Nukleotidsacharid

Nukleotidsacharidy predstavujú aktivovanú formu monosacharidov. Skladajú sa zo sacharidu a nukleoziddifosfátu. Nukleotidsacharidy sú donormi glykozylových skupín v glykozylačných reakciách. Tieto reakcie sú katalyzované enzýmami, ktoré sa nazývajú glykozyltransferázy.

História

Anabolizmus oligosacharidov (a teda i úloha nukleotidsacharidov) nebol úplne jasný až do 50. rokov 20. storočia, kedy sa Luisovi Leloirovi a jeho spolupracovníkom podarilo nájsť kľúčové enzýmy tohto procesu, ktoré predstavovali glykozyltransferázy. Tieto enzýmy presúvajú glykozylovú skupinu z nukleotidsacharidu na akceptorovú molekulu.^[1]

Biologický význam a energetika

Sacharidy musia existovať vo vysokoenergetickej podobe, aby ich bolo možné využiť na prenos glykozylovej skupiny. Vysokoenergetický forma vzniká v reakcii medzi nukleozittrifosfátom (NTP) a glykozylmonofosfátom (sacharidom, ktorý má naviazaný fosfát na anomérnom uhlíku). Nedávny objav reverzibility mnohých reakcií, ktoré sú katalyzované glykozyltransferázami, však zneisťuje označenie nukleotidsacharidov ako „aktivovaných“ donorov.^[2]^[3]^[4]^[5]^[6]

Druhy

U ľudí existuje deväť rôznych nukleotidsacharidov, ktoré sa využívajú ako donory glykozylových skupín. Je možné ich kategorizovať podľa toho, ktorý nukleozid obsahujú:^[7]

Uridíndifosfát (UDP): UDP-α-D-Glc, UDP-α-D-Gal, UDP-α-D-GalNAc, UDP-α-D-GlcNAc, UDP-α-D-GlcA, UDP-α-D-Xyl
Guanozíndifosfát (GDP): GDP-α-D-Man, GDP-β-L-Fuc
Cytidíndifosfát (CDP): CDP-D-Ribitol (teda CMP-ribitolfosfát)^[8]
- I keď ribitol nie je sacharid, ale sacharidový alkohol, fosforylovaný ribitol sa zabudováva do matriglykánu ako keby to bol monosacharid
Cytidínmonofosfát (CMP): CMP-β-D-Neu5Ac
- Toto je u ľudí jediný nukleotidsacharid, ktorý je prítomný ako monofosfát

U iných foriem života existuje mnoho ďalších sacharidov, ktoré sa využívajú, a mnoho ďalších donorov, ktoré ich prenášajú. Rôzne organizmy využívajú všetkých päť bežných nukleozidov ako základ nukleotidsacharidov. CDP-glukóza a TDP-glukóza napríklad umožňujú vznik rôznorodých nukleotidsacharidov na báze CDP a TDP^[9]^[10] a ADP-glukózu využívajú baktérie na syntézu glykogénu a rastliny na syntézu škrobu.^[11]

Štruktúra

Nižšie sú zobrazené štruktúry niekoľkých nukleotidsacharidov (príklady UDP-, CMP a GDP-sacharidov).

UDP-Gal
CMP-Neu5Ac
GDP-Man

Vznik ochorení

Normálny metabolizmus nukleotidsacharidov je veľmi dôležitý. Akákoľvek jeho porucha ktoréhokoľvek enzýmu v tomto metabolizme môže viesť k nejakej chorobe,^[12] napríklad:

Myozitída s inklúznymi telieskami: vrodená porucha, ktorá vzniká nesprávnou funkciou UDP-GlcNAc epimerázy
Makulárna korneálna dystrofia: vrodená porucha, ktorá vzniká nesprávnou funkciouGlcNAc-6-sulfotransferázy
Vrodená porucha α-1,3-manozyltransferázy vedie k rôznym klinickým symptómom, napríklad hypotónii, psychomotorickej retardácii, fibróze pečene a rôznych problémom s kŕmením

Objav liekov

Vývoj chemoenzymatických stratégii na tvorbu veľkých knižníc neprírodných nukleotidsacharidov umožnil proces zvaný glykorandomizácia. V tomto procese sa táto knižnica nukleotidsacharidov využíva ako základ pre dostupné glykozyltransferázy, čo umožňuje rôznu glykozyláciu mnohých farmaceutík a komplexných zlúčenín založených na prírodných látkach.^[13]^[14] Tieto procesy využívajú promiskuitu glykozyltransferáz na naviazanie sacharidov na rôzne zlúčeniny. Dochádza tu k naviazaniu rôznych sacharidov, čím sa menia vlastnosti jednotlivých látok.

