Transcript glycoscience 2011

2011.okt.5.
GLYCOSCIENCE 2011
Szénhidrátkémia – Glikokémia – Glikobiológia
Pintér István
Szerkezeti Kémia és Biológia Laboratórium
GLYCOSCIENCE 2011
Így kezdődött…
Cukorkémia
Hermann Emil Fischer (1852-1919)
München-Erlangen-Würzburg-Berlin
Szénhidrátok és proteinek
mint a biológiában két igen fontos vegyületcsoport
(Nobel díj 1902)
Zemplén Géza (1883-1956)
Berlin (1907-1910) – Budapest (1911-1956)
cukorkémia Magyarországon (Kossuth díj 1948)
Egyszerű és összetett cukrok szerkezete és kémiai sajátságai
Szénhidrátkémia
GLYCOSCIENCE 2011
Kémia: Szénhidrátkémia - Cukorkémia
porcukor
kristálycukor
répacukor
CUKOR
kandiszcukor
süvegcukor
kockacukor
mokkacukor
nádcukor
Kémiailag azonos vegyület
GLÜKÓZ
szőlőcukor
(egyszerű cukor)
SZACCHARÓZ
(sucrose)
FRUKTÓZ
gyümölcscukor
(összetett cukor)
(egyszerű cukor)
GLYCOSCIENCE 2011
T1a
T3a
T1b
T3b
b
a
a b
c
T1c
Sz1
Sz3
c
T3c
GLÜKÓZ
szőlőcukor
T2c
c
Sz2
Sz4
b
T2b
a
T2a
T5a
1 vegyület
5 szerkezet + 3 reagens
5x3 = 15 különböző termék
b
T5b
T4c
b
Sz5
a
c
a
c
T4b
T4a
T5c
Sz1 ≠ Sz2 ≠ Sz3 ≠ Sz4 ≠ Sz5
Sz:
szerkezet
T:
termék
a,b,c: reagensek
GLYCOSCIENCE 2011
Glükóz
elemi (C H O) összetételét megmérve az eredmény:
C6H12O6 = C6(H2O)6
látszatra: 6 atom szén + 6 molekula víz
H
H C
OH
O
H
A formaldehid
összetétele:
paraformaldehid oligomer:
Bizonyíték:
H2C=O
H2nCnOn
formóz-reakció: n H2C=O
C(H2O)
Cn(H2O)n
Genetikai kapcsolat
bázis
monoszacharidok keveréke
A. Butlerov és E. Fischer
GLYCOSCIENCE 2011
D-Glükóz módosulatai
Fischer
1. Kristályosítás etanolból: színtelen kristályok, olvadáspont (op): 146°C (a)
fajlagos optikai forgatóképesség [a]D : +112,2 (víz)
2. Kristályosítás jégecetből: színtelen kristályok, olvadáspont (op): 155°C (b)
fajlagos optikai forgatóképesség [a]D : +18,7 (víz)
Fischer: 1) mi a magyarázat?
2) hogyan lehet megjeleníteni a vegyületet?
GLYCOSCIENCE 2011
Aldohexóz térszerkezete:
4 kiralitáscentrum C-atom
O
HC
HC * OH
n kiralitáscentrum C-atom
HC * OH
16 sztereoizomer (24)
HC* OH
HC* OH
H2C OH
2n sztereoizomer
GLYCOSCIENCE 2011
O
Aldohexóz térszerkezete:
HC
4 kiralitáscentrum C-atom
n kiralitáscentrum C-atom
HC * OH
HC * OH
16 sztereoizomer (24)
2n sztereoizomer
HC* OH
HC* OH
H2C OH
Melyik a glükóz?
O
HC
O
HC
O
HC
H C * OH HO C * H
O
HC
H C * OH
HC
O
HC
HO C * H
H C * OH
HO C * H
H C * OH
O
HC
HO C * H
O
HC
H C * OH
H C * OH
H C* OH
H C* OH
H C* OH
H C* OH HO C* H
H C* OH
H C* OH
H C* OH
H C* OH
H C* OH
H C* OH
H C* OH
H C* OH
H2C OH
H2C OH
H2C OH
H2C OH
H2C OH
H2C OH
H2C OH
H2C OH
O
HO C * H
O
O
HC
H C * OH
HC
HO C * H
H C * OH
O
HC
HO C * H
H C * OH
HO C * H
HO C * H
HO C* H
HO C* H
HO C* H
HO C* H
HO C* H
HO C* H
HO C* H
HO C* H
H2C OH
H2C OH
H2C OH
H2C OH
HO C* H
O
HC
H C * OH
HO C * H
H C * OH HO C * H
HO C * H
H C * OH
HC
HO C * H
O
H C* OH
HO C* H
H2C OH
HO C* H
O
HC
H C * OH
HO C * H
H C* OH
HO C* H
H2C OH
HO C * H
HO C* H
O
HC
HO C * H
O
HC
H C * OH
H C * OH
H C * OH
H C* OH
H C* OH
HO C* H
H2C OH
HO C* H
H2C OH
GLYCOSCIENCE 2011
Glicerinaldehid térszerkezete
Aldotrióz
HC
O
HC * OH
1 kiralitáscentrum C-atom
2 sztereoizomer (21)
H2C OH
Királis molekula: Nem azonos a saját tükörképével!
Fischer projekció: a molekulát sikba vetítve a szénlánc függőleges, a többi szubsztituens vízszintes
O
HC
HC
O
CH
HC
H C * OH
H2C OH
O
C
HO C * H
C
CH2OH
H
HOCH2
H
H2C OH
HO
HO
O
HC
HC
tükörsík
H C * OH
O
O
O
HO C* H
HC
H2C OH
H2C OH
C
D-
CH2OH
HO
D-(+)-
H
Több királis centrum: Fischer konvenció: D-konfiguráció, ha a legutolsó királis szénatom HOszubsztituense jobbra áll
LL-(-)-
GLYCOSCIENCE 2011
O
Aldohexóz térszerkezete:
HC
4 kiralitáscentrum C-atom
n kiralitáscentrum C-atom
HC * OH
HC * OH
16 sztereoizomer (24)
2n sztereoizomer
HC* OH
HC* OH
H2C OH
Melyik a glükóz?
