stringtranslate.com

Олигосахарид

Олигосахарид ( / ˌ ɒ l ɪ ɡ oʊ ˈ s æ k ə ˌ r aɪ d / ; [1] от древнегреческого ὀλίγος ( olígos )  «немного» и σάκχαρ ( sákkhar )  «сахар») — это полимер сахарида, содержащий небольшое количество (обычно от трех до десяти [2] [3] [4] [5] ) моносахаридов (простых сахаров). Олигосахариды могут иметь много функций, включая распознавание клеток и адгезию клеток . [6]

Они обычно присутствуют в виде гликанов : олигосахаридные цепи связаны с липидами или совместимыми аминокислотными боковыми цепями в белках с помощью N- или O - гликозидных связей . N -связанные олигосахариды всегда являются пентасахаридом, присоединенным к аспарагину через бета-связь с аминным азотом боковой цепи. [7] С другой стороны, O -связанные олигосахариды обычно присоединены к треонину или серину на спиртовой группе боковой цепи. Не все природные олигосахариды встречаются как компоненты гликопротеинов или гликолипидов. Некоторые, такие как ряд раффинозы , встречаются как запасные или транспортные углеводы в растениях. Другие, такие как мальтодекстрины или целлодекстрины , возникают в результате микробного расщепления более крупных полисахаридов, таких как крахмал или целлюлоза .

Структура фруктоолигосахарида

Гликозилирование

В биологии гликозилирование — это процесс, при котором углевод ковалентно присоединяется к органической молекуле, создавая такие структуры, как гликопротеины и гликолипиды. [8]

Н-Связанные олигосахариды

Пример N -связанного олигосахарида, показанный здесь с GlcNAc. X — любая аминокислота, кроме пролина.

N -связанное гликозилирование включает присоединение олигосахарида к аспарагину через бета-связь с азотом амина боковой цепи. [7] Процесс N -связанного гликозилирования происходит котрансляционно или одновременно с трансляцией белков. Поскольку оно добавляется котрансляционно, считается, что N -связанное гликозилирование помогает определять сворачивание полипептидов из-за гидрофильной природы сахаров. Все N -связанные олигосахариды являются пентасахаридом: длиной в пять моносахаридов. [ необходима цитата ]

При N- гликозилировании для эукариот олигосахаридный субстрат собирается прямо на мембране эндоплазматического ретикулума . [9] Для прокариот этот процесс происходит на плазматической мембране . В обоих случаях акцепторным субстратом является остаток аспарагина . Остаток аспарагина, связанный с N -связанным олигосахаридом, обычно находится в последовательности Asn-X-Ser/Thr, [7] где X может быть любой аминокислотой, за исключением пролина , хотя редко можно увидеть Asp, Glu, Leu или Trp в этой позиции. [ необходима цитата ]

О-Связанные олигосахариды

Пример О -связанного олигосахарида с β-галактозил-(1n3)-α- N -ацетилгалактозаминил-Ser/Thr.

Олигосахариды, которые участвуют в O -связанном гликозилировании, присоединяются к треонину или серину на гидроксильной группе боковой цепи. [7] O -связанное гликозилирование происходит в аппарате Гольджи , где моносахаридные единицы добавляются к полной полипептидной цепи. Белки клеточной поверхности и внеклеточные белки O -гликозилируются. [10] Сайты гликозилирования в O -связанных олигосахаридах определяются вторичной и третичной структурами полипептида, которые диктуют, где гликозилтрансферазы будут добавлять сахара. [ необходима цитата ]

Гликозилированные биомолекулы

Гликопротеины и гликолипиды по определению ковалентно связаны с углеводами. Они очень распространены на поверхности клетки, и их взаимодействие способствует общей стабильности клетки. [ необходима цитата ]

Гликопротеины

Гликопротеины имеют различные олигосахаридные структуры, которые оказывают значительное влияние на многие их свойства, [11] влияя на критические функции, такие как антигенность , растворимость и устойчивость к протеазам . Гликопротеины важны как рецепторы клеточной поверхности , молекулы клеточной адгезии, иммуноглобулины и опухолевые антигены. [12]

Гликолипиды

Гликолипиды важны для распознавания клеток и важны для модуляции функции мембранных белков, которые действуют как рецепторы. [13] Гликолипиды представляют собой липидные молекулы, связанные с олигосахаридами, обычно присутствующими в липидном бислое . Кроме того, они могут служить рецепторами для клеточного распознавания и клеточной сигнализации. [13] Головка олигосахарида служит связующим партнером в активности рецептора . Механизмы связывания рецепторов с олигосахаридами зависят от состава олигосахаридов, которые экспонируются или представлены над поверхностью мембраны. Существует большое разнообразие в механизмах связывания гликолипидов, что делает их такой важной мишенью для патогенов в качестве места для взаимодействия и входа. [14] Например, шаперонная активность гликолипидов изучалась на предмет ее значимости для ВИЧ-инфекции.

