HEPTOOSIT: OMINAISUUDET, BIOLOGINEN MERKITYS, SYNTEESI - BIOLOGIA - 2026

Heptoosien ovat monosakkaridit, joissa on seitsemän hiiltä ja empiirinen kaava C ₇ H ₁₄ O ₇. Nämä sokerit, kuten muut monosakkaridit, ovat polyhydroksyloituja ja voivat olla: aldoheptooseja, joilla on aldehydifunktio hiilessä, tai ketoheptooseja, joissa on ketoniryhmä hiilessä 2.

Heptoosit syntetisoidaan aineenvaihduntareiteissä, kuten fotosynteesin Calvin-sykli ja pentoosifosfaattireitin ei-oksidatiivinen vaihe. Ne ovat lipo-polysakkaridien (LPS) ainesosia gramnegatiivisten bakteerien, kuten Escherichia colin, Klebsiella sp., Neisseria sp., Proteus sp., Pseudomonas sp., Salmonella sp., Shigella sp., Ja Vibrio sp.

Lähde: Fvasconcellos

ominaisuudet

Heptoosit, kuten heksoosit, esiintyvät pääasiassa syklisessä muodossaan. Aldoheptooseilla on viisi epäsymmetristä hiiltä ja ne kiertävät pyranoosin muodostamiseksi. Sitä vastoin ketoheptooseilla on neljä epäsymmetristä hiiltä, ​​joissa ne myös muodostavat pyranooseja.

Hyvin yleinen luonnollinen ketoheptoosi elävissä organismeissa on sedoheptuloosi. Tämä sokeri on tärkeä heksoosisokereiden muodostumisessa eläinten fotosynteesissä ja hiilihydraattien metaboliassa.

Kun sedoheptuloosa kuumennetaan laimeassa mineraalihapossa, se muodostaa tasapainon mineraaliseoksen, jossa 80% kiteytyy 2,7-anhydro-β-D-altroheptulopyranoosiksi ja 20% sedoheptuloosiksi.

Heptoosien kemiallinen määritys tehdään rikkihapolla ja kysteiinillä, difenyyliamiinilla ja floroglusinolilla. Tietyissä olosuhteissa on mahdollista erottaa heptoosi muista sokereista. Se voi erottaa jopa aldoheptoosit ja ketoheptoosit.

Monilla aldoheptoosilla on glysero-D-mannoheptoosikokoonpano. Heptoosi yhdessä kahdeksan hiilen keto-sokerihapon (3-deoksi-D-manno-2-oktulosonihappo, Kdo-sokeri) ovat LPS: n rakenteellisia komponentteja, bakteerien lipidikaksokerroksen ulkokalvossa.

LPS voidaan uuteta käyttämällä 45-prosenttista fenoli-vesiseosta. Sitten heptoosit ja KDO-sokerit voidaan tunnistaa kolorimetrisesti ja kromatografisesti.

Hepatoosien biologinen merkitys

Fotosynteesissä ja pentoosifosfaattireitti

Entsyymejä, jotka muuntavat trioosifosfaatti, glyseraldehydi-3-fosfaatti ja dihydroksiasetonifosfaatti, jonka on tuottanut rinnastaminen CO ₂, tulee tärkkelys löytyy stroomaan kloroplastiin. Muodostumista trioosifosfaatti ja elpyminen hiiltä, aloittaa kiinnittäminen CO _{2 jälleen}, muodostavat kaksi vaihetta Calvin aikana.

Hiilen talteenottovaiheen aikana aldolaasi-entsyymi vastaa erytroosi-4-fosfaatin (neljän hiilen metaboliitti (E4P)) ja dihydroksiketonifosfaatin (kolmen hiilen metaboliitti) muuttamisesta sedoheptuloosi-1,7-bisfosfaatiksi.

Tämä ketoheptosse muunnetaan useilla vaiheilla, entsymaattisesti katalysoituna, ribuloosi-1,5-bisfosfaatiksi.

