GLYCOSIDEN: VORMING, FUNCTIE EN TYPEN / GROEPEN - BIOLOGIE - 2026

De glycosiden zijn metabolieten zijplanten die zijn gebonden aan mono- of oligosacchariden via glycosidebindingen, die metabolieten zijn die geglycosyleerd zijn. Ze behoren tot de chemische familie van glycosiden, die alle chemische verbindingen omvat die aan suikerresiduen zijn gehecht.

In de typische structuur van een glycosidemolecuul worden twee regio's herkend: algicon en glycon. Het gebied dat bestaat uit het saccharideresidu wordt het glycon genoemd en het gebied dat overeenkomt met het niet-saccharidemolecuul staat bekend als het aglycongedeelte.

Structuur van een glycoside (Bron: Yikrazuul via Wikimedia Commons)

Gewoonlijk wordt de term 'glucoside' gebruikt om te verwijzen naar het feit dat glucosemoleculen vrijkomen tijdens de hydrolyse van deze verbindingen, maar leden van dezelfde familie van moleculen hebben resten van andere soorten suiker, zoals rhamnose, galactose. of mannose, onder anderen.

De nomenclatuur van glycosiden geeft typisch de aard van hun aglycongebied aan. Die namen met het einde "-ina" zijn gereserveerd voor stikstofverbindingen, terwijl alkaloïden worden genoemd met het achtervoegsel "-ósido".

Deze achtervoegsels begeleiden vaak de stam van de Latijnse naam van de botanische oorsprong waar de moleculen voor het eerst worden beschreven en het voorvoegsel "gluco-" wordt meestal toegevoegd.

De glycosidebinding tussen de glycon- en aglycongedeelten kan optreden tussen twee koolstofatomen (C-glucosiden) of zuurstofatomen (O-glucosiden) kunnen deelnemen, waarvan hun stabiliteit tegen chemische of enzymatische hydrolyse zal afhangen.

De relatieve abundantie van glycosiden in angiospermen is veel hoger dan in gymnospermen en het is aangetoond dat met betrekking tot eenzaadlobbigen en tweezaadlobbigen, op enkele uitzonderingen na, er geen groot verschil is in de hoeveelheid en de soorten glycosiden die worden aangetroffen.

Het is belangrijk om de grote diversiteit en heterogeniteit van deze groep verbindingen te benadrukken, aangezien de identiteit van elk zal afhangen van het aglycon-gedeelte, dat zeer variabel is.

Opleiding

De biosynthese of vorming van glycosidische verbindingen (Peng, Peng, Kawagoe, Hogan, & Delmer, 2002) in planten hangt af van het type glycoside dat wordt overwogen, en in planten hangt hun biosynthesesnelheid vaak af van de omstandigheden. milieu

Cyanogene glycosiden worden bijvoorbeeld gesynthetiseerd uit aminozuurvoorlopers, waaronder L-tyrosine, L-valine, L-isoleucine en L-fenylalanine. Aminozuren worden gehydroxyleerd om N-hydroxylaminozuren te vormen die vervolgens worden omgezet in aldoximen, die vervolgens worden omgezet in nitrilen.

Nitrilen worden gehydroxyleerd om α-hydroxynitrilen te vormen, die kunnen worden geglycosyleerd om het overeenkomstige cyanogene glucoside te vormen. Twee multifunctionele cytochromen bekend als P450 en glycosyltransferase-enzymen zijn betrokken bij deze biosynthetische route.

Voor het grootste deel omvatten de biosynthetische routes van glycosiden de deelname van glycosyltransferase-enzymen, die in staat zijn om selectief koolhydraatresiduen over te brengen van een tussenproduct geactiveerd door een UDP-molecuul naar het overeenkomstige aglycongedeelte.

De overdracht van geactiveerde suikers, zoals UDP-glucose, naar een acceptor-aglycondeel helpt bij het stabiliseren, ontgiften en oplossen van metabolieten in de laatste stappen van secundaire metaboliet-producerende routes.

De glycosyltransferase-enzymen zijn dus verantwoordelijk voor de grote verscheidenheid aan glycosiden in planten en om deze reden zijn ze uitgebreid bestudeerd.

