Heptoses: características, importância biológica, síntese - Ciência - 2023

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As heptose são monossacarídeos que possuem sete carbonos e cuja fórmula empírica é C₇H₁₄OU₇. Esses açúcares, como outros monossacarídeos, são poli-hidroxilados e podem ser: aldoheptoses, que possuem função aldeído no carbono um, ou cetoheptoses, que possuem um grupo cetona no carbono 2.

As heptoses são sintetizadas em vias metabólicas, como o ciclo de Calvin da fotossíntese e a fase não oxidativa da via das pentoses fosfato. Eles são constituintes de lipo-polissacarídeos (LPS) na parede celular de bactérias Gram-negativas, como Escherichia coli, Klebsiella sp., Neisseria sp., Proteus sp., Pseudomonas sp., Salmonella sp., Shigella sp., e Vibrio sp.

Caracteristicas

Heptoses, semelhantes às hexoses, existem predominantemente em sua forma cíclica. As aldoheptoses têm cinco carbonos assimétricos e dão um ciclo para formar uma piranose. Em contraste, as cetoheptoses possuem quatro carbonos assimétricos, onde também formam piranoses.

Uma cetoheptose natural muito comum em organismos vivos é a sedoheptulose. Este açúcar é importante na formação de açúcares hexose na fotossíntese e metabolismo de carboidratos em animais.

Quando a sedoheptulose é aquecida em ácido mineral diluído, ela forma uma mistura mineral de equilíbrio, onde 80% é cristalizado como 2,7-anidro.β-D-altro-heptulopiranose e 20% é sedoheptulose.

A determinação química das heptoses é feita com ácido sulfúrico e cisteína, difenilamina e floroglucinol. Sob certas condições, é possível diferenciar a heptose de outros açúcares. Pode até diferenciar entre aldoheptoses e cetoheptoses.

Muitas aldoheptoses têm a configuração glicero-D-mannoheptose. A heptose, junto com o ácido ceto-açúcar de oito carbonos (ácido 3-desoxi-D-manno-2-octulosônico, um açúcar Kdo), são componentes estruturais do LPS, na membrana externa da bicamada lipídica das bactérias .

O LPS pode ser extraído usando uma mistura de fenol a 45% em água. Em seguida, as heptoses e açúcares KDO podem ser identificados por técnicas colorimétricas e cromatográficas.

Importância biológica das heptoses

Na fotossíntese e na via da pentose fosfato

No estroma do cloroplasto estão as enzimas que convertem a triose fosfato, gliceraldeído-3-fosfato e dihidroxiacetona fosfato, produzidos pela assimilação de CO₂, em amido. A formação da triose fosfato e a recuperação dos carbonos, para reiniciar a fixação do CO₂, constituem duas etapas do ciclo de Calvin.

Durante o estágio de recuperação de carbono, a enzima aldolase é responsável por converter eritrose 4-fosfato (um metabólito de quatro carbonos (E4P)) e fosfato de diidroxicetona (um metabólito de três carbonos) em sedoheptulose 1,7-bifosfato .

Esta cetoheptose é transformada por várias etapas, catalisada enzimaticamente, em ribulose 1,5-bifosfato.

Ribulose 1,5-bisfosfato é o metabólito inicial do ciclo de Calvin. Além disso, a biossíntese de sedoheptulose 7-fosfato (S7P) ocorre na via da pentose fosfato, que é uma via presente em todos os organismos vivos. Nesse caso, a ação de uma transcetolase transforma duas pentose fosfato em S7P e gliceraldeído-3-fosfato (GAP).

Então, por meio de duas etapas catalisadas por uma transaldolase e uma transcetolase, S7P e GAP são transformados em frutose-6-fosfato e GAP. Ambos são metabólitos da glicólise.

Em lipo-polissacarídeos (LPS)de bactérias

Heptoses estão presentes em lipopolissacarídeos e polissacarídeos da cápsula da bactéria. O motivo estrutural do LPS em enterobactérias consiste no lipídeo A, que consiste em um dímero de 2-amino-2-desoxi-D-glicose ligado por ligação β- (1®6). Possui dois ésteres de fosfato e grupos de ácidos graxos de cadeia longa.