O
HC
D-
O
HC
HC
H C * OH HO C * H
O
HC
H C * OH
HC
O
HC
HO C * H
H C * OH
HO C * H
H C * OH
O
HC
HO C * H
O
HC
H C * OH
H C* OH
H C* OH
H C* OH
H C* OH HO C* H
H C* OH
H C* OH
H C* OH
H C* OH
H C* OH
H C* OH
H C* OH
H C* OH
H2C OH
H2C OH
H2C OH
H2C OH
H2C OH
H2C OH
H2C OH
H2C OH
HO C * H
O
O
HC
H C * OH
HC
HO C * H
H C * OH
O
HC
HO C * H
H C * OH
HO C * H
HO C * H
HO C* H
HO C* H
HO C* H
HO C* H
HO C* H
HO C* H
HO C* H
HO C* H
H2C OH
H2C OH
H2C OH
H2C OH
HO C* H
O
HC
H C * OH
HO C * H
H C * OH HO C * H
HO C * H
H C * OH
O
HO C * H
O
H C * OH
HC
L-
O
H C* OH
HO C* H
H2C OH
HO C* H
O
HC
H C * OH
HO C * H
H C* OH
HO C* H
H2C OH
HO C * H
HO C* H
O
HC
HO C * H
O
HC
H C * OH
H C * OH
H C * OH
H C* OH
H C* OH
HO C* H
H2C OH
HO C* H
H2C OH
GLYCOSCIENCE 2011
O
Aldohexóz térszerkezete:
HC
4 kiralitáscentrum C-atom
n kiralitáscentrum C-atom
HC * OH
HC * OH
16 sztereoizomer (24)
2n sztereoizomer
HC* OH
HC* OH
Epimer: C-2 atomon ellentétes állású HO-csoportok
H2C OH
O
HC
O
HC
H C * OH HO C * H
D-
O
HC
H C * OH
O
HC
HO C * H
H C * OH
HO C * H
H C * OH
O
HC
HO C * H
O
HC
H C * OH
H C* OH
H C* OH
H C* OH
H C* OH HO C* H
H C* OH
H C* OH
H C* OH
H C* OH
H C* OH
H C* OH
H C* OH
H C* OH
H2C OH
H2C OH
H2C OH
H2C OH
H2C OH
H2C OH
H2C OH
H2C OH
allóz
altróz
glükóz
HO C * H
O
O
HC
H C * OH
mannóz
HC
HO C * H
H C * OH
O
HC
H C * OH
HO C * H
HO C* H
HO C* H
HO C* H
HO C* H
HO C* H
HO C* H
HO C* H
HO C* H
H2C OH
H2C OH
O
HC
HO C * H
HO C * H
H2C OH
HO C* H
idóz
H C * OH
HO C * H
H2C OH
gulóz
H C * OH HO C * H
HO C * H
H C * OH
O
HO C * H
O
HC
H C * OH
HC
L-
O
HC
H C* OH
HO C* H
H2C OH
HO C* H
galaktóz
O
HC
H C * OH
HO C * H
H C* OH
HO C* H
H2C OH
HO C * H
HO C* H
talóz
O
HC
HO C * H
O
HC
H C * OH
H C * OH
H C * OH
H C* OH
H C* OH
HO C* H
H2C OH
HO C* H
H2C OH
GLYCOSCIENCE 2011
D-Glükóz módosulatai
Fischer
1. Kristályosítás etanolból: színtelen kristályok, olvadáspont (op): 146°C (a)
fajlagos optikai forgatóképesség [a]D : +112,2 (víz)
Nem D- és Lantipódok
2. Kristályosítás jégecetből: színtelen kristályok, olvadáspont (op): 155°C (b)
fajlagos optikai forgatóképesség [a]D : +18,7 (víz)
Diasztereomerek
Hogyan?
Kristálydimorfizmus?
GLYCOSCIENCE 2011
Reakció: aldehid + alkohol
HO
+
Intermolekulás reakció
O
CH3
HC
* OH
CH3
HC
O
R
R
Aldehid-felacetál
Intramolekulás reakció:
H
*
OH
H
*
O
OH
O
O
OH
HO
H
OH
OH
OH
OH
OH
1,3-félacetál
OH
OH
HO
1,2-félacetál
OH
H
*
OH
OH
OH
OH
HO
O
OH
D-glükóz
H
*
OH
OH
HO
O
OH
CH 2OH
CH 2OH
1,5-félacetál
1,4-félacetál
Egyszerűsített Fischer képlet
GLYCOSCIENCE 2011
Reakció: aldehid + alkohol
HO
+
Intermolekulás reakció
O
CH3
HC
* OH
CH3
HC
O
R
R
Aldehid-felacetál
Intramolekulás reakció:
H
OH
*
H
*
OH
O
OH
O
O
OH
HO
H
OH
OH
OH
OH
OH
OH
HO
1,3-félacetál
1,2-félacetál
OH
H2C
O
5
4
OH
H
OH
2
1
2
*
H
OH
HO
3
≡
*
OH
OH
OH
OH
1
3
HO
4
H
O
D-glükóz
OH
2
HO
5
OH
OH
3
1,5-félacetál
D-glükopiranóz
OH
H2C
OH
≡
H
O
5
O
CH 2OH
Egyszerűsített Haworth képlet
O
OH
1
4
5
CH 2OH
OH
*
4
OH
2
3
*
1
OH
Egyszerűsített Haworth képlet
1,4-félacetál
D-glükofuranóz
O
Egyszerűsített Fischer képlet
tetrahidropirán
OH
tetrahidrofurán
GLYCOSCIENCE 2011
Új kiralitáscentrum: C-1
H2C
két új sztereoizomer: konfigurációs izomerek
OH
OH
Egyszerűsített Haworth képlet
O
H
O
H
*
OH
OH
H2C
OH
OH
*
OH
HO
OH
OH
D-glükopiranóz
H2C
D-glükofuranóz
OH
H2C
OH
O
OH
OH
OH
OH
OH
b-D- glükopiranóz
anomer
O
OH
H
H
HO
OH
OH
O
HO
O
HO
H
OH
HO
O
OH
OH
CH 2OH
b-D- glükofuranóz
anomer
OH
OH
HO
OH
a-D- glükofuranóz
C-1: anomer C-atom
HO
OH
O
OH
OH
a-D- glükopiranóz
OH
OH
HO
OH
OH
H2C
O
OH
HO
H
OH
OH
H2C
O OH
CH 2OH
Egyszerűsített Fischer képlet
CH 2OH
OH
CH 2OH
GLYCOSCIENCE 2011
Teterahidropirán gyűrű térszerkezete
H
H
H
120°
H
C
O
H
C
C
C
109,5°
H
C
C
H H H H
H
H
H
C
C
H
H
C
C
H
H
H
H
H
C
H
axiális (a)
pszeudorotáció
H
C
H
H
C
H
Tetrahidropirán
H
H
C
H O
C
H
C
H
C
H
H
ekvatoriális (e)
O
C
H
H
H
Nem egyetlen lépés!
szék- (chair) forma
O
H
C
C
H
C
H
H
H
GLYCOSCIENCE 2011
a-D-Glükopiranóz konformációs állapotai
H2C
H
OH
O
?
