GLIKOZIDINIS RYŠYS: CHARAKTERISTIKOS, TIPAI IR NOMENKLATŪRA - BIOLOGIJA - 2025

Kad glikozidiniai, yra kovalentinių jungčių, kurie atsiranda tarp angliavandenių (angliavandeniai) ir kitų molekulių, kurios gali būti ir kitų monosacharidų arba kitų molekulių yra skirtingo pobūdžio. Šie ryšiai suteikia galimybę egzistuoti daugybei pagrindinių gyvenimo komponentų ne tik kuriant atsarginius degalus ir konstrukcinius elementus, bet ir informaciją pernešančias molekules, būtinas ląstelių ryšiui palaikyti.

Polisacharidų susidarymas iš esmės priklauso nuo gliukozidinių ryšių įsitvirtinimo tarp atskirų monosacharidų vienetų laisvojo alkoholio arba hidroksilo grupių.

Glikozidinio surišimo glikogene pavyzdys (Šaltinis: Glykogen.svg-NEUROtikerderideri-work-Marek-M-Public-domain per Wikimedia Commons)

Tačiau kai kuriuose sudėtiniuose polisachariduose yra modifikuotų cukrų, kurie per gliukozidinius ryšius yra prijungti prie mažų molekulių ar grupių, tokių kaip amino, sulfatas ir acetilas, ir tai nebūtinai reiškia vandens molekulės išsiskyrimą kondensacijos reakcijos metu. Šios modifikacijos yra labai dažnos glikanuose, esančiuose tarpląstelinėje matricoje arba glikokalikse.

Glikozidiniai ryšiai vyksta daugelyje ląstelių, įskaitant kai kurių sfingolipidų, svarbių daugelio organizmų ląstelių membranų sudedamųjų dalių, polinių galvų grupės jungtį ir glikoproteinų bei proteoglikanų formavimąsi.

Svarbūs polisacharidai, tokie kaip celiuliozė, chitinas, agaras, glikogenas ir krakmolas, neįmanomi be glikozidinių ryšių. Taip pat baltymų glikozilinimas, vykstantis endoplazminiame retikulume ir Golgi komplekse, yra nepaprastai svarbus daugelio baltymų aktyvumui.

Daugybė oligo- ir polisacharidų veikia kaip gliukozės rezervuarai, kaip struktūriniai komponentai arba kaip klijai, skirti ląstelėms prisitvirtinti audiniuose.

Ryšys tarp glikozidinių jungčių oligosachariduose yra analogiškas peptidinių jungčių polipeptiduose ir fosfodiesterinių ryšių polinukleotiduose ryšiui, tuo skirtumu, kad glikozidiniai ryšiai yra įvairesni.

charakteristikos

Glikozidiniai ryšiai yra daug įvairesni nei jų analogai baltymuose ir nukleorūgštyse, nes iš esmės bet kurios dvi cukraus molekulės gali prisijungti viena prie kitos įvairiais būdais, nes jos turi daug -OH grupių, kurios gali dalyvauti formuojant nuorodos.

Be to, monosacharidų izomerai, tai yra viena iš dviejų orientacijų, kurias hidroksilo grupė gali turėti ciklinėje struktūroje anomerinės anglies atžvilgiu, suteikia papildomą įvairovės lygį.

Izomerai turi skirtingas trimates struktūras, taip pat skirtingą biologinį aktyvumą. Celiuliozė ir glikogenas susideda iš pasikartojančių D-gliukozės vienetų, tačiau skiriasi glikozidinės jungties tipu (α1-4 glikogenui ir β1-4 celiuliozei), todėl turi skirtingas savybes ir funkcijas.

Lygiai taip, kaip polipeptidai turi N ir C galų poliškumą, o polinukleotidai turi 5 'ir 3' galus, oligo- arba polisacharidai turi poliškumą, apibrėžtą redukuojančiais ir nesumažinančiais galais.

Redukcinis galas turi laisvą anomerinį centrą, kuris nesudaro glikozidinio ryšio su kita molekule, tokiu būdu išlaikant cheminį aldehido reaktyvumą.

Glikozidinis ryšys yra lanksčiausia oligo- arba polisacharidų fragmento sritis, nes atskirų monosacharidų struktūros balno konstrukcija yra gana tvirta.

Glikozidinio ryšio susidarymas

Glikozidinis ryšys gali sujungti dvi monosacharido molekules per vienos anomerinę anglį, o kitos hidroksilo grupę. Tai yra, vieno cukraus hemiacetalio grupė reaguoja su kito alkoholio grupe, sudarydama acetalį.

Paprastai šie ryšiai susidaro kondensacijos reakcijų metu, kai su kiekviena susidarančia jungtimi išsiskiria vandens molekulė.

Tačiau kai kuriose reakcijose deguonis cukraus molekulę palieka ne kaip vandenį, o kaip uridino difosfato nukleotido difosfato grupės dalį.

