HEPTOSE: CARACTERISTICI, IMPORTANȚĂ BIOLOGICĂ, SINTEZĂ - BIOLOGIE - 2025

De heptoses sunt monozaharide având șapte atomi de carbon și cu formula empirică C ₇ H ₁₄ O ₇ . Aceste zaharuri, cum ar fi alte monosacharide, sunt polihidroxilate și pot fi: aldoheptose, care au o funcție de aldehidă la carbonul unu sau cetoheptose, care au o grupare cetonă la carbon 2.

Heptozele sunt sintetizate pe căi metabolice, cum ar fi ciclul Calvin al fotosintezei și faza neoxidantă a căii fosfatului pentoză. Ele sunt componente ale lipo-polizaharidelor (LPS) din peretele celular al bacteriilor Gram-negative, cum ar fi Escherichia coli, Klebsiella sp., Neisseria sp., Proteus sp., Pseudomonas sp., Salmonella sp., Shigella sp., Și Vibrio sp.

Sursa: Fvasconcellos

caracteristici

Heptozele, similare cu hexozele, există predominant în forma lor ciclică. Aldoheptozele au cinci atomi de carbon asimetrici și ciclul pentru a forma o piranoză. În schimb, cetoheptozele posedă patru atomi de carbon asimetrici, unde formează și piranoze.

O cetoheptoză naturală foarte comună în organismele vii este sedoheptuloza. Acest zahăr este important în formarea de zaharuri cu hexoză în fotosinteză și în metabolismul glucidelor la animale.

Când sedoheptuloza este încălzită în acid mineral diluat, el formează un amestec mineral de echilibru, unde 80% este cristalizat sub formă de 2,7-anhidro-β-D-altro-heptulopiraneroză și 20% este de sedoheptuloză.

Determinarea chimică a heptozelor se face cu acid sulfuric și cisteină, difenilamină și floroglucinol. În anumite condiții, este posibil să se diferențieze heptoza de alte zaharuri. Poate chiar diferenția între aldoheptose și cetoheptose.

Multe aldoheptose au configurația glicero-D-mannohetoza. Heptoza, împreună cu acidul ceto-carbon cu opt carbon (acid 3-deoxi-D-manno-2-octulosonic, un zahăr Kdo), sunt componente structurale ale LPS, în membrana exterioară a stratului lipidic al bacteriilor .

LPS poate fi extras folosind un fenol de 45% în amestec de apă. Apoi, heptozele și zaharurile KDO pot fi identificate prin tehnici colorimetrice și cromatografice.

Importanța biologică a hepatelor

În fotosinteză și calea fosfatului pentoză

Enzimele care transformă fosfatul trios, gliceraldehida-3-fosfat și fosfat dihidroxiacetona, produse prin asimilarea CO ₂ , în amidon se găsesc în stroma cloroplastului . Formarea fosfatului trios și recuperarea carbonilor, pentru a începe din nou fixarea CO ₂ , constituie două etape ale ciclului Calvin.

În timpul stadiului de recuperare a carbonului, enzima aldolază este responsabilă de transformarea eritrozei 4-fosfat (un metabolit cu patru carbon (E4P)) și fosfat de dihidroxicetonă (un metabolit cu trei carbon) în sedoheptuloză 1,7-bisfosfat .

Această cetoheptosză este transformată prin mai multe etape, catalizate enzimatic, în 1,5-bisfosfat de ribuloză.

1,5-bisfosfat ribuloza este metabolitul inițiator al ciclului Calvin. Pe de altă parte, biosinteza 7-fosfatului de sedoheptuloză (S7P) are loc pe calea fosfatului pentoză, care este o cale prezentă în toate organismele vii. În acest caz, acțiunea unei transketolase transformă doi fosfoli pentoși în S7P și gliceraldehida-3-fosfat (GAP).

Apoi, prin două etape catalizate de o transaldolază și o transketolază, S7P și GAP sunt transformate în fructoză-6-fosfat și GAP. Ambii sunt metaboliți ai glicolizei.

În lipo-polizaharide (LPS)

Heptozele sunt prezente în lipopolizaharide și polizaharide ale capsulei bacteriilor. Motivul structural al LPS în Enterobacteriaceae este format din lipida A, care constă dintr-un dimer de 2-amino-2-deoxi-D-glucoză legată de legătura β - (1®6). Are doi esteri fosfat și grupuri de acizi grași cu lanț lung.

Lipidul A este legat de o regiune centrală printr-o punte de trei zaharuri Kdo și acid ketodeoxioctulosonic, legate prin legături glicozidice (2®7). Această regiune este legată de L-glicero-D-mannohetoze, cu o configurație alfa anomerică. Există o regiune O-antigenică.

Acest motiv structural este prezent în bacteriile Gram negative, precum Escherichia coli, Klebsiella sp., Yersinia sp., Pseudomonas sp., Salmonella sp., Precum și în alte bacterii patogene.

