GLIKOZIDNA VEZA: KARAKTERISTIKE, VRSTE I NOMENKLATURA - BIOLOGIJA - 2025

Su glikozidne veze su kovalentne veze koji se javljaju između šećera (ugljikohidrata) i drugih molekula koje mogu biti drugih monosaharida ili druge molekule u različite prirode. Te veze omogućuju postojanje više temeljnih životnih komponenti, ne samo u stvaranju rezervnih goriva i strukturnih elemenata, već i molekula koje nose informacije neophodne za staničnu komunikaciju.

Stvaranje polisaharida prvenstveno ovisi o uspostavljanju glikozidnih veza između slobodnog alkohola ili hidroksilnih skupina pojedinih monosaharidnih jedinica.

Primjer vezivanja glikozida u glikogenu (Izvor: Glykogen.svg-NEUROtikerderivative-work-Marek-M-Public-domain putem Wikimedia Commons)

Međutim, neki složeni polisaharidi sadrže modificirane šećere koji su pričvršćeni na male molekule ili skupine poput amino, sulfata i acetila putem glukozidnih veza, a oni ne uključuju nužno oslobađanje molekule vode reakcijom kondenzacije. Te su modifikacije vrlo česte u glikanima koji su prisutni u izvanstaničnom matriksu ili glikokaliliku.

Glikozidne veze nastaju u više staničnih konteksta, uključujući vezanje polarne skupine glava nekih sfingolipida, bitnih sastojaka staničnih membrana mnogih organizama i stvaranje glikoproteina i proteoglikana.

Važni polisaharidi kao što su celuloza, hitin, agar, glikogen i škrob ne bi bili mogući bez glikozidnih veza. Isto tako, glikozilacija proteina, koja se javlja u endoplazmatskom retikulu i u Golgijevom kompleksu, izuzetno je važna za aktivnost mnogih proteina.

Brojni oligo- i polisaharidi djeluju kao rezervoari glukoze, kao strukturne komponente ili kao ljepilo za prianjanje stanica u tkivima.

Odnos između glikozidnih veza u oligosaharidima analogan je odnosu peptidnih veza u polipeptidima i fosfodiesterskih veza u polinukleotidima, s razlikom što postoji veća raznolikost glikozidnih veza.

karakteristike

Glikozidne veze su mnogo raznovrsnije od njihovih analoga u proteinima i nukleinskim kiselinama, jer se u principu bilo koje dvije molekule šećera mogu međusobno pridružiti na više načina, jer imaju više -OH skupina koje mogu sudjelovati u stvaranju veze.

Nadalje, izomeri monosaharida, tj. Jedna od dvije orijentacije koju hidroksilna skupina može imati u cikličkoj strukturi u odnosu na anomerni ugljik, daju dodatnu razinu raznolikosti.

Izomeri imaju različite trodimenzionalne strukture, kao i različite biološke aktivnosti. Celuloza i glikogen sastoje se od ponavljajućih jedinica D-glukoze, ali se razlikuju u vrsti glikozidne veze (α1-4 za glikogen i β1-4 za celulozu), te stoga imaju različita svojstva i funkcije.

Baš kao što polipeptidi imaju polaritet s N- i C- krajem, a polinukleotidi imaju 5 'i 3' krajeve, oligo- ili polisaharidi imaju polaritet definiran reducirajućim i ne reducirajućim krajevima.

Redukcijski kraj ima slobodno anomerno središte koje ne stvara glikozidnu vezu s drugom molekulom, zadržavajući na taj način kemijsku reaktivnost aldehida.

Glikozidna veza je najfleksibilnije područje oligo- ili polisaharidne skupine, budući da je strukturna sadržina sedla pojedinih monosaharida relativno kruta.

Stvaranje glikozidne veze

Glikozidna veza može spojiti dvije monosaharidne molekule preko anomernog ugljika jedne i hidroksilne skupine druge. Odnosno, hemiiacetalna skupina jednog šećera reagira s drugom grupom alkohola i formira acetal.

Općenito, stvaranje ovih veza odvija se reakcijama kondenzacije, pri čemu se molekulom vode oslobađa sa svakom vezom koja nastane.

Međutim, u nekim reakcijama kisik ne ostavlja molekulu šećera kao vodu, već kao dio difosfatne skupine uridin-difosfatnog nukleotida.