Функции

Распознавание клеток

Все клетки покрыты либо гликопротеинами, либо гликолипидами, оба из которых помогают определить типы клеток. [7] Лектины , или белки, связывающие углеводы, могут распознавать определенные олигосахариды и предоставлять полезную информацию для распознавания клеток на основе связывания олигосахаридов. [ необходима цитата ]

Важным примером распознавания олигосахаридных клеток является роль гликолипидов в определении групп крови . Различные группы крови различаются по модификации гликана, присутствующей на поверхности клеток крови. [15] Их можно визуализировать с помощью масс-спектрометрии. Олигосахариды, обнаруженные на антигенах A, B и H, находятся на невосстанавливающих концах олигосахарида. Антиген H (который указывает на группу крови O) служит предшественником антигена A и B. [7] Таким образом, у человека с группой крови A будут присутствовать антиген A и антиген H на гликолипидах плазматической мембраны эритроцитов. У человека с группой крови B будут присутствовать антигены B и H. У человека с группой крови AB будут присутствовать 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». [ необходима цитата ]

Везикулы направляются многими способами, но два основных способа следующие: [ необходима цитата ]

  1. Сигналы сортировки, закодированные в аминокислотной последовательности белков.
  2. Олигосахарид, присоединенный к белку.

Сигналы сортировки распознаются специфическими рецепторами, которые находятся в мембранах или поверхностных оболочках почкующихся везикул, гарантируя транспортировку белка в соответствующее место назначения.

Адгезия клеток

Многие клетки вырабатывают специфические углеводсвязывающие белки, известные как лектины, которые опосредуют адгезию клеток с олигосахаридами. [16] Селектины , семейство лектинов, опосредуют определенные процессы межклеточной адгезии, включая адгезию лейкоцитов к эндотелиальным клеткам. [7] При иммунном ответе эндотелиальные клетки могут экспрессировать определенные селектины временно в ответ на повреждение или травму клеток. В ответ между двумя молекулами будет происходить взаимное взаимодействие селектина и олигосахарида, что позволяет лейкоциту помочь устранить инфекцию или повреждение. Связывание белка с углеводом часто опосредуется водородными связями и силами Ван-дер-Ваальса . [ необходима цитата ]

Пищевые олигосахариды

Фруктоолигосахариды (FOS), которые содержатся во многих овощах, представляют собой короткие цепи молекул фруктозы . Они отличаются от фруктанов, таких как инулин , которые как полисахариды имеют гораздо более высокую степень полимеризации, чем FOS и другие олигосахариды, но, как инулин и другие фруктаны, считаются растворимыми пищевыми волокнами. Показано, что использование фруктоолигосахаридов (FOS) в качестве пищевых добавок оказывает влияние на гомеостаз глюкозы, весьма похожее на инсулин. [17] Эти (FOS) добавки можно считать пребиотиками [18] , которые производят короткоцепочечные фруктоолигосахариды (scFOS). [19] Галактоолигосахариды (GOS) в частности используются для создания пребиотического эффекта для младенцев, которые не находятся на грудном вскармливании. [20]

Галактоолигосахариды (ГОС), которые также встречаются в природе, состоят из коротких цепочек молекул галактозы . Грудное молоко является примером этого и содержит олигосахариды, известные как олигосахариды грудного молока (ГМО), которые получены из лактозы . [21] [22] Эти олигосахариды имеют биологическую функцию в развитии кишечной флоры младенцев . Примерами являются лакто-N-тетраоза , лакто-N-неотетраоза и лакто-N-фукопентаоза. [21] [22] Эти соединения не могут перевариваться в тонком кишечнике человека , а вместо этого проходят в толстый кишечник , где они способствуют росту бифидобактерий , которые полезны для здоровья кишечника. [23]

