Mannose is a sugar monomer of the aldohexose series of carbohydrates. It is a C-2 epimer of glucose. Mannose is important in human metabolism, especially in the glycosylation of certain proteins.  Several congenital disorders of glycosylation are associated with mutations in enzymes involved in mannose metabolism.

Mannose is not an essential nutrient; it can be produced in the human body from glucose, or converted into glucose. Mannose provides 2–5 kcal/g. It is partially excreted in the urine.

Etymology
The root of both "mannose" and "mannitol" is manna, which the Bible describes as the food supplied to the Israelites during their journey in the region of Sinai. Several trees and shrubs can produce a substance called manna, such as the "manna tree" (Fraxinus ornus) from whose secretions mannitol was originally isolated.

Structure
Mannose commonly exists as two different-sized rings, the pyranose (six-membered) form and the furanose (five-membered) form. Each ring closure can have either an alpha or beta configuration at the anomeric position. The chemical rapidly undergoes isomerization among these four forms.

Metabolism

While much of the mannose used in glycosylation is believed to be derived from glucose, in cultured hepatoma cells (cancerous cells from the liver), most of the mannose for glycoprotein biosynthesis comes from extracellular mannose, not glucose. Many of the glycoproteins produced in the liver are secreted into the bloodstream, so dietary mannose is distributed throughout the body.

Mannose is present in numerous glycoconjugates including N-linked glycosylation of proteins. C-Mannosylation is also abundant and can be found in collagen-like regions.

The digestion of many polysaccharides and glycoproteins yields mannose, which is phosphorylated by hexokinase to generate mannose-6-phosphate. Mannose-6-phosphate is converted to fructose-6-phosphate, by the enzyme phosphomannose isomerase, and then enters the glycolytic pathway or is converted to glucose-6-phosphate by the gluconeogenic pathway of hepatocytes.

Mannose is a dominant monosaccharide in N-linked glycosylation, which is a post-translational modification of proteins. It is initiated by the en bloc transfer on Glc3Man9GlcNAc2 to nascent glycoproteins in the endoplasmic reticulum in a co-translational manner as the protein entered through the transport system. Glucose is hydrolyzed on fully folded protein and the mannose moieties are hydrolyzed by ER and Golgi-resident mannosidases. Typically, mature human glycoproteins only contain three mannose residues buried under sequential modification by GlcNAc, galactose, and sialic acid. This is important, as the innate immune system in mammals is geared to recognise exposed mannose residues. This activity is due to the prevalence of mannose residues, in the form of mannans, on the surfaces of yeasts. The human immunodeficiency virus displays considerable amount of mannose residues due to the tight clustering of glycans in its viral spike. These mannose residues are the target for broadly neutralizing antibodies.

Biotechnology
Recombinant proteins produced in yeast may be subject to mannose addition in patterns different from those used by mammalian cells. This difference in recombinant proteins from those normally produced in mammalian organisms may influence the effectiveness of vaccines.

Formation
Mannose can be formed by the oxidation of mannitol.

It can also be formed from glucose in the Lobry de Bruyn–van Ekenstein transformation.

Uses
Mannose (D-mannose) is used as a dietary supplement to prevent recurrent urinary tract infections (UTIs). , one review found that taking mannose was as effective as antibiotics to prevent UTIs, while another review found that clinical trial quality was too low to allow any conclusion about using D‐mannose to prevent or treat UTIs.

Configuration
Mannose differs from glucose by inversion of the C-2 chiral center. Mannose displays a  pucker in the solution ring form.  This simple change leads to the drastically different biochemistry of the two hexoses.  This change has the same effect on the other aldohexoses, as well.