Referencie

↑ Derek Horton. The Development of Carbohydrate Chemistry and Biology. Carbohydrate Chemistry, Biology and Medical Applications, 2008, s. 1–28. DOI: 10.1016/B978-0-08-054816-6.00001-X.
↑ The in vitro characterization of polyene glycosyltransferases AmphDI and NysDI.. ChemBioChem, 13 October 2008, s. 2506–14. DOI: 10.1002/cbic.200800349. PMID 18798210.
↑ Exploiting the reversibility of natural product glycosyltransferase-catalyzed reactions.. Science, 1 September 2006, s. 1291–4. DOI: 10.1126/science.1130028. PMID 16946071.
↑ The in vitro characterization of the iterative avermectin glycosyltransferase AveBI reveals reaction reversibility and sugar nucleotide flexibility.. Journal of the American Chemical Society, 27 December 2006, s. 16420–1. DOI: 10.1021/ja065950k. PMID 17177349.
↑ The in vitro characterization of the erythronolide mycarosyltransferase EryBV and its utility in macrolide diversification.. ChemBioChem, 5 March 2007, s. 385–90. DOI: 10.1002/cbic.200600509. PMID 17262863.
↑ Using simple donors to drive the equilibria of glycosyltransferase-catalyzed reactions.. Nature Chemical Biology, 21 August 2011, s. 685–91. DOI: 10.1038/nchembio.638. PMID 21857660.
↑ Cold Spring Harbor Laboratory Press Archivované 2011-07-08 na Wayback Machine Essentials of Glycobiology, Second Edition
↑ ISPD produces CDP-ribitol used by FKTN and FKRP to transfer ribitol phosphate onto α-dystroglycan. Nature Communications, 2016, s. 11534. DOI: 10.1038/ncomms11534. PMID 27194101.
↑ Biosynthesis of O-antigens: genes and pathways involved in nucleotide sugar precursor synthesis and O-antigen assembly. Carbohydr. Res., 2003, s. 2503–19. DOI: 10.1016/j.carres.2003.07.009. PMID 14670712.
↑ Formation of unusual sugars: Mechanistic studies and biosynthetic applications. Annu Rev Biochem, 2002, s. 701–754. DOI: 10.1146/annurev.biochem.71.110601.135339. PMID 12045109.
↑ HILL, Benjamin L. On the stability of nucleoside diphosphate glucose metabolites: implications for studies of plant carbohydrate metabolism [online]. Journal of Experimental Botany, [cit. 2022-07-31]. Dostupné online. DOI:10.1093/jxb/erx190
↑ Encyclopedia of Biological Chemistry, Volume 2. 2004, Elsevier Inc. Hudson H. Freeze 302-307.
↑ Neoglycorandomization and chemoenzymatic glycorandomization: two complementary tools for natural product diversification.. Journal of Natural Products, November 2005, s. 1696–711. DOI: 10.1021/np0502084. PMID 16309329.
↑ Enzymatic methods for glyco(diversification/randomization) of drugs and small molecules.. Natural Product Reports, October 2011, s. 1811–53. DOI: 10.1039/c1np00045d. PMID 21901218.

Pozri aj

Metabolizmus nukleotidsacharidov

Zdroj

Chemický portál

Tento článok je čiastočný alebo úplný preklad článku Nucleotide sugar na anglickej Wikipédii.

[1] Derek Horton. The Development of Carbohydrate Chemistry and Biology. Carbohydrate Chemistry, Biology and Medical Applications, 2008, s. 1–28. DOI: 10.1016/B978-0-08-054816-6.00001-X.

[2] The in vitro characterization of polyene glycosyltransferases AmphDI and NysDI.. ChemBioChem, 13 October 2008, s. 2506–14. DOI: 10.1002/cbic.200800349. PMID 18798210.

[3] Exploiting the reversibility of natural product glycosyltransferase-catalyzed reactions.. Science, 1 September 2006, s. 1291–4. DOI: 10.1126/science.1130028. PMID 16946071.

[4] The in vitro characterization of the iterative avermectin glycosyltransferase AveBI reveals reaction reversibility and sugar nucleotide flexibility.. Journal of the American Chemical Society, 27 December 2006, s. 16420–1. DOI: 10.1021/ja065950k. PMID 17177349.

[5] The in vitro characterization of the erythronolide mycarosyltransferase EryBV and its utility in macrolide diversification.. ChemBioChem, 5 March 2007, s. 385–90. DOI: 10.1002/cbic.200600509. PMID 17262863.

[6] Using simple donors to drive the equilibria of glycosyltransferase-catalyzed reactions.. Nature Chemical Biology, 21 August 2011, s. 685–91. DOI: 10.1038/nchembio.638. PMID 21857660.

[7] Cold Spring Harbor Laboratory Press Archivované 2011-07-08 na Wayback Machine Essentials of Glycobiology, Second Edition

[Gerin-8] ISPD produces CDP-ribitol used by FKTN and FKRP to transfer ribitol phosphate onto α-dystroglycan. Nature Communications, 2016, s. 11534. DOI: 10.1038/ncomms11534. PMID 27194101.

[Reeves-9] Biosynthesis of O-antigens: genes and pathways involved in nucleotide sugar precursor synthesis and O-antigen assembly. Carbohydr. Res., 2003, s. 2503–19. DOI: 10.1016/j.carres.2003.07.009. PMID 14670712.

[Liu-10] Formation of unusual sugars: Mechanistic studies and biosynthetic applications. Annu Rev Biochem, 2002, s. 701–754. DOI: 10.1146/annurev.biochem.71.110601.135339. PMID 12045109.

[:5-11] HILL, Benjamin L. On the stability of nucleoside diphosphate glucose metabolites: implications for studies of plant carbohydrate metabolism [online]. Journal of Experimental Botany, [cit. 2022-07-31]. Dostupné online. DOI:10.1093/jxb/erx190

[12] Encyclopedia of Biological Chemistry, Volume 2. 2004, Elsevier Inc. Hudson H. Freeze 302-307.

[13] Neoglycorandomization and chemoenzymatic glycorandomization: two complementary tools for natural product diversification.. Journal of Natural Products, November 2005, s. 1696–711. DOI: 10.1021/np0502084. PMID 16309329.

[14] Enzymatic methods for glyco(diversification/randomization) of drugs and small molecules.. Natural Product Reports, October 2011, s. 1811–53. DOI: 10.1039/c1np00045d. PMID 21901218.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]

[12]

[13]

[14]