В химии гликозид / ˈɡl aɪkəs aɪd / представляет собой молекулу , в которой сахар связан с другой функциональной группой через гликозидную связь . Гликозиды играют многочисленные важные роли в живых организмах. Многие растения хранят химические вещества в форме неактивных гликозидов. Они могут быть активированы ферментативным гидролизом , [ 1 ] который заставляет сахарную часть отщепляться, делая химическое вещество доступным для использования. Многие такие растительные гликозиды используются в качестве лекарств . Несколько видов бабочек Heliconius способны включать эти растительные соединения в качестве формы химической защиты от хищников. [2] У животных и людей яды часто связываются с молекулами сахара в ходе их выведения из организма.
Формально гликозид — это любая молекула, в которой группа сахара связана через свой аномерный углерод с другой группой посредством гликозидной связи . Гликозиды могут быть связаны гликозидной связью O- ( O-гликозид ), N- ( гликозиламин ), S- ( тиогликозид ) или C- ( C-гликозид ). Согласно ИЮПАК , название « C -гликозид» является неправильным ; предпочтительным термином является « C -гликозильное соединение». [3] Данное определение используется ИЮПАК , который рекомендует проекцию Хаворта для правильного назначения стереохимических конфигураций. [4]
Многие авторы требуют, чтобы сахар был связан с не-сахаром , чтобы молекула могла считаться гликозидом, таким образом исключая полисахариды . Группа сахара тогда известна как гликон , а группа не-сахара как агликон или гениновая часть гликозида. Гликон может состоять из одной группы сахара ( моносахарид ), двух групп сахара ( дисахарид ) или нескольких групп сахара ( олигосахарид ).
Первым гликозидом, когда-либо идентифицированным, был амигдалин , открытый французскими химиками Пьером Робике и Антуаном Бутрон-Шарларом в 1830 году. [5]
Молекулы, содержащие N-гликозидную связь, известны как гликозиламины . Многие авторы в области биохимии называют эти соединения N-гликозидами и объединяют их в группу гликозидов; это считается неправильным названием и не одобряется Международным союзом теоретической и прикладной химии . Гликозиламины и гликозиды объединяются в группу гликоконъюгатов ; другие гликоконъюгаты включают гликопротеины , гликопептиды , пептидогликаны , гликолипиды и липополисахариды . [ требуется ссылка ]
Большая часть химии гликозидов объясняется в статье о гликозидных связях . Например, гликоновые и агликоновые части могут быть химически разделены гидролизом в присутствии кислоты и могут быть гидролизованы щелочью . Существует также множество ферментов , которые могут образовывать и разрушать гликозидные связи. Наиболее важными ферментами расщепления являются гликозидгидролазы , а наиболее важными синтетическими ферментами в природе являются гликозилтрансферазы . Были разработаны генетически измененные ферменты, называемые гликосинтазами , которые могут образовывать гликозидные связи с превосходным выходом. [ необходима цитата ]
Существует много способов химического синтеза гликозидных связей. Гликозидирование Фишера относится к синтезу гликозидов путем реакции незащищенных моносахаридов со спиртами (обычно в качестве растворителя) в присутствии сильного кислотного катализатора. Реакция Кенигса-Кнорра представляет собой конденсацию гликозилгалогенидов и спиртов в присутствии солей металлов, таких как карбонат серебра или оксид ртути . [ необходима цитата ]
Гликозиды можно классифицировать по гликону, по типу гликозидной связи и по агликону.
Если гликоновая группа гликозида — глюкоза , то молекула — глюкозид ; если это фруктоза , то молекула — фруктозид ; если это глюкуроновая кислота , то молекула — глюкуронид и т. д. В организме токсичные вещества часто связываются с глюкуроновой кислотой, чтобы повысить их растворимость в воде; полученные глюкурониды затем выводятся из организма. Соединения также можно в целом определить на основе класса гликона; например, биозиды — это гликозиды с дисахаридом (биозой) гликоном.
В зависимости от того, находится ли гликозидная связь «ниже» или «выше» плоскости 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 спиртового гликозида является салицин , который встречается в роде Salix . Салицин превращается в организме в салициловую кислоту , которая тесно связана с аспирином и обладает анальгезирующим , жаропонижающим и противовоспалительным действием.
Эти гликозиды содержат агликоновую группу, которая является производной антрахинона . Они оказывают слабительное действие. Они в основном встречаются в двудольных растениях, за исключением семейства лилейных , которые являются однодольными . Они присутствуют в сенне , ревене и видах алоэ . Антрон и антранол являются восстановленными формами антрахинона.
