Зв'язок глікозидних характеристик, типів і номенклатури

The глікозидні зв'язки є ковалентними зв'язками, які відбуваються між цукрами (вуглеводами) та іншими молекулами, які можуть бути іншими моносахаридами або іншими молекулами різної природи. Ці зв'язки роблять можливим існування численних фундаментальних компонентів для життя, не тільки у формуванні запасних палив і структурних елементів, але й молекул інформаційного транспорту, необхідних для стільникового зв'язку..

Освіта полісахаридів залежить насамперед від встановлення глікозидних зв'язків між вільним спиртом або гідроксильними групами окремих моносахаридних одиниць..

Однак деякі складні полісахариди містять модифіковані цукру, які пов'язані з малими молекулами або групами, такими як аміно, сульфат і ацетил, через глікозидні зв'язки, і які не обов'язково включають вивільнення молекули води реакцією конденсації. Ці модифікації дуже поширені в гліканах, присутніх у позаклітинному матриксі або глікокаліксі.

Глікозидні зв'язки відбуваються в декількох клітинних контекстах, серед яких об'єднання полярної головної групи деяких сфінголіпідів, істотних складових клітинних мембран багатьох організмів, і утворення глікопротеїнів і протеогліканів.

Важливі полісахариди, такі як целюлоза, хітин, агар, глікоген і крохмаль, були б неможливі без глікозидних зв'язків. Аналогічно, глікозилювання білків, що відбувається в ендоплазматичному ретикулумі і в комплексі Гольджі, має велике значення для активності багатьох білків..

Численні оліго- і полісахариди функціонують як резервуари глюкози, як структурні компоненти або як адгезиви для зв'язування клітин в тканинах.

Взаємозв'язок між глікозидними зв'язками в олігосахаридах є аналогом зв'язку пептидних зв'язків в поліпептидах і фосфодіефірних зв'язків в полінуклеотидах, з тією різницею, що в глікозидних зв'язках існує більша різноманітність..

Індекс

• 1 Характеристики
  • 1.1 Формування глікозидного зв'язку
  • 1.2. Гідроліз глікозидного зв'язку
  • 1.3 Різноманітність
• 2 типи
  • 2.1 О-глікозидні зв'язки
  • 2.2 N-глікозидні зв'язки
  • 2.3 Інші типи глікозидних зв'язків
• 3 Номенклатура
• 4 Посилання

Особливості

Глікозидні зв'язки набагато різноманітніші, ніж їхні аналоги в білках і нуклеїнових кислотах, оскільки в принципі дві молекули цукру можуть бути пов'язані між собою багатьма способами, оскільки вони мають кілька груп -OH, які можуть брати участь у навчанні посилання.

Крім того, ізомери моносахаридів, тобто одна з двох орієнтацій, які гідроксильна група може мати в циклічній структурі щодо аномерного вуглецю, забезпечують додатковий рівень різноманітності.

Ізомери мають різні тривимірні структури, а також різні біологічні активності. Целюлоза і глікоген складаються з повторюваних одиниць D-глюкози, але відрізняються за типом глікозидного зв'язку (α1-4 для глікогену і β1-4 для целюлози), і тому мають різні властивості і функції.

Оскільки поліпептиди мають полярність з одним N- та іншим С-кінцем, а полінуклеотиди мають 5 'і 3' кінці, оліго- або полісахариди мають полярність, визначену відновлюючими та нередукуючими кінцями..

Редукуючий кінець має вільний аномерний центр, який не утворює глікозидного зв'язку з іншою молекулою, таким чином зберігаючи хімічну реакційну здатність альдегіду.

Глікозидна зв'язок є найбільш гнучкою областю оліго- або полісахаридного фрагмента, оскільки структурна конформація стільця окремих моносахаридів є відносно жорсткою.

Формування глікозидного зв'язку

Глікозидна зв'язок може зв'язувати дві молекули моносахаридів через аномерний вуглець однієї і гідроксильної групи іншого. Тобто гемиацетальная група одного цукру реагує з алкогольною групою іншого, щоб утворити ацеталь.

Взагалі, утворення цих зв'язків відбувається шляхом реакцій конденсації, де молекула води вивільняється з кожним утворенням зв'язку.

Проте в деяких реакціях кисень не залишає молекулу цукру як воду, а як частину дифосфатної групи нуклеотиду уридиндифосфата.

