Олигосахарид ( / ˌ ɒ l ɪ ɡ oʊ ˈ s æ k ə ˌ r aɪ d / ; [1] от древнегреческого ὀλίγος ( olígos ) 'несколько' и σάκχαρ ( sákkhar ) 'сахар') представляет собой сахаридный полимер , содержащий небольшое количество количество (обычно от трех до десяти [2] [3] [4] [5] ) моносахаридов (простых сахаров). Олигосахариды могут выполнять множество функций, включая распознавание клеток и адгезию клеток . [6]
Обычно они присутствуют в виде гликанов : цепи олигосахаридов связаны с липидами или с совместимыми боковыми цепями аминокислот в белках N- или O - гликозидными связями . N -Связанные олигосахариды всегда представляют собой пентасахариды, присоединенные к аспарагину посредством бета-связи с аминным азотом боковой цепи. [7] С другой стороны, O -связанные олигосахариды обычно присоединяются к треонину или серину в спиртовой группе боковой цепи. Не все природные олигосахариды встречаются в составе гликопротеинов или гликолипидов. Некоторые из них, такие как ряд раффинозы , встречаются в растениях в качестве запасных или транспортных углеводов . Другие, такие как мальтодекстрины или целлодекстрины , возникают в результате микробного распада более крупных полисахаридов , таких как крахмал или целлюлоза .
В биологии гликозилирование — это процесс, посредством которого углевод ковалентно присоединяется к органической молекуле, создавая такие структуры, как гликопротеины и гликолипиды. [8]
N -связанное гликозилирование включает присоединение олигосахарида к аспарагину посредством бета-связи с аминным азотом боковой цепи. [7] Процесс N -связанного гликозилирования происходит котрансляционно или одновременно с трансляцией белков. Поскольку он добавляется котрансляционно, считается, что N -связанное гликозилирование помогает определять сворачивание полипептидов благодаря гидрофильной природе сахаров. Все N -связанные олигосахариды являются пентасахаридами: длиной пять моносахаридов. [ нужна ссылка ]
При N- гликозилировании у эукариот олигосахаридный субстрат собирается прямо на мембране эндоплазматического ретикулума . [9] У прокариот этот процесс происходит на плазматической мембране . В обоих случаях акцепторным субстратом является остаток аспарагина . Остаток аспарагина, связанный с N -связанным олигосахаридом, обычно встречается в последовательности Asn-X-Ser/Thr, [7] где X может быть любой аминокислотой, кроме пролина , хотя редко можно увидеть Asp, Glu, Leu или Трп в этой позиции. [ нужна ссылка ]
Олигосахариды, участвующие в О -связанном гликозилировании, присоединяются к треонину или серину по гидроксильной группе боковой цепи. [7] О -связанное гликозилирование происходит в аппарате Гольджи , где моносахаридные единицы добавляются к полной полипептидной цепи. Белки клеточной поверхности и внеклеточные белки O -гликозилированы. [10] Сайты гликозилирования в O -связанных олигосахаридах определяются вторичной и третичной структурой полипептида, которая определяет, куда гликозилтрансферазы будут добавлять сахара. [ нужна ссылка ]
Гликопротеины и гликолипиды по определению ковалентно связаны с углеводами. Их очень много на поверхности клетки, и их взаимодействие способствует общей стабильности клетки. [ нужна ссылка ]
Гликопротеины имеют различные олигосахаридные структуры, которые оказывают существенное влияние на многие их свойства [11] , влияя на такие важные функции, как антигенность , растворимость и устойчивость к протеазам . Гликопротеины играют роль в качестве рецепторов клеточной поверхности , молекул клеточной адгезии, иммуноглобулинов и опухолевых антигенов. [12]
Гликолипиды важны для распознавания клеток и для модуляции функции мембранных белков, которые действуют как рецепторы. [13] Гликолипиды — это липидные молекулы, связанные с олигосахаридами, обычно присутствующие в липидном бислое . Кроме того, они могут служить рецепторами для клеточного распознавания и передачи сигналов клеткам. [13] Головка олигосахарида служит партнером по связыванию в активности рецептора . Механизмы связывания рецепторов с олигосахаридами зависят от состава олигосахаридов, которые экспонируются или представлены над поверхностью мембраны. Существует большое разнообразие механизмов связывания гликолипидов, что делает их такой важной мишенью для патогенов в качестве места взаимодействия и проникновения. [14] Например, шаперонная активность гликолипидов изучалась на предмет ее влияния на ВИЧ-инфекцию.
