الرابطة الجليكوسيدية: الخصائص والأنواع والتسميات - مادة الاحياء - 2026

و السندات غليكوزيدية هي الرابطة التساهمية التي تحدث بين السكريات (الكربوهيدرات) وغيرها من الجزيئات التي قد تكون السكريات الأحادية الأخرى أو غيرها من جزيئات من طبيعة مختلفة. تتيح هذه الروابط إمكانية وجود العديد من المكونات الأساسية للحياة ، ليس فقط في تكوين الوقود الاحتياطي والعناصر الهيكلية ، ولكن أيضًا في الجزيئات الحاملة للمعلومات الضرورية للاتصال الخلوي.

يعتمد تكوين السكريات بشكل أساسي على إنشاء روابط جليكوسيدية بين مجموعات الكحول أو الهيدروكسيل الحرة لوحدات السكريات الأحادية الفردية.

مثال على الارتباط بالجليكوزيد في الجليكوجين (المصدر: Glykogen.svg-NEUROtikerderivative-work-Marek-M-Public-domain عبر ويكيميديا ​​كومنز)

ومع ذلك ، تحتوي بعض السكريات المعقدة على سكريات معدلة مرتبطة بجزيئات أو مجموعات صغيرة مثل الأمينية والكبريتات والأسيتيل من خلال روابط الجلوكوزيد ، والتي لا تتضمن بالضرورة إطلاق جزيء الماء عن طريق تفاعل التكثيف. هذه التعديلات شائعة جدًا في الجليكانات الموجودة في المصفوفة خارج الخلية أو الجليكانكس.

تحدث الارتباطات الجليكوسيدية في سياقات خلوية متعددة ، بما في ذلك ارتباط مجموعة الرأس القطبية لبعض الشحميات السفينجولية ، والمكونات الأساسية لأغشية الخلايا للعديد من الكائنات الحية ، وتكوين البروتينات السكرية والبروتيوغليكان.

السكريات المهمة مثل السليلوز ، والكيتين ، والأجار ، والجليكوجين ، والنشا لن تكون ممكنة بدون روابط الجليكوسيد. وبالمثل ، فإن ارتباط البروتين بالجليكوزيل ، الذي يحدث في الشبكة الإندوبلازمية وفي مجمع جولجي ، مهم للغاية لنشاط العديد من البروتينات.

يعمل العديد من السكريات قليلة العدد والسكريات كمستودعات للجلوكوز ، أو كمكونات هيكلية ، أو كمواد لاصقة لتعلق الخلايا في الأنسجة.

العلاقة بين روابط الجليكوسيد في قليل السكاريد مماثلة لتلك الخاصة بالروابط الببتيدية في عديد الببتيدات وروابط الفوسفوديستر في عديد النيوكليوتيدات ، مع اختلاف أن هناك تنوعًا أكبر في روابط الجليكوسيد.

مميزات

تعد روابط الجليكوسيد أكثر تنوعًا من نظائرها في البروتينات والأحماض النووية ، حيث يمكن من حيث المبدأ أن ينضم أي جزيئين من السكر إلى بعضهما البعض بعدة طرق ، لأن لديهما مجموعات متعددة -OH التي يمكن أن تشارك في التكوين من الارتباط.

علاوة على ذلك ، فإن أيزومرات السكريات الأحادية ، أي أحد الاتجاهين اللذين يمكن أن تمتلكهما مجموعة الهيدروكسيل في التركيب الدوري بالنسبة للكربون الشاذ ، توفر مستوى إضافيًا من التنوع.

الايزومرات لها هياكل ثلاثية الأبعاد مختلفة ، وكذلك أنشطة بيولوجية مختلفة. يتكون السليلوز والجليكوجين من وحدات D- جلوكوز متكررة ولكنهما يختلفان في نوع رابطة الجليكوسيد (α1-4 للجليكوجين و and1-4 للسليلوز) ، وبالتالي فإن لهما خصائص ووظائف مختلفة.

تمامًا كما أن البولي ببتيدات لها قطبية مع نهايات N و C ، ولدى polynucleotides نهايات 5 'و 3' ، فإن oligo- أو polysaccharides لها قطبية محددة بواسطة النهايات المختزلة وغير المختزلة.