Mannose PTS permease

The PEP-dependent sugar transporting phosphotransferase system transports and simultaneously phosphorylates its sugar substrates. Mannose XYZ permease is a member of the family, with this distinct method being used by bacteria for sugar uptake particularly exogenous hexoses in the case of mannose XYZ to release the phosphate esters into the cell cytoplasm in preparation for metabolism primarily through the route of glycolysis. The MANXYZ transporter complex is also involved in infection of E. coli by bacteriophage lambda, with subunit ManY and ManZ being sufficient for proper lambda phage infection.
MANXYZ possesses four domains in three polypeptide chains; ManX, ManY, and ManZ. The ManX subunit forms a homodimer that is localized to the cytoplasmic side of the membrane. ManX contains two domains IIA and IIB linked by a hinge peptide with each domain containing a phosphorylation site and phosphoryl transfer occurs between both subunits. ManX can be membrane bound or not. The ManY and ManNZ subunits are hydrophobic integral membrane proteins with six and one transmembrane alpha helical spanner(s). The phosphoryl group of PEP is transferred to the imported sugar via Enzyme 1, histidine protein phosphate carrier, and then to the ManX, ManY, and ManZ subunits of the ManXYZ transportation complex, which phosphorylates the entering hexose sugar, creating a hexose-6-phosphate.

See also
 α-Mannosidase
 Mannose receptor
 Mannan oligosaccharide-based nutritional supplements
 Rhamnose, 6-deoxy-L-mannose
 PTS Mannose-Fructose-Sorbose Family

References

Aldohexoses
Articles containing video clips
Pyranoses
Glycerols
Furanoses
만노스()는 6개의 탄소 원자가 포함된 단당류이고, 알데하이드기를 가지고 있는 알도스이며, 화학식은 C6H12O6이다. 만노스와 포도당은 2번 탄소(C-2)에서 입체화학적 성질이 다른 에피머이다. 만노스는 사람의 물질대사, 특히 특정 단백질의 글리코실화에서 중요하다. 글리코실화에 관한 몇 가지 선천성 질환은 만노스 대사에 관여하는 효소들의 돌연변이와 관련이 있다.

만노스는 필수적인 영양소는 아니지만, 인체 내에서 포도당으로부터 생성되거나 포도당으로 전환될 수 있다. 만노스는 2~5 kcal/g의 열량을 제공한다. 만노스는 소변으로 부분적으로 배설된다.

어원 
만노스와 만니톨의 어원은 성경에 등장하는 "만나(manna)"이다. 성경은 만나를 시나이 반도를 지나는 동안 이스라엘 백성들에게 공급된 음식으로 기록하고 있다. 몇 가지 나무들과 관목들은 만니톨을 원래 분비된 채로 분비하는 "만나나무" (Fraxinus ornus)와 같이 만나라고 불리는 물질을 생산할 수 있다.

구조 
만노스는 일반적으로 두 가지 다른 크기의 고리, 피라노스(6원자 고리) 형태 및 푸라노스(5원자 고리) 형태로 존재한다. 각각의 고리 형성 부위는 아노머 탄소에서 α- 또는 β-입체배치를 가질 수 있다. 수용액에서 4가지 형태의 이성질체들은 상호전환된다.

물질대사 

글리코실화에 사용되는 대부분의 만노스는 포도당으로부터 유래되는 것으로 생각되지만, 배양된 간암세포에서 당단백질의 생합성을 위한 만노스의 대부분은 포도당이 아닌 세포 외부의 만노스로부터 유래한다. 간에서 생성되는 많은 당단백질들은 혈류로 분비되므로 만노스는 신체 전체에 걸쳐 분포한다.

만노스는 단백질의 N-결합 글리코실화를 포함하는 당포합체에 존재한다. 또한 C-만노실화는 콜라겐-유사 부위에서 발견될 수 있다.

많은 다당류와 당단백질의 소화 과정에서 만노스가 생성되고, 만노스는 헥소키네이스에 의해 인산화되어 만노스 6-인산을 생성한다. 만노스 6-인산은 포스포만노스 이성질화효소에 의해 과당 6-인산으로 전환된 다음 해당과정으로 들어가거나 간세포에서 포도당신생합성 경로를 통해 포도당 6-인산으로 전환된다.

