TETROZA: CHARAKTERYSTYKA, ERYTROZA, SYNTEZA, POCHODNE - BIOLOGIA - 2025

W tetrozy stanowią monosacharydy czterech atomów węgla, z tym wzór empiryczny C ₄ H ₈ O ₄ . Istnieją dwa rodzaje tetroz: aldozy (mają końcową grupę aldehydową, węgiel 1 lub C-1) i ketozy (mają grupę ketonową przy węglu 2, C-2).

Tetrozy nie zostały znalezione jako produkty naturalne, ale można je znaleźć w ich zredukowanej postaci, takiej jak erytrytol, który jest tetrahydroksyalkoholem. W porostach erytrytol jest syntetyzowany przez dekarboksylację kwasu D-arabonowego.

Źródło: Ed (Edgar181)

Treosy nie są strukturalną częścią żywych istot. Jednak drzewa, takie jak erytroza, znajdują się w szlakach metabolicznych.

cechy

W aldotetrozach występują dwa chiralne atomy węgla, C-2 i C-3 oraz węgiel 6 (C-6). Podczas gdy w ketotetrozie występuje tylko jeden chiralny atom węgla, węgiel 3 (C-3).

Cukry, takie jak tetroza, w konfiguracji D występują w większej ilości niż cukry w konfiguracji L.

Istnieją dwie aldotetroza o konfiguracji D (D-erytroza i D-treoza) i jedna ketotetroza o konfiguracji D (D-erytruloza).

Projekcje Fischera są wykonywane przez zorientowanie cząsteczki w zaćmionej konformacji z grupą aldehydową powyżej. Cztery atomy węgla definiują główny łańcuch występu, ułożony pionowo. Łącza poziome wskazują na zewnątrz, a łączniki pionowe z tyłu.

W przeciwieństwie do monosacharydów, które mają pięć lub więcej atomów węgla, które podlegają reakcjom wewnątrzcząsteczkowym z utworzeniem półacetali i hemicetali, tetrozy nie mogą tworzyć struktur cyklicznych.

Erytroza w metabolizmie

Erytroza jest jedyną tetrozą występującą w metabolizmie wielu organizmów. Szlaki metaboliczne, w których się znajduje, to:

- Szlak pentozowo-fosforanowy

- Cykl Calvina

- Szlaki biosyntezy aminokwasów egzogennych i aromatycznych.

We wszystkich tych szlakach metabolicznych erytroza uczestniczy jako ester fosforanowy, erytrozo-4-fosforan. Rola 4-fosforanu erytrozy w tych szlakach została opisana poniżej.

Erytroza w szlaku pentozofosforanowym iw cyklu Calvina

Oba szlaki metaboliczne mają wspólną biosyntezę 4-fosforanu erytrozy z udziałem enzymów transketolazy i transaldolazy.

Oba enzymy katalizują transfer małego fragmentu węgla z ketozy dawcy do aldozy akceptorowej w celu wytworzenia nowej aldozy o krótszym łańcuchu i ketozy o dłuższym łańcuchu.

W szlaku pentozofosforanowym biosynteza erytrozo-4-fosforanu zachodzi z dwóch substratów, 7-fosforanu sedoheptulozy, ketoheptozy i 3-fosforanu gliceraldehydu, aldotriozy, które są przekształcane w erytrozę 4- fosforan, aldotetroza i fruktozo-6-fosforan, ketoheksoza, przez katalizę transaldolazy.

W cyklu Calvina biosynteza erytrozo-4-fosforanu zachodzi z dwóch substratów, fruktozo-6-fosforanu, ketoheksozy i gliceraldehydo-3-fosforanu, a także aldotriozy. Są one przekształcane do 4-fosforanu erytrozy, aldotetrozy i 5-fosforanu ksylulozy, ketopentozy, poprzez katalizę transketolazy.

Biosynteza erytrozo-4-fosforanu w szlaku pentozofosforanowym ma na celu biosyntezę gliceraldehydo-3-fosforanu i fruktozo-6-fosforanu, które mogą być kontynuowane przez szlak glukoneogenny i szlak pentozofosforanowy. Biosynteza erytrozo-4-fosforanu w cyklu Calvina umożliwia zastąpienie rybulozo-1,5-bisfosforanu 1,5 bisfosforanu w celu wznowienia cyklu z wiązaniem CO ₂ .

Erytroza: biosynteza aminokwasów egzogennych i aromatycznych

U bakterii, grzybów i roślin biosynteza aminokwasów aromatycznych, fenyloalaniny, tyrozyny i tryptofanu, rozpoczyna się od prekursorów fosfoenolopirogronianu i erytrozo-4-fosforanu. Te prekursory są najpierw przekształcane w szikimat, a następnie w choryzmat, siedmiostopniową sekwencję katalizowaną przez enzymy.

Od corismate jest bifurkacja. Z jednej strony, jeden ze szlaków kończy się biosyntezą tryptofanu, z drugiej zaś choryzmat wytwarza tyrozynę i fenyloalaninę.

Ponieważ biosynteza aminokwasów aromatycznych zachodzi tylko w roślinach i mikroorganizmach, szlak ten jest celem herbicydów, takich jak glifosat, który jest składnikiem aktywnym preparatu RoundUp. Ten ostatni jest produktem handlowym firmy Monsanto, która jest obecnie własnością firmy Bayer.

Glifosat jest konkurencyjnym inhibitorem fosfoenolopirogronianu w reakcji syntazy 5-enolopirogroniano-szikimiano-3-fosforanowej (EPSP).

Erytrytol jest pochodną erytrozy

Erytrytol jest zredukowaną formą erytrozy i ma takie same cechy funkcjonalne jak inne poliole, takie jak względna stabilność w środowisku kwaśnym i zasadowym, wysoka stabilność termiczna, smak podobny do sacharozy (niskokaloryczny), brak potencjału rakotwórczego, wśród innych funkcji.

