В химии гликозид / ˈ ɡ l aɪ k ə s aɪ d / представляет собой молекулу , в которой сахар связан с другой функциональной группой посредством гликозидной связи . Гликозиды играют множество важных ролей в живых организмах. Многие растения хранят химические вещества в виде неактивных гликозидов. Их можно активировать путем ферментативного гидролиза [1] , который приводит к отщеплению части сахара, что делает химическое вещество доступным для использования. Многие такие растительные гликозиды используются в качестве лекарств . Некоторые виды бабочек Heliconius способны использовать эти растительные соединения в качестве формы химической защиты от хищников. [2] У животных и людей яды часто связываются с молекулами сахара в процессе их выведения из организма.
Формально гликозид — это любая молекула, в которой группа сахара связана через аномерный углерод с другой группой посредством гликозидной связи . Гликозиды могут быть связаны O- ( О-гликозид ), N- ( гликозиламин ), S- ( тиогликозид ) или C- ( С-гликозид ) гликозидной связью. Согласно ИЮПАК , название « С -гликозид» является неправильным ; предпочтительный термин представляет собой « С -гликозильное соединение». [3] Данное определение используется ИЮПАК , который рекомендует проекцию Хауорта для правильного определения стереохимических конфигураций. [4]
Многие авторы, кроме того, требуют, чтобы сахар был связан с несахаром , чтобы молекула могла квалифицироваться как гликозид, что исключает полисахариды . Сахарная группа тогда известна как гликон , а несахарная группа - как агликоновая или гениновая часть гликозида. Гликон может состоять из одной группы сахаров ( моносахарид ), двух групп сахаров ( дисахарид ) или нескольких групп сахаров ( олигосахарид ).
Первым гликозидом, когда-либо идентифицированным, был амигдалин , французскими химиками Пьером Робике и Антуаном Бутроном-Шарларом в 1830 году .
Молекулы, содержащие N-гликозидную связь, известны как гликозиламины . Многие авторы- биохимики называют эти соединения N-гликозидами и группируют их с гликозидами; это считается неправильным употреблением и не одобряется Международным союзом теоретической и прикладной химии . Гликозиламины и гликозиды группируются вместе как гликоконъюгаты ; другие гликоконъюгаты включают гликопротеины , гликопептиды , пептидогликаны , гликолипиды и липополисахариды . [ нужна цитата ]
Большая часть химии гликозидов объясняется в статье о гликозидных связях . Например, части гликона и агликона могут быть химически разделены гидролизом в присутствии кислоты и могут быть гидролизованы щелочью . Существует также множество ферментов , которые могут образовывать и разрушать гликозидные связи. Важнейшими ферментами расщепления являются гликозидгидролазы , а важнейшими синтетическими ферментами в природе — гликозилтрансферазы . Были разработаны генетически измененные ферменты, называемые гликосинтазами , которые могут образовывать гликозидные связи с отличным выходом. [ нужна цитата ]
Существует множество способов химического синтеза гликозидных связей. Гликозидирование по Фишеру относится к синтезу гликозидов путем реакции незащищенных моносахаридов со спиртами (обычно в качестве растворителя) в присутствии сильнокислотного катализатора. Реакция Кенигса -Кнорра представляет собой конденсацию гликозилгалогенидов и спиртов в присутствии солей металлов, таких как карбонат серебра или оксид ртути . [ нужна цитата ]
Гликозиды можно классифицировать по гликону, типу гликозидной связи и агликону.
Если гликозидная группа гликозида представляет собой глюкозу , то молекула является глюкозидом ; если это фруктоза , то молекула — фруктозид ; если это глюкуроновая кислота , то молекула представляет собой глюкуронид ; и т. д. В организме токсичные вещества часто связываются с глюкуроновой кислотой для повышения их растворимости в воде; образующиеся глюкурониды затем выводятся из организма. Соединения также можно в целом определить на основе класса гликона; например, биозиды представляют собой гликозиды с дисахаридным (биозным) гликоном.
В зависимости от того, лежит ли гликозидная связь «ниже» или «над» плоскостью циклической молекулы сахара, гликозиды классифицируются как α-гликозиды или β-гликозиды . Некоторые ферменты, такие как α-амилаза, могут гидролизовать только α-связи; другие, такие как эмульсин , могут влиять только на β-связи.
Между гликоном и агликоном существует четыре типа связей:
Гликозиды также классифицируются по химической природе агликона. Для целей биохимии и фармакологии это наиболее полезная классификация.
Примером алкогольного гликозида является салицин , который встречается в роде Salix . Салицин превращается в организме в салициловую кислоту , которая тесно связана с аспирином и оказывает обезболивающее , жаропонижающее и противовоспалительное действие.
Эти гликозиды содержат агликоновую группу, которая является производным антрахинона . Они обладают слабительным эффектом. Они в основном встречаются у двудольных растений, за исключением семейства Liliaceae , которые являются однодольными . Они присутствуют в сенне , ревене и видах алоэ . Антрон и антранол представляют собой восстановленные формы антрахинона.
