הפטוזות: מאפיינים, חשיבות ביולוגית, סינתזה - ביולוגיה

Heptoses הם מונוסכרידים שיש פחמנים שבע ועם נוסחה אמפירית C ₇ H ₁₄ O ₇ . סוכרים אלה, כמו מונוסכרידים אחרים, הם פולי-הידרוקסילטיים ויכולים להיות: אלדהופפטוזות, שיש להן פונקציה של אלדהיד בפחמן אחד, או קטואפטוזות, שיש להן קבוצת קטון בפחמן 2.

הפטוזות מסונתזות בנתיבים מטבוליים, כמו מחזור קלווין של פוטוסינתזה והשלב הלא חמצוני של מסלול הפוספט פוסוז. הם מרכיבים של ליפו-פוליסכרידים (LPS) בדופן התא של חיידקים גראם-שליליים כמו Escherichia coli, Klebsiella sp., Neisseria sp., Proteus sp., Pseudomonas sp., Salmonella sp., Shigella sp., And Vibrio sp.

מקור: Fvasconcellos

מאפיינים

הפטוזות, בדומה למשושים, קיימות בעיקר בצורתן המחזורית. לאולדוהפטוזות יש חמש פחמניות אסימטריות ומחזור להיווצרות פירנוז. לעומת זאת, קטואתפטוזים מחזיקים בארבע פחמימות אסימטריות, בהן הן גם יוצרים פירנוזות.

קטואפטוזה טבעית נפוצה מאוד באורגניזמים חיים היא סדוחפטולוזה. סוכר זה חשוב ביצירת סוכרים משושים בפוטוסינתזה ובמטבוליזם של פחמימות אצל בעלי חיים.

כאשר מחממים את סדוחפטולוזה בחומצה מינרלית מדוללת, הוא יוצר תערובת מינרלית שיווי משקל, שבה 80% מתגבשים כ 2,7-anhydro-ß-D-altro-heptulopyranose ו- 20% הם sedoheptulose.

הקביעה הכימית של ההפטוזות נעשית באמצעות חומצה גופרתית וציסטאין, דיפנילמין ופלורוגלוצינול. בתנאים מסוימים ניתן להבדיל בין ההפטוז לסוכרים אחרים. זה יכול אפילו להבדיל בין אלדהופפטוזות לבין קטואפטוזות.

תצורות אלדוהפטוזות רבות הן בעלות תצורת גליצרו-די-מנווהפטוז. הפטוז, יחד עם חומצת קטו-סוכר שמונה-פחמן (3-deoxy-D-manno-2-octulosonic, סוכר Kdo), הם רכיבים מבניים של LPS, בקרום החיצוני של הדו-שיח השומני של חיידקים. .

ניתן לחלץ את ה- LPS באמצעות תערובת מים של 45% פנול. לאחר מכן ניתן לזהות את ההפטוזות וסוכרי KDO באמצעות טכניקות קולורמטריות וכרומטוגרפיות.

חשיבות ביולוגית של הפטוזות

בפוטוסינתזה ובמסלול הפוספט פוספט

אנזימים שממירים פוספט טריוס, גליצראלדהיד-3-פוספט ודיהידרוקסיצטון פוספט, המיוצרים על ידי הטמעת CO ₂ , לעמילן נמצאים בסטרומה של הכלורופלסט . היווצרות הפוספט השלישית והתאוששות הפחמן, כדי להתחיל את קיבועו של CO ₂ , מהווים שני שלבים של מחזור קלווין.

בשלב התאוששות הפחמן, האנזים אלדולאז אחראי להמרת אריתרוזה 4-פוספט (מטבוליט בן ארבע פחמן (E4P)) ודיהידרוקסיקטון פוספט (מטבוליט תלת-פחמן) לסדופפטולוז 1,7-ביספוספט .

קטופטפטוס זה הופך בכמה צעדים, מנותזים אנזימטיים, לריבולוזה 1,5-ביספוספט.

