Povezava z glikozidnimi lastnostmi, tipi in nomenklaturo

The glikozidne vezi so kovalentne vezi, ki se pojavljajo med sladkorji (ogljikovimi hidrati) in drugimi molekulami, ki so lahko drugi monosaharidi ali druge molekule različne narave. Te povezave omogočajo obstoj več temeljnih komponent za življenje, ne le pri oblikovanju rezervnih goriv in strukturnih elementov, temveč tudi v informacijskih transportnih molekulah, ki so bistvene za celično komunikacijo..

Nastajanje polisaharidov je odvisno predvsem od vzpostavitve glikozidnih vezi med prostim alkoholom ali hidroksilnimi skupinami posameznih monosaharidnih enot..

Vendar pa nekateri kompleksni polisaharidi vsebujejo modificirane sladkorje, ki so vezani na majhne molekule ali skupine, kot so amino, sulfat in acetil preko glikozidnih vezi, in ki ne vključujejo nujno sproščanja vodne molekule s kondenzacijsko reakcijo. Te modifikacije so zelo pogoste pri glikanih, ki so prisotni v zunajceličnem matriksu ali glikokaliksu.

Glikozidne vezi se pojavljajo v več celičnih kontekstih, med njimi je združitev skupine polarnih glav nekaterih sfingolipidov, bistvenih sestavin celičnih membran mnogih organizmov, ter nastajanje glikoproteinov in proteoglikanov..

Pomembni polisaharidi, kot so celuloza, hitin, agar, glikogen in škrob, ne bi bili mogoči brez glikozidnih vezi. Prav tako je glikozilacija beljakovin, ki se pojavlja v endoplazmatskem retikulumu in v Golgijevem kompleksu, zelo pomembna za delovanje mnogih beljakovin..

Številni oligo- in polisaharidi delujejo kot rezervoarji glukoze, kot strukturne komponente ali kot lepila za celično vezavo v tkivih..

Razmerje med glikozidnimi vezmi v oligosaharidih je analogno razmerju peptidnih vezi v polipeptidih in fosfodiestrskih povezav v polinukleotidih, z razliko, da je v glikozidnih vezih večja raznolikost.

Indeks

• 1 Značilnosti
  • 1.1 Nastanek glikozidne vezi
  • 1.2 Hidroliza glikozidne vezi
  • 1.3 Raznolikost
• 2 Vrste
  • 2.1 O-glikozidne vezi
  • 2.2 N-glikozidne vezi
  • 2.3 Druge vrste glikozidnih vezi
• 3 Nomenklatura
• 4 Reference

Funkcije

Glikozidne vezi so veliko bolj raznolike kot njihovi analogi v beljakovinah in nukleinskih kislinah, ker se načeloma lahko dve molekuli sladkorja povežeta na več načinov, ker imata več skupin -OH, ki lahko sodelujejo pri usposabljanju. povezave.

Poleg tega izomeri monosaharidov, to je ena od dveh orientacij, ki jih lahko hidroksilna skupina ima v ciklični strukturi glede na anomerni ogljik, zagotavljajo dodatno raven raznolikosti..

Izomeri imajo različne tridimenzionalne strukture, kot tudi različne biološke aktivnosti. Celuloza in glikogen sestavljajo ponavljajoče se enote D-glukoze, vendar se razlikujejo po vrsti glikozidne vezi (α1-4 za glikogen in β1-4 za celulozo), zato imajo različne lastnosti in funkcije..

Ker imajo polipeptidi polariteto z enim N- in drugim C-koncem, in polinukleotidi imajo 5 'in 3' konce, imajo oligo- ali polisaharidi polarnost, ki jo definirajo reducirni in nereducirajoči konci..

Redukcijski konec ima prosto anomerno središče, ki ne tvori glikozidne vezi z drugo molekulo in tako ohranja kemijsko reaktivnost aldehida..

Glikozidna vez je najbolj fleksibilna regija oligo- ali polisaharidne skupine, saj je strukturna konformacija posameznih monosaharidov relativno tog.

Nastanek glikozidne vezi

Glikozidna vez lahko veže dve molekuli monosaharidov preko anomernega ogljika ene in hidroksilne skupine druge. To pomeni, da hemiacetalna skupina enega sladkorja reagira z alkoholno skupino drugega, da nastane acetal.

Na splošno nastajanje teh vezi nastane s kondenzacijskimi reakcijami, kjer se sprosti molekula vode z vsako vezjo, ki se tvori.

