IKATAN GLIKOSID: CIRI, JENIS DAN TATANAMA - BIOLOGI - 2026

The bon glycosidic adalah ikatan kovalen yang berlaku antara gula (karbohidrat) dan molekul lain yang mungkin monosakarida lain atau molekul lain yang alam yang berbeza. Pautan ini memungkinkan adanya pelbagai komponen asas untuk kehidupan, bukan hanya dalam pembentukan bahan bakar rizab dan elemen struktur, tetapi juga molekul pembawa maklumat yang penting untuk komunikasi selular.

Pembentukan polisakarida bergantung pada asasnya pembentukan ikatan glukosidik antara kumpulan alkohol bebas atau hidroksil setiap unit monosakarida.

Contoh pengikatan glikosid dalam Glikogen (Sumber: Glykogen.svg-NEUROtikerderivative-work-Marek-M-Public-domain via Wikimedia Commons)

Walau bagaimanapun, beberapa polisakarida kompleks mengandungi gula yang diubahsuai yang melekat pada molekul kecil atau kumpulan seperti amino, sulfat, dan asetil melalui ikatan glukosidik, dan yang tidak semestinya melibatkan pembebasan molekul air dengan tindak balas pemeluwapan. Pengubahsuaian ini sangat biasa berlaku pada glycans yang terdapat dalam matriks ekstraselular atau glycocalyx.

Hubungan glikosidik berlaku dalam pelbagai konteks selular, termasuk pengikatan kumpulan kepala kutub beberapa sphingolipid, komponen penting membran sel banyak organisma, dan pembentukan glikoprotein dan proteoglikan.

Polisakarida penting seperti selulosa, kitin, agar, glikogen, dan kanji tidak akan dapat dilakukan tanpa ikatan glikosidik. Demikian juga, glikosilasi protein, yang berlaku di retikulum endoplasma dan di kompleks Golgi, sangat penting untuk aktiviti banyak protein.

Banyak oligo- dan polisakarida berfungsi sebagai takungan glukosa, sebagai komponen struktur, atau sebagai perekat untuk penyambungan sel dalam tisu.

Hubungan antara ikatan glikosid dalam oligosakarida adalah serupa dengan ikatan peptida dalam polipeptida dan ikatan fosfodiester dalam polinukleotida, dengan perbezaan bahawa terdapat kepelbagaian ikatan glikosidik yang lebih besar.

ciri

Ikatan glikosidik jauh lebih bervariasi daripada analognya dalam protein dan asid nukleik, kerana pada prinsipnya dua molekul gula dapat bergabung satu sama lain dalam banyak cara, kerana mereka mempunyai banyak kumpulan -OH yang dapat mengambil bahagian dalam pembentukan pautan.

Selanjutnya, isomer monosakarida, iaitu salah satu daripada dua orientasi yang dapat dimiliki kumpulan hidroksil dalam struktur siklik berbanding dengan karbon anomerik, memberikan tahap kepelbagaian tambahan.

Isomer mempunyai struktur tiga dimensi yang berbeza, serta aktiviti biologi yang berbeza. Selulosa dan glikogen terdiri daripada unit D-glukosa berulang tetapi berbeza dalam jenis ikatan glikosidik (α1-4 untuk glikogen dan β1-4 untuk selulosa), dan oleh itu mempunyai sifat dan fungsi yang berbeza.

Sama seperti polipeptida mempunyai kekutuban dengan ujung N- dan C-, dan polinukleotida mempunyai hujung 5 'dan 3', oligo- atau polisakarida mempunyai polaritas yang ditentukan oleh hujung pengurang dan bukan pengurang.

Hujung pengurangan mempunyai pusat anomer bebas yang tidak membentuk ikatan glikosidik dengan molekul lain, sehingga mengekalkan kereaktifan kimia aldehid.

Ikatan glikosid adalah kawasan yang paling fleksibel pada bahagian oligo- atau polisakarida, kerana pelarasan pelana struktur monosakarida individu agak kaku.

Pembentukan ikatan glikosidik

Ikatan glikosida dapat bergabung dengan dua molekul monosakarida melalui karbon anomerik satu dan kumpulan hidroksil yang lain. Iaitu, kumpulan hemiacetal satu gula bertindak balas dengan kumpulan alkohol yang lain untuk membentuk asetal.

Secara umum, pembentukan ikatan ini berlaku oleh reaksi pemeluwapan, di mana molekul air dilepaskan dengan setiap ikatan yang terbentuk.

Walau bagaimanapun, dalam beberapa reaksi oksigen tidak meninggalkan molekul gula sebagai air, tetapi sebagai sebahagian daripada kumpulan difosfat dari nukleotida uridin difosfat.

