Un enlace glicosídico o enlace glicosídico es un tipo de enlace covalente que une una molécula de carbohidrato (azúcar) a otro grupo, que puede ser o no otro carbohidrato.
Se forma un enlace glicosídico entre el grupo hemiacetal o hemicetal de un sacárido (o una molécula derivada de un sacárido) y el grupo hidroxilo de algún compuesto como un alcohol . Una sustancia que contiene un enlace glucosídico es un glucósido .
El término 'glucósido' ahora se extiende para cubrir también compuestos con enlaces formados entre grupos hemiacetal (o hemicetal) de azúcares y varios grupos químicos distintos de los hidroxilos, como -SR (tioglucósidos), -SeR (selenoglucósidos), -NR 1 R 2 (N-glucósidos), o incluso -CR 1 R 2 R 3 (C-glucósidos).
Particularmente en los glucósidos de origen natural, el compuesto ROH del que se ha eliminado el residuo de carbohidrato a menudo se denomina aglicona, y el propio residuo de carbohidrato a veces se denomina "glicona".
Enlaces glicosídicos S, N, C y O
Los enlaces glucosídicos de la forma discutida anteriormente se conocen como enlaces O-glucosídicos , en referencia al oxígeno glucosídico que une el glucósido a la aglicona o azúcar final reductor. Por analogía, también se consideran los enlaces S-glicosídicos (que forman tioglucósidos ), donde el oxígeno del enlace glicosídico se reemplaza con un átomo de azufre . De la misma manera, los enlaces N-glicosídicos tienen el oxígeno del enlace glicosídico reemplazado por nitrógeno . Las sustancias que contienen enlaces N-glicosídicos también se conocen como glicosilaminas . Los enlaces C-glicosilo tienen el oxígeno glicosídico reemplazado por un carbono ; el término "C-glucósido" se considera un nombre inapropiado por la IUPAC y se desaconseja. [1] Todos estos enlaces glucosídicos modificados tienen diferente susceptibilidad a la hidrólisis y, en el caso de las estructuras de C-glucosilo, suelen ser más resistentes a la hidrólisis.
Numeración y distinción α / β de enlaces glicosídicos
Uno distingue entre enlaces α- y β-glicosídicos por la estereoquímica relativa de la posición anomérica y el estereocentro más alejado de C1 en el sacárido. [2] Un enlace α-glicosídico se forma cuando ambos carbonos tienen la misma estereoquímica, mientras que un enlace β-glicosídico se produce cuando los dos carbonos tienen una estereoquímica diferente. Un tema complicado es que las conformaciones alfa y beta se definieron originalmente en función de la orientación relativa de los componentes principales en una proyección de Haworth. En este caso, para los azúcares D , una conformación beta vería el constituyente principal en cada carbono dibujado por encima del plano del anillo (nominalmente la misma conformación), mientras que alfa vería el constituyente anomérico debajo del anillo (conformaciones nominalmente opuestas). En el caso de los azúcares L , las definiciones necesariamente se revertirían. Vale la pena señalar esto, ya que estas definiciones más antiguas aún impregnan la literatura y pueden generar confusión.
Los farmacólogos a menudo unen sustancias al ácido glucurónico mediante enlaces glicosídicos para aumentar su solubilidad en agua ; esto se conoce como glucuronidación . Muchos otros glucósidos tienen importantes funciones fisiológicas.
Enfoques químicos
Nüchter y col. (2001) han mostrado un nuevo enfoque para la glicosidación de Fischer . [3] [4] [5] Empleando un horno microondas equipado con un aparato de reflujo en un reactor de rotor con bombas de presión , Nüchter et al. (2001) pudieron lograr un rendimiento del 100% de α- y β-D-glucósidos. Este método se puede realizar en una escala de varios kilogramos.
