Биологический каталог




Биоорганическая химия

Автор Ю.А.Овчинников

пользуемым вариантом гидролиза метилированных полисахаридов, помимо метанолиза, является частичный гидролиз 90°о-ной муравьиной кислотой с последующим гидролизом серной кислотой в более мягких условиях, чем это требовалось бы для расщепления интактного метилированного полисахарида.

Периодатное окисление применяется практически во всех случаях установления строения полисахаридов. Наиболее часто используется расщепление по Смиту; во многих случаях оно помогает определить размер цикла и положение гликозидных связей. При окислении разветвленных полисахаридов по соотношению

образующихся глицерина (из концевых невосстанавливающих 469 звеньев) и эритрита (из звеньев, находящихся в середине цепи)

можно определить число разветвлений. Так, при расщеплении .Строение углеводов

амилопектина глицерин и эритрит образуются в соотношении 1 : 15, и углеводсодержащих

что свидетельствует о том, что один концевой моносахарид (и следо- биополимеров вательно, одно разветвление) приходится на каждые 15 звеньев полисахаридной цепи.

Классическая схема установления строения полисахаридов, включающая в качестве основных этапов определение моносаха ридного состава, типоа замещения, последоаате ьности и аномерной конфигурации моносахаридных остатков, применима только к полисахаридам, которые количественно расщепляются в условиях кислотного гидролиза (ацетолиза, метанолиза) до соответствующих моносахаридных единиц.

При анализе полисахаридов необычного стр ния состоящих из Сахаров, разрушающихся в условиях деполимеризации, или из Сахаров, гликозидные связи которых не поддаются кислотному расщеплению, классическая схема становится неэффективной из-за невозможности преодолеть даже первый ее этап, т. е. определить моно-сахаридныи состав полимера.

В качестве примера полисахаридов, структуры которых не смогли быть расшифрованы классическими методами, могут служить бактериальные полисахариды Pseud m nas aeruginosa групп 0:3 и 0:6. Такие полисахариды являются кислыми гексоэаминогликанами, полностью построенными из различных амино ахаров (среди них присутствуют дна ми ноу ро новые кислоты — ранее не встречавшиеся в природе сахара с необычными химическими свойствами). Ниже приведена структура одного из этих полисахаридов — полисахарида P. aeruginosa 0:3 а, Ь.

Необходимость структурного анализа подобного рода полисахаридов привела к созданию нового подхода, разработанного в СССР Б. А. Дмитриевым и Н К. Кочет-ковым. В его основе лежит получение максимальной информации о структуре полисахарида методами 'Н- и |3С-ЯМР-спектро<.копни, дальнейшее его расщепление на олигосахариды жидким фторидом водорода и определение структуры последних с помощью ЯМР спектроскопии масс-спектрометрии и химических превращений. При данном подходе моносахаридный состав полисахарида определяется как результат установления полной структуры, а не предшествует структурному анализу, как это имеет место в классической схеме. Таким путем и была установлена структура изображенного выше полисахарида. В результате расщепления молекулы и ряда химических превращений был получен ахарид, структуру которого удалось установить спектроскопическими методами. На основании его строения была реконструирована структура промежуточных продуктов превращений и кативного полисахарида.

Трнсаха и представляющий собой повторяющееся звено нативного полисахарида и полученный в результате обработки последнего жидким фторидом водорода, имел в своем составе, помимо N ацети фукозамина два неизвестных кислых диами носахара. После частичной деградации N ацетилфук замина периодатом, раскрытия 2-имида золи нового цикла триэтиламином, восстановления карбоксильных групп борги и м натрия в присутствии карбодиимида и ацетилирования был получен сахарид (а), структуру которого удалось полностью расшифровать по данным 'Н-и 13С-ЯМР-спектроскопии и масс-спектрометрии. Неизвестные сахара оказались производными 2 3-диамино-2,3-дидезокси 13-маннуроновой кислоты.

Современная Я MP-спектроскопия ('Н, МС,двумерная) является мощным инструментом анализа структуры полисахаридов и используется в подавляющем большинстве исследований. Этот метод позволяет определять как состав, места замещения и последовательность моиосахаридных остатков биополимера, так и его пространственное строение.

