Połącz cechy glikozydowe, rodzaje i nazewnictwo

The wiązania glikozydowe są wiązaniami kowalencyjnymi występującymi między cukrami (węglowodanami) i innymi cząsteczkami, którymi mogą być inne monosacharydy lub inne cząsteczki o różnym charakterze. Powiązania te umożliwiają istnienie wielu podstawowych składników na całe życie, nie tylko w tworzeniu rezerwowych paliw i elementów strukturalnych, ale także w molekułach transportu informacji niezbędnych do komunikacji komórkowej.

Tworzenie polisacharydów zależy przede wszystkim od ustanowienia wiązań glikozydowych między wolnym alkoholem lub grupami hydroksylowymi poszczególnych jednostek monosacharydowych.

Jednak niektóre złożone polisacharydy zawierają zmodyfikowane cukry, które są związane z małymi cząsteczkami lub grupami, takimi jak amino, siarczan i acetyl poprzez wiązania glikozydowe, i które niekoniecznie wiążą się z uwalnianiem cząsteczki wody w reakcji kondensacji. Te modyfikacje są bardzo powszechne w glikanach obecnych w macierzy zewnątrzkomórkowej lub glikokaliksie.

Wiązania glikozydowe występują w wielu kontekstach komórkowych, między innymi w związku biegunowej grupy głowy niektórych sfingolipidów, istotnych składników błon komórkowych wielu organizmów oraz w tworzeniu glikoprotein i proteoglikanów.

Ważne polisacharydy, takie jak celuloza, chityna, agar, glikogen i skrobia nie byłyby możliwe bez wiązań glikozydowych. Podobnie, glikozylacja białek, która występuje w retikulum endoplazmatycznym i kompleksie Golgiego, ma wielkie znaczenie dla aktywności wielu białek..

Liczne oligo- i polisacharydy działają jako rezerwuary glukozy, jako składniki strukturalne lub jako kleje do wiązania komórek w tkankach.

Związek między wiązaniami glikozydowymi w oligosacharydach jest analogiczny do wiązania wiązań peptydowych w polipeptydach i wiązań fosfodiestrowych w polinukleotydach, z tą różnicą, że w wiązaniach glikozydowych występuje większa różnorodność.

Indeks

• 1 Charakterystyka
  • 1.1 Tworzenie wiązania glikozydowego
  • 1.2 Hydroliza wiązania glikozydowego
  • 1.3 Różnorodność
• 2 typy
  • 2.1 O-glikozydowe wiązania
  • 2.2 N-glikozydowe wiązania
  • 2.3 Inne rodzaje wiązań glikozydowych
• 3 Nazewnictwo
• 4 odniesienia

Funkcje

Wiązania glikozydowe są znacznie bardziej zróżnicowane niż ich analogi w białkach i kwasach nukleinowych, ponieważ w zasadzie dwie cząsteczki cukru mogą być ze sobą połączone na wiele sposobów, ponieważ mają wiele grup -OH, które mogą uczestniczyć w treningu linku.

Ponadto izomery monosacharydów, to znaczy jedna z dwóch orientacji, które grupa hydroksylowa może mieć w strukturze cyklicznej względem węgla anomerycznego, zapewniają dodatkowy poziom różnorodności.

Izomery mają różne struktury trójwymiarowe, jak również różne aktywności biologiczne. Celuloza i glikogen składają się z powtarzających się jednostek D-glukozy, ale różnią się rodzajem wiązania glikozydowego (α1-4 dla glikogenu i β1-4 dla celulozy), a zatem mają różne właściwości i funkcje.

Ponieważ polipeptydy mają polarność z jednym N- i innym końcem C, a polinukleotydy mają końce 5 'i 3', oligo- lub polisacharydy mają polarność określoną przez końce redukujące i nieredukujące..

Koniec redukujący ma wolne centrum anomeryczne, które nie tworzy wiązania glikozydowego z inną cząsteczką, zachowując w ten sposób chemiczną reaktywność aldehydu.

Wiązanie glikozydowe jest najbardziej elastycznym regionem ugrupowania oligo- lub polisacharydowego, ponieważ konformacja strukturalna krzesła pojedynczych monosacharydów jest stosunkowo sztywna.

Tworzenie wiązania glikozydowego

Wiązanie glikozydowe może wiązać dwie cząsteczki monosacharydów przez anomeryczny węgiel jednego i grupę hydroksylową drugiego. Oznacza to, że grupa półacetalowa jednego cukru reaguje z grupą alkoholową innego cukru, tworząc acetal.

Ogólnie rzecz biorąc, tworzenie się tych wiązań następuje przez reakcje kondensacji, w których cząsteczka wody jest uwalniana z każdym tworzonym wiązaniem.