OH
HO
C
H H
C
H
H
C
O
C
H
C
H
H
H
OH
H
OH
Haworth képlet:
konfigurációs különbségek
H
C
H H
C
H
C
H
H
H
O
C
C
H
H
C
H H
C
OH
H
H
H
C
H
H
H
C
O
C
OH
OH
C
H HO
C
H
O
C
OH
OH
H
≡
4
HO
HO
H
C
H
H
H
C
C
HO HO
C
H
H
O
C
OH
OH
H
=
HO
HO
1,4B
H
O
=
4
OH
OH
OH
a-D-glükopiranóz
szék konformáció
C
OH
OH
1
OH
OH
a-D-glükopiranóz
O
1
O
OH
C
OH
4
O
H
HO
OH
OH 1
4C
1
H
C
H
OH
OH
H
H2C
C
C
HO H
C
H
OH
H
C
a-D-glükopiranóz
(kád) konformáció
1C
4
szék konformáció
Reeves képlet: megjeleníti a konformációs különbségeket is!
Hasonlóan az összes monoszacharidnál
új családfák
GLYCOSCIENCE 2011
D-Aldózok családfája (nyíltláncú forma):
Egyszerűsített Fischer képlet
HC
O
OH
H2C OH
D-glicerinaldehid
O
O
HC
HC
HO
OH
OH
OH
H2C OH
H2C OH
D-eritróz
D-treóz
O
O
HC
O
HC
OH
HO
OH
OH
H2C OH
OH
H2C OH
O
HC
OH
O
HC
HO
OH
O
D-xilóz
D-lixóz
O
HO
OH
OH
OH
OH
OH
H2C OH
H2C OH
H2C OH
O
HC
OH
OH
OH
D-glükóz
OH
H2C OH
HO
OH
OH
D-altróz
OH
H2C OH
HC
OH
D-allóz
HO
O
HC
OH
HO
HO
HO
D-arabinóz
O
HC
HC
OH
OH
D-ribóz
O
HC
HO
O
HC
HO
HC
OH
OH
HO
HO
HO
HO
HO
HO
OH
OH
OH
OH
H2C OH
H2C OH
H2C OH
H2C OH
H2C OH
D-mannóz
D-gulóz
D-idóz
D-galaktóz
D-talóz
GLYCOSCIENCE 2011
D-Ketózok családfája (nyíltláncú forma):
Egyszerűsített Fischer képlet
H2C OH
C O
H C OH
H2C OH
D-glicero-tetrulóz
H2C OH
H2C OH
C O
C O
H C OH
H C OH
H C OH
HO C H
H2C OH
H2C OH
D-xilulóz
Threo-pentulóz
D-ribulóz
Eritro-pentulóz
H2C OH
C O
H C OH
H2C OH
C O
HO C H
H2C OH
C O
H C OH
H2C OH
C O
HO C H
H C OH
H C OH
H C OH
H C OH
H C OH
H C OH
H2C OH
H2C OH
H2C OH
H2C OH
D-pszikóz
D-fruktóz
HO C H
D-szorbóz
HO C H
D-tagatóz
GLYCOSCIENCE 2011
a-D-Aldofuranózok családfája:
Egyszerűsített Haworth képlet
(Minimum 4 C-atom)
O
O
OH
OH
OH
OH
OH
OH
a-D-eritrofuranóz
a-D-treofuranóz
CH2OH
CH2OH O
CH2OH
O
HO
OH
OH
HO
O
HO
O
OH
OH
O
OH
O
O
O
OH
OH
a-D-altrofuranóz
OH
OH
OH
OH
OH
OH
a-D-glükofuranóz
O
a-D-mannofuranóz
a-D-gulofuranóz
O
OH
OH
OH
OH
CH2OH
a-D-allofuranóz
a-D-lixofuranóz
OH
HO
OH
OH
a-D-xilofuranóz
CH2OH
CH2OH
OH
OH
OH
a-D-arabinofuranóz
CH2OH
OH
OH
OH
OH
a-D-ribofuranóz
HO
OH
OH
OH
OH
CH2OH
CH2OH O
O
OH
a-D-idofuranóz
OH
OH
OH
CH2OH
OH
OH
OH
CH2OH
a-D-galaktofuranóz
OH
CH2OH
a-D-talofuranóz
GLYCOSCIENCE 2011
a-D-Ketofuranózok családfája:
Egyszerűsített Haworth képlet
(Minimum 5 C-atom)
OH
OH
O
O
OH
OH
OH
OH
OH
OH
a-D-ribulofuranóz
HO
OH
a-D-xilulofuranóz
HO
OH
O
OH
OH
a-D-pszikofuranóz
HO
OH
O
O
OH
OH
OH
OH
HO
O
OH
OH
OH
OH
a-D-fruktofuranóz
OH
OH
OH
a-D-szorbofuranóz
a-D-tagatofuranóz
GLYCOSCIENCE 2011
a-D-Aldopiranózok családfája:
Egyszerűsített Haworth képlet
(Minimum 5 C-atom)
O
O
O
OH
HO
OH
OH
HO
a-D-ribopiranóz
OH
HO
OH
OH
OH
a-D-allopiranóz
HO
OH
a-D-altropiranóz
OH
OH
OH
HO
OH
O
O
O
OH
OH
O
HO
OH
O
HO
OH
OH
OH
a-D-gulopiranóz
OH
O
HO
OH
OH
a-D-mannopiranóz
a-D-lixopiranóz
OH
OH
HO
OH
a-D-glükopiranóz
OH
HO
a-D-xilopiranóz
OH
OH
OH
OH
OH
OH
a-D-arabinopiranóz
OH
O
OH
HO
OH
OH
OH
O
OH
OH
a-D-idopiranóz
OH
OH
OH
OH
OH
O
HO
OH
a-D-galaktopiranóz
a-D-talopiranóz
GLYCOSCIENCE 2011
a-D-Ketopiranózok családfája:
Egyszerűsített Haworth képlet
(Minimum 6 C-atom)
OH
O
OH
O
OH
HO
OH
OH
OH
a-D-pszikopiranóz
HO
OH
O
OH
OH
OH
OH
a-D-fruktopiranóz
HO
OH
OH
O
HO
OH
OH
OH
a-D-szorbopiranóz
a-D-tagatopiranóz
GLYCOSCIENCE 2011
a-D-Aldopiranózok 4C1 konformációs képletei:
Egyszerűsített Reeves képlet
O
HO
HO
OH
OH
HO
a-D-ribopiranóz
OH
O
OH
HO
HO
OH
a-D-allopiranóz
OH
OH
O
OH
HO
HO
HO
O
HO
HO
OH
OH
a-D-altropiranóz
OH
a-D-mannopiranóz
HO
HO
OH
a-D-lixopiranóz
OH
O
HO
a-D-gulopiranóz
O
OH
OH
HO
OH OH
OH
OH
a-D-xilopiranóz
HO
O
OH
HO
HO
a-D-glükopiranóz
O
OH
OH
a-D-arabinopiranóz
OH
HO
O
OH
HO
HO
a-D-idopiranóz
HO
O
O
OH
HO
OH
O
OH
HO
OH
OH
HO
OH
OH
a-D-galaktopiranóz
OH
a-D-talopiranóz
GLYCOSCIENCE 2011
Házi feladat
b-L-Aldopiranózok 1C4 konformációs képletei:
Egyszerűsített Reeves képlet
GLYCOSCIENCE 2011
a-D-Ketopiranózok családfája (4C1 konformáció):
O
HO
HO
OH
O
OH
HO
OH
a-D-pszikopiranóz
HO
O
HO
OH
OH
Egyszerűsített Reeves képlet
OH
a-D-fruktopiranóz
HO
OH
OH
OH
a-D-szorbopiranóz
HO
HO
O
OH
OH
OH
a-D-tagatopiranóz
GLYCOSCIENCE 2011
D-Glükóz módosulatai
Fischer
1. Kristályosítás etanolból: színtelen kristályok, olvadáspont (op): 146°C (a)
Nem D- és Lantipódok
fajlagos optikai forgatóképesség [a]D : +112,2 (víz)
2. Kristályosítás jégecetből: színtelen kristályok, olvadáspont (op): 155°C (b)
fajlagos optikai forgatóképesség [a]D : +18,7 (víz)
Diasztereomerek
Kristálydimorfizmus?
