رابطة جليكوسيدية

📅 آخر تحديث: ٢٩ يوليو ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ٢٩ يوليو ٢٠٢٦
📷 يحتوي على 8 صور
الموسوعة الحرة

الرابطة الجليكوسيدية أو الرابطة الجليكوسيدية هي نوع من روابط الإيثر التي تربط جزيء الكربوهيدرات (السكر) بمجموعة أخرى، والتي قد تكون أو لا تكون كربوهيدرات أخرى.

تكوين إيثيل جلوكوزيد: يتحد الجلوكوز والإيثانول لتكوين إيثيل جلوكوزيد والماء . غالباً ما يفضل التفاعل تكوين الرابطة الجليكوسيدية ألفا كما هو موضح بسبب التأثير الأنوميري .

تتكون الرابطة الجليكوسيدية بين مجموعة الهيمياستال أو الهيميكيتال في السكر (أو جزيء مشتق من السكر) ومجموعة الهيدروكسيل في مركب ما، مثل الكحول . وتُسمى المادة التي تحتوي على رابطة جليكوسيدية جليكوسيدًا .

تم توسيع مصطلح "الجليكوسيد" الآن ليشمل أيضًا المركبات ذات الروابط المتكونة بين مجموعات الهيمياستال (أو الهيميكيتال) من السكريات والعديد من المجموعات الكيميائية الأخرى غير الهيدروكسيل، مثل -SR (الثيوجليكوسيدات)، -SeR (السيلينوجليكوسيدات)، -NR 1 R 2 (الجليكوسيدات N)، أو حتى -CR 1 R 2 R 3 (الجليكوسيدات C).

وخاصة في الجليكوسيدات الطبيعية، فإن المركب ROH الذي تمت إزالة بقايا الكربوهيدرات منه يطلق عليه غالبًا اسم الأغليكون ، ويشار أحيانًا إلى بقايا الكربوهيدرات نفسها باسم "الغليكون".

الروابط الجليكوسيدية S-، N-، C-، و O-

ينتج الأدينوزين ، وهو أحد مكونات الحمض النووي الريبي ، من سكر الريبوز والأدينين عبر تكوين رابطة N-جليكوسيدية (موضحة كخط عمودي بين N وحلقة السكر) .

تُعرف الروابط الجليكوسيدية من النوع المذكور أعلاه باسم الروابط الجليكوسيدية الأكسجينية (O-glycosidic )، نسبةً إلى ذرة الأكسجين الجليكوسيدية التي تربط الجليكوسيد بالأغليكون أو سكر الطرف المختزل. وبالمثل، تُعرف الروابط الجليكوسيدية الكبريتية (S-glycosidic ) أيضًا باسم الروابط الجليكوسيدية الكبريتية (S -glycosidic )، حيث تُستبدل ذرة الأكسجين في الرابطة الجليكوسيدية بذرة كبريت . وبالمثل، في الروابط الجليكوسيدية النيتروجينية (N-glycosidic )، تُستبدل ذرة الأكسجين في الرابطة الجليكوسيدية بذرة نيتروجين . وتُعرف المواد التي تحتوي على روابط جليكوسيدية نيتروجينية باسم جليكوزيلامينات . أما الروابط الجليكوسيدية الكربونية (C-glycosyl) ، فتُستبدل ذرة الأكسجين في الرابطة الجليكوسيدية بذرة كربون ؛ ويُعتبر مصطلح "جليكوسيد كربوني" تسميةً خاطئةً وفقًا للاتحاد الدولي للكيمياء البحتة والتطبيقية (IUPAC) ويُنصح بتجنبه. [ 1 ] جميع هذه الروابط الجليكوسيدية المعدلة لها قابلية مختلفة للتحلل المائي، وفي حالة هياكل C-جليكوزيل، فإنها عادة ما تكون أكثر مقاومة للتحلل المائي.