만노스는 N-결합 글리코실화에서 주요 단당류이다. N-결합 글리코실화는 단백질의 번역 후 변형이다. 이것은 단백질이 세포내막계로 들어올 때 동시에 번역되는 방식으로 소포체에서 당단백질로 Glc3Man9GlcNAc2의 일괄 전달에 의해 개시된다. 포도당은 완전하게 접힌 단백질 상에서 가수분해되고, 만노스 잔기는 소포체 및 골지체의 만노시데이스에 의해 가수분해된다. 일반적으로, 성인의 당단백질은 N-아세틸글루코사민, 갈락토스, 시알산에 의해 순차적으로 변형되어 묻힌 3개의 만노스 잔기만을 함유한다. 이것은 포유류의 선천적 면역 체계가 노출된 만노스 잔기들을 인식하도록 조정하기 때문에 중요하다. 이러한 활성은 효모의 표면에 만난의 형태로 만노스 잔기들이 존재하기 때문에 발생한다. 인간 면역결핍 바이러스(HIV)는 바이러스 표면에 글리칸의 밀집된 클러스터링으로 인해 상당량의 만노스 잔기들이 나타난다. 이러한 만노스 잔기들은 항체를 광범위하게 중화시키기 위한 표적이다.

생명공학 

효모에서 생산된 재조합 단백질은 포유류 세포에서 사용되는 패턴과 다른 패턴으로 만노스를 첨가시킬 수 있다. 포유류에서 정상적으로 생산되는 재조합 단백질의 차이는 백신의 효과에 영향을 줄 수 있다.

형성 
만노스는 만니톨의 산화에 의해 형성될 수 있다.

또한 만노스는 로브리 드 브륀-반 에켄슈타인 전환(Lobry-de Bruyn-van Ekenstein transformation)에서 포도당으로부터 형성될 수 있다.

입체배치 

만노스와 글루코스는 2번 탄소(C-2)에서 입체화학적 성질이 다른 에피머이다. 만노스는 수용액에서 주로 피라노스 고리 형태로 존재한다. 이러한 단순한 차이로 인해 만노스와 글루코스는 서로 다른 생화학적 특성을 갖는다. 이와 같은 변화는 다른 알도헥소스들에서도 동일한 효과를 나타낸다.

만노스 PTS 투과효소 
포스포엔올피루브산-의존성 당 운반 인산기전이효소 시스템은 기질을 운반하는 동시에 인산화시킨다. 만노스 XYZ 투과효소 복합체는 이러한 효소군의 일원이며, 이러한 독특한 방식은 세균에 의해 당 섭취를 위해 사용되며 특히 만노스 XYZ 투과효소 복합체의 경우 외인성 육탄당을 해당과정을 통한 우선적인 대사에 대비해서 인산에스터를 세포질로 방출시킨다. 만노스 XYZ 투과효소 복합체는 박테리오파지 람다에 의한 대장균(E. coli)의 감염에도 관련되며, 소단위체 ManX와 ManY는 람다 파지 감염에 관여한다. 만노스 XYZ 투과효소 복합체는 3개의 폴리펩타이드 사슬(ManX, ManY, ManZ)에 4개의 도메인을 가지고 있다. ManX 소단위체는 세포막의 세포질 쪽으로 호모다이머(homodimer)를 형성한다. ManX는 각각의 도메인이 인산화 부위를 갖고 있으며, 힌지(hinge) 펩타이드에 의해 연결된 2개의 도메인 IIA 와 IIB를 포함하고 있고, IIA 와 IIB간에 인산기 전달이 일어난다. ManX는 세포막에 결합하거나 분리될 수 있다. ManY 및 ManZ 소단위체는 6개의 막 관통 부위를 갖는 소수성의 내재성 막단백질이다. 포스포엔올피루브산의 인산기는 E1 (효소 1), HPr (히스티딘 단백질) 인산기 운반체를 통해 만노스 XYZ 투과효소 복합체의 ManX, ManY, ManZ 소단위체를 거쳐 유입된 헥소스(육탄당)을 인산화시켜 헥소스 6-인산을 생성한다.

같이 보기 

 만노스 1-인산
 만노스 6-인산
 알파-만노시데이스
 글루코만난
 람노스, 6-디옥시-L-만노스

각주 

알도헥소스
글리세롤