OH
CH2OH
O
HO
OH
O
OH
HO
OH
OH
OH
O
HC
OH
OH
a-D-glükopiranóz
a-D-glükofuranóz
HO
OH
OH
OH
O OH
HO
OH
O
al-D-glükóz
OH
OH
HO
OH
b-D-glükopiranóz
Melyik kettő az öt szerkezet közül?
CH2OH
H2C OH
OH
b-D-glükofuranóz
GLYCOSCIENCE 2011
D-Glükóz konfigurációs és konformációs egyensúlyai vizes oldatban
CH2OH
HO
OH
OH
O
OH
HO
HO
OH
O
OH
OH
OH
OH
HO
O
OH
OH
O
a-D-glükopiranóz 1C4
a-D-glükopiranóz 4C1
HC
OH
a-D-glükofuranóz
HO
OH
OH
H2C OH
al-D-glükóz
HO
OH
OH
O
OH
HO
HO
OH
b-D-glükopiranóz 1C4
CH2OH
OH
HO
O
OH
O
OH
OH
OH
OH
b-D-glükopiranóz 4C1
b-D-glükofuranóz
Melyik szerkezet van a legnagyobb arányban – azaz
melyik a legstabilabb?
Mi szabja meg?
A molekula összenergiája: stabilizáló és destabilizáló effektusok eredője
GLYCOSCIENCE 2011
D-glükóz
O
HC
OH
HO
OH
OH
H2C OH
al-D-glükóz
GLYCOSCIENCE 2011
D-Glükopiranóz konfigurációs és konformációs egyensúlyai
HO
H
OH
OH
H
O
OH
konform.
OH
OH
OH
O
HO
HO
H
a-D-glükopiranóz 1C4
a-D-glükóz
OH
a-D-glükopiranóz 4C1
konfig.
Fischer
konfig.
HO
OH
OH
O
OH
H
konform.
HO
HO
OH
b-D-glükopiranóz 1C4
OH
O
OH
OH
b-D-glükopiranóz 4C1
b-D-glükóz
GLYCOSCIENCE 2011
Házi feladat
Bizonyítás: miért a b-D-glükopiranóz 4C1 konformáció a legstabilabb?
Egyszerűsített Reeves képlet
GLYCOSCIENCE 2011
D-Glükopiranóz konfigurációs egyensúlya vizes oldatban
OH
H
H
O
HO
HO
OH
H
OH
Számított energiakülönbség
0,90 kcal / mol
O
HO
HO
OH
OH
OH
a-D-glükopiranóz 4C1
36%
Lemieux
Anomer effektus:
b-D-glükopiranóz 4C1
64%
Mért energiakülönbség
DE
0,55 kcal / mol
0,35 kcal / mol
az anomer C-atom elektronszívó szubsztituense axiális állásának preferenciája
axiális nem a!
Elektronszívó szubsztituensek: CH3O, Cl, Br, CH3COO…
GLYCOSCIENCE 2011
Anomer effektus
OAc
OAc
O
AcO
AcO
O
AcO
AcO
OCH3
OAc
OAc
OCH3
67%
33%
OAc
OAc
O
AcO
AcO
O
AcO
AcO
Cl
OAc
OAc
Cl
99%
1%
Kritika: kérdéses, hogy a szubsztituens effektusának tulajdonítható?
Kivétel
OAc
AcO
AcO
O
AcO
OAc
OAc
+
O
+
N
N
OAc
OAc
CH3
CH3
A pozitív N-atom erős elektronszívó!
2-2 axiális állású szubsztituens!
ekvatoriális preferencia
Inverz (reverse) anomer effektus
GLYCOSCIENCE 2011
Anomer effektus értelmezése
Különböző elméleti megközelítések:
MO (molekulapálya elméleti) – pályaszimmetria elv
AcO
AcO
AcO
AcO
O
AcO
AcO
OAc
Cl
OAc
Cl
n
O
s* átmenet
szimmetria megengedett
GLYCOSCIENCE 2011
Nevezéktanok kapcsolata
O
O
HC
Fischer: D- és L-
C
H
konvenció
HC
*
OH
C
HO
H2C OH
*
H
H2C OH
D-
LGlicerinaldehid
Cahn-Ingold-Prelog: R- és Sa) prioritási sorrend: O > N > C > H;
-COOH > -HCO > CH2OH > CH3;
b) körüljárás iránya („volánszabály”): jobbforgású (R rectus)
balforgású (S sinister)
O
O
HC
CH
C
C
CH2OH
H
HO
R-
HOCH2
H
HO
S-
Több királis C-atom: minden egyes centrumra külön meghatározni!
GLYCOSCIENCE 2011
D-Glükóz
O
HC
(S)
OH
(R)
OH
OH
(R)
HO
(R)
Csak erre az esetre:
szubsztituens változtatás megfordíthatja a konfigurációt!
H2C OH
2R,3S,4R,5R-2,3,4,5,6-pentahidroxi-hexanal
A szénhidrákémia megtartotta a tradicionális nevezéktanát:
O
HC
O
HC
OH
O
HC
HO
OH
HO
HO
OH
OH
OH
OH
H2C OH
H 2C OH
D-glükopentahidroxi-hexanal
D-manno-
HO
HO
H2C OH
L-arabinotetrahidroxi-pentanal
GLYCOSCIENCE 2011
Szénhidrátok általános reakciói:
Vannak?
Nincsenek?
Mit tekintsünk általános reakciónak?
Különböző molekulák azonos funkciójának átalakítása azonos reagenssel, azonos körülmények között
adott vegyületcsoporton belül ugyanolyan eredményre vezet.
