RIBULOSE: ĐẶC ĐIỂM, CẤU TRÚC VÀ CHỨC NĂNG - SINH HỌC - 2026

Các ribulose là một đường monosaccharide hoặc carbohydrate có năm nguyên tử cacbon và xeton nhóm chức năng trong cấu trúc của nó, để nó được bao gồm trong nhóm ketopentoses.

Các xeton bốn và năm cacbon được đặt tên bằng cách chèn tiền tố "ul" vào tên của aldose tương ứng. Vì vậy, D-ribulose là ketopentose tương ứng với D-ribose, một loại aldopentose.

Dự đoán của Fisher cho Ribulose (Nguồn: NEUROtiker qua Wikimedia Commons)

Đường này tham gia vào dạng D-ribulose như một chất trung gian trong các con đường trao đổi chất khác nhau, chẳng hạn như trong chu trình Calvin. Trong khi chỉ ở một số vi khuẩn thuộc các chi như Acetobacter và Gluconobacter thì L-ribose mới thu được như sản phẩm trao đổi chất cuối cùng. Vì lý do này, những vi sinh vật này được sử dụng để tổng hợp chúng ở cấp độ công nghiệp.

Một số hợp chất có nguồn gốc từ ribulose là một trong những hợp chất trung gian chính trong con đường pentose phosphate. Con đường này nhằm mục đích tạo ra NADPH, một đồng yếu tố quan trọng có chức năng trong quá trình sinh tổng hợp nucleotide.

Có những cơ chế công nghiệp để tổng hợp L-ribulose như một hợp chất cô lập. Phương pháp phân lập đầu tiên mà nó thu được bao gồm phương pháp phân lập Levene và La Forge của xeton từ L-xylose.

Mặc dù có những tiến bộ vượt bậc trong các phương pháp công nghiệp để tổng hợp và tinh chế các hợp chất hóa học, L-ribulose không thu được như một monosaccharide cô lập, mà được thu được trong các phân đoạn kết hợp của L-ribose và L-arabinose.

Phương pháp thu được L-ribulose được sử dụng nhiều nhất hiện nay là tinh chế từ vi khuẩn G luconobacte frateurii IFO 3254. Loài vi khuẩn này có khả năng sống sót trong điều kiện axit và có con đường oxy hóa từ ribitol thành L-ribulose.

nét đặc trưng

Ribulose như một thuốc thử được tổng hợp, chiết xuất và tinh chế thường được tìm thấy là L-ribulose, là một chất hữu cơ kết tinh, màu trắng, rắn. Giống như tất cả các carbohydrate, monosaccharide này hòa tan trong nước và có các đặc điểm điển hình của các chất phân cực.

Như thông thường đối với phần còn lại của saccharide, ribulose có cùng số nguyên tử cacbon và oxy, và gấp đôi số này trong nguyên tử hydro.

Dạng phổ biến nhất mà ribulose có thể được tìm thấy trong tự nhiên là liên kết với các nhóm thế khác nhau và hình thành các cấu trúc phức tạp, thường được phosphoryl hóa, chẳng hạn như ribulose 5-phosphate, ribulose 1,5-bisphosphate, trong số những loại khác.

Các hợp chất này thường đóng vai trò trung gian và vận chuyển hoặc "phương tiện" cho các nhóm phốt phát trong các con đường trao đổi chất tế bào khác nhau mà chúng tham gia.

Kết cấu

Phân tử ribulose có khung trung tâm gồm năm nguyên tử carbon và một nhóm xeton trên carbon ở vị trí C-2. Như đã nêu trước đây, nhóm chức năng này định vị nó trong ketoses là ketopentose.

Nó có bốn nhóm hydroxyl (-OH) gắn với bốn nguyên tử cacbon không gắn với nhóm xeton và bốn nguyên tử cacbon này bão hòa với nguyên tử hydro.

Phân tử ribulose có thể được biểu diễn theo phép chiếu Fisher dưới hai dạng: D-ribulose hoặc L-ribulose, dạng L là đồng phân lập thể và đồng phân đối hình của dạng D và ngược lại.

Sự phân loại của dạng D hoặc L phụ thuộc vào định hướng của các nhóm hydroxyl của nguyên tử cacbon đầu tiên sau nhóm xeton. Nếu nhóm này hướng về phía bên phải, phân tử đại diện cho Fisher tương ứng với D-ribulose, ngược lại nếu nó hướng về phía bên trái (L-ribulose).

Trong phép chiếu Haworth, ribulose có thể được biểu diễn trong hai cấu trúc bổ sung tùy thuộc vào định hướng của nhóm hydroxyl của nguyên tử carbon anomeric. Ở vị trí β, hydroxyl được định hướng về phía trên của phân tử; trong khi vị trí α định hướng hydroxyl về phía dưới.