- El método de Vishal y Joshi
Joshi y col. (2006) [6] proponen el método Koenigs-Knorr en la síntesis estereoselectiva de alquil D-glucopiranósidos mediante glicosilación, con la excepción del uso de carbonato de litio que es menos costoso y tóxico que el método convencional de uso de sales de plata o mercurio . La D-glucosa se protege primero formando el peracetato mediante la adición de anhídrido acético en ácido acético , y luego la adición de bromuro de hidrógeno que broma en la posición 5. Al añadir el alcohol ROH y el carbonato de litio, el OR sustituye al bromo y al desproteger los hidroxilos acetilados, el producto se sintetiza con una pureza relativamente alta. Fue sugerido por Joshi et al. (2001) que el litio actúa como el nucleófilo que ataca al carbono en la posición 5 y, a través de un estado de transición, el alcohol sustituye al grupo bromo. Las ventajas de este método, así como su estereoselectividad y el bajo costo de la sal de litio, incluyen que se puede realizar a temperatura ambiente y su rendimiento se compara relativamente bien con el método convencional de Koenigs-Knorr. [7]
Hidrolasas de glucósido
Las glucósido hidrolasas (o glucosidasas) son enzimas que rompen los enlaces glucosídicos. Las glucósido hidrolasas típicamente pueden actuar sobre enlaces α- o β-glucosídicos, pero no sobre ambos. Esta especificidad permite a los investigadores obtener glucósidos en alto exceso epimérico, un ejemplo es la conversión de Wen-Ya Lu de D-Glucosa en Etil β-D-glucopiranósido utilizando glucosidasa de origen natural. Vale la pena señalar que Wen-Ya Lu utilizó la glucosidasa de manera inversa a la funcionalidad biológica de la enzima: [8]
Glicosiltransferasas
Antes de que las unidades de monosacáridos se incorporen en glicoproteínas, polisacáridos o lípidos en los organismos vivos, generalmente se "activan" primero al unirse mediante un enlace glicosídico al grupo fosfato de un nucleótido como el difosfato de uridina (UDP), difosfato de guanosina (GDP) , difosfato de timidina (TDP) o monofosfato de citidina (CMP). Estos intermedios bioquímicos activados se conocen como nucleótidos de azúcar o donantes de azúcar. Muchas vías biosintéticas utilizan mono- u oligosacáridos activados por un enlace difosfato a lípidos, como el dolicol . Estos donantes activados son entonces sustratos para enzimas conocidas como glicosiltransferasas , que transfieren la unidad de azúcar del donante activado a un nucleófilo aceptante (el sustrato aceptor).
Disacáridos fosforilasas
Se han desarrollado diferentes enfoques biocatalíticos hacia la síntesis de glucósidos en las últimas décadas, que utilizando "glucosiltransferasas" e "glucósido hidrolasas" se encuentran entre las catálisis más comunes. El primero a menudo necesita materiales costosos y el último a menudo muestra bajos rendimientos, De Winter et al. [9] investigó el uso de celobiosa fosforilasa (CP) para la síntesis de alfa-glucósidos en líquidos iónicos. Se encontró que la mejor condición para el uso de CP es la presencia de IL AMMOENG 101 y acetato de etilo.
Glucosilaciones dirigidas
Existen múltiples enfoques químicos para estimular la selectividad de los enlaces glicosídicos α y β. La naturaleza altamente específica del sustrato de la selectividad y la actividad global del piranósido pueden proporcionar importantes dificultades sintéticas. La especificidad general de la glicosilación se puede mejorar utilizando enfoques que tengan en cuenta los estados de transición relativos que puede experimentar el carbono anomérico durante una glicosilación típica. En particular, el reconocimiento y la incorporación de modelos de Felkin-Ahn-Eisenstein en el diseño químico racional generalmente pueden proporcionar resultados confiables siempre que la transformación pueda someterse a este tipo de control conformacional en el estado de transición.
Las glicosilaciones dirigidas por flúor representan un control alentador tanto para la selectividad B como para la introducción de una funcionalidad C2 biomimética no natural en el carbohidrato. Un ejemplo innovador proporcionado por Bucher et al. proporciona una forma de utilizar un ion fluoro oxonio y el tricloroacetimidato para estimular la estereoselectividad de B a través del efecto gauche. Esta estereoselectividad razonable queda clara a través de la visualización de los modelos Felkin-Ahn de las posibles formas de las sillas.
Este método representa una forma alentadora de incorporar selectivamente B-etilo, isopropilo y otros glicósidos con química típica de tricloroacetimidato.
Glicopéptidos ligados a O; usos farmacéuticos de péptidos O-glicosilados
Recientemente se ha demostrado que los glicopéptidos ligados a O exhiben una excelente permeabilidad y eficacia del SNC en múltiples modelos animales con estados patológicos. Además, uno de los aspectos más intrigantes del mismo es la capacidad de la O-glicosilación para prolongar la semivida, disminuir el aclaramiento y mejorar la PK / PD del péptido activo más allá de aumentar la penetración en el SNC. La utilización innata de azúcares como restos solubilizantes en el metabolismo de las fases II y III (ácidos glucurónicos) ha permitido notablemente una ventaja evolutiva en el sentido de que las enzimas de mamíferos no evolucionan directamente para degradar los productos O glicosilados en restos más grandes.
