Гликозидная связь - Glycosidic bond

А гликозидная связь или гликозидная связь это тип Ковалентная связь это присоединяется к углевод молекулы (сахара) в другую группу, которая может быть или не быть другим углеводом.

Образование этилглюкозида: Глюкоза и этиловый спирт объединить, чтобы сформировать этил глюкозид и воды. Реакция часто способствует образованию α-гликозидной связи, как показано, из-за аномерный эффект.

Гликозидная связь образуется между полуацеталь или гемикетальный группа сахарид (или молекула, полученная из сахарида) и гидроксильная группа какого-то соединения, такого как алкоголь. Вещество, содержащее гликозидную связь, представляет собой гликозид.

Термин «гликозид» теперь расширен, чтобы также охватывать соединения со связями, образованными между полуацетальными (или гемикетальными) группами сахаров и несколькими химическими группами, отличными от гидроксилов, такими как -SR (тиогликозиды), -SeR (селеногликозиды), -NR.1р2 (N-гликозиды) или даже -CR1р2р3 (С-гликозиды).

В частности, в встречающихся в природе гликозидах соединение ROH, из которого был удален углеводный остаток, часто называют агликоном, а сам углеводный остаток иногда называют «гликоном».

S-, N-, C- и O-гликозидные связи

Аденозин, компонент РНК, получается из сахара рибоза и аденин через образование N-гликозидной связи (показано как вертикальная линия между N и сахарным циклом)

Гликозидные связи описанной выше формы известны как О-гликозидные связи, что касается гликозидных кислород который связывает гликозид с агликоном или восстанавливающим концевым сахаром. По аналогии также рассматривается S-гликозидные связи (которые образуют тиогликозиды), где кислород гликозидной связи заменен на сера атом. Таким же образом N-гликозидные связи, заменить кислород гликозидной связи на азот. Вещества, содержащие N-гликозидные связи, также известны как гликозиламины. C-гликозил у связей гликозидный кислород заменен на углерод; термин «C-гликозид» считается неправильным употреблением ИЮПАК и обескуражен.[1] Все эти модифицированные гликозидные связи имеют разную восприимчивость к гидролизу, а в случае C-гликозильных структур они обычно более устойчивы к гидролизу.

Нумерация и различие α / β гликозидных связей

А β-1,6 глюкан молекула, показывающая, как пронумерованы атомы углерода. Концевой сахарид связан через β-1,6 гликозидную связь. Все остальные связи являются β-1,3.
Основная статья: аномер

Различают α- и β-гликозидные связи по относительной стереохимии аномерного положения и стереоцентра, наиболее удаленного от C1 в сахариде.[2] Α-гликозидная связь образуется, когда оба атома углерода имеют одинаковую стереохимию, тогда как β-гликозидная связь возникает, когда два атома углерода имеют разную стереохимию. Одна из сложных проблем заключается в том, что альфа- и бета-конформации были изначально определены на основе относительной ориентации основных составляющих в проекции Хаворта. В этом случае для D-сахаров, бета-конформация будет видеть основную составляющую на каждом углероде, нарисованном над плоскостью кольца (номинально такая же конформация), в то время как альфа будет видеть аномерный составляющий под кольцом (номинально противоположные конформации). Для L-сахарах, тогда определения обязательно поменяются. Это стоит отметить, поскольку эти старые определения все еще пронизывают литературу и могут привести к путанице.

Фармакологи часто присоединяют вещества к глюкуроновая кислота через гликозидные связи, чтобы увеличить их воду растворимость; это известно как глюкуронизация. Многие другие гликозиды имеют важные физиологические функции.

Химические подходы

Нюхтер и другие. (2001) показали новый подход к Гликозидация по Фишеру.[3][4][5] Используя микроволновая печь печь оборудована рефлюксный аппарат в роторном реакторе с бомбы под давлением, Нюхтер и другие. (2001) смогли достичь 100% выхода α- и β-D-глюкозидов. Этот метод можно выполнять в многокилограммовой шкале.

Метод Вишала Й Джоши

Джоши и другие. (2006) [6] предложить метод Кенигса-Кнорра в стереоселективном синтезе алкил-D-глюкопиранозидов путем гликозилирования, за исключением использования карбонат лития который менее дорог и токсичен, чем традиционный метод использования Серебряный или Меркурий соли. D-глюкоза сначала защищается путем образования перацетат путем добавления уксусный ангидрид в уксусная кислота, а затем добавление бромистый водород который бромирует в 5-м положении. При добавлении спирта ROH и карбоната лития OR заменяет бром, и при снятии защиты с ацетилированных гидроксилов продукт синтезируется с относительно высокой чистотой. Это было предложено Джоши и другие. (2001), что литий действует как нуклеофил, который атакует углерод в 5-м положении, и в переходном состоянии спирт замещает группу брома. Преимущества этого метода, а также его стереоселективность и низкая стоимость литиевой соли включают то, что его можно проводить при комнатной температуре, а его выход относительно хорошо сравнивается с традиционным методом Кенигса-Кнорра.[7]

