ลักษณะพันธะไกลโคซิดิกประเภทและระบบการตั้งชื่อ - ชีววิทยา

พันธบัตร glycosidicมีพันธะโควาเลนต์ที่เกิดขึ้นระหว่างน้ำตาล (คาร์โบไฮเดรต) และโมเลกุลอื่น ๆ ซึ่งอาจจะเป็น monosaccharides อื่น ๆ หรือโมเลกุลอื่น ๆ ของ ธรรมชาติที่แตกต่างกัน การเชื่อมโยงเหล่านี้ทำให้การดำรงอยู่ขององค์ประกอบพื้นฐานหลายอย่างสำหรับชีวิตเป็นไปได้ไม่เพียง แต่ในการก่อตัวของเชื้อเพลิงสำรองและองค์ประกอบโครงสร้างเท่านั้น แต่ยังรวมถึงโมเลกุลที่นำข้อมูลที่จำเป็นสำหรับการสื่อสารเคลื่อนที่ด้วย

การก่อตัวของโพลีแซ็กคาไรด์ขึ้นอยู่กับการสร้างพันธะไกลโคซิดิกระหว่างแอลกอฮอล์อิสระหรือกลุ่มไฮดรอกซิลของโมโนแซคคาไรด์แต่ละหน่วย

ตัวอย่างการจับกับไกลโคซิดิกใน Glycogen (ที่มา: Glykogen.svg-NEUROtikerderivative-work-Marek-M-Public-domain ผ่าน Wikimedia Commons)

อย่างไรก็ตามโพลีแซ็กคาไรด์ที่ซับซ้อนบางชนิดมีน้ำตาลดัดแปลงที่ยึดติดกับโมเลกุลหรือกลุ่มขนาดเล็กเช่นอะมิโนซัลเฟตและอะซิทิลผ่านพันธะกลูโคซิดิกและไม่จำเป็นต้องเกี่ยวข้องกับการปลดปล่อยโมเลกุลของน้ำโดยปฏิกิริยาการควบแน่น การปรับเปลี่ยนเหล่านี้พบได้บ่อยในไกลแคนที่มีอยู่ในเมทริกซ์นอกเซลล์หรือไกลโคคาลิกซ์

การเชื่อมโยงของ Glycosidic เกิดขึ้นในบริบทของเซลล์หลาย ๆ เซลล์รวมถึงการจับกันของกลุ่มหัวขั้วของ sphingolipids บางชนิดองค์ประกอบที่สำคัญของเยื่อหุ้มเซลล์ของสิ่งมีชีวิตหลายชนิดและการก่อตัวของไกลโคโปรตีนและโปรตีโอไกลแคน

โพลีแซ็กคาไรด์ที่สำคัญเช่นเซลลูโลสไคตินวุ้นไกลโคเจนและแป้งจะเป็นไปไม่ได้หากไม่มีพันธะไกลโคซิดิก ในทำนองเดียวกันโปรตีนไกลโคซิเลชันซึ่งเกิดขึ้นในเอนโดพลาสมิกเรติคูลัมและในกอลจิคอมเพล็กซ์มีความสำคัญอย่างยิ่งต่อการทำงานของโปรตีนหลายชนิด

โอลิโกและโพลีแซ็กคาไรด์จำนวนมากทำหน้าที่เป็นแหล่งกักเก็บกลูโคสเป็นส่วนประกอบโครงสร้างหรือเป็นกาวสำหรับยึดติดกับเซลล์ในเนื้อเยื่อ

ความสัมพันธ์ระหว่างพันธะไกลโคซิดิกในโอลิโกแซ็กคาไรด์นั้นคล้ายคลึงกับพันธะเปปไทด์ในโพลีเปปไทด์และพันธะฟอสโฟดิสเตอร์ในพอลินิวคลีโอไทด์โดยความแตกต่างที่พันธะไกลโคซิดิกมีความหลากหลายมากกว่า

ลักษณะเฉพาะ

พันธะไกลโคซิดิกมีความหลากหลายมากกว่าอะนาลอกในโปรตีนและกรดนิวคลีอิกเนื่องจากโดยหลักการแล้วโมเลกุลของน้ำตาลสองโมเลกุลสามารถเชื่อมต่อกันได้หลายวิธีเนื่องจากมีกลุ่ม -OH หลายกลุ่มที่สามารถมีส่วนร่วมในการสร้าง ของลิงค์

