GLYKOSIDISIDOS: OMINAISUUDET, TYYPIT JA NIMIKKEISTÖ - BIOLOGIA - 2026

Glykosidisidoksia ovat kovalenttisia sidoksia, jotka esiintyvät välillä sokereita (hiilihydraatteja) ja muut molekyylit, jotka voivat olla muita monosakkarideja tai muut molekyylit luonteeltaan erilaisia. Nämä linkit tekevät mahdolliseksi monien elämän peruskomponenttien olemassaolon, ei vain polttoainepolttoaineiden ja rakenneosien muodostumisessa, vaan myös solukkoviestinnän kannalta välttämättömien informaatiota kuljettavien molekyylien muodostamisessa.

Polysakkaridien muodostuminen riippuu pohjimmiltaan glukosidisidosten muodostumisesta yksittäisten monosakkaridiyksiköiden vapaiden alkoholi- tai hydroksyyliryhmien väliin.

Esimerkki glykogeenisestä sitoutumisesta glykogeeneihin (Lähde: Glykogen.svg-NEUROtikerderiderivative-work-Marek-M-Public-domain Wikimedia Commonsin kautta)

Jotkut kompleksiset polysakkaridit sisältävät kuitenkin modifioituja sokereita, jotka ovat kiinnittyneet pieniin molekyyleihin tai ryhmiin, kuten amino, sulfaatti ja asetyyli glykosidisidosten kautta, ja joihin ei välttämättä liity vesimolekyylin vapautumista kondensaatioreaktiolla. Nämä modifikaatiot ovat hyvin yleisiä glykaaneissa, joita on läsnä solunulkoisessa matriisissa tai glykokalyksissä.

Glykosidisidoksia esiintyy monissa soluissa, mukaan lukien joidenkin sfingolipidien polaarisen pääryhmän liitos, monien organismien solukalvojen välttämättömät komponentit ja glykoproteiinien ja proteoglykaanien muodostuminen.

Tärkeät polysakkaridit, kuten selluloosa, kitiini, agar, glykogeeni ja tärkkelys, eivät olisi mahdollisia ilman glykosidisidoksia. Samoin proteiiniglykosylaatio, joka tapahtuu endoplasmisessa retikulumissa ja Golgi-kompleksissa, on erittäin tärkeä monien proteiinien aktiivisuudelle.

Lukuisat oligo- ja polysakkaridit toimivat glukoosisäiliöinä, rakenneosina tai liimoina solujen kiinnittymiseen kudoksiin.

Oligosakkaridien glykosidisidosten välinen suhde on samanlainen kuin polypeptidien peptidisidosten ja polynukleotidien fosfodiesterisidosten välillä, sillä erolla, että glykosidisidoksissa on suurempi monimuotoisuus.

ominaisuudet

Glykosidisidokset ovat paljon monimuotoisempia kuin niiden analogit proteiineissa ja nukleiinihapoissa, koska periaatteessa mikä tahansa kaksi sokerimolekyyliä voi liittyä toisiinsa monin tavoin, koska niissä on useita -OH-ryhmiä, jotka voivat osallistua muodostumiseen linkin.

Lisäksi monosakkaridien isomeerit, toisin sanoen yksi kahdesta orientaatiosta, joilla hydroksyyliryhmällä voi olla syklisessä rakenteessa suhteessa anomeeriseen hiileen, tarjoavat lisätason monimuotoisuuden.

Isomeereillä on erilaiset kolmiulotteiset rakenteet, samoin kuin erilaiset biologiset aktiivisuudet. Selluloosa ja glykogeeni koostuvat toistuvista D-glukoosiyksiköistä, mutta eroavat glykosidisidoksen tyypistä (α1-4 glykogeenille ja β1-4 selluloosalle), ja siksi niillä on erilaiset ominaisuudet ja toiminnot.

