קשר גליקוזידי: מאפיינים, סוגים ומינוף - ביולוגיה - 2025

אגח glycosidic הם קשרים קוולנטיים המתרחשים בין סוכרים (פחמימות) ומולקולות אחרות אשר עשוי להיות בסיס סוכר אחר או מולקולות אחרות של אופי שונה. קישורים אלה מאפשרים קיומם של מספר מרכיבים יסודיים לכל החיים, לא רק ביצירת דלקים מילואים ואלמנטים מבניים, אלא גם מולקולות נושאות מידע החיוניות לתקשורת סלולרית.

היווצרות הפוליסכרידים תלויה בעיקר ביצירת הקשרים הגליקוזידיים בין קבוצות האלכוהול או ההידרוקסיל החופשיות של יחידות המונוסכריד הבודדות.

דוגמה לקשירה גליקוזידית בגליקוגן (מקור: Glykogen.svg-NEUROtikerderivative-work-Marek-M-Public-domain באמצעות Wikimedia Commons)

עם זאת, חלק מהפוליסכרידים המורכבים מכילים סוכרים משתנים המחוברים למולקולות קטנות או קבוצות כמו אמינו, סולפט ואצטיל דרך קשרים גלוקוזידיים, ואינם כרוכים בהכרח בשחרור מולקולת מים על ידי תגובת עיבוי. שינויים אלה נפוצים מאוד בגלינים המצויים במטריקס החוץ תאי או בגליוקוקליקס.

קשרים גליקוזידיים מתרחשים בהקשרים תאיים מרובים, כולל כריכה של קבוצת הראש הקוטבית של כמה ספינגוליפידים, מרכיבים חיוניים ממברנות התא של אורגניזמים רבים ויצירת גליקופרוטאינים ופרוטוגליקנים.

פוליסכרידים חשובים כמו תאית, צ'יטין, אגר, גליקוגן ועמילן לא יתאפשרו ללא קשרים גליקוזידיים. באופן דומה, גליקוזילציה חלבונית, המתרחשת בתכנית האנדופלסמה ובמתחם גולגי, חשובה ביותר לפעילותם של חלבונים רבים.

מספר רב של אוליגו ופוליסכרידים מתפקדים כמאגרי גלוקוז, כמרכיבים מבניים או כדבקים לחיבור תאים ברקמות.

הקשר בין קשרים גליקוזידיים באוליגוסכרידים הוא מקביל לזה של קשרי פפטיד בפוליפפטידים וקשרים פוספודיאסטר בפולינוקלאוטידים, עם ההבדל שיש מגוון גדול יותר בקשרים גליקוזידיים.

מאפיינים

הקשרים הגליקוזידיים מגוונים בהרבה מהאנלוגים שלהם בחלבונים וחומצות גרעין, שכן באופן עקרוני כל שתי מולקולות סוכר יכולות להצטרף זו לזו בדרכים רבות, מכיוון שיש להן קבוצות -OH מרובות שיכולות להשתתף ביצירה. של הקישור.

יתר על כן, איזומרים של מונוסכרידים, כלומר אחד משני האוריינטציות שיש לקבוצה ההידרוקסיל במבנה המחזורית ביחס לפחמן האנומרי, מספקים רמה נוספת של גיוון.

לאיזומרים יש מבנים תלת מימדיים שונים, כמו גם פעילויות ביולוגיות שונות. תאית וגליקוגן מורכבות מיחידות D-גלוקוז חוזרות אך שונות זו מזו בסוג הקשר הגליקוזידי (α1-4 לגליקוגן ו- β1-4 לתאית), ולכן הן בעלות תכונות ותפקודים שונים.

כשם שלפוליפפטידים יש קוטביות עם סיום N- ו- C, ולפולינוקלאוטידים יש קצות 5 'ו -3', כך גם לאוליגו- או פוליסכרידים יש קוטביות המוגדרת על ידי הקצוות המפחיתים והלא-מפחיתים.

