リボース

d-リボース

名前
IUPAC名 D -リボース
体系的なIUPAC名 (2 R ,3 R ,4 S ,5 R )-5-(ヒドロキシメチル)オキソラン-2,3,4-トリオール
その他の名前 d-リボース
識別子
CAS番号	50-69-1 はい
3Dモデル（JSmol）	アルデヒド型 D-(−)-リボース:インタラクティブ画像
チェムBL	番号: いいえ
ケムスパイダー	4470639アルデヒド型 D-(−)-リボース いいえ
ドラッグバンク	DB01936 いいえ
EC番号	200-059-4
パブケム CID	5779 5311110 アルデヒド型 D-(−)-リボース
ユニ	681HV46001 はい
インチ アルデヒド型 D-(−)-リボース: InChI=1/C5H10O5/c6-1-3(8)5(10)4(9)2-7/h1,3-5,7-10H,2H2/t3-,4+,5-/m0/s1 キー: PYMYPHUHKUWMLA-LMVFSUKVBD アルデヒド型 D-(−)-リボース: InChI=1S/C5H10O5/c6-1-3(8)5(10)4(9)2-7/h1,3-5,7-10H,2H2/t3-,4+,5-/m0/s1 キー: PYMYPHUHKUWMLA-LMVFSUKVSA-N
笑顔 アルデヒド型 D-(−)-リボース: C([C@H]([C@H]([C@H](C=O)O)O)O)O
プロパティ[1] [2]
化学式	Ｃ5Ｈ10Ｏ5​​​​​
モル質量	150.13
外観	白無地
融点	95 °C (203 °F; 368 K)
水への溶解度	100  g/L（25℃、77℉）
カイラル回転([α] D )	−21.5°（水）
関連化合物
関連するアルドペントース	アラビノース キシロース リキソース
関連化合物	デオキシリボース
特に記載がない限り、データは標準状態（25 °C [77 °F]、100 kPa）の材料に関するものです。 いいえ 確認する （何ですか  ？） はいいいえ インフォボックス参照

リボースは、分子式がC ₅ H ₁₀ O ₅、線状組成がH−(C=O)−(CHOH) ₄ −Hの単純な糖および炭水化物です。天然に存在する形態であるd-リボースは、 RNAを構成するリボヌクレオチドの成分であるため、この化合物は遺伝子のコーディング、デコーディング、制御および発現に不可欠です。構造類似体であるデオキシリボースは、同様にDNAの必須成分です。l- リボースは、 1891年にエミール・フィッシャーとオスカー・ピロティによって初めて合成された非天然の糖です。^[3] 1909年になって初めて、フィーバス・レヴェインとウォルター・ジェイコブスは、 d-リボースが天然物であり、フィッシャーとピロティの生成物のエナンチオマーであり、核酸の必須成分であることを認識しました。^{[4] [5] [6]}フィッシャーは、リボースという名前を、別の糖であるアラビノースの部分的な転位から選んだ。アラビノースの2'炭素上のエピマーはリボースである。また、両方の名前はアラビアゴムにも関連しており、アラビノースはそこから最初に単離され、そこからL-リボースが生成された。^{[6] [7]}

ほとんどの糖と同様に、リボースは線状形態と平衡状態にある環状形態の混合物として存在し、これらは特に水溶液中で容易に相互変換する。^[8]生化学および生物学では、「リボース」という名前はこれらすべての形態を指すために使用されるが、必要に応じてそれぞれにさらに具体的な名前が使用される。線状形態では、リボースは、フィッシャー投影図ですべてのヒドロキシル官能基が同じ側にあるペントース糖として認識される。d-リボースはこれらのヒドロキシル基が右側にあり、系統名(2 R ,3 R ,4 R )-2,3,4,5-テトラヒドロキシペンタナールに関連付けられている。^[9]一方、l-リボースは、ヒドロキシル基がフィッシャー投影図の左側に現れる。リボースの環化は、アルデヒドのC4' ヒドロキシル基による攻撃でフラノース型、または C5' ヒドロキシル基による攻撃でピラノース型が生成されるヘミアセタール形成によって起こる。いずれの場合も、ヘミアセタール炭素原子 (「アノマー炭素」) の立体化学に応じて、α- および β- と名付けられ、アノマーとして知られる 2 つの幾何学的結果が考えられる。室温では、d-リボースの約 76%がピラノース型^{[8] : 228} (α:β = 1:2) ^[10]に存在し、24% がフラノース型^{[8] : 228} (α:β = 1:3) ^[10]に存在し、直鎖型は約 0.1% のみ存在する。^{[11] [12]}

