TETROSEN: EIGENSCHAFTEN, ERYTHROSE, SYNTHESE, DERIVATE - BIOLOGIE - 2024

Die Tetrosen sind Monosaccharide vier Kohlenstoffatomen, mit der empirischen Formel C ₄ H ₈ O ₄ . Es gibt zwei Arten von Tetrosen: Aldosen (sie haben eine terminale Aldehydgruppe, Kohlenstoff 1 oder C-1) und Ketosen (sie haben eine Ketongruppe an Kohlenstoff 2, C-2).

Tetrosen wurden nicht als natürliche Produkte gefunden, aber es ist möglich, sie in ihrer reduzierten Form zu finden, wie Erythrit, das ein Tetrahydroxyalkohol ist. In Flechten wird Erythrit durch Decarboxylierung von D-Arabonsäure synthetisiert.

Quelle: Ed (Edgar181)

Treosen sind kein struktureller Bestandteil von Lebewesen. Treosen wie Erythrose finden sich jedoch in Stoffwechselwegen.

Eigenschaften

In Aldotetrosen gibt es zwei chirale Kohlenstoffatome, C-2 und C-3, und Kohlenstoff 6 (C-6). Während in Ketotetrose nur ein chirales Kohlenstoffatom vorhanden ist, Kohlenstoff 3 (C-3).

Zucker wie Tetrose mit der D-Konfiguration sind häufiger als Zucker mit der L-Konfiguration.

Es gibt zwei Aldotetrose mit der D-Konfiguration (D-Erythrose und D-Treose) und eine Ketotetrose mit der D-Konfiguration (D-Erythrulose).

Fischer-Projektionen werden gemacht, indem das Molekül in einer verdeckten Konformation mit einer Aldehydgruppe darüber orientiert wird. Die vier Kohlenstoffatome definieren die Hauptkette der Projektion, die vertikal angeordnet ist. Die horizontalen Verbindungen zeigen nach außen und die vertikalen Verbindungen zeigen nach hinten.

Im Gegensatz zu Monosacchariden mit fünf oder mehr Kohlenstoffen, die intramolekulare Reaktionen unter Bildung von Halbacetalen und Hemicetalen eingehen, können Tetrosen keine cyclischen Strukturen bilden.

Erythrose im Stoffwechsel

Erythrose ist die einzige Tetrose, die im Stoffwechsel vieler Organismen vorkommt. Die Stoffwechselwege, in denen es gefunden wird, sind:

- Pentosephosphatweg

- Calvin-Zyklus

- Wege der Biosynthese essentieller und aromatischer Aminosäuren.

An all diesen Stoffwechselwegen ist Erythrose als Phosphatester, Erythrose-4-phosphat, beteiligt. Die Rolle von Erythrose-4-phosphat auf diesen Wegen wird nachstehend beschrieben.

Erythrose im Pentosephosphatweg und im Calvin-Zyklus

Beide Stoffwechselwege haben die Biosynthese von Erythrose-4-phosphat unter Beteiligung von Transketolase- und Transaldolase-Enzymen gemeinsam.

Beide Enzyme katalysieren die Übertragung eines kleinen Kohlenstofffragments von einer Donorketose auf eine Akzeptoralde, um eine neue kürzerkettige Aldose und eine längerkettige Ketose herzustellen.

Auf dem Pentosephosphatweg erfolgt die Erythrose-4-phosphat-Biosynthese aus zwei Substraten, Sedoheptulose-7-phosphat, einer Ketoheptose und Glycerinaldehyd-3-phosphat, einer Aldotriose, die in Erythrose-4- umgewandelt werden Phosphat, eine Aldotetrose, und Fructose-6-phosphat, eine Ketohexose, durch Katalyse einer Transaldolase.

Im Calvin-Zyklus erfolgt die Erythrose-4-phosphat-Biosynthese aus zwei Substraten, Fructose-6-phosphat, einer Ketohexose und Glycerinaldehyd-3-phosphat sowie einer Aldotriose. Diese werden durch Katalyse einer Transketolase in Erythrose-4-phosphat, eine Aldotetrose, und Xylulose-5-phosphat, eine Ketopentose, umgewandelt.