Szénhidrátok reakciói
Monoszacharidok reakciói
A monoszacharid molekulák reakciókészségét meghatározzák:
1. Reagáló csoportok – funkciók
2. Sztérikus effektusok
3. Reakciókörülmények: reagens, katalizátor, reakcióközeg, hőfok, stb.
GLYCOSCIENCE 2011
1. Monoszacharidok reagáló csoportjai – funkciói
a) karbonil-csoportok – anomer C-atom :
O
H2C OH
HC
OH
OH
HO
HO
HO
OH
OH
O
HO
O
OH
O
OH
HO
OH
OH
OH
OH
OH
HO
H2C OH
H2C OH
aldehid
aldóz
keton
ketóz
b) hidroxi-csoportok:
OH
HO
HO
OH
O
OH
HO
HO
OH
primer
OH
O
OH
O
HO
HO
OH
OH
félacetál
szekunder
és analógjaik: SH, NH2
c) C-H funkciók: nem anomer C-atomok
OH
OH
HO
HO
O
OH
OH
GLYCOSCIENCE 2011
Anomer C-atomok reakciói:
OH
HO
HO
OH
OH
O
O

OH

OH
Reakciópartnerek: nukleofilek
a) O-nukleofilek
→
acetálok, glikozidok
b) S-nukleofilek
→
tioacetálok, tioglikozidok
c) N-nukleofilek
→
glikozilaminok, iminek
d) C-nukleofilek
→
C-glikozidok, aldolok
f) H-nukleofilek
→
glikozil-halogenidek
cukoralkoholok
+
OH

OH
elektrofil centrum
e) Hlg-nukleofilek →

OH
+
GLYCOSCIENCE 2011
Glükóz + H2O (vizes oldat):
H3O+ + OH-
H2O amfoter partner: proton donor és proton akceptor: H2O +
H2O
CH2OH
HO
OH
OH
O
OH
H2O
HO
HO
OH
OH
OH
H2O
a-D-glükopiranóz 1C4
OH
O
OH
OH
OH
HO
H2O
O
a-D-glükopiranóz 4C1
O
HC
H2O
b-D-glükofuranóz
OH
HO
OH
OH
H2O
H2O
H2C OH
H2O
al-D-glükóz
H2O
HO
OH
OH
O
OH
H2O
OH
b-D-glükopiranóz 1C4
CH2OH
OH
HO
HO
HO
O
H2O
OH
OH
OH
OH
b-D-glükopiranóz 4C1
a-D-glükofuranóz
„láthatatlan
reakció”
Mikor látható?
O
OH
GLYCOSCIENCE 2011
a) Izotóp jelzés: 18O
HO
HO
HO
HO
O
OH
H218O
OH
HO
HO
HO
O
H218O
18
OH
OH
HO
HO
O
látható reakció
OH
18
OH
b) Optikai forgatás:
OH
HO
HO
OH
O
OH
H2O
H2O
?
O
OH
OH
OH
[a]D : +112,2
HO
HO
[a]D : +52,7
(egyensúly)
Mutarotáció
[a]D : +18,7
GLYCOSCIENCE 2011
Reakciók O-nukleofilekkel: acetálok, glikozidok
HO
O
1. Acetálok
OH
HO
OH
OH
OH
CH3OH
+
H
H3CO
OCH 3
OH
HO
OH
OH
OH
félacetál
CH3OH
+
H
OCH 3
OH
HO
OH
OH
OH
acetál
GLYCOSCIENCE 2011
Reakciók O-nukleofilekkel: acetálok, glikozidok
HO
O
1. Acetálok
OH
CH3OH
+
H
HO
OH
OH
OH
H3CO
OCH 3
OH
OH
CH3OH
+
H
HO
OH
OH
OH
HO
OH
OH
OH
félacetál
acetál
2. Glikozidok (monociklusos acetálok)
félacetálos OH helyettesítése
Fischer glikozilezés: CH3-glikozidok
OH
OH
O
HO
HO
OCH 3
OH
OH
CH3OH
+
H
OH
O
HO
HO
+
O
HO
HO
O
OH O
OH
CH3
CH3
66%
32,5%
aglikon
OH
OH
OH
OH
O
OH
O
OH
OH
CH3OH
+
H
OH
O CH
3
+
OH
OH
0,6%
O-CH3 hanem OH
O
O
OH
OH
Nem O-H
CH3
OH
OCH3 !!!
0,9%
GLYCOSCIENCE 2011
Xilóz glikozilezése (Fischer):
HCl (0,5%) / MeOH; 25°C
kinetikai kontroll
O
HO
HO
OH
OH
CH3OH
+
H
OH
O
OH
O
+
OH
O
OH
CH3
CH3
O
OH
OH
O
HO
HO
OH O
+
HO
HO
CH3
O
O
OH
CH3
termodinamikai kontroll
GLYCOSCIENCE 2011
Fischer glikozilezés:
Metil-D-glikozidok egyensúlyi elegyei (%) metanolban
Monoszacharid
Ribóz
Arabinóz
a-Fur
b-Fur
Furanozidok
a-Pir
b-Pir
Piranozidok
5
17
22
12
66
78
22
7
29
24
47
71
2-O-Me-Arabinóz
67
33
3-O-Me-Arabinóz
51
49
2,3-O-Me2-arabinóz
75
25
Xilóz
2
3
5
65
30
95
Lixóz
1
0
1
89
10
99
Glükóz
0,6
0,9
1,5
66
32,5
98,5
Mannóz
0,7
0
0,7
94
5,3
99,3
6
16
22
58
20
78
Galaktóz
GLYCOSCIENCE 2011
Termodinamikai stabilitás - szerkezet
Ribofuranozid
Arabinofuranozid
HO
O
HO
CH3
O
O
O
O
OH
HO
<
O
OH
HO
HO
O
CH3
OH
OH
CH3
OH
a-
b-
HO
>
O
OH
a-
2,3-O-Me2-a-arabinopiranozid
b-
2,3-O-Me2-a-arabinofuranozid
HO
HO
O
O
H3C O
O
CH3
HO
CH3
O
<
CH3
O
O
OH
b-Galaktofuranozid
H3C
O
O
O
OH
CH3
H3C
OH
HO
<
CH3
O
CH3
b-Mannofuranozid
CH3
O
O
<<
O
O
CH3
OH
HO
HO
OH
O
CH3
GLYCOSCIENCE 2011
Monoszacharidok kölcsönös reakciói
OH
Intermolekulás reakció
HO
HO
O
OH
C
OH
1,6’1,4’OH
OH
O
HO
HO
OH
1,3’-
HO
HO
OH
OH
OH
1,1’-a-
A partner lehet más piranóz, pl
1,1’-bO
HO
HO
1,2’OH
OH
O
vagy furanóz, pl
CH2OH O
OH
OH
OH
OH
Diszacharidok: 2 monoszacharid
Formális reakciók: a valóságban bonyolultabb!
