Propojení glykosidických charakteristik, typů a názvosloví

glykosidové vazby jsou kovalentní vazby, které se vyskytují mezi cukry (sacharidy) a jinými molekulami, kterými mohou být jiné monosacharidy nebo jiné molekuly různé povahy. Tyto vazby umožňují existenci více základních komponentů pro život, a to nejen při tvorbě rezervních paliv a konstrukčních prvků, ale také v oblasti informačních transportních molekul nezbytných pro buněčnou komunikaci..

Tvorba polysacharidů závisí především na vzniku glykosidických vazeb mezi volnými alkoholy nebo hydroxylovými skupinami jednotlivých monosacharidových jednotek..

Některé komplexní polysacharidy však obsahují modifikované cukry, které jsou vázány na malé molekuly nebo skupiny, jako je aminoskupina, sulfátová skupina a acetylová skupina, prostřednictvím glykosidových vazeb a které nutně nezahrnují uvolňování molekuly vody kondenzační reakcí. Tyto modifikace jsou velmi běžné u glykanů přítomných v extracelulární matrici nebo glykokalyxu.

Glykosidické vazby se vyskytují v mnoha buněčných kontextech, mezi nimi sjednocení skupiny polárních hlav některých sfingolipidů, základních složek buněčných membrán mnoha organismů a tvorby glykoproteinů a proteoglykanů.

Bez glykosidických vazeb by nebyly možné důležité polysacharidy, jako je celulóza, chitin, agar, glykogen a škrob. Podobně glykosylace proteinů, která se vyskytuje v endoplazmatickém retikulu a v Golgiho komplexu, má velký význam pro aktivitu mnoha proteinů..

Četné oligo- a polysacharidy fungují jako zásobníky glukózy, jako strukturní složky nebo jako adheziva pro buněčné vazby ve tkáních..

Vztah mezi glykosidickými vazbami v oligosacharidech je analogický jako vztah peptidových vazeb v polypeptidech a fosfodiesterových vazeb v polynukleotidech, s tím rozdílem, že v glykosidických vazbách existuje větší diverzita..

Index

• 1 Charakteristika
  • 1.1 Tvorba glykosidické vazby
  • 1.2 Hydrolýza glykosidické vazby
  • 1.3 Rozmanitost
• 2 Typy
  • 2.1 O-glykosidické vazby
  • 2.2 N-glykosidické vazby
  • 2.3 Další typy glykosidických vazeb
• 3 Nomenklatura
• 4 Odkazy

Vlastnosti

Glykosidické vazby jsou mnohem rozmanitější než jejich analogy v proteinech a nukleových kyselinách, protože v zásadě mohou být dvě molekuly cukru spojeny v mnoha směrech, protože mají více skupin -OH, které se mohou účastnit tréninku. spojení.

Kromě toho izomery monosacharidů, což je jedna ze dvou orientací, které může mít hydroxylová skupina v cyklické struktuře vzhledem k anomernímu uhlíku, poskytují další úroveň diverzity..

Izomery mají různé trojrozměrné struktury, stejně jako různé biologické aktivity. Celulóza a glykogen se skládají z opakovaných jednotek D-glukózy, ale liší se typem glykosidické vazby (α1-4 pro glykogen a β1-4 pro celulózu), a proto mají odlišné vlastnosti a funkce.

Protože polypeptidy mají polaritu s jedním N- a jiným C-koncem a polynukleotidy mají 5 'a 3' konce, oligo- nebo polysacharidy mají polaritu definovanou redukujícími a neredukujícími konci..

Redukční konec má volné anomerní centrum, které netvoří glykosidovou vazbu s jinou molekulou, čímž si zachovává chemickou reaktivitu aldehydu..

Glykosidová vazba je nejpružnější oblast oligo- nebo polysacharidové skupiny, protože strukturní konformace židle jednotlivých monosacharidů je relativně tuhá..

Tvorba glykosidické vazby

Glykosidová vazba může vázat dvě molekuly monosacharidů přes anomerní uhlík jedné a hydroxylové skupiny druhé. To znamená, že hemiacetální skupina jednoho cukru reaguje s alkoholovou skupinou druhého za vzniku acetalu.

Obecně dochází k tvorbě těchto vazeb kondenzačními reakcemi, při kterých se molekula vody uvolňuje s každou vazbou, která se tvoří.

V některých reakcích však kyslík nezanechává molekulu cukru jako vodu, ale jako součást difosfátové skupiny nukleotidu uridindifosfátu..