นอกจากนี้ไอโซเมอร์ของโมโนแซ็กคาไรด์นั่นคือหนึ่งในสองทิศทางที่กลุ่มไฮดรอกซิลสามารถมีได้ในโครงสร้างวัฏจักรที่สัมพันธ์กับคาร์บอนที่ผิดปกติให้ความหลากหลายเพิ่มเติม

ไอโซเมอร์มีโครงสร้างสามมิติที่แตกต่างกันเช่นเดียวกับกิจกรรมทางชีววิทยาที่แตกต่างกัน เซลลูโลสและไกลโคเจนประกอบด้วยหน่วย D- กลูโคสที่ทำซ้ำ แต่แตกต่างกันในประเภทของพันธะไกลโคซิดิก (α1-4สำหรับไกลโคเจนและβ1-4สำหรับเซลลูโลส) จึงมีคุณสมบัติและหน้าที่แตกต่างกัน

เช่นเดียวกับโพลีเปปไทด์มีขั้วที่มี N- และปลาย C และพอลินิวคลีโอไทด์มีปลาย 5 'และ 3' โอลิโก - หรือพอลิแซ็กคาไรด์มีขั้วที่กำหนดโดยปลายลดและไม่ลด

ปลายรีดิวซ์มีศูนย์ anomeric อิสระที่ไม่สร้างพันธะไกลโคซิดิกกับโมเลกุลอื่นจึงยังคงรักษาปฏิกิริยาทางเคมีของอัลดีไฮด์ไว้

พันธะไกลโคซิดิกเป็นบริเวณที่มีความยืดหยุ่นมากที่สุดของโมอิติโอลิโกหรือพอลิแซ็กคาไรด์เนื่องจากโครงสร้างอานของโมโนแซ็กคาไรด์แต่ละตัวค่อนข้างแข็ง

การก่อตัวของพันธะไกลโคซิดิก

พันธะไกลโคซิดิกสามารถรวมโมเลกุลโมโนแซ็กคาไรด์สองโมเลกุลผ่านคาร์บอนที่ผิดปกติของหนึ่งและหมู่ไฮดรอกซิลของอีกกลุ่มหนึ่ง นั่นคือกลุ่ม hemiacetal ของน้ำตาลหนึ่งทำปฏิกิริยากับกลุ่มแอลกอฮอล์ของอีกกลุ่มหนึ่งเพื่อสร้างอะซีตัล

โดยทั่วไปการก่อตัวของพันธะเหล่านี้เกิดขึ้นจากปฏิกิริยาการควบแน่นซึ่งโมเลกุลของน้ำจะถูกปลดปล่อยออกมาพร้อมกับพันธะแต่ละอันที่เกิดขึ้น

อย่างไรก็ตามในบางปฏิกิริยาออกซิเจนจะไม่ปล่อยให้โมเลกุลของน้ำตาลเป็นน้ำ แต่เป็นส่วนหนึ่งของกลุ่มไดฟอสเฟตของนิวคลีโอไทด์ uridine diphosphate

ปฏิกิริยาที่ก่อให้เกิดพันธะไกลโคซิดิกจะถูกเร่งปฏิกิริยาโดยเอนไซม์ระดับหนึ่งที่เรียกว่าไกลโคซิลทรานสเฟอเรส พวกมันเกิดขึ้นระหว่างโควาเลนต์ที่ดัดแปลงน้ำตาลโดยการเติมหมู่ฟอสเฟตหรือนิวคลีโอไทด์ (กลูโคส 6 - ฟอสเฟต, UDP-กาแลคโตสเป็นต้น) ที่จับกับห่วงโซ่พอลิเมอร์ที่กำลังเติบโต

ไฮโดรไลซิสของพันธะไกลโคซิดิก

พันธะไกลโคซิดิกสามารถไฮโดรไลซ์ได้ง่ายในสภาพแวดล้อมที่เป็นกรดเล็กน้อย แต่ค่อนข้างทนต่อสภาพแวดล้อมที่เป็นด่าง