リボヌクレオシドの アデノシン、シチジン、グアノシン、ウリジンはすべてβ -d-リボフラノースの誘導体です。 リン酸化リボースを含む代謝上重要な種には、ADP、ATP、コエンザイムA、^{[8] ：228-229}、NADHなどがあります。cAMP とcGMPは、いくつかのシグナル伝達経路で二次メッセンジャーとして機能し、リボース誘導体でもあります。リボース部分は、抗生物質のネオマイシンやパロモマイシンを含むいくつかの医薬品に含まれています。^[10]

リボース5-リン酸エステルは、典型的にはペントースリン酸経路によってグルコースから生成される。少なくとも一部の古細菌では、代替経路が同定されている。^[13]

リボースは化学的に合成できるが、商業生産はグルコースの発酵に依存している。遺伝子組み換えされた枯草菌株を使用すると、200gのグルコースから90g/リットルのリボースを生産することができる。この変換にはグルコン酸とリブロースの中間体が必要である。^[14]

リボースは隕石中に検出されている。^{[15] [16]}

リボースはアルドペントース（5つの炭素原子を含む単糖で、開鎖状態では片方の端にアルデヒド 官能基を持つ）である。単糖の従来の番号付け方式では、炭素原子はC1'（アルデヒド基）からC5'まで番号が付けられる。DNAに含まれるデオキシリボース誘導体は、C2'のヒドロキシル基の代わりに水素原子を持つ点でリボースと異なる。このヒドロキシル基はRNAスプライシングで機能を果たす。

d-リボースという名称の 「d- 」は、アルデヒド基（C4'）から最も遠いキラル炭素原子の立体化学を表します。すべてのd-糖と同様に、d-リボースでは、この炭素原子はd-グリセルアルデヒドと同じ配置を持ちます。

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  α- d-リボピラノース
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  β- d-リボピラノース
• 
  α- d-リボフラノース
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  β- d-リボフラノース

溶液中のリボースの相対的存在比：β- d -リボピラノース（59%）、α- d -リボピラノース（20%）、β- d -リボフラノース（13%）、α- d -リボフラノース（7%）、オープンチェーン（0.1%）。^[11]

ヌクレオシドとヌクレオチドのリボース残基の場合、結合を囲む回転のねじれ角が、それぞれのヌクレオシドとヌクレオチドの配置に影響を及ぼします。核酸の二次構造は、7つのねじれ角の回転によって決まります。^[17]ねじれ角が多いほど、柔軟性が高まります。

閉環リボースでは、環サイクルによって構造内のねじれ角の数に制限があるため、上で述べたような柔軟性は見られません。^[17]閉環型リボースの配座異性体は、分子内の孤立酸素がリボースに結合した窒素塩基（核酸塩基または単に塩基とも呼ばれる）に対してどのように配置されているかに関して異なります。炭素が塩基の方を向いている場合、リボースはエンドと分類されます。炭素が塩基から離れて向いている場合、リボースはエキソと分類されます。閉環リボースの2'炭素に酸素分子が結合している場合、エキソ配座の方が酸素と塩基の相互作用が減少するため、より安定します。^[17]違い自体は非常に小さいですが、RNAの鎖全体を見ると、わずかな違いがかなりの影響を及ぼします。