Reakce, které vedou ke vzniku glykosidických vazeb, jsou katalyzovány třídou enzymů známých jako glykosyltransferázy. Jsou tvořeny mezi cukrem kovalentně modifikovaným přidáním fosfátové skupiny nebo nukleotidu (například 6-fosfát glukózy, například UDP-galaktosa), který se váže na rostoucí polymerní řetězec.

Hydrolýza glykosidické vazby

Glykosidické vazby mohou snadno hydrolyzovat v mírně kyselém prostředí, ale odolávají velmi alkalickým prostředím.

Enzymatická hydrolýza glykosidických vazeb je zprostředkována enzymy známými jako glykosidázy. Mnoho savců nemá tyto enzymy pro degradaci celulózy, takže nejsou schopny extrahovat energii z tohoto polysacharidu, přestože jsou základním zdrojem vlákniny.

Přežvýkavci, jako jsou například krávy, mají bakterie spojené s jejich střevy, které produkují enzymy, které jsou schopny degradovat celulózu, kterou přijímají, což je činí schopnými využít energie uložené v rostlinných tkáních..

Enzym lysozym, produkovaný v slzách oka a některými bakteriálními viry, je schopen zničit bakterie díky své hydrolytické aktivitě, která narušuje glykosidovou vazbu mezi N-acetylglukosaminem a kyselinou N-acetylmuramovou v buněčné stěně bakterií..

Rozmanitost

Oligosacharidy, polysacharidy nebo glykany jsou velmi rozmanité molekuly a to je způsobeno mnoha způsoby, kterými mohou být monosacharidy spojeny dohromady a vytvořit struktury vyššího řádu..

Tato rozmanitost vychází ze skutečnosti, jak je uvedeno výše, že cukry mají hydroxylové skupiny, které umožňují různé vazebné oblasti, a že vazby se mohou vyskytovat mezi dvěma možnými stereoisomery s ohledem na anomerní uhlík cukru (a nebo p).

Glykosidické vazby mohou být vytvořeny mezi cukrem a jakoukoliv hydroxylovanou sloučeninou, jako jsou alkoholy nebo aminokyseliny.

Kromě toho může monosacharid tvořit dvě glykosidické vazby, takže může sloužit jako větev, která představuje potenciální složitost ve struktuře glykanů nebo polysacharidů v buňkách..

Typy

Pokud jde o typy glykosidických vazeb, lze rozlišovat dvě kategorie: glykosidické vazby mezi monosacharidy, které tvoří oligo- a polysacharidy, a glykosidické vazby, které se vyskytují v glykoproteinech nebo glykolipidech, což jsou proteiny nebo lipidy s podílem sacharidů..

O-glykosidické vazby

O-glykosidické vazby se vyskytují mezi monosacharidy, vznikají reakcí mezi hydroxylovou skupinou jedné molekuly cukru a anomerním uhlíkem jiné molekuly..

Disacharidy patří mezi nejběžnější oligosacharidy. Polysacharidy mají více než 20 jednotek monosacharidů spojených dohromady lineárně a někdy mají více větví.

V disacharidech, jako je maltóza, laktóza a sacharóza, je nejběžnější glykosidickou vazbou O-glykosidický typ. Tyto vazby se mohou vyskytovat mezi uhlíky a -OH izomerních forem a nebo p.

Tvorba glykosidických vazeb v oligo- a polysacharidech bude záviset na stereochemické povaze cukrů, které se váží, stejně jako na jejich počtu atomů uhlíku. Obecně platí, že u cukrů se 6 uhlíky se vyskytují lineární vazby mezi uhlíky 1 a 4 nebo 1 a 6.

Existují dva hlavní typy O-glykosidy, které jsou v závislosti na názvosloví definovány jako a a p nebo 1,2-cis a 1,2-trans-glykosidy.

Odpady 1,2-cis glykosylované a-glykosidy pro D-glukózu, D-galaktosu, L-fukosu, D-xylózu nebo P-glykosidy pro D-manózu, L-arabinózu; stejně jako 1,2-trans (β-glykosidy pro D-glukózu, D-galaktosu a α-glykosidy pro D-manózu atd.) mají velký význam pro mnoho přírodních složek.

O-glykosylace

Jednou z nejčastějších post-translačních modifikací je glykosylace, která zahrnuje přidání glucidické části do rostoucího peptidu nebo proteinu. Muciny, sekreční proteiny, mohou obsahovat velká množství oligosacharidových řetězců spojených O-glykosidickými vazbami.