Do đó, theo phép chiếu Haworth, có thể có bốn dạng có thể có: β-D-ribulose, α-D-ribulose, β-L-ribulose hoặc α-L-ribulose.

Phép chiếu Haworth cho Ribulofuranose (Nguồn: NEUROtiker qua Wikimedia Commons)

Đặc trưng

Con đường pentose phosphate

Hầu hết các tế bào, đặc biệt là những tế bào đang phân chia liên tục và nhanh chóng, chẳng hạn như tủy xương, niêm mạc ruột và tế bào khối u, sử dụng ribulose-5-phosphate, được đồng phân hóa thành ribose-5-phosphate trong con đường oxy hóa của pentose phosphate, để sản xuất axit nucleic (RNA và DNA) và các coenzyme như ATP, NADH, FADH2 và coenzyme A.

Giai đoạn oxy hóa này của pentose phosphate bao gồm hai quá trình oxy hóa chuyển đổi glucose 6-phosphate thành ribulose 5-phosphate, khử NADP + thành NADPH.

Ngoài ra, ribulose-5-phosphate gián tiếp kích hoạt phosphofruct kinase, một loại enzyme thiết yếu của con đường đường phân.

Chu trình calvin

Chu trình Calvin là chu trình cố định cacbon diễn ra ở sinh vật quang hợp sau những phản ứng đầu tiên của quá trình quang hợp.

Nó đã được chứng minh bằng phương pháp đánh dấu trong các thử nghiệm do các nhà nghiên cứu khác nhau thực hiện, rằng bằng cách đánh dấu carbon ở vị trí C-1 của ribulose-1,5-bisphosphate, carbon dioxide được cố định ở chất trung gian này trong chu trình Calvin cho nguồn gốc cho hai phân tử 3-phosphoglycerate: một phân tử có nhãn và một không có nhãn.

RuBisCO (Ribulose 1,5-bisphosphate carboxylase / oxygenase) được coi là enzyme phong phú nhất trên hành tinh và sử dụng ribulose 1,5-bisphosphate làm chất nền để xúc tác sự kết hợp của carbon dioxide và sản xuất 1,3-diphosphoglycerate. trong chu trình Calvin.

Sự phân hủy chất trung gian không ổn định, 1,3-diphosphoglycerate, của sáu nguyên tử carbon, cũng được xúc tác bởi RuBisCO, là chất làm trung gian hình thành hai phân tử của 3 nguyên tử carbon (3-phosphoglycerate).

Chức năng của vi khuẩn

Enol-1-O-carboxyphenylamino-1-deoxyribulose phosphate tham gia như một chất chuyển hóa trung gian trong quá trình sinh tổng hợp tryptophan từ chorismate ở vi khuẩn và thực vật. Trong bước này, một phân tử carbon dioxide và một phân tử nước được giải phóng, đồng thời tạo ra một phân tử indole-3-glycerol-phosphate.

Vi khuẩn cũng sử dụng L-ribulose trong con đường chuyển hóa ethanol. Hơn nữa, những vi sinh vật này sở hữu một loại enzyme được gọi là L-arabinose isomerase, enzyme này biến đổi arabinose để tổng hợp L-ribulose.

L-ribulose kinase phosphoryl hóa chất chuyển hóa xuôi dòng này để tạo thành L-ribulose-5-Phosphate, có thể đi vào con đường pentose phosphate để sản xuất đường cho xương sống axit nucleic và các phân tử thiết yếu khác.

Người giới thiệu

1. Ahmed, Z. (2001). Sản xuất hoa ngũ sắc tự nhiên và quý hiếm bằng cách sử dụng vi sinh vật và các enzym của chúng. Tạp chí Điện tử Công nghệ Sinh học, 4 (2), 13-14.
2. Ahmed, Z., Shimonishi, T., Bhuiyan, SH, Utamura, M., Takada, G., & Izumori, K. (1999). Điều chế sinh hóa L-ribose và L-arabinose từ ribitol: một cách tiếp cận mới. Tạp chí khoa học sinh học và kỹ thuật sinh học, 88 (4), 444-448
3. Finch, P. (Ed.). (2013). Carbohydrate: cấu trúc, tổng hợp và động lực học. Springer Science & Business Media.
4. Murray, R., Bender, D., Botham, KM, Kennelly, PJ, Rodwell, V., & Weil, PA (2012). Hóa sinh minh họa Harpers 29 / E. Ed Mc Graw Hill LANGE, Trung Quốc
5. Nelson, DL, Lehninger, AL, & Cox, MM (2008). Các nguyên tắc của Lehninger về hóa sinh. Macmillan.
6. Stick, RV (2001). Carbohydrate: các phân tử ngọt ngào của cuộc sống. Elsevier.