469-90-9 / 景天庚酮糖的多種應(yīng)用

背景及概述^[1][2]

景天庚酮糖由LaForge和Hudson在景天科植物Sedum spectabile中發(fā)現(xiàn)是自然界為數(shù)不多的七碳糖，它廣泛存在于植物體內(nèi)并在戊糖磷酸循環(huán)、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(jí)和次級(jí)代謝產(chǎn)物。

制備^[1]

D-景天庚醛糖的制備方法，其包括如下步驟：

1)發(fā)酵生產(chǎn)赤蘚酮糖致活酶EK、赤蘚酮糖磷酸異構(gòu)酶TRI、赤蘚酮糖磷酸異構(gòu)酶 RPI、醛縮酶FSA、景天庚酮糖-7-磷酸異構(gòu)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(wú)機(jī)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(gòu)酶TRI、赤蘚酮糖磷酸異構(gòu)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(gòu)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(yīng)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)。

應(yīng)用^[2]

景天庚酮糖(CAS號(hào)：3019-74-7；PubChem數(shù)據(jù)庫(kù)：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(gè)碳原子和酮官能團(tuán)的單糖。它是在自然界中發(fā)現(xiàn)的少數(shù)庚糖之一。景天庚酮糖可從天然來(lái)源進(jìn)行提取或通過(guò)化學(xué)合成而生產(chǎn)。它可被純化到 高純度(如>60％純度，優(yōu)選>85％純度，更優(yōu)選>90％純度，更優(yōu)選>95％純度，甚 至更優(yōu)選>99％的純度，尤其是>99.9％純度)。

景天庚酮糖，相對(duì)于其磷酸化形式景天庚酮糖-7-磷酸(S7P)，是一種相對(duì)未知代謝物，它被認(rèn)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(bào)道存在于植物中，后續(xù)被鑒定存在于人尿液、血斑點(diǎn)中，最近被報(bào)道存在于小鼠細(xì)胞中。S7P衍生自核糖-5-磷酸(R5P)和木酮糖-5-磷酸(X5P)的轉(zhuǎn)酮酶催化轉(zhuǎn)化。該反應(yīng)發(fā)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(guān)鍵的糖酵解中間體。G3P和S7P也通過(guò)使用果糖-6-磷酸(F6P)和赤蘚 糖-4-磷酸(E4P)作為底物，進(jìn)行轉(zhuǎn)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(guān)鍵中間體，因此有助于細(xì)胞碳通量。最近，從多組數(shù)據(jù)表明，景天庚酮糖激酶還可以通過(guò)景天庚酮糖的直接磷酸化產(chǎn)生S7P(Haschemi等人，Cell Metab.15(2012),813-826)。這一發(fā)現(xiàn)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(xì)胞碳代謝。(Nagy和Haschemi,BiochemSocTrans.2013)。

游離的景天庚酮糖的食物來(lái)源可以是水果和蔬菜，或通過(guò)內(nèi)源產(chǎn)生S7P的去磷酸化而酶促形成的。至今，還沒(méi)有報(bào)道特異性景天庚酮糖轉(zhuǎn)運(yùn)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(méi)食子?；疤旄?7-O-Galloyl- sedoheptulose，GS)、甘露庚酮糖和葡庚糖(glucoheptose)。據(jù)報(bào)道，GS通過(guò)減輕炎癥反應(yīng)從而保護(hù)腎臟糖尿病損傷。甘露庚酮糖(多個(gè)專利申請(qǐng))是景天庚酮糖的異構(gòu) 體并且是在鱷梨中發(fā)現(xiàn)的有效的己糖激酶抑制劑。葡庚糖，盡管該化合物的化學(xué)性質(zhì)仍然不明，但已經(jīng)顯示出可以作為家兔的碳水化合物來(lái)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(lái)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(bào)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(xì)胞直接通向景天庚酮糖以進(jìn)行碳水化合物代謝，類似于己糖激酶和葡萄糖。根據(jù)本發(fā)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(gòu)成其切入點(diǎn)。因此，景天庚酮糖可以令人驚奇地與葡萄糖和果糖相當(dāng)，因?yàn)檫@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(diào)節(jié)；事實(shí)上，景天庚酮糖通過(guò)提供獨(dú)立地來(lái)自葡萄糖的S7P供應(yīng)從而指示代謝通量。增加CARKL表達(dá)的小鼠巨噬細(xì)胞系(因此，也增加 景天庚酮糖消費(fèi))導(dǎo)致G3P、X5P和R5P穩(wěn)態(tài)水平下降，而CARKL下降呈現(xiàn)出相反的效果。值得注意的是，基本景天庚酮糖水平?jīng)]有由于CARKL擾動(dòng)而改變。S7P水平?jīng)]有通過(guò)過(guò)度表達(dá)而改變，但由CARKL損失發(fā)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(diào)節(jié)可能是這樣的機(jī)制，通過(guò)該機(jī)制，CARKL或過(guò)量的景天庚酮糖調(diào)節(jié)細(xì)胞代謝。

主要參考資料

[1] CN201810015731.1 固定化酶級(jí)聯(lián)反應(yīng)制備景天庚酮糖及醛糖

[2] [中國(guó)發(fā)明] CN201480028500.4 景天庚酮糖作為營(yíng)養(yǎng)補(bǔ)給物的應(yīng)用