ترقيم الروابط الجليكوسيدية، والتمييز بين نوعي ألفا وبيتا

جزيء غلوكان β-1,6 يوضح كيفية ترقيم ذرات الكربون. يرتبط السكر الطرفي برابطة غليكوسيدية β-1,6. أما الروابط المتبقية فهي جميعها β-1,3.

عندما يشارك مركز أنوميري في رابطة جليكوسيدية (كما هو شائع في الطبيعة)، يمكن التمييز بين الروابط الجليكوسيدية α و β من خلال الكيمياء الفراغية النسبية للموقع الأنوميري والمركز الفراغي الأبعد عن C1 في السكاريد. [ 2 ]

يلجأ علماء الصيدلة عادةً إلى ربط المواد بحمض الجلوكورونيك عبر روابط جليكوسيدية لزيادة ذوبانها في الماء ؛ وتُعرف هذه العملية باسم الجلوكورونيد . وللعديد من الجليكوسيدات الأخرى وظائف فسيولوجية مهمة.

الأساليب الكيميائية

أظهر نوختر وآخرون (2001) نهجًا جديدًا لتفاعل فيشر للجليكوزيدات . [ 3 ] [ 4 ] [ 5 ] باستخدام فرن ميكروويف مزود بجهاز ارتداد في مفاعل دوار مع أوعية ضغط ، تمكن نوختر وآخرون (2001) من تحقيق إنتاجية كاملة (100%) من α- وβ-D-جلوكوزيدات. يمكن تطبيق هذه الطريقة على نطاق عدة كيلوغرامات.

طريقة فيشال واي جوشي

اقترح جوشي وآخرون (2006) [ 6 ] تفاعل كونيغز-كنور في التخليق الانتقائي الفراغي لألكيل D-غلوكوبيرانوزيدات عبر الغليكوزيل، باستثناء استخدام كربونات الليثيوم التي تُعد أقل تكلفة وسمية من الطريقة التقليدية باستخدام أملاح الفضة أو الزئبق . يُحمى D-غلوكوز أولًا بتكوين البيرأسيتات بإضافة أنهيدريد الخل في حمض الخل ، ثم إضافة بروميد الهيدروجين الذي يُبرَم في الموضع 5. عند إضافة الكحول ROH وكربونات الليثيوم، يحل OR محل البروم، وعند إزالة حماية مجموعات الهيدروكسيل المؤستلة، يُصنّع الناتج بنقاوة عالية نسبيًا. وقد أشار جوشي وآخرون (2001) إلى أن الليثيوم يعمل ككاشف نيوكليوفيلي يهاجم ذرة الكربون في الموضع 5، ومن خلال حالة انتقالية، يُستبدل الكحول بمجموعة البروم. تشمل مزايا هذه الطريقة، بالإضافة إلى انتقائيتها الفراغية وانخفاض تكلفة ملح الليثيوم، إمكانية إجرائها في درجة حرارة الغرفة، كما أن مردودها يضاهي إلى حد كبير مردود طريقة كونيغز-كنور التقليدية. [ 7 ]

هيدرولازات الجليكوسيد

إنزيمات تحلل الغليكوزيدات (أو الغليكوزيدازات) هي إنزيمات تكسر الروابط الغليكوزيدية. عادةً ما تعمل هذه الإنزيمات على روابط ألفا أو بيتا الغليكوزيدية، ولكن ليس على كليهما. تُمكّن هذه الخصوصية الباحثين من الحصول على الغليكوزيدات بفائض إيبيميري عالٍ، ومن الأمثلة على ذلك تحويل وين-يا لو لـ D-غلوكوز إلى إيثيل بيتا-D-غلوكوبيرانوزيد باستخدام غلوكوزيداز مُستخلص طبيعيًا. استخدم وين-يا لو الغلوكوزيداز بطريقة عكسية لوظيفته البيولوجية: [ 8 ]

لو، وين يا وآخرون. الطرق العملية للتحفيز الحيوي والتحولات الحيوية . 2010 , 236-239. [ 8 ]

