การเชื่อมโยงลักษณะ glycosidic ประเภทและระบบการตั้งชื่อ

พันธบัตรไกลโคซิดิค คือพันธะโควาเลนต์ที่เกิดขึ้นระหว่างน้ำตาล (คาร์โบไฮเดรต) และโมเลกุลอื่น ๆ ซึ่งอาจเป็นโมโนแซคคาไรด์อื่น ๆ หรือโมเลกุลอื่น ๆ ที่มีลักษณะแตกต่างกัน การเชื่อมโยงเหล่านี้ทำให้มีองค์ประกอบพื้นฐานหลายอย่างที่เป็นไปได้สำหรับชีวิตไม่เพียง แต่ในการก่อตัวของเชื้อเพลิงสำรองและองค์ประกอบโครงสร้าง แต่ยังรวมถึงโมเลกุลการขนส่งข้อมูลที่จำเป็นสำหรับการสื่อสารเคลื่อนที่.

การก่อตัวของโพลีแซคคาไรด์ขึ้นอยู่กับการสร้างพันธะของไกลโคซิดิคระหว่างกลุ่มแอลกอฮอล์อิสระหรือไฮดรอกซิลของหน่วยโมโนแซคคาไรด์แต่ละตัว.

อย่างไรก็ตามโพลีแซคคาไรด์ที่ซับซ้อนบางชนิดมีน้ำตาลดัดแปลงซึ่งผูกกับโมเลกุลขนาดเล็กหรือกลุ่มเช่นอะมิโนซัลเฟตและอะเซทิลผ่านการเชื่อมโยง glycosidic และไม่จำเป็นต้องเกี่ยวข้องกับการปล่อยโมเลกุลน้ำโดยปฏิกิริยาการควบแน่น การดัดแปลงเหล่านี้พบได้บ่อยใน glycans ที่มีอยู่ในเมทริกซ์ extracellular หรือ glycocalyx.

พันธะ glycosidic เกิดขึ้นในหลาย ๆ บริบทของเซลล์ในหมู่พวกเขารวมกลุ่มหัวขั้วโลกของ sphingolipids บางองค์ประกอบที่สำคัญของเยื่อหุ้มเซลล์ของสิ่งมีชีวิตจำนวนมากและการก่อตัวของ glycoproteins และ proteoglycans.

โพลีแซคคาไรด์ที่สำคัญเช่นเซลลูโลส, ไคติน, วุ้น, ไกลโคเจนและแป้งจะไม่สามารถเกิดขึ้นได้หากปราศจากพันธะ glycosidic ในทำนองเดียวกัน glycosylation ของโปรตีนที่เกิดขึ้นในเอนโดพลาสซึมเรติเคิลและใน Golgi คอมเพล็กซ์มีความสำคัญอย่างยิ่งสำหรับกิจกรรมของโปรตีนหลายชนิด.

oligo- และ polysaccharides จำนวนมากทำหน้าที่เป็นแหล่งกักเก็บกลูโคสเป็นส่วนประกอบโครงสร้างหรือเป็นกาวสำหรับการจับกับเซลล์ในเนื้อเยื่อ.

ความสัมพันธ์ระหว่างพันธะ glycosidic ใน oligosaccharides นั้นคล้ายคลึงกับพันธะเปปไทด์ใน polypeptides และการเชื่อมโยง phosphodiester ใน polynucleotides กับความแตกต่างในพันธะ glycosidic มีความหลากหลายมากขึ้น.

ดัชนี

• 1 ลักษณะ
  • 1.1 การก่อตัวของพันธะ glycosidic
  • 1.2 การไฮโดรไลซิสของพันธะ glycosidic
  • 1.3 ความหลากหลาย
• 2 ประเภท
  • 2.1 พันธบัตร O-glycosidic
  • 2.2 N-glycosidic bond
  • 2.3 พันธะ glycosidic ประเภทอื่น
• 3 ศัพท์
• 4 อ้างอิง

คุณสมบัติ

พันธะ glycosidic นั้นมีความหลากหลายมากกว่า analogs ของพวกเขาในโปรตีนและกรดนิวคลีอิกเนื่องจากในหลักการที่สองโมเลกุลของน้ำตาลสามารถเชื่อมโยงเข้าด้วยกันได้หลายวิธีเนื่องจากพวกมันมีหลายกลุ่ม -OH ที่สามารถมีส่วนร่วมในการฝึกอบรม ของลิงค์.