Здесь агликон — кумарин или его производное. Примером может служить аптерин , который, как сообщается, расширяет коронарные артерии , а также блокирует кальциевые каналы . Другие гликозиды кумарина получают из высушенных листьев Psoralea corylifolia .
В этом случае агликон называется бензо-гамма-пирон.
В этом случае агликон содержит циангидриновую группу. Растения, которые производят цианогенные гликозиды, хранят их в вакуоли , но, если растение подвергается нападению, они высвобождаются и активируются ферментами в цитоплазме . Они удаляют сахарную часть молекулы, позволяя структуре циангидрина разрушиться и высвободить токсичный цианистый водород . Хранение их в неактивных формах в вакуоли предотвращает повреждение ими растения в нормальных условиях. [6]
Наряду с ролью в сдерживании травоядных животных, у некоторых растений они контролируют прорастание, образование почек , транспорт углерода и азота и, возможно, действуют как антиоксиданты. [6] Выработка цианогенных гликозидов является эволюционно консервативной функцией, появляющейся у видов, таких старых, как папоротники , и таких современных, как покрытосеменные . [6] Эти соединения производятся примерно 3000 видами. На скрининге они обнаружены примерно у 11% культурных растений, но только у 5% растений в целом; люди, по-видимому, отбирали их. [6]
Примерами служат амигдалин и пруназин , которые вырабатываются горьким миндальным деревом; другие виды, которые вырабатывают цианогенные гликозиды, - это сорго (из которого был впервые выделен дуррин , первый идентифицированный цианогенный гликозид), ячмень , лен , белый клевер и маниока , которая вырабатывает линамарин и лотаустралин . [6]
Амигдалин и его синтетическое производное, лаэтрил , исследовались как потенциальные препараты для лечения рака и активно рекламировались как альтернативная медицина ; они неэффективны и опасны. [7]
Некоторые виды бабочек, такие как Dryas iulia и Parnassius smintheus , эволюционировали и научились использовать цианогенные гликозиды, содержащиеся в растениях-хозяевах, в качестве формы защиты от хищников из-за их невкусности. [8] [9]
Здесь агликон является флавоноидом . Примеры этой большой группы гликозидов включают:
Среди важных эффектов флавоноидов — их антиоксидантное действие. Известно также, 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 дают постоянную пену при встряхивании с водой. Они также вызывают гемолиз эритроцитов . Гликозиды сапонина обнаружены в солодке . Их лекарственная ценность обусловлена их отхаркивающим , кортикоидным и противовоспалительным действием. Стероидные сапонины являются важным исходным материалом для производства полусинтетических глюкокортикоидов и других стероидных гормонов, таких как прогестерон; например, в дикоскорее диком ямсе 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 тритерпеновые -гликозиды являются амфиполярными при определенных условиях, действуя как поверхностно-активное вещество . Более современное использование сапонинов в биотехнологии - это в качестве адъювантов в вакцинах : Quil A и его производное QS-21 , выделенные из коры Quillaja saponaria Molina, для стимуляции как иммунного ответа Th1, так и выработки цитотоксических Т-лимфоцитов (CTL) против экзогенных антигенов, что делает их идеальными для использования в субъединичных вакцинах и вакцинах, направленных против внутриклеточных патогенов, а также для терапевтических противораковых вакцин, но с вышеупомянутым побочным эффектом гемолиза . [10] Сапонины также являются естественными противопротозойными агентами рубца, которые потенциально 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 встречаются в растениях родов Digitalis , Scilla и Strophanthus . Они используются при лечении заболеваний сердца , например, застойной сердечной недостаточности (исторически, как теперь признано, не улучшает выживаемость; в настоящее время предпочтительны другие агенты [ нужен пример ] [ нужна медицинская цитата ] ) и аритмии .
Эти сладкие гликозиды, обнаруженные в растении стевия Stevia rebaudiana Bertoni, в 40–300 раз слаще сахарозы . Два основных гликозида, стевиозид и ребаудиозид А, используются в качестве натуральных подсластителей во многих странах. Эти гликозиды имеют стевиол в качестве агликоновой части. Глюкоза или комбинации рамнозы и глюкозы связаны с концами агликона, образуя различные соединения.
Они содержат иридоидную группу; например , аукубин , генипозидовая кислота , тевиридозид, логанин , каталпол .
Поскольку название содержит префикс тио- , эти соединения содержат серу . Примерами являются синигрин , обнаруженный в черной горчице , и синальбин , обнаруженный в белой горчице .