Jednak w niektórych reakcjach tlen nie opuszcza cząsteczki cukru jako wody, ale jako część grupy difosforanowej nukleotydu difosforanu urydyny.

Reakcje, które powodują powstawanie wiązań glikozydowych, są katalizowane przez klasę enzymów znanych jako glikozylotransferazy. Tworzą się one między kowalencyjnie zmodyfikowanym cukrem przez dodanie grupy fosforanowej lub nukleotydu (na przykład 6-fosforan glukozy, galaktoza UDP), który wiąże się z rosnącym łańcuchem polimerowym.

Hydroliza wiązania glikozydowego

Wiązania glikozydowe mogą łatwo hydrolizować w środowiskach lekko kwaśnych, ale są odporne na dość alkaliczne środowiska.

Enzymatyczna hydroliza wiązań glikozydowych odbywa się za pośrednictwem enzymów znanych jako glikozydazy. Wiele ssaków nie posiada tych enzymów do degradacji celulozy, więc nie są w stanie wydobyć energii z tego polisacharydu, mimo że są podstawowym źródłem błonnika.

Przeżuwacze, takie jak na przykład krowy, mają bakterie związane z ich jelitami, które wytwarzają enzymy zdolne do rozkładania spożywanej przez nie celulozy, dzięki czemu są w stanie wykorzystać energię zmagazynowaną w tkankach roślin.

Enzym lizozym wytwarzany we łzach oka i przez niektóre wirusy bakteryjne jest zdolny do niszczenia bakterii dzięki swojej aktywności hydrolitycznej, która rozrywa wiązanie glikozydowe między N-acetyloglukozaminą i kwasem N-acetylomuraminowym w ścianie komórkowej bakterii.

Różnorodność

Oligosacharydy, polisacharydy lub glikany są bardzo różnorodnymi cząsteczkami, co wynika z wielu sposobów, w jakie monosacharydy mogą być łączone ze sobą, tworząc struktury wyższego rzędu.

Ta różnorodność zaczyna się od faktu, jak wspomniano powyżej, że cukry mają grupy hydroksylowe, które umożliwiają różne regiony wiążące, i że wiązania mogą występować między dwoma możliwymi stereoizomerami w odniesieniu do anomerycznego węgla cukru (α lub β).

Wiązania glikozydowe mogą być utworzone między cukrem i dowolnym związkiem hydroksylowanym, takim jak alkohole lub aminokwasy.

Ponadto monosacharyd może tworzyć dwa wiązania glikozydowe, dzięki czemu może służyć jako punkt rozgałęzienia, wprowadzając potencjalną złożoność struktury glikanów lub polisacharydów w komórkach.

Typy

Jeśli chodzi o rodzaje wiązań glikozydowych, można wyróżnić dwie kategorie: wiązania glikozydowe między monosacharydami, które tworzą oligo- i polisacharydy, oraz wiązania glikozydowe występujące w glikoproteinach lub glikolipidach, które są białkami lub lipidami z częściami węglowodanów.

Wiązania O-glikozydowe

Wiązania O-glikozydowe występują między monosacharydami, powstają w wyniku reakcji między grupą hydroksylową jednej cząsteczki cukru i anomerycznym węglem innej.

Disacharydy należą do najczęstszych oligosacharydów. Polisacharydy mają więcej niż 20 jednostek monosacharydów połączonych liniowo i czasami mają wiele rozgałęzień.

W disacharydach, takich jak maltoza, laktoza i sacharoza, najczęstszym wiązaniem glikozydowym jest typ O-glikozydowy. Wiązania te mogą występować między atomami węgla i -OH form izomerycznych α lub β.

Tworzenie wiązań glikozydowych w oligo- i polisacharydach będzie zależeć od stereochemicznej natury wiążących cukrów, jak również od ich liczby atomów węgla. Ogólnie, dla cukrów z 6 atomami węgla, wiązania węglowe występują między węglami 1 i 4 lub 1 i 6.

Istnieją dwa główne typy O-glikozydy, które w zależności od nomenklatury są zdefiniowane jako α i β lub 1,2-cis i 1,2-trans-glikozydy.

Odpady 1,2-cis glikozylowane, α-glikozydy dla D-glukozy, D-galaktozy, L-fukozy, D-ksylozy lub β-glikozydów dla D-mannozy, L-arabinozy; jak również 1,2-trans (β-glikozydy dla D-glukozy, D-galaktozy i α-glikozydów dla D-mannozy itp.) mają wielkie znaczenie dla wielu naturalnych składników.

