LIAISON GLYCOSIDIQUE: CARACTÉRISTIQUES, TYPES ET NOMENCLATURE - LA BIOLOGIE - 2025

Les liaisons glycosidiques sont des liaisons covalentes qui se produisent entre les sucres (glucides) et d'autres molécules qui peuvent être d'autres monosaccharides ou d'autres molécules de nature différente. Ces liens rendent possible l'existence de multiples composants fondamentaux de la vie, non seulement dans la formation de carburants de réserve et d'éléments structurels, mais aussi de molécules porteuses d'informations essentielles à la communication cellulaire.

La formation des polysaccharides dépend fondamentalement de l'établissement des liaisons glucosidiques entre les groupes alcool libre ou hydroxyle des unités monosaccharidiques individuelles.

Exemple de liaison glycosidique dans le glycogène (Source: Glykogen.svg-NEUROtikerderivative-work-Marek-M-Public-domain via Wikimedia Commons)

Cependant, certains polysaccharides complexes contiennent des sucres modifiés qui sont attachés à de petites molécules ou à des groupes tels que amino, sulfate et acétyle par des liaisons glucosidiques, et qui n'impliquent pas nécessairement la libération d'une molécule d'eau par une réaction de condensation. Ces modifications sont très fréquentes dans les glycanes présents dans la matrice extracellulaire ou glycocalyx.

Les liaisons glycosidiques se produisent dans de multiples contextes cellulaires, y compris la liaison du groupe de tête polaire de certains sphingolipides, constituants essentiels des membranes cellulaires de nombreux organismes, et la formation de glycoprotéines et de protéoglycanes.

Des polysaccharides importants tels que la cellulose, la chitine, l'agar, le glycogène et l'amidon ne seraient pas possibles sans liaisons glycosidiques. De même, la glycosylation des protéines, qui se produit dans le réticulum endoplasmique et dans le complexe de Golgi, est extrêmement importante pour l'activité de nombreuses protéines.

De nombreux oligo- et polysaccharides fonctionnent comme des réservoirs de glucose, comme composants structurels ou comme adhésifs pour la fixation cellulaire dans les tissus.

La relation entre les liaisons glycosidiques dans les oligosaccharides est analogue à celle des liaisons peptidiques dans les polypeptides et aux liaisons phosphodiester dans les polynucléotides, à la différence qu'il existe une plus grande diversité dans les liaisons glycosidiques.

caractéristiques

Les liaisons glycosidiques sont beaucoup plus variées que leurs analogues dans les protéines et les acides nucléiques, car en principe deux molécules de sucre peuvent se joindre de plusieurs manières, car elles ont plusieurs groupes -OH qui peuvent participer à la formation. du lien.

De plus, les isomères de monosaccharides, c'est-à-dire l'une des deux orientations que peut avoir le groupement hydroxyle dans la structure cyclique par rapport au carbone anomérique, apportent un niveau de diversité supplémentaire.

Les isomères ont des structures tridimensionnelles différentes, ainsi que des activités biologiques différentes. La cellulose et le glycogène sont constitués de motifs D-glucose répétitifs mais diffèrent par le type de liaison glycosidique (α1-4 pour le glycogène et β1-4 pour la cellulose), et ont donc des propriétés et des fonctions différentes.

Tout comme les polypeptides ont une polarité avec une extrémité N et une extrémité C, et les polynucléotides ont des extrémités 5 'et 3', les oligo- ou polysaccharides ont une polarité définie par les extrémités réductrices et non réductrices.

L'extrémité réductrice a un centre anomérique libre qui ne forme pas de liaison glycosidique avec une autre molécule, conservant ainsi la réactivité chimique de l'aldéhyde.

La liaison glycosidique est la région la plus flexible d'un groupement oligo- ou polysaccharide, car la conformation structurale en selle des monosaccharides individuels est relativement rigide.

