TETROSER: EGENSKABER, ERYTHROSE, SYNTESE, DERIVATER - BIOLOGI - 2025

De tetroser er monosaccharider fire carbonatomer, med den empiriske formel C ₄ H ₈ O ₄. Der er to typer tetroser: aldoser (de har en terminal aldehydgruppe, carbon 1 eller C-1) og ketoser (de har en ketonogruppe ved carbon 2, C-2).

Tetrosser er ikke fundet som naturlige produkter, men det er muligt at finde dem i deres reducerede form, såsom erythritol, som er en tetrahydroxyalkohol. I lavarter syntetiseres erythritol ved dekarboxylering af D-arabonsyre.

Kilde: Ed (Edgar181)

Treoser er ikke en strukturel del af levende væsener. Treoser, såsom erythrose, findes dog i metabolske veje.

egenskaber

I aldotetroser er der to chirale carbonatomer, C-2 og C-3 og carbon 6 (C-6). Mens der i ketotetrose findes kun et chiralt carbonatom, carbon 3 (C-3).

Sukkerarter, såsom tetrose, med D-konfigurationen er mere rigelige end sukkerarter med L-konfigurationen.

Der er to aldotetrose med D-konfigurationen (D-erythrose og D-treose), og en ketotetrose med D-konfigurationen (D-erythrulose).

Fischerfremskrivninger laves ved at orientere molekylet i en formålsformet konformation med en aldehydgruppe ovenfor. De fire carbonatomer definerer projektionens hovedkæde, der er arrangeret lodret. De vandrette links peger udad og de lodrette links tilbage.

I modsætning til monosaccharider, der har fem eller flere kulhydrater, som gennemgår intramolekylære reaktioner for at danne hæmiacetaler og hæmicetaler, kan tetroser ikke danne cykliske strukturer.

Erythrose i stofskiftet

Erythrose er den eneste tetrose, der findes i metabolismen af ​​mange organismer. De metaboliske veje, hvori den findes, er:

- Pentose-fosfatvej

- Calvin cyklus

- Biosynteses veje til essentielle og aromatiske aminosyrer.

I alle disse metabolske veje deltager erythrose som en phosphatester, erythrose 4-phosphat. Rollen af ​​erythrose 4-phosphat i disse veje er beskrevet nedenfor.

Erythrose i pentosefosfatvej og i Calvin-cyklus

Begge metabolske veje har fælles biosyntesen af ​​erythrose 4-phosphat med deltagelse af transketolase og transaldolase enzymer.

Begge enzymer katalyserer overførslen af ​​et lille carbonfragment fra en donorketose til en acceptor aldose for at frembringe en ny kortere aldose og en ketose med længere kæde.

I pentosefosfatvejen forekommer erythrose-4-phosphat-biosyntese fra to underlag, sedoheptulose 7-phosphat, en ketoheptose og glyceraldehyd 3-phosphat, en aldotriose, der omdannes til erythrose 4- phosphat, en aldotetrose og fruktose 6-phosphat, en ketohexose, ved katalyse af en transaldolase.

I Calvin-cyklus forekommer erythrose-4-phosphat-biosyntese fra to substrater, fructose 6-phosphat, en ketohexose og glyceraldehyd 3-phosphat såvel som en aldotriose. Disse omdannes til erythrose 4-phosphat, en aldotetrose og xylulose 5-phosphat, en ketopentose, ved katalyse af en transketolase.

Biosyntesen af ​​erythrose 4-phosphat i pentosefosfatbanen er rettet mod biosyntesen af ​​glyceraldehyd 3-phosphat og fructose 6-phosphat, som kan fortsætte gennem den glukoneogene vej og pentosefosfatbanen. Biosyntesen af ​​erythrose 4-phosphat i Calvin-cyklus tillader erstatning af ribulose 1,5-bisphosphat for at genstarte cyklussen med fikseringen af ​​CO ₂.

Erythrose: biosyntese af essentielle og aromatiske aminosyrer

Hos bakterier, svampe og planter begynder biosyntesen af ​​de aromatiske aminosyrer, phenylalanin, tyrosin og tryptophan med forstadierne phosphoenolpyruvat og erythrose 4-phosphat. Disse forstadier omdannes først til shikimat og derefter til chorismat, en syv-trins sekvens katalyseret af enzymer.

Fra korismatet er der en forgrening. På den ene side kulminerer den ene vej med tryptophan-biosyntese, på den anden side producerer chorismat tyrosin og phenylalanin.

Da aromatisk aminosyrebiosyntese kun forekommer i planter og mikroorganismer, målrettes denne vej af herbicider, såsom glyphosat, som er den aktive ingrediens i RoundUp. Sidstnævnte er et kommercielt produkt af Monsanto, der i øjeblikket ejes af Bayer-selskabet.

Glyphosat er en kompetitiv inhibitor med hensyn til phosphoenolpyruvat ved reaktionen af ​​5-enolpyruvylshikimat 3-phosphatsynthase (EPSP).

Erythritol er et derivat af erythrose

Erythritol er den reducerede form for erythrose og deler funktionelle egenskaber med andre polyoler, såsom relativ stabilitet i sure og basiske miljøer, høj varmestabilitet, en smag, der ligner sucrose (lavt i kalorier), uden kræftfremkaldende potentiale, blandt andre funktioner.