يحتوي الطرف المختزل على مركز شاذ حر لا يشكل رابطة جليكوسيدية مع جزيء آخر ، وبالتالي يحتفظ بالتفاعل الكيميائي للألدهيد.

الرابطة الجليكوسيدية هي المنطقة الأكثر مرونة في جزء قليل السكاريد أو عديد السكاريد ، لأن شكل السرج الهيكلي للسكريات الأحادية الفردية جامد نسبيًا.

تكوين الرابطة الجليكوسيدية

يمكن أن تنضم الرابطة الجليكوسيدية إلى جزيئين أحادي السكاريد من خلال الكربون الشاذ لأحدهما ومجموعة الهيدروكسيل للآخر. أي أن مجموعة نصفي أحد السكر تتفاعل مع مجموعة كحول أخرى لتشكيل أسيتال.

بشكل عام ، يحدث تكوين هذه الروابط عن طريق تفاعلات التكثيف ، حيث يتم إطلاق جزيء الماء مع كل رابطة يتم تكوينها.

ومع ذلك ، في بعض التفاعلات ، لا يترك الأكسجين جزيء السكر كماء ، ولكن كجزء من مجموعة ثنائي فوسفات من نيوكليوتيد يوريدين ثنائي الفوسفات.

يتم تحفيز التفاعلات التي تؤدي إلى ظهور الروابط الجليكوسيدية بواسطة فئة من الإنزيمات تعرف باسم إنزيمات الجليكوزيل ترانسفيراز. تتشكل بين سكر معدل تساهميًا عن طريق إضافة مجموعة فوسفات أو نيوكليوتيد (الجلوكوز 6-فوسفات ، UDP-galactose ، على سبيل المثال) الذي يرتبط بسلسلة البوليمر النامية.

التحلل المائي للرابطة الجليكوسيدية

يمكن تحلل روابط الجليكوسيد بسهولة في البيئات الحمضية قليلاً ، لكنها مقاومة تمامًا للبيئات القلوية.

يتم التوسط في التحلل المائي الأنزيمي للروابط الجليكوسيدية بواسطة إنزيمات تعرف باسم glycosidases. لا تمتلك العديد من الثدييات هذه الإنزيمات لتحلل السليلوز ، لذا فهي غير قادرة على استخلاص الطاقة من عديد السكاريد هذا ، على الرغم من كونها مصدرًا أساسيًا للألياف.

المجترات مثل الأبقار ، على سبيل المثال ، لديها بكتيريا مرتبطة بأمعائها تنتج إنزيمات قادرة على تحطيم السليلوز الذي تتناوله ، مما يجعلها قادرة على الاستفادة من الطاقة المحفوظة في أنسجة النبات.

إن إنزيم الليزوزيم ، المنتج في دموع العين وبواسطة بعض الفيروسات البكتيرية ، قادر على تدمير البكتيريا بفضل نشاطه المائي ، الذي يكسر الرابطة الجليكوسيدية بين N-acetylglucosamine و N-acetylmuramic acid في جدار خلية البكتيريا..

تنوع

تعد السكريات قليلة السكاريد أو السكريات المتعددة أو الجليكانات جزيئات متنوعة للغاية ، ويرجع ذلك إلى الطرق العديدة التي يمكن من خلالها أن تنضم السكريات الأحادية إلى بعضها البعض لتشكيل هياكل ذات ترتيب أعلى.

يعتمد هذا التنوع على حقيقة ، كما هو مذكور أعلاه ، أن السكريات لها مجموعات هيدروكسيل تسمح بمناطق ربط مختلفة ، وأن الروابط يمكن أن تحدث بين اثنين من الأيزومرات الفراغية المحتملة فيما يتعلق بالكربون الشاذ للسكر (α أو β).

يمكن تكوين روابط الجليكوسيد بين السكر وأي مركب هيدروكسي مثل الكحوليات أو الأحماض الأمينية.

بالإضافة إلى ذلك ، يمكن أن يشكل السكاريد الأحادي روابط جليكوسيدية ، لذلك يمكن أن يعمل كنقطة فرعية ، مما يؤدي إلى تعقيد محتمل في بنية الجليكان أو السكريات في الخلايا.

