Rybulozo jest cukier monosacharydu lub węglowodan zawierający pięć atomów węgla, grupę ketonową w swojej strukturze funkcyjną tak, że jest zawarty w grupie ketopentoses.
Ketozy cztero- i pięciowęglowe nazywane są poprzez wstawienie wrostka „ul” do nazwy odpowiedniej aldozy. Tak więc D-rybuloza jest ketopentozą, która odpowiada D-rybozie, aldopentozie.
Projekcja Fishera dla Ribulose (Źródło: NEUROtiker za Wikimedia Commons)
Cukier ten uczestniczy w postaci D-rybulozy jako pośrednik w różnych szlakach metabolicznych, jak na przykład w cyklu Calvina. Chociaż tylko w niektórych bakteriach z rodzajów, takich jak Acetobacter i Gluconobacter, L-ryboza jest otrzymywana jako końcowy produkt metaboliczny. Z tego powodu te mikroorganizmy są wykorzystywane do ich syntezy na poziomie przemysłowym.
Niektóre związki pochodzące z rybulozy są jednymi z głównych związków pośrednich na szlaku fosforanu pentozy. Szlak ten ma na celu wytworzenie NADPH, ważnego kofaktora, który działa w biosyntezie nukleotydów.
Istnieją przemysłowe mechanizmy syntezy L-rybulozy jako izolowanego związku. Pierwszą metodą izolacji, jaką ją otrzymano, była metoda izolacji ketoz z L-ksylozy metodą Levene i La Forge.
Pomimo wielkiego postępu w przemysłowych metodach syntezy i oczyszczania związków chemicznych, L-rybuloza nie jest otrzymywana jako izolowany monosacharyd, otrzymywany w połączonych frakcjach L-rybozy i L-arabinozy.
Obecnie najczęściej stosowaną metodą otrzymywania L-rybulozy jest oczyszczanie z G luconobacte frateurii IFO 3254. Ten gatunek bakterii jest zdolny do przetrwania w środowisku kwaśnym i posiada szlak utleniania od rybitolu do L-rybulozy.
cechy
Rybuloza jako syntetyzowany, ekstrahowany i oczyszczony odczynnik, często występujący jako L-rybuloza, jest stałą, białą i krystaliczną substancją organiczną. Podobnie jak wszystkie węglowodany, ten monosacharyd jest rozpuszczalny w wodzie i ma typowe właściwości substancji polarnych.
Jak to zwykle bywa w przypadku pozostałych sacharydów, rybuloza ma taką samą liczbę atomów węgla i tlenu oraz dwukrotnie większą liczbę atomów wodoru.
Najpowszechniejszą postacią rybulozy w przyrodzie jest połączenie z różnymi podstawnikami i tworzenie złożonych struktur, ogólnie fosforylowanych, takich jak między innymi rybulozo-5-fosforan, rybulozo-1,5-bisfosforan.
Te związki na ogół działają jako pośrednicy i transportery lub „nośniki” grup fosforanowych w różnych komórkowych szlakach metabolicznych, w których uczestniczą.
Struktura
Cząsteczka rybulozy ma centralny szkielet złożony z pięciu atomów węgla i grupy ketonowej na węglu w pozycji C-2. Jak wspomniano wcześniej, ta grupa funkcyjna umieszcza go w ketozach jako ketopentoza.
Ma cztery grupy hydroksylowe (-OH) przyłączone do czterech atomów węgla, które nie są przyłączone do grupy ketonowej, a te cztery atomy węgla są nasycone atomami wodoru.
Cząsteczkę rybulozy można przedstawić zgodnie z projekcją Fishera w dwóch postaciach: D-rybulozy lub L-rybulozy, przy czym forma L jest stereoizomerem i enancjomerem formy D i odwrotnie.
Klasyfikacja postaci D lub L zależy od orientacji grup hydroksylowych pierwszego atomu węgla po grupie ketonowej. Jeśli ta grupa jest skierowana na prawą stronę, cząsteczka reprezentująca Fishera odpowiada D-rybulozie, w przeciwnym razie, jeśli jest skierowana w lewą stronę (L-rybuloza).
W projekcji Hawortha rybulozę można przedstawić w dwóch dodatkowych strukturach w zależności od orientacji grupy hydroksylowej anomerycznego atomu węgla. W pozycji β hydroksyl jest zorientowany w kierunku górnej części cząsteczki; podczas gdy pozycja α orientuje hydroksyl w kierunku dna.