Reakcijas, sukeliančias glikozidinius ryšius, katalizuoja fermentų klasė, vadinama glikoziltransferazėmis. Jie susidaro tarp cukraus, modifikuoto kovalentiškai, pridedant fosfato grupės arba nukleotido (pavyzdžiui, gliukozės 6-fosfato, UDP-galaktozės), kuris jungiasi prie augančios polimero grandinės.

Glikozidinio ryšio hidrolizė

Glikozidinius ryšius galima lengvai hidrolizuoti silpnai rūgščioje aplinkoje, tačiau jie yra gana atsparūs šarminėms aplinkoms.

Fermentinę glikozidinių ryšių hidrolizę tarpininkauja fermentai, žinomi kaip glikozidazės. Daugelis žinduolių neturi šių fermentų skaidyti celiuliozę, todėl jie nesugeba išgauti energijos iš šio polisacharido, nepaisant to, kad yra svarbus skaidulų šaltinis.

Pvz., Atrajotojai, pavyzdžiui, karvės, turi savo žarnyne bakterijų, gaminančių fermentus, galinčius skaidyti jų praryjamą celiuliozę, todėl jie gali pasinaudoti augalų audiniuose išsaugota energija.

Fermentas lizocimas, kurį gamina akies ašaros ir kai kurie bakterijų virusai, dėl savo hidrolizinio aktyvumo sugeba sunaikinti bakterijas, kuris nutraukia glikozidinį ryšį tarp N-acetilgliukozamino ir N-acetilmuraminės rūgšties bakterijų ląstelių sienelėje. .

Įvairovė

Oligosacharidai, polisacharidai ar glikanai yra labai įvairios molekulės ir tai lemia daugybė būdų, kuriais monosacharidai gali prisijungti vienas prie kito, kad sudarytų aukštesnės eilės struktūras.

Ši įvairovė grindžiama tuo, kaip minėta aukščiau, kad cukruose yra hidroksilo grupių, leidžiančių skirtingas rišamąsias sritis, ir kad jungtys gali vykti tarp dviejų galimų stereoizomerų, susijusių su anomerine cukraus anglimi (α arba β).

Glikozidiniai ryšiai gali būti suformuoti tarp cukraus ir bet kurio hidroksi junginio, pavyzdžiui, alkoholių ar amino rūgščių.

Be to, monosacharidas gali sudaryti du glikozidinius ryšius, todėl jis gali tarnauti kaip atšakos taškas, įvedantis galimą glikanų arba polisacharidų struktūros sudėtingumą ląstelėse.

Tipai

Kalbant apie glikozidinių ryšių tipus, galima atskirti dvi kategorijas: glikozidinius ryšius tarp monosacharidų, kurie sudaro oligo- ir polisacharidus, ir glikozidinių ryšių, atsirandančių glikoproteinuose ar glikolipiduose, kurie yra baltymai ar lipidai su angliavandenių dalimis. .

O-gliukozidiniai ryšiai

O-glikozidiniai ryšiai atsiranda tarp monosacharidų, susidaro reaguojant tarp vienos cukraus molekulės hidroksilo grupės ir kitos anomerinės anglies.

Disacharidai yra vieni iš labiausiai paplitusių oligosacharidų. Polisacharidai turi daugiau nei 20 monosacharidų vienetų, sujungtų linijiškai, ir kartais turi keletą atšakų.

O-glikozidinės jungties pavyzdys (Šaltinis: „Tpirojsi“ per „Wikimedia Commons“)

Disachariduose, tokiuose kaip maltozė, laktozė ir sacharozė, dažniausiai glikozidinis ryšys yra O-gliukozidinis tipas. Šie ryšiai gali atsirasti tarp anglies atomų ir α izomerinių formų -OH.

Glikozidinių ryšių susidarymas oligo- ir polisachariduose priklausys nuo prijungtų cukrų stereocheminio pobūdžio, taip pat nuo jų anglies atomų skaičiaus. Paprastai cukruose, turinčiuose 6 anglies atomus, linijinės jungtys susidaro tarp 1 ir 4 arba 1 ir 6 anglies.

Yra du pagrindiniai O-glikozidų tipai, kurie, atsižvelgiant į nomenklatūrą, yra apibūdinami kaip α ir β arba 1,2-cis ir 1,2-trans-glikozidai.

1,2-cis glikozilintos liekanos, α-glikozidai D-gliukozei, D-galaktozei, L-fukozei, D-ksilozei arba β-glikozidai D-mannozei, L-arabinozei; taip pat 1,2-trans (β-glikozidai D-gliukozei, D-galaktozė ir α-glikozidai D-mannozei ir kt.) turi didelę reikšmę daugeliui natūralių komponentų.

O-glikozilinimas

Viena iš labiausiai paplitusių posttransliacinių modifikacijų yra glikozilinimas, kurį sudaro angliavandenių dalies pridėjimas prie augančio peptido ar baltymo. Mucinai, sekreciniai baltymai, gali turėti didelį kiekį oligosacharidų grandinių, sujungtų O-gliukozidiniais ryšiais.