Ribuloosi-1,5-bisfosfaatti on Calvin-syklin alkava metaboliitti. Toisaalta sedoheptuloosi-7-fosfaatin (S7P) biosynteesi tapahtuu pentoosifosfaattireitillä, joka on reitti kaikissa elävissä organismeissa. Tässä tapauksessa transketolaasin vaikutus muuttaa kaksi fosfaattipentoosia S7P: ksi ja glyserraldehydi-3-fosfaatiksi (GAP).

Sitten, transaldolaasin ja transketolaasin katalysoimien kahden vaiheen kautta, S7P ja GAP muunnetaan fruktoosi-6-fosfaatiksi ja GAP: ksi. Molemmat ovat glykolyysin metaboliitteja.

Lipo-polysakkarideissa (LPS)

Heptoosia on läsnä bakteerikapselin lipopolysakkarideissa ja polysakkarideissa. LPS: n rakenteellinen motiivi enterobakteereissa koostuu lipidistä A, joka koostuu 2-amino-2-deoksi-D-glukoosin dimeeristä, joka on sidottu β - (1® 6) -sidolla. Sillä on kaksi fosfaattiesteriä ja pitkäketjuiset rasvahapporyhmät.

Lipidi A on kytketty keskusalueeseen sillan avulla, joka sisältää kolme sokeria Kdo ja ketodeoksi-oktulosonihappoa, jotka on kytketty glykosidisidoksilla (2®7). Tämä alue on kytketty L-glysero-D-mannoheptoosien heptoosiin, alfa-anomeerisen konfiguraation kanssa. On O-antigeeninen alue.

Tämä rakenteellinen aihe on läsnä gramnegatiivisissa bakteereissa, kuten Escherichia colissa, Klebsiella sp., Yersinia sp., Pseudomonas sp., Salmonella sp., Samoin kuin muissa patogeenisissä bakteereissa.

On heptoosivariantteja, jotka sisältävät eri konfiguraatiot pyranoosien stereokeskuksesta oligosakkarideissa, kuten myös sivuketjuista polysakkarideissa. D-glysero-D-manno-heptopyranosilia on läsnä Yersinia enterocolitica-, Coxiella burnetti-, Mannheimia haemolitica-, Aeromonas hydrophila- ja Vibrio salmonicida -bakteereissa.

Heptoosi D-glysero-D-mannoheptoosia on läsnä sivuketjuyksiköinä Proteus- ja Haemophilus influenzae -kantojen LPS: n ulkoalueella; ja lyhyinä oligomeerisinä sivuketjuina, jotka on kytketty a- (1®3) tai a- (1®2), kytkettynä Klebsiella pneumonie LPS -rakenteeseen.

Vibrio cholerae -kannoissa O-antigeenisellä alueella on D-glysero-D-mannoheptoosi molemmilla anomeerisillä konfiguraatioilla (alfa ja beeta).

Bakteerien glykoproteiineissa

Sen pintakerrokset (S-kerrokset) koostuvat identtisistä proteiini-alayksiköistä, jotka peittävät sen kaksiulotteisessa organisaatiossa. Niitä löytyy gram-positiivisista ja gramnegatiivisista bakteereista ja arkebakteereista. Tämän kerroksen proteiineissa on glykopeptidejä, joita pidentää polysakkaridiketjut.

Gne-positiivisen bakteerin, Aneurinibacillus thermoaerophilus, glykoproteiineissa on toistuvia disakkaridien yksiköitä ®3) -Dlyseryro-β-D-mano-Hepp- (1®4) - a-L-Rhap- (1® S-kerroksessa).

Yksi glykoproteiinien toiminnoista on tarttuminen. Esimerkiksi, on glykoproteiini, joka mittasi adheesion autotransporter-proteiinina (AIDA-I) E. coli -kannoissa. Glykoproteiinien biosynteesi tapahtuu glykosyylitransferaaseilla, kuten heptosyylitransferaasilla, mikä vaatii ADP-glysero-mannoheptoosia.

