Нуклеотидный сахар

Нуклеотидные сахара представляют собой активированные формы моносахаридов . Нуклеотидные сахара действуют как доноры гликозилов в реакциях гликозилирования . Эти реакции катализируются группой ферментов, называемых гликозилтрансферазами .

История

Анаболизм олигосахаридов – и, следовательно, роль нуклеотидных сахаров – не был ясен до 1950-х годов, когда Лелуар и его коллеги обнаружили, что ключевыми ферментами в этом процессе являются гликозилтрансферазы. Эти ферменты переносят гликозильную группу от сахарного нуклеотида к акцептору. ^[1]

Биологическое значение и энергетика

Чтобы действовать как доноры гликозилов, эти моносахариды должны существовать в высокоэнергетической форме. Это происходит в результате реакции между нуклеозидтрифосфатом (NTP) и гликозилмонофосфатом (фосфатом на аномерном углероде ). Недавнее открытие обратимости многих реакций, катализируемых гликозилтрансферазами , ставит под сомнение обозначение сахарных нуклеотидов как «активированных» доноров. ^[2]^[3]^[4]^[5]^[6]

Активация моносахаридов — Activation of Monosaccharides

Типы

У человека имеется девять сахарных нуклеотидов, которые действуют как доноры гликозилов, и их можно классифицировать в зависимости от типа образующего их нуклеозида: ^[7]

Уридиндифосфат: UDP-α-D-Glc , UDP-α-D-Gal , UDP-α-D-GalNAc , UDP-α-D-GlcNAc , UDP-α-D-GlcA , UDP-α-D-Xyl
Гуанозиндифосфат: GDP-α-D-Man , GDP-β-L-Fuc.
Цитидинмонофосфат: CMP-β-D- Neu5Ac ; у человека это единственный нуклеотидный сахар в форме нуклеотидмонофосфата.
Цитидиндифосфат: CDP-D- рибитол (т.е. CMP-[рибитолфосфат]); ^[8] фосфорилированный сахарный спирт рибитфосфат, хотя и не является сахаром, включен в матригликан, как если бы он был моносахаридом.

В других формах жизни используются многие другие сахара и для них используются различные доноры. Все пять распространенных нуклеозидов используются в качестве основы для донора нуклеотидных сахаров где-то в природе. Например, CDP-глюкоза и TDP-глюкоза дают начало различным другим формам CDP и TDP-сахарных донорных нуклеотидов. ^[9]^[10]

Структуры

Ниже перечислены структуры некоторых нуклеотидных сахаров (по одному примеру каждого типа).


UDP-Гал	CMP-Neu5Ac	ВВП-Человек

Связь с болезнью

Нормальный метаболизм нуклеотидных сахаров очень важен. Любая неисправность любого фермента, способствующего этому, приведет к определенному заболеванию. ^[11] например:

Миопатия с тельцами включения: врожденное заболевание, возникающее в результате изменения функции эпимеразы UDP-GlcNAc.
Макулярная дистрофия роговицы: врожденное заболевание, возникающее в результате нарушения функции GlcNAc-6-сульфотрансферазы.
Врожденное нарушение α-1,3 маннозилтрансферазы приводит к различным клиническим симптомам, например гипотонии, психомоторной отсталости, фиброзу печени и различным проблемам с питанием.

Связь с открытием лекарств

Разработка химиоферментативных стратегий для создания больших библиотек ненативных сахарных нуклеотидов позволила использовать процесс, называемый гликорандомизацией , где эти библиотеки сахарных нуклеотидов служат донорами для пермиссивных гликозилтрансфераз , чтобы обеспечить дифференциальное гликозилирование широкого спектра фармацевтических препаратов и сложных натуральных продуктов . ведет. ^[12]^[13]