Реакції, які викликають глікозидні зв'язки, каталізуються класом ферментів, відомих як глікозилтрансферази. Вони утворюються між цукром, ковалентно модифікованим додаванням фосфатної групи або нуклеотиду (наприклад, глюкозо-6-фосфат, UDP-галактоза), який зв'язується з зростаючим ланцюгом полімеру.

Гідроліз глікозидного зв'язку

Глікозидні зв'язки можуть легко гідролізуватися в слабокислих середовищах, але вони протистоять досить лужним середовищам.

Ферментативний гідроліз глікозидних зв'язків опосередковується ферментами, відомими як глікозидази. Багато ссавці не володіють цими ферментами для деградації целюлози, тому вони не здатні витягувати енергію з цього полісахариду, незважаючи на те, що є основним джерелом клітковини.

Жуйні тварини, такі як корова, наприклад, мають бактерії, пов'язані з їх кишечником, які продукують ферменти, здатні деградувати целюлозу, яку вони вживають, що робить їх здатними скористатися енергією, що зберігається в тканинах рослин.

Фермент лізоцим, що виробляється в сльозах ока і деяких бактеріальних вірусів, здатний знищувати бактерії завдяки своїй гідролітичної активності, яка розриває глікозидну зв'язок між N-ацетилглюкозаміном і N-ацетилмурамовою кислотою в клітинній стінці бактерій..

Різноманітність

Олігосахариди, полісахариди або глікани є дуже різноманітними молекулами, і це пов'язано з кількома способами, в яких моносахариди можуть бути пов'язані разом, щоб утворити структури вищого порядку.

Це різноманіття починається з того, що, як згадувалося вище, цукри мають гідроксильні групи, які дозволяють різні області зв'язування, і що зв'язки можуть відбуватися між двома можливими стереоізомерами по відношенню до аномерного вуглецю цукру (α або β)..

Глікозидні зв'язки можуть утворюватися між цукром і будь-яким гідроксильованим з'єднанням, таким як спирти або амінокислоти.

Крім того, моносахарид може утворювати дві глікозидні зв'язки, тому він може служити точкою розгалуження, вводячи потенційну складність у структуру гліканів або полісахаридів в клітинах.

Типи

Що стосується типів глікозидних зв'язків, то можна виділити дві категорії: глікозидні зв'язки між моносахаридами, що складають оліго- і полісахариди, і глікозидні зв'язки, що відбуваються в глікопротеїнах або гліколіпідах, які є білками або ліпідами з порціями вуглеводів..

O-глікозидні зв'язки

О-глікозидні зв'язки протікають між моносахаридами, утворюються в результаті реакції між гідроксильною групою однієї молекули цукру і аномерним вуглецем іншої.

Дисахариди є одними з найбільш поширених олігосахаридів. Полісахариди мають більше 20 одиниць моносахаридів, пов'язаних один з одним лінійно і іноді мають кілька гілок.

У дисахаридах, таких як мальтоза, лактоза і сахароза, найбільш поширеним глікозидним зв'язком є ​​O-глікозидний тип. Ці зв'язки можуть відбуватися між атомами вуглецю і -OH ізомерних форм α або β.

Формування глікозидних зв'язків в оліго- і полісахаридах буде залежати від стереохімічної природи зв'язуючих цукрів, а також від їх кількості атомів вуглецю. Взагалі, для цукрів з 6 атомами вуглецю між вугіллями 1 і 4 або 1 і 6 відбуваються лінійні зв'язки.

Є два основних типи O-глікозиди, які, залежно від номенклатури, визначаються як α і β або 1,2-cis і 1,2-транс-глікозиди.

Відходи 1,2-cis глікозильовані, α-глікозиди для D-глюкози, D-галактози, L-фукози, D-ксилози або β-глікозидів для D-манози, L-арабінози; а також 1,2-транс (β-глікозиди для D-глюкози, D-галактози і α-глікозиди для D-маннози тощо), мають велике значення для багатьох природних компонентів.

O-глікозилювання

Однією з найбільш поширених посттрансляційних модифікацій є глікозилювання, яке включає додавання глюцидної частини до зростаючого пептиду або білка. Муцини, секретирующие білки, можуть містити великі кількості олігосахаридних ланцюгів, пов'язаних O-глікозидними зв'язками.

