Szénhidrátok és származékaik 3. Előadás Szénhidrátok és származékaik

Monoszacharid származékok 1. Cukor alkoholok, cukorsavak CH2OH OH H CH2OH OH HO H CH2OH OH HO H CHO OH COOH HO H Eritritol D-Mannitol D-Gluitol (szorbitol) [GlcUA] (méregtelenítés) 2. Amino-szacharidok (Amino-cukrok) természetes poliszacharidokban O H NH2 OH O H NH OH C CH3 b-D-glükózamin vagy b-2-amino-2-dezoxi-D- -glükopiranóz [GlcN] (kitin) b-D-N-acetil- -glükózamin [GlcNAc] O H NH2 OH HC CH3 COO O H NH OH HC CH3 COO C N-acetil-muraminsav [MurNAc] (baktérium fal) muraminsav [Mur]

3. Foszfát-észterek DG0* pKa1 pKa2 -13,8 0,97 6,11 CHO (KJ/mol) P HN OH COO C CH3 CHOH-CHOH-CH2OH O H HO NH2 O H HO NH C CH3 a-D-galaktózamin [GalN] a-D-N-acetilgalaktózamin [GalNAc] N-acetilneuraminsav (sziálsav) [Sia, NeuNAc] 3. Foszfát-észterek O CH2OH H P DG0* pKa1 pKa2 -13,8 0,97 6,11 (KJ/mol) CHO DG0* pKa1 pKa2 -12 2,10 6,75 (KJ/mol) HC-OH O CH2 O-P-O O D-glicerinaldehid-3-foszfát a-D-fruktóz-6-foszfát O H OH P DG0* pKa1 pKa2 -13,8 0,94 6,11 (KJ/mol) O H P DG0* pKa1 pKa2 -20,9 1,10 6,13 (KJ/mol) b-D-glükóz-1-foszfát b-D-glükóz-6-foszfát *DGo: az észetr kötés hidrolízisekor felszabaduló energia

4. Glikozidok 4.1 O-glikozidok (éterkötés) Lásd: diszacharidok HO 1(b) 4.1 O-glikozidok (éterkötés) Lásd: diszacharidok Hidroxi-aminosavak (Ser, Thr) O HNAc H RO CH NH C O R’ laktóz R’= H (Ser) CH3 (Thr) R = oligoszacharidrész GalNAca1-Ser/Thr Fenolos-hidroxicsoport (méregtelenítés) O H COOH b-D-glükuronsav-feniléter H O CH3 HO OH D-gülóz D-glükóz b O H CH2OH CH C N Quabain enzimgátló Na+/K+ pumpa növényi, nyílvessző Amigdalin keserű mandula magjából hidrolizísekor HCN szabadul fel

Asn (aminosav) De: Gln (nem) 4.2 N-glikozidok O H OH O H NH2 Glikozil-aminok b-D-glükóz b-D-glükópiranozilamin Asn (aminosav) De: Gln (nem) R: oligoszacharid rész GlcNAcb1-Asn Nukleozidok N H 2 N N H O 5’ N N O 4’ 1’ Adenozin H H H H O H O H Antibiotikumban (Streptomyces griseus) Streptomicin (1944) antibiotikum protozoa ellenes N-metil-glükózamin Streptidin (ciklohexán gyűrű) Streptóz

Diszacharidok Két monoszacharid kapcsolódása éter kötéssel A) OH O H OR R-OH H+ glikozid O H OH O H O H OH Kötéstípus: 1 4’ 1 6’ 1 1’ Redukáló diszacharid (mutarotáció) Nem redukáló diszacharid) A) 1 4’ LAKTÓZ: O-b-D-galaktopiranozil-(1-4)- b-D-glükopiranóz (kristályos!) 6 6 5 5 4 4 1(b) 1(b) 3 2 3 2 Hidrolizís: b-galaktozidáz („laktáz”) Előfordulás: anyatej (emlősök) D-galaktóz D-glükóz axial 6 4 1 b-glikozidos kötés

O-a-D-glükopiranozil- -(1-6)-a-D-glüko- piranóz CELLOBIÓZ: O-b-D-glükopiranozil-(1-4)- b-D-glükopiranóz (kristályos!) 6 4 1(b) 6 4 1(b) b-glikozidos kötés D-glükóz D-glükóz MALTÓZ: O-a-D-glükopiranozil-(1-4)- a-D-glükopiranóz (kristályos!) (keményítő, enzimes lebontás) O H H 6 O H O H O H H O H 1(a) H 6 H 1(a) 4 4 O 1(a) O H H H O H O H OH 1(a) O H H H a-glikozidos kötés D-glükóz D-glükóz Hidrolizís: a-glikozidáz (állatok nagyrésze, ember) b-glikozidáz (baktériumok) B) 1 6’ GENTOBIÓZ: O-b-D-glükopiranozil-(1-6)-b-D-glükopiranóz (kristályos!) O-a-D-glükopiranozil- -(1-6)-a-D-glüko- piranóz 1(b) 1(a) 6 6 4 1(b) 4 1(a)