Triszacharidok: 3 monoszacharid
Oligoszacharidok: <10 monoszacharid
Poliszacharidok: >10 monoszacharid
A kapcsolódási variációk és szerkezetek száma:
∞
GLYCOSCIENCE 2011
Reakciók S-nukleofilekkel: tioacetálok, tioglikozidok
R-SH
H2S → R-SH
R: alkil (tioalkoholok, merkaptánok), aril (tiofenolok)
Tioacetálok
H5C2S
HO
HO
HO
OH
O
OH
C2H5SH
OH
HO
OH
OH
OH
HCl / H 2O
O
SC2H5
Ac 2O / H
HgCl 2 / H 2O
Glükóz-dietilditioacetál
Oka: S (nukleofilitás ) >> O (nukleofilitás )
>>
S atom
>>
O atom
S (elektronegativitás) < O (elektronegativitás)
OOCCH 3
+
H3CCOO
OOCCH 3
OOCCH 3
OOCCH 3
Penta-O-acetilal-glükóz
Stabilis al-forma
GLYCOSCIENCE 2011
Reakciók S-nukleofilekkel
Tioglikozidok (reaktív intermedierek)
OH
OH
HO
O
SC2H5
OH
Hg
+
HO
HO
HO
OH
SC2H5
OH
HCl / H 2O
OH
SC2H5
OH
(a+b)-etiltio-glükofuranozid
RY
E+X-
-
E+ X
OR
RO
E
O
O
RO
RO
+
SC2H5
OR
OR
jó kilépő csoport
OR
OR
RO
O
Nu
Nu
OR
OR
RO
RO
O
OR
Nu
Nu
E
+
-
X
OR
SC2H5
(a+b)-etiltio-glükopiranozid
Glükóz-dietil-ditioacetál
RY
OR
O
HO
HO
SC2H5
X
GLYCOSCIENCE 2011
Reakciók N-nukleofilekkel: glikozilaminok, iminek
→
NH3
R-NH2
→
R1R2NH
R: alkil, aril, aralkil, heterociklusos, aminosav; heteroatom (O, N)
1. Glikozilaminok = N-glikozidok
H2N
O
HO
HO
OH
HO
N
HO
OH
[hev]
O
HO
HO
OH
OH
OH
glükóz
+
OH
HN
HO
OH
HO
O
HO
HO
NH
OH
N-fenil-a-glükozilamin
N-fenil-b-glükozilamin
Termodinamikai stabilitás: sztérikus, anomer effektus
2. Oximok
N
HO
OH
O
HO
HO
H2NOH
OH
mannóz
OH
N
HO
HO
OH
OH
OH
al-mannóz-oxim
RY
O
OH
RO
RO
R’CHO
OR
OR
OR
védett al-mannóz-oxim
RO
RO
OR
OR
OR
védett al-D-mannóz
Stabilis al-forma
GLYCOSCIENCE 2011
Reakciók C-nukleofilekkel: szénlánchosszabbítás, C-glikozidok, aldol származékok
C-nukleofilek: C-anion vagy negatív polározottságú C-atom ?
C-atom, amelyről könnyen hasad le pozitív ion, pl. H+ vagy Kat+
Z
Z
CH4
- +
R
C
H
BQ
-
R
+
C Q
+
- +
BH
-
C
...
Q
X
X
X
Z
R
X, Z: elektronvonzó szubsztituensek (C≡N, NO2, COOR…) [Hlg]
B: H, OH, OCH3, OC(CH3)3; Q: Na, K, etc
R: H, alkil, aril, etc
1. Példa: formóz reakció
-
HC- O
formaldehid anion
C-nukleofilek
-
a) cianid anion: C≡N
b) nitrometán: CH3NO2
c) Grignard reagens: R-CH2-Mg-Br
-
d) karbidok: Ca2+(C≡CH) 2 (Ca-acetilid
(karbid-, acetilén lámpa)
alkalmasak a monoszacharid szénláncának a meghosszabbítására
GLYCOSCIENCE 2011
Glikozidok
Reakciók C-nukleofilekkel:
OR
f) (aktivált anomer C-atom)
C-glikozidok
O
RO
RO
X R
OR
R = H, védőcsoport
X = O, S, N, ill. C
OR
OR
RO
RO
O
OR L
Q
CH2
R'
RO
RO
OR
O
CH2
+
RO
RO
O
R'
OR
OR
CH2
R'
R = védőcsoport
L = jó kilépő csoport (leaving group) (erős negatív polározottság, pl. Hlg, TsO, TfO…)
R’ = alkil, aril, heteroaril…
Q = aktiváló csoport: Li, MgBr…
Eredmény: 1) szénlánc (1+R’C) növelése
2) nincs új királis C-atom ! -- de sztereoszelektív reakció!
Alkalmazás: a) totálszintézis: természetes molekulák alkotóelemeiként,
b) biológiai folyamatok modellezése
GLYCOSCIENCE 2011
Reakciók Hlg-nukleofilekkel: glikozil-halogenidek
Hlg-nukleofilek: HF, HCl, HBr, HI anionjai
OH
O
OH
HO
HO
OH
OH
HBr
H2O
HO
HO
OH
OH
OH
Br
OH
brómhidrin: nem stabilis
mannóz
OAc
OAc
AcO
O
OH
HO
HO
Br
O
OAc
HBr
AcO
AcO
OAc
O
OAc
Nu
AcO
OAc
penta-O-acetil-mannóz
AcOH
AcO
AcO
Br
tetra-O-acetil-a-mannozil-bromid
acetobróm-mannóz
a-anomer → anomer effektus
Reaktív intermedier
O
OAc
Nu
GLYCOSCIENCE 2011
HO-csoportok reakciói:
Hidroxi-csoportok:
OH
O
HO
HO
OH
OH
OH
O
HO
HO
OH
OH
primer
O
HO
HO
OH
OH
Szabad cukor
OH
félacetál
szekunder
Védett = szubsztituált cukor
OR'
O
R'O
RO
OR''
Teljesen védett
azonos szubsztituensek: R=R’=R’’
Parciálisan védett
különböző szubsztituensek: R ≠ R’ ≠ R’’
OR
OH
HO
RO
O
OR''
OR
Védelem
átmeneti
végleges
Cél: regioszelektív és sztereoszelektív átalakítások
Szubsztituens
eltávolítható
stabil
védőcsoport stratégia
GLYCOSCIENCE 2011
HO-csoportok reakciói:
A szubsztitúció fajtái:
1. Észterek - acilezés
2. Éterek
- alkilezés
3. Acetálok - karbonil-reakció
1. Észterek: savakkal képezett származékok:
a) karboxilátok :
i) formiátok: X=H; formil: HCOii) acetátok: X=CH3; acetil: CH3CO-; trifluoracetil: CF3COiii) benzoátok: X=
O
X
R
C
O
Z: H, Cl, NO2, CH3O
Z
b) szulfonátok, szulfátok: RSO2- (X=R), -SO2- (X=OH)
O
O
R
S
X
O
c) foszfátok: (RO)2POÉlettani jelentőség: biológiai aktiválás
d) egyéb: karbonátok, borátok, szulfitok, stb.