См. также

Ссылки

^ Дерек Хортон (2008). «Развитие химии и биологии углеводов». Химия углеводов, биология и медицинские применения : 1–28. дои : 10.1016/B978-0-08-054816-6.00001-X . ISBN 978-0-08-054816-6 .
^ Чжан, К; Гриффит, БР; Фу, Кью; Альберманн, К; Фу, Х; Ли, АйК; Ли, Л; Торсон, Дж. С. (1 сентября 2006 г.). «Использование обратимости реакций, катализируемых гликозилтрансферазой природного продукта». Наука . 313 (5791): 1291–4. дои : 10.1126/science.1130028 . ПМИД 16946071 . S2CID 38072017 .
^ Чжан, К; Альберманн, К; Фу, Х; Торсон, Дж. С. (27 декабря 2006 г.). «Характеристика in vitro итеративной авермектингликозилтрансферазы AveBI показывает обратимость реакции и гибкость сахарных нуклеотидов». Журнал Американского химического общества . 128 (51): 16420–1. дои : 10.1021/ja065950k . ПМИД 17177349 .
^ Чжан, К; Фу, Кью; Альберманн, К; Ли, Л; Торсон, Дж. С. (5 марта 2007 г.). «Характеристика эритронолидмикарозилтрансферазы EryBV in vitro и ее полезность в диверсификации макролидов». ХимБиоХим . 8 (4): 385–90. дои : 10.1002/cbic.200600509 . ПМИД 17262863 . S2CID 45058028 .
^ Чжан, К; Моретти, Р; Цзян, Дж; Торсон, Дж.С. (13 октября 2008 г.). «Характеристика полиенгликозилтрансфераз AmphDI и NysDI in vitro» . ХимБиоХим . 9 (15): 2506–14. дои : 10.1002/cbic.200800349 . ПМЦ 2947747 . ПМИД 18798210 .
^ Гантт, RW; Пельтье-Пейн, П; Курнуайе, WJ; Торсон, Дж.С. (21 августа 2011 г.). «Использование простых доноров для поддержания равновесия реакций, катализируемых гликозилтрансферазами» . Химическая биология природы . 7 (10): 685–91. дои : 10.1038/nchembio.638 . ПМК 3177962 . ПМИД 21857660 .
^ Лабораторное издательство Колд-Спринг-Харбор. Архивировано 8 июля 2011 г. в Wayback Machine Essentials of Glycobiology, второе издание.
^ Герин И и др. (2016). «ISPD производит CDP-рибитол, используемый FKTN и FKRP для переноса рибитфосфата на α-дистрогликан» . Природные коммуникации . 7 : 11534. дои : 10.1038/ncomms11534 . ПМЦ 4873967 . ПМИД 27194101 .
^ Сэмюэл Дж., Ривз П. (2003). «Биосинтез О-антигенов: гены и пути, участвующие в синтезе предшественников нуклеотидных сахаров и сборке О-антигенов». Углевод. Рез . 338 (23): 2503–19. дои : 10.1016/j.carres.2003.07.009 . ПМИД 14670712 .
^ Сюэ М. Хэ; Хун-вэнь Лю (2002). «Образование необычных сахаров: механистические исследования и биосинтетические применения». Анну Рев Биохим . 71 : 701–754. doi : 10.1146/annurev.biochem.71.110601.135339 . ПМИД 12045109 .
^ Энциклопедия биологической химии, том 2. 2004, Elsevier Inc. Хадсон Х. Фриз 302-307.
^ Лангенхан, Дж. М.; Гриффит, БР; Торсон, Дж. С. (ноябрь 2005 г.). «Неогликорандомизация и химиоферментативная гликорандомизация: два взаимодополняющих инструмента для диверсификации натуральных продуктов». Журнал натуральных продуктов . 68 (11): 1696–711. дои : 10.1021/np0502084 . ПМИД 16309329 .
^ Гантт, RW; Пельтье-Пейн, П; Торсон, Дж. С. (октябрь 2011 г.). «Ферментативные методы глико(диверсификации/рандомизации) лекарств и малых молекул». Отчеты о натуральных продуктах . 28 (11): 1811–53. дои : 10.1039/c1np00045d . ПМИД 21901218 .

Внешние ссылки

«Нуклеотидные сахара» Национальной медицинской библиотеки США в медицинских предметных рубриках (MeSH)

[1] Дерек Хортон (2008). «Развитие химии и биологии углеводов». Химия углеводов, биология и медицинские применения : 1–28. дои : 10.1016/B978-0-08-054816-6.00001-X . ISBN 978-0-08-054816-6 .