• リボースのいくつかのパッカー構成
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  2'エンド
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  2' エンド 3' エキソ
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  3' エンド 2' エキソ
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  3'エンド

リボース分子は、紙上では平面分子として表現されることが多い。しかし、実際には非平面であることが一般的である。水素原子間でも、リボース分子の多くの構成要素は、それらの間で立体障害とひずみを引き起こす。この混雑と環のひずみを軽減するために、環は縮む、つまり非平面になる。^[18]この縮むは、原子を平面からずらすことで実現され、ひずみを軽減し、より安定した構造を生み出す。^[17]縮むは、糖環構造（具体的にはリボース糖）としても知られ、縮む大きさと擬似回転角で説明できる。擬似回転角は、「北（N）」または「南（S）」の範囲で説明できる。両方の範囲が二重らせんに見られるが、北の範囲は一般に RNA およびDNA の A 型に関連付けられている。対照的に、南の範囲はB 型 DNAに関連付けられている。Z -DNA には、北と南の両方の範囲に糖が含まれている。^[19]単一の原子のみが置換される場合、それは「エンベロープ」パッカーと呼ばれます。2つの原子が置換される場合、それはジグザグ方向を指して「ツイスト」パッカーと呼ばれます。^[20]「エンド」パッカーでは、原子の主な置換はβ面、つまりC4'-C5'結合および塩基と同じ側にあります。「エキソ」パッカーでは、原子の主な置換はα面、つまりリングの反対側にあります。リボースの主な形態は、3'-エンドパッカー（RNAおよびA型DNAで一般的に採用）と2'-エンドパッカー（B型DNAで一般的に採用）です。^[21]これらのリングパッカーは、リングのねじれ角の変化から生じます。角度の組み合わせは無限にあるため、それぞれが異なる活性化エネルギーによって区切られた、転移可能なパッカー構造も無限に存在します。

ATP はリボースから生成され、1 つのリボース、3 つのリン酸基、およびアデニン塩基を含みます。ATP は細胞呼吸中にアデノシン二リン酸(リン酸基が 1 つ少ない ATP) から生成されます。

リボースは、ATP から生成される環状アデノシン一リン酸(cAMP) などの二次シグナル伝達分子の構成要素です。cAMP が使用される具体的なケースの 1 つは、cAMP 依存性シグナル伝達経路です。cAMP シグナル伝達経路では、刺激性または抑制性のホルモン受容体がシグナル分子によって活性化されます。これらの受容体は、刺激性または抑制性の調節G タンパク質にリンクされています。刺激性 G タンパク質が活性化されると、アデニル酸シクラーゼがMg ²⁺または Mn ^{2+ を}使用して ATP を cAMP に触媒します。二次メッセンジャーである cAMP は、次に、細胞代謝を調節する酵素であるタンパク質キナーゼ Aを活性化します。タンパク質キナーゼ A は、元のシグナル分子に応じて細胞に変化を引き起こすリン酸化によって代謝酵素を制御します。 G タンパク質はアデニル酸シクラーゼを阻害し、ATP は cAMP に変換されません。

リボースは細胞内エネルギー伝達に関与しているため、「分子通貨」と呼ばれています。^[要出典]たとえば、ニコチンアミドアデニンジヌクレオチド(NAD)、フラビンアデニンジヌクレオチド(FAD)、ニコチンアミドアデニンジヌクレオチドリン酸(NADP) はすべて、d-リボフラノース部分を含みます。これらは、リボキナーゼ酵素によってd-リボース 5-リン酸に変換された後に、d-リボースから生成されます。^{[22] [23]} NAD、FAD、NADP は、解糖、クエン酸回路、発酵、電子伝達系などの主要な代謝経路における生化学的酸化還元反応で電子受容体として機能します。

