Συνδέστε τα γλυκοσιδικά χαρακτηριστικά, τους τύπους και την ονοματολογία

Το γλυκοσιδικούς δεσμούς είναι οι ομοιοπολικοί δεσμοί που εμφανίζονται μεταξύ σακχάρων (υδατανθράκων) και άλλων μορίων, οι οποίοι μπορεί να είναι άλλοι μονοσακχαρίτες ή άλλα μόρια διαφορετικής φύσης. Οι δεσμοί αυτοί καθιστούν δυνατή την ύπαρξη πολλών θεμελιωδών συνιστωσών για τη ζωή, όχι μόνο στη διαμόρφωση των αποθεματικών καυσίμων και των δομικών στοιχείων, αλλά και των μορίων μεταφοράς πληροφοριών που είναι απαραίτητα για την κυτταρική επικοινωνία.

Ο σχηματισμός πολυσακχαριτών εξαρτάται κυρίως από την καθιέρωση γλυκοσιδικών δεσμών μεταξύ των ομάδων ελεύθερης αλκοόλης ή υδροξυλίου των μεμονωμένων μονάδων μονοσακχαρίτη.

Ωστόσο, ορισμένα πολύπλοκα πολυσακχαρίτες που περιέχουν τροποποιημένα σάκχαρα που είναι συνδεμένα με μικρά μόρια ή ομάδες όπως αμινο, θειικό και ακετυλ με γλυκοζιτικούς δεσμούς, οι οποίες δεν περιλαμβάνουν απαραίτητα την απελευθέρωση ενός μορίου νερού με μία αντίδραση συμπύκνωσης. Αυτές οι αλλαγές είναι πολύ συχνές στις γλυκάνες που υπάρχουν στο εξωκυτταρικό πλέγμα ή γλυκοκάλιξης.

Γλυκοσιδικές συνδέσεις που συμβαίνουν σε πολλαπλά περιβάλλοντα κυττάρων, συμπεριλαμβανομένων των δεσμευτικών πολική ομάδα κεφαλής σφιγγολιπίδια ορισμένα ουσιώδη συστατικά των κυτταρικών μεμβρανών πολλών οργανισμών, και ο σχηματισμός των γλυκοπρωτεϊνών και πρωτεογλυκανών.

Σημαντικοί πολυσακχαρίτες όπως κυτταρίνη, χιτίνη, άγαρ, γλυκογόνο και άμυλο δεν θα ήταν δυνατοί χωρίς γλυκοσιδικούς δεσμούς. Παρομοίως, η γλυκοζυλίωση πρωτεϊνών, η οποία εμφανίζεται στο ενδοπλασματικό δίκτυο και στο σύμπλεγμα Golgi, έχει μεγάλη σημασία για τη δράση πολλών πρωτεϊνών..

Πολλοί ολιγο- και πολυσακχαρίτες λειτουργούν ως δεξαμενές γλυκόζης, ως δομικά συστατικά ή ως συγκολλητικά για την δέσμευση των κυττάρων στους ιστούς.

Η σχέση μεταξύ των γλυκοσιδικών δεσμών σε ολιγοσακχαρίτες είναι ανάλογη με εκείνη των πεπτιδικών δεσμών σε πολυπεπτίδια και φωσφοδιεστερικών δεσμών στα πολυνουκλεοτίδια, με τη διαφορά ότι υπάρχει γλυκοσιδικούς δεσμούς μεγαλύτερη ποικιλομορφία.

Ευρετήριο

• 1 Χαρακτηριστικά
  • 1.1 Σχηματισμός του γλυκοσιδικού δεσμού
  • 1.2 Υδρόλυση του γλυκοσιδικού δεσμού
  • 1.3 Διαφορετικότητα
• 2 Τύποι
  • 2.1 Ο-γλυκοσιδικοί δεσμοί
  • 2.2 Ν-γλυκοσιδικούς δεσμούς
  • 2.3 Άλλοι τύποι γλυκοσιδικών δεσμών
• 3 Ονοματολογία
• 4 Αναφορές

Χαρακτηριστικά

Οι γλυκοζιδικοί δεσμοί είναι πολύ πιο ποικίλοι από τα ανάλογα τους σε πρωτεΐνες και νουκλεϊνικά οξέα, επειδή κατ 'αρχήν δύο μόρια σακχάρου μπορούν να συνδεθούν μεταξύ τους με πολλούς τρόπους, επειδή έχουν πολλαπλές -ΟΗ ομάδες που μπορούν να συμμετέχουν στην εκπαίδευση του συνδέσμου.

