GLYKOSIDBINDING: EGENSKAPER, TYPER OG NOMENKLATUR - BIOLOGI - 2026

Den glykosidiske bindinger er kovalente bindinger som oppstår mellom sukker (karbohydrater) og andre molekyler som kan være andre monosakkarider eller andre molekyler av en annen natur. Disse koblingene muliggjør eksistensen av flere grunnleggende komponenter for livet, ikke bare i dannelsen av reservebrensel og strukturelle elementer, men også av informasjonsbærende molekyler som er viktige for cellulær kommunikasjon.

Dannelsen av polysakkaridene avhenger først og fremst av etablering av glykosidbindingen mellom den frie alkohol- eller hydroksylgruppen til de individuelle monosakkaridenhetene.

Eksempel på glykosidbinding i glykogen (kilde: Glykogen.svg-NEUROtikerderivative-work-Marek-M-Public-domain via Wikimedia Commons)

Noen komplekse polysakkarider inneholder imidlertid modifiserte sukkerarter som er bundet til små molekyler eller grupper som amino, sulfat og acetyl gjennom glukosidiske bindinger, og som ikke nødvendigvis involverer frigjøring av et vannmolekyl ved en kondensasjonsreaksjon. Disse modifikasjonene er svært vanlige i glykaner som er til stede i den ekstracellulære matrisen eller glykokalksen.

Glykosidbindinger oppstår i flere cellulære sammenhenger, inkludert binding av den polare hodegruppen til noen sfingolipider, essensielle bestanddeler i cellemembranene til mange organismer, og dannelsen av glykoproteiner og proteoglykaner.

Viktige polysakkarider som cellulose, kitin, agar, glykogen og stivelse ville ikke være mulig uten glykosidbindinger. På samme måte er proteinglykosylering, som forekommer i endoplasmatisk retikulum og i Golgi-komplekset, ekstremt viktig for aktiviteten til mange proteiner.

Tallrike oligo- og polysakkarider fungerer som glukosebeholdere, som strukturelle komponenter, eller som lim for cellefesting i vev.

Forholdet mellom glykosidbindinger i oligosakkarider er analogt med peptidbindinger i polypeptider og til fosfodiesterbindinger i polynukleotider, med forskjellen at det er større mangfoldighet i glykosidbindinger.

kjennetegn

Glykosidbindingen er mye mer variert enn deres analoger i proteiner og nukleinsyrer, ettersom to sukkermolekyler i prinsippet kan være sammen på mange måter fordi de har flere -OH-grupper som kan delta i formasjonen. av lenken.

Videre tilveiebringer isomerer av monosakkarider, det vil si en av de to orienteringene som hydroksylgruppen kan ha i den sykliske strukturen i forhold til det anomere karbon, et ytterligere nivå av mangfoldighet.

Isomerer har forskjellige tredimensjonale strukturer, i tillegg til forskjellige biologiske aktiviteter. Cellulose og glykogen består av repeterende D-glukoseenheter, men avviker i typen glykosidbinding (α1-4 for glykogen og β1-4 for cellulose), og har derfor forskjellige egenskaper og funksjoner.

Akkurat som polypeptider har en polaritet med en N- og en C-ende, og polynukleotider har 5 'og 3' ender, har oligo- eller polysakkarider en polaritet definert av de reduserende og ikke-reduserende endene.

Den reduserende enden har et fritt anomert senter som ikke danner en glykosidbinding med et annet molekyl, og bevarer således den kjemiske reaktiviteten til aldehydet.

Glykosidbindingen er den mest fleksible regionen til en oligo- eller polysakkaridgruppe, siden den strukturelle salkonformasjon av individuelle monosakkarider er relativt stiv.

Dannelse av glykosidbindingen

Glykosidbindingen kan bli sammen med to monosakkaridmolekyler gjennom det anomere karbonet til den ene og hydroksylgruppen til den andre. Det vil si at hemiacetal-gruppen til ett sukker reagerer med alkoholgruppen til en annen for å danne en acetal.

Generelt skjer dannelsen av disse bindinger ved kondensasjonsreaksjoner, hvor et vannmolekyl frigjøres med hver binding som dannes.

I noen reaksjoner lar oksygen imidlertid ikke sukkermolekylet som vann, men som en del av difosfatgruppen til et uridindifosfatnukleotid.