นอกจากนี้ไอโซเมอร์ของโมโนแซคคาไรด์ซึ่งเป็นหนึ่งในสองแนวทางที่กลุ่มไฮดรอกซิลสามารถมีในโครงสร้างวงจรด้วยความเคารพคาร์บอน anomeric ให้ระดับความหลากหลายที่เพิ่มขึ้น.

isomers มีโครงสร้างสามมิติที่แตกต่างกันเช่นเดียวกับกิจกรรมทางชีวภาพที่แตกต่างกัน เซลลูโลสและไกลโคเจนประกอบด้วยหน่วยของน้ำตาลกลูโคส D ซ้ำ แต่แตกต่างกันในประเภทของพันธะ glycosidic (α1-4สำหรับไกลโคเจนและβ1-4สำหรับเซลลูโลส) และดังนั้นจึงมีคุณสมบัติและหน้าที่ที่แตกต่างกัน.

เนื่องจากโพลีเปปไทด์มีขั้วที่หนึ่ง N- และ C- เทอร์มินัสอื่น ๆ และโพลีนิวคลีโอไทด์มีปลาย 5 'และ 3' ปลายโอลิโกหรือโพลีแซคคาไรด์มีขั้วที่กำหนดโดยการลดและไม่ลด.

การลดจุดสิ้นสุดมีศูนย์ anomeric ฟรีที่ไม่ก่อให้เกิดพันธะ glycosidic กับโมเลกุลอื่นจึงรักษาปฏิกิริยาทางเคมีของอัลดีไฮด์.

พันธะ glycosidic เป็นบริเวณที่มีความยืดหยุ่นมากที่สุดของ oligo- หรือ polysaccharide moiety เนื่องจากโครงสร้างโครงสร้างเก้าอี้ของ monosaccharide แต่ละตัวค่อนข้างแข็ง.

การก่อตัวของพันธะ glycosidic

พันธะ glycosidic สามารถผูกโมเลกุลของ monosaccharides สองโมเลกุลผ่านคาร์บอน anomeric ของหนึ่งและกลุ่มไฮดรอกซิลของอื่น ๆ นั่นคือกลุ่ม hemiacetal ของน้ำตาลหนึ่งที่ทำปฏิกิริยากับกลุ่มแอลกอฮอล์ของอีกคนหนึ่งในรูปแบบอะซีตัล.

โดยทั่วไปการก่อตัวของพันธะเหล่านี้เกิดขึ้นจากปฏิกิริยาการควบแน่นซึ่งโมเลกุลของน้ำจะถูกปล่อยออกมาพร้อมกับพันธะที่ก่อตัว.

อย่างไรก็ตามในปฏิกิริยาบางครั้งออกซิเจนไม่ปล่อยให้โมเลกุลน้ำตาลเป็นน้ำ แต่เป็นส่วนหนึ่งของกลุ่ม diphosphate ของ uridine diphosphate nucleotide.

ปฏิกิริยาที่ก่อให้เกิดพันธะของไกลโคซิดิคนั้นจะถูกเร่งโดยเอนไซม์ที่รู้จักกันในชื่อ glycosyltransferases พวกมันถูกสร้างขึ้นระหว่างน้ำตาลโควาเลนซ์ที่ดัดแปลงโดยการเติมกลุ่มฟอสเฟตหรือนิวคลีโอไทด์ (ตัวอย่างเช่นกลูโคส 6-phosphate, UDP-galactose เป็นต้น) ที่จับกับห่วงโซ่โพลิเมอร์ที่กำลังเติบโต.

การไฮโดรไลซิสของพันธะ glycosidic

พันธบัตรไกลโคซิดิคสามารถไฮโดรไลซ์ได้ง่ายในสภาพแวดล้อมที่เป็นกรดเล็กน้อย แต่ก็สามารถต้านทานสภาพแวดล้อมที่เป็นด่าง.