HMO также могут защищать младенцев, выступая в качестве рецепторов-приманок против вирусной инфекции. [24] HMO достигают этого, имитируя вирусные рецепторы, которые отвлекают 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, используемая HMO, может быть использована для создания новых противовирусных препаратов. [25]

Маннановые олигосахариды (МОС) широко используются в кормах для животных для улучшения здоровья желудочно-кишечного тракта. Обычно их получают из клеточных стенок дрожжей Saccharomyces cerevisiae . Маннановые олигосахариды отличаются от других олигосахаридов тем, что они не ферментируются, а их основной способ действия включает агглютинацию фимбриальных патогенов типа 1 и иммуномодуляцию. [27]

Источники

Олигосахариды являются компонентом клетчатки из растительной ткани. FOS и инулин присутствуют в топинамбуре , лопухе , цикории , луке-порее , луке и спарже . Инулин является значительной частью ежедневного рациона большинства населения мира. FOS также может синтезироваться ферментами грибка Aspergillus niger, действующими на сахарозу . GOS естественным образом содержится в соевых бобах и может синтезироваться из лактозы . FOS, GOS и инулин также продаются как пищевые добавки. [ необходима цитата ]

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ "олигосахарид". Словарь Merriam-Webster.com . Merriam-Webster . Получено 15.10.2018 .
  2. ^ Олигосахариды в рубриках медицинских предметов Национальной медицинской библиотеки США (MeSH)
  3. ^ Вальстра П., Воутерс Дж.Т., Гертс Т.Дж. (2008). Молочная наука и технология (второе изд.). CRC, Тейлор и Фрэнсис.[ нужна страница ]
  4. ^ Уитни Э., Рольфес СР (2008). Понимание питания (Одиннадцатое изд.). Томсон Уодсворт.. [ нужна страница ]
  5. ^ «Олигосахарид». Британская энциклопедия .
  6. ^ "Молекулярная биология клетки. 4-е издание" . Получено 16 августа 2018 г.
  7. ^ abcdefg Voet D, Voet J, Пратт C (2013). Основы биохимии: жизнь на молекулярном уровне (4-е изд.). Хобокен, Нью-Джерси: John Wiley & Sons, Inc. ISBN 978-0470-54784-7.. [ нужна страница ]
  8. ^ Varki A, ред. (2009). Основы гликобиологии (2-е изд.). Cold Spring Harbor Laboratories Press. ISBN 978-0-87969-770-9.. [ нужна страница ]
  9. ^ Шварц Ф., Эби М. (октябрь 2011 г.). «Механизмы и принципы N- связанного гликозилирования белков». Current Opinion in Structural Biology . 21 (5): 576–82. doi :10.1016/j.sbi.2011.08.005. PMID  21978957.
  10. ^ Peter-Katalinić J (2005). "Методы в энзимологии: O-гликозилирование белков". Методы в энзимологии: O - гликозилирование белков . Том 405. С. 139–71. doi :10.1016/S0076-6879(05)05007-X. ISBN 978-0-12-182810-3. PMID  16413314.
  11. ^ Goochee CF (1992). «Факторы биопроцессов, влияющие на структуру гликопротеиновых олигосахаридов». Развитие биологической стандартизации . 76 : 95–104. PMID  1478360.
  12. ^ Elbein AD (октябрь 1991 г.). «Роль N -связанных олигосахаридов в функции гликопротеинов». Тенденции в биотехнологии . 9 (10): 346–52. doi :10.1016/0167-7799(91)90117-Z. PMID  1367760.
  13. ^ аб Манна М, Рог Т, Ваттулайнен I (август 2014 г.). «Проблемы понимания функций гликолипидов: открытый взгляд, основанный на молекулярном моделировании». Biochimica et Biophysical Acta (BBA) - Молекулярная и клеточная биология липидов . 1841 (8): 1130–45. дои : 10.1016/j.bbalip.2013.12.016. ПМИД  24406903.