Er bestaan ​​enkele in vitro synthesemethoden voor het verkrijgen van glycosidederivaten van planten waarbij omgekeerde hydrolyse of transglycosylering van verbindingen betrokken is.

Functie

In planten heeft een van de belangrijkste functies van flavonoïde glycosiden bijvoorbeeld te maken met bescherming tegen ultraviolet licht, tegen insecten en tegen schimmels, virussen en bacteriën. Ze dienen als antioxidanten, lokstoffen voor bestuivers en plantenhormooncontrollers.

Andere functies van flavonoïde glycosiden zijn onder meer het stimuleren van de productie van nodule door bacteriesoorten van het geslacht Rhizobium. Ze kunnen deelnemen aan enzymremmingsprocessen en als allelopathische middelen. Ze bieden dus ook een chemische afweerbarrière tegen herbivoren.

Veel glycosiden genereren, wanneer ze worden gehydrolyseerd, glucoseresiduen die door planten kunnen worden gebruikt als metabolisch substraat voor energieproductie of zelfs voor de vorming van structureel belangrijke verbindingen in cellen.

Antropocentrisch gezien is de functie van deze verbindingen zeer divers, aangezien sommige worden gebruikt in de voedingsindustrie, andere worden gebruikt in de farmaceutische industrie voor het ontwerpen van geneesmiddelen voor de behandeling van hypertensie, circulatiestoornissen, antikankermiddelen, enz.

Typen / groepen

De classificatie van glycosiden is in de literatuur te vinden op basis van de niet-saccharide delen (aglyconen) of op de botanische oorsprong daarvan. Het volgende is een vorm van classificatie op basis van het aglycon-gedeelte.

De hoofdgroepen van glycosiden komen overeen met de hartglycosiden, de cyanogene glycosiden, de glucosinolaten, de saponinen en de antrachinonglycosiden. Sommige flavonoïden komen ook vaak voor als glycosiden.

Cardiale glycosiden

Deze moleculen zijn over het algemeen samengesteld uit een molecuul (aglycongebied) waarvan de structuur steroïd is. Ze zijn aanwezig in planten van de Scrophulariaceae-familie, met name in Digitalis purpurea, evenals in de Convallariaceae-familie met Convallaria majalis als klassiek voorbeeld.

Dit type glycoside heeft een negatief remmend effect op de natrium / kalium-ATPase-pompen in celmembranen, die vooral in hartcellen voorkomen, dus de opname van planten met deze secundaire verbindingen heeft directe effecten op het hart; vandaar de naam.

Cyanogene glycosiden

Ze worden chemisch gedefinieerd als α-hydroxynitrilglycosiden, die zijn afgeleid van aminozuurverbindingen. Ze zijn aanwezig in angiosperm-soorten van de Rosaceae-familie, met name in soorten van het geslacht Prunus, evenals in de Poaceae-familie en andere.

Er is vastgesteld dat deze deel uitmaken van de karakteristieke giftige verbindingen van sommige variëteiten van Manihot esculenta, in Zuid-Amerika beter bekend als cassave, yucca of cassave. Evenzo zijn ze overvloedig aanwezig in appelzaden en in noten zoals amandelen.

De hydrolyse van deze secundaire metabolieten leidt tot de productie van blauwzuur. Wanneer hydrolyse enzymatisch is, worden de glycon- en aglycongedeelten gescheiden, waarbij de laatste kan worden geclassificeerd als alifatisch of aromatisch.

Het glycongedeelte van cyanogene glycosiden is typisch D-glucose, hoewel gentobiose, primeverose en andere ook zijn waargenomen, meestal verbonden door β-glucosidebindingen.

Het consumeren van planten met cyanogene glycosiden kan negatieve effecten hebben, waaronder interferentie met het gebruik van jodium, resulterend in hypothyreoïdie.

Glucosinolaten

De basis van de aglyconstructuur bestaat uit zwavelhoudende aminozuren, daarom kunnen ze ook thioglycosiden worden genoemd. De belangrijkste plantenfamilie die wordt geassocieerd met de productie van glucosinolaten, is de Brassicaceae-familie.