Все клетки покрыты гликопротеинами или гликолипидами, оба из которых помогают определить типы клеток. [7] Лектины , или белки, связывающие углеводы, могут распознавать специфические олигосахариды и предоставлять полезную информацию для распознавания клеток на основе связывания олигосахаридов. [ нужна ссылка ]
Важным примером распознавания олигосахаридных клеток является роль гликолипидов в определении группы крови . Различные группы крови отличаются модификацией гликанов, присутствующей на поверхности клеток крови. [15] Их можно визуализировать с помощью масс-спектрометрии. Олигосахариды, обнаруженные на антигенах A, B и H , встречаются на невосстанавливающих концах олигосахарида. Антиген H (который указывает на группу крови O) служит предшественником антигенов A и B. [7] Следовательно, у человека с группой крови A антиген A и антиген H присутствуют на гликолипидах плазматической мембраны эритроцитов. У человека с группой крови B будут присутствовать антигены B и H. У человека с группой крови AB присутствуют антигены A, B и H. И, наконец, у человека с группой крови O будет присутствовать только антиген H. Это означает, что все группы крови имеют антиген H, что объясняет, почему группа крови O известна как «универсальный донор». [ нужна ссылка ]
Везикулы направляются разными способами, но есть два основных пути :
Сигналы сортировки распознаются специфическими рецепторами, расположенными в мембранах или поверхностных слоях почкующихся везикул, обеспечивая транспортировку белка в нужное место.
Многие клетки производят специфические белки, связывающие углеводы, известные как лектины, которые опосредуют адгезию клеток с олигосахаридами. [16] Селектины , семейство лектинов, опосредуют определенные процессы межклеточной адгезии, в том числе процессы лейкоцитов к эндотелиальным клеткам. [7] При иммунном ответе эндотелиальные клетки могут временно экспрессировать определенные селектины в ответ на повреждение или травму клеток. В ответ между двумя молекулами произойдет взаимное взаимодействие селектина и олигосахарида, которое позволит лейкоцитам помочь устранить инфекцию или повреждение. Белково-углеводная связь часто опосредуется водородной связью и силами Ван-дер-Ваальса . [ нужна ссылка ]
Фруктоолигосахариды (ФОС), которые содержатся во многих овощах, представляют собой короткие цепочки молекул фруктозы . Они отличаются от фруктанов , таких как инулин , которые как полисахариды имеют гораздо более высокую степень полимеризации, чем ФОС и другие олигосахариды, но, как инулин и другие фруктаны, они считаются растворимыми пищевыми волокнами. Показано, что использование фруктоолигосахаридов (ФОС) в качестве добавок с клетчаткой оказывает влияние на гомеостаз глюкозы, очень похожее на влияние инсулина. [17] Эти (ФОС) добавки можно считать пребиотиками [18], которые производят короткоцепочечные фруктоолигосахариды (scFOS). [19] Галактоолигосахариды (ГОС), в частности, используются для создания пребиотического эффекта у младенцев, не находящихся на грудном вскармливании. [20]
Галактоолигосахариды (ГОС), которые также встречаются в природе, состоят из коротких цепочек молекул галактозы . Человеческое молоко является примером этого и содержит олигосахариды, известные как олигосахариды женского молока (HMO), которые являются производными лактозы . [ 21] [22] Эти олигосахариды играют биологическую роль в развитии кишечной флоры младенцев . Примеры включают лакто-N-тетраозу , лакто-N-неотетраозу и лакто-N-фукопентаозу. [21] [22] Эти соединения не перевариваются в тонком кишечнике человека и вместо этого попадают в толстый кишечник , где способствуют росту бифидобактерий , которые полезны для здоровья кишечника. [23]
ОПЗ также могут защитить младенцев, выступая в качестве рецепторов-ловушек против вирусной инфекции. [24] ОПЗ достигают этого, имитируя вирусные рецепторы, которые оттягивают вирусные частицы от клеток-хозяев. [25] Были проведены эксперименты, чтобы определить, как происходит связывание гликанов между HMO и многими вирусами, такими как грипп, ротавирус, вирус иммунодефицита человека (ВИЧ) и респираторно-синцитиальный вирус (РСВ). [26] Стратегия, которую используют больничные кассы, может быть использована для создания новых противовирусных препаратов. [25]
Маннанолигосахариды (МОС) широко используются в кормах для животных для улучшения здоровья желудочно-кишечного тракта. Обычно их получают из стенок дрожжевых клеток Saccharomyces cerevisiae . Маннанолигосахариды отличаются от других олигосахаридов тем, что они не ферментируются, а их основной механизм действия включает агглютинацию возбудителей фимбрии типа 1 и иммуномодуляцию. [27]
Олигосахариды являются компонентом клетчатки растительной ткани. ФОС и инулин присутствуют в топинамбуре , лопухе , цикории , луке-порее , луке и спарже . Инулин составляет значительную часть ежедневного рациона большей части населения мира. ФОС также может синтезироваться ферментами гриба Aspergillus niger, действующими на сахарозу . ГОС естественным образом содержится в соевых бобах и может быть синтезирован из лактозы . ФОС, ГОС и инулин также продаются в виде пищевых добавок. [ нужна ссылка ]
{{cite book}}
: CS1 maint: отсутствует местоположение издателя ( ссылка )