Există variante de heptoză care includ diferite configurații ale stereocentrului piramidelor în oligozaharide, precum și a lanțurilor laterale în polizaharide. D-glicero-D-manno-heptopiranosil este prezent în Yersinia enterocolitica, Coxiella burnetti, Mannheimia haemolitica, Aeromonas hydrophila și Vibrio salmonicida.

Heptosa D-glicero-D-manno-heptoză sunt prezente ca unități de lanț lateral în regiunea exterioară a LPS a tulpinilor Proteus și Haemophilus influenzae; și ca lanțuri laterale oligomerice scurte legate de α - (1®3) sau α - (1®2), legate de motivul structural LPS de la Klebsiella pneumonie.

În tulpinile Vibrio cholerae, regiunea O-antigenică posedă D-glicero-D-manno-heptoză cu ambele configurații anomerice (alfa și beta).

În glicoproteinele bacteriilor

Straturile sale de suprafață (straturile S) sunt compuse din subunități proteice identice, care o acoperă într-o organizație bidimensională. Se găsesc în bacterii și arhebacterii Gram-pozitive și Gram-negative. Proteinele din acest strat au glicopeptide care sunt alungite de lanțurile polizaharidice.

Glicoproteinele Aneurinibacillus thermoaerophilus, o bacterie gram-pozitivă, posedă unități repetate de dizaharide ®3) -Dglycero- β -D-mano-Hepp- (1®4) - α -L-Rhap- (1® în stratul S).

Una dintre funcțiile glicoproteinelor este adeziunea. De exemplu, există o glicoproteină care a măsurat aderența ca proteină autotransportatoare (AIDA-I) în tulpinile de E. coli. Biosinteza glicoproteinei apare prin glicozil transferaze, cum ar fi heptosil transferaza, care necesită ADP glicero-manno-heptoză.

Sinteză

Sinteza chimică și combinația de metode chimice și enzimatice cu fosfat de heptos activ și nucleotidă de heptosă au făcut posibilă elucidarea căilor metabolice pe care microorganismele le utilizează pentru a produce aceste substanțe.

Multe metode de sinteză pregătesc 6-epimerice manno-heptoză pentru a sintetiza L-glicero-D-manno-heptoză. Aceste metode se bazează pe alungirea lanțului din carbonul anomeric sau grupa aldehidă, folosind reactivi Grignard. Glicozilările sunt efectuate în prezența grupărilor de protecție a acilului.

În acest fel, există stereocontrol care păstrează configurația α -anomerică. Tioglicozidele anomerice și derivații de tricloroacetimidat servesc ca donatori ai grupului heptosil. Procedurile mai recente implică formarea selectivă a heptosidelor β și derivaților 6-deoxi-heptozidelor.

Biosinteza heptozei-nucleotidelor activate începe de la sedoheptuloza 7-fosfat, care este transformată în 7-fosfat D-glicero-D-manno-heptoză. S-a propus o fosfomutază pentru a forma heptosil fosfat anomeric. Apoi, o heptosil transferază catalizează formarea ADP D-glicero-D-manno-heptoză.

În cele din urmă, o epimerază schimbă configurația ADP D-glicero-D-manno-heptoză în ADP L-glicero-D-manno-heptoză.

În plus, au fost efectuate studii chimice pentru a afla mecanismele prin care aceste enzime realizează cataliza. De exemplu, ei folosesc benzilat benzil mannopiranosida, care este oxidată pentru a da derivatul manouronic.

Tratamentul cu acid clorhidric transformă derivatul manouronic în diazoketona. Tratamentul cu diazobenzil fosforic produce un amestec de L-glicero-7-fosfat și D-glicero-7-fosfat.

Referințe

1. Collins, PM 2006. Dicționar de carbohidrați cu CD-ROM. Chapman & Hall / CRC, Boca Raton.
2. Cui, SW 2005. Carbohidrați alimentari: chimie, proprietăți fizice și aplicații. CRC Press, Boca Raton.
3. Ferrier, RJ 2000. Chimia carbohidraților: monosacharide, dizaharide și oligozaharide specifice. Royal Society of Chemistry, Cambridge.
4. Hofstad, T. 1974. Distribuția heptozei și a 2-ceto-3-deoxi-octonatului în Bacteroidaceae. Journal of General Microbiology, 85, 314-320
5. Kosma, P. 2008. Apariția, sinteza și biosinteza heptozelor bacteriene. Chimie organică actuală, 12, 1021-1039.
6. Nelson, DL, Cox, MM 2017. Principiile biochimiei Lehninger. WH Freeman, New York.
7. Pigman, W. 1957. Carbohidrații: chimie, biochimie, fiziologie. Academic Press, New York.
8. Pigman, W., Horton, D. 1970. Carbohidrații: chimie și biochimie. Academic Press, New York.
9. Sinnott, ML 2007. Structura și mecanismul chimiei carbohidraților și biochimiei. Royal Society of Chemistry, Cambridge.
10. Stick, RV, Williams, SJ 2009. Carbohidrații: moleculele esențiale ale vieții. Elsevier, Amsterdam.
11. Voet, D., Voet, JG, Pratt, CW 2008. Fundamentele biochimiei - viață la nivel molecular. Wiley, Hoboken.