Кіріспе
Гликозидтік байланыс немесе гликозидтік байланыс – қант (көмірсу) молекуласын басқа топқа қосатын эфирлік байланыстың бір түрі, бұл топ тағы бір қант болуы немесе болмауы мүмкін. Гликозидтік байланыс сахаридтің (немесе сахаридтен туындаған молекуланың) гемиацеталь немесе гемикеталь тобы мен спирт сияқты қосылыстың гидроксил тобы арасында қалыптасады. Гликозидтік байланысы бар зат гликозид деп аталады. "Гликозид" термині қазір қанттардың гемиацеталь (немесе гемикеталь) топтары мен гидроксилдерден басқа әртүрлі химиялық топтар арасындағы байланыстарды қамтиды, мысалы SR (тиогликозидтер), SeR (селеногликозидтер), NR1R2 (N-гликозидтер) немесе CR1R2R3 (C-гликозидтер). Әсіресе табиғатта кездесетін гликозидтерде, көмірсу қалдығы алынған ROH қосылысы көбінесе агликон деп аталады, ал көмірсу қалдығының өзі кейде "гликон" деп аталады.
A glycosidic bond or glycosidic linkage is a type of ether bond that joins a carbohydrate (sugar) molecule to another group, which may or may not be another carbohydrate. A glycosidic bond is formed between the hemiacetal or hemiketal group of a saccharide (or a molecule derived from a saccharide) and the hydroxyl group of some compound such as an alcohol. A substance containing a glycosidic bond is a glycoside. The term 'glycoside' is now extended to also cover compounds with bonds formed between hemiacetal (or hemiketal) groups of sugars and several chemical groups other than hydroxyls, such as SR (thioglycosides), SeR (selenoglycosides), NR1R2 (N glycosides), or even CR1R2R3 (C glycosides). Particularly in naturally occurring glycosides, the compound ROH from which the carbohydrate residue has been removed is often termed the aglycone, and the carbohydrate residue itself is sometimes referred to as the 'glycone'.
S-, N-, C- және O-гликозидтік байланыстар
Жоғарыда талқыланғандай гликозидтік байланыстар, гликозидті агликонға немесе тотығуға ұшырайтын қантқа байланыстыратын гликозидтік оттегіне сілтеме жасай отырып, O-гликозидтік байланыстар деп аталады. Сол сияқты, S-гликозидтік байланыстар (тиогликозидтер құрайды), онда гликозидтік байланыстың оттегі күкірт атомымен ауыстырылады. Осылайша, N-гликозидтік байланыстарда гликозидтік байланыстың оттегі азотпен ауыстырылады. N-гликозидтік байланыстарды қамтитын заттар гликозиламиндер деп те аталады. C-гликозилді байланыстарда гликозидтік оттегі көміртекпен ауыстырылады; IUPAC бұл терминді «C-гликозиді» деп атауды қате деп санайды және оны қолдануға кеңес бермейді. Бұл модификацияланған гликозидтік байланыстардың барлығы гидролизге әр түрлі сезімтал, ал C-гликозилді құрылымдар гидролизге көбірек төзімді болады.
Гликозидті байланыстарды нөмірлеу және α/β ажырату
Аномерлік орталық гликозидтік байланысқа қатысқанда (табиғатта жиі кездесетіндей), α және β гликозидтік байланыстарды аномерлік позицияның салыстырмалы стереохимиясымен және сахаридтегі C1-ден ең алыс орналасқан стереоорталықпен ажыратуға болады. Фармакологтар судағы ерігіштігін арттыру мақсатымен заттарды көбінесе глюкуроникалық қышқылымен гликозидтік байланыс арқылы қосады; бұл процеске глюкуронидтеу деп аталады. Көптеген басқа гликозидтердің де маңызды физиологиялық қызметтері бар.
Химиялық тәсілдер
Nüchter және басқалар (2001) Фишер гликозидациясына жаңа тәсіл ұсынды. Қысымға төзімді бомбалары бар ротор реакторында қайтарымды суыту құрылғысымен жабдықталған микротолқынды пешті қолдану арқылы, Nüchter және басқалар (2001) α және β D глюкозидтерінің 100% шығымын алуға қол жеткізді. Бұл әдіс көп килограмдық көлемде қолданылуы мүмкін.