Erythritol er i stand til at undertrykke skadelige bakterier og reducere tandplak. I modsætning til andre polyoler, inklusive sorbitol og xylitol, absorberes erythritol hurtigt fra tyndtarmen, metaboliseres ikke og udskilles i urinen. Hyppigt forbrug af erythritol reducerer forekomsten af ​​tandfald og gendanner tandoverfladen.

Undersøgelser af erythritol, xylitol og sorbitol viste, at disse sukkerarter adskiller sig i deres effektivitet mod hulrum. Xylitol og sorbitol er mindre effektive til at forhindre tandbrydning og periodontal sygdom.

Prebiotisk syntese af tetroser

Syntesen af ​​monosaccharider i den prebiotiske verden må have spillet en vigtig rolle i livets oprindelse, da disse forbindelser er energikilder og komponenter i andre biomolekyler.

Formaldehyd (CH ₂ = O), den simpleste kulhydrat, er blandt de mest talrige af de ~ 140 kendte interstellare molekyler. I atmosfæren på den primitive jord blev den genereret ved virkningen af ​​ioniserende stråling, UV-lys og elektriske udledninger på methan, ammoniak og vandmolekyler.

Formaldehyd ville have udfældet fra atmosfæren og sammenføjet varmt vandstrømme (60–80 ° C), der ville have eroderet jordens klipper og båret calciumioner.

Disse ioner ville have katalyseret en reaktion, der omdanner et molekyle af formaldehyd og et molekyle af protoneret formaldehyd (CH ₂ = OH ⁺) i en af protoneret glycolaldehyd (HOCH2CH = OH ⁺).

Det protonerede glycolaldehyd ville have interageret med formaldehydet til frembringelse af trioser ⁺, hvilket igen ville have interageret med formaldehydet for at producere tetroser ⁺. Gentagelsen af ​​denne autokatalyse ville have produceret monosaccharider med et højere carbonantal.

Kiraliteterne i tetrosser og andre monosaccharider kunne afspejle chiraliteterne af aminosyrer, der er til stede i det vandige medium, hvilket også ville have fungeret som katalysatorer til dannelse af monosaccharider.

Referencer

1. Carey, FA, Giuliano, RM 2016. Organisk kemi. McGraw-Hill, New York.
2. Cui, SW 2005. Madkulhydrater: kemi, fysiske egenskaber og anvendelser. CRC Press, Boca Raton.
3. Cui, SW 2005. Madkulhydrater: kemi, fysiske egenskaber og anvendelser. CRC Press, Boca Raton.
4. Gardner, TS 1943. Problemet med kulhydratdannelse i naturen. Journal of Organic Chemistry, 8, 111-120.
5. Jalbout, AF 2008. Prebiotisk syntese af enkle sukkerarter ved en interstellar formosereaktion. Origins of Life and Evolution of Biosphere, 38, 489–497.
6. Kim, H.-J., et al. 2011. Syntese af kulhydrater i mineralstyrede prebiotiske cyklusser. Journal of the American Chemical Society, 133, 9457–9468.
7. Lambert, JB, Gurusamy-Thangavelu, SA, Ma, K. 2010. Den silikatformidlede formosereaktion: bottom-up-syntese af sukkersilikater. Videnskab, 327, 984-986.
8. Lamour, S., Pallmann, S., Haas, M., Trapp, O. 2019. Prebiotisk sukkerdannelse under ikke-vandige forhold og mekanokemisk acceleration. Livet 2019, 9, 52; doi: 10.3390 / life9020052.
9. Linek, K., Fedoroňko, M. 1972. Interkonvertering af D-tetroserne i pyridin. Carbohydratforskning, 21, 326-330.
10. Nelson, DL, Cox, MM 2017. Lehninger Principles of Biochemistry. WH Freeman, New York.
11. Pizzarello, S., Shock, E. 2010. Den organiske sammensætning af kulstofholdige meteoritter: den evolutionære historie foran biokemi. Cold Spring Harbour Perspectives in Biology, 2010; 2: a002105.
12. Pizzarello, S., Weber, AL 2010. Stereoselektive synteser af pentosesukker under realistiske prebiotiske forhold. Origins of Life and Evolution of Biosphere, 40, 3-10.
13. Sinnott, ML 2007. Carbohydratkemi og biokemisk struktur og mekanisme. Royal Society of Chemistry, Cambridge.
14. Stick, RV, Williams, SJ 2009. Kolhydrater: livets essentielle molekyler. Elsevier, Amsterdam.
15. Tomasik, P. 2004. Kemiske og funktionelle egenskaber ved madsakkarider. CRC Press, Boca Raton.
16. Voet, D., Voet, JG, Pratt, CW 2008. Fundamentals of biochemistry - life on the molecular level. Wiley, Hoboken.
17. Nelson, DL, Cox, MM 2017. Lehninger Principles of Biochemistry. WH Freeman, New York.
18. Pizzarello, S., Weber, AL 2004. Prebiotiske aminosyrer som asymmetriske katalysatorer. Videnskab, 3003, 1151.
19. Sinnott, ML 2007. Carbohydratkemi og biokemisk struktur og mekanisme. Royal Society of Chemistry, Cambridge.
20. Stick, RV, Williams, SJ 2009. Kolhydrater: livets essentielle molekyler. Elsevier, Amsterdam.