HEPTOSIS: CIRI, KEPENTINGAN BIOLOGI, SINTESIS - BIOLOGI - 2025

The heptoses adalah monosakarida mempunyai karbon tujuh dan dengan itu formula empirik C ₇ H ₁₄ O ₇ . Gula ini, seperti monosakarida lain, dihidupkan secara polihidroksilasi dan boleh: aldoheptosis, yang mempunyai fungsi aldehid pada karbon satu, atau ketoheptosis, yang mempunyai kumpulan keton pada karbon 2.

Heptosis disintesis dalam jalur metabolik, seperti fotosintesis kitaran Calvin dan fasa bukan oksidatif dari laluan fosfat pentosa. Mereka adalah penyusun lipo-polisakarida (LPS) di dinding sel bakteria Gram-negatif seperti Escherichia coli, Klebsiella sp., Neisseria sp., Proteus sp., Pseudomonas sp., Salmonella sp., Shigella sp., Dan Vibrio sp.

Sumber: Fvasconcellos

ciri

Heptosa, serupa dengan heksosa, terdapat terutamanya dalam bentuk sikliknya. Aldoheptosis mempunyai lima karbon asimetri dan kitaran untuk membentuk pirranosa. Sebaliknya, ketoheptosis mempunyai empat karbon asimetri, di mana mereka juga membentuk pirranosis.

Ketoheptosa semula jadi yang sangat biasa dalam organisma hidup adalah sedoheptulosa. Gula ini penting dalam pembentukan gula heksosa dalam fotosintesis dan metabolisme karbohidrat pada haiwan.

Apabila sedoheptulosa dipanaskan dalam asid mineral cair, ia membentuk campuran mineral keseimbangan, di mana 80% dikristalisasi sebagai 2,7-anhydro-β-D-altro-heptulopyranose dan 20% adalah sedoheptulosa.

Penentuan kimia heptosa dibuat dengan asid sulfurik dan sistein, diphenylamine dan floroglucinol. Dalam keadaan tertentu, adalah mungkin untuk membezakan heptosa dari gula lain. Malah boleh membezakan antara aldoheptosis dan ketoheptosis.

Banyak aldoheptosis mempunyai konfigurasi glisero-D-mannoheptosa. Heptosa, bersama dengan asid gula keto lapan-karbon (3-deoxy-D-manno-2-octulosonic acid, gula Kdo), adalah komponen struktur LPS, di membran luar lapisan ganda bakteria .

LPS boleh diekstrak menggunakan campuran fenol 45% dalam air. Kemudian, gula heptosa dan KDO dapat dikenal pasti dengan teknik kolorimetrik dan kromatografi.

Kepentingan Biologi Heptosis

Dalam fotosintesis dan laluan fosfat pentosa

Enzim yang mengubah triose fosfat, gliseraldehid-3-fosfat dan dihydroxyacetone fosfat, yang dihasilkan oleh asimilasi CO ₂ , menjadi kanji dijumpai dalam stroma kloroplas . Pembentukan triose fosfat dan pemulihan karbon, untuk memulakan fiksasi CO _{2 sekali lagi} , merupakan dua peringkat kitaran Calvin.

Semasa peringkat pemulihan karbon, enzim aldolase bertanggungjawab untuk menukar 4-fosfat eritrosa (metabolit empat karbon (E4P)) dan fosfat dihydroxyketone (metabolit tiga karbon) menjadi 1,7-bifosfat sedoheptulosa .

Ketoheptosse ini diubah oleh beberapa langkah, dikatalisis secara enzimatik, menjadi ribulosa 1,5-bifosfat.

Ribulosa 1,5-bifosfat adalah metabolit permulaan kitaran Calvin. Sebaliknya, biosintesis sedoheptulosa 7-fosfat (S7P) berlaku di laluan fosfat pentosa, yang merupakan jalur yang terdapat pada semua organisma hidup. Dalam kes ini, tindakan transketolase mengubah dua pentosa fosfat menjadi S7P dan gliseraldehid-3-fosfat (GAP).

Kemudian, melalui dua langkah yang dikatalisis oleh transaldolase dan transketolase, S7P dan GAP diubah menjadi fruktosa-6-fosfat dan GAP. Kedua-duanya adalah metabolit glikolisis.

Dalam lipo-polisakarida (LPS)

Heptosa terdapat dalam lipopolisakarida dan polisakarida kapsul bakteria. Motif struktur LPS dalam Enterobacteriaceae terdiri daripada lipid A, yang terdiri daripada dimer 2-amino-2-deoxy-D-glukosa yang dihubungkan oleh ikatan β - (1®6). Ia mempunyai dua ester fosfat dan kumpulan asid lemak rantai panjang.

Lipid A dihubungkan ke kawasan tengah oleh jambatan tiga gula Kdo dan asid ketodeoxyoctulosonic, dihubungkan oleh ikatan glikosidik (2®7). Kawasan ini dihubungkan dengan L-glycero-D-mannoheptoses heptose, dengan konfigurasi alpha anomeric. Terdapat kawasan O-antigenik.

Motif struktur ini terdapat pada bakteria negatif Gram, seperti Escherichia coli, Klebsiella sp., Yersinia sp., Pseudomonas sp., Salmonella sp., Serta bakteria patogen lain.