Aivan kuten polypeptideillä on polaarisuus N- ja C-pään kanssa ja polynukleotideilla on 5'- ja 3'-päät, oligo- tai polysakkarideilla on polaarisuus, jonka määrittelevät pelkistävät ja ei-pelkistävät päät.

Pelkistävässä päässä on vapaa anomeerinen keskus, joka ei muodosta glykosidista sidosta toisen molekyylin kanssa, säilyttäen siten aldehydin kemiallisen reaktiivisuuden.

Glykosidinen sidos on oligo- tai polysakkaridiosan joustavin alue, koska yksittäisten monosakkaridien rakenteellinen satulan rakenne on suhteellisen jäykkä.

Glykosidisen sidoksen muodostuminen

Glykosidinen sidos voi liittyä kahteen monosakkaridimolekyyliin yhden anomeerisen hiilen ja toisen hydroksyyliryhmän kautta. Toisin sanoen yhden sokerin puoliasetaaliryhmä reagoi toisen sokerin alkoholiryhmän kanssa asetaalin muodostamiseksi.

Yleensä näiden sidosten muodostuminen tapahtuu kondensaatioreaktioilla, joissa vesimolekyyli vapautuu kunkin muodostuneen sidoksen kanssa.

Joissakin reaktioissa happi ei kuitenkaan jätä sokerimolekyyliä vedena, vaan osana uridiinidifosfaattinukleotidin difosfaattiryhmää.

Reaktioita, jotka aiheuttavat glykosidisidoksia, katalysoi entsyymiluokka, joka tunnetaan nimellä glykosyylitransferaasit. Ne muodostetaan kovalenttisesti modifioidun sokerin väliin lisäämällä fosfaattiryhmää tai nukleotidia (esimerkiksi glukoosi-6-fosfaatti, UDP-galaktoosi), joka sitoutuu kasvavaan polymeeriketjuun.

Glykosidisen sidoksen hydrolyysi

Glykosidisidokset voidaan hydrolysoida helposti happamissa ympäristöissä, mutta ne ovat melko kestäviä alkalisille ympäristöille.

Glykosidisten sidosten entsymaattista hydrolyysiä välittävät entsyymit, jotka tunnetaan glykosidaaseina. Monilla nisäkkäillä ei ole näitä entsyymejä selluloosan hajoamiseksi, joten he eivät kykene ottamaan energiaa tästä polysakkaridista huolimatta siitä, että ne ovat välttämätön kuidunlähde.

Esimerkiksi märehtijöillä, kuten lehmillä, on suolistoonsa liittyviä bakteereja, jotka tuottavat entsyymejä, jotka kykenevät hajottamaan niille tarkoitettua selluloosaa, mikä tekee heistä kykeneviä hyödyntämään kasvien kudoksissa säilytettyä energiaa.

Silmän kyyneleissä ja joidenkin bakteeriviirien tuottama lysotsyymitentsyymi pystyy tuhoamaan bakteereja sen hydrolyyttisen aktiivisuuden ansiosta, joka hajottaa glykosidisidoksen N-asetyyliglukosamiinin ja N-asetyylimuraamihapon välillä bakteerien soluseinämässä.

monimuotoisuus

Oligosakkaridit, polysakkaridit tai glykaanit ovat hyvin erilaisia ​​molekyylejä, ja tämä johtuu monista tavoista, joilla monosakkaridit voivat liittyä toisiinsa korkeamman asteen rakenteiden muodostamiseksi.

Tämä monimuotoisuus perustuu siihen tosiseikkaan, kuten edellä mainittiin, että sokereissa on hydroksyyliryhmiä, jotka sallivat erilaiset sitoutumisalueet, ja että kahden mahdollisen stereoisomeerin välillä voi tapahtua sidoksia suhteessa sokerin anomeeriseen hiileen (a tai p).

Glykosidisidoksia voidaan muodostaa sokerin ja minkä tahansa hydroksiyhdisteen, kuten alkoholien tai aminohappojen, välille.

