HEPTOSES: ĐẶC ĐIỂM, TẦM QUAN TRỌNG SINH HỌC, TỔNG HỢP - SINH HỌC - 2025

Các heptoses là monosacarit có cacbon bảy đến với các công thức kinh nghiệm C ₇ H ₁₄ O ₇ . Những loại đường này, chẳng hạn như các monosaccharide khác, được polyhydroxyl hóa và có thể là: aldoheptoses, có chức năng aldehyde ở carbon một, hoặc ketoheptoses, có nhóm xeton ở carbon 2.

Heptoses được tổng hợp trong các con đường trao đổi chất, chẳng hạn như chu trình Calvin của quá trình quang hợp và giai đoạn không oxy hóa của con đường pentose phosphate. Chúng là thành phần của lipo-polysaccharides (LPS) trong thành tế bào của vi khuẩn Gram âm như Escherichia coli, Klebsiella sp., Neisseria sp., Proteus sp., Pseudomonas sp., Salmonella sp., Shigella sp., And Vibrio sp.

Nguồn: Fvasconcellos

nét đặc trưng

Heptoses, tương tự như hexoses, tồn tại chủ yếu ở dạng chu kỳ của chúng. Aldoheptoses có năm nguyên tử cacbon không đối xứng và chu trình tạo thành pyranose. Ngược lại, ketoheptoses có bốn nguyên tử cacbon không đối xứng, nơi chúng cũng tạo thành pyranose.

Một loại ketoheptose tự nhiên rất phổ biến trong cơ thể sống là sedoheptulose. Đường này rất quan trọng trong việc hình thành đường hexose trong quá trình quang hợp và chuyển hóa carbohydrate ở động vật.

Khi đun nóng sedoheptulose trong axit khoáng loãng, nó tạo thành một hỗn hợp khoáng cân bằng, trong đó 80% được kết tinh dưới dạng 2,7-anhydro-β-D-altro-heptulopyranose và 20% là sedoheptulose.

Việc xác định heptoses về mặt hóa học được thực hiện bằng axit sulfuric và cysteine, diphenylamine và floroglucinol. Trong những điều kiện nhất định, có thể phân biệt heptose với các loại đường khác. Nó thậm chí có thể phân biệt giữa aldoheptoses và ketoheptoses.

Nhiều aldoheptose có cấu hình glycero-D-mannoheptose. Heptose, cùng với axit đường keto tám cacbon (axit 3-deoxy-D-manno-2-octulosonic, một đường Kdo), là các thành phần cấu trúc của LPS, ở màng ngoài của lớp lipid kép của vi khuẩn .

LPS có thể được chiết xuất bằng cách sử dụng hỗn hợp 45% phenol trong nước. Sau đó, các heptoses và đường KDO có thể được xác định bằng các kỹ thuật so màu và sắc ký.

Tầm quan trọng sinh học của gan

Trong quang hợp và con đường pentose phosphate

Các enzyme chuyển đổi triose phosphate, glyceraldehyde-3-phosphate và dihydroxyacetone phosphate, được tạo ra bởi quá trình đồng hóa CO ₂ , thành tinh bột được tìm thấy trong lớp đệm của lục lạp . Sự hình thành photphat triose và sự thu hồi các nguyên tử cacbon, để bắt đầu cố định lại CO ₂ , tạo thành hai giai đoạn của chu trình Calvin.

Trong giai đoạn thu hồi carbon, enzyme aldolase chịu trách nhiệm chuyển đổi erythrose 4-phosphate (chất chuyển hóa bốn carbon (E4P)) và dihydroxyketone phosphate (chất chuyển hóa ba carbon) thành sedoheptulose 1,7-bisphosphate .

Ketoheptosse này được biến đổi bằng nhiều bước, xúc tác bằng enzym, thành ribulose 1,5-bisphosphat.