การไฮโดรไลซิสของเอนไซม์ของพันธะไกลโคซิดิกเป็นสื่อกลางโดยเอนไซม์ที่เรียกว่าไกลโคซิเดส สัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมหลายชนิดไม่มีเอนไซม์เหล่านี้ในการย่อยสลายเซลลูโลสดังนั้นจึงไม่สามารถดึงพลังงานจากโพลีแซคคาไรด์นี้ได้แม้ว่าจะเป็นแหล่งไฟเบอร์ที่จำเป็นก็ตาม

ตัวอย่างเช่นสัตว์เคี้ยวเอื้องเช่นวัวมีแบคทีเรียที่เกี่ยวข้องกับลำไส้ของพวกมันที่ผลิตเอนไซม์ที่สามารถย่อยสลายเซลลูโลสที่พวกมันกินเข้าไปซึ่งทำให้พวกมันสามารถใช้ประโยชน์จากพลังงานที่เก็บรักษาไว้ในเนื้อเยื่อของพืชได้

เอนไซม์ไลโซโซมที่ผลิตในน้ำตาตาและโดยไวรัสแบคทีเรียบางชนิดสามารถทำลายแบคทีเรียได้เนื่องจากฤทธิ์ไฮโดรไลติกซึ่งจะทำลายพันธะไกลโคซิดิกระหว่าง N-acetylglucosamine และ N-acetylmuramic acid ในผนังเซลล์ของแบคทีเรีย .

ความหลากหลาย

โอลิโกแซ็กคาไรด์โพลีแซ็กคาไรด์หรือไกลแคนเป็นโมเลกุลที่มีความหลากหลายมากและเกิดจากหลายวิธีที่มอโนแซ็กคาไรด์สามารถรวมกันเพื่อสร้างโครงสร้างลำดับที่สูงขึ้น

ความหลากหลายนี้ขึ้นอยู่กับข้อเท็จจริงดังที่ได้กล่าวไว้ข้างต้นว่าน้ำตาลมีหมู่ไฮดรอกซิลที่อนุญาตให้มีบริเวณที่มีผลผูกพันที่แตกต่างกันและพันธะนั้นสามารถเกิดขึ้นระหว่างสเตอริโอไอโซเมอร์ที่เป็นไปได้สองตัวที่เกี่ยวกับคาร์บอนผิดปกติของน้ำตาล (αหรือβ)

พันธะไกลโคซิดิกสามารถเกิดขึ้นได้ระหว่างน้ำตาลกับสารประกอบไฮดรอกซีเช่นแอลกอฮอล์หรือกรดอะมิโน

นอกจากนี้มอโนแซ็กคาไรด์สามารถสร้างพันธะไกลโคซิดิกได้สองพันธะดังนั้นจึงสามารถทำหน้าที่เป็นจุดกิ่งก้านซึ่งจะทำให้เกิดความซับซ้อนที่อาจเกิดขึ้นในโครงสร้างของไกลแคนหรือโพลีแซคคาไรด์ในเซลล์

ประเภท

เกี่ยวกับประเภทของพันธะไกลโคซิดิกสามารถแยกความแตกต่างได้ 2 ประเภท: พันธะไกลโคซิดิกระหว่างโมโนแซ็กคาไรด์ที่ประกอบเป็นโอลิโก - และโพลีแซคคาไรด์และพันธะไกลโคซิดิกที่เกิดขึ้นในไกลโคโปรตีนหรือไกลโคลิปิดซึ่งเป็นโปรตีนหรือไขมันที่มีส่วนของคาร์โบไฮเดรต .

พันธะ O-glucosidic

พันธะโอไกลโคซิดิกเกิดขึ้นระหว่างโมโนแซ็กคาไรด์เกิดขึ้นจากปฏิกิริยาระหว่างกลุ่มไฮดรอกซิลของโมเลกุลน้ำตาลหนึ่งกับคาร์บอนผิดปกติของอีกโมเลกุลหนึ่ง

ไดแซ็กคาไรด์เป็นหนึ่งในโอลิโกแซ็กคาไรด์ที่พบมากที่สุด โพลีแซ็กคาไรด์มีหน่วยโมโนแซ็กคาไรด์มากกว่า 20 หน่วยเชื่อมโยงกันเป็นเส้นตรงและบางครั้งก็มีหลายแขนง

ตัวอย่างพันธะ O-glycosidic (ที่มา: Tpirojsi ผ่าน Wikimedia Commons)