Lisäksi monosakkaridi voi muodostaa kaksi glykosidisidosta, joten se voi toimia haarautumispisteenä, mikä tuo esiin potentiaalisen monimutkaisuuden glykaanien tai polysakkaridien rakenteessa soluissa.

Tyypit

Glykosidisidosten tyypeistä voidaan erottaa kaksi luokkaa: glykosidiset sidokset monosakkaridien välillä, jotka muodostavat oligo- ja polysakkaridit, ja glykosidisidosten, joita esiintyy glykoproteiineissa tai glykolipideissä, jotka ovat proteiineja tai lipidejä, joissa on hiilihydraattien osia.

O-glukosidisidokset

O-glykosidisidoksia esiintyy monosakkaridien välillä, ne muodostuvat reaktiolla yhden sokerimolekyylin hydroksyyliryhmän ja toisen anomeerisen hiilen välillä.

Disakkaridit ovat yleisimpiä oligosakkarideja. Polysakkarideissa on yli 20 monosakkaridiyksikköä, jotka on kytketty toisiinsa lineaarisesti, ja joskus niillä on useita haarat.

Esimerkki O-glykosidisidoksesta (Lähde: Tpirojsi Wikimedia Commonsin kautta)

Disakkarideissa, kuten maltoosissa, laktoosissa ja sakkaroosissa, yleisin glykosidinen sidos on O-glukosidityyppi. Nämä sidokset voivat esiintyä a- tai P-isomeeristen muotojen hiilivetyjen ja -OH: n välillä.

Glykosidisten sidosten muodostuminen oligo- ja polysakkarideihin riippuu kiinnittyneiden sokerien stereokemiallisesta luonteesta sekä niiden hiiliatomien lukumäärästä. Yleensä 6 hiilen sisältävissä sokereissa tapahtuu lineaarisia sidoksia hiilien 1 ja 4 tai 1 ja 6 välillä.

O-glykosideja on kahta päätyyppiä, jotka nimikkeistöstä riippuen on määritelty a ja p tai 1,2-cis ja 1,2-trans-glykosideiksi.

1,2-cis-glykosyloidut tähteet, a-glykosidit D-glukoosille, D-galaktoosille, L-fukoosille, D-ksyloosille tai P-glykosidit D-mannoosille, L-arabinoosille; samoin kuin 1,2-trans (P-glykosidit D-glukoosille, D-galaktoosille ja a-glykosidit D-mannoosille jne.), ovat erittäin tärkeitä monille luonnollisille komponenteille.

O-glykosylaatio

Yksi yleisimmistä translaation jälkeisistä modifikaatioista on glykosylaatio, joka koostuu hiilihydraattiosan lisäämisestä kasvavaan peptidiin tai proteiiniin. Musiinit, eritysproteiinit, voivat sisältää suuria määriä oligosakkaridiketjuja, jotka on kytketty O-glukosidisidoksilla.

O-glykosylaatioprosessi tapahtuu eukaryootien Golgi-kompleksissa ja koostuu proteiinien sitoutumisesta hiilihydraattiosaan glykosidisidoksen kautta seriinin tai treoniinin aminohappotähteen -OH-ryhmän ja anomeerisen hiilen välillä. sokeria.

Näiden sidosten muodostumista hiilihydraattien ja hydroksiproliini- ja hydroksylysiinitähteiden välillä ja tyrosiinitähteiden fenoliryhmän kanssa on myös havaittu.

N-glykosidisidokset

N-glykosidisidokset ovat yleisimpiä glykosyloitujen proteiinien joukossa. N-glykosylaatio tapahtuu pääasiassa eukaryoottien endoplasmisessa retikulumissa myöhempien modifikaatioiden kanssa, joita voi tapahtua Golgi-kompleksissa.

Esimerkki N-glykosidisidoksesta (Lähde: Tpirojsi, Wikimedia Commonsin kautta)

N-glykosylaatio riippuu konsensussekvenssin Asn-Xxx-Ser / Thr läsnäolosta. Glykosidinen sidos tapahtuu asparagiinitähteiden sivuketjun amiditypen ja sokerin anomeerisen hiilen välillä, joka sitoutuu peptidiketjuun.