Вишал Й. Жошидің әдісі
Джоши және басқалар (2006) гликозилдеу арқылы алкил D-глюкопиранозидтердің стереоселективті синтезінде Кенигс-Норр реакциясын ұсынады, күміс немесе сынап тұздарын қолданудың дәстүрлі әдісіне қарағанда арзан және аз улы литий карбонатын пайдаланудан басқа. D-глюкоза алдымен сірке қышқылында сірке қышқылы ангидридін қосу арқылы пероацетат түзу арқылы қорғалады, содан кейін 5-орында бромдалатын сутек бромиді қосылады. Спирт ROH және литий карбонаты қосылғанда, OR бромды алмастырады, ал ацетилденген гидроксилдерді депротекциялау арқылы өнім салыстырмалы түрде жоғары тазалықта синтезделеді. Джоши және басқалар (2001) литийдің 5-орындағы көміртегіне шабуыл жасайтын нуклеофил ретінде әрекет ететінін және өтпелі күйде спирт бром тобын алмастыратынын болжады. Бұл әдістің артықшылықтары, оның стереоселективтілігі және литий тұзының төмен құны, сонымен қатар оны бөлме температурасында жүргізуге болады және оның шығымы дәстүрлі Кенигс-Норр әдісімен салыстырғанда жақсы.
Гликозидтер гидролаздары
Гликозид гидролазалары (немесе гликозидазалар) – гликозидтік байланыстарды үзуге қабілетті ферменттер. Гликозид гидролазалары әдетте α немесе β гликозидтік байланыстардың үстінде әрекет етеді, бірақ екеуінің үстінде емес. Бұл ерекшелік зерттеушілерге гликозидтерді жоғары эпимерлік артық мөлшерде алуға мүмкіндік береді, мысалы, Вэн Я Лудың табиғи глюкозидаза қолданып, D глюкозаны этил β D глюкопиранозидке айналдыруы. Вэн Я Лу глюкозидазаны ферменттің биологиялық қызметіне кері бағытта қолданғанын атап өту керек.
Гликозилтрансферазалар
Моносахаридтер бірліктері тірі организмдерде гликопротеиндерге, полисахаридтерге немесе липидтерге қосылмас бұрын, әдетте, уридин дифосфаты (UDP), гуанозин дифосфаты (GDP), тимидин дифосфаты (TDP) немесе цитидин монофосфаты (CMP) сияқты нуклеотидтің фосфат тобына гликозидтік байланыс арқылы қосылып, "белсендіріледі". Бұл белсендірілген биохимиялық аралық заттар қант нуклеотидтері немесе қант донорлары деп аталады. Көптеген биосинтетикалық жолдар липидтерге, мысалы, долихолға дифосфатты байланыс арқылы белсендірілген моно- немесе олигосахаридтерді пайдаланады. Бұл белсенді донорлар гликозилтрансфераза деп аталатын ферменттердің субстраттары болып табылады, олар қант бірлігін белсенді донордан қабылдаушы нуклеофилге (акцептор субстратқа) ауыстырады.
Дисахаридті фосфорилизалар
Гликозидтерді синтездеуге арналған әртүрлі биокатализдік тәсілдер соңғы онжылдықтарда әзірленді, олардың ішінде "гликозилтрансферазалар" және "гликозид гидролазалары" ең көп қолданылатын катализаторлар болып табылады. Біріншісі көбінесе қымбат материалдарды қажет етеді, ал екіншісі көбінесе төмен өнімділік көрсетеді. De Winter және авторлар тобы иондық сұйықтықтарда альфа-гликозидтерді синтездеу үшін целлобиоз фосфорилазасын (CP) пайдалануды зерттеді. CP-ны пайдалану үшін ең қолайлы жағдай IL AMMOENG 101 және этил ацетатының болуымен анықталды.
Бағытталған гликозилдеулер
α және β гликозидтік байланыстардың таңдаулылығын арттыру үшін бірнеше химиялық тәсілдер бар. Пиранозидтің жоғары субстратқа қатысты ерекшелігі және жалпы активтілігі синтезде маңызды қиындықтар тудыруы мүмкін. Гликозилдеудің жалпы таңдаулылығын, анамерлік көміртектің әдеттегі гликозилдеу кезінде өтетін салыстырмалы өткізілген күйлерді ескеретін тәсілдерді қолдану арқылы жақсартуға болады. Атап айтқанда, Фелкин-Ахн-Эйзенштейн модельдерін тану және оларды ғылыми негізделген химиялық жобалауға енгізу, трансформация өткізілген күйде осы типтегі конформациялық бақылауға түсетін болса, көбінесе сенімді нәтижелер береді. Фторға бағытталған гликозилдеулер В таңдаулылығы үшін де, көмірсутектердегі табиғи емес биомиметикалық C2 функционалдығын енгізу үшін де пайдалы құрал болып табылады. Бухер және авторлар ұсынған инновациялық мысал, фтор оксоний ионы мен трихлорацетимидатты қолдану арқылы гауш эффектісі арқылы В стереоселективтілігін арттыруға мүмкіндік береді. Бұл логикалық стереоселективтілік мүмкін болатын орындық формалардың Фелкин-Ахн модельдерін визуализациялау арқылы анық көрінеді. Бұл әдіс, әдеттегі трихлорацетимидат химиясымен B этил, изопропил және басқа гликозидтерді таңдаулы түрде енгізудің перспективті жолын ұсынады.