La naturaleza peculiar de los glicopéptidos ligados a O es que existen numerosos ejemplos que penetran en el SNC. Se cree que la base fundamental de este efecto implica "salto de membrana" o "difusión de lúpulo". Se cree que el proceso de "difusión de lúpulo" impulsado por el movimiento no browniano se produce debido a la discontinuidad de la membrana plasmática. La "difusión del lúpulo" combina notablemente la difusión libre y las transiciones intercomparmentales. Los ejemplos recientes incluyen notablemente alta permeabilidad de análogos de met-encefalina entre otros péptidos. El pentapéptido DAMGO, agonista de mOR completo, también penetra en el SNC tras la introducción de la glicosilación. [10] [11] [12] [13]
Referencias
- ^ "Nomenclatura de carbohidratos (recomendaciones 1996)" . Departamento de Química de la Universidad Queen Mary de Londres .
- ^ Bertozzi, Carolyn; Rabuka, David (2009). "Base estructural de la diversidad de glicanos" . Fundamentos de la glicobiología. 2ª edición . NCBI . Centro Nacional de Información Biotecnológica, Biblioteca Nacional de Medicina de EE. UU. ISBN 9780879697709.
- ^ Fischer, Emil (1893). "Ueber die Glucoside der Alkohole" . Berichte der deutschen chemischen Gesellschaft . 26 (3): 2400–2412. doi : 10.1002 / cber.18930260327 .
- ^ Fischer, Emil (1895). "Ueber die Verbindungen der Zucker mit den Alkoholen und Ketonen" . Berichte der Deutschen Chemischen Gesellschaft . 28 (1): 1145-1167. doi : 10.1002 / cber.189502801248 . ISSN 1099-0682 .
- ^ Nüchter, Matthias; Ondruschka, Bernd; Lautenschläger, Werner (2001). "Síntesis de alquil glucósidos asistida por microondas". Comunicaciones sintéticas . 31 (9): 1277–1283. doi : 10.1081 / scc-100104035 . ISSN 0039-7911 .
- ^ Vishal y Joshi, Manohar R Sawant (2006). "Una síntesis estereoselectiva conveniente de β-D-glucopiranósidos". Revista India de Química . 45B : 461–465.
- ^ Wilhelm Koenigs y Edward Knorr (1901). "Ueber einige Derivate des Traubenzuckers und der Galactose (p)". Berichte der deutschen chemischen Gesellschaft 34 (1): 957–981.
- ^ a b Wen-Ya Lu, Guo-Qiang Lin, Hui-Lei Yu, Ai-Ming Tong, Jian-He Xu (9 de diciembre de 2009). Whittall J, Sutton PW (eds.). Métodos prácticos de biocatálisis y biotransformaciones . John Wiley e hijos. págs. 236-239. ISBN 978-0-470-74859-6.
- ^ De Winter, Karel; Van Renterghem, Lisa; Wuyts, Kathleen; Pelantová, Helena; Křen, Vladimír; Soetaert, Wim; Desmet, Tom (2015). "Síntesis quimioenzimática de β-D glucósidos usando celobiosa fosforilasa de Clostridium thermocellum". Síntesis y catálisis avanzada . 357 (8): 1961–1969. doi : 10.1002 / adsc.201500077 . ISSN 1615-4150 .
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- ^ Egleton, Richard D .; Bilsky, Edward J .; Tollin, Gordon; Dhanasekaran, Muthu; Lowery, John; Alves, Isabel; Davis, Peg; Porreca, Frank; Yamamura, Henry I. (10 de enero de 2005). "Los glicopéptidos biousianos penetran la barrera hematoencefálica". Tetraedro: asimetría . Ciencia de los carbohidratos. Parte 1. 16 (1): 65–75. doi : 10.1016 / j.tetasy.2004.11.038 .
- Marco Brito-Arias, "Síntesis y caracterización de glucósidos", segunda edición, Editorial Springer 2016.
enlaces externos
- Definición de glucósidos , del Compendio de terminología química de la IUPAC , el " Libro de oro "
- Varki A y col. Fundamentos de la glicobiología. Prensa de laboratorio Cold Spring Harbor; 1999. Se puede buscar en línea