Formation de la liaison glycosidique

La liaison glycosidique peut joindre deux molécules de monosaccharide à travers le carbone anomérique de l'une et le groupe hydroxyle de l'autre. Autrement dit, le groupe hémiacétal d'un sucre réagit avec le groupe alcool d'un autre pour former un acétal.

En général, la formation de ces liaisons se produit par des réactions de condensation, où une molécule d'eau est libérée avec chaque liaison formée.

Cependant, dans certaines réactions, l'oxygène ne quitte pas la molécule de sucre sous forme d'eau, mais fait partie du groupe diphosphate d'un nucléotide diphosphate d'uridine.

Les réactions qui donnent naissance aux liaisons glycosidiques sont catalysées par une classe d'enzymes appelées glycosyltransférases. Ils se forment entre un sucre modifié de manière covalente par l'ajout d'un groupement phosphate ou un nucléotide (Glucose 6-phosphate, UDP-galactose, par exemple) qui se lie à la chaîne polymère en croissance.

Hydrolyse de la liaison glycosidique

Les liaisons glycosidiques peuvent être facilement hydrolysées dans des environnements légèrement acides, mais elles sont assez résistantes aux environnements alcalins.

L'hydrolyse enzymatique des liaisons glycosidiques est médiée par des enzymes appelées glycosidases. De nombreux mammifères ne possèdent pas ces enzymes pour la dégradation de la cellulose, ils ne sont donc pas capables d'extraire l'énergie de ce polysaccharide, bien qu'il soit une source essentielle de fibres.

Les ruminants comme les vaches, par exemple, ont des bactéries associées à leurs intestins qui produisent des enzymes capables de dégrader la cellulose qu'ils ingèrent, ce qui les rend capables de profiter de l'énergie conservée dans les tissus végétaux.

L'enzyme lysozyme, produite dans les larmes de l'œil et par certains virus bactériens, est capable de détruire les bactéries grâce à son activité hydrolytique, qui rompt la liaison glycosidique entre la N-acétylglucosamine et l'acide N-acétylmuramique dans la paroi cellulaire des bactéries.

La diversité

Les oligosaccharides, polysaccharides ou glycanes sont des molécules très diverses et cela est dû aux nombreuses façons dont les monosaccharides peuvent se rejoindre pour former des structures d'ordre supérieur.

Cette diversité est basée sur le fait, comme mentionné ci-dessus, que les sucres ont des groupements hydroxyle qui permettent des régions de liaison différentes, et que des liaisons peuvent se produire entre les deux stéréoisomères possibles par rapport au carbone anomérique du sucre (α ou β).

Des liaisons glycosidiques peuvent être formées entre un sucre et tout composé hydroxylé tel que des alcools ou des acides aminés.

De plus, un monosaccharide peut former deux liaisons glycosidiques, il peut donc servir de point de ramification, introduisant une complexité potentielle dans la structure des glycanes ou des polysaccharides dans les cellules.

Les types

En ce qui concerne les types de liaisons glycosidiques, deux catégories peuvent être différenciées: les liaisons glycosidiques entre les monosaccharides qui composent les oligo- et polysaccharides, et les liaisons glycosidiques qui interviennent dans les glycoprotéines ou glycolipides, qui sont des protéines ou des lipides avec des portions de glucides.

Liaisons O-glucosidiques

Des liaisons O-glycosidiques se produisent entre les monosaccharides, sont formées par la réaction entre le groupe hydroxyle d'une molécule de sucre et le carbone anomérique d'une autre.

Les disaccharides font partie des oligosaccharides les plus courants. Les polysaccharides ont plus de 20 unités monosaccharidiques liées entre elles de manière linéaire et ont parfois plusieurs branches.

Exemple de liaison O-glycosidique (Source: Tpirojsi via Wikimedia Commons)

Dans les disaccharides tels que le maltose, le lactose et le saccharose, la liaison glycosidique la plus courante est le type O-glucosidique. Ces liaisons peuvent se produire entre les carbones et -OH des formes isomères α ou β.