Reaksjonene som gir opphav til glykosidbindingen katalyseres av en klasse enzymer kjent som glykosyltransferaser. De dannes mellom et sukker som er modifisert kovalent ved tilsetning av en fosfatgruppe eller et nukleotid (for eksempel glukose 6-fosfat, UDP-galaktose) som binder seg til den voksende polymerkjeden.

Hydrolyse av glykosidbindingen

Glykosidbindinger kan lett hydrolyseres i svakt sure miljøer, men de er ganske motstandsdyktige mot alkaliske miljøer.

Den enzymatiske hydrolysen av glykosidbindingen medieres av enzymer kjent som glykosidaser. Mange pattedyr har ikke disse enzymene for nedbrytning av cellulose, så de er ikke i stand til å trekke ut energi fra dette polysakkaridet, til tross for at de er en viktig kilde til fiber.

Drøvtyggere som kyr, for eksempel, har bakterier assosiert med tarmen som produserer enzymer som er i stand til å nedbryte cellulosen de inntar, noe som gjør dem i stand til å dra nytte av energien som er bevart i plantevev.

Enzymet lysozym, produsert i tårene i øyet og av noen bakterievirus, er i stand til å ødelegge bakterier takket være dets hydrolytiske aktivitet, som bryter glykosidbindingen mellom N-acetylglucosamin og N-acetylmuraminsyre i celleveggen til bakterier. .

Mangfold

Oligosakkarider, polysakkarider eller glykaner er veldig forskjellige molekyler, og dette skyldes de mange måtene monosakkarider kan slå sammen med hverandre for å danne strukturer av høyere orden.

Dette mangfoldet er basert på det faktum, som nevnt ovenfor, at sukkerarter har hydroksylgrupper som tillater forskjellige bindingsregioner, og at bindinger kan oppstå mellom de to mulige stereoisomerer med hensyn til sukkerets anomere karbon (α eller β).

Glykosidbindinger kan dannes mellom et sukker og en hvilken som helst hydroksyforbindelse slik som alkoholer eller aminosyrer.

I tillegg kan et monosakkarid danne to glykosidbindinger, slik at det kan tjene som et grenpunkt og introduserer potensiell kompleksitet i strukturen til glykaner eller polysakkarider i celler.

typer

Når det gjelder typene glykosidbindinger, kan to kategorier differensieres: glykosidbindingen mellom monosakkarider som utgjør oligo- og polysakkarider, og de glykosidbindinger som forekommer i glykoproteiner eller glykolipider, som er proteiner eller lipider med deler av karbohydrater .

O-glukosidiske bindinger

O-glykosidbindingen oppstår mellom monosakkarider, de dannes av reaksjonen mellom hydroksylgruppen til ett sukkermolekyl og det anomere karbon.

Disakkarider er blant de vanligste oligosakkaridene. Polysakkarider har mer enn 20 monosakkaridenheter koblet sammen på en lineær måte og har noen ganger flere grener.

Eksempel på O-glykosidbinding (Kilde: Tpirojsi via Wikimedia Commons)

I disakkarider som maltose, laktose og sukrose er den vanligste glykosidbindingen O-glukosid-typen. Disse bindingene kan oppstå mellom karbonatomer og -OH i a- eller ß-isomere former.

Dannelse av glukosidiske bindinger i oligo- og polysakkarider vil avhenge av den stereokjemiske natur til sukkerene som er festet, så vel som av antallet karbonatomer. Generelt for sukker med 6 karbonatomer oppstår lineære bindinger mellom karbonatomer 1 og 4 eller 1 og 6.

Det er to hovedtyper av O-glykosider som, avhengig av nomenklatur, er definert som α og β eller 1,2-cis og 1,2-trans-glykosider.

1,2-cis glykosylerte rester, a-glykosider for D-glukose, D-galaktose, L-fucose, D-xylose eller ß-glykosider for D-mannose, L-arabinose; så vel som 1,2-trans (ß-glykosider for D-glukose, D-galaktose og α-glykosider for D-mannose, etc.), er av stor betydning for mange naturlige komponenter.

O-glykosylering

En av de vanligste modifiseringene etter translasjonen er glykosylering, som består av tilsetningen av en karbohydratdel til et voksende peptid eller protein. Muciner, sekretoriske proteiner, kan inneholde store mengder oligosakkaridkjeder forbundet med O-glukosidbindinger.

