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. Kaitan ini memungkinkan adanya beberapa komponen fundamental bagi kehidupan, tidak hanya dalam pembentukan bahan bakar cadangan dan unsur struktural, tetapi juga molekul pembawa informasi yang penting untuk komunikasi seluler.
Pembentukan polisakarida terutama tergantung pada pembentukan ikatan glikosidik antara alkohol bebas atau gugus hidroksil dari unit monosakarida individu.
Contoh pengikatan glikosidik dalam Glikogen (Sumber: Glykogen.svg-NEUROtikerderivative-work-Marek-M-Public-domain melalui Wikimedia Commons)
Namun, beberapa polisakarida kompleks mengandung gula termodifikasi yang melekat pada molekul atau gugus kecil seperti amino, sulfat, dan asetil melalui ikatan glukosidik, dan yang 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 beberapa konteks seluler, termasuk pengikatan gugus kepala kutub dari beberapa sphingolipid , konstituen 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 pula, 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 dalam jaringan.
Hubungan antara ikatan glikosidik dalam oligosakarida analog dengan ikatan peptida pada polipeptida dan ikatan fosfodiester pada polinukleotida, dengan perbedaan bahwa terdapat keragaman yang lebih besar dalam ikatan glikosidik.
Indeks artikel
Karakteristik
Ikatan glikosidik jauh lebih bervariasi daripada analognya dalam protein dan asam nukleat, karena pada prinsipnya setiap dua molekul gula dapat bergabung satu sama lain dalam banyak cara, karena mereka memiliki banyak gugus -OH yang dapat berpartisipasi dalam pembentukan ikatan.
Lebih lanjut, isomer monosakarida , yaitu salah satu dari dua orientasi yang dapat dimiliki oleh 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 1-4 untuk selulosa), dan karena itu memiliki sifat dan fungsi yang berbeda.
Sama seperti polipeptida yang 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 anomer bebas yang tidak membentuk ikatan glikosidik dengan molekul lain, sehingga mempertahankan reaktivitas kimia aldehida .
Ikatan glikosidik adalah wilayah yang paling fleksibel dari bagian oligo- atau polisakarida, karena konformasi pelana struktural dari monosakarida individu relatif kaku.
Pembentukan ikatan glikosidik
Ikatan glikosidik dapat menggabungkan dua molekul monosakarida melalui karbon anomerik dari satu dan gugus hidroksil yang lain. Artinya, gugus hemiasetal dari satu gula bereaksi dengan gugus alkohol lainnya untuk membentuk asetal.
Secara umum, pembentukan ikatan ini terjadi melalui reaksi kondensasi, di mana 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 uridin difosfat.
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 melekat pada rantai polimer yang sedang tumbuh.
Hidrolisis ikatan glikosidik
Ikatan glikosidik dapat dengan mudah dihidrolisis dalam lingkungan yang sedikit asam, tetapi mereka cukup tahan terhadap lingkungan basa.
Hidrolisis enzimatik dari ikatan glikosidik dimediasi oleh enzim yang dikenal sebagai glikosidase. Banyak mamalia tidak memiliki enzim ini untuk degradasi selulosa, sehingga mereka tidak dapat mengekstrak energi dari polisakarida ini, meskipun merupakan sumber serat yang penting.
Hewan ruminansia seperti sapi, misalnya, memiliki bakteri yang terkait dengan usus mereka yang menghasilkan enzim yang mampu mendegradasi selulosa yang mereka telan, yang membuat mereka mampu memanfaatkan energi yang tersimpan dalam jaringan tanaman.
Enzim lisozim, diproduksi dalam air mata dan oleh beberapa virus bakteri, mampu menghancurkan bakteri berkat aktivitas hidrolitiknya, yang memutuskan ikatan glikosidik antara N-asetilglukosamin dan asam N-asetilmuramat di dinding sel bakteri. .
Perbedaan
Oligosakarida, polisakarida atau glikan adalah molekul yang sangat beragam dan ini disebabkan oleh banyak cara di mana monosakarida dapat bergabung satu sama lain untuk membentuk struktur tingkat tinggi.
Keragaman ini didasarkan pada fakta, seperti disebutkan di atas, bahwa gula memiliki gugus hidroksil yang memungkinkan daerah pengikatan berbeda, dan bahwa ikatan dapat terjadi antara dua kemungkinan stereoisomer sehubungan dengan karbon anomerik gula (α atau ).
Ikatan glikosidik dapat terbentuk antara gula dan senyawa hidroksi apa pun seperti alkohol atau asam amino.
Selain itu, monosakarida dapat membentuk dua ikatan glikosidik, sehingga dapat berfungsi sebagai titik cabang, memperkenalkan kompleksitas potensial dalam struktur glikan atau polisakarida dalam sel.