Гликопротеины

Гликопротеинами называются смешанные биополимеры, в которых молекула белка содержит ковалентно присоединенные олиго-сахаридные цепи. Длина оли госа харидных цепей и их число в гли ко протеинах варьируют в широких пределах. Молекула белка может содержать одну (интерлейкин 2 человека) или несколько сотен

(муцины подчелюстных желез животных) углеводных цепей. В свою 471

очередь, в состав углеводной цепи входит от 2 до 20 моносахаридных--

звеньев. Характеристики некоторых природных гликопротеинов Строение углеводов

представлены в таблице 17. и углеводсодержащих

Гликопротеины входят в состав всех органов, тканей и клеток биополимеров организма человека и животных; они содержатся в секреторных жидкостях и плазме крови. Функции гликопротеинов чрезвычайно разнообразны. Среди них встречаются ферменты, гормоны, белки иммунной системы, компоненты плазмы крови, муцины, рецепторы клеточных мембран и т. д.

При выделении гликопротеинов из природных источников используется набор хрома то графи ческих и электрофоретических методов, характерных для химии белков. В процессе выделения необходимо учитывать возможную микрогетерогенность гликопротеина по углеводному компоненту: во многих случаях часть молекул имеет олигосахаридные цепи, недостроенные по терминальным сахарам (в первую очередь по остаткам сиаловых кислот), что заметно сказывается на физико-химических свойствах, в частности на заряде молекул.

Широкое применение для очистки растворимых и мембранных гликопротеинов находит аффинная хроматография на иммобилизованных .пектинах, таких как конкаиавалии А, агглютинины зародышей пшеницы и бобов клещевины, лектин чечевицы.

Лектиками (старое название — фитогемагпютинины) называют у.лсводсвя з вающне белки (за исключением ферментов— глюкозидгидролаз, iликозилтранс фераз и др., также способных образовывать комплексы с углеводами). Лектины были впервые выделены в конце XIX в. из растительных источников (из бобовых культур) и обнаружены по способности агглютинировать эритроциты животных. Прошло более полувека, прежде чем было показано, что агглютинацию можно

Таблица 17.

Характеристика природных гликопротеинов

Гликопротеины Представители Молекулярная масса (тыс.) Число полипептидных цепей Число углеводных цепей Содержание углеводов (%) Типы углеводных цепей

Белки плазмы крови Фетуин 48,4 1 22,6 N гликоэидные, О-глнкозидные

рансферрин человека 77 L 1 5,9 N гпикозидная

Защитные белки Иммуноглобулин М человека 180 (мономер) 4 10 10.3 N-гликоэидные

7-Интерферон человека 25 L 2 30 N-гликоэидные

С1 компонент системы комплемента человека 393-410 6 8 N -глнкоэидн ые. О-гликоэидные

Гормоны Хорнонический гоиадо опин человека 38 2 7 30-33 N-гликоэидные О-гликоэидные

Тироидстимулиру10111ий гормон быка 28 2 23 N г нкозидн ые, О-глнкозидные

Ферменты Церулоплазмин человека 32 L 4 7-7,9 N -гликоэидные

Панкреатическая рибонуклеаза В быка 14,7 1 L 8,6 N -гликоэндная

Муцины Гликопротеин подчелюстной железы барана 1000 1 800 37-40 О-гликоэидные

Рецепторы Рецептор интерлейкина 2 человека 55 1 40 N гликозндные О-гликоэидные

преютвратнть добавлением определенного сахари,ia. На этом основании был сделан вывод, что явление агглютинации обусловливается взаимодействием лектина с углеводными цепями I ликоконъюгатов поверхности эритроцитов. Каждый лектин имеет сродство к определенному ахарн (или небольшому числу близких по структуре Сахаров), при этом, как правило, очень важную роль играет конфигурация замести-тезя у гликозидною центра. Так, наиболее известный лектин конка на валнн А имеет сродство к остаткам a-D-манно- и a-D-глюкопираноз, но не к их К-анало1ам. Большинство лектинов способно взаимодействовать с соответствующим моносахарид ним остатком, лишь если он находится на невоссганнв1ивающем конце углеводной цепи. Обычно лектины имеют более одного углеводсвязываюшеш центра. В таблице 18 приведены данные о свойствах ряда лектинов.

