ГЛИКОЗИДНА ВРЪЗКА: ХАРАКТЕРИСТИКИ, ВИДОВЕ И НОМЕНКЛАТУРА - БИОЛОГИЯ - 2025

На гликозидни връзки са ковалентни връзки, които възникват между захари (въглехидрати) и други молекули, които могат да бъдат други монозахариди или други молекули с различен характер. Тези връзки правят възможно съществуването на множество основни компоненти за живота, не само във формирането на резервни горива и структурни елементи, но и на молекули, носещи информация, от съществено значение за клетъчната комуникация.

Образуването на полизахаридите зависи преди всичко от установяването на гликозидните връзки между свободния алкохол или хидроксилни групи на отделните монозахаридни единици.

Пример за гликозидно свързване в гликоген (Източник: Glykogen.svg-NEUROtikerderivative-work-Marek-M-Public-domain чрез Wikimedia Commons)

Въпреки това, някои сложни полизахариди съдържат модифицирани захари, които са прикрепени към малки молекули или групи като амино, сулфат и ацетил чрез глюкозидни връзки и които не включват непременно освобождаването на водна молекула чрез реакция на кондензация. Тези модификации са много чести при гликани, присъстващи в извънклетъчната матрица или гликокаликс.

Гликозидните връзки се срещат в множество клетъчни условия, включително свързването на групата на полярната глава на някои сфинголипиди, основни съставки на клетъчните мембрани на много организми и образуването на гликопротеини и протеогликани.

Важни полизахариди като целулоза, хитин, агар, гликоген и нишесте не биха били възможни без гликозидни връзки. По същия начин протеиновата гликозилация, която се случва в ендоплазмения ретикулум и в комплекса на Голджи, е изключително важна за активността на много протеини.

Множество олиго- и полизахариди функционират като резервоари за глюкоза, като структурни компоненти или като лепила за прикрепване на клетки в тъканите.

Връзката между гликозидните връзки в олигозахаридите е аналогична на тази на пептидните връзки в полипептидите и на фосфодиестерните връзки в полинуклеотидите, с разликата, че има по-голямо разнообразие в гликозидните връзки.

характеристики

Гликозидните връзки са много по-разнообразни от техните аналози в протеините и нуклеиновите киселини, тъй като по принцип всяка две молекули захар могат да се присъединят помежду си по много начини, тъй като имат множество -OH групи, които могат да участват в образуването от връзката.

Освен това изомерите на монозахаридите, тоест една от двете ориентации, които хидроксилната група може да има в цикличната структура спрямо аномерния въглерод, осигуряват допълнително ниво на разнообразие.

Изомерите имат различни триизмерни структури, както и различни биологични активности. Целулозата и гликогенът се състоят от повтарящи се D-глюкозни единици, но се различават по типа на гликозидна връзка (α1-4 за гликоген и β1-4 за целулоза), поради което имат различни свойства и функции.

Точно както полипептидите имат полярност с N- и С-край, така и полинуклеотидите имат 5 'и 3' краища, олиго- или полизахаридите имат полярност, дефинирана от редуциращия и нередуциращия край.

Редуциращият край има свободен аномерен център, който не образува гликозидна връзка с друга молекула, като по този начин запазва химическата реактивност на алдехида.

Гликозидната връзка е най-гъвкавият участък от олиго- или полизахаридна част, тъй като структурната седловидна конформация на отделните монозахариди е сравнително твърда.

Образуване на гликозидната връзка

Гликозидната връзка може да се присъедини към две монозахаридни молекули чрез аномерния въглерод на едната и хидроксилната група на другата. Тоест хемиацеталната група на една захар реагира с алкохолната група на друга, за да образува ацетал.

По принцип образуването на тези връзки става чрез реакции на кондензация, при които молекулата на водата се освобождава с всяка връзка, която се образува.

Въпреки това, при някои реакции кислородът не оставя молекулата на захарта като вода, а като част от дифосфатната група на нутриотид дифосфат на уридин.

