GLIKOZĪDISKĀ SAITE: RAKSTURLIELUMI, VEIDI UN NOMENKLATŪRA - BIOLOĢIJA - 2025

The glikozīdiskām ir kovalentās saites, kas rodas starp cukuru (ogļhidrāti) un citas molekulas, kas var būt arī citi monosaharīdi vai citas molekulas ir cits raksturs. Šīs saites ļauj pastāvēt vairākiem dzīvības pamatkomponentiem ne tikai veidojot rezerves kurināmo un strukturālos elementus, bet arī informāciju nesošas molekulas, kas ir svarīgas šūnu komunikācijā.

Polisaharīdu veidošanās galvenokārt ir atkarīga no glikozīdisko saišu veidošanās starp atsevišķo monosaharīdu vienību brīvajiem spirta vai hidroksilgrupām.

Glikozīda saistīšanās piemērs glikogēnā (Avots: Glykogen.svg-NEUROtikerderideri-work-Marek-M-Public-domain with Wikimedia Commons)

Tomēr daži sarežģīti polisaharīdi satur modificētus cukurus, kas ar glikozīdisko saišu palīdzību ir piesaistīti mazām molekulām vai grupām, piemēram, aminogrupai, sulfātam un acetilam, un kas ne vienmēr nozīmē ūdens molekulas izdalīšanos kondensācijas reakcijas rezultātā. Šīs modifikācijas ir ļoti izplatītas glikānos, kas atrodas ārpusšūnu matricā vai glikokaliksā.

Glikozīdiskās saites notiek vairākās šūnās, ieskaitot dažu sfingolipīdu polāro galvu grupas savienību, daudzu organismu šūnu membrānu būtiskas sastāvdaļas un glikoproteīnu un proteoglikānu veidošanos.

Svarīgi polisaharīdi, piemēram, celuloze, hitīns, agars, glikogēns un ciete, nebūtu iespējami bez glikozīdiskām saitēm. Tāpat olbaltumvielu glikozilēšana, kas notiek endoplazmatiskajā retikulumā un Golgi kompleksā, ir ārkārtīgi svarīga daudzu olbaltumvielu aktivitātei.

Daudzi oligo- un polisaharīdi darbojas kā glikozes rezervuāri, kā strukturālas sastāvdaļas vai kā līmes šūnu piestiprināšanai audos.

Attiecības starp glikozīdiskajām saitēm oligosaharīdos ir analogas peptīdu saitēm polipeptīdos un fosfodiesteru saitēm polinukleotīdos, ar atšķirību, ka glikozīdiskās saites ir lielākas dažādības.

raksturojums

Glikozīdiskās saites ir daudz daudzveidīgākas nekā to analogi olbaltumvielās un nukleīnskābēs, jo principā jebkuras divas cukura molekulas var savstarpēji savienoties daudzos veidos, jo tām ir vairākas -OH grupas, kas var piedalīties veidošanā saites.

Turklāt monosaharīdu izomēri, tas ir, viens no diviem orientieriem, kas var būt hidroksilgrupai cikliskajā struktūrā attiecībā pret anomēru oglekli, nodrošina papildu dažādības līmeni.

Izomēriem ir dažādas trīsdimensiju struktūras, kā arī dažādas bioloģiskās aktivitātes. Celuloze un glikogēns sastāv no atkārtotām D-glikozes vienībām, bet atšķiras pēc glikozīdiskās saites veida (α1-4 glikogēnam un β1-4 celulozei), un tāpēc tām ir atšķirīgas īpašības un funkcijas.

Tāpat kā polipeptīdiem ir polaritāte ar N- un C-galiem, un polinukleotīdiem ir 5 'un 3' gali, oligo- vai polisaharīdiem ir polaritāte, ko nosaka reducējošie un nesamazinošie gali.

Reducējošajā galā ir brīvs anomēriskais centrs, kas neveido glikozīdisko saiti ar citu molekulu, tādējādi saglabājot aldehīda ķīmisko reaktivitāti.

Glikozīdiskā saite ir oligo- vai polisaharīdu daļas elastīgākais reģions, jo atsevišķu monosaharīdu struktūras seglu konformācija ir samērā neelastīga.

Glikozīdiskās saites veidošanās

Glikozīdiskā saite var savienot divas monosaharīdu molekulas caur vienas anomēro oglekli un otras hidroksilgrupu. Tas ir, viena cukura pusacetāla grupa reaģē ar cita spirta grupu, veidojot acetālu.

Parasti šo saišu veidošanās notiek kondensācijas reakcijās, kur ar katru izveidoto saiti tiek atbrīvota ūdens molekula.

Tomēr dažās reakcijās skābeklis neatstāj cukura molekulu kā ūdens, bet kā daļa no uridīna difosfāta nukleotīda difosfātu grupas.