Επιπροσθέτως, τα ισομερή των μονοσακχαριτών, δηλαδή ένας από τους δύο προσανατολισμούς που η υδροξυλομάδα μπορεί να έχει στην κυκλική δομή σε σχέση με τον ανωμερικό άνθρακα, παρέχει ένα επιπλέον επίπεδο ποικιλίας.

Τα ισομερή έχουν διαφορετικές τρισδιάστατες δομές, καθώς και διαφορετικές βιολογικές δραστηριότητες. Η κυτταρίνη και το γλυκογόνο αποτελούνται από επαναλαμβανόμενες μονάδες D-γλυκόζης αλλά διαφέρουν στον τύπο του γλυκοσιδικού δεσμού (α1-4 για το γλυκογόνο και β1-4 για την κυτταρίνη) και ως εκ τούτου έχουν διαφορετικές ιδιότητες και λειτουργίες.

Και τα πολυπεπτίδια έχουν μια πολικότητα με Ν- και C- άλλο, και πολυνουκλεοτίδια έχουν 5 «και 3», ο ολίγο- ή πολυσακχαρίτες έχουν μια πολικότητα που ορίζεται από τα αναγωγικά άκρα και μη αναγωγικές.

Το αναγωγικό άκρο έχει ελεύθερο ανωμερικό κέντρο το οποίο δεν σχηματίζει γλυκοσιδικό δεσμό με άλλο μόριο, διατηρώντας έτσι τη χημική αντιδραστικότητα της αλδεΰδης.

Ο γλυκοσιδικός δεσμός είναι η πιο εύκαμπτη περιοχή ενός τμήματος ολιγο- ή πολυσακχαρίτη, αφού η δομική διαμόρφωση της καρέκλας μεμονωμένων μονοσακχαριτών είναι σχετικά άκαμπτη.

Ο σχηματισμός του γλυκοσιδικού δεσμού

Ο γλυκοσιδικός δεσμός μπορεί να δεσμεύει δύο μόρια μονοσακχαριτών μέσω του ανωμερικού άνθρακα ενός και της ομάδας υδροξυλίου του άλλου. Δηλαδή, η ομάδα ημιακετάλης ενός σακχάρου αντιδρά με την ομάδα αλκοόλης άλλης για να σχηματίσει μια ακετάλη.

Γενικά, ο σχηματισμός αυτών των δεσμών συμβαίνει με αντιδράσεις συμπύκνωσης, όπου απελευθερώνεται ένα μόριο νερού με κάθε δεσμό που σχηματίζεται.

Ωστόσο, σε μερικές αντιδράσεις το οξυγόνο δεν αφήνει το μόριο σακχάρου ως νερό, αλλά ως τμήμα της διφωσφορικής ομάδας ενός νουκλεοτιδίου διφωσφορικής ουριδίνης.

Οι αντιδράσεις που προκαλούν γλυκοζιδικούς δεσμούς καταλύονται από μια τάξη ενζύμων γνωστών ως γλυκοζυλοτρανσφεράσες. Αυτά σχηματίζονται μεταξύ ενός σακχάρου ομοιοπολικά τροποποιημένου με την προσθήκη μιας φωσφορικής ομάδας ή ενός νουκλεοτιδίου (6-φωσφορική γλυκόζη, UDP-γαλακτόζη, για παράδειγμα) που δεσμεύεται στην αναπτυσσόμενη αλυσίδα πολυμερούς.

Υδρόλυση του γλυκοσιδικού δεσμού

Οι γλυκοσιδικοί δεσμοί μπορούν εύκολα να υδρολυθούν σε ελαφρώς όξινα περιβάλλοντα, αλλά αντέχουν σε αρκετά αλκαλικά περιβάλλοντα.

