HEPTOSES: CARACTERÍSTICAS, IMPORTÂNCIA BIOLÓGICA, SÍNTESE - BIOLOGIA - 2025

Os heptoses são monossacarídeos tendo sete átomos de carbono e com a fórmula empírica C ₇ H ₁₄ O ₇. 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.

Fonte: Fvasconcellos

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 de minerais 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-mano-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. Então, as heptoses e açúcares KDO podem ser identificados por técnicas colorimétricas e cromatográficas.

Importância biológica das hepatoses

Na fotossíntese e na via da pentose fosfato

As enzimas que convertem o fosfato triose, o gliceraldeído-3-fosfato e o fosfato de diidroxiacetona, produzidos pela assimilação do CO ₂, em amido são encontradas no estroma do cloroplasto. A formação da triose fosfato e a recuperação dos carbonos, para recomeçar a fixação do CO ₂, 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 ceto-heptosse é transformada por várias etapas, catalisada enzimaticamente, em ribulose 1,5-bifosfato.

Ribulose 1,5-bifosfato é o metabólito inicial do ciclo de Calvin. Por outro lado, a biossíntese da 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 fosfato pentose 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)

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

O lipídeo 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 às L-glicero-D-mannoheptose heptose, 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 da heptose que incluem diferentes configurações do estereocentro das piranoses nos oligossacarídeos, bem como das cadeias laterais nos polissacarídeos. O D-glicero-D-mano-heptopiranosil está presente em Yersinia enterocolitica, Coxiella burnetti, Mannheimia haemolitica, Aeromonas hydrophila e Vibrio salmonicida.

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

Em cepas 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 e arqueobactérias Gram-positivas e Gram-negativas. As proteínas nesta camada possuem glicopeptídeos que são alongados por cadeias de polissacarídeos.

As glicoproteínas de Aneurinibacillus thermoaerophilus, uma bactéria gram-positiva, possuem unidades repetidas de dissacarídeos ®3) -Dglicero- β-D-mano-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 de heptose-fosfato ativada e heptose-nucleotídeo têm permitido 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 de acila.

Desta forma, existe o estereocontrole preservando a configuração α-anomérica. Os tioglicosídeos anoméricos e os derivados de tricloroacetimidato atuam como doadores do grupo heptosil. Os procedimentos mais recentes envolvem a formação seletiva de derivados de β-heptosídeos e 6-desoxi-heptosídeos.

A biossíntese de nucleotídeos 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 heptosil fosfato anomérico. Em seguida, 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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