Een van de negatieve effecten voor de organismen die deze planten opnemen, is de hepatische bioactivering van procarcinogenen uit de omgeving, die het product is van complexe effecten op cytochroom P450-isovormen. Bovendien kunnen deze verbindingen de huid irriteren en hypothyreoïdie en jicht veroorzaken.

Saponinen

Veel "zeepvormende" verbindingen zijn glycosiden. Het aglycon-deel van de glycosidische saponinen bestaat uit pentacyclische triterpenoïden of tetracyclische steroïden. Ze zijn structureel heterogeen, maar hebben gemeenschappelijke functionele kenmerken.

In hun structuur hebben ze sterk hydrofiele glycongedeelten en sterk hydrofobe aglycongebieden, die emulgerende eigenschappen verschaffen, zodat ze als detergentia kunnen worden gebruikt.

Saponinen zijn aanwezig in een breed scala van plantenfamilies, waaronder de soorten die behoren tot de Liliaceae-familie, geïllustreerd in de Narthecium ossifragum-soort.

Anthrachinon-glycosiden

Ze komen minder vaak voor in het plantenrijk in vergelijking met de andere hierboven genoemde glycosiden. Ze zijn aanwezig in Rumex crispus en soorten van het geslacht Rheum. Het effect van de inname komt overeen met een overdreven afscheiding van water en elektrolyten, vergezeld van peristaltiek in de dikke darm.

Flavonoïden en pro-anthocyanen

Veel flavonoïden en hun oligomeren, pro-anthocyanen, komen voor als glycosiden. Deze pigmenten komen veel voor in een groot deel van het plantenrijk, met uitzondering van algen, schimmels en sommige hoornbladen.

Ze kunnen in de natuur voorkomen als C- of O-glucosiden, afhankelijk van de aard van de glycosidebinding die optreedt tussen de glycon- en algiconregio's, dus sommige zijn beter bestand tegen chemische hydrolyse dan andere.

De aglyconstructuur van de C-glucoside-flavonoïden komt overeen met drie ringen met een fenolgroep die hen het kenmerk van antioxidanten geeft. De vereniging van de saccharidegroep met het aglycongebied vindt plaats via koolstof-koolstofbindingen tussen de anomere koolstof van de suiker en de C6- of C8-koolstof van de aromatische kern van de flavonoïde.

Referenties

1. Conn, EE (1979). Biosynthese van cyanogene glycosiden. Naturwissenschaften, 66, 28-34.
2. Forslund, K., Morant, M., Jørgensen, B., Olsen, CE, Asamizu, E., & Sato, S. (2004). Biosynthese van de nitrilglucosiden Rhodiocyanoside A en D en de cyanogene glucosiden Lotaustralin en Linamarin in Lotus japonicus. Plantenfysiologie, 135 (mei), 71-84.
3. Markham, KR (1989). Methoden in plantenbiochemie. 6. Flavonen, flavonolen en hun glycosiden (deel 1). ACADEMIC PRESS LIMITED. Opgehaald van www.dx.doi.org/10.1016/B978-0-12-461011-8.50012-3
4. Peng, L., Peng, L., Kawagoe, Y., Hogan, P., & Delmer, D. (2002). Sitosterol B-glucoside als primer voor cellulosesynthese in planten. Science, 295, 147-150.
5. Richman, A., Swanson, A., Humphrey, T., Chapman, R., Mcgarvey, B., Pocs, R., & Brandle, J. (2005). Functionele genomica onthult drie glucosyltransferasen die betrokken zijn bij de synthese van de belangrijkste zoete glucosiden van Stevia rebaudiana. The Plant Journal, 41, 56-67.
6. Swain, T. (1963). Chemische plantentaxonomie. London: Academic Press.
7. van Rantwijk, F., Oosterom, MW, & Sheldon, RA (1999). Glycosidase-gekatalyseerde synthese van alkylglycosiden. Journal of Molecular Catalysis B: Enzymatic, 6, 511-532.
8. Vetter, J. (2000). Plant cyanogene glycosiden. Toxicon, 38, 11-36.
9. Wolfenden, R., Lu, X., & Young, G. (1998). Spontane hydrolyse van glycosiden. J. Am. Chem. Soc., 120, 6814-6815.