EPTOSI: CARATTERISTICHE, IMPORTANZA BIOLOGICA, SINTESI - BIOLOGIA - 2025

I heptoses sono monosaccaridi aventi carboni sette e con la formula empirica C ₇ H ₁₄ O ₇ . Questi zuccheri, come altri monosaccaridi, sono poliidrossilati e possono essere: aldoeptosi, che hanno una funzione aldeidica al carbonio uno, o chetoeptosi, che hanno un gruppo chetone al carbonio 2.

Le eptosi sono sintetizzate nelle vie metaboliche, come il ciclo di Calvin della fotosintesi e la fase non ossidativa della via del pentoso fosfato. Sono costituenti dei lipo-polisaccaridi (LPS) nella parete cellulare di batteri Gram-negativi come Escherichia coli, Klebsiella sp., Neisseria sp., Proteus sp., Pseudomonas sp., Salmonella sp., Shigella sp., And Vibrio sp.

Fonte: Fvasconcellos

caratteristiche

Gli eptosi, simili agli esosi, esistono prevalentemente nella loro forma ciclica. Le aldoeptosi hanno cinque atomi di carbonio asimmetrici e hanno un ciclo per formare un piranosio. Al contrario, le chetoeptosi possiedono quattro atomi di carbonio asimmetrici, dove formano anche piranosi.

Un chetoeptosio naturale molto comune negli organismi viventi è il sedoeptulosio. Questo zucchero è importante nella formazione degli zuccheri esosi nella fotosintesi e nel metabolismo dei carboidrati negli animali.

Quando il sedoeptulosio viene riscaldato in acido minerale diluito, forma una miscela minerale di equilibrio, dove l'80% è cristallizzato come 2,7-anidro-β-D-altro-eptulopiranosio e il 20% è sedoeptulosio.

La determinazione chimica delle eptosi viene effettuata con acido solforico e cisteina, difenilammina e floroglucinolo. In determinate condizioni, è possibile differenziare l'eptosio da altri zuccheri. Può anche distinguere tra aldoeptosi e chetoeptosi.

Molte aldoeptosi hanno la configurazione glicero-D-mannoeptosio. L'eptosio, insieme all'acido cheto-zuccherino a otto atomi di carbonio (acido 3-deossi-D-manno-2-ottulosonico, uno zucchero Kdo), sono componenti strutturali di LPS, nella membrana esterna del doppio strato lipidico dei batteri .

LPS può essere estratto utilizzando una miscela di fenolo al 45% in acqua. Quindi, gli eptosi e gli zuccheri KDO possono essere identificati mediante tecniche colorimetriche e cromatografiche.

Importanza biologica delle epatosi

Nella fotosintesi e nella via del pentoso fosfato

Nello stroma del cloroplasto si trovano enzimi che convertono il trioso fosfato, la gliceraldeide-3-fosfato e il diidrossiacetone fosfato, prodotti dall'assimilazione della CO ₂ , in amido. La formazione di fosfato trioso e il recupero degli atomi di carbonio, per ricominciare la fissazione della CO ₂ , costituiscono due fasi del ciclo di Calvin.

Durante la fase di recupero del carbonio, l'enzima aldolasi è responsabile della conversione dell'eritrosio 4-fosfato (un metabolita a quattro atomi di carbonio (E4P)) e del diidrossichetone fosfato (un metabolita a tre atomi di carbonio) in sedoeptulosio 1,7-bisfosfato .

Questo chetoeptosse viene trasformato in diversi passaggi, catalizzato enzimaticamente, in ribulosio 1,5-bisfosfato.

La ribulosio 1,5-bisfosfato è il metabolita iniziale del ciclo di Calvin. D'altra parte, la biosintesi del sedoeptulosio 7-fosfato (S7P) avviene nella via del pentoso fosfato, che è una via presente in tutti gli organismi viventi. In questo caso, l'azione di una transketolasi trasforma due fosfato pentoso in S7P e gliceraldeide-3-fosfato (GAP).

Quindi, attraverso due passaggi catalizzati da una transaldolasi e una transketolasi, S7P e GAP vengono trasformati in fruttosio-6-fosfato e GAP. Entrambi sono metaboliti della glicolisi.

In lipo-polisaccaridi (LPS)

Gli eptosi sono presenti nei lipopolisaccaridi e nei polisaccaridi della capsula dei batteri. Il motivo strutturale della LPS nelle Enterobacteriaceae è costituito dal lipide A, che consiste in un dimero di 2-ammino-2-deossi-D-glucosio legato da un legame β - (1®6). Ha due esteri fosfatici e gruppi di acidi grassi a catena lunga.

Il lipide A è collegato a una regione centrale da un ponte di tre zuccheri Kdo e acido chetodesossottulosonico, legati da legami glicosidici (2®7). Questa regione è legata a L-glicero-D-mannoeptosi eptosio, con configurazione alfa anomerica. C'è una regione O-antigenica.

Questo motivo strutturale è presente nei batteri Gram negativi, come Escherichia coli, Klebsiella sp., Yersinia sp., Pseudomonas sp., Salmonella sp., Così come altri batteri patogeni.