Reakcije koje nastaju glikozidnim vezama kataliziraju klasu enzima poznatih kao glikoziltransferaze. Nastaju između šećera modificiranog kovalentno dodavanjem fosfatne skupine ili nukleotida (na primjer glukoza 6-fosfat, UDP-galaktoza) koji se veže na rastući polimerni lanac.

Hidroliza glikozidne veze

Glikozidne veze se mogu lako hidrolizirati u blago kiselom okruženju, ali su prilično otporne na alkalna okruženja.

Enzimska hidroliza glikozidnih veza posredovana je enzimima poznatim kao glikozidaze. Mnogi sisari nemaju te enzime za razgradnju celuloze, pa nisu u stanju izvući energiju iz ovog polisaharida, iako su bitan izvor vlakana.

Na primjer, preživare poput krava imaju bakterije povezane s njihovim crijevima koje proizvode enzime koji mogu razgraditi celulozu koju gutaju, što ih čini sposobnima iskoristiti energiju sačuvanu u biljnim tkivima.

Enzim lizocim, proizveden suznim očima i nekim bakterijskim virusima, može uništiti bakterije zahvaljujući hidroliznom djelovanju, koje razbija glikozidnu vezu između N-acetilglukozamina i N-acetilmuramske kiseline u staničnoj stijenci bakterija,

raznovrsnost

Oligosaharidi, polisaharidi ili glikani vrlo su raznolike molekule i to je zbog mnogih načina na koji se monosaharidi mogu međusobno povezati kako bi tvorili strukture višeg reda.

Ta se raznolikost temelji na činjenici, kao što je već spomenuto, da šećeri imaju hidroksilne skupine koje dopuštaju različita područja vezivanja i da se mogu dogoditi veze između dva moguća stereoizomera u odnosu na anomerni ugljik šećera (α ili β).

Glikozidne veze mogu se stvoriti između šećera i bilo kojeg hidroksi spoja, poput alkohola ili aminokiselina.

Pored toga, monosaharid može tvoriti dvije glikozidne veze, pa može poslužiti kao točka grane, uvodeći potencijalnu složenost u strukturu glikana ili polisaharida u stanicama.

vrste

Što se tiče vrsta glikozidnih veza, mogu se razlikovati dvije kategorije: glikozidne veze između monosaharida koji čine oligo- i polisaharide i glikozidne veze koje se javljaju u glikoproteinima ili glikolipidima, a to su proteini ili lipidi s dijelovima ugljikohidrata,

O-glukozidne veze

O-glikozidne veze nastaju između monosaharida, nastaju reakcijom između hidroksilne skupine jedne molekule šećera i anomernog ugljika druge.

Disaharidi su među najčešćim oligosaharidima. Polisaharidi imaju više od 20 monosaharidnih jedinica linearno povezanih i ponekad imaju više grana.

Primjer O-glikozidne veze (Izvor: Tpirojsi putem Wikimedia Commons)

U disaharidima kao što su maltoza, laktoza i saharoza, najčešća glikozidna veza je O-glukozidni tip. Te se veze mogu pojaviti između ugljika i -OH α ili β izomernih oblika.

Stvaranje glikozidnih veza u oligo- i polisaharidima ovisit će o stereokemijskoj prirodi šećera koji se vežu, kao i o njihovom broju ugljikovih atoma. Općenito, za šećere sa 6 ugljika dolazi do linearnih veza između ugljika 1 i 4 ili 1 i 6.

Postoje dvije glavne vrste O-glikozida koji su, ovisno o nomenklaturi, definirani kao α i β ili 1,2-cis i 1,2-trans-glikozidi.

1,2-cis glikozilirani ostaci, α-glikozidi za D-glukozu, D-galaktozu, L-fukozu, D-ksilozu ili P-glikozide za D-manozu, L-arabinozu; kao i 1,2-trans (β-glikozidi za D-glukozu, D-galaktozu i α-glikozidi za D-manozu, itd.) od velikog su značaja za mnoge prirodne komponente.

O-glikozilaciju

Jedna od najčešćih posttralacijskih modifikacija je glikozilacija koja se sastoji od dodavanja ugljikohidratnog dijela rastućem peptidu ili proteinu. Mucini, sekretorni proteini, mogu sadržavati velike količine lanaca oligosaharida povezanih O-glukozidnim vezama.

