TETROSES: KENMERKEN, ERYTHROSE, SYNTHESE, DERIVATEN - BIOLOGIE - 2025

De tetrosen monosachariden vier koolstofatomen, met de empirische formule C ₄ H ₈ O ₄ . Er zijn twee soorten tetroses: aldosen (ze hebben een terminale aldehydegroep, koolstof 1 of C-1) en ketosen (ze hebben een ketongroep op koolstof 2, C-2).

Tetrossen zijn niet gevonden als natuurlijke producten, maar het is mogelijk om ze in hun gereduceerde vorm te vinden, zoals erythritol, een tetrahydroxyalcohol. In korstmossen wordt erythritol gesynthetiseerd door decarboxylering van D-arabonzuur.

Bron: Ed (Edgar181)

Treoses zijn geen structureel onderdeel van levende wezens. Treoses, zoals erythrose, worden echter aangetroffen in metabole routes.

kenmerken

In aldotetroses zijn er twee chirale koolstofatomen, C-2 en C-3, en koolstof 6 (C-6). Terwijl er in ketotetrose slechts één chiraal koolstofatoom is, koolstof 3 (C-3).

Suikers, zoals tetrose, met de D-configuratie zijn overvloediger dan suikers met de L-configuratie.

Er zijn twee aldotetrose met de D-configuratie (D-erythrose en D-treose) en één ketotetrose met de D-configuratie (D-erythrulose).

Fischer-projecties worden gemaakt door het molecuul in een verduisterde conformatie te oriënteren met een aldehydegroep erboven. De vier koolstofatomen vormen de hoofdketen van het uitsteeksel, verticaal gerangschikt. De horizontale schakels wijzen naar buiten en de verticale schakels terug.

In tegenstelling tot monosacchariden met vijf of meer koolstofatomen, die intramoleculaire reacties ondergaan om hemiacetalen en hemicetalen te vormen, kunnen tetroses geen cyclische structuren vormen.

Erythrose in metabolisme

Erythrose is de enige tetrose die wordt aangetroffen in het metabolisme van veel organismen. De metabole routes waarin het wordt aangetroffen, zijn:

- Pentosefosfaatweg

- Calvin-cyclus

- Pathways van biosynthese van essentiële en aromatische aminozuren.

In al deze metabolische routes neemt erythrose deel als een fosfaatester, erythrose-4-fosfaat. De rol van erythrose-4-fosfaat in deze routes wordt hieronder beschreven.

Erythrose in de pentosefosfaatroute en in de Calvin-cyclus

Beide metabole routes hebben de biosynthese van erythrose-4-fosfaat gemeen met de deelname van transketolase- en transaldolase-enzymen.

Beide enzymen katalyseren de overdracht van een klein koolstoffragment van een donorketose naar een acceptor-aldose om een ​​nieuwe aldose met een kortere keten en een ketose met een langere keten te produceren.

In de pentosefosfaatroute vindt erythrose-4-fosfaatbiosynthese plaats uit twee substraten, sedoheptulose 7-fosfaat, een ketoheptose en glyceraldehyde 3-fosfaat, een aldotriose, die worden omgezet in erythrose 4- fosfaat, een aldotetrose, en fructose 6-fosfaat, een ketohexose, door katalyse van een transaldolase.

In de Calvin-cyclus vindt erythrose-4-fosfaatbiosynthese plaats uit twee substraten, fructose-6-fosfaat, een ketohexose en glyceraldehyde-3-fosfaat, evenals een aldotriose. Deze worden omgezet in erythrose 4-fosfaat, een aldotetrose, en xylulose 5-fosfaat, een ketopentose, door katalyse van een transketolase.

De biosynthese van erythrose-4-fosfaat in de pentosefosfaatroute is gericht op de biosynthese van glyceraldehyde-3-fosfaat en fructose-6-fosfaat, die kan worden voortgezet via de gluconeogene route en de pentosefosfaatroute. De biosynthese van erythrose-4-fosfaat in de Calvin-cyclus maakt de vervanging van ribulose 1,5-bisfosfaat mogelijk om de cyclus opnieuw te starten met de fixatie van CO ₂ .

Erythrose: biosynthese van essentiële en aromatische aminozuren

In bacteriën, schimmels en planten begint de biosynthese van de aromatische aminozuren fenylalanine, tyrosine en tryptofaan met de voorlopers fosfoenolpyruvaat en erythrose-4-fosfaat. Deze voorlopers worden eerst omgezet in shikimaat en vervolgens in chorismaat, een sequentie in zeven stappen die wordt gekatalyseerd door enzymen.

Vanaf de corismate is er een vertakking. Enerzijds culmineert de ene route in de biosynthese van tryptofaan, anderzijds produceert chorismaat tyrosine en fenylalanine.

Omdat de biosynthese van aromatische aminozuren alleen voorkomt in planten en micro-organismen, wordt deze route gericht door herbiciden, zoals glyfosaat, het actieve ingrediënt in RoundUp. Dit laatste is een commercieel product van Monsanto, dat momenteel eigendom is van het bedrijf Bayer.

Glyfosaat is een competitieve remmer met betrekking tot fosfoenolpyruvaat bij de reactie van 5-enolpyruvylshikimaat 3-fosfaatsynthase (EPSP).

Erythritol is een derivaat van erythrose

Erythritol is de gereduceerde vorm van erythrose en deelt functionele kenmerken met andere polyolen, zoals relatieve stabiliteit in zure en alkalische omgevingen, hoge hittestabiliteit, een smaak vergelijkbaar met sucrose (laag in calorieën), zonder carcinogeen potentieel, onder andere kenmerken.