Ribulose 1,5-bisphosphate là chất chuyển hóa bắt đầu của chu trình Calvin. Hơn nữa, quá trình sinh tổng hợp sedoheptulose 7-phosphate (S7P) diễn ra theo con đường pentose phosphate, con đường có trong tất cả các sinh vật sống. Trong trường hợp này, hoạt động của men transketolase sẽ biến đổi hai phosphate pentose thành S7P và glyceraldehyde-3-phosphate (GAP).

Sau đó, thông qua hai bước được xúc tác bởi một men transaldolase và một men transketolase, S7P và GAP được chuyển thành fructose-6-phosphate và GAP. Cả hai đều là chất chuyển hóa của quá trình đường phân.

Trong lipo-polysaccharides (LPS)

Heptoses có trong lipopolysaccharid và polysaccharid của nang vi khuẩn. Mô hình cấu trúc của LPS trong Enterobacteriaceae bao gồm lipid A, bao gồm một chất dimer của 2-amino-2-deoxy-D-glucose được liên kết bởi liên kết β - (1®6). Nó có hai este photphat và nhóm axit béo chuỗi dài.

Lipid A được liên kết với vùng trung tâm bằng cầu nối của ba loại đường Kdo và axit ketodeoxyoctulosonic, được liên kết bằng liên kết glycosidic (2®7). Vùng này được liên kết với L-glycero-D-mannoheptoses heptose, với cấu hình alpha anomeric. Có vùng kháng nguyên O.

Mô típ cấu trúc này có ở các vi khuẩn Gram âm, chẳng hạn như Escherichia coli, Klebsiella sp., Yersinia sp., Pseudomonas sp., Salmonella sp., Cũng như các vi khuẩn gây bệnh khác.

Có những biến thể của heptose bao gồm các cấu hình khác nhau của tâm lập thể của pyranose trong oligosaccharid, cũng như của chuỗi bên trong polysaccharid. D-glycero-D-manno-heptopyranosil có ở Yersinia enterocolitica, Coxiella burnetti, Mannheimia haemolitica, Aeromonas hydrophila và Vibrio salmonicida.

Heptose D-glycero-D-manno-heptose hiện diện như các đơn vị chuỗi bên trong vùng ngoài của LPS của các chủng Proteus và Haemophilus influenzae; và dưới dạng các chuỗi bên oligomeric ngắn được liên kết bởi α - (1®3) hoặc α - (1®2), được liên kết với mô típ cấu trúc Klebsiellaneumonie LPS.

Ở các chủng Vibrio cholerae, vùng kháng nguyên O sở hữu D-glycero-D-manno-heptose với cả hai cấu hình anomeric (alpha và beta).

Trong glycoprotein của vi khuẩn

Các lớp bề mặt của nó (lớp S) bao gồm các tiểu đơn vị protein giống hệt nhau, bao phủ nó trong một tổ chức hai chiều. Chúng được tìm thấy ở vi khuẩn Gram dương và Gram âm và vi khuẩn khảo cổ. Các protein trong lớp này có glycopeptide được kéo dài bởi chuỗi polysaccharide.

Các glycoprotein của Aneurinibacillus thermoaerophilus, một loại vi khuẩn gram dương, sở hữu các đơn vị lặp lại của disaccharid ®3) -Dglycero- β -D-mano-Hepp- (1®4) - α -L-Rhap- (1® trong lớp S.

Một trong những chức năng của glycoprotein là kết dính. Ví dụ, có một glycoprotein đo độ kết dính như một protein tự vận chuyển (AIDA-I) trong các chủng E. coli. Quá trình sinh tổng hợp glycoprotein xảy ra bởi các glycosyl transferase, chẳng hạn như heptosyl transferase, đòi hỏi ADP glycero-manno-heptose.