La formation de liaisons glycosidiques dans les oligo- et polysaccharides dépendra de la nature stéréochimique des sucres attachés, ainsi que de leur nombre d'atomes de carbone. Généralement, pour les sucres à 6 carbones, des liaisons linéaires se produisent entre les carbones 1 et 4 ou 1 et 6.

Il existe deux types principaux d'O-glycosides qui, selon la nomenclature, sont définis comme α et β ou 1,2-cis et 1,2-trans-glycosides.

Les résidus 1,2-cis glycosylés, les α-glycosides pour le D-glucose, le D-galactose, le L-fucose, le D-xylose ou les β-glycosides pour le D-mannose, le L-arabinose; ainsi que le 1,2-trans (β-glycosides pour le D-glucose, le D-galactose et les α-glycosides pour le D-mannose, etc.), sont d'une grande importance pour de nombreux composants naturels.

O-glycosylation

L'une des modifications post-traductionnelles les plus courantes est la glycosylation, qui consiste en l'ajout d'une portion glucidique à un peptide ou une protéine en croissance. Les mucines, protéines sécrétoires, peuvent contenir de grandes quantités de chaînes oligosaccharidiques liées par des liaisons O-glucosidiques.

Le processus d'O-glycosylation se produit dans le complexe de Golgi des eucaryotes et consiste en la liaison de protéines à la partie glucidique par une liaison glycosidique entre le groupe -OH d'un résidu d'acide aminé de sérine ou de thréonine et le carbone anomérique. de sucre.

La formation de ces liaisons entre les glucides et les résidus hydroxyproline et hydroxylysine et avec le groupe phénolique des résidus tyrosine a également été observée.

Liaisons N-glycosidiques

Les liaisons N-glycosidiques sont les plus courantes parmi les protéines glycosylées. La N-glycosylation se produit principalement dans le réticulum endoplasmique des eucaryotes, avec des modifications ultérieures pouvant survenir dans le complexe de Golgi.

Exemple de liaison N-glycosidique (Source: Tpirojsi, via Wikimedia Commons)

La N-glycosylation dépend de la présence de la séquence consensus Asn-Xxx-Ser / Thr. La liaison glycosidique se produit entre l'azote amide de la chaîne latérale des résidus d'asparagine et le carbone anomérique du sucre qui se lie à la chaîne peptidique.

La formation de ces liaisons pendant la glycosylation dépend d'une enzyme connue sous le nom d'oligosacaryltransférase, qui transfère les oligosaccharides d'un phosphate de dolichol à l'azote amide des résidus d'asparagine.

Autres types de liaisons glycosidiques

Liaisons S-glucosidiques

Ils se produisent également entre les protéines et les glucides, ils ont été observés entre des peptides avec des cystéines N-terminales et des oligosaccharides. Les peptides avec de telles liaisons ont été initialement isolés à partir de protéines dans l'urine humaine et les érythrocytes liés aux oligosaccharides de glucose.

Liaisons C-glucosidiques

Ils ont été observés pour la première fois sous forme de modification post-traductionnelle (glycosylation) d'un résidu tryptophane dans la RNase 2 présente dans l'urine humaine et dans la RNase 2 des érythrocytes. Un mannose est attaché au carbone en position 2 du noyau indole de l'acide aminé via une liaison C-glucosidique.

Nomenclature

Le terme glycoside est utilisé pour décrire tout sucre dont le groupe anomère est remplacé par un groupe -OR (O-glycosides), -SR (thioglycosides), -SeR (sélénoglycosides), -NR (N-glycosides ou glucosamines) ou encore -CR (C-glucosides).

Ils peuvent être nommés de trois manières différentes:

(1) en remplaçant le terminal "-o" du nom de la forme cyclique correspondante du monosaccharide par "-ido" et avant d'écrire, comme un mot différent, le nom du groupe substituant R.

(2) en utilisant le terme «glycosyloxy» comme préfixe du nom de monosaccharide.

(3) en utilisant le terme O-glycosyle, N-glycosyle, S-glycosyle ou C-glycosyle comme préfixe pour le nom du composé hydroxy.

Références

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