R = cukorrész
GLYCOSCIENCE 2011
HO-csoportok reakciói:
Észterek: a)ii) acetát – regens: Ac2O, AcCl; katalizátor: piridin, NaOAc; H+-sav, Lewis sav
(nem szelektív)
Glükóz
OAc
OH
O
HO
HO
O
AcO
AcO
A/
OAc
OAc
B/
OH
HO
a-glükóz
penta-O-acetil-a-glükopiranóz
C/
O
OAc
AcO
OAc
OAc
OAc
B/
B/
OH
penta-O-acetilal-glükóz
OAc
O
HO
HO
Anomerizáció
C/
A/
OH
OH
AcO
AcO
C/
B/ Ac2O + sav (H+, Lewis)
OAc
OAc
b-glükóz
A/ Ac2O + piridin
O
penta-O-acetil-b-glükopiranóz
20°C
Kinetikus kontroll
0-100°C
Termodinamikus kontroll
C/ Ac2O + NaOAc
100-110°C
GLYCOSCIENCE 2011
Nem anomer C-atomok reakciói:
1. Intramolekulás átalakulások: nem lép új szubsztituens a molekulába
a) epoxidok,
b) telítetlen monoszacharidok
2. Intermolekulás átalakulások: új szubsztituens lép a molekulába
nukleofil szubsztituciók
- O-nukleofil: észtercsere
- S-nukleofil: tio-dezoxi-monoszacharid – tiocukrok, tiacukrok
- N-nukleofil: amino-dezoxi-monoszachaharid – aminocukrok, azacukrok
- Hlg-nukleofil: halo-dezoxi-monoszacharid – halocukrok
- C-nukleofil: elágazó monoszacharid – carbacukrok
- H-nukleofil: dezoxi-monoszacharid
3. Komplex átalakulások:
a) oxidációk: ulózok, uronsavak, cukorsavak (aldársavak)
b) degradációk: savas, bázisos, oxidatív lebontások
c) átrendeződések: intramolekulás átalakulások
Eredmény: módosított monoszacharidok
szomszédcsoport részvétel
Szintézis intermedierek
GLYCOSCIENCE 2011
Nem anomer C-atomok reakciói:
2. Nukleofil szubsztituciók:
N-nukleofil intramolekulásan → aza-monoszacharid (azacukrok) : -C-NH-CN (nukleofilitás )
> O (nukleofilitás )
N3
TsO
O
OH
OH
OH
NaN3
DMF
Fontos természetes képviselő
OH
OH
H2 / Pd
CH3OH
HO
HO
H
N
OH
H
N
OH
5-aza-xilopiranóz
OH
Nojirimicin –- 5-aza-glükopiranóz
Nojirimicin analógok - piperidinóz
piperidin
HO-piperidin reakciók
N-heterociklusok
NH
OH
OH
5-azido-5-dezoxi-xilofuranóz
5-O-tozil-xilofuranóz
HO
HO
O
OH
GLYCOSCIENCE 2011
Nem anomer C-atomok reakciói:
2) Nukleofil szubsztituciók
C-nukleofil intramolekulásan → carba-cukrok (alkoholok)
-O- → -CH2-
OBn
I
O
BnO
MgI
Mg
OBn
BnO
BnO
O
BnO
Et2O
Grignard származék
2,3,4,6-tetra-O-benzil6-dezoxi- 6-jód-al-D-glükóz
Természetes analogok: ciklitol - inositol:
hexahidroxi-ciklohexán
Ox.
Inoszóz – pentahidroxiciklohexanon
O
HO
HO
OH
HO
2,4,6/3,5-pentahidroxiciklohexanon
A ”legközönségesebb” inoszóz
OH
O2
OH
HO
HO
OH
Pt
HO
BnO
BnO
OH
OBn
OBn
OH
Nem acetálos OH !
BnO
OBn
2,3,4,5-tetra-O-benzil-1R(S),2R,3S,4R,5Spentahidroxiciklohexán
GLYCOSCIENCE 2011
Nem anomer C-atomok reakciói: 3) komplex átalakulások
C) Átrendeződések-3: Amadori átrendeződés: aldozilamin
NHAr
OH
HO
HO
O
ArNH2
OH
H
OH
D-glükóz
1-amino-1-dezoxi-ketóz
ArNH2
H
O
O
OH
HO
HO
NHAr
OH
OH
OH
+
OH
OH
1-arilamino-1-dezoxi-D-fruktóz
+
+
NH Ar
NHAr
OH
OH
HO
NHAr marad a C-1 atomon!
HO
OH
OH
OH
OH
OH
OH
D-glükozilimin
enamin forma
Általános primer aminokkal
aminosavakkal
Maillard reakció
GLYCOSCIENCE 2011
Nem anomer C-atomok reakciói: 3) komplex átalakulások
C) Átrendeződések-5: Maillard reakció
A Maillard reakció fehérje és szénhidráttartalmú élelmiszerekben végbemenő nem enzimes barnulási reakció, amely mind
szobahőfokon, mind hevítéskor (sütés, főzés) bekövetkezhet.
A reakció során különféle színes termékek (barna színanyagok, karamelizálódás) és aromakomponensek keletkeznek.
A bonyolult átalakulás reakciólépései: Schiff-bázis képzés, Amadori, Heyns átrendeződés, dehidratációs és deaminálásos
lépések, valamint Strecker lebontás.
A reakciósor végtermékei a színes melanoidinek és a további reakciókra képes hidroximetil-furfural (HMF), továbbá kisebb
mértékben maltól, izomaltól termékek. A melanoidinek bizonytalan polimerizációs fokú polimerei a 3-dezoxi-hexózoszon és az
amino vegyületek kondenzációs termékeinek illetve a HMF származékoknak.
A reakció során nem csak 3-dezoxi-hexózoszon, hanem 4-dezoxi- és 1-dezoxi-hexózoszonok is képezhetnek színes termékeket.
HOOC
NH
R
COOH
NH
O
HO
R
CH2
O
OH
OH
O
O
CH3
HO
OH
HO
OH
OH
OH
OH
HO
OH
OH
”keto-enol”
”fructóz-aminosav”
(Amadori termék)
OH
HO
OH
R
”diketon”
H
HOOC
H
R
1
O
-CO2
Strecker aldehid
(R1-aminosav függő)
R
1
R
NH2
HOOC
+
HO
OH
HO
OH
aminoketon
N
HO
CH3
O
1
CH3
OH
HO
OH
Schiff bázis
1
COOH
NH2
GLYCOSCIENCE 2011
Nem anomer C-atomok reakciói: 3) komplex átalakulások
C) Átrendeződések-5: Maillard reakció
GLYCOSCIENCE 2011
Miért Glycoscience – Glikotudomány?
Egybefoglalja az C-alapú élet szerteágazó területein előforduló
szénhidrátszármazékokról összegyűlt probléma- és tudáshalmazt.