לקצה המצמצם יש מרכז אנומרי חופשי שאינו יוצר קשר גליקוזידי עם מולקולה אחרת, ובכך שומר על התגובה הכימית של האלדהיד.

הקשר הגליקוזידי הוא האזור הגמיש ביותר של חלק אוליגו או פוליסכרידי, שכן קונפורמציית האוכף המבנית של מונוסכרידים בודדים נוקשה יחסית.

היווצרות הקשר הגליקוזיד

הקשר הגליקוזידי יכול להצטרף לשתי מולקולות מונוסכרידים דרך הפחמן האנומרי של האחת וקבוצת ההידרוקסיל של השנייה. כלומר, הקבוצה המוח -etalונית של סוכר אחד מגיבה עם קבוצת האלכוהול של אחרת ליצירת אצטל.

באופן כללי, היווצרותם של קשרים אלה מתרחשת על ידי תגובות עיבוי, שם משתחררת מולקולת מים עם כל קשר שנוצר.

עם זאת, בתגובות מסוימות החמצן לא משאיר את מולקולת הסוכר כמים, אלא כחלק מקבוצת הדיפוספטים של נוקליאוטיד נוזלי אורידין.

התגובות שמולידות את הקשרים הגליקוזידיים מנותזות על ידי סוג של אנזימים המכונים גליקוזילטרנספרזות. הם נוצרים בין סוכר שהשתנה באופן קוולנטי על ידי תוספת של קבוצת פוספט או נוקלאוטיד (גלוקוזה 6-פוספט, UDP- גלקטוז, למשל) הנקשרת לשרשרת הפולימרים הצומחת.

הידרוליזה של הקשר הגליקוזיד

קשרים גליקוזידיים ניתנים להפחתה קלה בסביבות חומציות מעט, אך הם עמידים למדי לסביבות אלקליות.

ההידרוליזה האנזימטית של הקשרים הגליקוזידיים מתווכת על ידי אנזימים המכונים גליקוזידאזים. להרבה יונקים אין אנזימים אלה להשפלת התאית, ולכן הם אינם מסוגלים להוציא אנרגיה מפוליסכריד זה, למרות היותם מקור חיוני לסיבים תזונתיים.

לכוכבים כמו פרות, למשל, יש חיידקים הקשורים למעיים שלהם המייצרים אנזימים המסוגלים להשפיל את התאית שהם אוכלים, מה שהופך אותם בעלי יכולת לנצל את האנרגיה הנשמרת ברקמות הצמח.

ליזוזימים האנזים, המיוצר בדמעות העין ועל ידי נגיפים חיידקיים מסוימים, מסוגל להשמיד חיידקים בזכות פעילותו ההידרוליטית, המפרה את הקשר הגליקוזיד בין N- אצטיל גלוקוזאמין וחומצה N- אצטילמורמי בדופן התא של חיידקים. .

מגוון

אוליגוסכרידים, פוליסכרידים או גליקנים הם מולקולות מגוונות מאוד וזה נובע מהדרכים הרבות בהן monosaccharides יכולים להצטרף זה לזה ליצירת מבנים בסדר גודל גבוה יותר.

גיוון זה מבוסס על העובדה שכאמור, לסוכרים קבוצות הידרוקסיל המאפשרות אזורי קשירה שונים, וכי קשרים יכולים להתרחש בין שני הסטריואיזומרים האפשריים ביחס לפחמן האנומרי של הסוכר (α או β).

קשרים גליקוזידיים יכולים להיווצר בין סוכר לבין כל תרכובת הידרוקסית כמו אלכוהולים או חומצות אמינו.

בנוסף, מונוסכריד יכול ליצור שני קשרים גליקוזידיים, כך שהוא יכול לשמש כנקודת ענף, ולהכניס מורכבות פוטנציאלית במבנה הגליקנים או הפוליסכרידים בתאים.