إنزيمات غليكوزيل ترانسفيراز

قبل أن تُدمج وحدات السكريات الأحادية في البروتينات السكرية أو السكريات المتعددة أو الدهون في الكائنات الحية، تُفعَّل عادةً بربطها برابطة جليكوسيدية مع مجموعة الفوسفات في نيوكليوتيد مثل يوريدين ثنائي الفوسفات (UDP) أو غوانوزين ثنائي الفوسفات (GDP) أو ثيميدين ثنائي الفوسفات (TDP) أو سيتيدين أحادي الفوسفات (CMP). تُعرف هذه الوسائط الكيميائية الحيوية المُفعَّلة باسم نيوكليوتيدات السكر أو مانحات السكر. تستخدم العديد من مسارات التخليق الحيوي السكريات الأحادية أو قليلة التعدد المُفعَّلة برابطة ثنائية الفوسفات مع الدهون، مثل دوليكول . تُصبح هذه المانحات المُفعَّلة ركائزًا لإنزيمات تُعرف باسم ناقلات الجليكوزيل ، والتي تنقل وحدة السكر من المانح المُفعَّل إلى نيوكليوفيل مُستقبِل (ركيزة المُستقبِل).

[ 9 ]

فوسفوريلازات ثنائي السكاريد

طُوِّرت خلال العقود الماضية مناهج تحفيزية حيوية مختلفة لتخليق الغليكوزيدات، حيث تُعدّ إنزيمات غليكوزيل ترانسفيراز وإنزيمات تحلل الغليكوزيدات من أكثر المحفزات شيوعًا. غالبًا ما تتطلب الأولى مواد باهظة الثمن، بينما تُظهر الثانية مردودًا منخفضًا في كثير من الأحيان. درس دي وينتر وآخرون [ 10 ] استخدام إنزيم سيلوبيوز فوسفوريلاز (CP) لتخليق ألفا-غليكوزيدات في السوائل الأيونية. ووجدوا أن أفضل الظروف لاستخدام CP هي وجود السائل الأيوني AMMOENG 101 وأسيتات الإيثيل.

عمليات الغلكزة الموجهة

توجد طرق كيميائية متعددة لتعزيز انتقائية روابط ألفا وبيتا الجليكوسيدية. قد تُشكل الطبيعة الانتقائية العالية للركيزة والنشاط الكلي للبيرانوزيد صعوبات تركيبية كبيرة. يمكن تحسين الانتقائية الكلية لعملية الجليكوزيل باستخدام طرق تأخذ في الاعتبار حالات الانتقال النسبية التي يمكن أن تخضع لها ذرة الكربون الأنوميرية أثناء عملية الجليكوزيل النموذجية. والأهم من ذلك، أن التعرف على نماذج فيلكين-آن-آيزنشتاين ودمجها في التصميم الكيميائي المنطقي يمكن أن يوفر عمومًا نتائج موثوقة شريطة أن يخضع التحول لهذا النوع من التحكم التوافقي في حالة الانتقال.

تُعدّ تفاعلات الغليكوزيل الموجهة بالفلور وسيلةً واعدةً لتحقيق انتقائية B وإدخال وظيفة C2 غير طبيعية تحاكي العمليات الحيوية على الكربوهيدرات. ويُقدّم مثالٌ مبتكرٌ من قِبل بوخر وآخرون طريقةً لاستخدام أيون فلورو أوكسونيوم وثلاثي كلورو أسيتيميدات لتعزيز الانتقائية الفراغية B من خلال تأثير غوش. [ 11 ] وتتضح هذه الانتقائية الفراغية المعقولة من خلال تصوّر نماذج فيلكين-آن للأشكال الكرسيّة المُحتملة.

تمثل هذه الطريقة وسيلة مشجعة لدمج مركبات B-إيثيل، وإيزوبروبيل، وغيرها من الجليكوسيدات بشكل انتقائي مع كيمياء ثلاثي كلورو أسيتيميدات النموذجية.