a-glikozidos kötés (glükóz) b-glikozidos kötés (fruktóz) C) 1 1’ SZACHARÓZ (nádcukor, répacukor): O-a-D-glükopiranozil-(1-2)- b-D-fruktofuranozid 6 1 H+ H2O 4 1(a) 2(a) D-glükóz + D-fruktóz 5 6 méz D-glükóz D-fruktóz a0= +52,75o a0= -92,4 (jobbra forgat) (balra) a0= +66,5o (jobbra forgat) „invertálás” (invertáz) -39,7o a-glikozidos kötés (glükóz) b-glikozidos kötés (fruktóz)

Poliszacharidok

Monoszacharidok alkotják, glikozidos kötés. Felosztás: architektura (egyenes, elágazó) összetétel (homoglikán, heteroglikán) CELLULÓZ: homoglikán, egyenes lánc, b-glikozid kötés (1-4’) kötés H-híd kötés 4-O-(b-glükopiranozil)-D- -glüköpiranóz b O

2,3,6-tri-O-metil-a-D- -glükóz nyersanyag polimerizáció fok nyers gyapot 14000 len 8000 jegesfenyő 2500 tisztított gyapot 300-1500 Növények: 1,3 x 109 t/év, higroszkópos, 180 oC:bomlás, 290 oC:ég, Oldószer: Cu2+ dietiléndiamin, Cu2+(NH3)4OH Amiláz rezisztens, emberi táplálkozásra alkalmatlan. n Szerkezet meghatározás: a) metilezés, (CH3)2SO4, NaOH b) hidrolizis, HCl hidrolizís, enzim hidrolizís, 40% HCl cellobióz D-glükóz 2,3,6-tri-O-metil-a-D- -glükóz

származék kötéstípus reagens acetát észter (CH3CO)2O/CH3COOH Cellulóz származékok származék kötéstípus reagens acetát észter (CH3CO)2O/CH3COOH nitrát észter HNO3/H2SO4/H2O glikolát éter Cl-CH2-COO-Na+ n + (CH3CO)2O + HNO3 + Cl-CH2-COO-Na+ 2.3.6-tri-acetil-cellulóz # 2.3.6-tri-karboximetil- -cellulóz # kevésbé éghető, pl. film, fólia duzzad, gél pl. szappanadalék, kromatográfia 2.3.6-tri-nitro-cellulóz # ég, robban pl. lőgyapot, füstnélküli lőpor CO2 + CO + H2O + N2 + H2 # részleges módosítás

AMILÓZ: 4-O-(a-D-glükopiranozil)-D-glüköpiranóz KEMÉNYÍTŐ 20% vízben oldódó, jóddal mélykék (AMILÓZ) 80% vízben nem oldódó, csiriz, jóddal vörös (AMILOPEKTIN) H+ DEXTRIN (kis molekulatömegű poliszacharidok keveréke) (+)-MALTÓZ és D-(+)-GLÜKÓZ AMILÓZ: 4-O-(a-D-glükopiranozil)-D-glüköpiranóz (300-1000 egység) O H OH n 1,4 a Szekvencia vizsgálat/végcsoport meghatározása: a. metilezés (CH3)2SO4, NaOH n b. hidrolizis, HCl 2,3,4,6-tetra-O-metil-a-D-glükóz (0,2%, 500 monomer) 2,3,6-tri-O-metil-a-D-glükóz

+ KI I2 (kék komplex amilózzal) H + KI I2 (kék komplex amilózzal) ox. n AMILOPEKTIN: 4-O-(a-D-glükopiranozil)-D-glükopiranóz 6-O-(a-D-glükopiranozil)-D- glükopiranóz a(1 4) és a(1 6) 3-4000 egység glikogén 8-12/1-6 Amilopektin 24-30/1-6 a(1 6)

O H C 2 a-1,6’

2,3-di-O-metil-a-D-glükóz (5%) n metilezés (CH3)2SO4, NaOH hidrolizis, HCL 2,3-di-O-metil-a-D-glükóz (5%) 2,3,4,6-tetra-O-metil-a-D-glükóz (5%) 2,3,6-tri-O-metil-a-D-glükóz (90%) (GLIKOGÉN: Mw 4-14 millió, több elágazás)