Postupak O-glikozilacije odvija se u Golgijevom kompleksu eukariota i sastoji se od vezanja proteina na dio ugljikohidrata glikozidnom vezom između -OH skupine aminokiselinskog ostatka serina ili treonina i anomernog ugljika. šećera.

Također je uočeno stvaranje tih veza između ugljikohidrata i hidroksiprolinskih i hidroksilizinskih ostataka te s fenolnom skupinom ostataka tirozina.

N-glikozidne veze

N-glikozidne veze najčešća su među glikoziliranim proteinima. N-glikozilacija javlja se uglavnom u endoplazmatskom retikulu eukariota, s naknadnim modifikacijama koje se mogu dogoditi u Golgijevom kompleksu.

Primjer N-glikozidne veze (Izvor: Tpirojsi, putem Wikimedia Commons)

N-glikozilacija ovisi o prisutnosti konsenzusne sekvence Asn-Xxx-Ser / Thr. Glikozidna veza nastaje između amidnog dušika bočnog lanca ostataka asparagina i anomernog ugljika šećera koji se veže na peptidni lanac.

Stvaranje ovih veza tijekom glikozilacije ovisi o enzimu poznatom kao oligosakariltransferaza, koji prenosi oligosaharide iz dolihol-fosfata u amidni dušik ostataka asparagina.

Ostale vrste glikozidnih veza

S-glukozidne veze

Javljaju se i između proteina i ugljikohidrata, primijećeni su između peptida s N-terminalnim cisteinima i oligosaharidima. Peptidi s takvim vezama u početku su izolirani iz proteina u ljudskoj mokraći i eritrocita vezanih na glugoze oligosaharide.

C-glukozidne veze

Prvi su put primijećeni kao post-translacijska modifikacija (glikozilacija) u ostatku triptofana u RNazi 2 prisutnoj u ljudskoj mokraći i u RNazi 2 u eritrocitima. Mannoza je spojena na ugljik u položaju 2 indola jezgre aminokiseline putem C-glukozidne veze.

Nomenklatura

Izraz glikozid koristi se za opisivanje bilo kojeg šećera čija je anomerna skupina zamijenjena skupinom -OR (O-glikozidi), -SR (tioglikozidi), -SeR (selenoglikozidi), -NR (N-glikozidi ili glukozamini) ili čak -CR (C-glukozida).

Oni se mogu imenovati na tri različita načina:

(1) zamjena terminala "-o" naziva odgovarajućeg cikličkog oblika monosaharida s "-ido", a prije nego što je drugačija riječ napisana imenom supstituirane R skupine.

(2) upotrebom termina "glikosiloksi" kao prefiksa za naziv monosaharida.

(3) upotrebom termina O-glikozila, N-glikozila, S-glikozila ili C-glikozila kao prefiksa za naziv hidroksi spoja.

Reference

1. Bertozzi, CR, i Rabuka, D. (2009). Strukturne osnove raznolikosti glikana. U A. Varki, R. Cummings i J. Esko (ur.), Essentials of Glycobiology (drugo izd.). New York: Cold Spring Harbor Laboratory Press. Preuzeto s www.ncbi.nlm.nih.gov
2. Biermann, C. (1988). Hidroliza i ostala cijepanja glikozidnih veza u polisaharidima. Napredak kemije i biokemije ugljikohidrata, 46, 251–261.
3. Demchenko, AV (2008). Priručnik o kemijskoj glikozilaciji: napredak u stereoselektivnosti i terapijskoj važnosti. Wiley-VCH.
4. Lodish, H., Berk, A., Kaiser, CA, Krieger, M., Bretscher, A., Ploegh, H.,… Martin, K. (2003). Molekularna stanična biologija (5. izd.). Freeman, WH & Company.
5. Nelson, DL, & Cox, MM (2009). Lehningerovi principi biokemije. Omega izdanja (5. izd.).
6. Nomenklatura ugljikohidrata (Preporuke 1996). (devetnaest devedeset šest). Preuzeto s www.qmul.ac.uk
7. Soderberg, T. (2010). Organska kemija s biološkim naglaskom, svezak I. Kemijski fakultet (svezak 1). Minnesota: Sveučilište Minnesota Morris Digital Well. Preuzeto s www.digitalcommons.morris.umn.edu
8. Taylor, CM (1998). Glikopeptidi i glikoproteini: usredotočiti se na glikozidnu vezu. Tetrahedron, 54, 11317-11362.