أنواع

فيما يتعلق بأنواع الروابط الجليكوسيدية ، يمكن التمييز بين فئتين: الروابط الجليكوسيدية بين السكريات الأحادية التي تشكل السكريات القليلة والسكريات ، والروابط الجليكوسيدية التي تحدث في البروتينات السكرية أو الجليكوليبيدات ، وهي بروتينات أو دهون مع أجزاء من الكربوهيدرات.

روابط O- الجلوكوزيد

تحدث روابط O-glycosidic بين السكريات الأحادية ، وتتشكل من خلال التفاعل بين مجموعة الهيدروكسيل لجزيء سكر واحد والكربون الشاذ الآخر.

السكريات الثنائية هي من بين السكريات القلة الأكثر شيوعًا. تحتوي السكريات المتعددة على أكثر من 20 وحدة أحادية السكاريد مرتبطة ببعضها البعض بطريقة خطية وفي بعض الأحيان لها فروع متعددة.

مثال على رابطة O-glycosidic (المصدر: Tpirojsi عبر ويكيميديا ​​كومنز)

في السكاريد مثل المالتوز واللاكتوز والسكروز ، فإن الرابطة الجليكوسيدية الأكثر شيوعًا هي النوع O-glucosidic. يمكن أن تحدث هذه الروابط بين الكربونات و- OH في الأشكال المتزامنة α أو β.

سيعتمد تكوين الروابط الجليكوسيدية في السكريات القليلة والسكريات على الطبيعة الفراغية الكيميائية للسكريات المتصلة ، وكذلك على عدد ذرات الكربون. بشكل عام ، بالنسبة للسكريات التي تحتوي على 6 ذرات كربون ، توجد روابط خطية بين الكربون 1 و 4 أو 1 و 6.

هناك نوعان رئيسيان من O- جليكوسيدات والتي ، اعتمادًا على التسمية ، يتم تعريفها على أنها α و β أو 1،2-cis و 1،2-trans-glycosides.

بقايا 1،2-cis glycosylated ، α-glycosides لـ D-glucose أو D-galactose أو L-fucose أو D-xylose أو β-glycosides لـ D- مانوز ، L- أرابينوز ؛ بالإضافة إلى 1،2-trans (β-glycosides لـ D-glucose و D-galactose و α-glycosides لـ D-mannose ، إلخ) ، ذات أهمية كبيرة للعديد من المكونات الطبيعية.

O- الجليكوزيل

أحد أكثر التعديلات شيوعًا بعد الترجمة هو الارتباط بالجليكوزيل ، والذي يتكون من إضافة جزء من الكربوهيدرات إلى الببتيد المتنامي أو البروتين. يمكن أن تحتوي Mucins ، وهي بروتينات إفرازية ، على كميات كبيرة من سلاسل oligosaccharide المرتبطة بروابط O-glucosidic.

تحدث عملية O-glycosylation في مجمع Golgi من حقيقيات النوى وتتكون من ارتباط البروتينات بجزء الكربوهيدرات من خلال رابطة جليكوسيدية بين مجموعة -OH لبقايا الأحماض الأمينية من السيرين أو الثريونين والكربون الشاذ. من السكر.

كما لوحظ تكوين هذه الروابط بين الكربوهيدرات ومخلفات الهيدروكسي برولين والهيدروكسيليزين ومع المجموعة الفينولية لبقايا التيروزين.

روابط N-glycosidic

روابط N-glycosidic هي الأكثر شيوعًا بين بروتينات الجليكوزيلات. يحدث الارتباط بالجليكوزيل بالنيتروجين بشكل أساسي في الشبكة الإندوبلازمية لحقيقيات النوى ، مع تعديلات لاحقة يمكن أن تحدث في مجمع جولجي.

مثال على الرابطة N-glycosidic (المصدر: Tpirojsi ، عبر ويكيميديا ​​كومنز)

يعتمد الارتباط بالجليكوزيل على وجود تسلسل الإجماع Asn-Xxx-Ser / Thr. تحدث الرابطة الجليكوسيدية بين نيتروجين أميد السلسلة الجانبية لبقايا الأسباراجين والكربون الشاذ للسكر الذي يرتبط بسلسلة الببتيد.