O-glikozilinimo procesas vyksta Golgi eukariotų komplekse ir susideda iš baltymų jungties prie angliavandenių dalies per glikozidinį ryšį tarp serino arba treonino aminorūgšties liekanos -OH grupės ir anomerinės anglies. cukraus.

Taip pat pastebėtas šių jungčių susidarymas tarp angliavandenių ir hidroksiprolino bei hidroksilizino liekanų bei fenolio grupės tirozino liekanų.

N-glikozidiniai ryšiai

N-glikozidiniai ryšiai yra labiausiai paplitę tarp glikozilintų baltymų. N-glikozilinimas vyksta daugiausia endoplazminiame eukariotų retikulume, vėliau vykstant pakeitimams, kurie gali atsirasti Golgi komplekse.

N-glikozidinio ryšio pavyzdys (Šaltinis: „Tpirojsi“, per „Wikimedia Commons“)

N-glikozilinimas priklauso nuo to, ar yra bendro sutarimo seka Asn-Xxx-Ser / Thr. Glikozidinis ryšys susidaro tarp asparagino liekanų šoninės grandies amido azoto ir cukraus, kuris jungiasi prie peptido grandinės, anomerinės anglies.

Šių ryšių susidarymas glikozilinimo metu priklauso nuo fermento, žinomo kaip oligosacariiltransferazė, kuris perkelia oligosacharidus iš dolicholio fosfato į asparagino liekanų amidų azotą.

Kiti glikozidinių ryšių tipai

S-gliukozidiniai ryšiai

Jie taip pat atsiranda tarp baltymų ir angliavandenių, jie pastebimi tarp peptidų su N-galo cisteinais ir oligosacharidais. Iš pradžių peptidai su tokiais ryšiais buvo išskirti iš baltymų žmogaus šlapime ir eritrocitai, sujungti su gliukozės oligosacharidais.

C-gliukozidiniai ryšiai

Pirmą kartą jie buvo stebimi kaip postransliacinė modifikacija (glikozilinimas) triptofano liekanoje RNazėje 2, esančioje žmogaus šlapime, ir RNazėje 2, eritrocituose. Mannozė prie anglies yra prijungta aminorūgšties indolo branduolio 2-oje padėtyje per C-gliukozidinį ryšį.

Nomenklatūra

Terminas glikozidas naudojamas apibūdinti bet kokį cukrų, kurio anomerinė grupė yra pakeista grupe -OR (O-glikozidai), -SR (tioglikozidai), -SeR (selenoglikozidai), -NR (N-glikozidai arba gliukozaminai) ar net -CR. (C-gliukozidai).

Juos galima pavadinti trimis skirtingais būdais:

(1) atitinkamo ciklinės monosacharido formos pavadinimo termino „-o“ pakeitimas „-ido“ ir prieš pradedant rašyti kaip kitokį žodį R grupės pakaitalo pavadinimą.

(2) termino „glikoziloksi“ vartojimą kaip priešdėlį prie monosacharido pavadinimo.

(3) termino O-glikozilo, N-glikozilo, S-glikozilo arba C-glikozilo naudojimą kaip priešdėlį hidroksi junginio pavadinimui.

Nuorodos

1. Bertozzi, CR ir Rabuka, D. (2009). Glikano įvairovės struktūriniai pagrindai. In A. Varki, R. Cummings ir J. Esko (Red.), Glikobiologijos pagrindai (2-asis leidimas). Niujorkas: „Cold Spring Harbor Laboratory Press“. Gauta iš www.ncbi.nlm.nih.gov
2. Biermann, C. (1988). Polisacharidų glikozidinių jungčių hidrolizė ir kiti skilimai. Angliavandenių chemijos ir biochemijos pažanga, 46, 251–261.
3. Demčenko, AV (2008). Cheminio glikozilinimo vadovas: Stereoselektyvumo ir terapinio tinkamumo pažanga. Vilis-VCH.
4. Lodish, H., Berk, A., Kaiser, CA, Krieger, M., Bretscher, A., Ploegh, H., … Martin, K. (2003). Molekulinių ląstelių biologija (5-asis leidimas). Freeman, WH & Company.
5. Nelsonas, D. L. ir Coxas, MM (2009). Lehningerio biochemijos principai. „Omega“ leidimai (5-asis leidimas).
6. Angliavandenių nomenklatūra (1996 m. Rekomendacijos). (devyniolika devyniasdešimt šeši). Gauta iš www.qmul.ac.uk
7. Soderberg, T. (2010). Organinė chemija biologiniu aspektu, I tomas. Chemijos fakultetas (1 tomas). Minesota: Minesotos universitetas, „Morris Digital Well“. Gauta iš www.digitalcommons.morris.umn.edu
8. Taylor, CM (1998). Glikopeptidai ir glikoproteinai: sutelkite dėmesį į glikozidinį ryšį. Tetrahedron, 54, 11317-11362.