TETROSY: VLASTNOSTI, ERYTRÓZA, SYNTÉZA, DERIVÁTY - BIOLÓGIE - 2025

The tetroses sú monosacharidy štyri atómy uhlíka, s the empirickým vzorcom C ₄ H ₈ O ₄ . Existujú dva typy tetóz: aldózy (majú koncovú aldehydovú skupinu, uhlík 1 alebo C-1) a ketózy (majú ketónovú skupinu na uhlíku 2, C-2).

Tetózy neboli nájdené ako prírodné produkty, ale možno ich nájsť v redukovanej forme, ako je erytritol, čo je tetrahydroxyalkohol. U lišajníkov sa erytritol syntetizuje dekarboxyláciou kyseliny D-arabonovej.

Zdroj: Ed (Edgar181)

Stromy nie sú štrukturálnou súčasťou živých bytostí. Avšak treózy, ako je erytróza, sa nachádzajú v metabolických cestách.

vlastnosti

V aldotetózach sú dva chirálne atómy uhlíka, C-2 a C-3 a uhlík 6 (C-6). Zatiaľ čo v ketotetóze je iba jeden chirálny atóm uhlíka, uhlík 3 (C-3).

Cukry, ako napríklad tetóza, s konfiguráciou D sú hojnejšie ako cukry s konfiguráciou L.

Existujú dve aldotetózy s D-konfiguráciou (D-erytróza a D-treóza) a jedna ketotetóza s D-konfiguráciou (D-erytrulóza).

Fischerove projekcie sa pripravujú orientáciou molekuly v zatienenej konformácii s vyššie uvedenou aldehydovou skupinou. Štyri atómy uhlíka definujú hlavný reťazec projekcie a sú usporiadané vertikálne. Horizontálne odkazy smerujú von a vertikálne odkazy smerujú späť.

Na rozdiel od monosacharidov, ktoré majú päť alebo viac uhlíkov, ktoré podliehajú intramolekulárnym reakciám za vzniku hemiacetálov a hemicetálov, nemôžu tetózy vytvárať cyklické štruktúry.

Etróza v metabolizme

Erytróza je jediná tetóza nachádzajúca sa v metabolizme mnohých organizmov. Metabolické dráhy, v ktorých sa nachádza, sú:

- Dráha fosforečnanu pentózového

- Kalvinov cyklus

- Cesty biosyntézy esenciálnych a aromatických aminokyselín.

Vo všetkých týchto metabolických dráhach sa erytróza podieľa ako ester fosfátu, 4-fosfát erytrózy. Úloha 4-fosfátu erytrózy v týchto dráhach je opísaná nižšie.

Erytróza v pentózofosfátovej dráhe a v Calvinovom cykle

Obidve metabolické cesty majú spoločnú biosyntézu 4-fosfátu erytrózy s účasťou transketolázových a transaldolasových enzýmov.

Oba enzýmy katalyzujú prenos malého fragmentu uhlíka z donorovej ketózy na akceptorovú aldózu, čím sa získa nová aldóza s kratším reťazcom a ketóza s dlhším reťazcom.

V ceste s pentózofosfátom dochádza k biosyntéze erytrózy-4-fosfátu z dvoch substrátov, sedoheptuulózy 7-fosfátu, ketoheptózy a glyceraldehydu 3-fosfátu, aldotrózy, ktoré sa premieňajú na erytrózu 4- fosfát, aldotetóza a fruktóza-6-fosfát, ketohexóza, katalýzou transaldolázy.

V Calvinovom cykle dochádza k biosyntéze erytrózy-4-fosfátu z dvoch substrátov, fruktózy 6-fosfátu, ketohexózy a glyceraldehydu 3-fosfátu, ako aj aldotrózy. Tieto sa konvertujú na 4-fosfát erytrózy, aldotetózu a 5-fosfát xylulózy, ketopentózu, katalýzou transketolázy.

Biosyntéza 4-fosfátu erytrózy v pentózofosfátovej ceste je zameraná na biosyntézu glyceraldehyd-3-fosfátu a fruktózy-6-fosfátu, ktorý môže pokračovať cez glukoneogénnu cestu a pentózofosfátovú cestu. Biosyntéza erytróza-4-fosfátu v Calvinově cykle umožňuje nahradenie ribulóza 1,5 bisfosfát reštartovať cyklus s fixáciou CO ₂ .

Erytróza: biosyntéza esenciálnych a aromatických aminokyselín

V baktériách, plesniach a rastlinách začína biosyntéza aromatických aminokyselín fenylalanínu, tyrozínu a tryptofánu prekurzormi fosfoenolpyruvátu a 4-fosfátu erytrózy. Tieto prekurzory sa konvertujú najskôr na šikimát a potom na chorizmatizáciu, sedemstupňovú sekvenciu katalyzovanú enzýmami.

Z korizátu je rozdvojenie. Na jednej strane kulminuje biosyntéza tryptofánu, na druhej strane chorismát produkuje tyrozín a fenylalanín.

Pretože biosyntéza aromatických aminokyselín sa vyskytuje iba v rastlinách a mikroorganizmoch, táto cesta je zameraná na herbicídy, ako je glyfosát, ktorý je aktívnou zložkou v RoundUp. Posledne menovaný je komerčným produktom spoločnosti Monsanto, ktorú v súčasnosti vlastní spoločnosť Bayer.

Glyfosát je konkurenčným inhibítorom s ohľadom na fosfoenolpyruvát v reakcii 5-enolpyruvylshikimát 3-fosfátsyntázy (EPSP).