CIKLODEXTRINEK: min.6 D-(+)-GLÜKÓZ egység 1,4-a-kötés amiláz, Bacillus macerans KEMÉNYÍTŐ CIKLODEXTRINEK a-Ciklodextrin: Ø 4,5 Å

2-acetamido-2-dezoxi- -D-glükóz (monomer) KITIN: homoglikán, egyenes lánc, b-glikozidos kötés H O C 3 N n 2-acetamido-2-dezoxi- -D-glükóz (monomer) N-acetil-glükózamin (1 4 b-kötés) FUNKCIÓ: CaCO3 kristályok kötése poli(1,4’-O-b-2-acetamido-2-dezoxi-D-glükopiranozid)

Heteroglikánok 200 000- 2 000 000 HIALURONSAV (1 3) b és (1 4) b (1 3) b kötés: hialuronidáz EC.3.2.1.36 (orvosi pióca) (1 4) b kötés: hialuronidáz EC.3.2.1.35 (ondósejt, baci) b D-Glükuronsav N-acetil-D-glükózamin KONDROITIN-SZULFÁT b (1 3) b és (1 4) b Chondros, görög = porc, rög láncok: 10 000 Å b D-Glükuronsav N-acetil-D-galaktózamin- -6-szulfát HEPARIN (1 4) a (1916) véralvadásgátló a a D-Glükuronsav- -2-szulfát N-szulfo-D-galaktózamin- -6-szulfát DERMATÁN-SZULFÁT (1 3) b és (1 4) b L-Lauronsav N-acetil-D-galaktózamin- -4-szulfát

Hialuronidáz, EC.3.2.1.35 (ondósejt, baci) KONDROITIN Egyenes lánc, heteroglikán. (Chondros) Összetétel: D-glükuronsav, N-acetil-D-galaktózamin, kénsav Kötésrendszer: 1,4 b és 1, 3 b glikozidos kötés, savamid és szulfonsavészter kötés 1,4 b 1,3 b n D-galaktózamin Y Z Kondroitin H Kondroitin szulfát A SO3- Kondroitin szulfát C D-Glükuronsav HIALURONSAV Egyenes lánc, heteroglikán. Mw =200 000- 1 200 000 (Chondros) Összetétel: D-glükuronsav, N-acetil-D-glükózamin Kötésrendszer: 1,4 b és 1, 3 b glikozidos kötés, karbonsavamid kötés 1,4 b Hialuronidáz, EC.3.2.1.36 (orvosi pióca) n 1,3 b Hialuronidáz, EC.3.2.1.35 (ondósejt, baci) D-glükózamin D-Glükuronsav

Kötésrendszer: 1, 4 a és 1, 3 a glikozidos kötés, HEPARIN Egyenes lánc, heteroglikán. Mw =12- 16 000 Összetétel: D-glükuronsav, D-glükózamin, kénsav Kötésrendszer: 1, 4 a és 1, 3 a glikozidos kötés, szulfonsavamid és szulfonsavészter kötés 1,4 a véralvadásgátló (trombin inaktiválása). Máj, tüdő, izom. n D-glükózamin D-Glükuronsav 1,3 a AGAR Vörösmoszatok, Rhodophyta Agaroz (70%), agropektin (30%). Egyenes lánc, heteroglikán, semleges. AGARÓZ: D-galaktóz, D-anhidrogalaktóz Kötésrendszer: 1, 4 b és 1, 3 a glikozidos kötés, 3,6 éter kötés 1,4 b n 1,3 a D-galaktóz D-anhidrogalaktóz

A determináns (A antigén) ABO antigének Vörösvértestek felszínén, fehérjéhez, lipidhez kapcsolódó oligoszacharidok. Elágazó lánc, heteroglikán, semleges. Összetétel: D-galaktóz (Gal), N-Ac-D-galaktózamin (GalNAc), N-Ac-D-glükózamin (GlcNAc), L-fukóz (Fuc). Kötésrendszer: 1, 3 a és 1, 3 b glikozidos kötés, savamid kötés Transzferáz H determináns (O antigén) a-D-GalNAc(1-3) b-D-Gal(1-3) b-D-GlcNAc- 1,2 a-L-Fuc A determináns (A antigén) B determináns (B antigén)

Egy példa

Mycobacteriumok sejtfala - vázlat Prof. Danijel Kikelj, University of Ljubjana

Mikolsavak

Dimikolsav trehalóz (TDM) észter enzimatikus (Ag85) bioszintézise

Trehalóz alapú enzim (Ag85) inhibitorok A mikoliltranszferáz aktivitás 60%-os gátlása c = 266 μM/L J.T. Belisle et al.,Science 276, 1420 (1997) ADT (6-azido-6’-dezoxi-α-α’-trehalóz) J.D. Rose et al.,Carbohydrate Res. 337, 105 (2001)