stringtranslate.com

Манноза

Манноза — мономер сахара альдогексозного ряда углеводов . Это эпимер C-2 глюкозы . Манноза важна для метаболизма человека , особенно для гликозилирования некоторых белков . Несколько врожденных нарушений гликозилирования связаны с мутациями ферментов, участвующих в метаболизме маннозы. [1]

Манноза не является незаменимым питательным веществом ; она может вырабатываться в организме человека из глюкозы или преобразовываться в глюкозу. Манноза обеспечивает 2–5  ккал /г. Частично она выводится с мочой .

Этимология

Корень как «маннозы», так и « маннитола » — манна , которую Библия описывает как пищу, поставляемую израильтянам во время их путешествия в районе Синая . Несколько деревьев и кустарников могут производить вещество, называемое манной, например, «манновое дерево» ( Fraxinus ornus ), из выделений которого изначально был выделен маннит. [ требуется цитата ]

Структура

Манноза обычно существует в виде двух колец разного размера, пиранозной (шестичленной) формы и фуранозной (пятичленной) формы. Каждое замыкание кольца может иметь либо альфа-, либо бета-конфигурацию в аномерном положении. Химическое вещество быстро подвергается изомеризации между этими четырьмя формами. [ необходима цитата ]

Метаболизм

Метаболизм маннозы у человека

Хотя считается, что большая часть маннозы, используемой при гликозилировании, получена из глюкозы, в культивируемых клетках гепатомы (раковых клетках печени) большая часть маннозы для биосинтеза гликопротеинов поступает из внеклеточной маннозы, а не из глюкозы. [3] Многие из гликопротеинов, вырабатываемых в печени, секретируются в кровоток, поэтому пищевая манноза распределяется по всему организму. [4]

Манноза присутствует в многочисленных гликоконъюгатах, включая N- связанное гликозилирование белков. C -маннозилирование также распространено и может быть обнаружено в коллагеноподобных областях. [ необходима цитата ]

Переваривание многих полисахаридов и гликопротеинов дает маннозу, которая фосфорилируется гексокиназой с образованием маннозо-6-фосфата . Маннозо-6-фосфат преобразуется во фруктозо-6-фосфат ферментом фосфоманнозоизомеразой , а затем поступает в гликолитический путь или преобразуется в глюкозо-6-фосфат глюконеогенным путем гепатоцитов . [ требуется ссылка ]

Манноза является доминирующим моносахаридом в N -связанном гликозилировании, которое является посттрансляционной модификацией белков. Она инициируется переносом en bloc на Glc 3 Man 9 GlcNAc 2 к зарождающимся гликопротеинам в эндоплазматическом ретикулуме (ЭР) котрансляционным образом, когда белок поступает через транспортную систему. Глюкоза гидролизуется на полностью свернутом белке, а маннозные фрагменты гидролизуются маннозидазами , находящимися в ЭР и Гольджи . Обычно зрелые человеческие гликопротеины содержат только три остатка маннозы, скрытых под последовательной модификацией GlcNAc, галактозой и сиаловой кислотой . Это важно, поскольку врожденная иммунная система млекопитающих направлена ​​на распознавание открытых остатков маннозы. Эта активность обусловлена ​​преобладанием остатков маннозы в форме маннанов на поверхности дрожжей. Вирус иммунодефицита человека демонстрирует значительное количество остатков маннозы из-за плотной кластеризации гликанов в его вирусном шипе . [5] [6] Эти остатки маннозы являются мишенью для широко нейтрализующих антител . [7]

Биотехнология

Рекомбинантные белки, полученные в дрожжах, могут подвергаться добавлению маннозы по схемам, отличным от тех, которые используются клетками млекопитающих. [8] Это отличие рекомбинантных белков от тех, которые обычно производятся в организмах млекопитающих, может влиять на эффективность вакцин. [ необходима цитата ]

Формирование

Манноза может быть образована путем окисления маннита . [ необходима ссылка ]

Он также может быть образован из глюкозы в ходе превращения Лобри де Брюйна–ван Экенштейна . [ необходима ссылка ]

Использует

Манноза ( D -манноза) используется в качестве пищевой добавки для профилактики рецидивирующих инфекций мочевыводящих путей (ИМП). [9] [10] По состоянию на 2022 год один обзор показал, что прием маннозы был столь же эффективен, как и антибиотики для профилактики ИМП, [9] в то время как другой обзор показал, что качество клинических испытаний было слишком низким, чтобы сделать какие-либо выводы об использовании D -маннозы для профилактики или лечения ИМП. [10] В 2024 году рандомизированное клиническое испытание среди 598 женщин с рецидивирующей ИМП, набранных в учреждениях первичной медико-санитарной помощи, показало, что доля случаев ИМП, требующих медицинского вмешательства, составила 51,0% среди тех, кто принимал ежедневно D -маннозу в течение 6 месяцев, и 55,7% среди тех, кто принимал плацебо, что позволило сделать вывод о том, что D -маннозу не следует рекомендовать для предотвращения будущих эпизодов ИМП, требующих медицинского вмешательства, у женщин с рецидивирующей ИМП, получающих первичной медико-санитарной помощи. [11]