Erytrytol jest w stanie zwalczyć szkodliwe bakterie i zmniejszyć płytkę nazębną. W przeciwieństwie do innych polioli, w tym sorbitolu i ksylitolu, erytrytol jest szybko wchłaniany z jelita cienkiego, nie jest metabolizowany i jest wydalany z moczem. Częste spożywanie erytrytolu zmniejsza częstość występowania próchnicy i odbudowuje powierzchnię zębów.

Badania nad erytrytolem, ksylitolem i sorbitolem wykazały, że cukry te różnią się skutecznością przeciwko próchnicy. Ksylitol i sorbitol są mniej skuteczne w zapobieganiu próchnicy zębów i chorobom przyzębia.

Prebiotyczna synteza tetroz

Synteza monosacharydów w świecie prebiotycznym musiała odegrać istotną rolę w powstaniu życia, ponieważ związki te są źródłem energii i składników innych biocząsteczek.

Formaldehyd (CH ₂ = O), najprostszy węglowodan, jest jednym z najliczniejszych spośród ~ 140 znanych cząsteczek międzygwiazdowych. W atmosferze prymitywnej Ziemi powstawał w wyniku działania promieniowania jonizującego, światła UV i wyładowań elektrycznych na cząsteczkach metanu, amoniaku i wody.

Formaldehyd wytrąciłby się z atmosfery, łącząc się z prądami gorącej wody (60–80 ° C), które spowodowałyby erozję skał ziemi, niosąc jony wapnia.

Jony te katalizowałyby reakcję, która przekształca cząsteczkę formaldehydu i cząsteczkę protonowanego formaldehydu (CH ₂ = OH ⁺ ) w jedną z protonowanych glikolaldehydów (HOCH2CH = OH ⁺ ).

Protonowany aldehyd glikolowy wchodził w interakcję z formaldehydem, tworząc triozy ⁺ , które ponownie oddziaływałyby z formaldehydem, tworząc tetrozy ⁺ . Powtórzenie tej autokatalizy dałoby monosacharydy o wyższej liczbie atomów węgla.

Chiralność tetrossów i innych monosacharydów mogłaby odzwierciedlać chiralność aminokwasów obecnych w środowisku wodnym, które również działałyby jako katalizatory tworzenia monosacharydów.

Bibliografia

1. Carey, FA, Giuliano, RM 2016. Chemia organiczna. McGraw-Hill, Nowy Jork.
2. Cui, SW 2005. Węglowodany spożywcze: chemia, właściwości fizyczne i zastosowania. CRC Press, Boca Raton.
3. Cui, SW 2005. Węglowodany spożywcze: chemia, właściwości fizyczne i zastosowania. CRC Press, Boca Raton.
4. Gardner, TS 1943. Problem powstawania węglowodanów w przyrodzie. Journal of Organic Chemistry, 8, 111–120.
5. Jalbout, AF 2008. Prebiotyczna synteza cukrów prostych w międzygwiazdowej reakcji z formozą. Origins of Life and Evolution of the Biosphere, 38, 489–497.
6. Kim, H.-J., i in. 2011. Synteza węglowodanów w cyklach prebiotycznych sterowanych minerałami. Journal of the American Chemical Society, 133, 9457–9468.
7. Lambert, JB, Gurusamy-Thangavelu, SA, Ma, K. 2010. Reakcja formozy za pośrednictwem krzemianu: oddolna synteza krzemianów cukru. Science, 327,984-986.
8. Lamour, S., Pallmann, S., Haas, M., Trapp, O. 2019. Tworzenie cukru prebiotycznego w warunkach niewodnych i przyspieszenie mechanochemiczne. Życie 2019, 9, 52; doi: 10,3390 / życie9020052.
9. Linek, K., Fedoroňko, M. 1972. Interkonwersja D-tetroz w pirydynie. Carbohydrate Research, 21, 326–330.
10. Nelson, DL, Cox, MM 2017. Lehninger Principles of Biochemistry. WH Freeman, Nowy Jork.
11. Pizzarello, S., Shock, E. 2010. Organiczny skład meteorytów węglowych: historia ewolucyjna wyprzedzająca biochemię. Cold Spring Harbor Perspectives in Biology, 2010; 2: a002105.
12. Pizzarello, S., Weber, AL 2010. Stereoselektywne syntezy cukrów pentozowych w realistycznych warunkach prebiotycznych. Origins of Life and Evolution of the Biosphere, 40, 3–10.
13. Sinnott, ML 2007. Chemia węglowodanów i struktura biochemiczna i mechanizm. Royal Society of Chemistry, Cambridge.
14. Stick, RV, Williams, SJ 2009. Węglowodany: podstawowe cząsteczki życia. Elsevier, Amsterdam.
15. Tomasik, P. 2004. Właściwości chemiczne i funkcjonalne sacharydów spożywczych. CRC Press, Boca Raton.
16. Voet, D., Voet, JG, Pratt, CW 2008. Podstawy biochemii - życie na poziomie molekularnym. Wiley, Hoboken.
17. Nelson, DL, Cox, MM 2017. Lehninger Principles of Biochemistry. WH Freeman, Nowy Jork.
18. Pizzarello, S., Weber, AL 2004. Aminokwasy prebiotyczne jako katalizatory asymetryczne. Science, 3003, 1151.
19. Sinnott, ML 2007. Chemia węglowodanów i struktura biochemiczna i mechanizm. Royal Society of Chemistry, Cambridge.
20. Stick, RV, Williams, SJ 2009. Węglowodany: podstawowe cząsteczki życia. Elsevier, Amsterdam.