O lipídio A está ligado a uma região central por uma ponte de três açúcares Kdo e ácido cetodesoxioctulosônico, ligados por ligações glicosídicas (2®7). Esta região está ligada à heptose L-glicero-D-mannoheptose, com configuração alfa anomérica. Existe uma região O-antigênica.

Este motivo estrutural está presente em bactérias Gram negativas, como Escherichia coli, Klebsiella sp., Yersinia sp., Pseudomonas sp., Salmonella sp., bem como outras bactérias patogênicas.

Existem variantes de heptose que incluem diferentes configurações do estereocentro das piranoses em oligossacarídeos, bem como cadeias laterais em polissacarídeos. D-glicero-D-mano-heptopiranosil está presente em Yersinia enterocolitica, Coxiella Burnetti, Mannheimia haemolitica, Aeromonas hydrophila Y Vibrio salmonicida.

Heptose D-glicero-D-mano-heptose estão presentes como unidades da cadeia lateral na região externa do LPS de cepas de Proteus Y Haemophilus influenzae; e como cadeias laterais oligoméricas curtas ligadas por α- (1®3) ou α- (1®2), ligado ao motivo estrutural LPS de Klebsiella pneumonie.

Em tensões de Vibrio cholerae, a região O-antigênica possui D-glicero-D-mano-heptose com ambas as configurações anoméricas (alfa e beta).

Nas glicoproteínas de bactérias

Suas camadas superficiais (camadas S) são compostas por subunidades de proteínas idênticas, que as cobrem em uma organização bidimensional. Eles são encontrados em bactérias Gram-positivas e Gram-negativas e arqueobactérias. As proteínas nesta camada têm glicopeptídeos que são alongados por cadeias de polissacarídeos.

As glicoproteínas de Aneurinibacillus thermoaerophilus, uma bactéria gram positiva, possui unidades repetidas de dissacarídeos ®3) -Dglicero-β-D-hand-Hepp- (1®4) -α-L-Rhap- (1® na camada S.

Uma das funções das glicoproteínas é a adesão. Por exemplo, existe uma glicoproteína que mede a adesão como uma proteína autotransportadora (AIDA-I) em cepas de E. coli. A biossíntese de glicoproteínas ocorre por glicosil transferases, como a heptosil transferase, que requer ADP glicero-mano-heptose.

Síntese

A síntese química e a combinação de métodos químicos e enzimáticos da heptose fosfato ativada e do nucleotídeo da heptose tornaram possível elucidar as vias metabólicas que os microrganismos utilizam para produzir essas substâncias.

Muitos métodos de síntese preparam mano-heptose 6-epimérica para sintetizar L-glicero-D-mano-heptose. Esses métodos são baseados no alongamento da cadeia do carbono anomérico, ou grupo aldeído, usando reagentes de Grignard. As glicosilações são realizadas na presença de grupos de proteção acila.

Desta forma, há controle estéreo preservando a configuração α-anomérico. Os tioglicosídeos anoméricos e os derivados de tricloroacetimidato atuam como doadores do grupo heptosil. Os procedimentos mais novos envolvem a formação seletiva de β-heptosídeos e derivados de 6-desoxi-heptosídeo.

A biossíntese de nucleotídeo de heptose ativada começa a partir da sedoheptulose 7-fosfato, que é convertida em D-glicero-D-mano-heptose 7-fosfato. Foi proposta uma fosfomutase para formar o heptosil fosfato anomérico. Então, uma heptosil transferase catalisa a formação de ADP D-glicero-D-mano-heptose.

Finalmente, uma epimerase altera a configuração de ADP D-glicero-D-manno-heptose para ADP L-glicero-D-manno-heptose.

Além disso, estudos químicos têm sido realizados para descobrir os mecanismos pelos quais essas enzimas realizam a catálise. Por exemplo, eles usam benzil manopiranosídeo benzilado, que é oxidado para dar o derivado manourônico.

O tratamento com ácido clorídrico transforma o derivado manourônico em diazocetona. O tratamento com diazobenzil fosfórico produz uma mistura de L-glicero-7-fosfato e D-glicero-7-fosfato.

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