סוגים

בכל הקשור לסוגים של קשרים גליקוזידיים, ניתן להבדיל בין שתי קטגוריות: הקשרים הגליקוזידיים בין מונוזכרידים המרכיבים את האוליגו- והפוליסכרידים, והקשרים הגליקוזידיים המופיעים בגליקופרוטאינים או גליקוליפידים שהם חלבונים או ליפידים עם חלקים של פחמימות .

קשרים O-גלוקוזידים

קשרים O-glycosidic מתרחשים בין monosaccharides, נוצרים על ידי התגובה בין קבוצת ההידרוקסיל של מולקולת סוכר אחת לבין הפחמן האנומרי של אחר.

דיסכרידים הם בין האוליגוסכרידים הנפוצים ביותר. לפוליסכרידים יש יותר מ -20 יחידות מונוסכרידים המקושרים זה לזה בצורה ליניארית ולעתים יש ענפים מרובים.

דוגמה לקשר O-glycosidic (מקור: Tiroiroji באמצעות ויקימדיה Commons)

בדיסכרידים כמו מלטוז, לקטוז וסוכרוז, הקשר הגליקוזידי הנפוץ ביותר הוא סוג O-גלוקוזיד. קשרים אלה יכולים להופיע בין הפחמימות לבין -OH של הצורות האיזומריות α או β.

היווצרות קשרים גליקוזידים באוליגו- ופוליסכרידים תלויים באופי הסטריאו-כימי של הסוכרים המחוברים, כמו גם במספר אטומי הפחמן שלהם. באופן כללי, עבור סוכרים עם 6 פחמן, קשרים ליניאריים מתרחשים בין פחמימות 1 ו -4 או 1 ו 6.

ישנם שני סוגים עיקריים של O-glycosides אשר בהתאם לננומטוריה מוגדרים כ- α ו- ß או 1,2-cis ו- 1,2-trans-glycosides.

שאריות glycosylated 1,2-cis, α- גלוקוזידים ל D- גלוקוז, D- גלקטוז, L- פוקוזה, D- קסילוזה או β- גליקוזידים ל D- mannose, L-arabinose; חשיבות רבה עבור רכיבים טבעיים רבים הם 1,2-טרנס (β-גליקוזידים ל D-גלוקוז, D-galactose ו- α-glycosides עבור D-mannose וכו ').

O- גליקוזילציה

אחד השינויים הנפוצים ביותר לאחר התרגום הוא גליקוזילציה, המורכבת מתוספת של פחמימה לפפטיד או לחלבון גדל. מוקינים, חלבונים המפרישים, יכולים להכיל כמויות גדולות של שרשראות אוליגוסכרידים המקושרים באמצעות קשרים O-גלוקוזידים.

תהליך ה- O-glycosylation מתרחש במתחם הגולגי של האוקריוטים והוא מורכב מהקשר של חלבונים לחלק הפחמימות דרך קשר גליקוזידי בין קבוצת -OH של שארית חומצה אמינית של סרין או טרונין לפחמן האנומרי. של סוכר.

היצירה של קשרים אלה בין פחמימות לשאריות הידרוקסיפרולין והידרוקסי-ליזין ועם הקבוצה הפנולית של שאריות טירוזין נצפתה גם.

קשרים N-glycosidic

קשרים N-glycosidic הם הנפוצים ביותר בקרב חלבונים גליקוזילטיים. N- גליקוזילציה מתרחשת בעיקר בתכנית האנדופלמטית של האוקריוטים, עם שינויים עוקבים שיכולים להתרחש במתחם גולגי.

דוגמא לקשר N-glycosidic (מקור: Tiroiro, באמצעות Wikimedia Commons)

N- גליקוזילציה תלויה בנוכחות רצף הקונצנזוס Asn-Xxx-Ser / Thr. הקשר הגליקוזידי מתרחש בין חנקן האמיד של השרשרת הצדדית של שאריות האספרגין לבין הפחמן האנומרי של הסוכר הנקשר לשרשרת הפפטיד.