Η ενζυματική υδρόλυση γλυκοσιδικών δεσμών προκαλείται από ένζυμα γνωστά ως γλυκοσιδάσες. Πολλά θηλαστικά δεν διαθέτουν αυτά τα ένζυμα για την αποικοδόμηση της κυτταρίνης, έτσι δεν είναι σε θέση να εξαγάγουν ενέργεια από αυτόν τον πολυσακχαρίτη, παρά το γεγονός ότι αποτελεί βασική πηγή ινών.

Μηρυκαστικά όπως βοοειδή, για παράδειγμα, έχουν έντερα τους συναφείς βακτήρια που παράγουν ένζυμα ικανά αποικοδόμησης κυτταρίνης κατάποση, γεγονός που τις καθιστά σε θέση να αξιοποιήσει την ενέργεια συντηρημένη στους φυτικούς ιστούς.

Το ένζυμο λυσοζύμη που παράγεται στα δάκρυα του οφθαλμού και κάποια βακτηριακή ιός, είναι ικανή να καταστρέψει τα βακτήρια λόγω της υδρολυτικής δραστικότητας του, η οποία διασπά το γλυκοσιδικό δεσμό μεταξύ Ν-ακετυλογλυκοζαμίνη και Ν-ακετυλομουραμικού οξέος στο κυτταρικό τοίχωμα των βακτηρίων.

Διαφορετικότητα

Οι ολιγοσακχαρίτες, οι πολυσακχαρίτες ή οι γλυκάνες είναι πολύ διαφορετικά μόρια και αυτό οφείλεται στους πολλαπλούς τρόπους με τους οποίους οι μονοσακχαρίτες μπορούν να συνδεθούν μαζί για να σχηματίσουν δομές υψηλότερης τάξης.

Αυτή η ποικιλομορφία του γεγονότος, όπως προαναφέρθηκε, ότι τα σάκχαρα έχουν ομάδες υδροξυλίου που επιτρέπουν διαφορετικές δεσμευτικές περιοχές, και οι δεσμοί μπορεί να συμβεί μεταξύ των δύο δυνατά στερεοϊσομερή σχετικά ανωμερικό ζάχαρη άνθρακα (α ή β).

Μπορούν να σχηματιστούν γλυκοσιδικοί δεσμοί μεταξύ ενός σακχάρου και οποιασδήποτε υδροξυλιωμένης ένωσης όπως αλκοόλες ή αμινοξέα.

Επιπροσθέτως, ένας μονοσακχαρίτης μπορεί να σχηματίσει δύο γλυκοσιδικούς δεσμούς, έτσι ώστε να μπορεί να χρησιμεύσει ως σημείο διακλάδωσης, εισάγοντας μια πιθανή πολυπλοκότητα στη δομή γλυκανών ή πολυσακχαριτών σε κύτταρα.

Τύποι

Όσον αφορά τους τύπους γλυκοζιτικών δεσμών αφορά, μπορούν να διακριθούν δύο κατηγορίες: οι γλυκοσιδικές συνδέσεις μεταξύ μονοσακχαρίτες που αποτελούν το ολίγο- και πολυσακχαρίτες, και γλυκοσιδικούς δεσμούς που συμβαίνουν σε γλυκοπρωτεΐνες ή γλυκολιπίδια, πρωτεΐνες ή λιπίδια με τμήματα γλυκιδίων.

Ο-γλυκοσιδικούς δεσμούς

O-γλυκοσιδικοί δεσμοί συμβαίνουν μεταξύ μονοσακχαριτών, σχηματίζονται από την αντίδραση μεταξύ της υδροξυλομάδας ενός μορίου σακχάρου και του ανωμερικού άνθρακα ενός άλλου.

Οι δισακχαρίτες είναι μεταξύ των πλέον κοινών ολιγοσακχαριτών. Οι πολυσακχαρίτες έχουν περισσότερες από 20 μονάδες μονοσακχαριτών συνδεδεμένες μεταξύ τους γραμμικά και μερικές φορές έχουν πολλαπλούς κλάδους.

Στους δισακχαρίτες όπως η μαλτόζη, η λακτόζη και η σακχαρόζη, ο συνηθέστερος γλυκοσιδικός δεσμός είναι ο Ο-γλυκοσιδικός τύπος. Αυτοί οι δεσμοί μπορούν να συμβούν μεταξύ των ανθράκων και -ΟΗ των ισομερών μορφών α ή β.

