ERYTHROSA: CHARAKTERISTIKA, STRUKTURA, FUNKCE - BIOLOGIE - 2025

Erythróza je monosacharid, mající čtyři atomy uhlíku, se s empirickým vzorcem C ₄ H ₈ O ₄. Existují dva čtyři uhlíkové cukry (tetrosy) odvozené od glyceraldehydu: erytróza a treosa, oba jsou polyhydroxyaldehydy (aldózy). Erythrulosa je jedinou tetrosou, kterou je polyhydroxyketon (ketóza). Je odvozen od dihydroxyacetonu.

Ze tří tetros (erythrosa, treose, erythrulosa) je nejběžnější erytróza, která se nachází v metabolických drahách, jako je pentosofosfátová cesta, Calvinův cyklus nebo v biosyntetických drahách esenciálních a aromatických aminokyselin.

Zdroj: Ed (Edgar181)

Struktura

Jeden atom uhlíku (C-1) erytrózy je karbonylový uhlík aldehydové skupiny (-CHO). Atomy uhlíku 2 a 3 (C-2 a C-3) jsou dvě hydroxymethylenové skupiny (-CHOH), což jsou sekundární alkoholy. Atom uhlíku, 4 (C-4), je primární alkohol (CH ₂ OH).

Cukry s konfigurací D, jako je erytróza, jsou hojnější než cukry s konfigurací L. Erytróza má dva chirální uhlíky C-2 a C-3, což jsou asymetrická centra.

V Fisherově projekci erytrózy má asymetrický uhlík, který je nejdále od karbonylové skupiny aldehydu, konfiguraci D-glyceraldehydu. Proto je na obrázku vpravo znázorněna hydroxylová skupina (-OH) C-3.

D-erytróza se liší od D-treózy v konfiguraci kolem asymetrického uhlíku C-2: v Fisherově grafu je hydroxylová skupina (-OH) D-erytrózy vpravo. Naopak, na D-treose je vlevo.

Přidání hydroxymethylenové skupiny k D-erytróze vytváří nové chirální centrum. Vytvoří se dva pětikarbonové cukry (pentózy) D-konfigurace, jmenovitě: D-ribóza a D-arabinóza, které se liší v konfiguraci C-2.

vlastnosti

V buňkách je erytróza ve formě 4-fosfátu erytrózy a je produkována z jiných fosforylovaných cukrů. Fosforylace cukrů má funkci zvyšování jejich energetického potenciálu hydrolýzy (nebo Gibbsovy energetické variace, AG).

Chemická funkce, která je fosforylován na cukry je primární alkohol (CH ₂ OH). Uhlíky 4-fosfátu erytrózy pocházejí z glukózy.

Během glykolýzy (nebo rozpadu molekuly glukózy na energii) je primární hydroxylová skupina C-6 glukózy fosforylována přenosem fosfátové skupiny z adenosintrifosfátu (ATP). Tato reakce je katalyzována enzymem hexokináza.

Na druhé straně chemická syntéza krátkých cukrů, jako je D-erytróza, probíhá oxidací jodistanu 4,6-0-ethyliden-O-glukózy, po kterém následuje hydrolýza acetálového kruhu.

Alternativně, i když to nelze provést ve vodném roztoku, lze použít tetraacetát, který štěpí a-dioly a je také stereospecifičtější než jodistan jodičitý. O-glukóza je oxidována v přítomnosti kyseliny octové za vzniku 2,3-di-O-formyl-D-erythrosy, jejíž hydrolýzou se získá D-erytróza.

S výjimkou erytrózy jsou monosacharidy ve své cyklické formě, když jsou krystalizovány nebo v roztoku.

Funkce

Erythrose 4-fosfát hraje důležitou roli v následujících metabolických drahách: pentosofosfátová cesta, Calvinův cyklus a esenciální a aromatické aminokyselinové biosyntetické dráhy. Role 4-fosfátu erytrózy v každé z těchto cest je popsána níže.