Die Biosynthese von Erythrose-4-phosphat im Pentosephosphatweg zielt auf die Biosynthese von Glycerinaldehyd-3-phosphat und Fructose-6-phosphat ab, die über den glukoneogenen Weg und den Pentosephosphatweg fortgesetzt werden kann. Die Biosynthese von Erythrose-4-phosphat im Calvin-Zyklus ermöglicht den Ersatz von Ribulose-1,5-bisphosphat, um den Zyklus mit der Fixierung von CO ₂ neu zu starten .

Erythrose: Biosynthese essentieller und aromatischer Aminosäuren

In Bakterien, Pilzen und Pflanzen beginnt die Biosynthese der aromatischen Aminosäuren Phenylalanin, Tyrosin und Tryptophan mit den Vorläufern Phosphoenolpyruvat und Erythrose-4-phosphat. Diese Vorläufer werden zuerst in Shikimat und dann in Chorismat umgewandelt, eine siebenstufige Sequenz, die durch Enzyme katalysiert wird.

Vom Korismat gibt es eine Gabelung. Ein Weg gipfelt einerseits in der Tryptophan-Biosynthese, andererseits produziert Chorismat Tyrosin und Phenylalanin.

Da die Biosynthese aromatischer Aminosäuren nur in Pflanzen und Mikroorganismen stattfindet, werden Herbizide wie Glyphosat, der Wirkstoff in RoundUp, auf diesen Weg abzielen. Letzteres ist ein kommerzielles Produkt von Monsanto, das derzeit im Besitz der Firma Bayer ist.

Glyphosat ist ein kompetitiver Inhibitor in Bezug auf Phosphoenolpyruvat bei der Reaktion von 5-Enolpyruvylshikimat-3-phosphatsynthase (EPSP).

Erythrit ist ein Derivat der Erythrose

Erythrit ist die reduzierte Form von Erythrose und teilt funktionelle Eigenschaften mit anderen Polyolen, wie relative Stabilität in sauren und alkalischen Umgebungen, hohe Wärmestabilität, ein Geschmack ähnlich wie Saccharose (kalorienarm), ohne krebserzeugendes Potenzial, unter anderem.

Erythrit kann schädliche Bakterien unterdrücken und Zahnbelag reduzieren. Im Gegensatz zu anderen Polyolen, einschließlich Sorbit und Xylit, wird Erythrit schnell aus dem Dünndarm resorbiert, nicht metabolisiert und im Urin ausgeschieden. Häufiger Konsum von Erythrit reduziert das Auftreten von Karies und stellt die Zahnoberfläche wieder her.

Studien zu Erythrit, Xylit und Sorbit zeigten, dass sich diese Zucker in ihrer Wirksamkeit gegen Hohlräume unterscheiden. Xylit und Sorbit sind weniger wirksam bei der Verhinderung von Karies und Parodontitis.

Präbiotische Synthese von Tetrosen

Die Synthese von Monosacchariden in der präbiotischen Welt muss eine wesentliche Rolle bei der Entstehung des Lebens gespielt haben, da diese Verbindungen Energiequellen und Bestandteile anderer Biomoleküle sind.

Formaldehyd (CH ₂ = O), das einfachste Kohlenhydrat, gehört zu den am häufigsten vorkommenden ~ 140 bekannten interstellaren Molekülen. In der Atmosphäre der primitiven Erde wurde es durch die Einwirkung von ionisierender Strahlung, UV-Licht und elektrischen Entladungen auf Methan-, Ammoniak- und Wassermoleküle erzeugt.

Formaldehyd wäre aus der Atmosphäre ausgefallen und hätte sich mit heißen Wasserströmen (60–80 ° C) verbunden, die die Gesteine ​​der Erde erodiert und Calciumionen transportiert hätten.

Diese Ionen hätten eine Reaktion katalysiert, die ein Formaldehydmolekül und ein protoniertes Formaldehydmolekül (CH ₂ = OH ⁺ ) in ein protoniertes Glykolaldehydmolekül (HOCH2CH = OH ⁺ ) umwandelt .

Der protonierte Glykolaldehyd hätte mit dem Formaldehyd unter Bildung von Trios ⁺ interagiert, das erneut mit dem Formaldehyd unter Bildung von Tetrosen ⁺ interagiert hätte . Die Wiederholung dieser Autokatalyse hätte Monosaccharide mit einer höheren Kohlenstoffzahl erzeugt.

Die Chiralitäten von Tetrosen und anderen Monosacchariden könnten die Chiralitäten der im wässrigen Medium vorhandenen Aminosäuren widerspiegeln, die auch als Katalysatoren für die Bildung von Monosacchariden gewirkt hätten.

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