура и механизъм на въглехидрати и биохимия. Кралско химическо дружество, Кеймбридж.
10. Stick, RV, Williams, SJ 2009. Въглехидрати: основните молекули на живота. Elsevier, Амстердам.
11. Voet, D., Voet, JG, Pratt, CW 2008. Основи на биохимията - живот на молекулярно ниво. Уили, Хобокен.