التحكم في أيون الأوكسونيوم – الانتقائية الفراغية لـ Felkin-Ahn

الببتيدات السكرية المرتبطة بـ O؛ الاستخدامات الصيدلانية للببتيدات المرتبطة بـ O

التحكم في أيون الأوكسونيوم – أشكال الكرسي الانتقائية الفراغية لفيلكين-آن

أظهرت الدراسات الحديثة أن الببتيدات السكرية المرتبطة بالأكسجين تتمتع بنفاذية وفعالية ممتازتين في الجهاز العصبي المركزي، وذلك في نماذج حيوانية متعددة مصابة بأمراض مختلفة. ومن أبرز جوانبها قدرة هذه العملية على إطالة عمر النصف، وتقليل التصفية، وتحسين الخصائص الحركية الدوائية/الديناميكية الدوائية للببتيد النشط، بالإضافة إلى زيادة اختراقه للجهاز العصبي المركزي. وقد أتاح الاستخدام الفطري للسكريات كجزيئات مذيبة في المرحلتين الثانية والثالثة من استقلاب الجلوكوز (حمض الجلوكورونيك) ميزة تطورية ملحوظة، حيث لم تتطور إنزيمات الثدييات بشكل مباشر لتحليل المنتجات المرتبطة بالأكسجين على جزيئات أكبر.

تتميز الببتيدات السكرية المرتبطة بالأكسجين (O-linked glycopeptides) بقدرتها على اختراق الجهاز العصبي المركزي، وهو أمرٌ فريدٌ من نوعه. يُعتقد أن الأساس الجوهري لهذا التأثير يكمن في "قفز الغشاء" أو "الانتشار القفزي". يُعتقد أن عملية "الانتشار القفزي"، التي لا تعتمد على الحركة البراونية، تحدث نتيجةً لعدم استمرارية غشاء البلازما. يجمع "الانتشار القفزي" بين الانتشار الحر والانتقالات بين الحجيرات الخلوية. ومن الأمثلة الحديثة على ذلك النفاذية العالية لنظائر الميت-إنكيفالين، من بين ببتيدات أخرى. كما أن الببتيد الخماسي DAMGO، وهو ناهض كامل لمستقبلات الأفيون μ، قادرٌ على اختراق الجهاز العصبي المركزي عند إضافة السكريات إليه. [ 12 ] [ 13 ] [ 14 ]

الروابط N-جليكوسيدية في الحمض النووي

تحتوي جزيئات الحمض النووي (DNA) على حلقات كربونية خماسية تُسمى ديوكسي ريبوز، ترتبط مباشرةً بمجموعتي فوسفات وقاعدة نووية تحتوي على مجموعات أمينية. ترتبط ذرات النيتروجين من المجموعة الأمينية في النيوكليوتيدات تساهميًا بذرة الكربون الأنوميرية في بنية سكر الريبوز عبر رابطة غليكوزيدية نيتروجينية. في بعض الأحيان، تخضع القواعد النووية المرتبطة بالريبوز لعمليات نزع الأمين، أو الألكلة، أو الأكسدة، مما يؤدي إلى تلف سام للخلايا على طول هيكل الحمض النووي. تُهدد هذه التعديلات بشدة تماسك جزيء الحمض النووي، مما يؤدي إلى الإصابة بأمراض مثل السرطان. إنزيمات غليكوزيلاز الحمض النووي هي إنزيمات تحفز تحلل الرابطة الغليكوزيدية النيتروجينية لتحرير القاعدة النووية التالفة أو المعدلة من الحمض النووي، وذلك عن طريق كسر الرابطة الغليكوزيدية بين الكربون والنيتروجين عند ذرة الكربون 2'، مما يؤدي لاحقًا إلى بدء مسار إصلاح استئصال القاعدة (BER).

