LIÊN KẾT GLYCOSIDIC: ĐẶC ĐIỂM, LOẠI VÀ DANH PHÁP - SINH HỌC - 2026

Liên kết glycosidic là liên kết cộng hóa trị xảy ra giữa đường (carbohydrate) và các phân tử khác có thể là monosaccharide khác hoặc các phân tử khác có bản chất khác. Những liên kết này tạo nên sự tồn tại của nhiều thành phần cơ bản cho sự sống, không chỉ trong việc hình thành nhiên liệu dự trữ và các yếu tố cấu trúc, mà còn của các phân tử mang thông tin cần thiết cho giao tiếp tế bào.

Sự hình thành các polysaccharid chủ yếu phụ thuộc vào việc thiết lập các liên kết glycosidic giữa các nhóm rượu tự do hoặc hydroxyl của các đơn vị monosaccharid riêng lẻ.

Ví dụ về liên kết glycosidic trong Glycogen (Nguồn: Glykogen.svg-NEUROtikerderivative-work-Marek-M-Public-domain qua Wikimedia Commons)

Tuy nhiên, một số polysaccharid phức tạp chứa đường biến đổi được gắn với các phân tử hoặc nhóm nhỏ như amino, sulfat và acetyl thông qua các liên kết glucosidic, và điều đó không nhất thiết liên quan đến việc giải phóng phân tử nước bằng phản ứng ngưng tụ. Những thay đổi này rất phổ biến trong glycan có trong chất nền ngoại bào hoặc glycocalyx.

Liên kết glycosidic xảy ra trong nhiều bối cảnh tế bào, bao gồm liên kết của nhóm đầu cực của một số sphingolipid, thành phần thiết yếu của màng tế bào của nhiều sinh vật, và sự hình thành glycoprotein và proteoglycan.

Các polysaccharide quan trọng như cellulose, kitin, agar, glycogen và tinh bột sẽ không thể thực hiện được nếu không có các liên kết glycosidic. Tương tự như vậy, quá trình glycosyl hóa protein, xảy ra trong lưới nội chất và trong phức hợp Golgi, có tầm quan trọng hàng đầu đối với hoạt động của nhiều protein.

Nhiều oligo- và polysaccharid có chức năng như nguồn dự trữ glucose, là thành phần cấu trúc, hoặc như chất kết dính để gắn tế bào trong mô.

Mối quan hệ giữa liên kết glycosidic trong oligosaccharid tương tự như mối quan hệ của liên kết peptit trong polypeptit và với liên kết phosphodiester trong polynucleotit, với sự khác biệt là có sự đa dạng hơn trong liên kết glycosidic.

nét đặc trưng

Các liên kết glycosidic đa dạng hơn nhiều so với các chất tương tự của chúng trong protein và axit nucleic, vì về nguyên tắc, bất kỳ hai phân tử đường nào cũng có thể liên kết với nhau theo nhiều cách, bởi vì chúng có nhiều nhóm -OH có thể tham gia hình thành của liên kết.

Hơn nữa, các đồng phân của monosaccharide, tức là một trong hai định hướng mà nhóm hydroxyl có thể có trong cấu trúc mạch vòng so với carbon anome, cung cấp thêm mức độ đa dạng.

Đồng phân có cấu trúc ba chiều khác nhau, cũng như các hoạt động sinh học khác nhau. Cellulose và glycogen bao gồm các đơn vị D-glucose lặp lại nhưng khác nhau về loại liên kết glycosidic (α1-4 đối với glycogen và β1-4 đối với cellulose), do đó có các tính chất và chức năng khác nhau.

Cũng giống như polypeptit có phân cực với đầu N- và C- và polynucleotit có đầu 5 'và 3', oligo- hoặc polysaccharide có cực được xác định bởi đầu khử và đầu không khử.

Đầu khử có tâm anomet tự do không tạo liên kết glycosidic với phân tử khác nên vẫn giữ nguyên khả năng phản ứng hóa học của anđehit.

Liên kết glycosidic là vùng linh hoạt nhất của một gốc oligo- hoặc polysaccharide, vì cấu trúc yên ngựa của các monosaccharide riêng lẻ là tương đối cứng.

Sự hình thành liên kết glycosidic

Liên kết glycosidic có thể tham gia hai phân tử monosaccharide thông qua carbon anome của một và nhóm hydroxyl của kia. Nghĩa là, nhóm hemiacetal của một loại đường phản ứng với nhóm rượu của một loại đường khác để tạo thành axetal.

Nói chung, sự hình thành các liên kết này xảy ra bởi các phản ứng ngưng tụ, nơi một phân tử nước được giải phóng với mỗi liên kết được hình thành.

Tuy nhiên, trong một số phản ứng oxy không rời khỏi phân tử đường dưới dạng nước mà là một phần của nhóm diphosphat của nucleotide uridine diphosphat.