O-glykosylační proces probíhá v Golgiho komplexu eukaryot a spočívá ve vazbě proteinů na glucidickou část prostřednictvím glykosidové vazby mezi -OH skupinou serinového nebo threoninového aminokyselinového zbytku a anomerního uhlíku. cukru.

Byla také pozorována tvorba těchto vazeb mezi sacharidy a zbytky hydroxyprolinu a hydroxylysinu a fenolickou skupinou zbytků tyrosinu..

N-glykosidické vazby

N-glykosidické vazby jsou nejběžnější mezi glykosylovanými proteiny. N-glykosylace se vyskytuje hlavně v endoplazmatickém retikulu eukaryot, s následnými modifikacemi, které se mohou objevit v Golgiho komplexu..

N-glykosylace závisí na přítomnosti konsenzuální sekvence Asn-Xxx-Ser / Thr. Glykosidová vazba je mezi amidovým dusíkem postranního řetězce asparaginových zbytků a anomerním uhlíkem cukru, který se váže na peptidový řetězec.

Tvorba těchto vazeb během glykosylace závisí na enzymu známém jako oligosacharyltransferáza, která přenáší oligosacharidy z fosfátu dolicholů na amidový dusík zbytků asparaginu..

Jiné typy glykosidických vazeb

S-glykosidické vazby

Vyskytují se také mezi proteiny a sacharidy, které byly pozorovány mezi peptidy s N-koncovými cysteiny a oligosacharidy. Peptidy s tímto typem vazby byly zpočátku izolovány z proteinů v moči a lidských erytrocytech vázaných na glukózové oligosacharidy.

C-glykosidické vazby

Poprvé byly pozorovány jako posttranslační modifikace (glykosylace) v tryptofanovém zbytku v RNase 2 přítomné v lidské moči a v RNase 2 erytrocytů. Manóza se váže na uhlík v poloze 2 indolového jádra aminokyseliny prostřednictvím C-glykosidové vazby.

Nomenklatura

Termín glykosid se používá k popisu jakéhokoliv cukru, jehož anomerní skupina je nahrazena skupinou -OR (O-glykosidy), -SR (thioglukosidy), -SeR (selenoglukosidy), -NR (N-glykosidy nebo glukosaminy) nebo dokonce -CR. (C-glykosidy).

Mohou být pojmenovány třemi různými způsoby:

(1) nahrazení "-o" terminálu názvu odpovídající cyklické formy monosacharidu "-ido" a zápis předtím, jako jiné slovo, názvu substituentu skupiny R.

(2) použití termínu "glykosyloxy" jako předpony názvu monosacharidu.

(3) pomocí výrazu O-glykosil, N-glykosil, S-glykosil nebo C-glykosylu jako předpony pro název hydroxy sloučeniny.

Odkazy

1. Bertozzi, C. R., & Rabuka, D. (2009). Strukturální základ Glycan rozmanitosti. V A. Varki, R. Cummings, & J. Esko (Eds.), Základy glykobiologie (2. vydání). New York: Cold Spring Harbor Laboratory Press. Získáno z www.ncbi.nlm.nih.gov
2. Biermann, C. (1988). Hydrolýza a další štěpení glykosidových vazeb v polysacharidech. Pokroky v chemii sacharidů a biochemii, 46, 251-261.
3. Demchenko, A. V. (2008). Handbook of Chemical Glycosylation: Pokroky ve stereoselektivitě a terapeutickém významu. Wiley-VCH.
4. Lodish, H., Berk, A., Kaiser, C.A., Krieger, M., Bretscher, A., Ploegh, H., ... Martin, K. (2003). Molekulární buněčná biologie (5. vydání). Freeman, W. H. & Company.
5. Nelson, D. L., & Cox, M. M. (2009). Lehningerovy principy biochemie. Vydání Omega (5. vydání).
6. Nomenklatura sacharidů (doporučení 1996). (1996). Zdroj: www.qmul.ac.uk
7. Soderberg, T. (2010). Organická chemie s biologickým důrazem, svazek I. Fakulta chemie (Vol. 1). Minnesota: University of Minnesota Morris Digital Well. Získáno z www.digitalcommons.morris.umn.edu
8. Taylor, C. M. (1998). Glykopeptidy a glykoproteiny: Zaměření na glykosidovou vazbu. Tetrahedron, 54, 11317-11362.