ในไดแซ็กคาไรด์เช่นมอลโตสแลคโตสและซูโครสพันธะไกลโคซิดิกที่พบมากที่สุดคือชนิด O-glucosidic พันธะเหล่านี้สามารถเกิดขึ้นได้ระหว่างคาร์บอนและ -OH ของรูปแบบไอโซเมอร์αหรือβ

การก่อตัวของพันธะกลูโคซิดิกในโอลิโก - และโพลีแซ็กคาไรด์จะขึ้นอยู่กับลักษณะทางเคมีของน้ำตาลที่ติดอยู่รวมทั้งจำนวนอะตอมของคาร์บอน โดยทั่วไปสำหรับน้ำตาลที่มีคาร์บอน 6 ตัวพันธะเชิงเส้นจะเกิดขึ้นระหว่างคาร์บอน 1 และ 4 หรือ 1 และ 6

O-glycosides มีสองประเภทหลัก ๆ ซึ่งขึ้นอยู่กับระบบการตั้งชื่อที่กำหนดเป็นαและβหรือ 1,2-cis และ 1,2-trans-glycosides

1,2-cis glycosylated residues, α-glycosides สำหรับ D-glucose, D-galactose, L-fucose, D-xylose หรือβ-glycosides สำหรับ D-mannose, L-arabinose; เช่นเดียวกับ 1,2-trans (β-glycosides สำหรับ D-glucose, D-galactose และα-glycosides สำหรับ D-mannose เป็นต้น) มีความสำคัญอย่างยิ่งสำหรับส่วนประกอบทางธรรมชาติหลายชนิด

O-glycosylation

การดัดแปลงหลังการแปลที่พบบ่อยที่สุดอย่างหนึ่งคือไกลโคซิเลชันซึ่งประกอบด้วยการเติมส่วนคาร์โบไฮเดรตลงในเปปไทด์หรือโปรตีนที่กำลังเติบโต เมือกซึ่งเป็นโปรตีนจากสารคัดหลั่งสามารถมีโซ่โอลิโกแซ็กคาไรด์จำนวนมากที่เชื่อมโยงด้วยพันธะ O-glucosidic

กระบวนการ O-glycosylation เกิดขึ้นใน Golgi complex ของยูคาริโอตและประกอบด้วยการจับตัวกันของโปรตีนกับส่วนคาร์โบไฮเดรตผ่านพันธะไกลโคซิดิกระหว่างกลุ่ม -OH ของกรดอะมิโนที่ตกค้างของซีรีนหรือ ธ รีโอนีนและคาร์บอนที่ผิดปกติ ของน้ำตาล

นอกจากนี้ยังสังเกตเห็นการก่อตัวของพันธะระหว่างคาร์โบไฮเดรตกับสารตกค้างของไฮดรอกซีโพรลีนและไฮดรอกซีไลซีนและกลุ่มฟีนอลิกของไทโรซีนตกค้าง

พันธะ N-glycosidic

พันธะ N-glycosidic พบมากที่สุดในหมู่โปรตีนไกลโคซิลิก N-glycosylation ส่วนใหญ่เกิดขึ้นในเอนโดพลาสมิกเรติคูลัมของยูคาริโอตโดยมีการปรับเปลี่ยนตามมาซึ่งอาจเกิดขึ้นในคอมเพล็กซ์กอลจิ

ตัวอย่างพันธะ N-glycosidic (ที่มา: Tpirojsi ผ่าน Wikimedia Commons)

N-glycosylation ขึ้นอยู่กับการปรากฏตัวของลำดับฉันทามติ Asn-Xxx-Ser / Thr พันธะไกลโคซิดิกเกิดขึ้นระหว่างเอไมด์ไนโตรเจนของห่วงโซ่ด้านข้างของสารตกค้างแอสพาราจีนและคาร์บอนผิดปกติของน้ำตาลที่จับกับโซ่เปปไทด์

การสร้างพันธะเหล่านี้ระหว่างไกลโคซิเลชั่นขึ้นอยู่กับเอนไซม์ที่เรียกว่าโอลิโกซาคาริอัลทรานสเฟอเรสซึ่งถ่ายโอนโอลิโกแซ็กคาไรด์จากโดลิคอลฟอสเฟตไปยังเอไมด์ไนโตรเจนของสารตกค้างแอสพาราจีน

