ТЕТРОЗЫ: ХАРАКТЕРИСТИКА, ЭРИТРОЗА, СИНТЕЗ, ПРОИЗВОДНЫЕ - БИОЛОГИЯ - 2025

В tetroses являются моносахариды четыре атома углерода, с по эмпирической формуле С ₄ Н ₈ О ₄ . Есть два типа тетроз: альдозы (они имеют концевую альдегидную группу, углерод 1 или C-1) и кетозы (у них есть кетонная группа на углероде 2, C-2).

Тетроссы не были обнаружены как натуральные продукты, но их можно найти в их восстановленной форме, такой как эритрит, который представляет собой тетрагидроксиспирт. В лишайниках эритритол синтезируется декарбоксилированием D-арабоновой кислоты.

Источник: Эд (Edgar181)

Треозы не являются структурной частью живых существ. Однако треозы, такие как эритроза, обнаруживаются в метаболических путях.

характеристики

В альдотетрозах есть два хиральных атома углерода, С-2 и С-3, и углерод 6 (С-6). В то время как в кетотетрозе есть только один хиральный атом углерода, углерод 3 (C-3).

Сахаров, таких как тетроза, с конфигурацией D, более распространено, чем сахаров с L-конфигурацией.

Есть две альдотетрозы с D-конфигурацией (D-эритроза и D-треоза) и одна кетотетроза с D-конфигурацией (D-эритрулоза).

Проекции Фишера сделаны путем ориентации молекулы в затененной конформации с альдегидной группой выше. Четыре атома углерода определяют основную цепочку выступа, располагаясь вертикально. Горизонтальные ссылки указывают наружу, а вертикальные - назад.

В отличие от моносахаридов, содержащих пять или более атомов углерода, которые подвергаются внутримолекулярным реакциям с образованием полуацеталей и гемицеталей, тетрозы не могут образовывать циклические структуры.

Эритроза в метаболизме

Эритроза - единственная тетроза, обнаруженная в метаболизме многих организмов. Метаболические пути, в которых он встречается:

- Пентозофосфатный путь

- цикл Кальвина

- Пути биосинтеза незаменимых и ароматических аминокислот.

Во всех этих метаболических путях эритроза участвует в виде сложного эфира фосфорной кислоты, эритрозо-4-фосфата. Роль эритрозо-4-фосфата в этих путях описана ниже.

Эритроза в пентозофосфатном пути и в цикле Кальвина

Оба метаболических пути объединяют биосинтез эритрозо-4-фосфата с участием ферментов транскетолазы и трансальдолазы.

Оба фермента катализируют перенос небольшого углеродного фрагмента от донорной кетозы к акцепторной альдозе с образованием новой альдозы с более короткой цепью и кетоза с более длинной цепью.

В пентозофосфатном пути биосинтез эритрозо-4-фосфата происходит из двух субстратов, седогептулозо-7-фосфата, кетогептозы и глицеральдегид-3-фосфата, альдотриозы, которые превращаются в эритрозу 4-. фосфат, альдотетроза и фруктозо-6-фосфат, кетогексоза, путем катализа трансальдолазы.

В цикле Кальвина биосинтез эритрозо-4-фосфата происходит из двух субстратов: фруктозо-6-фосфата, кетогексозы и глицеральдегид-3-фосфата, а также альдотриозы. Они превращаются в эритрозо-4-фосфат, альдотетрозу и ксилулозо-5-фосфат, кетопентозу, путем катализа транскетолазы.

Биосинтез эритрозо-4-фосфата в пентозофосфатном пути направлен на биосинтез глицеральдегид-3-фосфата и фруктозо-6-фосфата, который может продолжаться через глюконеогенный путь и пентозофосфатный путь. Биосинтез эритрозо-4-фосфата в цикле Кальвина позволяет заменить рибулозо-1,5-бисфосфат для перезапуска цикла с фиксацией CO ₂ .

Эритроза: биосинтез незаменимых и ароматических аминокислот

У бактерий, грибов и растений биосинтез ароматических аминокислот фенилаланина, тирозина и триптофана начинается с предшественников фосфоенолпирувата и эритрозо-4-фосфата. Эти предшественники сначала превращаются в шикимат, а затем в хоризмат, семиступенчатую последовательность, катализируемую ферментами.

От корисмата есть раздвоение. С одной стороны, один путь завершается биосинтезом триптофана, с другой - хоризмат производит тирозин и фенилаланин.

Поскольку биосинтез ароматических аминокислот происходит только у растений и микроорганизмов, этот путь является мишенью гербицидов, таких как глифосат, который является активным ингредиентом RoundUp. Последний является коммерческим продуктом компании Monsanto, которая в настоящее время принадлежит компании Bayer.

Глифосат является конкурентным ингибитором фосфоенолпирувата в реакции 5-енолпирувилшикимат-3-фосфатсинтазы (EPSP).

Эритритол - производное эритрозы

Эритритол представляет собой восстановленную форму эритрозы и имеет общие функциональные характеристики с другими полиолами, такие как относительная стабильность в кислой и щелочной среде, высокая термостабильность, вкус, похожий на сахарозу (низкокалорийный), не обладающий канцерогенным потенциалом, среди других функций.