O-glikozylacja

Jedną z najczęstszych modyfikacji potranslacyjnych jest glikozylacja, która obejmuje dodanie części glukozowej do rosnącego peptydu lub białka. Mucyny, białka wydzielnicze, mogą zawierać duże ilości łańcuchów oligosacharydowych połączonych wiązaniami O-glikozydowymi.

Proces O-glikozylacji zachodzi w kompleksie Golgiego eukariontów i polega na wiązaniu białek do części glukozowej przez wiązanie glikozydowe między grupą -OH reszty aminokwasowej seryny lub treoniny i anomerycznym węglem cukru.

Zaobserwowano również tworzenie się tych wiązań między węglowodanami i resztami hydroksyproliny i hydroksylyzyny oraz z grupą fenolową reszt tyrozynowych..

N-glikozydowe wiązania

Wiązania N-glikozydowe są najpowszechniejsze wśród glikozylowanych białek. N-glikozylacja zachodzi głównie w siateczce endoplazmatycznej eukariontów, z późniejszymi modyfikacjami, które mogą wystąpić w kompleksie Golgiego..

N-glikozylacja zależy od obecności sekwencji konsensusowej Asn-Xxx-Ser / Thr. Wiązanie glikozydowe znajduje się pomiędzy azotem amidowym łańcucha bocznego reszt asparaginy i anomerycznym węglem cukru, który wiąże łańcuch peptydowy.

Tworzenie się tych wiązań podczas glikozylacji zależy od enzymu znanego jako oligosacharylotransferaza, który przenosi oligosacharydy z fosforanu dolicholu do azotu amidowego reszt asparaginy..

Inne rodzaje wiązań glikozydowych

Wiązania S-glikozydowe

Występują także między białkami i węglowodanami, obserwowano je między peptydami z N-końcowymi cysteinami i oligosacharydami. Peptydy z tego typu łącznikami początkowo izolowano z białek w moczu i ludzkich erytrocytach związanych z oligosacharydami glukozy.

Wiązania C-glikozydowe

Po raz pierwszy zaobserwowano je jako modyfikację posttranslacyjną (glikozylację) w reszcie tryptofanu w RNazie 2 obecnej w ludzkim moczu i RNazie 2 erytrocytów. Mannoza wiąże się z węglem w pozycji 2 jądra indolowego aminokwasu poprzez wiązanie C-glikozydowe.

Nomenklatura

Termin glikozyd jest stosowany do opisania dowolnego cukru, którego grupa anomeryczna jest zastąpiona przez grupę -OR (O-glikozydy), -SR (tioglukozydy), -SeR (selenoglukozydy), -NR (N-glikozydy lub glukozaminy) lub nawet -CR (C-glikozydy).

Można je nazywać na trzy różne sposoby:

(1) zastąpienie terminala „-o” nazwy odpowiedniej formy cyklicznej monosacharydu przez „-ido” i napisanie wcześniej, jako innego słowa, nazwy podstawnika grupy R.

(2) stosując termin „glikozyloksyl” jako przedrostek nazwy monosacharydu.

(3) używanie tego terminu O-glikozyl, N-glikozyl, S-glikozyl lub C-glikozyl jako przedrostek nazwy związku hydroksylowego.

Referencje

1. Bertozzi, C. R., i Rabuka, D. (2009). Podstawa strukturalna różnorodności glikanów. W A. Varki, R. Cummings i J. Esko (red.), Essentials of Glycobiology (Drugie wydanie). Nowy Jork: Cold Spring Harbor Laboratory Press. Źródło: www.ncbi.nlm.nih.gov
2. Biermann, C. (1988). Hydroliza i inne cięcia wiązań glikozydowych w polisacharydach. Postępy w chemii węglowodanów i biochemii, 46, 251-261.
3. Demchenko, A. V. (2008). Podręcznik chemicznej glikozylacji: postępy w stereoselektywności i stosowności terapeutycznej. Wiley-VCH.
4. Lodish, H., Berk, A., Kaiser, C. A., Krieger, M., Bretscher, A., Ploegh, H., ... Martin, K. (2003). Molekularna biologia komórkowa (5 wyd.). Freeman, W. H. & Company.
5. Nelson, D. L. i Cox, M. M. (2009). Lehninger Principles of Biochemistry. Edycje Omega (5 wyd.).
6. Nomenklatura węglowodanów (zalecenia 1996). (1996). Źródło: www.qmul.ac.uk
7. Soderberg, T. (2010). Organic Chemistry with a Biological Emphasis, Tom I. Wydział Chemii (Tom 1). Minnesota: University of Minnesota Morris Digital Well. Źródło: www.digitalcommons.morris.umn.edu
8. Taylor, C. M. (1998). Glikopeptydy i glikoproteiny: Skup się na sprzężeniu glikozydowym. Czworościan, 54, 11317-11362.