Reakcijas, kas izraisa glikozīdiskās saites, katalizē fermentu grupa, kas pazīstama kā glikoziltransferāzes. Tos veido starp cukuru, kas modificēts kovalenti, pievienojot fosfātu grupu vai nukleotīdu (piemēram, glikozes 6-fosfāts, UDP-galaktoze), kas saistās ar augošo polimēru ķēdi.

Glikozīdiskās saites hidrolīze

Glikozīdiskās saites var viegli hidrolizēt nedaudz skābā vidē, taču tās ir diezgan izturīgas pret sārmiem.

Glikozīdu saišu fermentatīvo hidrolīzi veic fermenti, kas pazīstami kā glikozidāzes. Daudziem zīdītājiem nav šo fermentu celulozes sadalīšanai, tāpēc viņi nespēj iegūt enerģiju no šī polisaharīda, neskatoties uz to, ka tie ir būtisks šķiedrvielu avots.

Atgremotājiem, piemēram, govīm, piemēram, ar zarnām ir baktērijas, kas ražo fermentus, kas spēj noārdīt uzņemto celulozi, kas viņiem ļauj izmantot enerģijas, kas tiek saglabāta augu audos, priekšrocības.

Ferments lizocīms, ko ražo acs asarās un daži baktēriju vīrusi, ir spējīgs iznīcināt baktērijas, pateicoties savai hidrolītiskajai aktivitātei, kas sašķeļ glikozīdu saiti starp N-acetilglikozamīnu un N-acetilmuramīnskābi baktēriju šūnu sieniņā .

Daudzveidība

Oligosaharīdi, polisaharīdi vai glikāni ir ļoti dažādas molekulas, un tas ir saistīts ar daudzajiem veidiem, kā monosaharīdi var pievienoties viens otram, veidojot augstākas kārtas struktūras.

Šīs daudzveidības pamatā ir fakts, kā minēts iepriekš, ka cukuriem ir hidroksilgrupas, kas pieļauj atšķirīgus saistīšanās reģionus, un ka starp diviem iespējamiem stereoizomēriem var rasties saites attiecībā uz cukura anomēru oglekli (α vai β).

Starp cukuru un jebkuru hidroksi savienojumu, piemēram, spirtus vai aminoskābes, var veidoties glikozīdiskās saites.

Turklāt monosaharīds var veidot divas glikozīdiskās saites, tāpēc tas var kalpot kā filiāles punkts, ieviešot potenciālu sarežģītību glikānu vai polisaharīdu struktūrā šūnās.

Veidi

Attiecībā uz glikozīdisko saišu veidiem var atšķirt divas kategorijas: glikozīdiskās saites starp monosaharīdiem, kas veido oligo- un polisaharīdus, un glikozīdiskajām saitēm, kas rodas glikoproteīnos vai glikolipīdos, kas ir olbaltumvielas vai lipīdi ar ogļhidrātu porcijām .

O-glikozīdu saites

O-glikozīdiskās saites notiek starp monosaharīdiem, veidojas reakcijā starp vienas cukura molekulas hidroksilgrupu un citas anomēru oglekli.

Disaharīdi ir vieni no visizplatītākajiem oligosaharīdiem. Polisaharīdiem ir vairāk nekā 20 monosaharīdu vienību, kas savstarpēji savienoti lineārā veidā, un dažreiz tiem ir vairākas filiāles.

O-glikozīdiskās saites piemērs (Avots: Tpirojsi caur Wikimedia Commons)

Tādu disaharīdu gadījumā kā maltoze, laktoze un saharoze visizplatītākā glikozīda saite ir O-glikozīda tips. Šīs saites var rasties starp α vai β izomēru formu oglekļiem un -OH.

Glikozīdisko saišu veidošanās oligo- un polisaharīdos būs atkarīga no pievienoto cukuru stereoķīmiskajām īpašībām, kā arī no to oglekļa atomu skaita. Parasti cukuriem ar 6 oglekļiem ir lineāras saites starp 1. un 4. vai 1. un 6. oglekli.

Ir divi galvenie O-glikozīdu veidi, kurus atkarībā no nomenklatūras definē kā α un β vai 1,2-cis un 1,2-trans-glikozīdus.

1,2-cis glikozilētas atliekas, α-glikozīdi D-glikozei, D-galaktozei, L-fukozei, D-ksilozei vai β-glikozīdi D-mannozei, L-arabinozei; kā arī 1,2-trans (β-glikozīdi D-glikozei, D-galaktoze un α-glikozīdi D-mannozei utt.) ir liela nozīme daudziem dabīgiem komponentiem.

O-glikozilēšana

Viena no visizplatītākajām pēctranslācijas modifikācijām ir glikozilēšana, kas sastāv no ogļhidrātu daļas pievienošanas augošajam peptīdam vai olbaltumvielām. Mucīni, sekrēcijas proteīni, var saturēt lielu daudzumu oligosaharīdu ķēžu, kas savienotas ar O-glikozīdiskām saitēm.