Конфигурация

Манноза отличается от глюкозы инверсией хирального центра C-2 . Манноза демонстрирует складку в форме кольца раствора. Это простое изменение приводит к радикально отличающейся биохимии двух гексоз . Это изменение оказывает такое же влияние и на другие альдогексозы . [ необходима цитата ]

Маннозная PTS пермеаза

Комплекс пермеазы маннозы XYZ: проникновение PEP, который отдает высокоэнергетический фосфат, который проходит через транспортную систему и в конечном итоге способствует проникновению маннозы (в данном примере, в противном случае это был бы любой гексозный сахар), что приводит к образованию маннозо-6-фосфата.
Видеоиллюстрация комплекса переносчика сахара MANXYZ, переносящего высокоэнергетический фосфат для PEP к другим субъединицам комплекса

Система PEP-зависимой фосфотрансферазы, транспортирующей сахар, транспортирует и одновременно фосфорилирует свои сахарные субстраты. Пермеаза маннозы XYZ является членом этого семейства, причем этот особый метод используется бактериями для поглощения сахара, в частности экзогенных гексоз в случае маннозы XYZ, для высвобождения фосфатных эфиров в цитоплазму клетки в рамках подготовки к метаболизму, в первую очередь, через путь гликолиза. [12] Транспортерный комплекс MANXYZ также участвует в инфицировании E. coli бактериофагом лямбда , причем субъединиц ManY и ManZ достаточно для надлежащей инфекции фагом лямбда. [13] MANXYZ обладает четырьмя доменами в трех полипептидных цепях; ManX, ManY и ManZ. Субъединица ManX образует гомодимер , который локализован на цитоплазматической стороне мембраны. ManX содержит два домена IIA и IIB, связанных шарнирным пептидом, при этом каждый домен содержит сайт фосфорилирования, и перенос фосфорила происходит между обеими субъединицами. [14] ManX может быть связан с мембраной или нет. [13] Субъединицы ManY и ManNZ представляют собой гидрофобные интегральные мембранные белки с шестью и одним трансмембранным альфа-спиральным стержнем(ами). [15] [16] [17] Фосфорильная группа PEP переносится на импортируемый сахар через фермент 1, переносчик фосфата белка гистидина, а затем на субъединицы ManX, ManY и ManZ транспортного комплекса ManXYZ, который фосфорилирует входящий гексозный сахар, создавая гексозо-6-фосфат. [ необходима цитата ]

