TETROSY: CHARAKTERISTIKA, ERYTRÓZA, SYNTÉZA, DERIVÁTY - BIOLOGIE - 2025

Tyto tetroses jsou monosacharidy čtyři atomy uhlíku, se s empirickým vzorcem C ₄ H ₈ O ₄. Existují dva typy tetrosy: aldózy (mají koncovou aldehydovou skupinu, uhlík 1 nebo C-1) a ketózy (mají ketonovou skupinu na uhlíku 2, C-2).

Tetrosy nebyly nalezeny jako přírodní produkty, ale je možné najít je v jejich redukované formě, jako je erythritol, což je tetrahydroxyalkohol. U lišejníků je erythritol syntetizován dekarboxylací kyseliny D-arabonové.

Zdroj: Ed (Edgar181)

Treózy nejsou strukturální součástí živých bytostí. Avšak treózy, jako je erytróza, se nacházejí v metabolických drahách.

vlastnosti

V aldotetrose jsou dva chirální atomy uhlíku, C-2 a C-3 a uhlík 6 (C-6). Zatímco v ketotetroze je pouze jeden chirální atom uhlíku, uhlík 3 (C-3).

Cukry, jako je tetrosa, s konfigurací D jsou hojnější než cukry s konfigurací L.

Existují dvě aldotetózy s konfigurací D (D-erytróza a D-treóza) a jedna ketotetóza s konfigurací D (D-erythrulosa).

Fischerovy projekce se vyrábějí orientací molekuly v zatměněné konformaci s výše uvedenou aldehydovou skupinou. Čtyři atomy uhlíku definují hlavní řetězec projekce a jsou uspořádány svisle. Vodorovné vazby směřují ven a svislé vazby směřují zpět.

Na rozdíl od monosacharidů, které mají pět nebo více uhlíků, které podléhají intramolekulárním reakcím za vzniku hemiacetálů a hemicetálů, nemohou tetrosy vytvářet cyklické struktury.

Erythrose v metabolismu

Erythrose je jediná tetóza nalezená v metabolismu mnoha organismů. Metabolické cesty, ve kterých se nachází, jsou:

- Pentosová fosfátová cesta

- Calvinův cyklus

- Cesty biosyntézy esenciálních a aromatických aminokyselin.

Ve všech těchto metabolických drahách se erythrosa účastní jako ester fosfátu, erytróza 4-fosfát. Role erythrose 4-fosfátu v těchto drahách je popsána níže.

Erytróza v pentózofosfátové cestě a v Calvinově cyklu

Obě metabolické dráhy mají společnou biosyntézu 4-fosfátu erytrózy za účasti enzymů transketolasy a transaldolasy.

Oba enzymy katalyzují přenos malého uhlíkového fragmentu z donorové ketózy na akceptorovou aldosu za vzniku nové aldózy s kratším řetězcem a ketózy s delším řetězcem.

V cestě s pentózofosfátem dochází k biosyntéze erytrózy-4-fosfátu ze dvou substrátů, sedoheptulosy 7-fosfátu, ketoheptózy a glyceraldehydu 3-fosfátu, aldotriosy, které jsou přeměněny na erytrózu 4- fosfát, aldotetóza a fruktóza 6-fosfát, ketohexóza, katalýzou transaldolasy.

V Calvinově cyklu dochází k biosyntéze erytrózy-4-fosfátu ze dvou substrátů, fruktózy 6-fosfátu, ketohexózy a glyceraldehydu 3-fosfátu, jakož i aldotriosy. Tito jsou konvertováni na erythrose 4-fosfát, aldotetrose a xylulose 5-fosfát, ketopentóza, katalýzou transketolasy.

Biosyntéza erytrózo-4-fosfátu v pentózofosfátové cestě je zaměřena na biosyntézu glyceraldehyd-3-fosfátu a fruktosy-6-fosfátu, který může pokračovat glukoneogenní cestou a pentózofosfátovou cestou. Biosyntéza erythrosa-4-fosfátu v Calvinově cyklu umožňuje nahrazení ribulóza 1,5 bisfosfát restartovat cyklus s fixací CO ₂.

Erythrose: biosyntéza esenciálních a aromatických aminokyselin

V bakteriích, houbách a rostlinách začíná biosyntéza aromatických aminokyselin fenylalaninu, tyrosinu a tryptofanu prekurzory fosfoenolpyruvátem a 4-fosfátem erytrózy. Tyto prekurzory se nejprve převedou na šikim a poté na chorismát, sedmikrokovou sekvenci katalyzovanou enzymy.

Z corismate je bifurkace. Na jedné straně vrcholí jedna cesta biosyntézou tryptofanu, na druhé straně chorismát produkuje tyrosin a fenylalanin.

Protože biosyntéza aromatických aminokyselin se vyskytuje pouze u rostlin a mikroorganismů, je tato cesta cílena pomocí herbicidů, jako je glyfosát, který je aktivní složkou v RoundUp. Ten je komerční produkt společnosti Monsanto, která je v současné době ve vlastnictví společnosti Bayer.

Glyfosát je konkurenčním inhibitorem s ohledem na fosfoenolpyruvát v reakci 5-enolpyruvylshikimát 3-fosfát syntázy (EPSP).