O-glikozilēšanas process notiek Golgi eikariotu kompleksā un sastāv no olbaltumvielu saistīšanas ar ogļhidrātu daļu caur glikozīdisko saiti starp serīna vai treonīna aminoskābes atlikuma -OH grupu un oglekļa anomēru. cukura.

Novērota arī šo saišu veidošanās starp ogļhidrātiem un hidroksiprolīna un hidroksilizīna atlikumiem un ar tirozīna atlikumu fenola grupu.

N-glikozīdiskās saites

N-glikozīdu saites ir visizplatītākās starp glikozilētiem proteīniem. N-glikozilācija notiek galvenokārt eikariotu endoplazmatiskajā retikulumā ar sekojošām modifikācijām, kas var rasties Golgi kompleksā.

N-glikozīdiskās saites piemērs (Avots: Tpirojsi, izmantojot Wikimedia Commons)

N-glikozilēšana ir atkarīga no konsensa secības Asn-Xxx-Ser / Thr klātbūtnes. Glikozīdiskā saite notiek starp asparagīna atlikumu sānu ķēdes amīda slāpekli un cukura anomēru oglekli, kas saistās ar peptīdu ķēdi.

Šo saišu veidošanās glikozilācijas laikā ir atkarīga no fermenta, kas pazīstams kā oligosakariltransferāze, kas oligosaharīdus no dolichol fosfāta pārnes uz asparagīna atlikumu amīda slāpekli.

Cita veida glikozīdiskās saites

S-glikozīdu saites

Tie notiek arī starp olbaltumvielām un ogļhidrātiem, tie ir novēroti starp peptīdiem ar N-gala cisteīniem un oligosaharīdiem. Peptīdi ar šādām saitēm sākotnēji tika izolēti no olbaltumvielām cilvēka urīnā un eritrocītiem, kas piesaistīti glikozes oligosaharīdiem.

C-glikozīdu saites

Pirmoreiz tās tika novērotas kā posttranslatīvas modifikācijas (glikozilācija) triptofāna atlikumā RNāzē 2, kas atrodas cilvēka urīnā, un eritrocītu RNāzē 2. Ar C-glikozīdiskās saites aminoskābes indola kodola 2. pozīcijā oglei ir pievienota mannoze.

Nomenklatūra

Terminu glikozīds lieto, lai aprakstītu jebkuru cukuru, kura anomēru grupu aizstāj ar grupu -OR (O-glikozīdi), -SR (tioglikozīdi), -SeR (selenoglikozīdi), -NR (N-glikozīdi vai glikozamīni) vai pat -CR. (C-glikozīdi).

Tos var nosaukt trīs dažādos veidos:

(1) aizstājot monosaharīda atbilstošās cikliskās formas nosaukuma spaili "-o" ar "-ido" un pirms kā cita vārda rakstot aizvietotāja R grupas nosaukumu.

(2) izmantojot terminu "glikoziloksi" kā priedēkli monosaharīda nosaukumam.

(3) izmantojot terminu O-glikozilgrupa, N-glikozilgrupa, S-glikozilgrupa vai C-glikozilgrupa kā priedēkli hidroksi savienojuma nosaukumam.

Atsauces

1. Bertozzi, CR, un Rabuka, D. (2009). Glikāna daudzveidības strukturālais pamats. A. Varki, R. Cummings un J. Esko (Eds.), Glikobioloģijas pamati (2. ed.). Ņujorka: Cold Spring Harbor Laboratory Press. Izgūts no vietnes www.ncbi.nlm.nih.gov
2. Biermann, C. (1988). Glikozīdu saišu hidrolīze un citas šķelšanās polisaharīdos. Jaunumi ogļhidrātu ķīmijā un bioķīmijā, 46, 251–261.
3. Demčenko, AV (2008). Ķīmiskās glikozilācijas rokasgrāmata: Stereoselektivitātes un terapeitiskās nozīmības sasniegumi. Vileijs-VČ.
4. Lodish, H., Berk, A., Kaizers, CA, Krieger, M., Bretscher, A., Ploegh, H., … Martin, K. (2003). Molekulāro šūnu bioloģija (5. izdevums). Freeman, WH & Company.
5. Nelsons, DL, & Cox, MM (2009). Lehingera bioķīmijas principi. Omega izdevumi (5. izdevums).
6. Ogļhidrātu nomenklatūra (1996. gada ieteikumi). (deviņpadsmit deviņdesmit seši). Izgūts no vietnes www.qmul.ac.uk
7. Soderbergs, T. (2010). Organiskā ķīmija ar bioloģisko uzsvaru, I sējums. Ķīmijas fakultāte (1. sējums). Minesota: Minesotas Universitāte, Morris Digital Well. Iegūts no vietnes www.digitalcommons.morris.umn.edu
8. Teilors, CM (1998). Glikopeptīdi un glikoproteīni: koncentrējieties uz glikozīdu saiti. Tetrahedron, 54, 11317-11362.