IKATAN GLIKOSIDIK: KARAKTERISTIK, JENIS DAN NOMENKLATUR - BIOLOGI - 2025

The ikatan glikosidik yang ikatan kovalen yang terjadi antara gula (karbohidrat) dan molekul lain yang mungkin monosakarida lain atau molekul lain dari sebuah sifat yang berbeda. Hubungan ini memungkinkan adanya berbagai komponen fundamental bagi kehidupan, tidak hanya dalam pembentukan bahan bakar cadangan dan elemen struktural, tetapi juga molekul pembawa informasi yang penting untuk komunikasi seluler.

Pembentukan polisakarida secara fundamental bergantung pada pembentukan ikatan glukosidik antara alkohol bebas atau gugus hidroksil dari unit monosakarida individu.

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

Namun, beberapa polisakarida kompleks mengandung gula termodifikasi yang terikat pada molekul atau gugus kecil seperti amino, sulfat, dan asetil melalui ikatan glukosidik, dan itu tidak selalu melibatkan pelepasan molekul air melalui reaksi kondensasi. Modifikasi ini sangat umum pada glycans yang ada dalam matriks ekstraseluler atau glikokaliks.

Hubungan glikosidik terjadi dalam berbagai konteks seluler, termasuk penyatuan kelompok kepala kutub dari beberapa sfingolipid, unsur penting dari membran sel banyak organisme, dan pembentukan glikoprotein dan proteoglikan.

Polisakarida penting seperti selulosa, kitin, agar, glikogen, dan pati tidak akan mungkin terjadi tanpa ikatan glikosidik. Demikian juga, glikosilasi protein, yang terjadi di retikulum endoplasma dan di kompleks Golgi, sangat penting untuk aktivitas banyak protein.

Banyak oligo dan polisakarida berfungsi sebagai reservoir glukosa, sebagai komponen struktural, atau sebagai perekat untuk perlekatan sel di jaringan.

Hubungan antara ikatan glikosidik dalam oligosakarida analog dengan ikatan peptida pada polipeptida dan ikatan fosfodiester dalam polinukleotida, dengan perbedaan bahwa terdapat keragaman yang lebih besar pada ikatan glikosidik.

karakteristik

Ikatan glikosidik jauh lebih bervariasi daripada analognya dalam protein dan asam nukleat, karena pada prinsipnya dua molekul gula dapat bergabung satu sama lain dalam banyak cara, karena mereka memiliki banyak gugus -OH yang dapat berpartisipasi dalam pembentukan. dari tautan.

Selanjutnya, isomer monosakarida, yaitu salah satu dari dua orientasi yang dapat dimiliki gugus hidroksil dalam struktur siklik relatif terhadap karbon anomerik, memberikan tingkat keragaman tambahan.

Isomer memiliki struktur tiga dimensi yang berbeda, serta aktivitas biologis yang berbeda. Selulosa dan glikogen terdiri dari unit D-glukosa berulang tetapi berbeda dalam jenis ikatan glikosidik (α1-4 untuk glikogen dan β1-4 untuk selulosa), dan karenanya memiliki sifat dan fungsi yang berbeda.

Sebagaimana polipeptida memiliki polaritas dengan ujung N dan C, dan polinukleotida memiliki ujung 5 'dan 3', oligo- atau polisakarida memiliki polaritas yang ditentukan oleh ujung pereduksi dan non-pereduksi.

Ujung pereduksi memiliki pusat anomerik bebas yang tidak membentuk ikatan glikosidik dengan molekul lain, sehingga mempertahankan reaktivitas kimiawi aldehida.

Ikatan glikosidik adalah daerah yang paling fleksibel dari suatu bagian oligo- atau polisakarida, karena konformasi pelana struktural dari monosakarida individual relatif kaku.

Pembentukan ikatan glikosidik

Ikatan glikosidik dapat bergabung dengan dua molekul monosakarida melalui karbon anomerik salah satu dan gugus hidroksil yang lain. Artinya, gugus hemiasetal dari satu gula bereaksi dengan gugus alkohol yang lain untuk membentuk asetal.

Pada umumnya pembentukan ikatan ini terjadi melalui reaksi kondensasi, dimana sebuah molekul air dilepaskan dengan setiap ikatan yang terbentuk.

Namun, dalam beberapa reaksi oksigen tidak meninggalkan molekul gula sebagai air, tetapi sebagai bagian dari gugus difosfat dari nukleotida difosfat uridin.