Erythritol je derivát erytrózy

Erythritol je snížená forma erytrózy a sdílí funkční vlastnosti s jinými polyoly, jako je relativní stabilita v kyselém a alkalickém prostředí, vysoká tepelná stabilita, chuť podobná sacharóze (nízkokalorická), bez karcinogenního potenciálu, mimo jiné funkce.

Erythritol je schopen potlačovat škodlivé bakterie a redukovat zubní plak. Na rozdíl od jiných polyolů, včetně sorbitolu a xylitolu, se erythritol rychle vstřebává z tenkého střeva, nemetabolizuje se a vylučuje se močí. Častá konzumace erythritolu snižuje výskyt zubního kazu a obnovuje povrch zubu.

Studie erythritolu, xylitolu a sorbitolu ukázaly, že tyto cukry se liší svou účinností proti dutinám. Xylitol a sorbitol jsou méně účinné při prevenci zubního kazu a onemocnění parodontu.

Prebiotická syntéza tetros

Syntéza monosacharidů v prebiotickém světě musela hrát zásadní roli v původu života, protože tyto sloučeniny jsou zdroji energie a složkami jiných biomolekul.

Formaldehyd (CH ₂ = O), nejjednodušší sacharid, je mezi nejhojnější z ~ 140 známé mezihvězdných molekul. V atmosféře primitivní Země byl generován působením ionizujícího záření, UV světla a elektrických výbojů na molekuly metanu, amoniaku a vody.

Formaldehyd by se vysrážel z atmosféry a spojil by se proudy horké vody (60–80 ° C), které by erodovaly zemské skály a obsahovaly ionty vápníku.

Tyto ionty by katalyzované reakci, která převede molekuly formaldehydu a molekuly protonované formaldehydu (CH ₂ = OH ⁺), do jednoho z protonované glykolaldehydu (HOCH2CH = OH ⁺).

Protonovaný glykollaldehyd by interagoval s formaldehydem za vzniku trioses ⁺, který by znovu interagoval s formaldehydem za vzniku tetrosy ⁺. Opakováním této autokatalýzy by vznikly monosacharidy s vyšším počtem uhlíků.

Chirality tetrosů a jiných monosacharidů by mohly odrážet chirality aminokyselin přítomných ve vodném médiu, které by také působily jako katalyzátory pro tvorbu monosacharidů.

Reference

1. Carey, FA, Giuliano, RM 2016. Organická chemie. McGraw-Hill, New York.
2. Cui, SW 2005. Sacharidy potravin: chemie, fyzikální vlastnosti a aplikace. CRC Press, Boca Raton.
3. Cui, SW 2005. Sacharidy potravin: chemie, fyzikální vlastnosti a aplikace. CRC Press, Boca Raton.
4. Gardner, TS 1943. Problém tvorby uhlovodíků v přírodě. Journal of Organic Chemistry, 8, 111-120.
5. Jalbout, AF 2008. Prebiotická syntéza jednoduchých cukrů interstelární formózovou reakcí. Počátky života a vývoj biosféry, 38, 489–497.
6. Kim, H.-J., a kol. 2011. Syntéza uhlohydrátů v prebiotických cyklech vedených minerály. Journal of American Chemical Society, 133, 9457–9468.
7. Lambert, JB, Gurusamy-Thangavelu, SA, Ma, K. 2010. Formatická reakce zprostředkovaná křemičitany: syntéza křemičitanů cukru zdola nahoru. Science, 327, 984-986.
8. Lamour, S., Pallmann, S., Haas, M., Trapp, O. 2019. Tvorba prebiotického cukru za nevodných podmínek a mechanochemické zrychlení. Life 2019, 9, 52; doi: 10,3390 / život9020052.
9. Linek, K., Fedoroňko, M. 1972. Interkonverze D-tetros v pyridinu. Carbohydrate Research, 21, 326-330.
10. Nelson, DL, Cox, MM 2017. Lehningerovy principy biochemie. WH Freeman, New York.
11. Pizzarello, S., Shock, E. 2010. Organické složení uhlíkatých meteoritů: evoluční příběh před biochemií. Perspektivy Cold Spring Harbor v biologii, 2010; 2: a002105.
12. Pizzarello, S., Weber, AL 2010. Stereoselektivní syntéza pentózových cukrů za realistických prebiotických podmínek. Počátky života a vývoj biosféry, 40, 3–10.
13. Sinnott, ML 2007. Struktura a mechanismus uhlohydrátové chemie a biochemie. Královská společnost chemie, Cambridge.
14. Stick, RV, Williams, SJ 2009. Sacharidy: základní molekuly života. Elsevier, Amsterdam.
15. Tomasik, P. 2004. Chemické a funkční vlastnosti potravinářských sacharidů. CRC Press, Boca Raton.
16. Voet, D., Voet, JG, Pratt, CW 2008. Základy biochemie - život na molekulární úrovni. Wiley, Hoboken.
17. Nelson, DL, Cox, MM 2017. Lehningerovy principy biochemie. WH Freeman, New York.
18. Pizzarello, S., Weber, AL 2004. Prebiotické aminokyseliny jako asymetrické katalyzátory. Science, 3003, 1151.
19. Sinnott, ML 2007. Struktura a mechanismus uhlohydrátové chemie a biochemie. Královská společnost chemie, Cambridge.
20. Stick, RV, Williams, SJ 2009. Sacharidy: základní molekuly života. Elsevier, Amsterdam.