Jenis
Sejauh jenis ikatan glikosidik yang bersangkutan, dua kategori dapat dibedakan: ikatan glikosidik antara monosakarida yang merupakan oligo- dan polisakarida, dan ikatan glikosidik yang terjadi pada glikoprotein atau glikolipid, yang merupakan protein atau lipid dengan bagian karbohidrat.
Ikatan O-glukosidik
Ikatan O-glikosidik terjadi antara monosakarida, mereka 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-glukosidik (Sumber: Tpirojsi [Domain publik] melalui 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 atau .
Pembentukan ikatan glukosidik pada oligo- dan polisakarida akan bergantung pada sifat stereokimia gula yang bergabung, serta jumlah atom karbonnya. Umumnya, untuk gula dengan 6 karbon, ikatan linier terjadi antara karbon 1 dan 4 atau 1 dan 6.
Ada dua jenis utama O – glikosida yang, tergantung pada tata nama, didefinisikan sebagai dan atau 1,2- cis dan 1,2- transglikosida .
1,2- cis residu glikosilasi, -glikosida untuk D-glukosa, D-galaktosa, L-fucose, D-xylose atau -glikosida untuk D-mannose, L-arabinose; serta 1,2- trans (-glikosida untuk D-glukosa, D-galaktosa dan -glikosida untuk D-mannosa, dll.), sangat penting untuk banyak komponen alami.
O-glikosilasi
Salah satu modifikasi pasca-translasi yang paling umum adalah glikosilasi, yang terdiri dari penambahan porsi karbohidrat ke peptida atau protein yang sedang tumbuh. Musin, protein sekretori, dapat mengandung sejumlah besar rantai oligosakarida 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 hidroksilisin dan dengan gugus fenolik residu tirosin juga telah diamati.
Ikatan N-glukosidik
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 [Domain publik], melalui Wikimedia Commons)
N-glikosilasi tergantung pada adanya urutan konsensus Asn-Xxx-Ser / Thr. Ikatan glikosidik terjadi antara nitrogen amida dari rantai samping residu asparagin dan karbon anomerik dari gula yang mengikat 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 N-terminal dan oligosakarida. Peptida dengan jenis hubungan ini 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 dalam RNase 2 yang ada dalam urin manusia dan dalam RNase 2 eritrosit. Manosa terikat pada karbon pada posisi 2 inti indol asam amino melalui ikatan C-glukosidik.
Tata nama
Istilah glikosida digunakan untuk menggambarkan gula 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 yang sesuai dari monosakarida dengan “-ido” dan sebelum menulis, sebagai kata yang berbeda, nama gugus R substituen.
(2) menggunakan istilah “glikosiloksi” sebagai awalan untuk nama monosakarida.
(3) menggunakan istilah O- glikosil, N- glikosil, S- glikosil atau C- glikosil sebagai awalan nama senyawa hidroksi.
Referensi
- Bertozzi, CR, & Rabuka, D. (2009). Dasar Struktural Keanekaragaman Glycan. Dalam A. Varki, R. Cummings, & J. Esko (Eds.), Esensi Glikobiologi (edisi ke-2). New York: Pers Laboratorium Cold Spring Harbor. Diperoleh dari www.ncbi.nlm.nih.gov
- Biermann, C. (1988). Hidrolisis dan pemutusan ikatan glikosidik lainnya dalam polisakarida. Kemajuan dalam Kimia Karbohidrat dan Biokimia , 46 , 251–261.
- Demchenko, AV (2008). Buku Pegangan Glikosilasi Kimia: Kemajuan dalam Stereoselektivitas dan Relevansi Terapi . Wiley-VCH.
- Lodish, H., Berk, A., Kaiser, CA, Krieger, M., Bretscher, A., Ploegh, H., … Martin, K. (2003). Biologi Sel Molekuler (edisi ke-5). Freeman, WH & Perusahaan.
- Nelson, DL, & Cox, MM (2009). Prinsip Biokimia Lehninger . Edisi Omega ( edisi ke-5).
- Tata Nama Karbohidrat (Rekomendasi 1996). (seribu sembilan ratus sembilan puluh enam). Diperoleh dari www.qmul.ac.uk
- Soderberg, T. (2010). Kimia Organik dengan Penekanan Biologis, Volume I . Fakultas Kimia (Vol. 1). Minnesota: Sumur Digital Universitas Minnesota Morris. Diperoleh dari www.digitalcommons.morris.umn.edu
- Taylor, CM (1998). Glikopeptida dan Glikoprotein: Fokus pada Hubungan Glikosidik. Tetrahedron , 54 , 11317-11362.