Zatem, zgodnie z rzutem Hawortha, mogą istnieć cztery możliwe formy: β-D-rybuloza, α-D-rybuloza, β-L-rybuloza lub α-L-rybuloza.
Projekcja Hawortha dla Ribulofuranose (Źródło: NEUROtiker za Wikimedia Commons)
cechy
Szlak pentozowo-fosforanowy
Większość komórek, zwłaszcza tych, które dzielą się w sposób ciągły i szybki, takich jak szpik kostny, błona śluzowa jelit i komórki nowotworowe, wykorzystuje rybulozo-5-fosforan, który jest izomeryzowany do rybozo-5-fosforanu w oksydacyjny szlak pentozofosforanu do produkcji kwasów nukleinowych (RNA i DNA) oraz koenzymów, takich jak ATP, NADH, FADH2 i koenzym A.
Ta oksydacyjna faza fosforanu pentozy obejmuje dwa utleniania, które przekształcają 6-fosforan glukozy w rybulozo-5-fosforan, redukując NADP + do NADPH.
Dodatkowo rybulozo-5-fosforan pośrednio aktywuje kinazę fosfofruktową, niezbędny enzym szlaku glikolitycznego.
Cykl Calvina
Cykl Calvina to cykl wiązania węgla, który zachodzi w organizmach fotosyntetycznych po pierwszych reakcjach fotosyntezy.
Udowodniono poprzez oznaczenie metod w testach przeprowadzonych przez różnych badaczy, że poprzez oznaczenie węgla w pozycji C-1 rybulozo-1,5-bisfosforanu, dwutlenek węgla jest wiązany w tym półprodukcie podczas cyklu Calvina, dając pochodzenie dwóch cząsteczek 3-fosfoglicerynianu: jednej wyznakowanej i jednej nieznakowanej.
RuBisCO (karboksylaza / oksygenaza rybulozo-1,5-bisfosforanu) jest uważana za najbardziej rozpowszechniony enzym na świecie i wykorzystuje 1,5-bisfosforan rybulozy jako substrat do katalizowania inkorporacji dwutlenku węgla i produkcji 1,3-difosfoglicerynianu. w cyklu Calvina.
Rozkład tego niestabilnego związku pośredniego, 1,3-difosfoglicerynianu, składającego się z sześciu atomów węgla, jest również katalizowany przez RuBisCO, który pośredniczy w tworzeniu dwóch cząsteczek o 3 atomach węgla (3-fosfoglicerynian).
Funkcje u bakterii
Fosforan enol-1-O-karboksyfenyloamino-1-deoksyrybulozy uczestniczy jako metabolit pośredni w biosyntezie tryptofanu z chryzmatu u bakterii i roślin. Na tym etapie uwalniana jest jedna cząsteczka dwutlenku węgla i jedna z wody, co prowadzi do powstania cząsteczki fosforanu indolo-3-glicerolu.
Bakterie wykorzystują L-rybulozę również w szlakach metabolizmu etanolu. Ponadto mikroorganizmy te posiadają enzym znany jako izomeraza L-arabinozy, który modyfikuje arabinoozę w celu syntezy L-rybulozy.
Kinaza L-rybulozy fosforyluje ten dalszy metabolit, tworząc L-rybulozo-5-fosforan, który może wejść na szlak pentozofosforanowy do produkcji cukrów dla szkieletów kwasów nukleinowych i innych niezbędnych cząsteczek.
Bibliografia
- Ahmed, Z. (2001). Produkcja naturalnych i rzadkich pentoz przy użyciu mikroorganizmów i ich enzymów. Electronic Journal of Biotechnology, 4 (2), 13-14.
- Ahmed, Z., Shimonishi, T., Bhuiyan, SH, Utamura, M., Takada, G., & Izumori, K. (1999). Biochemiczny preparat L-rybozy i L-arabinozy z rybitolu: nowe podejście. Journal of bioscience and bioengineering, 88 (4), 444-448
- Finch, P. (red.). (2013). Węglowodany: struktury, syntezy i dynamika. Springer Science & Business Media.
- Murray, R., Bender, D., Botham, KM, Kennelly, PJ, Rodwell, V., & Weil, PA (2012). Harpers Illustrated Biochemistry 29 / E. Ed Mc Graw Hill LANGE, Chiny
- Nelson, DL, Lehninger, AL i Cox, MM (2008). Zasady Lehningera biochemii. Macmillan.
- Stick, RV (2001). Węglowodany: słodkie molekuły życia. Elsevier.