Вы je пение лектинов чаще всего проводится методом аффинной хроматографии с использованием в качестве лиганда соответствующего сахарнда.

Наиболее изучен лектин из бобов Canavalia ensifornns — конканавалин А. Это белок с молекулярной массой 102 000, построенный из четырех идентичных субъединиц и имеющий четыре центра связывания углеводов. При понижении рН и температуры конканавалин А переходит в форму димера. Полипептидные цепи белка имеют не совсем обычную укладкуъв которой отсутствуют а-спиральные участки,— более 50 цепи мономера образуют трехслойную (^-структуру. Дли связывания углеводов важны ионы металлов Са h и Мп'1; пока не заняты два участка связывания мета тлев, присоединение углеводов не происходит.

Важное применение лектины находят в клеточной биолоин и иммуноло1ИН, где используются как инструменты контроля за состоянием клеточной поверхности и как митогены, вызывающие бласт-траинформацию лимфоцитов. Отметим, что первые из обнаруженных лектинов — рицин из бобов клещевины Ricinus communis и абрин из бобов лакричника Abrus precalorius — были использованы П. Эрлнхом в ставших классическими опытах по изучению антителообраэования.

Лектины встречаются не только в растениях, они были обнаружены во многих животных клетках, в том числе в гепатоцитах, макрофагах, клетках легкого, сердца и т. д. Наиболее изученный из животных лектинов — лектин печени млекопитающих, специфичный к остаткам p-D-гвлактозы, ответствен за удаление из кровотока десиалированных гликопротеинов. Аналогичную функцию выполняет ман нозо-специфичиый лектин поверхности макрофагов: он связывает и таким образом способствует уничтожению макрофарамн комплексов антиген — антитело, образованных иммуноглобулинами класса М.

Функциональная роль лектинов не ясна. Высказывались предположения, что в растениях они выполняют функцию антител, необходимы для транспорта Сахаров, служат связывающим звеном в превращениях ферментов-гликопротеинов в мультиферментные комплексы. Однако многочисленные данные указывают на то. что лектины являются компонентами систем, обеспечивающих узнавание и адгезию клеток.

Наиболее распространенным типом связи в животных глико-протеинах является N-гликозидная связь, образуемая остатками N ацетилглкжозамина и [5 амидной группой аспарагина

NHAc

P-D-GlcNAc-Asn

Сигнальной последовательностью для присоединения олигосахарида служит триплет аминокислот Asn-X-Ser(Thr), где X — любая аминокислота, кроме пролина. N-Гликозидные оли госа хари дные цепи обнаружены в таких глнкопротеинах, как иммуноглобулины, фетуин, антигены тканевой совместимости и т. д. N-Гликозиламид-

ная связь относительно устойчива в мягких щелочных и кислотных 473

условиях, ио расщепляется при более жестком гидролизе (2 н. НО, -

100 3С, 10— 12 мин или 0,2 — 2 н. NaOH, 100 °С, 16 ч). Строение углеводов

Среди N гликозидных цепей гликопротеинов различают цепи, и углеводсодержащих

обогащенные остатками маннозы, и цепи сложного типа. К первым биополимеров относятся олигосахариды, в состав которых входят лишь остатки N-ацетилглюкозамина и D маннозы Углеводные цепи сложного типа, помимо названных Сахаров, содержат остатки D галактозы L-фукозы и N-ацетил- или N-гликолилнейраминовой кислот.