Synteesi

Kemiallinen synteesi ja aktivoidun heptoosifosfaatin ja heptoosinukleotidin kemiallisten ja entsymaattisten menetelmien yhdistelmä ovat mahdollistaneet selventää metabolisia reittejä, joita mikro-organismit käyttävät näiden aineiden tuottamiseen.

Monet synteesimenetelmät valmistavat 6-epimeeristä mannoheptoosia L-glysero-D-mannoheptoosin syntetisoimiseksi. Nämä menetelmät perustuvat ketjun pidentymiseen anomeerisestä hiili- tai aldehydiryhmästä käyttämällä Grignard-reagensseja. Glykosylaatiot suoritetaan asyylisuojaryhmien läsnä ollessa.

Tällä tavalla on olemassa stereokontrolli, joka säilyttää a-anomeerisen konfiguraation. Anomeeriset tioglykosidit ja triklooriasetimidaattijohdannaiset toimivat heptosyyliryhmän luovuttajina. Uudempaan menetelmiin sisältyy p-heptosidien ja 6-deoksi-heptosidijohdannaisten selektiivinen muodostuminen.

Aktivoitunut heptoosinukleotidibiosynteesi alkaa sedoheptuloosi-7-fosfaatista, joka muuttuu D-glysero-D-mannoheptoosi-7-fosfaatiksi. Fosfomutaasia on ehdotettu muodostamaan anomeerinen heptosyylifosfaatti. Sitten heptosyylitransferaasi katalysoi ADP D-glysero-D-mannoheptoosin muodostumista.

Lopuksi, epimeraasi muuttaa ADP D-glysero-D-mannoheptoosin konfiguraatiota ADP L-glysero-D-mannoheptoosiksi.

Lisäksi on tehty kemiallisia tutkimuksia mekanismien avulla, joilla nämä entsyymit suorittavat katalyytin. He käyttävät esimerkiksi bentsyloitua bentsyyl mannopyranosidia, joka hapetetaan antamaan manouronijohdannaisen.

Käsittely kloorivetyhapolla muuttaa manouronijohdannaisen diatsoketoniksi. Käsittely diatsobentsyylifosforilla tuottaa L-glysero-7-fosfaatin ja D-glysero-7-fosfaatin seoksen.

Viitteet

1. Collins, PM 2006. Hiilihydraattien sanakirja CD-ROM-levyllä. Chapman & Hall / CRC, Boca Raton.
2. Cui, SW 2005. Ruokahiilihydraatit: kemia, fysikaaliset ominaisuudet ja sovellukset. CRC Press, Boca Raton.
3. Ferrier, RJ 2000. Hiilihydraattikemia: monosakkaridit, disakkaridit ja spesifiset oligosakkaridit. Kuninkaallinen kemian yhdistys, Cambridge.
4. Hofstad, T. 1974. Heptoosin ja 2-keto-3-deoksi-oktonaatin jakautuminen Bacteroidaceae-bakteereissa. Journal of General Microbiology, 85, 314–320
5. Kosma, P. 2008. Bakteeriheptoosien esiintyminen, synteesi ja biosynteesi. Current Organic Chemistry, 12, 1021 - 1039.
6. Nelson, DL, Cox, MM 2017. Lehningerin biokemian periaatteet. WH Freeman, New York.
7. Pigman, W. 1957. Hiilihydraatit: kemia, biokemia, fysiologia. Academic Press, New York.
8. Pigman, W., Horton, D. 1970. Hiilihydraatit: kemia ja biokemia. Academic Press, New York.
9. Sinnott, ML 2007. Hiilihydraattikemia ja biokemian rakenne ja mekanismi. Kuninkaallinen kemian yhdistys, Cambridge.
10. Stick, RV, Williams, SJ 2009. Hiilihydraatit: elämän välttämättömät molekyylit. Elsevier, Amsterdam.
11. Voet, D., Voet, JG, Pratt, CW 2008. Biokemian perusteet - elämä molekyylitasolla. Wiley, Hoboken.