يعتمد تكوين هذه الروابط أثناء الارتباط بالجليكوزيل على إنزيم يُعرف باسم oligosacaryltransferase ، والذي ينقل السكريات قليلة السكريات من فوسفات dolichol إلى نيتروجين أميد بقايا الأسباراجين.

أنواع أخرى من روابط الجليكوسيد

روابط S-glucosidic

تحدث أيضًا بين البروتينات والكربوهيدرات ، وقد لوحظت بين الببتيدات مع السيستين الطرفية N و oligosaccharides. تم عزل الببتيدات التي تحتوي على مثل هذه الروابط في البداية من البروتينات الموجودة في البول البشري وكريات الدم الحمراء المرتبطة بجلوكوز قليل السكاريد.

روابط C- الجلوكوزيد

تمت ملاحظتها لأول مرة كتعديل لاحق للترجمة (الارتباط بالجليكوزيل) في بقايا التربتوفان في RNase 2 الموجود في البول البشري وفي RNase 2 من كريات الدم الحمراء. يتم إرفاق مانوز بالكربون في الموضع 2 من نواة الإندول للحمض الأميني عبر رابطة C-glucosidic.

التسمية

يستخدم مصطلح glycoside لوصف أي سكر يتم استبدال مجموعته الشاذة بمجموعة -OR (O-glycosides) ، -SR (thioglycosides) ، -SeR (selenoglycosides) ، -NR (N-glycosides أو glucosamines) أو حتى -CR (C- جلوكوزيدات).

يمكن تسميتها بثلاث طرق مختلفة:

(1) استبدال الطرف "-o" لاسم الشكل الدوري المقابل للسكريات الأحادية بواسطة "-ido" وقبل كتابة اسم المجموعة R البديلة ، ككلمة مختلفة.

(2) استخدام مصطلح "glycosyloxy" كبادئة لاسم monosaccharide.

(3) استخدام المصطلح O-glycosyl أو N-glycosyl أو S-glycosyl أو C-glycosyl كبادئة لاسم مركب الهيدروكسي.

المراجع

1. بيرتوزي ، سي آر ، ورابوكا ، دي. (2009). الأساس الهيكلي لتنوع جليكان. في A. Varki ، R. Cummings ، & J. Esko (محرران) ، أساسيات علم الأحياء الجليدية (الطبعة الثانية). نيويورك: مطبعة كولد سبرينغ هاربور. تم الاسترجاع من www.ncbi.nlm.nih.gov
2. بيرمان ، سي (1988). التحلل المائي والانشقاقات الأخرى للروابط الجليكوسيدية في السكريات. التقدم في كيمياء الكربوهيدرات والكيمياء الحيوية ، 46 ، 251-261.
3. ديمشينكو ، إيه في (2008). دليل الارتباط الكيميائي للجليكوزيل: التطورات في الانتقائية الجزيئية والعلاقة العلاجية. ايلي- VCH.
4. لوديش ، هـ ، بيرك ، أ ، كايزر ، كاليفورنيا ، كريجر ، إم ، بريتشر ، إيه ، بلوج ، هـ ،… مارتن ، ك. (2003). بيولوجيا الخلية الجزيئية (الطبعة الخامسة). فريمان ، دبليو إتش وشركاه.
5. نيلسون ، DL ، & Cox ، MM (2009). مبادئ Lehninger للكيمياء الحيوية. إصدارات أوميغا (الطبعة الخامسة).
6. تسمية الكربوهيدرات (توصيات 1996). (تسعة وتسعون وستة وتسعون). تم الاسترجاع من www.qmul.ac.uk
7. سودربيرج ، ت. (2010). الكيمياء العضوية مع التركيز البيولوجي ، المجلد الأول. كلية الكيمياء (المجلد 1). مينيسوتا: جامعة مينيسوتا موريس ديجيتال ويل. تم الاسترجاع من www.digitalcommons.morris.umn.edu
8. تايلور ، سم (1998). Glycopeptides و Glycoproteins: التركيز على ارتباط Glycosidic. رباعي الوجوه ، 54 ، 11317-11362.