พันธะไกลโคซิดิกประเภทอื่น ๆ

พันธะ S-glucosidic

นอกจากนี้ยังเกิดขึ้นระหว่างโปรตีนและคาร์โบไฮเดรตโดยพบระหว่างเปปไทด์กับ N-terminal cysteines และ oligosaccharides เปปไทด์ที่มีพันธะดังกล่าวถูกแยกออกจากโปรตีนในปัสสาวะของมนุษย์และเม็ดเลือดแดงที่จับกับกลูโคสโอลิโกแซ็กคาไรด์

พันธะ C-glucosidic

พวกเขาถูกสังเกตเป็นครั้งแรกว่าเป็นการดัดแปลงภายหลังการแปล (glycosylation) ในสารตกค้างทริปโตเฟนใน RNase 2 ที่มีอยู่ในปัสสาวะของมนุษย์และใน RNase 2 ของเม็ดเลือดแดง แมนโนสติดอยู่กับคาร์บอนที่ตำแหน่ง 2 ของนิวเคลียสอินโดลของกรดอะมิโนผ่านพันธะ C-glucosidic

ศัพท์เฉพาะ

คำว่าไกลโคไซด์ใช้เพื่ออธิบายน้ำตาลใด ๆ ที่กลุ่ม anomeric ถูกแทนที่ด้วยกลุ่ม -OR (O-glycosides), -SR (thioglycosides), -SeR (selenoglycosides), -NR (N-glycosides หรือ glucosamines) หรือแม้กระทั่ง -CR (C-glucosides)

สามารถตั้งชื่อได้สามวิธี:

(1) แทนที่เทอร์มินัล "-o" ของชื่อของรูปแบบวัฏจักรที่สอดคล้องกันของโมโนแซ็กคาไรด์โดย "-ido" และก่อนที่จะเขียนเป็นคำอื่นชื่อของกลุ่ม R ทดแทน

(2) ใช้คำว่า "glycosyloxy" เป็นคำนำหน้าชื่อ monosaccharide

(3) ใช้คำว่า O-glycosyl, N-glycosyl, S-glycosyl หรือ C-glycosyl เป็นคำนำหน้าชื่อสารประกอบไฮดรอกซี

อ้างอิง

Bertozzi, CR, & Rabuka, D. (2009). พื้นฐานโครงสร้างของความหลากหลายของไกลแคน ใน A.Varki, R.Cummings และ J. Esko (Eds.), Essentials of Glycobiology (2nd ed.) นิวยอร์ก: สำนักพิมพ์ Cold Spring Harbor สืบค้นจาก www.ncbi.nlm.nih.gov
Biermann, C. (1988). ไฮโดรไลซิสและความแตกแยกอื่น ๆ ของการเชื่อมโยงไกลโคซิดิกในโพลีแซ็กคาไรด์ ความก้าวหน้าทางเคมีและชีวเคมีของคาร์โบไฮเดรต, 46, 251–261
Demchenko, AV (2008). คู่มือการสร้างไกลโคซิเลชันทางเคมี: ความก้าวหน้าในความสามารถในการสะท้อนแสงและความเกี่ยวข้องในการรักษา Wiley-VCH
Lodish, H. , Berk, A. , Kaiser, CA, Krieger, M. , Bretscher, A. , Ploegh, H. , … Martin, K. (2003) ชีววิทยาระดับโมเลกุล (ฉบับที่ 5). ฟรีแมน WH & Company
Nelson, DL, & Cox, MM (2009). Lehninger หลักการทางชีวเคมี Omega Editions (ฉบับที่ 5)
ศัพท์เฉพาะของคาร์โบไฮเดรต (คำแนะนำ 2539) (สิบเก้าสิบหก) สืบค้นจาก www.qmul.ac.uk
โซเดอร์เบิร์ก, T. (2010). เคมีอินทรีย์ที่เน้นทางชีววิทยาเล่มที่ 1 คณะเคมี (ฉบับที่ 1). มินนิโซตา: University of Minnesota Morris Digital Well สืบค้นจาก www.digitalcommons.morris.umn.edu
เทย์เลอร์, ซม. (1998). Glycopeptides และ Glycoproteins: มุ่งเน้นไปที่การเชื่อมโยง Glycosidic Tetrahedron, 54, 11317-11362

ลักษณะพันธะไกลโคซิดิกประเภทและระบบการตั้งชื่อ - ชีววิทยา - 2026