تحفز إنزيمات الغليكوزيلاز أحادية الوظيفة تحلل الرابطة N-غليكوزيدية عبر آلية متدرجة، تشبه آلية S<sub> N</sub> 1، أو آلية متزامنة، تشبه آلية S<sub> N</sub> 2. في الآلية المتدرجة، تعمل القاعدة النيتروجينية كمجموعة مغادرة قبل أن تهاجم جزيئة الماء ذرة الكربون الأنوميرية، مما ينتج عنه أيون أوكساكاربينيوم وسيط قصير العمر وغير مستقر . يتفاعل هذا الوسيط بسرعة مع جزيئة الماء المجاورة ليستبدل الرابطة N-غليكوزيدية للريبوز والقاعدة النيتروجينية برابطة O-غليكوزيدية تحتوي على مجموعة هيدروكسيل. أما في الآلية المتزامنة، فيعمل الماء ككاشف نيوكليوفيلي ويهاجم ذرة الكربون الأنوميرية قبل أن تعمل القاعدة النيتروجينية كمجموعة مغادرة. والوسيط الناتج هو أيون أوكساكاربينيوم مشابه، حيث تبقى كل من مجموعات الهيدروكسيل والقاعدة النيتروجينية مرتبطة بذرة الكربون الأنوميرية. نظريًا، تُنتج كلتا الآليتين نفس الناتج. يتم تحلل معظم النيوكليوتيدات الريبية عبر آلية تشبه آلية S N 2 المتناسقة، بينما تمر معظم النيوكليوتيدات الديوكسي ريبية عبر آلية تشبه الآلية التدريجية.

هذه التفاعلات غير قابلة للانعكاس عمليًا. ونظرًا لأن انشطار الرابطة N-جليكوسيدية من هيكل الحمض النووي الريبوزي منقوص الأكسجين (DNA) قد يؤدي إلى استجابات طفرية وسامة للخلايا ضارة في الكائن الحي ، فإن هذه الإنزيمات لديها القدرة أيضًا على تحفيز تخليق الروابط N-جليكوسيدية عبر موقع DNA خالٍ من القاعدة وقاعدة نووية محددة. [ 15 ]