Процес O-глікозилювання відбувається в комплексі еукаріот Гольджі і полягає в зв'язуванні білків з глюцидною частиною через глікозидну зв'язок між -OH групою серинового або треонінового амінокислотного залишку і аномерним вуглецем цукру.

Також спостерігалося утворення цих зв'язків між вуглеводами та залишками гідроксиліну та гідроксилізину та фенольної групи залишків тирозину..

N-глікозидні зв'язки

N-глікозидні зв'язки є найбільш поширеними серед глікозильованих білків. N-глікозилювання відбувається головним чином в ендоплазматичному ретикулумі еукаріотів, з подальшими модифікаціями, які можуть відбуватися в комплексі Гольджі..

N-глікозилювання залежить від присутності консенсусної послідовності Asn-Xxx-Ser / Thr. Глікозидна зв'язок знаходиться між амідним азотом бічного ланцюга залишків аспарагіну і аномерним вуглецем цукру, який зв'язується з пептидним ланцюгом..

Утворення цих зв'язків під час глікозилювання залежить від ферменту, відомого як олігосахарилтрансфераза, який переносить олігосахариди з фосфату долихола до аміду азоту залишків аспарагіну..

Інші типи глікозидних зв'язків

S-глікозидні зв'язки

Вони також зустрічаються між білками і вуглеводами, вони спостерігалися між пептидами з N-кінцевими цистеїнами і олігосахаридами. Пептиди з цим типом зв'язку спочатку були виділені з білків з сечею і людських еритроцитів, пов'язаних з олігосахаридами глюкози.

С-глікозидні зв'язки

Вперше вони спостерігалися як посттрансляційна модифікація (глікозилювання) залишку триптофану в РНКазі 2, що міститься в сечі людини, і в РНКазі 2 еритроцитів. Манноза зв'язується з вуглецем в положенні 2 індольного ядра амінокислоти через С-глікозидну зв'язок.

Номенклатура

Термін глікозид використовується для опису будь-якого цукру, чия аномерна група замінена групою -OR (O-глікозиди), -SR (тіоглюкозиди), -SeR (селеноглюкозиди), -NR (N-глікозиди або глюкозаміни) або навіть -CR. (С-глікозиди).

Їх можна назвати трьома різними способами:

(1) заміна терміналу "-o" назви відповідної циклічної форми моносахариду на "-ido" і написання перед, як інше слово, назви групи R заступника \ t.

(2) з використанням терміна "глікозилокси" як префікс назви моносахариду.

(3) використання терміна O-глікозил, N-глікозил, S-глікозил або C-глікозил в якості префікса для назви гідроксильного з'єднання.

Список літератури

1. Bertozzi, C. R., & Rabuka, D. (2009). Структурна основа різноманітності Глікака. У A. Varki, R. Cummings, & J. Esko (ред.), Основи глікобіології (2-е изд.). Нью-Йорк: Лабораторія преси Cold Spring Harbor. Отримано з сайту www.ncbi.nlm.nih.gov
2. Biermann, C. (1988). Гідроліз та інші розщеплення глікозидних зв'язків у полісахаридах. Досягнення у хімії вуглеводів та біохімії, 46, 251-261.
3. Демченко, А. В. (2008). Довідник з хімічної глікозилювання: досягнення стереоселективності та терапевтичної значимості. Wiley-VCH.
4. Lodish, H., Berk, A., Kaiser, C.A., Krieger, M., Bretscher, A., Ploegh, H., ... Martin, K. (2003). Молекулярна клітинна біологія (5-е изд.). Freeman, W. H. & Company.
5. Нельсон, Д. Л., & Кокс, М. М. (2009). Принципи біохімії Ленінгера. Видання Omega (5-е изд.).
6. Номенклатура вуглеводів (Рекомендації 1996). (1996). Отримано з сайту www.qmul.ac.uk
7. Soderberg, T. (2010). Органічна хімія з біологічним акцентом, том I. Хімічний факультет (Том 1). Міннесота: Університет Міннесоти Морріс Цифровий Ну. Отримано з сайту www.digitalcommons.morris.umn.edu
8. Тейлор, C. М. (1998). Глікопептиди та глікопротеїни: зосередьтеся на глікозидному зв'язку. Тетраедр, 54, 11317-11362.