การไฮโดรไลซิสของเอนไซม์ของพันธะ glycosidic จะถูกสื่อกลางโดยเอนไซม์ที่เรียกว่า glycosidases สัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมจำนวนมากไม่มีเอนไซม์เหล่านี้สำหรับการย่อยสลายเซลลูโลสดังนั้นพวกเขาจึงไม่สามารถดึงพลังงานจากโพลีแซคคาไรด์นี้แม้จะเป็นแหล่งสำคัญของเส้นใย.

ยกตัวอย่างเช่นสัตว์เคี้ยวเอื้องเช่นวัวมีแบคทีเรียที่เกี่ยวข้องกับลำไส้ซึ่งผลิตเอนไซม์ที่สามารถย่อยสลายเซลลูโลสที่พวกมันเข้าไปได้ซึ่งทำให้พวกเขาสามารถใช้ประโยชน์จากพลังงานที่เก็บไว้ในเนื้อเยื่อพืช.

เอนไซม์ไลโซไซม์ที่ผลิตในน้ำตาของตาและไวรัสแบคทีเรียบางชนิดสามารถทำลายแบคทีเรียเนื่องจากกิจกรรมไฮโดรไลติกซึ่งทำลายพันธะ glycosidic ระหว่าง N-acetylglucosamine และกรด N-acetylmuramic ในผนังเซลล์ของแบคทีเรีย.

ความหลากหลาย

Oligosaccharides, polysaccharides หรือ glycans เป็นโมเลกุลที่มีความหลากหลายมากและนี่คือสาเหตุที่หลายวิธีที่ monosaccharides สามารถเชื่อมโยงเข้าด้วยกันเพื่อสร้างโครงสร้างของลำดับที่สูงขึ้น.

ความหลากหลายนี้เริ่มต้นจากความจริงดังที่ได้กล่าวไปแล้วว่าน้ำตาลมีกลุ่มไฮดรอกซิลที่อนุญาตให้มีขอบเขตการยึดเกาะที่แตกต่างกันและพันธะสามารถเกิดขึ้นได้ระหว่างสเตอริโอไอโซเมอร์ทั้งสองที่เป็นไปได้ด้วยความเคารพต่อคาร์บอน anomeric ของน้ำตาล.

พันธะไกลโคซิดิคสามารถเกิดขึ้นระหว่างน้ำตาลและสารประกอบไฮดรอกซิเลตเช่นแอลกอฮอล์หรือกรดอะมิโน.

นอกจากนี้โมโนแซคคาไรด์ยังสามารถก่อตัวเป็นสองพันธะของ glycosidic ดังนั้นมันจึงสามารถทำหน้าที่เป็นจุดสาขาได้ซึ่งจะนำเสนอความซับซ้อนที่อาจเกิดขึ้นในโครงสร้างของ glycans หรือโพลีแซคคาไรด์ในเซลล์.

ชนิด

เกี่ยวกับประเภทของ glycosidic พันธบัตรสองประเภทสามารถสร้างความแตกต่าง: พันธบัตร glycosidic ระหว่าง monosaccharides ที่ประกอบด้วย oligo- และ polysaccharides และพันธบัตร glycosidic ที่เกิดขึ้นใน glycoproteins หรือ glycolipids ซึ่งเป็นโปรตีนหรือไขมันที่มีส่วนของคาร์โบไฮเดรต.

พันธบัตร O-glycosidic

พันธะ O-glycosidic เกิดขึ้นระหว่าง monosaccharides เกิดขึ้นจากปฏิกิริยาระหว่างกลุ่มไฮดรอกซิลของโมเลกุลน้ำตาลหนึ่งกับคาร์บอน anomeric ของอีก.

ไดแซ็กคาไรด์เป็นกลุ่มโอลิโกแซคคาไรด์ที่พบได้บ่อยที่สุด โพลีแซคคาไรด์มีโมโนแซคคาไรด์มากกว่า 20 ยูนิตเชื่อมโยงกันเป็นเส้นตรงและบางครั้งก็มีหลายสาขา.