Näiden sidosten muodostuminen glykosyloinnin aikana riippuu entsyymistä, joka tunnetaan oligosakaryylitransferaasina, joka siirtää oligosakkarideja dolicholifosfaatista asparagiinitähteiden amidityppityppiin.

Muun tyyppiset glykosidisidokset

S-glukosidisidokset

Niitä esiintyy myös proteiinien ja hiilihydraattien välillä, niitä on havaittu N-terminaalisten kysteiinien ja oligosakkaridien kanssa peptidien välillä. Tällaisilla sidoksilla varustetut peptidit eristettiin alun perin ihmisen virtsan proteiineista ja erytrosyytit, jotka olivat sitoutuneet glukoosin oligosakkarideihin.

C-glukosidisidokset

Niitä havaittiin ensimmäistä kertaa translaation jälkeisenä modifikaationa (glykosylaatio) tryptofaanitähteessä RNaas 2: ssa, joka on läsnä ihmisen virtsassa ja erytrosyyttien RNaasissa 2. Mannoosi on kiinnittynyt hiilen kohdalle aminohapon indolituuman asemassa 2 C-glukosidisidoksen kautta.

nimistö

Termiä glykosidi käytetään kuvaamaan mitä tahansa sokeria, jonka anomeerinen ryhmä on korvattu ryhmällä -OR (O-glykosidit), -SR (tioglykosidit), -SeR (selenoglykosidit), -NR (N-glykosidit tai glukosamiinit) tai jopa -CR. (C-glukosidien).

Ne voidaan nimetä kolmella eri tavalla:

(1) korvaamalla vastaavan monosakkaridin syklisen muodon nimen pääte "-o" termillä "-ido" ja ennen kuin kirjoitetaan toisena sanana substituentin R-ryhmän nimi.

(2) käyttämällä termiä "glykosyylioksi" etuliitteenä monosakkaridinimelle.

(3) käyttämällä termiä O-glykosyyli, N-glykosyyli, S-glykosyyli tai C-glykosyyli etuliitteenä hydroksiyhdisteen nimelle.

Viitteet

1. Bertozzi, CR ja Rabuka, D. (2009). Glycan-monimuotoisuuden rakenteellinen perusta. Julkaisuissa A. Varki, R. Cummings ja J. Esko (toim.), Essentials of Glycobiology (2. painos). New York: Cold Spring Harbor Laboratory Press. Haettu osoitteesta www.ncbi.nlm.nih.gov
2. Biermann, C. (1988). Glykosidisten sidosten hydrolyysi ja muut pilkkoutumiset polysakkarideissa. Ennakot hiilihydraattikemiassa ja biokemiassa, 46, 251–261.
3. Demchenko, AV (2008). Kemiallisen glykosylaation käsikirja: edistykset stereoselektiivisyydessä ja terapeuttisessa merkityksessä. Wiley-VCH.
4. Lodish, H., Berk, A., Kaiser, CA, Krieger, M., Bretscher, A., Ploegh, H.,… Martin, K. (2003). Molecular Cell Biology (5. painos). Freeman, WH & Company.
5. Nelson, DL, & Cox, MM (2009). Lehningerin biokemian periaatteet. Omega Editions (5. painos).
6. Hiilihydraattien nimikkeistö (suositukset 1996). (tuhatyhdeksänsataayhdeksänkymmentäkuusi). Haettu osoitteesta www.qmul.ac.uk
7. Soderberg, T. (2010). Orgaaninen kemia biologisella painotuksella, osa I Kemian tiedekunta (osa 1). Minnesota: Minnesotan yliopisto Morris Digital Well. Haettu osoitteesta www.digitalcommons.morris.umn.edu
8. Taylor, CM (1998). Glykopeptidit ja glykoproteiinit: keskity glukoosisidokselle. Tetrahedron, 54, 11317 - 1362.