היווצרותם של קשרים אלה במהלך הגליקוזילציה תלויה באנזים המכונה אוליגוסקרילטרנספרז, שמעביר אוליגוסכרידים מפוספט דוליצול לחנקן האמיד של שאריות האספרגין.

סוגים אחרים של קשרים גליקוזידים

קשרים S-גלוקוזידיים

הם מופיעים גם בין חלבונים ופחמימות, הם נצפו בין פפטידים עם ציסטאינים N-סופניים ואוליגוסכרידים. תחילה מבודדים פפטידים עם קשרים כאלה מחלבונים בשתן אנושי וארתרוציטים כבולים לאוליגוסכרידים גלוקוזיים.

קשרים C-גלוקוזידים

הם נצפו לראשונה כשינוי לאחר התרגום (גליקוזילציה) בשארית טריפטופן ב RNase 2 שנמצא בשתן אנושי וב- RNase 2 של אריתרוציטים. אנוש מחובר לפחמן במקום 2 בגרעין האינול של חומצת האמינו דרך קשר C-גלוקוזיד.

מִנוּחַ

המונח גליקוזיד משמש לתיאור כל סוכר שקבוצתו האנומרית מוחלפת על ידי קבוצה -OR (O-glycosides), -SR (thioglycosides), -SeR (selenoglycosides), -NR (N-glycosides או glucosamines) או אפילו -CR (C- גלוקוזידים).

ניתן לכנות אותם בשלוש דרכים שונות:

(1) החלפת הטרמינל "-o" של שם הצורה המחזורית המתאימה של המונוסכריד על ידי "-ידו" ולפני כתיבת, כמילה אחרת, את שם קבוצת R המחליפה.

(2) שימוש במונח "גליקוזילוקסי" כקידומת לשם monosaccharide.

(3) השימוש במונח O-glycosyl, N-glycosyl, S-glycosyl או C-glycosyl כקידומת לשם תרכובת ההידרוקסי.

הפניות

1. Bertozzi, CR, & Rabuka, D. (2009). בסיס מבני של גיוון גליקני. ב A. Varki, R. Cummings, ו- J. Esko (Edds), Essentials of Glycobiology (מהדורה שנייה). ניו יורק: העיתונות המעבדה של קולד ספרינג הארבור. נשלח מ- www.ncbi.nlm.nih.gov
2. Biermann, C. (1988). הידרוליזה ושקעים אחרים של קשרים גליקוזידים בפוליסכרידים. התקדמות בכימיה של פחמימות וביוכימיה, 46, 251–261.
3. Demchenko, AV (2008). ספר לימוד הגליקוזילציה הכימית: התקדמות בסטריאו-סלקטיביות ורלוונטיות טיפולית. Wiley-VCH.
4. Lodish, H., Berk, A., Kaiser, CA, Krieger, M., Bretscher, A., Ploegh, H., … Martin, K. (2003). ביולוגיה מולקולרית של התא (מהדורה חמישית). פרימן, WH & Company.
5. נלסון, DL ו- Cox, MM (2009). עקרונות לינגינגר של ביוכימיה. מהדורות אומגה (מהדורה חמישית).
6. המינוח של הפחמימות (המלצות 1996). (תשע עשרה תשעים ושש). נשלח מ- www.qmul.ac.uk
7. סודרברג, ט (2010). כימיה אורגנית עם דגש ביולוגי, כרך א. הפקולטה לכימיה (כרך א '). מינסוטה: אוניברסיטת מינסוטה מוריס דיגיטלי ובכן. נשלח מ- www.digitalcommons.morris.umn.edu
8. טיילור, CM (1998). גליקופפטידים וגליקופרוטאינים: דגש על הצמדה הגליקוזידית. טטרהדרון, 54, 11317-11362.