Vishal Joshi.png

Гликозид гидролазы

Гликозид гидролазы (или гликозидазы), являются ферменты которые разрывают гликозидные связи. Гликозидгидролазы обычно могут действовать либо на α-, либо на β-гликозидные связи, но не на оба. Эта специфичность позволяет исследователям получать гликозиды в высоком эпимерном избытке, одним из примеров является превращение Вэнь-Я Лу D-глюкозы в этил-β-D-глюкопиранозид с использованием глюкозидазы природного происхождения. Стоит отметить, что Wen-Ya Lu использовала глюкозидазу обратным образом, противоположным биологической функциональности фермента:[8]

Лу, Вен-Я и др. Практические методы биокатализа и биотрансформации. 2010, 236-239.[8]

Гликозилтрансферазы

До включения моносахаридных единиц в гликопротеины, полисахариды или липиды в живых организмах они обычно сначала «активируются», присоединяясь через гликозидную связь к фосфат группа нуклеотид такие как уридиндифосфат (UDP), гуанозиндифосфат (ВВП), тимидиндифосфат (TDP) или цитидин монофосфат (CMP). Эти активированные биохимические промежуточные соединения известны как нуклеотиды сахара или доноры сахара. Во многих биосинтетических путях используются моно- или олигосахариды, активируемые дифосфатной связью с липидами, такие как долихол. Эти активированные доноры затем являются субстратами для ферментов, известных как гликозилтрансферазы, которые передают сахарную единицу от активированного донора к принимающему нуклеофил (акцепторная подложка).

К. Бучер, Р. Гилмор, Энджью. Chem. 2010, ранний просмотр, DOI: 10.1002 / ange.201004467; Энгью. Chem. Int. Эд. 2010, ранний просмотр, DOI: 10.1002 / anie.201004467

Дисахарид фосфорилазы

В последние десятилетия были разработаны различные биокаталитические подходы к синтезу гликозидов, которые с использованием «гликозилтрансфераз» и «гликозидгидролаз» являются одними из наиболее распространенных катализаторов. Для первого часто требуются дорогие материалы, а для второго часто наблюдается низкая урожайность, De Winter et al.[9]исследовал использование целлобиоза фосфорилаза (CP) на синтез альфа-гликозидов в ионных жидкостях. Было обнаружено, что наилучшие условия для использования CP были в присутствии IL AMMOENG 101 и этилацетата.

Направленное гликозилирование

Существует множество химических подходов, способствующих селективности α- и β-гликозидные связи. Высокосубстратно-специфический характер селективности и общей активности пиранозида может создавать серьезные трудности при синтезе. Общая специфичность гликозилирования может быть улучшена путем использования подходов, которые принимают во внимание относительные переходные состояния, в которых аномерный углерод может претерпевать во время типичного гликозилирования. В частности, признание и включение моделей Фелкина-Ан-Эйзенштейна в обоснование химического дизайна в целом может обеспечить надежные результаты при условии, что преобразование может подвергаться этому типу конформационного контроля в переходном состоянии.

Фтор-направленное гликозилирование является обнадеживающим средством как для селективности B, так и для введения неприродной биомиметической C2-функциональности в углевод. Один новаторский пример, представленный Bucher et al. обеспечивает способ использования иона фтора оксония и трихлорацетимидата для усиления стереоселективности B за счет гош-эффекта. Эта разумная стереоселективность очевидна при визуализации моделей возможных форм стульев Фелкина-Ана.

Этот метод представляет собой обнадеживающий способ селективного включения B-этила, изопропила и других гликозидов с типичным химическим составом трихлорацетимидата.

Контроль иона оксония - стереоселективность Фелкина-Ана

О-связанные гликопептиды; фармацевтическое применение O-гликозилированных пептидов

Контроль форм стереоселективности иона оксония - Фелкина-Ана

Недавно было показано, что О-связанные гликопептиды демонстрируют отличную проницаемость для ЦНС и эффективность на множестве животных моделей с болезненными состояниями. Кроме того, одним из наиболее интересных аспектов этого является способность O-гликозилирования увеличивать период полужизни, уменьшать клиренс и улучшать PK / PD активного пептида за пределами увеличения проникновения в ЦНС. Врожденное использование сахаров в качестве солюбилизирующих фрагментов в метаболизме в фазах II и III (глюкуроновые кислоты) значительно дало эволюционное преимущество в том, что ферменты млекопитающих не эволюционируют напрямую для разложения О-гликозилированных продуктов на более крупные фрагменты.