Реакциите, които пораждат гликозидните връзки, се катализират от клас ензими, известни като гликозилтрансферази. Те се образуват между захар, модифицирана ковалентно чрез добавяне на фосфатна група или нуклеотид (глюкозен 6-фосфат, UDP-галактоза, например), който се свързва с нарастващата полимерна верига.

Хидролиза на гликозидната връзка

Гликозидните връзки могат лесно да се хидролизират в слабо кисела среда, но те са доста устойчиви на алкални среди.

Ензимната хидролиза на гликозидните връзки се медиира от ензими, известни като гликозидази. Много бозайници нямат тези ензими за разграждането на целулозата, така че те не са в състояние да извличат енергия от този полизахарид, въпреки че са основен източник на фибри.

Преживните животни като кравите например имат бактерии, свързани с червата им, които произвеждат ензими, способни да разграждат целулозата, която поглъщат, което ги прави способни да се възползват от енергията, запазена в растителните тъкани.

Ензимният лизозим, произведен в сълзите на окото и от някои бактериални вируси, е способен да унищожи бактериите благодарение на своята хидролитична активност, която разрушава гликозидната връзка между N-ацетилглюкозамин и N-ацетилмураминова киселина в клетъчната стена на бактериите,

разнообразие

Олигозахаридите, полизахаридите или гликаните са много разнообразни молекули и това се дължи на многото начини, по които монозахаридите могат да се съединят помежду си, за да образуват структури от по-висок ред.

Това разнообразие се основава на факта, както беше споменато по-горе, че захарите имат хидроксилни групи, които позволяват различни участъци на свързване и че връзките могат да възникнат между двата възможни стереоизомера по отношение на аномерния въглерод на захарта (α или β).

Гликозидните връзки могат да се образуват между захар и всяко хидрокси съединение, като алкохоли или аминокиселини.

В допълнение, монозахаридът може да образува две гликозидни връзки, така че може да служи като точка на разклонение, въвеждайки потенциална сложност в структурата на гликаните или полизахаридите в клетките.

Видове

По отношение на видовете гликозидни връзки могат да бъдат разграничени две категории: гликозидните връзки между монозахаридите, които представляват олиго- и полизахариди, и гликозидните връзки, които се срещат в гликопротеините или гликолипидите, които са протеини или липиди с порции въглехидрати,

О-глюкозидни връзки

О-гликозидните връзки възникват между монозахаридите, образуват се при реакцията между хидроксилната група на една захарна молекула и аномерния въглерод на друга.

Дисахаридите са сред най-разпространените олигозахариди. Полизахаридите имат повече от 20 монозахаридни единици, свързани по линеен начин и понякога имат множество клонове.

Пример за O-гликозидна връзка (Източник: Tpirojsi чрез Wikimedia Commons)

В дизахаридите като малтоза, лактоза и захароза, най-често срещаната гликозидна връзка е О-глюкозидният тип. Тези връзки могат да възникнат между въглеродните атоми и -OH на α или β изомерните форми.

Образуването на глюкозидни връзки в олиго- и полизахариди ще зависи от стереохимичния характер на прикрепените захари, както и от техния брой въглеродни атоми. Обикновено за захари с 6 въглерода се наблюдават линейни връзки между въглерод 1 и 4 или 1 и 6.

Има два основни типа О-гликозиди, които в зависимост от номенклатурата се определят като α и β или 1,2-цис и 1,2-транс-гликозиди.

1,2-цис гликозилирани остатъци, α-гликозиди за D-глюкоза, D-галактоза, L-фукоза, D-ксилоза или β-гликозиди за D-маноза, L-арабиноза; както и 1,2-транс (β-гликозиди за D-глюкоза, D-галактоза и α-гликозиди за D-маноза и др.) са от голямо значение за много природни компоненти.

О-гликозилиране

Една от най-често срещаните посттранслационни модификации е гликозилирането, което се състои в добавяне на въглехидратна част към растящ пептид или протеин. Муцините, секреторни протеини, могат да съдържат големи количества олигозахаридни вериги, свързани чрез О-глюкозидни връзки.

Процесът на О-гликозилиране протича в комплекса на еукариоти Голджи и се състои в свързването на протеини с въглехидратната част чрез гликозидна връзка между -OH групата на аминокиселинния остатък на серин или треонин и аномерния въглерод. от захарта.

