Введение

Манноза — моносахарид, относящийся к ряду альдогексоз. Это C2-эпимер глюкозы. Манноза играет важную роль в метаболизме человека, особенно в гликозилировании определенных белков. Ряд врожденных нарушений гликозилирования связаны с мутациями в генах, кодирующих ферменты, участвующие в метаболизме маннозы. Манноза не является незаменимым питательным веществом, поскольку может синтезироваться в организме человека из глюкозы или преобразовываться в глюкозу. Манноза обеспечивает 2–5 ккал/г. Она частично выводится с мочой.

Этимология

И "манноза", и "маннит" имеют корень в слове "манна", которую Библия описывает как пищу, предоставленную израильтянам во время их странствия в области Синая. Некоторые деревья и кустарники способны производить вещество, называемое манной, например, "дерево манны" (Fraxinus ornus), из выделений которого манитол был впервые выделен.

Структура

Манноза обычно существует в виде двух колец разных размеров: пиранозы (шестичленной) и фуранозы (пятичленной) формы. Каждое замыкание кольца может иметь альфа- или бета-конфигурацию в аномерном положении. Это химическое вещество быстро подвергается изомеризации между этими четырьмя формами. + D-Изомеры маннозы (проекции Ховорта) Процентный состав: α-D-маннофураноза – 0,6%, β-D-маннофураноза – 0,2%, α-D-маннопираноза – 63,7%, β-D-маннопираноза – 35,5%.

Метаболизм

Хотя большая часть маннозы, используемой в гликозилировании, предположительно происходит от глюкозы, в культивируемых клетках гепатомы (раковых клетках печени) большая часть маннозы для биосинтеза гликопротеинов поступает из внеклеточной маннозы, а не из глюкозы. Многие гликопротеины, производимые печенью, секретируются в кровоток, поэтому пищевая манноза распространяется по всему организму. Манноза присутствует в многочисленных гликоконъюгатах, включая N-связанное гликозилирование белков. C-маннозилирование также широко распространено и может быть обнаружено в коллагеноподобных областях. Расщепление многих полисахаридов и гликопротеинов высвобождает маннозу, которая фосфорилируется гексокиназой с образованием маннозо-6-фосфата. Маннозо-6-фосфат превращается в фруктозо-6-фосфат ферментом фосфоманнозо-изомеразой, а затем поступает в гликолитический путь или превращается в глюкозо-6-фосфат глюконеогенным путем в гепатоцитах. Манноза является основным моносахаридом в N-связанном гликозилировании, которое представляет собой посттрансляционную модификацию белков. Этот процесс инициируется блочным переносом Glc3Man9GlcNAc2 на формирующиеся гликопротеины в эндоплазматическом ретикулуме ко-трансляционно, по мере поступления белка через транспортную систему. Глюкоза гидролизуется на полностью свернутом белке, а маннозные фрагменты гидролизуются маннозидазами, локализованными в эндоплазматическом ретикулуме и аппарате Гольджи. Как правило, зрелые человеческие гликопротеины содержат только три остатка маннозы, скрытых под последовательной модификацией GlcNAc, галактозой и сиаловой кислотой. Это важно, поскольку врожденная иммунная система млекопитающих настроена на распознавание незащищенных остатков маннозы. Эта активность обусловлена распространенностью остатков маннозы в форме маннанов на поверхности дрожжей. Вирус иммунодефицита человека демонстрирует значительное количество остатков маннозы из-за плотного скопления гликанов в его вирусных шипах. Эти остатки маннозы являются мишенью для широко нейтрализующих антител.

Биотехнология

Рекомбинантные белки, произведенные в дрожжах, могут иметь особенности гликозилирования по маннозе, отличающиеся от таковых в клетках млекопитающих. Это различие между рекомбинантными белками и белками, обычно производимыми в организмах млекопитающих, может влиять на эффективность вакцин.

Формирование

Манноза может образовываться при окислении маннитола. Она также может образовываться из глюкозы в реакции Лобри де Брюйна — ван Экенштейна.

Применение

Манноза (D-манноза) используется в качестве диетической добавки для профилактики рецидивирующих инфекций мочевыводящих путей (ИМП). По данным обзора 2022 года, прием маннозы был столь же эффективен, как и прием антибиотиков для профилактики ИМП. Транспортерный комплекс MANXYZ также участвует в заражении E. coli бактериофагом lambda, причем подчастицы ManY и ManZ достаточны для нормального заражения ламбда-фагом. MANXYZ состоит из четырех доменов, представленных тремя полипептидными цепями: ManX, ManY и ManZ. Субъединица ManX формирует гомодимер, локализованный на цитоплазматической стороне мембраны. ManX содержит два домена IIA и IIB, соединенных гибким пептидным линкером, каждый из которых содержит сайт фосфорилирования, и между обеими субъединицами происходит перенос фосфорильной группы. ManX может быть связан с мембраной или существовать в растворимом виде. Фосфорильная группа PEP передается на импортированный сахар посредством фермента I, переносчика гистидинфосфата, а затем на субъединицы ManX, ManY и ManZ транспортного комплекса ManXYZ, который фосфорилирует поступающий гексозный сахар, образуя гексозо-6-фосфат.