ריבולוזה 1,5-ביספוספט הוא המטבוליט המתחיל של מחזור קלווין. מצד שני, הביוסינתזה של סדהופפטולוז 7-פוספט (S7P) מתרחשת במסלול פוספט פוספט, שהוא מסלול הקיים בכל האורגניזמים החיים. במקרה זה, הפעולה של טרנסקטולאז הופכת שני פנטוזים פוספטים ל- S7P וגליצראלדהיד-3-פוספט (GAP).

ואז, דרך שני שלבים המוזזים על ידי טרנסאלדולאז וטרנסקטולאז, S7P ו- GAP הופכים לפרוקטוז-6-פוספט ו- GAP. שניהם מטבוליטים של גליקוליזה.

ב ליפו-פוליסכרידים (LPS)

הפטוזות קיימות בליפופוליסכרידים ובפוליסכרידים של כמוסת החיידקים. המוטיב המבני של LPS ב- Enterobacteriaceae מורכב משומנים A, המורכב מדוד של 2-אמינו-2-deoxy-D-גלוקוזה המקושרים באמצעות קשר β - (1®6). יש לו שני אסטרים פוספטים וקבוצות חומצות שומן ארוכות שרשרת.

ליפיד A מקושר לאזור מרכזי על ידי גשר של שלושה סוכרים Kdo וחומצה קטודוקסיוקטולוזונית, המקושרים על ידי קשרים גליקוזידיים (2®7). אזור זה קשור להפטוז L-glycero-D-mannoheptoses, עם תצורה אלומרית של אלפא. יש אזור O- אנטיגני.

מוטיב מבני זה קיים בחיידקים גראם שליליים, כמו Escherichia coli, Klebsiella sp., Yersinia sp., Pseudomonas sp., Salmonella sp., כמו גם חיידקים פתוגניים אחרים.

ישנן גרסאות של הפטוז הכוללות תצורות שונות של סטריאו-סנטר של פיראנוזות באוליגוסכרידים, כמו גם של שרשראות צדדיות בפוליסכרידים. D-glycero-D-manno-heptopyranosil קיים ב- Yersinia enterocolitica, Coxiella burnetti, Mannheimia haemolitica, Aeromonas Hydrophila ו- Vibrio salmonicida.

הפטוז D-glycero-D-manno-heptose קיימים כיחידות שרשרת צדדית באזור החיצוני של ה- LPS של זני Proteus ו- Haemophilus influenzae; וכשרשראות צדדיות אוליגומריות מקושרות באמצעות α - (1®3) או α - (1®2), המקושרות למוטיב המבני של Klebsiella pneumonie LPS.

בזני Vibrio cholerae, באזור O-antigenic יש D-glycero-D-manno-heptose עם שתי תצורות אנומריות (אלפא ובטא).

בגליקופרוטאינים של חיידקים

שכבות פני השטח שלו (שכבות S) מורכבות מיחידות תת חלבון זהות, המכסות אותו בארגון דו ממדי. הם נמצאים בחיידקים Gram- חיוביים ו- Gram- שליליים ובארכיבקטריה. לחלבונים בשכבה זו יש גליקופפטידים המוארכים על ידי שרשרות פוליסכריד.

הגליקופרוטאינים של Aneurinibacillus thermoaerophilus, חיידק חיובי לגרם, הם בעלי יחידות חוזרות של דיסכרידים ® 3) -גליצרי- β-D-mano-Hepp- (1®4) - α-L-Rhap- (1® בשכבת S).

אחד מתפקידי הגליקופרוטאינים הוא הדבקה. לדוגמא, יש גליקופרוטאין שמדד את ההידבקות כחלבון הטרוטורנספורטר (AIDA-I) בזני E. coli. ביוסינתזה של גליקופרוטאין מתרחשת על ידי העברת גלוקוזיל, כגון הפטוסיל טרנספרז, הדורש ADP גליצרו-מנו-הפטוז.