ヌクレオチドはサルベージまたはデノボ合成によって合成される。^[24] ヌクレオチドサルベージは、以前に作られたヌクレオチドの一部を使用し、将来使用するために再合成する。デノボでは、アミノ酸、二酸化炭素、葉酸誘導体、およびホスホリボシルピロリン酸（PRPP）がヌクレオチドの合成に使用される。^[24]デノボとサルベージの両方でPRPPが必要であり、これはATPとリボース5-リン酸からPRPP合成酵素と呼ばれる酵素によって合成される。^[24]

リボキナーゼは、 d-リボースからd-リボース5-リン酸への変換を触媒します。変換されたd-リボース5-リン酸は、アミノ酸トリプトファンとヒスチジンの製造に利用されるか、ペントースリン酸経路で使用されます。d-リボースの吸収率は小腸で88～100%です（最大200 mg/kg·h）。^[25]

重要な修飾の 1 つは、リボース分子の C2' 位置で発生します。O-アルキル基を追加することで、安定化力が加わり、RNA の核耐性が高まります。これらの力は、分子内水素結合の増加とグリコシド結合の安定性の増加によって安定化します。^[26]結果として生じる耐性の増加は、 siRNAの半減期の増加と、細胞および動物における潜在的な治療可能性の増加につながります。^{[27]特定の部位でのリボースの}メチル化は、免疫刺激の減少と相関しています。^[28]

リン酸化とともに、リボフラノース分子は酸素をセレンや硫黄と交換して、4'位のみが異なる類似の糖を生成することができる。これらの誘導体は元の分子よりも親油性が高い。親油性の増加により、これらの種はPCR、RNAアプタマー後修飾、アンチセンス技術、およびX線結晶構造データの位相合わせなどの技術での使用に適したものとなっている。^[27]

自然界の2'修飾と同様に、リボースの合成修飾には2'位へのフッ素の付加が含まれる。このフッ素化リボースは、DNA鎖内のリボースの位置に応じて免疫刺激を抑制することができるため、メチル化リボースと同様に作用する。^[26]メチル化とフッ素化の大きな違いは、後者は合成修飾によってのみ起こることである。フッ素の付加は、グリコシド結合の安定化の増加と分子内水素結合の増加につながる。^[26]

d-リボースは、うっ血性心不全^[29]（およびその他の心臓病）および慢性疲労症候群（CFS）（筋痛性脳脊髄炎（ME）とも呼ばれる）の治療薬として、非盲検、非ランダム化、非クロスオーバーの主観的オープンラベル研究で提案されています^{[30] 。}

補給されたd -リボースは、エネルギー産生経路であるペントースリン酸経路の一部を迂回して、 d -リボース-5-リン酸を産生することができる。酵素グルコース-6-リン酸デヒドロゲナーゼ(G-6-PDH) は細胞内で不足することが多いが、心臓病患者の心筋細胞などの病変組織ではさらに不足している。ミトコンドリアへのd -リボースの供給はATP 産生と直接相関しており、d -リボースの供給が減少すると、産生される ATP の量も減少する。研究によると、組織虚血 (例、心筋虚血) 後にd -リボースを補給すると、心筋の ATP 産生が増加し、その結果ミトコンドリアの機能が向上することが示唆されている。基本的に、補給されたd -リボースの投与は、 ATP 産生のための5-ホスホ- d -リボース 1-ピロリン酸の代替源を提供することにより、ペントースリン酸経路の酵素段階を迂回する。サプリメントのd-リボースは、ATPレベルの回復を促進すると同時に、ヒトや他の動物の細胞損傷を軽減します。ある研究では、サプリメントのd-リボースの使用により、冠動脈疾患と診断された男性の狭心症の発生が減少することが示唆されました。^[31] d-リボースは、慢性疲労症候群、線維筋痛症、心筋機能不全など、多くの病状の治療に使用されてきました。また、運動後のけいれん、痛み、硬直などの症状を軽減し、運動能力を向上させるためにも使用されています^[要出典]。