Kйmia
C-йlet
Ipar
Biokйmia
Farmakolуgia
1. Kémia: izolálás, szerkezetfelderítés, szintézis, metodika…
2. Biokémia: élettani funkciók, molekuláris biokémia, sejtek működése…
3. Farmakológia: potenciális gyógyszerek, hatásmechanizmus…
4. Ipar: élelmiszer-, gyógyszer-, kozmetikai, papíripar, fafeldolgozás (bútoripar, biomassza), szintetikus és üzemanyagok …
GLYCOSCIENCE 2011
1953: Watson és Crick
DNS – dezoxi-ribo- és RNS – ribo-nukleinsav szerkezet
(R = H)
(R = OH)
HO
N
O
OH
R
Miért ribóz és furanóz?
Új nukleozid szintézisek
Nukleozidantibiotikumok
Gyógyszerkutatás és ipar
GLYCOSCIENCE 2011
Antibiotikumok
Gyógyászat
Streptomicin
Eritromicin
Daunorubicin
Sejtbiológia – molekuláris felismerés
OH
HO
O
OH
O
NH
H3C
O
OH
OH
OH
OH
O
O
O
O
OH
HO
OH
HO
HO
Sialyl LewisX
OH
CH3
NH
O
H3C
neuraminsav
O
O
oligoszacharidok
Új glikozilezési módszerek
GLYCOSCIENCE 2011
Oligoszacharidok
ciklodextrinek (Schardinger)
GyógyszerÉlelmiszer-,
Kozmetikai-ipar
Papír, textil
keményítő
a-, b-, g--ciklodextrin
Poliszacharidok
HO
O
O
O
O
HO
OH
O
HO
HO
O
O
O
O
O
HO
HO
OH
HO
OH
HO
HO
OH
NH
O
CH3
n
NH2
HX
O
OH
OH
n
cellulóz
hialuronsav ismétlődő
diszacharid egysége
glükózamin
alginát
Új szintézismódszerek
Gyógyászat
GLYCOSCIENCE 2011
Szénhidrátok mindenütt
Mennyiségek:
1) A glükóz a legnagyobb mennyiségben előforduló szerves vegyület
2) Az évente feldolgozott szénhidrátszármazékok mennyisége: ~1014 tonna (2000)
Új koncepció (80-as évek)
Glikotudomány
(Glycoscience)
Glikokémia
(Glycochemistry)
Carbohydrate Research
J. Carbohydrate Chemistry
etc
Szénhidrátok és származékaik kémiája:
összetétel, szerkezet, sztereokémia,
tulajdonságok, reakciók…
Glycobiology (1997-)
Glikobiológia
(Glycobiology)
Szénhidrátok, glikokonjugátok biokémiája, biológiája:
összetétel, szerkezet, sztereokémia, kapcsolódás,
tulajdonságok, reakciók…
Varki A, Cummings R, Esko J, Freeze H, Stanley P, Bertozzi C, Hart G, Etzler M (2008).
Essentials of glycobiology. Cold Spring Harbor Laboratory Press; 2nd edition.
GLYCOSCIENCE 2011
Glikobiológia
Szubsztrát:
szacharid (mono-, oligo-, poli-)
glikozilezés
fehérje (oligopeptid, protein)
oligo-, poliszacharid
glikokonjugátok
lipid (szteroid, terpenoid, flavonoid)
nukleozid,
Termék:
Folyamat:
foszforilezés
nukleotid
Katalizátor:
Enzim
Szubsztrát- és
folyamat specifikus
Enzimmel együtt
glikolipid, glikoszteroid…
nukleotid
oligonukleotid
Folyamat:
glikozilezés
glikozidáz, glikoziltranszferáz…
foszforilezés
foszfoészteráz, foszfotranszferáz…
RNS-szintézis
Koenzim
glikopeptid, glikoprotein
RNS-polimeráz
oxidáció-redukció
oxidoreduktáz
hidrolízis
hidroláz
glikozilezés
UDP-glükóz = uridin-difoszfo-glükóz
foszforilezés
ATP = adenozintrifoszfát
GLYCOSCIENCE 2011
Glikobiológia
ATP = adenozin-trifoszfát: cukornukleotid koenzim
Biológiai szerep:
metabolizmus, szintézis,
aktív transzport,
információ átadás
intracellulás és extracellulás
RNS és DNS szintézis
protein kötődés: protein kináz
ATP-szintáz
30 kj/mol
GLYCOSCIENCE 2011
Glikobiológia
GLIKOKONJUGÁTOK: glikopeptid, glikoprotein, glikolipid, glikoszteroid…
a szacharid kovalens kötéssel kapcsolódik
Tipikus monoszacharid egységeik:
(A létező többszáz monoszacharidból csak néhány tucat található a különböző glikánokban)
Pentózok: ötszénatomos semleges cukrok, pl., D-xilóz (Xyl)
Hexózok: hatszénatomos semleges cukrok, pl., D-glükóz (Glc), D-galaktóz (Gal), D-mannóz (Man).
Hexózaminok: 2-amino-2-dezoxi-hexózok szabad vagy acetilezett NH2-csoporttal,
pl., N-acetil-D-glükózamin (GlcNAc), N-acetil-D-galaktózamin (GalNAc).
Dezoxihexózok: 6-dezoxi származékok, pl., L-fukóz (Fuc), L-ramnóz (Rha).
Uronsavak: Hexózok 6-karboxilát származékai, pl., D-glükuronsav (GlcA), L-iduronsav (IdoA).
Sziálsavak: kilenc szénatomos savas cukrok (ált. Sia), a leggyakoribb az N-acetilneuraminsav (Neu5Ac, vagy NeuAc)
GLYCOSCIENCE 2011
Glikobiológia
Gyakori sziálsavas tetraszacharid egység glikoproteinekben
Gyakori sziálsav egységek glikoproteinek oligoszacharidjaiban
GLYCOSCIENCE 2011
Glikobiológia
Sziálsav végcsoport szerepe sejtfelismerésben
GLYCOSCIENCE 2011
Glikobiológia
GLIKOPROTEINEK
Tipikus glikán-protein kötések glikoproteinekben
GLYCOSCIENCE 2011
Glikopeptidek, glikoproteinek
Thy-1 glikoprotein sematikus ábrázolása
GLIKÁNOK szerepe: fehérje konformációja
a glikoproteinekben jelentős arányban
A monoszacharidok változatosabban kötődnek,
mint az aminosavak vagy nukleotidok:
3 különböző aminosav vagy nukleotid 6 trimert képez,
3 különböző hexózból (a térszerkezetétől függően)
1056 ÷ 27648 triszacharid alakítható ki!
Varki A, etc
GLYCOSCIENCE 2011
Glikopeptidek, glikoproteinek
Immunoglobulin IgG: a szervezet védekező mechanizmusában fontos
glikán
Stadlmann J, Pabst M, Kolarich D, Kunert R, Altmann F., Proteomics. 14 (2008) 2858-71
GLYCOSCIENCE 2011
Glikokonjugátok: glikopeptidek, glikoproteinek, glikolipidek, glikoszteroidok, glikozid antibiotikumok…
Sejtfolyamatokban megjelenő glikokonjugátok
Varki A, etc
GLYCOSCIENCE 2011