Своеобразная природа О-связанных гликопептидов состоит в том, что существует множество примеров, проникающих в ЦНС. Считается, что фундаментальная основа этого эффекта связана с «прыжками через мембрану» или «диффузией хмеля». Считается, что процесс «диффузии хмеля», связанный с неброуновским движением, происходит из-за разрыва плазматической мембраны. «Диффузия хмеля» особенно сочетает свободную диффузию и межсравнительные переходы. Недавние примеры, в частности, включают высокую проницаемость аналогов мет-энкефалина среди других пептидов. Пентапептид DAMGO, полный агонист mOR, также проникает в ЦНС при гликозилировании.[10][11][12][13]

использованная литература

  1. ^ «Номенклатура углеводов (Рекомендации 1996 г.)». Департамент химии Лондонского университета королевы Марии.
  2. ^ Бертоцци, Кэролайн; Рабука, Дэвид (2009). «Структурная основа разнообразия гликанов». Основы гликобиологии. 2-е издание. NCBI. Национальный центр биотехнологической информации, Национальная медицинская библиотека США. ISBN  9780879697709.
  3. ^ Фишер, Эмиль (1893). "Ueber die Glucoside der Alkohole". Berichte der deutschen chemischen Gesellschaft. 26 (3): 2400–2412. Дои:10.1002 / cber.18930260327.
  4. ^ Фишер, Эмиль (1895). "Ueber die Verbindungen der Zucker mit den Alkoholen und Ketonen". Berichte der Deutschen Chemischen Gesellschaft. 28 (1): 1145–1167. Дои:10.1002 / cber.189502801248. ISSN  1099-0682.
  5. ^ Нюхтер, Маттиас; Ондрушка, Бернд; Лаутеншлегер, Вернер (2001). «Микроволновый синтез алкилгликозидов». Синтетические коммуникации. 31 (9): 1277–1283. Дои:10.1081 / scc-100104035. ISSN  0039-7911.
  6. ^ Вишал Й Джоши, Манохар Р. Савант (2006). «Удобный стереоселективный синтез β-D-глюкопиранозидов». Индийский журнал химии. 45B: 461–465.
  7. ^ Вильгельм Кенигс и Эдвард Норр (1901). "Ueber einige Derivate des Traubenzuckers und der Galactose (p)". Berichte der deutschen chemischen Gesellschaft 34 (1): 957–981.
  8. ^ а б Вэнь-Я Лу, Го-Цян Линь, Хуэй-Лей Ю, Ай-Мин Тонг, Цзянь-Хэ Сюй (2009-12-09). Уиттолл Дж., Саттон П.В. (ред.). Практические методы биокатализа и биотрансформации. Джон Вили и сыновья. С. 236–239. ISBN  978-0-470-74859-6.
  9. ^ Де Винтер, Карел; Ван Рентергем, Лиза; Вуйтс, Кэтлин; Пелантова, Елена; Крен, Владимир; Soetaert, Wim; Десмет, Том (2015). «Хемоферментный синтез β-D глюкозидов с использованием целлобиозофосфорилазы из Clostridium thermocellum». Расширенный синтез и катализ. 357 (8): 1961–1969. Дои:10.1002 / adsc.201500077. ISSN  1615-4150.
  10. ^ Эглетон, Ричард Д; Митчелл, Скотт А; Хубер, Джейсон Д; Джандерс, Жаклин; Стропова, Дагмар; Полт, Робин; Ямамура, Генрих I; Hruby, Виктор Дж; Дэвис, Томас П (2000-10-20). «Улучшенная биодоступность для мозга аналогов гликозилированного мет-энкефалина». Исследование мозга. 881 (1): 37–46. Дои:10.1016 / S0006-8993 (00) 02794-3. PMID  11033091.
  11. ^ Полт, Робин; Дханасекаран, Мутху; Кейари, Чарльз М. (1 сентября 2005 г.). «Гликозилированные нейропептиды: новая перспектива нейропсихофармакологии?». Обзоры медицинских исследований. 25 (5): 557–585. Дои:10.1002 / med.20039. ISSN  0198-6325. PMID  16075406.
  12. ^ Полт, Робин; Дханасекаран, Мутху; Кейари, Чарльз М. (1 сентября 2005 г.). «Гликозилированные нейропептиды: новая перспектива нейропсихофармакологии?». Обзоры медицинских исследований. 25 (5): 557–585. Дои:10.1002 / med.20039. ISSN  1098-1128. PMID  16075406.
  13. ^ Эглетон, Ричард Д .; Бильский, Эдвард Дж .; Толлин, Гордон; Дханасекаран, Мутху; Лоури, Джон; Алвес, Изабель; Дэвис, Пег; Поррека, Франк; Ямамура, Генри I. (10 января 2005 г.). «Биоциановые гликопептиды проникают через гематоэнцефалический барьер». Тетраэдр: асимметрия. Наука об углеводах. Часть 1. 16 (1): 65–75. Дои:10.1016 / j.tetasy.2004.11.038.
  • Марко Брито-Ариас, «Синтез и характеристика гликозидов», второе издание, редакция Springer, 2016 г.

внешние ссылки