O-glykosyleringsprosessen skjer i Golgi-komplekset av eukaryoter og består av binding av proteiner til karbohydratdelen gjennom en glykosidbinding mellom -OH-gruppen av en aminosyrerest av serin eller treonin og det anomere karbon. av sukker.

Dannelsen av disse bindinger mellom karbohydrater og hydroksyprolin og hydroksyslysrester og med den fenoliske gruppen av tyrosinrester er også blitt observert.

N-glykosidbindinger

N-glykosidbindinger er de vanligste blant glykosylerte proteiner. N-glykosylering skjer hovedsakelig i endoplasmatisk retikulum for eukaryoter, med påfølgende modifikasjoner som kan forekomme i Golgi-komplekset.

Eksempel på N-glykosidbinding (Kilde: Tpirojsi, via Wikimedia Commons)

N-glykosylering avhenger av tilstedeværelsen av konsensus-sekvensen Asn-Xxx-Ser / Thr. Glykosidbindingen oppstår mellom amidnitrogenet i sidekjeden til asparaginrestene og det anomere karbonet i sukkeret som binder seg til peptidkjeden.

Dannelsen av disse bindinger under glykosylering avhenger av et enzym kjent som oligosacaryltransferase, som overfører oligosakkarider fra et dolichol-fosfat til amid-nitrogenet i asparaginrestene.

Andre typer glykosidbindinger

S-glukosidiske bindinger

De forekommer også mellom proteiner og karbohydrater, de har blitt observert mellom peptider med N-terminale cysteiner og oligosakkarider. Peptider med slike bindinger ble opprinnelig isolert fra proteiner i human urin og erytrocytter bundet til glukoseoligosakkarider.

C-glukosidiske bindinger

De ble observert for første gang som en post-translasjonell modifikasjon (glykosylering) i en tryptofanrest i RNase 2 til stede i human urin og i RNase 2 av erytrocytter. En mannose er festet til karbonet i stilling 2 i indolkjernen til aminosyren via en C-glukosidbinding.

nomenklatur

Uttrykket glykosid brukes for å beskrive hvilket som helst sukker hvis anomere gruppe er erstattet av en gruppe -OR (O-glykosider), -SR (tioglykosider), -SeR (selenoglykosider), -NR (N-glykosider eller glukosaminer) eller til og med -CR (C-glukosider).

De kan navngis på tre forskjellige måter:

(1) å erstatte terminalen "-o" med navnet på den korresponderende sykliske formen av monosakkaridet med "-ido", og før du skriver et annet ord navnet på substituent R-gruppen.

(2) å bruke uttrykket "glykosyloksy" som et prefiks til monosakkaridnavnet.

(3) å bruke betegnelsen O-glykosyl, N-glykosyl, S-glykosyl eller C-glykosyl som et prefiks for navnet på hydroksyforbindelsen.

referanser

1. Bertozzi, CR, & Rabuka, D. (2009). Strukturell basis for Glykansk mangfold. I A. Varki, R. Cummings, & J. Esko (Eds.), Essentials of Glycobiology (2. utg.). New York: Cold Spring Harbor Laboratory Press. Hentet fra www.ncbi.nlm.nih.gov
2. Biermann, C. (1988). Hydrolyse og andre spaltninger av glykosidbindinger i polysakkarider. Fremskritt innen karbohydratkjemi og biokjemi, 46, 251–261.
3. Demchenko, AV (2008). Håndbok for kjemisk glykosylering: Fremskritt i stereoselektivitet og terapeutisk relevans. Wiley-VCH.
4. Lodish, H., Berk, A., Kaiser, CA, Krieger, M., Bretscher, A., Ploegh, H., … Martin, K. (2003). Molecular Cell Biology (5. utg.). Freeman, WH & Company.
5. Nelson, DL, & Cox, MM (2009). Lehninger prinsipper for biokjemi. Omega Editions (5. utg.).
6. Nomenklatur av karbohydrater (Anbefalinger 1996). (nitten nittiseks). Hentet fra www.qmul.ac.uk
7. Soderberg, T. (2010). Organisk kjemi med biologisk vekt, bind I. Fakultet for kjemi (bind 1). Minnesota: University of Minnesota Morris Digital Well. Hentet fra www.digitalcommons.morris.umn.edu
8. Taylor, CM (1998). Glykopeptider og glykoproteiner: Fokus på den glykosidiske bindingen. Tetrahedron, 54, 11317-11362.