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ Freeze, HH; Sharma, V. (2010). «Метаболическая манипуляция нарушениями гликозилирования у людей и животных моделей». Семинары по клеточной и эволюционной биологии . 21 (6): 655–662. doi :10.1016/j.semcdb.2010.03.011. PMC  2917643. PMID  20363348 .
  2. ^ Witczak, Zbigniew J. (2001). "Моносахариды. Свойства". В Fraser-Reid, Bertram O.; Tatsuta, Kuniaki; Thiem, Joachim (ред.). Glycoscience. Химия и химическая биология I–III . Springer. стр. 887. doi :10.1007/978-3-642-56874-9. ISBN 978-3-642-56874-9.
  3. ^ Alton, G.; Hasilik, M.; Niehues, R.; Panneerselvam, K.; Etchison, JR; Fana, F.; Freeze, HH (1998). «Прямое использование маннозы для биосинтеза гликопротеинов млекопитающих». Glycobiology . 8 (3): 285–295. doi : 10.1093/glycob/8.3.285 . PMID  9451038.
  4. ^ Davis, JA; Freeze, HH (2001). «Исследования метаболизма маннозы и эффектов длительного приема маннозы у мышей». Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - General Subjects . 1528 (2–3): 116–126. doi :10.1016/S0304-4165(01)00183-0. PMID  11687298.
  5. ^ Притчард, Лора К.; Спенсер, Дэниел ИР; Ройл, Луиз; Бономелли, Камилла; Сибрайт, Джемма Э.; Беренс, Анна-Янина; Кулп, Дэниел В.; Менис, Сергей; Крумм, Стефани А. (2015-06-24). "Кластеризация гликанов стабилизирует маннозный участок ВИЧ-1 и сохраняет уязвимость к широко нейтрализующим антителам". Nature Communications . 6 : 7479. Bibcode :2015NatCo...6.7479P. doi :10.1038/ncomms8479. PMC 4500839 . PMID  26105115. 
  6. ^ Притчард, Лора К.; Васильевич, Снежана; Озоровски, Габриэль; Сибрайт, Джемма Э.; Купо, Альберт; Ринге, Раджеш; Ким, Хелен Дж.; Сандерс, Роджер В.; Доорес, Кэти Дж. (2015-06-16). «Структурные ограничения определяют гликозилирование тримеров оболочки ВИЧ-1». Cell Reports . 11 (10): 1604–1613. doi :10.1016/j.celrep.2015.05.017. ISSN  2211-1247. PMC 4555872. PMID 26051934  . 
  7. ^ Криспин, Макс; Доорес, Кэти Дж. (2015-04-01). «Нацеливание полученных от хозяина гликанов на оболочечные вирусы для разработки вакцин на основе антител». Current Opinion in Virology . Viral pathogenesis • Preventive and therapeutic vaccines. 11 : 63–69. doi :10.1016/j.coviro.2015.02.002. PMC 4827424 . PMID  25747313. 
  8. ^ Влахопулос, С.; Гритцапис, А.Д.; Перес, С.А.; Какуллос, Н.; Папамихаил, М.; Баксеванис, К.Н. (2009). «Добавление маннозы дрожжами Pichia pastoris к рекомбинантному белку HER-2 ингибирует распознавание моноклональным антителом герцептином». Вакцина . 27 (34): 4704–4708. doi :10.1016/j.vaccine.2009.05.063. PMID  19520203.
  9. ^ ab Lenger, Stacy M.; Bradley, Megan S.; Thomas, Debbie A.; Bertolet, Marnie H.; Lowder, Jerry L.; Sutcliffe, Siobhan (1 августа 2020 г.). «D-манноза против других агентов для профилактики рецидивирующей инфекции мочевыводящих путей у взрослых женщин: систематический обзор и метаанализ». American Journal of Obstetrics and Gynecology . 223 (2): 265.e1–265.e13. doi :10.1016/j.ajog.2020.05.048. PMC 7395894 . PMID  32497610. 
  10. ^ ab Купер, Тесс Э.; Тенг, Кларис; Хауэлл, Мартин; Тейшейра-Пинто, Армандо; Жоре, Эллисон; Вонг, Жермен (30 августа 2022 г.). «D-манноза для профилактики и лечения инфекций мочевыводящих путей». База данных систематических обзоров Кокрейна . 2022 (8): CD013608. doi :10.1002/14651858.CD013608.pub2. PMC 9427198. PMID  36041061 . 
  11. ^ Гейл Хейворд; Сэм Морт; Аластер Д. Хей; и др. (8 апреля 2024 г.). «D-манноза для профилактики рецидивирующей инфекции мочевыводящих путей среди женщин | Рандомизированное клиническое исследование». JAMA Intern. Med . 184 (6): 619–628. doi :10.1001/jamainternmed.2024.0264. PMC 11002776. PMID  38587819 . {{cite journal}}: CS1 maint: дата и год ( ссылка )
  12. ^ Postma, PW; Lengeler, JW; Jacobson, GR (1993). "Фосфоенолпируват: углеводфосфотрансферазные системы бактерий". Microbiological Reviews . 57 (3): 543–594. doi :10.1128/MMBR.57.3.543-594.1993. PMC 372926 . PMID  8246840. 
  13. ^ ab Erni, B.; Zanolari, B. (1985). «Маннозопермеаза бактериальной фосфотрансферазной системы. Клонирование генов и очистка ферментного комплекса IIMan/IIIMan Escherichia coli». Журнал биологической химии . 260 (29): 15495–15503. doi : 10.1016/S0021-9258(17)36282-8 . PMID  2999119.
  14. ^ Эрни, Б.; Занолари, Б.; Графф, П.; Кохер, Х. П. (1989). «Маннозная пермеаза Escherichia coli. Структура домена и функция фосфорилирующей субъединицы». Журнал биологической химии . 264 (31): 18733–18741. doi : 10.1016/S0021-9258(18)51529-5 . PMID  2681202.
  15. ^ Хубер, Ф.; Эрни, Б. (1996). «Мембранная топология транспортера маннозы Escherichia coli K12». Европейский журнал биохимии . 239 (3): 810–817. doi :10.1111/j.1432-1033.1996.0810u.x. PMID  8774730.
  16. ^ Лю, Сюэли; Цзэн, Цзяньвэй; Хуан, Кай; Ван, Цзявэй (2019-06-17). «Структура транспортера маннозы бактериальной фосфотрансферазной системы». Cell Research . 29 (8): 680–682. doi :10.1038/s41422-019-0194-z. ISSN  1748-7838. PMC 6796895 . PMID  31209249. 
  17. ^ Хуан, Кай; Цзэн, Цзяньвэй; Лю, Сюэли; Цзян, Тяньюй; Ван, Цзявэй (2021-04-06). «Структура системы маннозной фосфотрансферазы (man-PTS) в комплексе с микроцином E492, порообразующим бактериоцином». Cell Discovery . 7 (1): 20. doi :10.1038/s41421-021-00253-6. ISSN  2056-5968. PMC 8021565 . PMID  33820910.