О-гликозильді гликопептидтер; О-гликозильді пептидтердің фармацевтикалық қолданылуы
О-байланысты гликопептидтердің орталық нерв жүйесіне өте жақсы өткізгіштігі және түрлі ауру модельдерінде жануарлардың үлгілерінде тиімділігі жақында дәлелденді. Сонымен қатар, оның ең қызықты ерекшеліктерінің бірі – O гликозилдеудің жартылай ыдырау мерзімін ұзарту, клиренсті азайту және белсенді пептидтің PK/PD көрсеткіштерін жақсарту қабілеті, бұл орталық нерв жүйесіне енуді арттырудан асып түседі. II және III фазалық метаболизмде (глюкурон қышқылдары) еріткіштікке қолданылатын қанттардың табиғи пайдаланылуы, сүтқоректілердің ферменттеріне үлкен молекулалардағы O гликозилденген өнімдерді ыдыратуға тікелей эволюциялық бейімделуге мүмкіндік берді. О-байланысты гликопептидтердің ерекшелігі – олардың көптеген мысалдары орталық нерв жүйесіне енуге қабілетті. Бұл эффекттің негізгі механизмі "мембраналық секіру" немесе "секіру диффузиясы" деп саналады. Браундық қозғалыссыз жүретін "секіру диффузиясы" процесі плазмалық мембрананың үздіксіздігіне байланысты деп есептеледі. "Секіру диффузиясы" еркін диффузияны және интеркомпартменттік өтулерді біріктіреді. Жақындағы мысалдардың ішінде мет-энкефалин аналогтарының және басқа пептидтердің жоғары өткізгіштігі бар. Толық mOR агонисті – DAMGO пентапептиді гликозилдеу енгізгеннен кейін де орталық нерв жүйесіне еніп етуге қабілетті.
ДНҚ-дағы N-гликозидтік байланыстар
ДНҚ молекулалары 5 мүшелі көміртек сақиналарынан тұрады, олар рибоза деп аталады және екі фосфат тобына және амино топтарын қамтитын нуклеобазаға тікелей қосылған. Нуклеотидтердегі амино тобының азот атомдары N-гликозидтік байланыс арқылы рибоза қант құрылымының аномерлік көміртегіне ковалентті байланысады. Кейде рибозаға қосылған нуклеобазалар деаминацияға, алкилдеуге немесе тотығуға ұшырайды, нәтижесінде ДНҚ тізбегінде цитотоксикалық зақымданулар пайда болады. Бұл өзгерістер ДНҚ молекуласының тұрақтылығына қауіп төндіреді және қатерлі ісік сияқты аурулардың дамуына әкелуі мүмкін. ДНҚ гликозилазалары – бұл ферменттер, 2’ көміртегіндегі көміртек-азот гликозидтік байланысын үзіп, зақымдалған немесе өзгертілген нуклеобазаны ДНҚ-дан босату арқылы N-гликозидтік байланысты гидролиздеуді катализдейді, содан кейін базалық экзизиялық жөндеу (BER) жолын іске қосады. Монофункционалды гликозилазалар N-гликозидтік байланысты SN1-ге ұқсас қадамдық механизм немесе SN2-ге ұқсас біріктірілген механизм арқылы гидролиздеуді катализдейді. Қадамдық механизмде нуклеобаза аномерлік көміртегіне су молекуласы шабуыл жасамас бұрын, қысқа мерзімді тұрақсыз оксикарбений ионының аралық түрін құрап, шығып кететін топ ретінде әрекет етеді. Бұл аралық зат жақын жердегі су молекуласымен жылдам реакцияласып, рибозаның N-гликозидтік байланысын және нуклеобазаны гидрокси тобы бар O-гликозидтік байланыспен алмастырады. Біріктірілген механизмде су нуклеофил ретінде әрекет етеді және нуклеобаза шығып кететін топ ретінде әрекет етуге үлкермес бұрын аномерлік көміртегіне шабуыл жасайды. Пайда болатын аралық өнім – ұқсас оксикарбений ионы, онда гидрокси топтары мен нуклеобаза аномерлік көміртегіне жалғастырылған. Теориялық тұрғыдан алғанда, екі механизм де бірдей өнім береді. Көптеген рибонуклеотидтер SN2-ге ұқсас біріктірілген механизм арқылы гидролизделеді, ал көптеген дезоксирибонуклеотидтер SN1-ге ұқсас қадамдық механизм арқылы өтеді. Бұл реакциялар іс жүзінде қайтымсыз. ДНҚ тізбегінен N-гликозидтік байланыстың үзілуі организмде зиянды мутагендік және цитотоксикалық жауаптарға әкелуі мүмкін болғандықтан, ДНҚ-ның базалық бөлігі және белгілі бір нуклеобаза арқылы N-гликозидтік байланыстардың синтезін катализдеуге қабілетті.