Các phản ứng làm phát sinh liên kết glycosidic được xúc tác bởi một loại enzym được gọi là glycosyltransferase. Chúng được hình thành giữa một loại đường được biến đổi cộng hóa trị bằng cách thêm vào nhóm phosphate hoặc nucleotide (ví dụ: Glucose 6-phosphate, UDP-galactose) liên kết với chuỗi polyme đang phát triển.

Sự thủy phân của liên kết glycosidic

Liên kết glycosidic có thể dễ dàng bị thủy phân trong môi trường axit nhẹ, nhưng chúng khá bền trong môi trường kiềm.

Quá trình thủy phân bằng enzym của các liên kết glycosidic được thực hiện qua trung gian của các enzym được gọi là glycosidase. Nhiều loài động vật có vú không có các enzym này để phân hủy cellulose, vì vậy chúng không thể lấy năng lượng từ polysaccharide này, mặc dù là một nguồn chất xơ thiết yếu.

Ví dụ, động vật nhai lại như bò có vi khuẩn liên kết với ruột của chúng tạo ra các enzym có khả năng phân hủy cellulose mà chúng ăn vào, khiến chúng có khả năng tận dụng năng lượng được bảo tồn trong các mô thực vật.

Enzyme lysozyme, được tạo ra trong nước mắt và bởi một số vi rút vi khuẩn, có khả năng tiêu diệt vi khuẩn nhờ hoạt tính thủy phân của nó, phá vỡ liên kết glycosidic giữa N-acetylglucosamine và axit N-acetylmuramic trong thành tế bào của vi khuẩn. .

Đa dạng

Oligosaccharid, polysaccharid hoặc glycans là những phân tử rất đa dạng và điều này là do nhiều cách mà monosaccharid có thể liên kết với nhau để tạo thành cấu trúc bậc cao hơn.

Sự đa dạng này dựa trên thực tế, như đã đề cập ở trên, đường có các nhóm hydroxyl cho phép các vùng liên kết khác nhau và liên kết có thể xảy ra giữa hai đồng phân lập thể có thể có đối với cacbon anome của đường (α hoặc β).

Các liên kết glycosidic có thể được hình thành giữa đường và bất kỳ hợp chất hydroxy nào như rượu hoặc axit amin.

Ngoài ra, một monosaccharide có thể hình thành hai liên kết glycosidic, vì vậy nó có thể đóng vai trò như một điểm nhánh, tạo ra sự phức tạp tiềm ẩn trong cấu trúc của glycans hoặc polysaccharide trong tế bào.

Các loại

Liên quan đến các loại liên kết glycosidic, có thể phân biệt hai loại: liên kết glycosidic giữa các monosaccharid tạo nên oligo- và polysaccharid, và liên kết glycosidic xảy ra trong glycoprotein hoặc glycolipid, là protein hoặc lipid với một phần carbohydrate .

Liên kết O-glucosidic

Liên kết O-glycosidic xảy ra giữa các monosaccharide, được hình thành do phản ứng giữa nhóm hydroxyl của một phân tử đường và cacbon anome của một phân tử đường khác.

Disaccharid là một trong những oligosaccharid phổ biến nhất. Polysaccharide có hơn 20 đơn vị monosaccharide liên kết với nhau theo kiểu mạch thẳng và đôi khi có nhiều nhánh.

Ví dụ về liên kết O-glycosidic (Nguồn: Tpirojsi qua Wikimedia Commons)

Trong các disaccharide như maltose, lactose và sucrose, liên kết glycosidic phổ biến nhất là loại O-glucosidic. Những liên kết này có thể xảy ra giữa các nguyên tử cacbon và -OH của các dạng đồng phân α hoặc β.

Sự hình thành các liên kết glycosidic trong oligo- và polysaccharid sẽ phụ thuộc vào bản chất lập thể của các loại đường được gắn vào, cũng như số nguyên tử cacbon của chúng. Nói chung, đối với đường có 6 cacbon, liên kết tuyến tính xảy ra giữa cacbon 1 và 4 hoặc 1 và 6.

Có hai loại O-glycoside chính, tùy thuộc vào danh pháp, được định nghĩa là α và β hoặc 1,2-cis và 1,2-trans-glycoside.

Dư lượng 1,2-cis glycosyl hóa, α-glycoside cho D-glucose, D-galactose, L-fucose, D-xylose hoặc β-glycoside cho D-mannose, L-arabinose; cũng như 1,2-trans (β-glycoside cho D-glucose, D-galactose và α-glycoside cho D-mannose, v.v.), có tầm quan trọng lớn đối với nhiều thành phần tự nhiên.

O-glycosyl hóa

Một trong những biến đổi sau dịch mã phổ biến nhất là glycosyl hóa, bao gồm việc bổ sung một phần carbohydrate vào peptit hoặc protein đang phát triển. Các chất nhầy, protein tiết, có thể chứa một lượng lớn các chuỗi oligosaccharide được liên kết bởi các liên kết O-glucosidic.