Reaksi yang menimbulkan ikatan glikosidik dikatalisis oleh kelas enzim yang dikenal sebagai glikosiltransferase. Mereka terbentuk antara gula yang dimodifikasi secara kovalen dengan penambahan gugus fosfat atau nukleotida (Glukosa 6-fosfat, UDP-galaktosa, misalnya) yang mengikat rantai polimer yang sedang tumbuh.

Hidrolisis ikatan glikosidik

Ikatan glikosidik dapat dengan mudah dihidrolisis di lingkungan yang sedikit asam, tetapi cukup tahan terhadap lingkungan basa.

Hidrolisis enzimatik dari ikatan glikosidik dimediasi oleh enzim yang dikenal sebagai glikosidase. Banyak mamalia tidak memiliki enzim ini untuk penguraian selulosa, sehingga mereka tidak dapat mengekstraksi energi dari polisakarida ini, meskipun merupakan sumber serat yang penting.

Hewan pemamah biak seperti sapi, misalnya, memiliki bakteri yang terkait dengan ususnya yang menghasilkan enzim yang mampu mendegradasi selulosa yang mereka telan, yang membuatnya mampu memanfaatkan energi yang tersimpan di jaringan tumbuhan.

Enzim lisozim, diproduksi dalam air mata mata dan oleh beberapa virus bakteri, mampu menghancurkan bakteri berkat aktivitas hidrolitiknya, yang memutus ikatan glikosidik antara N-acetylglucosamine dan asam N-acetylmuramic di dinding sel bakteri .

Perbedaan

Oligosakarida, polisakarida atau glikan adalah molekul yang sangat beragam dan hal ini disebabkan oleh banyaknya cara monosakarida dapat bergabung satu sama lain untuk membentuk struktur orde tinggi.

Keragaman ini didasarkan pada fakta, seperti yang disebutkan di atas, bahwa gula memiliki gugus hidroksil yang memungkinkan daerah pengikatan yang berbeda, dan bahwa ikatan dapat terjadi antara dua stereoisomer yang mungkin berkenaan dengan karbon anomerik gula (α atau β).

Ikatan glikosidik dapat dibentuk antara gula dan senyawa hidroksi seperti alkohol atau asam amino.

Selain itu, monosakarida dapat membentuk dua ikatan glikosidik, sehingga dapat berfungsi sebagai titik cabang, yang menimbulkan potensi kompleksitas dalam struktur glikan atau polisakarida dalam sel.

Jenis

Sejauh menyangkut jenis ikatan glikosidik, dua kategori dapat dibedakan: ikatan glikosidik antara monosakarida yang membentuk oligo- dan polisakarida, dan ikatan glikosidik yang terjadi pada glikoprotein atau glikolipid, yang merupakan protein atau lipid dengan porsi karbohidrat .

Ikatan O-glukosidik

Ikatan O-glikosidik terjadi antara monosakarida, dibentuk oleh reaksi antara gugus hidroksil dari satu molekul gula dan karbon anomerik yang lain.

Disakarida adalah salah satu oligosakarida yang paling umum. Polisakarida memiliki lebih dari 20 unit monosakarida yang dihubungkan bersama secara linier dan terkadang memiliki banyak cabang.

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

Dalam disakarida seperti maltosa, laktosa, dan sukrosa, ikatan glikosidik yang paling umum adalah tipe O-glukosidik. Ikatan ini dapat terjadi antara karbon dan -OH dari bentuk isomer α atau β.

Pembentukan ikatan glikosidik dalam oligo- dan polisakarida akan bergantung pada sifat stereokimia dari gula yang terikat, serta jumlah atom karbonnya. Umumnya, untuk gula dengan 6 karbon, ikatan linier terjadi antara karbon 1 dan 4 atau 1 dan 6.

Ada dua tipe utama O-glikosida yang, bergantung pada nomenklaturnya, didefinisikan sebagai α dan β atau 1,2-cis dan 1,2-trans-glikosida.

1,2-cis residu glikosilasi, α-glikosida untuk D-glukosa, D-galaktosa, L-fukosa, D-xilosa atau β-glikosida untuk D-manosa, L-arabinosa; serta 1,2-trans (β-glikosida untuk D-glukosa, D-galaktosa dan α-glikosida untuk D-mannose, dll.), sangat penting untuk banyak komponen alami.

O-glikosilasi

Salah satu modifikasi pasca-translasi yang paling umum adalah glikosilasi, yang terdiri dari penambahan bagian karbohidrat ke peptida atau protein yang sedang tumbuh. Mukin, protein sekretorik, dapat mengandung rantai oligosakarida dalam jumlah besar yang dihubungkan oleh ikatan O-glukosidik.

