HEPTOSEN: KENMERKEN, BIOLOGISCH BELANG, SYNTHESE - BIOLOGIE - 2026

De heptoses monosachariden met zeven koolstofatomen en met de empirische formule C ₇ H ₁₄ O ₇ . Deze suikers zijn, net als andere monosacchariden, gepolyhydroxyleerd en kunnen zijn: aldoheptosen, die een aldehydefunctie hebben op koolstof één, of ketoheptosen, die een ketongroep hebben op koolstof 2.

Heptosen worden gesynthetiseerd in metabolische routes, zoals de Calvin-cyclus van fotosynthese en de niet-oxidatieve fase van de pentosefosfaatroute. Het zijn bestanddelen van lipopolysacchariden (LPS) in de celwand van gramnegatieve bacteriën zoals Escherichia coli, Klebsiella sp., Neisseria sp., Proteus sp., Pseudomonas sp., Salmonella sp., Shigella sp., En Vibrio sp.

Bron: Fvasconcellos

kenmerken

Heptosen, vergelijkbaar met hexosen, bestaan ​​voornamelijk in hun cyclische vorm. Aldoheptosen hebben vijf asymmetrische koolstofatomen en cycli om een ​​pyranose te vormen. Ketoheptosen daarentegen bezitten vier asymmetrische koolstofatomen, waar ze ook pyranose vormen.

Een veel voorkomende natuurlijke ketoheptose in levende organismen is sedoheptulose. Deze suiker is belangrijk bij de vorming van hexosesuikers bij fotosynthese en koolhydraatstofwisseling bij dieren.

Wanneer sedoheptulose wordt verwarmd in verdund mineraal zuur, vormt het een evenwichtsmineralenmengsel, waarbij 80% wordt gekristalliseerd als 2,7-anhydro-β-D-altro-heptulopyranose en 20% als sedoheptulose.

De chemische bepaling van de heptosen gebeurt met zwavelzuur en cysteïne, difenylamine en floroglucinol. Onder bepaalde voorwaarden is het mogelijk om heptose te onderscheiden van andere suikers. Het kan zelfs onderscheid maken tussen aldoheptosen en ketoheptosen.

Veel aldoheptosen hebben de glycero-D-mannoheptose-configuratie. Heptose, samen met het acht-koolstof keto-suikerzuur (3-deoxy-D-manno-2-octulosonzuur, een Kdo-suiker), zijn structurele componenten van LPS, in het buitenmembraan van de lipidedubbellaag van bacteriën .

LPS kan worden geëxtraheerd met een mengsel van 45% fenol in water. Vervolgens kunnen de heptosen en KDO-suikers worden geïdentificeerd door colorimetrische en chromatografische technieken.

Biologisch belang van de hepatosen

Bij fotosynthese en de pentosefosfaatroute

Enzymen die triosefosfaat, glyceraldehyde-3-fosfaat en dihydroxyacetonfosfaat, geproduceerd door de assimilatie van CO ₂ , omzetten in zetmeel, worden aangetroffen in het stroma van de chloroplast . De vorming van triosefosfaat en het terugwinnen van de koolstof, om de fixatie van CO _{2 opnieuw} te beginnen , vormen twee fasen van de Calvin-cyclus.

Tijdens de koolstofherwinningsfase is het enzym aldolase verantwoordelijk voor het omzetten van erythrose-4-fosfaat (een metaboliet van vier koolstofatomen (E4P)) en dihydroxyketonfosfaat (een metaboliet van drie koolstofatomen) in sedoheptulose-1,7-bisfosfaat .

Dit ketoheptosse wordt in verschillende stappen, enzymatisch gekatalyseerd, omgezet in ribulose 1,5-bisfosfaat.

Ribulose 1,5-bisfosfaat is de initiërende metaboliet van de Calvin-cyclus. Aan de andere kant vindt de biosynthese van sedoheptulose 7-fosfaat (S7P) plaats in de pentosefosfaatroute, die aanwezig is in alle levende organismen. In dit geval zet de werking van een transketolase twee fosfaatpentose om in S7P en glyceraldehyde-3-fosfaat (GAP).

Vervolgens worden S7P en GAP via twee stappen, gekatalyseerd door een transaldolase en een transketolase, omgezet in fructose-6-fosfaat en GAP. Beide zijn metabolieten van glycolyse.

In lipopolysacchariden (LPS)

Heptosen zijn aanwezig in lipopolysacchariden en polysacchariden van de capsule van bacteriën. Het structurele motief van LPS in Enterobacteriaceae bestaat uit lipide A, dat bestaat uit een dimeer van 2-amino-2-deoxy-D-glucose gekoppeld door β - (1®6) -binding. Het heeft twee fosfaatesters en vetzuurgroepen met lange ketens.

Lipide A is verbonden met een centraal gebied door een brug van drie suikers Kdo en ketodeoxyoctulosonzuur, verbonden door glycosidebindingen (2®7). Dit gebied is gekoppeld aan L-glycero-D-mannoheptoses heptose, met alfa-anomere configuratie. Er is een O-antigeen gebied.

Dit structurele motief is aanwezig in gramnegatieve bacteriën, zoals Escherichia coli, Klebsiella sp., Yersinia sp., Pseudomonas sp., Salmonella sp., Evenals andere pathogene bacteriën.