Quá trình O-glycosyl hóa xảy ra trong phức hợp Golgi của sinh vật nhân chuẩn và bao gồm sự liên kết của protein với phần carbohydrate thông qua liên kết glycosidic giữa nhóm -OH của một gốc axit amin của serine hoặc threonine và carbon anomeric. của đường.

Người ta cũng quan sát thấy sự hình thành các liên kết này giữa cacbohydrat và hydroxyproline và hydroxylysine và với nhóm phenolic của dư lượng tyrosine.

Liên kết N-glycosidic

Liên kết N-glycosidic là phổ biến nhất trong số các protein glycosyl hóa. N-glycosyl hóa xảy ra chủ yếu trong lưới nội chất của sinh vật nhân chuẩn, với những biến đổi tiếp theo có thể xảy ra trong phức hợp Golgi.

Ví dụ về liên kết N-glycosidic (Nguồn: Tpirojsi, qua Wikimedia Commons)

N-glycosyl hóa phụ thuộc vào sự hiện diện của trình tự đồng thuận Asn-Xxx-Ser / Thr. Liên kết glycosidic xảy ra giữa nitơ amit của chuỗi bên của gốc asparagin và cacbon anome của đường liên kết với chuỗi peptit.

Sự hình thành các liên kết này trong quá trình glycosyl hóa phụ thuộc vào một enzym được gọi là oligosacaryltransferase, enzym này chuyển oligosaccharid từ dolichol phosphat thành nitơ amide của gốc asparagin.

Các loại liên kết glycosidic khác

Liên kết S-glucosidic

Chúng cũng xảy ra giữa protein và carbohydrate, chúng đã được quan sát thấy giữa các peptit với các cysteine ​​đầu N và các oligosaccharide. Peptide với các liên kết như vậy ban đầu được phân lập từ protein trong nước tiểu người và hồng cầu liên kết với các oligosaccharide glucose.

Liên kết C-glucosidic

Lần đầu tiên chúng được quan sát thấy như một biến đổi sau dịch mã (glycosyl hóa) trong dư lượng tryptophan trong RNase 2 có trong nước tiểu người và trong RNase 2 của hồng cầu. Một mannose được gắn vào cacbon ở vị trí 2 của nhân indol của axit amin thông qua liên kết C-glucosidic.

Danh pháp

Thuật ngữ glycoside được sử dụng để mô tả bất kỳ loại đường nào có nhóm anome được thay thế bằng nhóm -OR (O-glycoside), -SR (thioglycoside), -SeR (selenoglycosides), -NR (N-glycoside hoặc glucosamines) hoặc thậm chí -CR (C-glucozit).

Chúng có thể được đặt tên theo ba cách khác nhau:

(1) thay thế tận cùng "-o" của tên của dạng mạch vòng tương ứng của monosaccharide bằng "-ido" và trước khi viết, như một từ khác, tên của nhóm thế R.

(2) sử dụng thuật ngữ "glycosyloxy" làm tiền tố cho tên monosaccharide.

(3) sử dụng thuật ngữ O-glycosyl, N-glycosyl, S-glycosyl hoặc C-glycosyl làm tiền tố cho tên của hợp chất hydroxy.

Người giới thiệu

1. Bertozzi, CR, & Rabuka, D. (2009). Cơ sở cấu trúc của sự đa dạng Glycan. Trong A. Varki, R. Cummings, & J. Esko (Eds.), Essentials of Glycobiology (xuất bản lần thứ 2). New York: Nhà xuất bản Phòng thí nghiệm Cảng Cold Spring. Lấy từ www.ncbi.nlm.nih.gov
2. Biermann, C. (1988). Sự thủy phân và sự phân cắt khác của các liên kết Glycosidic trong polysaccharid. Những tiến bộ trong Hóa học và Hóa sinh Carbohydrate, 46, 251–261.
3. Demchenko, AV (2008). Sổ tay về Glycosyl hóa hóa học: Những tiến bộ trong tính chọn lọc lập thể và sự phù hợp trong điều trị. Wiley-VCH.
4. Lodish, H., Berk, A., Kaiser, CA, Krieger, M., Bretscher, A., Ploegh, H., … Martin, K. (2003). Sinh học tế bào phân tử (xuất bản lần thứ 5). Freeman, WH & Công ty.
5. Nelson, DL & Cox, MM (2009). Các nguyên tắc của Lehninger về Hóa sinh. Omega Editions (ấn bản thứ 5).
6. Danh pháp Carbohydrate (Khuyến nghị 1996). (1996). Lấy từ www.qmul.ac.uk
7. Soderberg, T. (2010). Hóa học Hữu cơ với Trọng tâm Sinh học, Tập I. Khoa Hóa học (Tập 1). Minnesota: Giếng kỹ thuật số của Đại học Minnesota Morris. Lấy từ www.digitalcommons.morris.umn.edu
8. Taylor, CM (1998). Glycopeptides và Glycoprotein: Tập trung vào Liên kết Glycosidic. Tứ diện, 54, 11317-11362.