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景天庚酮糖由LaForge和Hudson在景天科植物Sedum spectabile中發現是自然界為數不多的七碳糖,它廣泛存在于植物體內并在戊糖磷酸循環、植物光合作用、合成其它糖及生物合成莽草酸和芳香氨中是重要的初級和次級代謝產物。
D-景天庚醛糖的制備方法,其包括如下步驟:
1)發酵生產赤蘚酮糖致活酶EK、赤蘚酮糖磷酸異構酶TRI、赤蘚酮糖磷酸異構酶 RPI、醛縮酶FSA、景天庚酮糖-7-磷酸異構酶SPI、景天庚醛糖-7-磷酸致活酶SPK、景天庚醛 糖-1,7-二磷酸水解酶SPH、無機磷酸水解酶IPH以及ATP再生酶PPK;
2)將步驟1)所得的酶固定化在載體上;
3)以L-赤蘚酮糖和1,3-二羥基丙酮為起始原料,在固定化致活酶EK、固定化異構酶TRI、赤蘚酮糖磷酸異構酶RPI、固定化醛縮酶FSA、固定化ATP再生酶PPK一鍋法制備D-景 天庚酮糖-7-磷酸;分離純化獲得D-景天庚酮糖-7-磷酸;
4)以D-景天庚酮糖-7-磷酸為原料,在固定化異構酶SPI、固定化致活酶SPK、固 定化磷酸水解酶SPH以及固定化ATP再生酶PPK作用下獲得D-景天庚醛糖-7-磷酸;D-景天庚 醛糖-7-磷酸在固定化磷酸水解酶IPH作用下反應獲得D-景天庚醛糖。
圖2為D-景天庚酮糖氫譜1H-NMR,核磁譜圖(20mM D2O溶液Varian Inova 600MHzNMR)。
景天庚酮糖(CAS號:3019-74-7;PubChem數據庫:5459879;ChemSpider: 4573620;MeSH:景天庚酮糖;ChEBI:CHEBI:16802)或正景天庚酮糖(D-altro- heptulose)是庚酮糖-具有七個碳原子和酮官能團的單糖。它是在自然界中發現的少數庚糖之一。景天庚酮糖可從天然來源進行提取或通過化學合成而生產。它可被純化到 高純度(如>60%純度,優選>85%純度,更優選>90%純度,更優選>95%純度,甚 至更優選>99%的純度,尤其是>99.9%純度)。
景天庚酮糖,相對于其磷酸化形式景天庚酮糖-7-磷酸(S7P),是一種相對未知代謝物,它被認為是主要葡萄糖代謝的中間分子。天然存在的景天庚酮糖首先被報道存在于植物中,后續被鑒定存在于人尿液、血斑點中,最近被報道存在于小鼠細胞中。S7P衍生自核糖-5-磷酸(R5P)和木酮糖-5-磷酸(X5P)的轉酮酶催化轉化。該反應發生在戊糖磷酸鹽通路的非氧化臂,并且除了S7P之外,還生成甘油醛-3-磷酸 (G3P),關鍵的糖酵解中間體。G3P和S7P也通過使用果糖-6-磷酸(F6P)和赤蘚 糖-4-磷酸(E4P)作為底物,進行轉醛醇酶而制備得到。因此S7P是非氧化PPP和 S7P生物利用度中的關鍵中間體,因此有助于細胞碳通量。最近,從多組數據表明,景天庚酮糖激酶還可以通過景天庚酮糖的直接磷酸化產生S7P(Haschemi等人,Cell Metab.15(2012),813-826)。這一發現表明意想不到的存在景天庚酮這種額外的碳源,其積極地參與細胞碳代謝。(Nagy和Haschemi,BiochemSocTrans.2013)。
游離的景天庚酮糖的食物來源可以是水果和蔬菜,或通過內源產生S7P的去磷酸化而酶促形成的。至今,還沒有報道特異性景天庚酮糖轉運體提或S7P特異性磷酸鹽。其他生物活性庚糖包括酚類化合物7-O-沒食子酰基景天庚酮糖(7-O-Galloyl- sedoheptulose,GS)、甘露庚酮糖和葡庚糖(glucoheptose)。據報道,GS通過減輕炎癥反應從而保護腎臟糖尿病損傷。甘露庚酮糖(多個專利申請)是景天庚酮糖的異構 體并且是在鱷梨中發現的有效的己糖激酶抑制劑。葡庚糖,盡管該化合物的化學性質仍然不明,但已經顯示出可以作為家兔的碳水化合物來源。景天庚酫聚糖 (sedoheptulosan)是景天庚酮糖的酸酐,也可以作為游離景天庚酮糖的來源。游離的景天庚酮糖可以例如從植物景天中分離得到,并且在先前已報道含有高量的庚糖-碳水化合物。
景天庚酮糖激酶將游離的景天庚酮糖磷酸化,使細胞直接通向景天庚酮糖以進行碳水化合物代謝,類似于己糖激酶和葡萄糖。根據本發明,景天庚酮糖是供給主要碳水化合物分解代謝和合成代謝的直接碳源,其中景天庚酮糖激酶(CARKL)構成其切入點。因此,景天庚酮糖可以令人驚奇地與葡萄糖和果糖相當,因為這些化合物都作為游離碳水化合物和磷酸化形式存在。
景天庚酮糖代謝參與代謝調節;事實上,景天庚酮糖通過提供獨立地來自葡萄糖的S7P供應從而指示代謝通量。增加CARKL表達的小鼠巨噬細胞系(因此,也增加 景天庚酮糖消費)導致G3P、X5P和R5P穩態水平下降,而CARKL下降呈現出相反的效果。值得注意的是,基本景天庚酮糖水平沒有由于CARKL擾動而改變。S7P水平沒有通過過度表達而改變,但由CARKL損失發生了顯著下降,表明景天庚酮糖磷酸化作為糖酵解衍生G3P分布的限速因素。因此,S7P可用性的調節可能是這樣的機制,通過該機制,CARKL或過量的景天庚酮糖調節細胞代謝。
[1] CN201810015731.1 固定化酶級聯反應制備景天庚酮糖及醛糖
[2] [中國發明] CN201480028500.4 景天庚酮糖作為營養補給物的應用