Reaksi yang menimbulkan ikatan glikosidik dikatalisis oleh kelas enzim yang dikenali sebagai glikosiltransferase. Mereka terbentuk antara gula yang diubah secara kovalen dengan penambahan kumpulan fosfat atau nukleotida (misalnya Glukosa 6-fosfat, UDP-galaktosa) yang mengikat pada rantai polimer yang semakin meningkat.

Hidrolisis ikatan glikosidik

Ikatan glikosidik dapat dihidrolisis dengan mudah di persekitaran yang sedikit berasid, tetapi ia tahan terhadap alkali.

Hidrolisis enzimatik ikatan glikosidik dimediasi oleh enzim yang dikenali sebagai glikosidase. Banyak mamalia tidak mempunyai enzim ini untuk menurunkan selulosa, jadi mereka tidak dapat mengeluarkan tenaga dari polisakarida ini, walaupun merupakan sumber serat yang penting.

Ruminansia seperti lembu, misalnya, mempunyai bakteria yang berkaitan dengan usus mereka yang menghasilkan enzim yang mampu merosakkan selulosa yang mereka makan, yang menjadikan mereka mampu memanfaatkan tenaga yang dijimatkan dalam tisu tumbuhan.

Enzim lisozim, yang dihasilkan dalam air mata dan oleh beberapa virus bakteria, mampu memusnahkan bakteria berkat aktiviti hidrolitiknya, yang memutuskan ikatan glikosidik antara N-asetilglukosamin dan asid N-asetilmuramik di dinding sel bakteria .

Kepelbagaian

Oligosakarida, polisakarida atau glisana adalah molekul yang sangat pelbagai dan ini disebabkan oleh banyak cara di mana monosakarida dapat bergabung satu sama lain untuk membentuk struktur susunan yang lebih tinggi.

Kepelbagaian ini didasarkan pada fakta, seperti yang disebutkan di atas, bahawa gula mempunyai kumpulan hidroksil yang membenarkan kawasan pengikatan yang berlainan, dan bahawa ikatan dapat terjadi antara dua kemungkinan stereoisomer berkenaan dengan karbon anomerik gula (α atau β).

Ikatan glikosid dapat terbentuk antara gula dan sebatian hidroksi seperti alkohol atau asid amino.

Selanjutnya, monosakarida dapat membentuk dua ikatan glikosidik, sehingga dapat berfungsi sebagai titik cabang, memperkenalkan potensi kerumitan dalam struktur glisans atau polisakarida dalam sel.

Jenis-Jenis

Mengenai jenis ikatan glikosidik, dua kategori dapat dibezakan: ikatan glikosid antara monosakarida yang membentuk oligo- dan polisakarida, dan ikatan glikosidik yang terdapat dalam glikoprotein atau glikolipid, yang merupakan protein atau lipid dengan bahagian karbohidrat .

Ikatan O-glukosidik

Ikatan O-glikosidik berlaku antara monosakarida, terbentuk oleh tindak balas antara kumpulan hidroksil satu molekul gula dan karbon anomerik yang lain.

Disakarida adalah antara oligosakarida yang paling biasa. Polisakarida mempunyai lebih daripada 20 unit monosakarida yang dihubungkan bersama secara linear dan kadangkala mempunyai beberapa cabang.

Contoh ikatan O-glikosidik (Sumber: Tpirojsi melalui Wikimedia Commons)

Dalam disakarida seperti maltosa, laktosa, dan sukrosa, ikatan glikosidik yang paling biasa adalah jenis O-glukosidik. Ikatan ini boleh berlaku di antara karbon dan -OH bentuk isomerik α atau β.

Pembentukan ikatan glikosid dalam oligo- dan polisakarida akan bergantung pada sifat stereokimia gula yang melekat, serta jumlah atom karbonnya. Secara amnya, untuk gula dengan 6 karbon, ikatan linear berlaku antara karbon 1 dan 4 atau 1 dan 6.

Terdapat dua jenis O-glikosida utama yang, bergantung pada tatanama, didefinisikan sebagai α dan β atau 1,2-cis dan 1,2-trans-glikosida.

Residu glisosilasi 1,2-cis, α-glikosida untuk D-glukosa, D-galaktosa, L-fukosa, D-xilosa atau β-glikosida untuk D-mannose, L-arabinose; serta 1,2-trans (β-glikosida untuk D-glukosa, D-galaktosa dan α-glikosida untuk D-mannose, dll.), sangat penting bagi banyak komponen semula jadi.

O-glikosilasi

Salah satu pengubahsuaian pasca terjemahan yang paling biasa adalah glikosilasi, yang terdiri daripada penambahan bahagian karbohidrat ke peptida atau protein yang sedang berkembang. Mukin, protein sekretori, boleh mengandungi sejumlah besar rantai oligosakarida yang dihubungkan oleh ikatan O-glukosidik.