Er zijn varianten van heptose die verschillende configuraties van het stereocentrum van pyranosen in oligosacchariden bevatten, evenals van zijketens in polysacchariden. D-glycero-D-manno-heptopyranosil is aanwezig in Yersinia enterocolitica, Coxiella burnetti, Mannheimia haemolitica, Aeromonas hydrophila en Vibrio salmonicida.

Heptose D-glycero-D-manno-heptose is aanwezig als zijketeneenheden in het buitenste gebied van de LPS van Proteus en Haemophilus influenzae-stammen; en als korte oligomere zijketens verbonden door α - (1®3) of α - (1®2), gekoppeld aan het Klebsiella pneumonie LPS structurele motief.

In Vibrio cholerae-stammen bezit het O-antigene gebied D-glycero-D-manno-heptose met beide anomere configuraties (alfa en bèta).

In de glycoproteïnen van bacteriën

De oppervlaktelagen (S-lagen) zijn samengesteld uit identieke eiwitsubeenheden, die het in een tweedimensionale organisatie bedekken. Ze worden aangetroffen in grampositieve en gramnegatieve bacteriën en archaebacteriën. De eiwitten in deze laag hebben glycopeptiden die worden verlengd door polysaccharideketens.

De glycoproteïnen van Aneurinibacillus thermoaerophilus, een gram-positieve bacterie, bezitten herhalende eenheden van disacchariden ®3) -Dglycero-β -D-mano-Hepp- (1®4) - α -L-Rhap- (1® in de S-laag.

Een van de functies van glycoproteïnen is adhesie. Er is bijvoorbeeld een glycoproteïne dat de adhesie als autotransporteiwit (AIDA-I) in E. coli-stammen meet. Glycoproteïne-biosynthese vindt plaats door glycosyltransferases, zoals heptosyltransferase, waarvoor ADP-glycero-manno-heptose vereist is.

Synthese

De chemische synthese en de combinatie van chemische en enzymatische methoden van geactiveerd heptosefosfaat en heptosenucleotide hebben het mogelijk gemaakt om de metabolische routes op te helderen die micro-organismen gebruiken om deze stoffen te produceren.

Veel synthesemethoden bereiden 6-epimere manno-heptose voor om L-glycero-D-manno-heptose te synthetiseren. Deze methoden zijn gebaseerd op verlenging van de keten uit de anomere koolstof- of aldehydegroep met behulp van Grignard-reagentia. Glycosyleringen worden uitgevoerd in aanwezigheid van acylbeschermende groepen.

Op deze manier is er stereocontrole met behoud van de a-anomere configuratie. Anomere thioglycosiden en trichlooracetimidaatderivaten dienen als heptosylgroepdonoren. De meer recente procedures omvatten de selectieve vorming van β-heptosiden en 6-deoxyheptosidederivaten.

Geactiveerde heptose-nucleotide biosynthese begint met sedoheptulose 7-fosfaat, dat wordt omgezet in D-glycero-D-manno-heptose 7-fosfaat. Een fosfomutase is voorgesteld om anomeer heptosylfosfaat te vormen. Vervolgens katalyseert een heptosyltransferase de vorming van ADP D-glycero-D-manno-heptose.

Ten slotte verandert een epimerase de configuratie van ADP D-glycero-D-manno-heptose in ADP L-glycero-D-manno-heptose.

Bovendien zijn er chemische studies uitgevoerd om de mechanismen te achterhalen waarmee deze enzymen katalyse uitvoeren. Ze gebruiken bijvoorbeeld benzyl-benzylmannopyranoside, dat wordt geoxideerd om het manouron-derivaat te geven.

Behandeling met zoutzuur zet het manouronderivaat om in diazoketon. Behandeling met diazobenzylfosforzuur produceert een mengsel van L-glycero-7-fosfaat en D-glycero-7-fosfaat.

Referenties

1. Collins, PM 2006. Woordenboek van koolhydraten met cd-rom. Chapman & Hall / CRC, Boca Raton.
2. Cui, SW 2005. Koolhydraten in voeding: chemie, fysische eigenschappen en toepassingen. CRC Press, Boca Raton.
3. Ferrier, RJ 2000. Koolhydraatchemie: monosachariden, disachariden en specifieke oligosachariden. Royal Society of Chemistry, Cambridge.
4. Hofstad, T. 1974. De verdeling van heptose en 2-keto-3-deoxy-octonaat in Bacteroidaceae. Journal of General Microbiology, 85, 314-320
5. Kosma, P. 2008. Voorkomen, synthese en biosynthese van bacteriële heptosen. Huidige organische chemie, 12, 1021-1039.
6. Nelson, DL, Cox, MM 2017. Lehninger-principes van biochemie. WH Freeman, New York.
7. Pigman, W. 1957. De koolhydraten: chemie, biochemie, fysiologie. Academic Press, New York.
8. Pigman, W., Horton, D. 1970. De koolhydraten: chemie en biochemie. Academic Press, New York.
9. Sinnott, ML 2007. Koolhydraatchemie en biochemische structuur en mechanisme. Royal Society of Chemistry, Cambridge.
10. Stick, RV, Williams, SJ 2009. Koolhydraten: de essentiële moleculen van het leven. Elsevier, Amsterdam.
11. Voet, D., Voet, JG, Pratt, CW 2008. Grondbeginselen van biochemie - leven op moleculair niveau. Wiley, Hoboken.