stringtranslate.com

Олигосахарид

Олигосахарид (/ˌɑlɪgoʊˈsækəˌɹaɪd/; [1] от греческого ὀλίγος olígos , «несколько», и σάκχαρ sácchar , «сахар») представляет собой полимер сахарида , содержащий небольшое 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 .

Гликозилирование

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

N -связанные олигосахариды

Пример N -связанного олигосахарида показан здесь с GlcNAc. X представляет собой любую аминокислоту, кроме пролина.

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.

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.

О -связанные олигосахариды

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

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.

Гликозилированные биомолекулы

Гликопротеины и гликолипиды по определению ковалентно связаны с углеводами. Их очень много на поверхности клетки, и их взаимодействие способствует общей стабильности клетки.

Гликопротеины

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 рецепторов клеточной поверхности , молекул клеточной адгезии, иммуноглобулинов и опухолевых антигенов. [12]

Гликолипиды

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.

Функции

Распознавание клеток

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 цитата ]

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 А антиген А и антиген Н будут присутствовать 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 цитата ]

Как транспортные везикулы узнают конечный пункт назначения белка, который они транспортируют?

Везикулы направляются разными способами, но основными являются два:

  1. Сортировочные сигналы закодированы в аминокислотной последовательности белков.
  2. Олигосахарид, прикрепленный к белку.

Сигналы сортировки распознаются специфическими рецепторами, расположенными в мембранах или поверхностных слоях почкующихся везикул, обеспечивая транспортировку белка в нужное место.

Клеточная адгезия

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 цитата ]

Диетические олигосахариды

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]

Источники

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 земного шара. 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 цитата ]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ «Определение ОЛИГОСАКХАРИДА». www.merriam-webster.com . Проверено 15 октября 2018 г.
  2. ^ Олигосахариды в медицинских предметных рубриках 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 С.Р. (2008). Понимание питания (Одиннадцатое изд.). Томсон Уодсворт.. [ нужна страница ]
  5. ^ «Олигосахарид». Британская энциклопедия .
  6. ^ «Молекулярная биология клетки. 4-е издание» . Проверено 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: ISBN John Wiley & Sons, Inc. 978-0470-54784-7.. [ нужна страница ]
  8. ^ Варки А, изд. (2009). Основы гликобиологии (2-е изд.). Издательство Колд-Спринг-Харбор Лабораториз. ISBN 978-0-87969-770-9.. [ нужна страница ]
  9. ^ Шварц Ф, Эби М (октябрь 2011 г.). «Механизмы и принципы гликозилирования N -связанных белков». Современное мнение в области структурной биологии . 21 (5): 576–82. дои : 10.1016/j.sbi.2011.08.005. ПМИД  21978957.
  10. ^ Питер-Каталинич Дж. (2005). «Методы энзимологии: О-гликозилирование белков». Методы энзимологии: О -гликозилирование белков . Том. 405. стр. 139–71. doi : 10.1016/S0076-6879(05)05007-X. ISBN 978-0-12-182810-3. ПМИД  16413314.
  11. ^ Гучи CF (1992). «Факторы биопроцесса, влияющие на структуру гликопротеинолигосахаридов». Развитие биологической стандартизации . 76 : 95–104. ПМИД  1478360.
  12. ^ Эльбейн А.Д. (октябрь 1991 г.). «Роль N -связанных олигосахаридов в функции гликопротеинов». Тенденции в биотехнологии . 9 (10): 346–52. дои : 10.1016/0167-7799(91)90117-Z. ПМИД  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. ^ Фантини Дж (2007). «Взаимодействие белков с липидными рафтами через гликолипидсвязывающие домены: биохимические основы и потенциальные терапевтические применения». Современная медицинская химия . 14 (27): 2911–7. дои : 10.2174/092986707782360033. ПМИД  18045136.
  15. ^ Кайлемия М.Дж., Рухаак Л.Р., Лебрилла CB, Амстер И.Дж. (январь 2014 г.). «Анализ олигосахаридов методом масс-спектрометрии: обзор последних разработок». Аналитическая химия . 86 (1): 196–212. дои : 10.1021/ac403969n. ПМЦ 3924431 . ПМИД  24313268. 
  16. ^ Фейзи Т (1993). «Олигосахариды, которые опосредуют межклеточную адгезию млекопитающих». Современное мнение в области структурной биологии . 3 (5): 701–10. дои : 10.1016/0959-440X(93)90053-N.
  17. ^ Ле Бурго, Синди; Аппер, Эммануэль; Блат, Софи; Респондек, Фредерик (25 января 2018 г.). «Фруктоолигосахариды и гомеостаз глюкозы: систематический обзор и метаанализ на животных моделях». Питание и обмен веществ . 15 (1): 9. дои : 10.1186/s12986-018-0245-3 . ISSN  1743-7075. ПМЦ 5785862 . ПМИД  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. ^ Респондек, Ф.; Майерс, К.; Смит, ТЛ; Вагнер, А.; Георг, Р.Дж. (2011). «Диетические добавки с короткоцепочечными фруктоолигосахаридами улучшают чувствительность к инсулину у лошадей, страдающих ожирением». Журнал зоотехники . 89 (1): 77–83. дои : 10.2527/jas.2010-3108. ISSN  1525-3163. ПМИД  20870952.
  20. ^ Мэй, Чжаоцзюнь; Юань, Цзяцинь; Ли, Дандан (2022). «Биологическая активность галактоолигосахаридов: обзор». Границы микробиологии . 13 : 993052. дои : 10.3389/fmicb.2022.993052 . ISSN  1664-302X. ПМЦ 9485631 . ПМИД  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. ОКЛК  952277065.{{cite book}}: CS1 maint: отсутствует местоположение издателя ( ссылка )
  22. ^ ab «Олигосахариды человеческого молока». Глобальный веб-сайт NNI . Проверено 4 декабря 2020 г.
  23. ^ Мойзе А.М. (31 октября 2017 г.). Кишечный микробиом: изучение связи между микробами, диетой и здоровьем. АВС-КЛИО. п. 58. ИСБН 978-1-4408-4265-8.
  24. ^ Мур, Ребекка Э.; Сюй, Ляньян Л.; Таунсенд, Стивен Д. (12 февраля 2021 г.). «Поиск олигосахаридов человеческого молока как защита от вирусных инфекций». ОКС Инфекционные болезни . 7 (2): 254–263. doi : 10.1021/acsinfecdis.0c00807. ISSN  2373-8227. ПМЦ 7890562 . ПМИД  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, Ляньян Л.; Таунсенд, Стивен Д. (12 февраля 2021 г.). «Поиск олигосахаридов человеческого молока как защита от вирусных инфекций». ОКС Инфекционные болезни . 7 (2): 254–263. doi : 10.1021/acsinfecdis.0c00807. ISSN  2373-8227. ПМЦ 7890562 . ПМИД  33470804. 
  27. ^ Смирикки-Тьярдес М.Р., Фликингер Э.А., Гришоп СМ, Бауэр Л.Л., Мерфи М.Р., Фэи Г.К. (октябрь 2003 г.). «Характеристики ферментации in vitro выбранных олигосахаридов фекальной микрофлорой свиней». Журнал зоотехники . 81 (10): 2505–14. дои : 10.2527/2003.81102505x. ПМИД  14552378.

Внешние ссылки