Esistono varianti di eptosio che includono diverse configurazioni dello stereocentro delle piranosi negli oligosaccaridi, nonché delle catene laterali nei polisaccaridi. Il D-glicero-D-manno-eptopiranosil è presente in Yersinia enterocolitica, Coxiella burnetti, Mannheimia haemolitica, Aeromonas hydrophila e Vibrio salmonicida.

L'eptosio D-glicero-D-manno-eptosio è presente come unità a catena laterale nella regione esterna dell'LPS dei ceppi di Proteus e Haemophilus influenzae; e come corte catene laterali oligomeriche legate da α - (1®3) o α - (1®2), legate al motivo strutturale della Klebsiella pneumonie LPS.

Nei ceppi di Vibrio cholerae, la regione O-antigenica possiede D-glicero-D-manno-eptosio con entrambe le configurazioni anomeriche (alfa e beta).

Nelle glicoproteine ​​dei batteri

I suoi strati superficiali (strati S) sono composti da subunità proteiche identiche, che lo ricoprono in un'organizzazione bidimensionale. Si trovano nei batteri Gram-positivi e Gram-negativi e negli archeobatteri. Le proteine ​​in questo strato hanno glicopeptidi allungati da catene polisaccaridiche.

Le glicoproteine ​​di Aneurinibacillus thermoaerophilus, un batterio gram-positivo, possiedono unità ripetitive di disaccaridi ®3) -Dglicero- β -D-mano-Hepp- (1®4) - α -L-Rhap- (1® nello strato S.

Una delle funzioni delle glicoproteine ​​è l'adesione. Ad esempio, esiste una glicoproteina che ha misurato l'adesione come proteina autotrasportatrice (AIDA-I) nei ceppi di E. coli. La biosintesi della glicoproteina avviene tramite glicosil transferasi, come l'eptosil transferasi, che richiede ADP glicero-manno-eptosio.

Sintesi

La sintesi chimica e la combinazione di metodi chimici ed enzimatici di eptosio fosfato ed eptosio-nucleotide attivato hanno permesso di delucidare le vie metaboliche che i microrganismi utilizzano per produrre queste sostanze.

Molti metodi di sintesi preparano il manno-eptosio 6-epimerico per sintetizzare L-glicero-D-manno-eptosio. Questi metodi si basano sull'allungamento della catena dal carbonio anomerico, o gruppo aldeidico, utilizzando reagenti di Grignard. Le glicosilazioni vengono eseguite in presenza di gruppi protettivi acilici.

In questo modo si ha lo stereocontrollo che preserva la configurazione α-anomerica. I tioglicosidi anomerici e i derivati ​​del tricloroacetimidato servono come donatori del gruppo eptosile. Le procedure più recenti prevedono la formazione selettiva di β-eptosidi e derivati ​​del 6-deossi-eptoside.

La biosintesi di eptosio-nucleotide attivato inizia dal sedoeptulosio 7-fosfato, che viene convertito in D-glicero-D-manno-eptosio 7-fosfato. Una fosfomutasi è stata proposta per formare eptosil fosfato anomerico. Quindi, una eptosil transferasi catalizza la formazione di ADP D-glicero-D-manno-eptosio.

Infine, un'epimerasi modifica la configurazione di ADP D-glicero-D-manno-eptosio in ADP L-glicero-D-manno-eptosio.

Inoltre, sono stati effettuati studi chimici per scoprire i meccanismi con cui questi enzimi svolgono la catalisi. Ad esempio, usano benzil mannopiranoside benzilato, che viene ossidato per dare il derivato manouronico.

Il trattamento con acido cloridrico trasforma il derivato manouronico in diazoketone. Il trattamento con diazobenzil fosforico produce una miscela di L-glicero-7-fosfato e D-glicero-7-fosfato.

Riferimenti

1. Collins, PM 2006. Dizionario dei carboidrati con CD-ROM. Chapman & Hall / CRC, Boca Raton.
2. Cui, SW 2005. Carboidrati alimentari: chimica, proprietà fisiche e applicazioni. CRC Press, Boca Raton.
3. Ferrier, RJ 2000. Chimica dei carboidrati: monosaccaridi, disaccaridi e oligosaccaridi specifici. Royal Society of Chemistry, Cambridge.
4. Hofstad, T. 1974. The Distribution of eptose and 2-cheto-3-deoxy-octonate in Bacteroidaceae. Journal of General Microbiology, 85, 314–320
5. Kosma, P. 2008. Presenza, sintesi e biosintesi di eptosi batteriche. Current Organic Chemistry, 12, 1021-1039.
6. Nelson, DL, Cox, MM 2017. Principi di biochimica di Lehninger. WH Freeman, New York.
7. Pigman, W. 1957. I carboidrati: chimica, biochimica, fisiologia. Academic Press, New York.
8. Pigman, W., Horton, D. 1970. I carboidrati: chimica e biochimica. Academic Press, New York.
9. Sinnott, ML 2007. Struttura e meccanismo di chimica e biochimica dei carboidrati. Royal Society of Chemistry, Cambridge.
10. Stick, RV, Williams, SJ 2009. Carboidrati: le molecole essenziali della vita. Elsevier, Amsterdam.
11. Voet, D., Voet, JG, Pratt, CW 2008. Fondamenti di biochimica - vita a livello molecolare. Wiley, Hoboken.