Proses O-glikosilasi terjadi di kompleks Golgi eukariota dan terdiri dari pengikatan protein ke bagian karbohidrat melalui ikatan glikosidik antara gugus -OH dari residu asam amino serin atau treonin dan karbon anomerik. dari gula.

Pembentukan ikatan antara karbohidrat dan hidroksiprolin dan residu hidroksisin dan dengan gugus fenolik dari residu tirosin juga telah diamati.

Ikatan N-glikosidik

Ikatan N-glikosidik adalah yang paling umum di antara protein glikosilasi. N-glikosilasi terjadi terutama di retikulum endoplasma eukariota, dengan modifikasi selanjutnya yang dapat terjadi di kompleks Golgi.

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

N-glikosilasi bergantung pada keberadaan urutan konsensus Asn-Xxx-Ser / Thr. Ikatan glikosidik terjadi antara nitrogen amida rantai samping residu asparagin dan karbon anomerik dari gula yang terikat pada rantai peptida.

Pembentukan ikatan ini selama glikosilasi bergantung pada enzim yang dikenal sebagai oligosacaryltransferase, yang mentransfer oligosakarida dari dolichol fosfat ke nitrogen amida dari residu asparagin.

Jenis ikatan glikosidik lainnya

Ikatan S-glukosidik

Mereka juga terjadi antara protein dan karbohidrat, mereka telah diamati antara peptida dengan sistein terminal-N dan oligosakarida. Peptida dengan ikatan seperti itu awalnya diisolasi dari protein dalam urin manusia dan eritrosit yang terikat pada oligosakarida glukosa.

Ikatan C-glukosidik

Mereka diamati untuk pertama kalinya sebagai modifikasi pasca-translasi (glikosilasi) dalam residu triptofan di RNase 2 yang ada dalam urin manusia dan di RNase 2 eritrosit. Manosa terikat pada karbon pada posisi 2 dari inti indol asam amino melalui ikatan C-glukosidik.

Tata nama

Istilah glikosida digunakan untuk menggambarkan gula apa pun yang gugus anomeriknya digantikan oleh gugus -OR (O-glikosida), -SR (tioglikosida), -SeR (selenoglikosida), -NR (N-glikosida atau glukosamin) atau bahkan -CR (C-glukosida).

Mereka dapat diberi nama dengan tiga cara berbeda:

(1) mengganti terminal "-o" dari nama bentuk siklik monosakarida yang sesuai dengan "-ido" dan sebelum menulis, sebagai kata yang berbeda, nama grup R substituen.

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

(3) menggunakan istilah O-glikosil, N-glikosil, S-glikosil atau C-glikosil sebagai awalan untuk nama senyawa hidroksi.

Referensi

1. Bertozzi, CR, & Rabuka, D. (2009). Dasar Struktural Keanekaragaman Glycan. Dalam A. Varki, R. Cummings, & J. Esko (Eds.), Essentials of Glycobiology (edisi ke-2nd). New York: Press Laboratorium Cold Spring Harbor. Diambil dari www.ncbi.nlm.nih.gov
2. Biermann, C. (1988). Hidrolisis dan pembelahan lain dari hubungan Glikosidik dalam polisakarida. Kemajuan dalam Kimia Karbohidrat dan Biokimia, 46, 251-261.
3. Demchenko, AV (2008). Buku Pegangan Glikosilasi Kimia: Kemajuan dalam Stereoselektivitas dan Relevansi Terapeutik. Wiley-VCH.
4. Lodish, H., Berk, A., Kaiser, CA, Krieger, M., Bretscher, A., Ploegh, H., … Martin, K. (2003). Molecular Cell Biology (edisi ke-5th). Freeman, WH & Company.
5. Nelson, DL, & Cox, MM (2009). Prinsip Lehninger Biokimia. Omega Editions (edisi ke-5).
6. Nomenklatur Karbohidrat (Rekomendasi 1996). (seribu sembilan ratus sembilan puluh enam). Diunduh dari www.qmul.ac.uk
7. Soderberg, T. (2010). Kimia Organik dengan Penekanan Biologis, Volume I. Fakultas Kimia (Vol. 1). Minnesota: Sumur Digital Universitas Minnesota Morris. Diambil dari www.digitalcommons.morris.umn.edu
8. Taylor, CM (1998). Glikopeptida dan Glikoprotein: Fokus pada Hubungan Glikosidik. Tetrahedron, 54, 11317-11362.