[2] Чжан, К; Гриффит, БР; Фу, Кью; Альберманн, К; Фу, Х; Ли, АйК; Ли, Л; Торсон, Дж. С. (1 сентября 2006 г.). «Использование обратимости реакций, катализируемых гликозилтрансферазой природного продукта». Наука . 313 (5791): 1291–4. дои : 10.1126/science.1130028 . ПМИД 16946071 . S2CID 38072017 .

[3] Чжан, К; Альберманн, К; Фу, Х; Торсон, Дж. С. (27 декабря 2006 г.). «Характеристика in vitro итеративной авермектингликозилтрансферазы AveBI показывает обратимость реакции и гибкость сахарных нуклеотидов». Журнал Американского химического общества . 128 (51): 16420–1. дои : 10.1021/ja065950k . ПМИД 17177349 .

[4] Чжан, К; Фу, Кью; Альберманн, К; Ли, Л; Торсон, Дж. С. (5 марта 2007 г.). «Характеристика эритронолидмикарозилтрансферазы EryBV in vitro и ее полезность в диверсификации макролидов». ХимБиоХим . 8 (4): 385–90. дои : 10.1002/cbic.200600509 . ПМИД 17262863 . S2CID 45058028 .

[5] Чжан, К; Моретти, Р; Цзян, Дж; Торсон, Дж.С. (13 октября 2008 г.). «Характеристика полиенгликозилтрансфераз AmphDI и NysDI in vitro» . ХимБиоХим . 9 (15): 2506–14. дои : 10.1002/cbic.200800349 . ПМЦ 2947747 . ПМИД 18798210 .

[6] Гантт, RW; Пельтье-Пейн, П; Курнуайе, WJ; Торсон, Дж.С. (21 августа 2011 г.). «Использование простых доноров для поддержания равновесия реакций, катализируемых гликозилтрансферазами» . Химическая биология природы . 7 (10): 685–91. дои : 10.1038/nchembio.638 . ПМК 3177962 . ПМИД 21857660 .

[7] Лабораторное издательство Колд-Спринг-Харбор. Архивировано 8 июля 2011 г. в Wayback Machine Essentials of Glycobiology, второе издание.

[Gerin-8] Герин И и др. (2016). «ISPD производит CDP-рибитол, используемый FKTN и FKRP для переноса рибитфосфата на α-дистрогликан» . Природные коммуникации . 7 : 11534. дои : 10.1038/ncomms11534 . ПМЦ 4873967 . ПМИД 27194101 .

[Reeves-9] Сэмюэл Дж., Ривз П. (2003). «Биосинтез О-антигенов: гены и пути, участвующие в синтезе предшественников нуклеотидных сахаров и сборке О-антигенов». Углевод. Рез . 338 (23): 2503–19. дои : 10.1016/j.carres.2003.07.009 . ПМИД 14670712 .

[Liu-10] Сюэ М. Хэ; Хун-вэнь Лю (2002). «Образование необычных сахаров: механистические исследования и биосинтетические применения». Анну Рев Биохим . 71 : 701–754. doi : 10.1146/annurev.biochem.71.110601.135339 . ПМИД 12045109 .

[11] Энциклопедия биологической химии, том 2. 2004, Elsevier Inc. Хадсон Х. Фриз 302-307.

[12] Лангенхан, Дж. М.; Гриффит, БР; Торсон, Дж. С. (ноябрь 2005 г.). «Неогликорандомизация и химиоферментативная гликорандомизация: два взаимодополняющих инструмента для диверсификации натуральных продуктов». Журнал натуральных продуктов . 68 (11): 1696–711. дои : 10.1021/np0502084 . ПМИД 16309329 .

[13] Гантт, RW; Пельтье-Пейн, П; Торсон, Дж. С. (октябрь 2011 г.). «Ферментативные методы глико(диверсификации/рандомизации) лекарств и малых молекул». Отчеты о натуральных продуктах . 28 (11): 1811–53. дои : 10.1039/c1np00045d . ПМИД 21901218 .

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]

[12]

[13]