ในไดแซ็กคาไรด์เช่นมอลโตส, แลคโตสและซูโครสพันธะไกลโคซิดิชที่พบมากที่สุดคือประเภท O-glycosidic พันธบัตรเหล่านี้สามารถเกิดขึ้นได้ระหว่าง carbons และ -OH ของรูปแบบαหรือα isomeric.

การก่อตัวของไกลโคซิดิคพันธะในโอลิโกและโพลีแซคคาไรด์จะขึ้นอยู่กับลักษณะของ stereochemical ของน้ำตาลที่จับกับรวมถึงจำนวนอะตอมของคาร์บอน โดยทั่วไปสำหรับน้ำตาลที่มีคาร์บอน 6 ตัวพันธะเชิงเส้นเกิดขึ้นระหว่างคาร์บอน 1 และ 4 หรือ 1 และ 6.

O มีสองประเภทหลัก-ไกลโคไซด์นั้นขึ้นอยู่กับระบบการตั้งชื่อเรียกว่าαและβหรือ 1,2-CIS และ 1,2-ทรานส์-glycoside.

ของเสีย 1,2-CIS glycosylated, α-glycosides สำหรับ D-กลูโคส, D-galactose, L-fucose, D-xylose หรือβ-glycosides สำหรับ D-mannose, L-arabinose; เช่นเดียวกับ 1,2-ทรานส์ (β-glycosides สำหรับ D-กลูโคส, D-galactose และα-glycosides สำหรับ D-mannose, ฯลฯ ) มีความสำคัญอย่างยิ่งสำหรับส่วนประกอบทางธรรมชาติมากมาย.

O-glycosylation

หนึ่งในการดัดแปลงหลังการแปลที่พบมากที่สุดคือ glycosylation ซึ่งเกี่ยวข้องกับการเพิ่มส่วนของ glucidic เพื่อการเติบโตของเปปไทด์หรือโปรตีน Mucins โปรตีนที่หลั่งออกมาอาจมีโซ่โอลิโกแซ็กคาไรด์จำนวนมากซึ่งเชื่อมโยงกันด้วยพันธะ O-glycosidic.

กระบวนการ O-glycosylation เกิดขึ้นในคอมเพล็กซ์ Golgi ของยูคาริโอตและประกอบด้วยการจับของโปรตีนกับส่วน glucidic ผ่านพันธะ glycosidic ระหว่างกลุ่ม -OH ของซีรีนหรือกรดอะมิโน threonine และคาร์บอน anomeric ของน้ำตาล.

การก่อตัวของพันธะระหว่างคาร์โบไฮเดรทกับไฮดรอกซีโพรลีนและไฮดรอกซีอะลีนตกค้างและกับกลุ่มฟีโนลิกของไทโรซีนตกค้าง.

พันธบัตร N-glycosidic

พันธะ N-glycosidic เป็นเรื่องธรรมดาที่สุดในบรรดาโปรตีน glycosylated N-glycosylation เกิดขึ้นส่วนใหญ่ใน endoplasmic reticulum ของยูคาริโอตพร้อมกับการดัดแปลงที่อาจเกิดขึ้นใน Golgi complex.

N-glycosylation ขึ้นอยู่กับการปรากฏตัวของลำดับฉันทามติ Asn-Xxx-Ser / Thr พันธะ glycosidic อยู่ระหว่างไนโตรเจนของ amide ของสายโซ่ด้านข้างของสารตกค้าง asparagine และคาร์บอน anomeric ของน้ำตาลที่จับกับ peptide chain.

การก่อตัวของพันธะเหล่านี้ในระหว่าง glycosylation ขึ้นอยู่กับเอนไซม์ที่รู้จักกันในชื่อ oligosaccharyltransferase ซึ่งถ่ายโอน oligosaccharides จาก dolichol ฟอสเฟตไปยังไนโตรเจน amidic ของ asparagine ที่ตกค้าง.