Vendar v nekaterih reakcijah kisik ne zapusti molekule sladkorja kot vode, temveč kot del difosfatne skupine uridin difosfatnega nukleotida.

Reakcije, ki povzročajo glikozidne vezi, katalizira razred encimov, znanih kot glikoziltransferaze. Nastanejo med sladkorjem, kovalentno modificiranim z dodatkom fosfatne skupine ali nukleotida (npr. Glukoza 6-fosfat, UDP-galaktoza), ki se veže na rastočo polimerno verigo..

Hidroliza glikozidne vezi

Glikozidne vezi se lahko zlahka hidrolizirajo v rahlo kislih okoljih, vendar so odporne na zelo alkalna okolja.

Encimsko hidrolizo glikozidnih vezi posredujejo encimi, znani kot glikozidaze. Mnogi sesalci nimajo teh encimov za razgradnjo celuloze, zato ne morejo izločiti energije iz tega polisaharida, čeprav so bistveni vir vlaken.

Prežvekovalci, kot so krave, imajo na primer bakterije, povezane z njihovim črevesjem, ki proizvajajo encime, ki lahko razgradijo celulozo, ki jo zaužijejo, zaradi česar so sposobni izkoristiti energijo, shranjeno v rastlinskih tkivih..

Enzim lizocim, ki ga proizvajajo v očesu in pri nekaterih bakterijskih virusih, lahko zaradi svoje hidrolitične aktivnosti uniči bakterije, ki razgrajujejo glikozidno vez med N-acetilglukozaminom in N-acetilmuramsko kislino v celični steni bakterij..

Raznolikost

Oligosaharidi, polisaharidi ali glikani so zelo različne molekule in to je posledica več načinov, na katere se monosaharidi lahko povežejo in tvorijo strukture višjega reda.

Ta raznolikost se začne od dejstva, kot je omenjeno zgoraj, da imajo sladkorji hidroksilne skupine, ki omogočajo različne vezne regije, in da se lahko pojavijo vezi med dvema možnima stereoizomerama glede na anomerni ogljik sladkorja (a ali β)..

Glikozidne vezi lahko tvorimo med sladkorjem in katerokoli hidroksilirano spojino, kot so alkoholi ali aminokisline.

Poleg tega lahko monosaharid tvori dve glikozidni vezi, tako da lahko služi kot točka veje, ki uvaja potencialno kompleksnost v strukturi glikanov ali polisaharidov v celicah..

Vrste

Glede tipov glikozidnih vezi je mogoče razlikovati dve kategoriji: glikozidne vezi med monosaharidi, ki tvorijo oligo- in polisaharide, in glikozidne vezi, ki se pojavljajo v glikoproteinah ali glikolipidih, ki so beljakovine ali lipidi z deleži ogljikovih hidratov.

O-glikozidne vezi

O-glikozidne vezi nastanejo med monosaharidi, nastanejo z reakcijo med hidroksilno skupino ene molekule sladkorja in anomernim ogljikom drugega.

Disaharidi so med najpogostejšimi oligosaharidi. Polisaharidi imajo več kot 20 enot monosaharidov, ki so povezani linearno in včasih imajo več vej.

Pri disaharidih, kot so maltoza, laktoza in saharoza, je najpogostejša glikozidna vez O-glikozidna vrsta. Te vezi se lahko pojavijo med ogljiki in -OH izomernih oblik α ali β.

Nastajanje glikozidnih vezi v oligo- in polisaharidih bo odvisno od stereokemijske narave sladkorjev, ki se vežejo, kot tudi od njihovega števila ogljikovih atomov. Na splošno se pri sladkorjih s 6 ogljiki pojavijo linearne vezi med ogljiki 1 in 4 ali 1 in 6.

Obstajata dve glavni vrsti O-glikozidi, ki so glede na nomenklaturo opredeljeni kot α in β ali 1,2-cis in 1,2-trans-glikozidi.

Odpadki 1,2-cis glikozilirani, a-glikozidi za D-glukozo, D-galaktozo, L-fukozo, D-ksilozo ali P-glikozide za D-manozo, L-arabinozo; kot tudi 1,2-trans (β-glikozidi za D-glukozo, D-galaktoza in α-glikozidi za D-manozo itd.) so zelo pomembni za mnoge naravne sestavine.

O-glikozilacija

Ena izmed najpogostejših post-translacijskih modifikacij je glikozilacija, ki vključuje dodatek glukidnega dela k rastočemu peptidu ali proteinu. Mucini, proteini izločanja, lahko vsebujejo velike količine oligosaharidnih verig, ki so povezane z O-glikozidnimi vezmi.