Fosforová dráha pentózy

Účelem pentózofosfátové dráhy je produkovat NADPH, což je redukční síla buněk, a ribóza 5-fosfát, nezbytný pro biosyntézu nukleových kyselin oxidačními reakcemi. Výchozím metabolitem této dráhy je 6-fosfát glukózy.

Přebytečný ribosa 5-fosfát se převádí na glykolytické meziprodukty. K tomu jsou nezbytné dva reverzibilní kroky: 1) isomerizační a epimerizační reakce; 2) řezné reakce a tvorba vazeb CC, které transformují pentózy, xylulóza 5-fosfát a ribóza 5-fosfát, na fruktózu 6-fosfát (F6P) a glyceraldehyd 3-fosfát (GAP).

Druhý krok se provádí transaldolasami a transketolasami. Transaldolase katalyzuje přenos tři atomy uhlíku (C ₃ jednotky), z sedoheptulose 7-fosfátu na GAP, produkující erythrosa 4-fosfát (E4P).

Transketolasa katalyzuje přenos dvou atomů uhlíku (C ₂ jednotka) z xylulóza-5-fosfátu na E4P a vytváří GAP a F6P.

Calvinův cyklus

V průběhu fotosyntézy poskytuje světlo energii potřebnou pro biosyntézu ATP a NADPH. Reakce fixace uhlíku používají ATP a NADPH ke snižování oxidu uhličitého (CO ₂) a formování triose fosfátu v Calvinově cyklu. Poté jsou triosy vytvořené v Calvinově cyklu přeměněny na sacharózu a škrob.

Calvin cyklus je rozdělen do následujících tří stupňů: 1) fixaci CO ₂ v 3-fosfoglycerát; 2) transformace 3-fosfoglycerátu na GAP; a 3) regeneraci 1,5-bisfosfátu ribulózy z fosfátu triosy.

Ve třetí fázi Calvinova cyklu se vytvoří E4P. Transketolázy, který obsahuje thiaminpyrofosfátu (TPP) a vyžaduje Mg ², katalyzování převod C ₂ jednotky z F6P GAP, a tváření xylulóza pentózy-5-fosfátem (Xu5P) a E4P tetrose.

Aldolasa kombinuje aldolovou kondenzací Xu5P a E4P za vzniku 1,7-bisfosfátu heptózy sedoheptulosy. Poté sledujte dvě enzymatické reakce, které konečně produkují triosy a pentózy.

Cesty pro biosyntézu esenciálních a aromatických aminokyselin

Erythrose 4-fosfát a fosfoenolpyruvate jsou metabolické prekurzory pro biosyntézu tryptofanu, fenylalaninu a tyrosinu. U rostlin a bakterií dochází nejprve k biosyntéze chorismátu, což je meziprodukt v biosyntéze aromatických aminokyselin.

Biosyntéza chorismatu probíhá prostřednictvím sedmi reakcí, které jsou všechny katalyzovány enzymy. Například, krok 6 je katalyzována enzymem 5-enolpyruvylšikimát-3-fosfát, který je kompetitivně inhibována glyfosátu (^- COO-CH ₂ -NH-CH ₂ -PO ₃ ^-2). Ten je aktivní složkou kontroverzního herbicidu společnosti Bayer-Monsanto RoundUp.

Chorismát je předchůdcem biosyntézy tryptofanu metabolickou cestou, která zahrnuje šest kroků katalyzovaných enzymy. Prostřednictvím jiné cesty slouží chorismát biosyntéze tyrosinu a fenylalaninu.

Reference

1. Belitz, HD, Grosch, W., Schieberle, P. 2009. Food Chemistry, Springer, New York.
2. Collins, PM 1995. Monosacharidy. Jejich chemie a role v přírodních produktech. John Wiley a synové. Chichester.
3. Miesfeld, RL, McEvoy, MM 2017. Biochemie. WW Norton, New York.
4. Nelson, DL, Cox, MM 2017. Lehningerovy principy biochemie. WH Freeman, New York.
5. Voet, D., Voet, JG, Pratt, CW 2008. Základy biochemie: život na molekulární úrovni. Wiley, Hoboken.