Erytritol je derivát erytrózy

Erytritol je znížená forma erytrózy a zdieľa funkčné vlastnosti s inými polyolmi, ako je relatívna stabilita v kyslom a alkalickom prostredí, vysoká tepelná stabilita, chuť podobná sacharóze (nízkokalorická), ktorá nemá karcinogénny potenciál, okrem iného.

Erytritol je schopný potláčať škodlivé baktérie a znižovať zubný povlak. Na rozdiel od iných polyolov vrátane sorbitolu a xylitolu sa erytritol rýchlo vstrebáva z tenkého čreva, nemetabolizuje sa a vylučuje sa močom. Častá konzumácia erytritolu znižuje výskyt zubného kazu a obnovuje povrch zubov.

Štúdie zamerané na erytritol, xylitol a sorbitol preukázali, že tieto cukry sa líšia svojou účinnosťou proti dutinám. Xylitol a sorbitol sú menej účinné pri prevencii zubného kazu a periodontálneho ochorenia.

Prebiotická syntéza tetóz

Syntéza monosacharidov v prebiotickom svete musela zohrávať zásadnú úlohu v pôvode života, pretože tieto zlúčeniny sú zdrojom energie a zložkami iných biomolekúl.

Formaldehyd (CH ₂ = O), najjednoduchší sacharid, je medzi najhojnejšia z ~ 140 známej medzihviezdnych molekúl. V atmosfére primitívnej Zeme sa vytvorila pôsobením ionizujúceho žiarenia, UV svetla a elektrických výbojov na molekuly metánu, amoniaku a vody.

Formaldehyd by sa vyzrážal z atmosféry a spojil by sa s prúdmi horúcej vody (60 - 80 ° C), ktoré by erodovali zemské horniny a obsahovali ióny vápnika.

Tieto ióny by katalyzovanej reakcii, ktorá prevedie molekuly formaldehydu a molekuly protonizované formaldehydu (CH ₂ = OH ⁺ ), do jedného z protonizované glykolaldehydu (HOCH2CH = OH ⁺ ).

Protónovaný glykollaldehyd by interagoval s formaldehydom za vzniku trióz ⁺ , ktorý by opäť interagoval s formaldehydom za vzniku tetrosy ⁺ . Opakovaním tejto autokatalýzy by sa získali monosacharidy s vyšším počtom uhlíkov.

Chirálnosti tetrosov a iných monosacharidov by mohli odrážať chirality aminokyselín prítomných vo vodnom médiu, ktoré by tiež pôsobili ako katalyzátory na tvorbu monosacharidov.

Referencie

1. Carey, FA, Giuliano, RM 2016. Organická chémia. McGraw-Hill, New York.
2. Cui, SW 2005. Sacharidy potravín: chémia, fyzikálne vlastnosti a aplikácie. CRC Press, Boca Raton.
3. Cui, SW 2005. Sacharidy potravín: chémia, fyzikálne vlastnosti a aplikácie. CRC Press, Boca Raton.
4. Gardner, TS 1943. Problém tvorby uhľohydrátov v prírode. Journal of Organic Chemistry, 8, 111 - 120.
5. Jalbout, AF 2008. Prebiotická syntéza jednoduchých cukrov interstelárnou formózovou reakciou. Počiatky života a vývoj biosféry, 38, 489 - 497.
6. Kim, H.-J., a kol. 2011. Syntéza uhľohydrátov v prebiotických cykloch vedených minerálnymi látkami. Journal of American Chemical Society, 133, 9457 - 9468.
7. Lambert, JB, Gurusamy-Thangavelu, SA, Ma, K. 2010. Formózová reakcia sprostredkovaná silikátom: syntéza kremičitanov cukru zdola nahor. Science, 327, 984-986.
8. Lamour, S., Pallmann, S., Haas, M., Trapp, O. 2019. Tvorba prebiotického cukru v nevodných podmienkach a mechanochemické zrýchlenie. Life 2019, 9, 52; doi: 10,3390 / život9020052.
9. Linek, K., Fedoroňko, M. 1972. Interkonverzia D-tetróz v pyridíne. 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. Organické zloženie uhlíkatých meteoritov: evolučný príbeh pred biochémiou. Perspectives of Biology, Cold Spring Harbor, 2010; 2: a002105.
12. Pizzarello, S., Weber, AL 2010. Stereoselektívne syntézy pentózových cukrov za realistických prebiotických podmienok. Pôvod života a vývoj biosféry, 40, 3–10.
13. Sinnott, ML 2007. Štruktúra a mechanizmus chémie uhľovodíkov a biochémia. Royal Society of Chemistry, Cambridge.
14. Stick, RV, Williams, SJ 2009. Sacharidy: základné molekuly života. Elsevier, Amsterdam.
15. Tomasik, P. 2004. Chemické a funkčné vlastnosti potravinárskych sacharidov. CRC Press, Boca Raton.
16. Voet, D., Voet, JG, Pratt, CW 2008. Základy biochémie - život na molekulárnej úrovni. Wiley, Hoboken.
17. Nelson, DL, Cox, MM 2017. Lehninger Principles of Biochemistry. WH Freeman, New York.
18. Pizzarello, S., Weber, AL 2004. Prebiotické aminokyseliny ako asymetrické katalyzátory. Science, 3003, 1151.
19. Sinnott, ML 2007. Štruktúra a mechanizmus chémie uhľovodíkov a biochémia. Royal Society of Chemistry, Cambridge.
20. Stick, RV, Williams, SJ 2009. Sacharidy: základné molekuly života. Elsevier, Amsterdam.