Ο σχηματισμός γλυκοσιδικών δεσμών σε ολιγο- και πολυσακχαρίδια θα εξαρτηθεί από τη στερεοχημική φύση των σακχάρων που δεσμεύονται, καθώς και από τον αριθμό των ατόμων άνθρακα. Γενικά, για τα σάκχαρα με 6 άνθρακες, υπάρχουν γραμμικοί δεσμοί μεταξύ των ανθράκων 1 και 4 ή 1 και 6.

Υπάρχουν δύο κύριοι τύποι Ο-γλυκοζίτες που, ανάλογα με την ονοματολογία, ορίζονται ως α και β ή 1,2-cis και 1,2-trans-γλυκοσίδες.

Τα απόβλητα 1,2-cis γλυκοζυλιωμένα α-γλυκοσίδια για ϋ-γλυκόζη, ϋ-γαλακτόζη, L-φουκόζη, ϋ-ξυλόζη ή β-γλυκοσίδια για ϋ-μαννόζη, L-αραβινόζη. καθώς και 1,2-trans (β-γλυκοζίτες για ϋ-γλυκόζη, ϋ-γαλακτόζη και α-γλυκοσίδες για ϋ-μαννόζη κλπ.) έχουν μεγάλη σημασία για πολλά φυσικά συστατικά.

Ο-γλυκοζυλίωση

Μία από τις συνηθέστερες μετα-μεταφραστικές τροποποιήσεις είναι η γλυκοζυλίωση, η οποία περιλαμβάνει την προσθήκη ενός μείγματος γλυκιδίου σε ένα αναπτυσσόμενο πεπτίδιο ή πρωτεΐνη. Οι μουκίνες, πρωτεΐνες έκκρισης, μπορεί να περιέχουν μεγάλες ποσότητες αλυσίδων ολιγοσακχαριτών που συνδέονται με Ο-γλυκοσιδικούς δεσμούς.

Η διαδικασία της Ο-γλυκοζυλίωση λαμβάνει χώρα στο συγκρότημα Golgi των ευκαρυωτικών και αποτελείται από την σύνδεση πρωτεϊνών προς τη χαρακτηριστική ομάδα σακχάρου μέσω ενός γλυκοσιδικού δεσμού μεταξύ της ομάδας ΟΗ ενός αμινο σερίνης υπόλειμμα οξέος ή θρεονίνης και το ανωμερικό άνθρακα της ζάχαρης.

Ο σχηματισμός αυτών των δεσμών μεταξύ υδατανθράκων και υπολειμμάτων υδροξυπρολίνης και υδροξυλυσίνης και με την φαινολική ομάδα υπολειμμάτων τυροσίνης έχει επίσης παρατηρηθεί..

Ν-γλυκοσιδικούς δεσμούς

Οι Ν-γλυκοσιδικοί δεσμοί είναι οι συνηθέστερες μεταξύ γλυκοζυλιωμένων πρωτεϊνών. Η Ν-γλυκοζυλίωση εμφανίζεται κυρίως στο ενδοπλασματικό δίκτυο των ευκαρυωτικών, με επακόλουθες τροποποιήσεις που μπορεί να εμφανιστούν στο σύμπλεγμα Golgi..

Η Ν-γλυκοζυλίωση εξαρτάται από την παρουσία της συναινετικής αλληλουχίας Asn-Xxx-Ser / Thr. Ο γλυκοσιδικός δεσμός είναι μεταξύ του αμιδικού αζώτου της πλευρικής αλυσίδας των υπολειμμάτων ασπαραγίνης και του ανωμερικού άνθρακα του σακχάρου που δεσμεύεται στην πεπτιδική αλυσίδα.

Ο σχηματισμός αυτών των δεσμών κατά τη διάρκεια της γλυκοζυλίωσης εξαρτάται από ένα ένζυμο γνωστό ως oligosaccharyl που μεταφέρει ολιγοσακχαρίτες από φωσφορικό δολιχόλη προς το άζωτο αμιδίου της ασπαραγίνης υπολειμμάτων.