Эритритол подавляет вредные бактерии и уменьшает зубной налет. В отличие от других полиолов, включая сорбит и ксилит, эритрит быстро всасывается в тонком кишечнике, не метаболизируется и выводится с мочой. Частое употребление эритрита снижает вероятность разрушения зубов и восстанавливает поверхность зубов.

Исследования эритрита, ксилита и сорбита показали, что эти сахара различаются по своей эффективности против кариеса. Ксилит и сорбитол менее эффективны в предотвращении кариеса и заболеваний пародонта.

Пребиотический синтез тетроз

Синтез моносахаридов в пребиотическом мире должен был сыграть важную роль в возникновении жизни, поскольку эти соединения являются источниками энергии и компонентами других биомолекул.

Формальдегид (CH ₂ = O), простейший углевод, входит в число наиболее распространенных из 140 известных межзвездных молекул. В атмосфере Первобытной Земли он образовался под действием ионизирующего излучения, ультрафиолетового света и электрических разрядов на молекулы метана, аммиака и воды.

Формальдегид выпал бы из атмосферы, присоединившись к течениям горячей воды (60–80 ° C), которые разрушили бы земные породы, неся ионы кальция.

Эти ионы катализировали бы реакцию, которая превращает молекулу формальдегида и молекулу протонированного формальдегида (CH ₂ = OH ⁺ ) в один из протонированного гликолевого альдегида (HOCH2CH = OH ⁺ ).

Протонируются гликолевым бы взаимодействовал с формальдегидом , чтобы произвести триоз ⁺ , которые бы взаимодействовали снова с формальдегидом , чтобы произвести tetroses ⁺ . Повторение этого автокатализа привело бы к получению моносахаридов с более высоким числом атомов углерода.

Хиральность тетросов и других моносахаридов может отражать хиральность аминокислот, присутствующих в водной среде, которые также действуют как катализаторы образования моносахаридов.

Ссылки

1. Кэри, Ф.А., Джулиано, Р.М. 2016. Органическая химия. Макгроу-Хилл, Нью-Йорк.
2. Cui, SW 2005. Пищевые углеводы: химия, физические свойства и применение. CRC Press, Бока-Ратон.
3. Cui, SW 2005. Пищевые углеводы: химия, физические свойства и применение. CRC Press, Бока-Ратон.
4. Гарднер Т.С. 1943. Проблема образования углеводов в природе. Журнал органической химии, 8, 111-120.
5. Jalbout, AF 2008. Пребиотический синтез простых сахаров межзвездной формозной реакцией. Истоки жизни и эволюция биосферы, 38, 489–497.
6. Ким, Х.-Дж. и др. 2011. Синтез углеводов в пребиотических циклах, управляемых минералами. Журнал Американского химического общества, 133, 9457–9468.
7. Ламберт, Дж. Б., Гурусами-Тангавелу, С. А., Ма, К. 2010. Формоозная реакция, опосредованная силикатами: восходящий синтез сахарных силикатов. Science, 327, 984–986.
8. Ламур, С., Паллманн, С., Хаас, М., Трапп, О. 2019. Образование пребиотического сахара в неводных условиях и механохимическое ускорение. Life 2019, 9, 52; DOI: 10.3390 / life9020052.
9. Линек К., Федоройко М. 1972. Взаимное превращение D-тетрозов в пиридин. Carbohydrate Research, 21, 326-330.
10. Нельсон, Д.Л., Кокс, М.М. 2017. Принципы биохимии Ленингера. WH Freeman, Нью-Йорк.
11. Пиццарелло, С., Шок, Э. 2010. Органический состав углеродистых метеоритов: эволюционная история впереди биохимии. Перспективы Колд-Спринг-Харбор в биологии, 2010; 2: a002105.
12. Пиццарелло, С., Вебер, А. Л. 2010. Стереоселективный синтез пентозных сахаров в реальных пребиотических условиях. Истоки жизни и эволюция биосферы, 40, 3–10.
13. Синнотт, ML 2007. Структура и механизм химии и биохимии углеводов. Королевское химическое общество, Кембридж.
14. Стик, Р. В., Уильямс, С. Дж. 2009. Углеводы: основные молекулы жизни. Эльзевир, Амстердам.
15. Томасик П. 2004. Химические и функциональные свойства пищевых сахаридов. CRC Press, Бока-Ратон.
16. Воет, Д., Воет, Дж. Г., Пратт, К. В. 2008. Основы биохимии - жизнь на молекулярном уровне. Уайли, Хобокен.
17. Нельсон, Д.Л., Кокс, М.М. 2017. Принципы биохимии Ленингера. WH Freeman, Нью-Йорк.
18. Пиццарелло, С., Вебер, А.Л. 2004. Пребиотические аминокислоты как асимметричные катализаторы. Наука, 3003, 1151.
19. Синнотт, ML 2007. Структура и механизм химии и биохимии углеводов. Королевское химическое общество, Кембридж.
20. Стик, Р. В., Уильямс, С. Дж. 2009. Углеводы: основные молекулы жизни. Эльзевир, Амстердам.