Erythritol kan schadelijke bacteriën onderdrukken en tandplak verminderen. In tegenstelling tot andere polyolen, waaronder sorbitol en xylitol, wordt erythritol snel geabsorbeerd uit de dunne darm, wordt het niet gemetaboliseerd en wordt het in de urine uitgescheiden. Regelmatige consumptie van erythritol vermindert de incidentie van tandbederf en herstelt het tandoppervlak.

Studies met erythritol, xylitol en sorbitol toonden aan dat deze suikers verschillen in hun effectiviteit tegen gaatjes. Xylitol en sorbitol zijn minder effectief bij het voorkomen van tandbederf en parodontitis.

Prebiotische synthese van tetroses

De synthese van monosacchariden in de prebiotische wereld moet een essentiële rol hebben gespeeld bij het ontstaan ​​van leven, aangezien deze verbindingen energiebronnen zijn en componenten van andere biomoleculen.

Formaldehyde (CH ₂ = O), het eenvoudigste koolhydraat, is een van de meest voorkomende van de 140 bekende interstellaire moleculen. In de atmosfeer van de primitieve aarde werd het gegenereerd door de werking van ioniserende straling, UV-licht en elektrische ontladingen op methaan-, ammoniak- en watermoleculen.

Formaldehyde zou uit de atmosfeer zijn neergeslagen en zich hebben aangesloten bij hete waterstromen (60-80 ° C) die de rotsen van de aarde zouden hebben geërodeerd, met calciumionen.

Deze ionen zouden een reactie hebben gekatalyseerd die een molecuul formaldehyde en een molecuul geprotoneerd formaldehyde (CH ₂ = OH ⁺ ) omzet in een geprotoneerd glycolaldehyde (HOCH2CH = OH ⁺ ).

Het geprotoneerde glycolaldehyde zou een wisselwerking hebben gehad met het formaldehyde om triosen ⁺ te produceren , die weer zou hebben samengewerkt met het formaldehyde om tetroses ⁺ te produceren . De herhaling van deze autokatalyse zou monosacchariden met een hoger koolstofgetal hebben opgeleverd.

De chiraliteiten van tetrossen en andere monosacchariden zouden de chiraliteiten van aminozuren in het waterige medium kunnen weerspiegelen, die ook zouden hebben gewerkt als katalysatoren voor de vorming van monosacchariden.

Referenties

1. Carey, FA, Giuliano, RM 2016. Organische chemie. McGraw-Hill, New York.
2. Cui, SW 2005. Koolhydraten in voeding: chemie, fysische eigenschappen en toepassingen. CRC Press, Boca Raton.
3. Cui, SW 2005. Koolhydraten in voeding: chemie, fysische eigenschappen en toepassingen. CRC Press, Boca Raton.
4. Gardner, TS 1943. Het probleem van koolhydraatvorming in de natuur. Journal of Organic Chemistry, 8, 111-120.
5. Jalbout, AF 2008. Prebiotische synthese van enkelvoudige suikers door een interstellaire formose-reactie. Origins of Life and Evolution of the Biosphere, 38, 489-497.
6. Kim, H.-J., et al. 2011. Synthese van koolhydraten in door mineralen geleide prebiotische cycli. Journal of the American Chemical Society, 133, 9457-9468.
7. Lambert, JB, Gurusamy-Thangavelu, SA, Ma, K. 2010. De silicaat-gemedieerde formose-reactie: bottom-up synthese van suikersilicaten. Science, 327, 984-986.
8. Lamour, S., Pallmann, S., Haas, M., Trapp, O. 2019. Prebiotische suikervorming onder niet-waterige omstandigheden en mechanochemische versnelling. Life 2019, 9, 52; doi: 10.3390 / life9020052.
9. Linek, K., Fedoroňko, M. 1972. De onderlinge omzetting van de D-tetroses in pyridine. Carbohydrate Research, 21, 326-330.
10. Nelson, DL, Cox, MM 2017. Lehninger Principles of Biochemistry. WH Freeman, New York.
11. Pizzarello, S., Shock, E. 2010. De organische samenstelling van koolstofhoudende meteorieten: het evolutionaire verhaal vóór de biochemie. Cold Spring Harbor Perspectives in Biology, 2010; 2: a002105.
12. Pizzarello, S., Weber, AL 2010. Stereoselectieve syntheses van pentosesuikers onder realistische prebiotische omstandigheden. Oorsprong van het leven en de evolutie van de biosfeer, 40, 3–10.
13. Sinnott, ML 2007. Koolhydraatchemie en biochemische structuur en mechanisme. Royal Society of Chemistry, Cambridge.
14. Stick, RV, Williams, SJ 2009. Koolhydraten: de essentiële moleculen van het leven. Elsevier, Amsterdam.
15. Tomasik, P. 2004. Chemische en functionele eigenschappen van voedselsacchariden. CRC Press, Boca Raton.
16. Voet, D., Voet, JG, Pratt, CW 2008. Grondbeginselen van biochemie - leven op moleculair niveau. Wiley, Hoboken.
17. Nelson, DL, Cox, MM 2017. Lehninger Principles of Biochemistry. WH Freeman, New York.
18. Pizzarello, S., Weber, AL 2004. Prebiotische aminozuren als asymmetrische katalysatoren. Wetenschap, 3003, 1151.
19. Sinnott, ML 2007. Koolhydraatchemie en biochemische structuur en mechanisme. Royal Society of Chemistry, Cambridge.
20. Stick, RV, Williams, SJ 2009. Koolhydraten: de essentiële moleculen van het leven. Elsevier, Amsterdam.