סִינתֶזָה

הסינתזה הכימית והשילוב בין שיטות כימיות ואנזימטיות של הפוספט הפוספט והנוקליאוטיד של ההפטוז איפשרו להבהיר את המסלולים המטבוליים בהם מיקרואורגניזמים משתמשים בכדי לייצר חומרים אלה.

שיטות סינתזה רבות מכינות מנו-הפטוזה 6-אפימרית לסינתזה L-glycero-D-manno-heptose. שיטות אלה מבוססות על התארכות השרשרת מקבוצת הפחמן האנומרית, או האלדהיד, באמצעות ריאגנטים Grignard. גליקוזילציות מתבצעות בנוכחות קבוצות מגנות על acyl.

בדרך זו, ישנו סטריאו-שליטה בשמירה על התצורה α- אנומרית. תורמים לקבוצת הפטוסיל אנתריים. ההליכים האחרונים יותר כוללים היווצרות סלקטיבית של ß-heptosides ונגזרות 6-deoxy-heptoside.

ביוסינתזה של הפטוזה-נוקליאוטידית מופעלת מתחילה מסדופפטולוז 7-פוספט, שהומר ל- D-glycero-D-manno-heptose 7-phosphate. פוספומוטאז הוצע ליצירת פפטפט אנומררי. לאחר מכן, הפטוזיל טרנספרז מזרז את היווצרות ה- ADP D-glycero-D-manno-heptose.

לבסוף אפימראז משנה את התצורה של ADP D-glycero-D-manno-heptose ל- ADP L-glycero-D-manno-heptose.

בנוסף, בוצעו מחקרים כימיים כדי לגלות את המנגנונים שבאמצעותם מבצעים אנזימים אלו קטליזה. לדוגמה, הם משתמשים בבנזילד בנזיל מנופיראנוזיד, המחומצן בכדי לתת את הנגזרת המונורונית.

טיפול בחומצה הידרוכלורית הופך את הנגזרת המנוורונית לדיאזוקטון. טיפול באמצעות דיאזובנזיל זרחן מייצר תערובת של L-glycero-7-phosphate ו- D-glycero-7-phosphate.

הפניות

קולינס, ראש הממשלה 2006. מילון פחמימות עם CD-ROM. צ'פמן והול / CRC, בוקה רטון.
Cui, SW 2005. פחמימות מזון: כימיה, תכונות פיזיות ויישומים. הוצאת CRC, בוקה רטון.
Ferrier, RJ 2000. כימיה פחמימות: מונוסכרידים, דיסכרידים ואוליגוסכרידים ספציפיים. החברה המלכותית לכימיה, קיימברידג '.
Hofstad, T. 1974. התפלגות ההפטוז ו- 2-keto-3-deoxy-Octonate ב- Bacteroidaceae. כתב העת למיקרוביולוגיה כללית, 85, 314–320
Kosma, P. 2008. התרחשות, סינתזה וביוסינתזה של הפטוזות חיידקיות. כימיה אורגנית נוכחית, 12, 1021-1039.
נלסון, DL, קוקס, MM 2017. עקרונות הלינגר של ביוכימיה. WH פרימן, ניו יורק.
Pigman, W. 1957. הפחמימות: כימיה, ביוכימיה, פיזיולוגיה. העיתונות האקדמית, ניו יורק.
Pigman, W., Horton, D. 1970. הפחמימות: כימיה וביוכימיה. העיתונות האקדמית, ניו יורק.
Sinnott, ML 2007. כימיה ופחמימה של מבנה ומנגנון ביוכימיה. החברה המלכותית לכימיה, קיימברידג '.
Stick, RV, Williams, SJ 2009. פחמימות: המולקולות החיוניות של החיים. Elsevier, אמסטרדם.
Voet, D., Voet, JG, Pratt, CW 2008. יסודות הביוכימיה - חיים ברמה המולקולרית. וויילי, הובוקן.

הפטוזות: מאפיינים, חשיבות ביולוגית, סינתזה - ביולוגיה - 2025