Άλλοι τύποι γλυκοσιδικών δεσμών

S-γλυκοσιδικούς δεσμούς

Εμφανίζονται επίσης μεταξύ πρωτεϊνών και υδατανθράκων, έχουν παρατηρηθεί μεταξύ πεπτιδίων με Ν-τελικές κυστεΐνες και ολιγοσακχαρίτες. Πεπτίδια με αυτόν τον τύπο σύνδεσης απομονώθηκαν αρχικά από πρωτεΐνες στα ούρα και ανθρώπινα ερυθροκύτταρα δεσμευμένα σε ολιγοσακχαρίτες γλυκόζης.

C-γλυκοσιδικούς δεσμούς

Είχαν παρατηρήθηκαν για πρώτη φορά ως ένα μετα-μεταφραστική τροποποίηση (γλυκοζυλίωση) ενός κατάλοιπο τρυπτοφάνης στην 2 RNase παρούσα σε ανθρώπινα ούρα και RNase 2 ερυθροκύτταρα. Μια μαννόζη συνδέεται στη θέση του άνθρακα 2 του ινδολικού πυρήνα του αμινοξέος μέσω ενός συνδέσμου C-γλυκοσιδικού.

Ονοματολογία

Ο όρος γλυκοζίτης χρησιμοποιείται για να περιγράψει οποιαδήποτε ζάχαρη του οποίου η ανωμερική ομάδα αντικαθίσταται από μία ομάδα -OR (O-γλυκοζίτες), -SR (thioglucosides) -Ser (selenoglucósidos), -NR (Ν-γλυκοσίδες ή γλυκοζαμίνες) ή -CR (C-γλυκοζίτες).

Μπορούν να ονομαστούν με τρεις διαφορετικούς τρόπους:

(1) αντικαθιστώντας το «-Ο» τερματικό όνομα που αντιστοιχεί μονοσακχαρίτη κυκλικά από «-ido» και πριν από την εγγραφή, ως διαφορετική λέξη, η ομάδα όνομα υποκαταστάτης R.

(2) με τη χρήση του όρου «glycosyloxy» όνομα πρόθεμα μονοσακχαρίτη.

(3) χρησιμοποιώντας τον όρο Ο-γλυκοζίλη, Ν-γλυκοζίλη, S-γλυκοζίλη ή Γ-γλυκοσυλ ως πρόθεμα για το όνομα της υδροξυ ένωσης.

Αναφορές

1. Bertozzi, C.R., & Rabuka, D. (2009). Δομική Βάση της Διαφορετικότητας της Γλυκάνης. Στο Α. Varki, R. Cummings, & J. Esko (Eds.), Απαραίτητα στοιχεία της Γλυκοβιολογίας (2η έκδ.). Νέα Υόρκη: Cold Spring Harbor Laboratory Press. Ανακτήθηκε από το www.ncbi.nlm.nih.gov
2. Biermann, C. (1988). Υδρόλυση και άλλες διασπάσεις των γλυκοσιδικών δεσμών σε πολυσακχαρίτες. Εξελίξεις στη χημεία των υδατανθράκων και τη βιοχημεία, 46, 251-261.
3. Demchenko, Α. V. (2008). Handbook of Chemical Γλυκοζυλίωσης: Advances in στερεοεκλεκτικότητα και θεραπευτική αξία. Wiley-VCH.
4. (2), (2), (2), (3), (3), και (3). Molecular Cell Biology (5η έκδοση). Freeman, W. Η. & Company.
5. Nelson, D. L., & Cox, Μ. Μ. (2009). Αρχές Lehninger της Βιοχημείας. Εκδόσεις Omega (5η έκδοση).
6. Ονοματολογία υδατανθράκων (συστάσεις 1996). (1996). Ανακτήθηκε από το www.qmul.ac.uk
7. Soderberg, Τ. (2010). Organic Chemistry με βιολογική έμφαση, τόμος Ι. Τμήμα Χημείας (Τόμος 1). Μινεσότα: Πανεπιστήμιο της Μινεσότα Morris Digital Well. Ανακτήθηκε από τη διεύθυνση www.digitalcommons.morris.umn.edu
8. Taylor, C. Μ. (1998). Γλυκοπεπτίδια και γλυκοπρωτεΐνες: Εστίαση στον γλυκοσιδικό σύνδεσμο. Tetrahedron, 54, 11317-11362.