พันธบัตร glycosidic ประเภทอื่น

พันธบัตร S-glycosidic

พวกเขายังเกิดขึ้นระหว่างโปรตีนและคาร์โบไฮเดรตพวกเขาได้รับการสังเกตระหว่างเปปไทด์กับ N-terminal cysteines และ oligosaccharides เปปไทด์ที่มีการเชื่อมโยงนี้เริ่มแยกจากโปรตีนในปัสสาวะและเม็ดเลือดแดงของมนุษย์ที่ผูกกับกลูโคสโอลิโกแซคคาไรด์.

พันธบัตร C-glycosidic

พวกเขาสังเกตเห็นเป็นครั้งแรกในฐานะการดัดแปลงหลังการแปล (glycosylation) ในทริปโตเฟนตกค้างใน RNase 2 ที่มีอยู่ในปัสสาวะของมนุษย์และใน RNase 2 ของเม็ดเลือดแดง Mannose ผูกกับคาร์บอนในตำแหน่งที่ 2 ของนิวเคลียสอินโดลของกรดอะมิโนผ่านพันธะ C-glycosidic.

ศัพท์เฉพาะ

คำว่า glycoside ใช้เพื่ออธิบายน้ำตาลใด ๆ ที่กลุ่ม anomeric ถูกแทนที่ด้วยกลุ่ม -OR (O-glycosides), -SR (thioglucosides), -SeR (selenoglucosides), -NR (N-glycosides หรือ glucosamines) (C-ไกลโคไซด์).

สามารถตั้งชื่อได้สามวิธี:

(1) แทนที่เทอร์มินัล "-o" ของชื่อของรูปแบบวัฏจักรที่สอดคล้องกันของ monosaccharide โดย "-ido" และการเขียนก่อนหน้านี้เป็นคำที่แตกต่างกันชื่อของกลุ่มย่อย R แทน.

(2) ใช้คำว่า "glycosyloxy" เป็นคำนำหน้าของชื่อ monosaccharide.

(3) ใช้คำศัพท์ O-ไกลโคซิล, ยังไม่มีข้อความ-ไกลโคซิล, S-glycosil หรือ C-glycosyl เป็นคำนำหน้าสำหรับชื่อของสารประกอบไฮดรอกซี.

การอ้างอิง

1. Bertozzi, C. R. , & Rabuka, D. (2009) พื้นฐานโครงสร้างของความหลากหลายของ Glycan ใน A. Varki, R. Cummings, & J. Esko (บรรณาธิการ), Essentials of Glycobiology (2nd ed.) นิวยอร์ก: ข่าวห้องปฏิบัติการ Cold Spring Harbor เรียกดูจาก www.ncbi.nlm.nih.gov
2. Biermann, C. (1988) การไฮโดรไลซิสและรอยแยกอื่น ๆ ของการเชื่อมโยงไกลโคซิดิคในโพลีแซคคาไรด์. ความก้าวหน้าทางเคมีของคาร์โบไฮเดรตและชีวเคมี, 46, 251-261.
3. Demchenko, A. V. (2008). คู่มือของ glycylation ทางเคมี: ความก้าวหน้าใน stereoselectivity และความเกี่ยวข้องในการรักษา. Wiley-VCH.
4. Lodish, H. , Berk, A. , Kaiser, C.A. , Krieger, M. , Bretscher, A. , Ploegh, H. , ... มาร์ติน, K. (2003). ชีววิทยาโมเลกุลของเซลล์ (ฉบับที่ 5) ฟรีแมน W. W. & บริษัท.
5. Nelson, D. L. , & Cox, M. M. (2009). หลักการทางชีวเคมีของ Lehninger. รุ่นโอเมก้า (ฉบับที่ 5).
6. ศัพท์เฉพาะของคาร์โบไฮเดรต (ข้อเสนอแนะ 2539) (1996) เรียกดูจาก www.qmul.ac.uk
7. Soderberg, T. (2010). เคมีอินทรีย์ที่เน้นทางชีววิทยาเล่ม 1. คณะเคมี (บทที่ 1) Minnesota: University of Minnesota Morris Digital Well เรียกดูจาก www.digitalcommons.morris.umn.edu
8. เทย์เลอร์, C. M. (1998) Glycopeptides และ Glycoproteins: มุ่งเน้นไปที่การเชื่อมโยง Glycosidic. จัตุรมุข, 54, 11,317-11,362.