Наблюдава се също образуването на тези връзки между въглехидрати и хидроксипролин и хидроксилизинови остатъци и с фенолната група от тирозинови остатъци.

N-гликозидни връзки

N-гликозидните връзки са най-често срещаните сред гликозилираните протеини. N-гликозилирането се осъществява главно в ендоплазмения ретикулум на еукариоти, с последващи модификации, които могат да се появят в комплекса на Голджи.

Пример за N-гликозидна връзка (Източник: Tpirojsi, чрез Wikimedia Commons)

N-гликозилирането зависи от наличието на консенсусната последователност Asn-Xxx-Ser / Thr. Гликозидната връзка се осъществява между амидния азот на страничната верига на аспарагиновите остатъци и аномерния въглерод на захарта, който се свързва с пептидната верига.

Образуването на тези връзки по време на гликозилирането зависи от ензим, известен като олигосакарилтрансфераза, който пренася олигозахариди от долихолфосфат в амидния азот на аспарагиновите остатъци.

Други видове гликозидни връзки

S-глюкозидни връзки

Те също се срещат между протеини и въглехидрати, наблюдавани са между пептиди с N-крайни цистеини и олигозахариди. Пептидите с такива връзки първоначално се изолират от протеини в човешката урина и еритроцитите, свързани с олигозахаридите на глюкоза.

С-глюкозидни връзки

Те бяха наблюдавани за първи път като посттранслационна модификация (гликозилиране) в триптофанов остатък в RNase 2, присъстващ в човешката урина и в RNase 2 на еритроцитите. Манозата е прикрепена към въглерода в позиция 2 на индолското ядро ​​на аминокиселината чрез С-глюкозидна връзка.

номенклатура

Терминът гликозид се използва за описание на всяка захар, чиято аномерна група е заместена от група -OR (O-гликозиди), -SR (тиогликозиди), -SeR (селеногликозиди), -NR (N-гликозиди или глюкозамини) или дори -CR (С-глюкозиди).

Те могат да бъдат назовавани по три различни начина:

(1) замяна на терминала "-o" на името на съответната циклична форма на монозахарида с "-ido" и преди да се напише като друга дума името на заместващата R група.

(2) използване на термина "гликозилокси" като префикс към името на монозахарида.

(3) използване на термина О-гликозил, N-гликозил, S-гликозил или С-гликозил като префикс за името на хидрокси съединението.

Препратки

1. Bertozzi, CR, & Rabuka, D. (2009). Структурна основа на гликановото разнообразие. В A. Varki, R. Cummings и J. Esko (ред.), Essentials of Glycobiology (2nd ed.). Ню Йорк: Лабораторна преса на студено пролетното пристанище. Извлечено от www.ncbi.nlm.nih.gov
2. Biermann, C. (1988). Хидролиза и други разцепвания на гликозидни връзки в полизахариди. Напредък в въглехидратната химия и биохимия, 46, 251–261.
3. Демченко, А. В. (2008). Наръчник за химическо гликозилиране: напредък в стереоселективността и терапевтичната значимост. Wiley-VCH.
4. Лодиш, Х., Берк, А., Кайзер, Калифорния, Кригър, М., Бретшер, А., Плое, Х.,… Мартин, К. (2003). Молекулярна клетъчна биология (5-то изд.). Freeman, WH & Company.
5. Nelson, DL, & Cox, MM (2009). Принципи на биохимията на Ленингер. Омега издания (5-то издание).
6. Номенклатура на въглехидрати (Препоръки 1996). (деветнадесет деветдесет и шест). Извлечено от www.qmul.ac.uk
7. Содерберг, Т. (2010). Органична химия с биологичен акцент, том I. Химически факултет (том 1). Минесота: Университет на Минесота Морис Дигитален кладенец. Извлечено от www.digitalcommons.morris.umn.edu
8. Тейлър, CM (1998). Гликопептиди и гликопротеини: фокус върху гликозидната връзка. Tetrahedron, 54, 11317-11362.