  14. ^ Fantini J (2007). «Взаимодействие белков с липидными плотами через гликолипид-связывающие домены: биохимический фон и потенциальные терапевтические применения». Current Medicinal Chemistry . 14 (27): 2911–7. doi :10.2174/092986707782360033. PMID  18045136.
  15. ^ Kailemia MJ, Ruhaak LR, Lebrilla CB, Amster IJ (январь 2014 г.). «Анализ олигосахаридов с помощью масс-спектрометрии: обзор последних разработок». Аналитическая химия . 86 (1): 196–212. doi :10.1021/ac403969n. PMC 3924431. PMID 24313268  . 
  16. ^ Feizi T (1993). «Олигосахариды, опосредующие адгезию клеток млекопитающих». Current Opinion in Structural Biology . 3 (5): 701–10. doi :10.1016/0959-440X(93)90053-N.
  17. ^ Le Bourgot, Cindy; Apper, Emmanuelle; Blat, Sophie; Respondek, Frédérique (2018-01-25). "Фруктоолигосахариды и гомеостаз глюкозы: систематический обзор и метаанализ на животных моделях". Nutrition & Metabolism . 15 (1): 9. doi : 10.1186/s12986-018-0245-3 . ISSN  1743-7075. PMC 5785862 . PMID  29416552. 
  18. ^ Давани-Давари, Дорна; Негадарипур, Маника; Каримзаде, Иман; Сейфан, Мостафа; Мокам, Милад; Масуми, Сейед Джалил; Беренджян, Айдын; Гасеми, Юнес (9 марта 2019 г.). «Пребиотики: определение, типы, источники, механизмы и клиническое применение». Еда . 8 (3): Е92. дои : 10.3390/foods8030092 . ISSN  2304-8158. ПМК 6463098 . ПМИД  30857316. 
  19. ^ Respondek, F.; Myers, K.; Smith, TL; Wagner, A.; Geor, RJ (2011). «Пищевое дополнение короткоцепочечными фруктоолигосахаридами улучшает чувствительность к инсулину у тучных лошадей». Journal of Animal Science . 89 (1): 77–83. doi :10.2527/jas.2010-3108. ISSN  1525-3163. PMID  20870952.
  20. ^ Мэй, Чжаоцзюнь; Юань, Цзяцинь; Ли, Дандан (2022). «Биологическая активность галактоолигосахаридов: обзор». Frontiers in Microbiology . 13 : 993052. doi : 10.3389/fmicb.2022.993052 . ISSN  1664-302X. PMC 9485631. PMID 36147858  . 
  21. ^ аб Мисфельд, Роджер Л. (июль 2017 г.). Биохимия. МакЭвой, Меган М. (Первое изд.). Нью-Йорк, штат Нью-Йорк. ISBN 978-0-393-61402-2. OCLC  952277065.{{cite book}}: CS1 maint: отсутствует местоположение издателя ( ссылка )
  22. ^ ab "Олигосахариды человеческого молока". NNI Global Website . Получено 2020-12-04 .
  23. ^ Moise AM (2017-10-31). Микробиом кишечника: изучение связи между микробами, диетой и здоровьем. ABC-CLIO. стр. 58. ISBN 978-1-4408-4265-8.
  24. ^ Мур, Ребекка Э.; Сюй, Лианьян Л.; Таунсенд, Стивен Д. (12.02.2021). «Исследование олигосахаридов человеческого молока как защиты от вирусных инфекций». ACS Infectious Diseases . 7 (2): 254–263. doi :10.1021/acsinfecdis.0c00807. ISSN  2373-8227. PMC 7890562. PMID  33470804 . 
  25. ^ аб Морозов, Василий; Хансман, Грант; Ханиш, Франц-Георг; Шротен, Хорст; Кунц, Клеменс (2018). «Олигосахариды человеческого молока как перспективные противовирусные препараты». Молекулярное питание и пищевые исследования . 62 (6): 1700679. doi : 10.1002/mnfr.201700679 . ПМИД  29336526.
  26. ^ Мур, Ребекка Э.; Сюй, Лианьян Л.; Таунсенд, Стивен Д. (12.02.2021). «Исследование олигосахаридов человеческого молока как защиты от вирусных инфекций». ACS Infectious Diseases . 7 (2): 254–263. doi :10.1021/acsinfecdis.0c00807. ISSN  2373-8227. PMC 7890562. PMID  33470804 . 
  27. ^ Smiricky-Tjardes MR, Flickinger EA, Grieshop CM, Bauer LL, Murphy MR, Fahey GC (октябрь 2003 г.). «Характеристики ферментации in vitro выбранных олигосахаридов фекальной микрофлорой свиней». Журнал Animal Science . 81 (10): 2505–14. doi :10.2527/2003.81102505x. PMID  14552378.

Внешние ссылки