Proces O-glikozilacije se pojavi v Golgijevem kompleksu evkariontov in je sestavljen iz vezave proteinov na glukozni del preko glikozidne vezi med -OH skupino aminokislinskega ostanka serina ali treonina in anomernega ogljika sladkorja.

Opazili smo tudi nastanek teh vezi med ogljikovimi hidrati in ostanki hidroksiprolina in hidroksilizina ter s fenolno skupino ostankov tirozina..

N-glikozidne vezi

N-glikozidne vezi so najpogostejše med glikoziliranimi beljakovinami. N-glikozilacija se pojavlja predvsem v endoplazmatskem retikulu evkariontov, s poznejšimi spremembami, ki se lahko pojavijo v Golgijevem kompleksu..

N-glikozilacija je odvisna od prisotnosti konsenzirane sekvence Asn-Xxx-Ser / Thr. Glikozidna vez je med amidnim dušikom stranske verige ostankov asparagina in anomernim ogljikom sladkorja, ki se veže na peptidno verigo.

Nastajanje teh vezi med glikozilacijo je odvisno od encima, znanega kot oligosakaril-transferaza, ki prenaša oligosaharide iz dolichol fosfata v amidni dušik ostankov asparagina..

Druge vrste glikozidnih vezi

S-glikozidne vezi

Pojavljajo se tudi med beljakovinami in ogljikovimi hidrati, opazili so jih med peptidi z N-terminalnimi cisteini in oligosaharidi. Peptidi s to vrsto povezave so bili najprej izolirani iz beljakovin v urinu in človeških eritrocitov, vezanih na glukozne oligosaharide..

C-glikozidne vezi

Prvič so jih opazili kot posttranslacijsko modifikacijo (glikozilacija) v ostanku triptofana v RNazi 2, ki je prisotna v človeškem urinu in v rNazi 2 eritrocitov. Manoza se veže na ogljik v položaju 2 indolskega jedra aminokisline preko C-glikozidne vezi..

Nomenklatura

Izraz glikozid se uporablja za opis kakršnega koli sladkorja, katerega anomerna skupina je nadomeščena s skupino -OR (O-glikozidi), -SR (tioglukozidi), -SeR (selenoglukozidi), -NR (N-glikozidi ali glukozamini) ali celo -CR (C-glikozidi).

Imenujemo jih lahko na tri različne načine:

(1) zamenjava terminala "-o" imena ustrezne ciklične oblike monosaharida s "-ido" in pisanje pred, kot drugačno besedo, ime substituenta skupine R.

(2) z uporabo izraza "glikoziloksi" kot predpono imena monosaharida.

(3) uporaba izraza O-glikozil, N-glikozil, S-glikozil ali C-Glikozil kot predpono za ime hidroksi spojine.

Reference

1. Bertozzi, C.R. & Rabuka, D. (2009). Strukturna osnova raznolikosti glikanov. V A. Varki, R. Cummings in J. Esko (ur.), Osnove glikobiologije (2. izd.). New York: Cold Spring Harbour Laboratory Press. Vzpostavljeno iz www.ncbi.nlm.nih.gov
2. Biermann, C. (1988). Hidroliza in druge cepitve glikozidnih vezi v polisaharidih. Napredek v kemiji in biokemiji ogljikovih hidratov, 46, 251-261.
3. Demchenko, A. V. (2008). Priročnik o kemijski glikozilaciji: napredek v stereoselektivnosti in terapevtski ustreznosti. Wiley-VCH.
4. Lodish, H., Berk, A., Kaiser, C.A., Krieger, M., Bretscher, A., Ploegh, H., ... Martin, K. (2003). Molekularna celična biologija (5. izd.). Freeman, W. H. & Company.
5. Nelson, D.L., & Cox, M. M. (2009). Lehningerjeva načela biokemije. Omega izdaje (5. izd.).
6. Nomenklatura ogljikovih hidratov (Priporočila 1996). (1996). Vzpostavljeno iz www.qmul.ac.uk
7. Soderberg, T. (2010). Organska kemija z biološkim poudarkom, zvezek I. Kemijska fakulteta (Vol. 1). Minnesota: Univerza v Minnesoti Morris Digital Well. Vzpostavljeno iz www.digitalcommons.morris.umn.edu
8. Taylor, C. M. (1998). Glikopeptidi in glikoproteini: Osredotočite se na glikozidno povezavo. Tetrahedron, 54, 11317-11362.