مراجع

  1. ↑ "تسمية الكربوهيدرات (التوصيات 1996)" . قسم الكيمياء، جامعة كوين ماري في لندن .
  2. ↑ بيرتوزي سي، رابوكا دي (2009). "الأساس البنيوي لتنوع السكريات" . في فاركي أ، كامينغز آر دي، إسكو جيه دي، وآخرون (محررون). أساسيات علم الأحياء السكرية ( الطبعة الثانية). مطبعة مختبر كولد سبرينغ هاربور. ISBN   978-0-87969-770-9PMID 20301274​​ 
  3. ^ فيشر، إميل (1893). "Ueber die Glucoside der Alkohole" . Berichte der deutschen chemischen Gesellschaft . 26 (3): 2400-2412 . دوى : 10.1002/cber.18930260327 .
  4. ^ فيشر، إميل (1895). "Ueber die Verbindungen der Zucker mit den Alkoholen und Ketonen" . Berichte der Deutschen Chemischen Gesellschaft . 28 (1): 1145-1167 . دوى : 10.1002/cber.189502801248 . ردمك 1099-0682 . 
  5. ^ نوختر، ماتياس. أوندروشكا، بيرند؛ لاوتنشلاغر، فيرنر (2001). “توليف ألكيل جليكوسيدات بمساعدة الميكروويف”. الاتصالات الاصطناعية . 31 (9): 1277-1283 . دوى : 10.1081/scc-100104035 . ISSN 0039-7911 . S2CID 93986043 .  
  6. ↑ جوشي في واي، ساوانت إم آر (2006). "تخليق انتقائي فراغي ملائم لمركبات بيتا-دي-غلوكوبيرانوزيد". المجلة الهندية للكيمياء . 45ب : 461-465 .
  7. ^ كونيجس دبليو ، كنور إي (1901). "Ueber einige Derivate des Traubenzuckers und der Galactose" . Berichte der Deutschen Chemischen Gesellschaft . 34 (1): 957-981 . دوى : 10.1002 / cber.190103401162 .
  8. 1 2 لو واي، لين جي كيو، يو إتش إل، تونغ إيه إم، شو جيه إتش (9 ديسمبر 2009). ويتال جيه، ساتون بي دبليو (محرران). الأساليب العملية للحفز الحيوي والتحولات الحيوية . جون وايلي وأولاده. الصفحات 236-239 . ISBN  978-0-470-74859-6.
  9. ↑ بوخر سي، جيلمور آر (نوفمبر 2010). "الجليكوزيل الموجه بالفلور". Angewandte Chemie International Edition . 49 (46): 8724–8 . doi : 10.1002/anie.201004467 . PMID 20886497 . 
  10. ↑ دي وينتر ك، فان رينترغيم ل، وويتس ك، بيلانتوفا هـ، كرين ف، سويتايرت و، ديسميت ت (2015). "التخليق الكيميائي الإنزيمي لغلوكوزيدات بيتا-دي باستخدام فوسفوريلاز السيلوبيوز من كلوستريديوم ثيرموسيلوم". التخليق والحفز المتقدم . 357 (8): 1961-1969 . doi : 10.1002/adsc.201500077 . ISSN 1615-4150 . 
  11. ↑ دورانتي، إستيل؛ بوخر، كريستوف؛ جيلمور، رايان (16 مايو 2012). "الجلاكتوزيل بيتا الموجه بالفلور: تطوير الجليكوزيل الكيميائي عن طريق التحرير الجزيئي" . مجلة الكيمياء الأوروبية . 18 (26): 8208-8215 . doi : 10.1002/chem.201200468 . PMID 22592962. تاريخ الاسترجاع: 24 أبريل 2022 . 
  12. ↑ إيغلتون آر دي، ميتشل إس إيه، هوبر جيه دي، جاندرز جيه، ستروبوفا دي، بولت آر، وآخرون . (أكتوبر 2000). " تحسين التوافر الحيوي للدماغ لنظائر ميت-إنكيفالين المُغلْيكوزيلية". أبحاث الدماغ . 881 (1): 37-46 . doi : 10.1016/S0006-8993(00)02794-3 . PMID 11033091. S2CID 18102579 .   
  13. ↑ بولت ر، داناسيكاران م، كياري س م (سبتمبر 2005). " الببتيدات العصبية المُغلْكَزة: أفق جديد لعلم الأدوية النفسية العصبية؟". مراجعات البحوث الطبية . 25 (5): 557-585 . doi : 10.1002/med.20039 . PMID 16075406. S2CID 38798797 .  
  14. ^ إيجلتون ، ريتشارد د. بيلسكي، إدوارد J .؛ تولين، جوردون. داناسيكاران، موثو؛ لوري، جون. ألفيس، إيزابيل؛ ديفيس، بيج؛ بوريكا، فرانك. يامامورا ، هنري آي. (2005-01-10). “جليكوببتيدات Biousian تخترق حاجز الدم في الدماغ”. رباعي الاسطح: عدم التماثل . علم الكربوهيدرات. الجزء 1. 16 (1): 65-75 . دوى : 10.1016/j.tetasy.2004.11.038 .
  15. ↑ دروهات، أ. س.، ومايتي، أ. (نوفمبر 2014). " آليات التحلل الإنزيمي للرابطة N-جليكوسيدية في الحمض النووي" . الكيمياء العضوية والبيولوجية الجزيئية . 12 (42): 8367-8378 . doi : 10.1039/c4ob01063a . PMC 4238931. PMID 25181003 .  
  • ماركو بريتو-أرياس، "تخليق وتوصيف الجليكوسيدات"، الطبعة الثانية، دار نشر سبرينغر 2016.