Proses O-glikosilasi berlaku di kompleks Golgi eukariota dan terdiri daripada pengikatan protein ke bahagian karbohidrat melalui ikatan glikosidik antara kumpulan -OH residu asid amino serine atau threonine dan karbon anomerik. gula.

Pembentukan ikatan antara karbohidrat dan hidroksiprolin dan residu hidroksilisin dan dengan kumpulan fenolik residu tirosin juga telah diperhatikan.

Ikatan N-glikosidik

Ikatan N-glikosid adalah yang paling biasa di antara protein glikosilasi. N-glikosilasi berlaku terutamanya pada retikulum endoplasma eukariota, dengan pengubahsuaian berikutnya yang boleh berlaku di kompleks Golgi.

Contoh ikatan N-glikosidik (Sumber: Tpirojsi, melalui Wikimedia Commons)

N-glikosilasi bergantung pada kehadiran urutan konsensus Asn-Xxx-Ser / Thr. Ikatan glikosidik berlaku antara nitrogen amida dari rantai sisi residu asparagin dan karbon anomerik gula yang mengikat pada rantai peptida.

Pembentukan ikatan ini semasa glikosilasi bergantung pada enzim yang dikenali sebagai oligosacaryltransferase, yang memindahkan oligosakarida dari dolikol fosfat ke nitrogen amida dari residu asparagin.

Jenis ikatan glikosidik lain

Ikatan S-glukosid

Mereka juga berlaku antara protein dan karbohidrat, mereka telah diperhatikan antara peptida dengan sistein N-terminal dan oligosakarida. Peptida dengan ikatan seperti itu pada mulanya diasingkan dari protein dalam air kencing manusia dan eritrosit yang terikat pada oligosakarida glukosa.

Ikatan C-glukosidik

Mereka diperhatikan untuk pertama kalinya sebagai pengubahsuaian pasca-terjemahan (glikosilasi) dalam residu triptofan di RNase 2 yang terdapat dalam air kencing manusia dan di RNase 2 dari eritrosit. Mannose dilekatkan pada karbon pada kedudukan 2 inti intol asid amino melalui ikatan C-glukosidik.

Tatanama

Istilah glikosida digunakan untuk menggambarkan sebarang gula yang kumpulan anomernya digantikan oleh kumpulan -OR (O-glikosida), -SR (thioglycosides), -SeR (selenoglikosida), -NR (N-glikosida atau glukosamin) atau genap -CR (C-glukosida).

Mereka boleh dinamakan dengan tiga cara yang berbeza:

(1) menggantikan terminal "-o" dari nama bentuk siklik monosakarida yang sesuai dengan "-ido" dan sebelum menulis, sebagai kata yang berbeza, nama kumpulan pengganti R.

(2) menggunakan istilah "glikosiloksi" sebagai awalan bagi nama monosakarida.

(3) menggunakan istilah O-glycosyl, N-glycosyl, S-glycosyl atau C-glycosyl sebagai awalan bagi nama sebatian hidroksi.

Rujukan

1. Bertozzi, CR, & Rabuka, D. (2009). Asas Struktur Kepelbagaian Glycan. Dalam A. Varki, R. Cummings, & J. Esko (Eds.), Essentials of Glycobiology (edisi ke-2). New York: Cold Spring Harbor Laboratory Press. Diperolehi dari www.ncbi.nlm.nih.gov
2. Biermann, C. (1988). Hidrolisis dan pembelahan lain dari kaitan Glikosid dalam polisakarida. Kemajuan dalam Kimia Karbohidrat dan Biokimia, 46, 251–261.
3. Demchenko, AV (2008). Buku Panduan Glikosilasi Kimia: Kemajuan dalam Stereoselektiviti dan Perkaitan Terapi. Wiley-VCH.
4. Lodish, H., Berk, A., Kaiser, CA, Krieger, M., Bretscher, A., Ploegh, H., … Martin, K. (2003). Biologi Sel Molekul (edisi ke-5). Freeman, WH & Syarikat.
5. Nelson, DL, & Cox, MM (2009). Prinsip Biokimia Lehninger. Edisi Omega (edisi ke-5).
6. Nomenklatur Karbohidrat (Cadangan 1996). (Sembilan belas sembilan puluh enam). Diperolehi dari www.qmul.ac.uk
7. Soderberg, T. (2010). Kimia Organik dengan Penekanan Biologi, Jilid I. Fakulti Kimia (Jilid 1). Minnesota: Telaga Digital Universiti Minnesota Morris. Diperolehi dari www.digitalcommons.morris.umn.edu
8. Taylor, CM (1998). Glikopeptida dan Glikoprotein: Fokus pada Glycosidic Linkage. Tetrahedron, 54, 11317-11362.