Базовой структурой всех N гликозидных цепей является фрагмент (а). В олигосахаридах (б), обогащенных остатками маииозы к нему присоединяются дополнительные остатки ct-D-маннозы, а в гликозидных цепях сложного типа («) — дисахариды p-D-Gal-( l-*4)-fi-D-GlcNAc и терминальные сахара —сиаловые кислоты и фукоза. В зависимости от числа диеахаридных блоков («антенн») цепи сложного типа называются биаитенными, триаи теииыми и т. д.

p-GaMI -4)-|l-GlcNAc , , V

p-Gel-( 1 *4)-H-GlcN Ac-(t -*2)-a-Man

p-Gal-( 1-4)- |i-GlcNAc-( I -2)- a-Man /6

P-GaMI —4)-p-GlcNAc1

a-Man i

p-Man-(l-.4)-(J-GlcNAc-(l—4)-(J-GlcNAc-(l-.4)-Asr /Г'

a-Man

(в)

(a)

a-Man-(I— 2)-a-Man-(l -»2)-a-Man,

p-Man-ct-Man-( I »-6)-a-Man-(1 -6)-a-Man-(1 -*6)-cc-Man

If

a-Man

If

a-Man

ff

K-Man (6)

a-Man \2

Другим типом связи в животных гликопротеинах является О-гликозидная связь между остатками N-ацетилгалактозамина и гидроксильной группой серина или треонина. Этот тип связи характерен для муцинов, групповых веществ крови, гликофорина мембран эритроцитов и т. д. О-Гликозидная связь может быть расщеплена в мягких щелочных условиях (0,1 н. NaOH, 37 °С).

сн2он

ноJ—о

1МН/

NH2 NH2 1 / 1

о—сн2снсоон /носн снсоон

NHAc СНз

a—D—GalNAc—Ser/Thr

Твблицв 18.

Лектины

Название, источник Сокращенное название Углеводная специфичность Число угле-водсвязываю-1ДНХ центров Молекулярная масса (тыс.) Мито-генлая активность

Конканавалин А (Canavalia cnsiformis) СопА Q D Man(Glc) 4 102 +

Лектин чечевицы (Lens culinaris) Q-D-Man (Glc) г 60 +

Лектин арахиса (Arac his hypogaea) PNA 0-D-Gal 110 +

Лектин сон (Glycine max) Лектин проростков пшеницы (Triticum vulgare) SBA Q.P-D-GalNAc(GaJ) G.cNAc-0(l-*4)-GlcNAc 2 4 120 36 + (в форме полимера)

Лектин фасоли (Phascolus vulgaris) РНА GalNAc 120 +

Лектин клещевины RCI /3-D- Gal 2 120

(Ricinus communis)

Лектин садовой улитки (Helix pomatia) GalNAc 6 79 -

Лектин краба (Limulus polyphcmus) NeuNAc 18 335

Во многих гликопротеинах, как сывороточных, так и мембранных, одновременно присутствуют и N- и О-гликозидные цепи. Гораздо реже встречаются другие типы углевод-белковых связей. В коллагенах, например, обнаружена связь, образованная остатками p-D-галактоэы и гидроксилизина, в растительных гликопротеинах — остатками L-арабинозы и гидрокс и пролина, а в гликопротеинах дрожжей — D маннозы и серина или треонина и т. д.

При анализе структуры углеводных цепей гликопротеинов важным этапом является определение моносахаридного состава. Здесь используются обычные методы структурного анализа углеводов, а именно: кислотный гидролиз или метанолиз с последующим хрома тографическим разделением продуктов. По моносахаридиому составу, как правило, можно судить и о типе углевод-белковых связей, в частности наличие N-ацетилгалактозамина говорит о присутствии О-гликозидных цепей.

Тип углевод-белковой связи диктует тактику получения индивидуальных олигосахаридных цепей. О-Гликозидные цепи отщепляются в условиях мягкого щелочного гидролиза в присутствии 1 М боргидрида натрия для предотвращения деструкции олигосахарида, при этом терминальный восстанавливающий моносахарид превращается в полиол. Интактные N-гликозидсвязаииые олигосахариды удается получать лишь нагреван

страница 63
< К СПИСКУ КНИГ > 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113

Скачать книгу "Биоорганическая химия" (11.1Mb)


[каталог]  [статьи]  [доска объявлений]  [обратная связь]

п»ї
Rambler's Top100 Химический каталог

Copyright © 2009
(25.11.2017)