Tổng hợp

Quá trình tổng hợp hóa học và sự kết hợp của các phương pháp hóa học và enzym của heptose phosphate và heptose-nucleotide hoạt hóa đã giúp làm sáng tỏ các con đường trao đổi chất mà vi sinh vật sử dụng để sản xuất các chất này.

Nhiều phương pháp tổng hợp điều chế manno-heptose 6 epimeric để tổng hợp L-glycero-D-manno-heptose. Các phương pháp này dựa trên sự kéo dài của chuỗi từ carbon anomeric, hoặc nhóm aldehyde, sử dụng thuốc thử Grignard. Glycosyl hóa được thực hiện với sự có mặt của các nhóm bảo vệ acyl.

Bằng cách này, có điều khiển âm thanh nổi duy trì cấu hình α -anomeric. Anomeric thioglycoside và các dẫn xuất trichloroacetimidate đóng vai trò là chất cho nhóm heptosyl. Các quy trình gần đây liên quan đến việc hình thành chọn lọc các β -heptoside và các dẫn xuất 6-deoxy-heptoside.

Quá trình sinh tổng hợp heptose-nucleotide được kích hoạt bắt đầu từ sedoheptulose 7-phosphate, được chuyển thành D-glycero-D-manno-heptose 7-phosphate. Một phosphomutase đã được đề xuất để tạo thành heptosyl phosphate anomeric. Sau đó, một heptosyl transferase xúc tác sự hình thành ADP D-glycero-D-manno-heptose.

Cuối cùng, một epimerase thay đổi cấu hình của ADP D-glycero-D-manno-heptose thành ADP L-glycero-D-manno-heptose.

Ngoài ra, các nghiên cứu hóa học đã được thực hiện để tìm ra cơ chế mà các enzym này thực hiện xúc tác. Ví dụ, họ sử dụng benzyl mannopyranoside benzyl hóa, được oxy hóa để tạo dẫn xuất manouronic.

Điều trị bằng axit clohydric biến dẫn xuất manouronic thành diazoketone. Xử lý bằng diazobenzyl photphoric tạo ra hỗn hợp L-glycero-7-phosphate và D-glycero-7-phosphate.

Người giới thiệu

1. Collins, PM 2006. Từ điển carbohydrate với CD-ROM. Chapman & Hall / CRC, Boca Raton.
2. Cui, SW 2005. Carbohydrate thực phẩm: hóa học, tính chất vật lý và ứng dụng. CRC Press, Boca Raton.
3. Ferrier, RJ 2000. Hóa học carbohydrate: monosaccharid, disaccharid và oligosaccharid cụ thể. Hiệp hội Hóa học Hoàng gia, Cambridge.
4. Hofstad, T. 1974. Sự phân bố của heptose và 2-keto-3-deoxy-octonate trong Bacteroidaceae. Tạp chí Vi sinh vật học Đại cương, 85, 314–320
5. Kosma, P. 2008. Sự xuất hiện, tổng hợp và sinh tổng hợp heptoses vi khuẩn. Hóa học hữu cơ hiện tại, 12, 1021-1039.
6. Nelson, DL, Cox, MM 2017. Các nguyên tắc của Lehninger về hóa sinh. WH Freeman, New York.
7. Pigman, W. 1957. Các carbohydrate: hóa học, hóa sinh, sinh lý học. Báo chí Học thuật, New York.
8. Pigman, W., Horton, D. 1970. Carbohydrate: hóa học và hóa sinh. Báo chí Học thuật, New York.
9. Sinnott, ML 2007. Cấu trúc và cơ chế hóa học và hóa sinh Carbohydrate. Hiệp hội Hóa học Hoàng gia, Cambridge.
10. Stick, RV, Williams, SJ 2009. Carbohydrate: các phân tử thiết yếu của sự sống. Elsevier, Amsterdam.
11. Voet, D., Voet, JG, Pratt, CW 2008. Các nguyên tắc cơ bản của hóa sinh - sự sống ở cấp độ phân tử. Wiley, Hoboken.