Terdapat varian heptosa yang merangkumi konfigurasi yang berbeza dari stereocenter pyranoses dalam oligosakarida, dan juga rantai sampingan dalam polisakarida. D-glycero-D-manno-heptopyranosil terdapat di Yersinia enterocolitica, Coxiella burnetti, Mannheimia haemolitica, Aeromonas hydrophila, dan Vibrio salmonicida.

Heptosa D-glisero-D-manno-heptosa terdapat sebagai unit rantai sampingan di kawasan luar strain LPS Proteus dan Haemophilus influenzae; dan sebagai rantai sisi oligomerik pendek yang dihubungkan oleh α - (1®3) atau α - (1®2), dihubungkan dengan motif struktur LPS Klebsiella pneumonie.

Pada strain Vibrio cholerae, wilayah O-antigenik mempunyai D-glycero-D-manno-heptose dengan kedua-dua konfigurasi anomerik (alpha dan beta).

Dalam glikoprotein bakteria

Lapisan permukaannya (lapisan S) terdiri dari subunit protein yang serupa, yang menutupnya dalam organisasi dua dimensi. Mereka dijumpai dalam bakteria Gram-positif dan Gram-negatif dan archaebacteria. Protein dalam lapisan ini mempunyai glikopeptida yang memanjang oleh rantai polisakarida.

Glikoprotein Aneurinibacillus thermoaerophilus, bakteria gram positif, mempunyai unit berulang dari disakarida ®3) -Dglisero- β -D-mano-Hepp- (1®4) - α -L-Rhap- (1® pada lapisan S.

Salah satu fungsi glikoprotein adalah lekatan. Sebagai contoh, terdapat glikoprotein yang mengukur lekatan sebagai protein autotransporter (AIDA-I) pada strain E. coli. Biosintesis glikoprotein berlaku oleh glycosyl transferases, seperti heptosyl transferase, yang memerlukan ADP glycero-manno-heptose.

Sintesis

Sintesis kimia dan gabungan kaedah kimia dan enzimatik heptosa fosfat aktif dan nukleotida heptosa telah memungkinkan untuk menjelaskan jalan metabolik yang digunakan mikroorganisma untuk menghasilkan bahan-bahan ini.

Banyak kaedah sintesis menyediakan 6-epimer manno-heptose untuk mensintesis L-glycero-D-manno-heptose. Kaedah ini berdasarkan pemanjangan rantai dari karbon anomerik, atau kumpulan aldehid, menggunakan reagen Grignard. Glikosilasi dilakukan dengan kehadiran kumpulan pelindung asil.

Dengan cara ini, terdapat stereokontrol yang mengekalkan konfigurasi α-anomerik. Turunan anioksik thioglycosides dan trichloroacetimidate berfungsi sebagai penderma kumpulan heptosil. Prosedur yang lebih baru melibatkan pembentukan selektif β -heptosides dan derivatif 6-deoxy-heptoside.

Biosintesis heptosa-nukleotida diaktifkan bermula dari 7-fosfat sedoheptulosa, yang ditukar menjadi 7-fosfat D-glisero-D-manno-heptosa. Fosfomutase telah dicadangkan untuk membentuk heptosil fosfat anomer. Kemudian, transferase heptosil memangkinkan pembentukan ADP D-glycero-D-manno-heptose.

Akhirnya, epimerase mengubah konfigurasi ADP D-glycero-D-manno-heptose menjadi ADP L-glycero-D-manno-heptose.

Selain itu, kajian kimia telah dilakukan untuk mengetahui mekanisme enzim ini melakukan pemangkinan. Sebagai contoh, mereka menggunakan benzilated benzyl mannopyranoside, yang dioksidakan untuk memberikan turunan manouronic.

Rawatan dengan asid hidroklorik mengubah turunan manouronic menjadi diazoketone. Rawatan dengan diazobenzil fosforik menghasilkan campuran L-glisero-7-fosfat dan D-glisero-7-fosfat.

Rujukan

1. Collins, PM 2006. Kamus karbohidrat dengan CD-ROM. Chapman & Hall / CRC, Boca Raton.
2. Cui, SW 2005. Karbohidrat makanan: kimia, sifat fizikal, dan aplikasi. CRC Press, Boca Raton.
3. Ferrier, RJ 2000. Kimia karbohidrat: monosakarida, disakarida dan oligosakarida tertentu. Persatuan Kimia Diraja, Cambridge.
4. Hofstad, T. 1974. Pembahagian heptosa dan 2-keto-3-deoxy-octonate di Bacteroidaceae. Jurnal Mikrobiologi Umum, 85, 314–320
5. Kosma, P. 2008. Kejadian, sintesis dan biosintesis heptosa bakteria. Kimia Organik Semasa, 12, 1021-1039.
6. Nelson, DL, Cox, MM 2017. Prinsip biokimia Lehninger. WH Freeman, New York.
7. Pigman, W. 1957. Karbohidrat: kimia, biokimia, fisiologi. Akademik Akhbar, New York.
8. Pigman, W., Horton, D. 1970. Karbohidrat: kimia dan biokimia. Akademik Akhbar, New York.
9. Sinnott, ML 2007. Struktur dan mekanisme kimia karbohidrat dan biokimia. Persatuan Kimia Diraja, Cambridge.
10. Stick, RV, Williams, SJ 2009. Karbohidrat: molekul penting dalam kehidupan. Elsevier, Amsterdam.
11. Voet, D., Voet, JG, Pratt, CW 2008. Asas biokimia - kehidupan pada tahap molekul. Wiley, Hoboken.