Здесь агликон представляет собой кумарин или его производное. Примером является аптерин , который, как сообщается, расширяет коронарные артерии , а также блокирует кальциевые каналы . Другие кумариновые гликозиды получают из высушенных листьев Psoralea corylifolia .
В этом случае агликон называется бензо-гамма-пироном.
В этом случае агликон содержит циангидриновую группу. Растения, производящие цианогенные гликозиды, хранят их в вакуоли , но если растение подвергается атаке, они высвобождаются и активируются ферментами в цитоплазме . Они удаляют сахарную часть молекулы, позволяя структуре циангидрина разрушаться и выделять токсичный цианид водорода . Хранение их в неактивных формах в вакуоли предотвращает повреждение растения в обычных условиях. [6]
Помимо отпугивания травоядных животных, у некоторых растений они контролируют прорастание, образование почек , транспорт углерода и азота и, возможно, действуют как антиоксиданты. [6] Производство цианогенных гликозидов является эволюционно консервативной функцией, появляющейся у таких старых видов, как папоротники , и таких недавних, как покрытосеменные растения . [6] Эти соединения производят около 3000 видов. В ситах они обнаружены примерно у 11% культурных растений, но в целом только у 5% растений; люди, похоже, выбрали за них. [6]
Примеры включают амигдалин и пруназин , которые вырабатываются горьким миндалем ; Другими видами, которые производят цианогенные гликозиды, являются сорго (из которого впервые был выделен дуррин , первый обнаруженный цианогенный гликозид), ячмень , лен , белый клевер и маниока , которая производит линамарин и лотаустралин . [6]
Амигдалин и его синтетическое производное лаэтрил исследовались как потенциальные лекарства для лечения рака и широко рекламировались как альтернативная медицина ; они неэффективны и опасны. [7]
Некоторые виды бабочек, такие как Dryas iulia и Parnassius smintheus , научились использовать цианогенные гликозиды, содержащиеся в растениях-хозяевах, в качестве формы защиты от хищников из-за их неприятного вкуса. [8] [9]
Здесь агликон представляет собой флавоноид . Примеры этой большой группы гликозидов включают:
Среди важных эффектов флавоноидов – их антиоксидантный эффект. Также известно, что они уменьшают ломкость капилляров .
Здесь агликон представляет собой простую фенольную структуру. Примером может служить арбутин , обнаруженный в толокнянке обыкновенной Arctostaphylos uva-ursi . Оказывает мочевой антисептический эффект.
Эти соединения образуют постоянную пену при встряхивании с водой. Они также вызывают гемолиз эритроцитов . Сапониновые гликозиды содержатся в солодке . Их лекарственная ценность обусловлена отхаркивающим , кортикостероидным и противовоспалительным действием. Стероидные сапонины являются важным исходным материалом для производства полусинтетических глюкокортикоидов и других стероидных гормонов, таких как прогестерон ; например, в диком ямсе Dioscorea имеется сапогенин диосгенин в форме его гликозида диосцина. Гинзенозиды представляют собой тритерпеновые гликозиды и сапонины женьшеня из Panax ginseng (китайский женьшень) и Panax quinquefolius ( американский женьшень ). В целом использование термина сапонин в органической химии не рекомендуется, поскольку многие растительные компоненты могут образовывать пену , а многие тритерпен -гликозиды при определенных условиях являются амфиполярными, действуя как поверхностно-активные вещества . Более современное использование сапонинов в биотехнологии — в качестве адъювантов в вакцинах : Quil A и его производное QS-21 , выделенные из коры Quillaja saponaria Molina, стимулируют как иммунный ответ Th1, так и выработку цитотоксических Т-лимфоцитов (CTL) против экзогенные антигены делают их идеальными для использования в субъединичных вакцинах и вакцинах, направленных против внутриклеточных патогенов, а также в терапевтических противораковых вакцинах , но с вышеупомянутым побочным эффектом гемолиза . [10] Сапонины также являются естественными антипротозойными агентами рубца, которые могут улучшить микробную ферментацию рубца, снижая концентрацию аммиака и выработку метана у жвачных животных . [11]
В этих гликозидах агликоновая часть представляет собой стероидное ядро. Эти гликозиды обнаружены в растениях родов Digitalis , Scilla и Sphophanthus . Они используются при лечении сердечных заболеваний , например, застойной сердечной недостаточности (исторически признано, что не улучшает выживаемость; сейчас предпочтение отдается другим агентам [ нужен пример ] [ нужна медицинская ссылка ] ) и аритмии .
Эти сладкие гликозиды, содержащиеся в растении стевии Stevia rebaudiana Bertoni, имеют сладость сахарозы в 40–300 раз . Два основных гликозида, стевиозид и ребаудиозид А, используются в качестве натуральных подсластителей во многих странах. Эти гликозиды содержат стевиол в качестве агликоновой части. Глюкоза или комбинации рамнозы -глюкозы связываются с концами агликона с образованием различных соединений.
Они содержат иридоидную группу; например аукубин , генипозидовая кислота , тевиридозид, логанин , каталпол .
Поскольку в названии присутствует приставка тио- , эти соединения содержат серу . Примеры включают синигрин , содержащийся в черной горчице , и синалбин , содержащийся в белой горчице .