3 Elads Sznhidrtok s szrmazkaik Monoszacharid szrmazkok 1

3. Előadás Szénhidrátok és származékaik

Monoszacharid származékok 1. Cukor alkoholok, cukorsavak CH 2 OH CHO CH 2 OH H H OH OH HO CH 2 OH H OH H OH OH D-Mannitol H COOH CH 2 OH Eritritol HO H OH D-Gluitol (szorbitol) [Glc. UA] (méregtelenítés) 2. Amino-szacharidok (Amino-cukrok) természetes poliszacharidokban OH H H OH HO H b-D-glükózamin vagy b-2 -amino-2 -dezoxi-DH H -glükopiranóz [Glc. N] (kitin) NH 2 OH O OH H HO H H b-D-N-acetil-glükózamin [Glc. NAc] NH C O CH 3 OH H H O OH H HO H H O HC CH 3 OH NH 2 H muraminsav [Mur] H H HO H O COO O OH HC CH 3 NH C COO CH 3 N-acetil-muraminsav [Mur. NAc] H (baktérium fal) O

OH OH HO H H OH OH H H NH 2 C H O COO HN OH H OH NH C a-D-galaktózamin [Gal. N] O HO CH 3 OH H H O OH CHOH-CH 2 OH CH 3 a-D-N-acetilgalaktózamin [Gal. NAc] N-acetilneuraminsav (sziálsav) [Sia, Neu. NAc] 3. Foszfát-észterek DG 0* p. Ka 1 p. Ka 2 -13, 8 0, 97 6, 11 (KJ/mol) O CHO DG 0* p. Ka 1 p. Ka 2 ~-12 2, 10 6, 75 (KJ/mol) HC-OH O CH 2 O-P-O O P O O CH 2 OH O H HO H O OH D-glicerinaldehid-3 -foszfát OH H H OH OO H H P O O OH b-D-glükóz-1 -foszfát O DG 0* p. Ka 1 p. Ka 2 -20, 9 1, 10 6, 13 (KJ/mol) OH a-D-fruktóz-6 -foszfát DG 0* p. Ka 1 p. Ka 2 -13, 8 0, 94 6, 11 (KJ/mol) O O H P O O H H OH O OH H HO H H OH b-D-glükóz-6 -foszfát *DGo: az észetr kötés hidrolízisekor felszabaduló energia

4. Glikozidok 4. 1 O-glikozidok (éterkötés) HO • Lásd: diszacharidok • Hidroxi-aminosavak (Ser, Thr) H OH O 1(b) H H H CH O • Fenolos-hidroxicsoport (méregtelenítés) CH C R’= H (Ser) CH 3 (Thr) R = oligoszacharidrész O NH COOH H OO H OH H HO H H b-D-glükuronsav-feniléter OH D-glükóz b D-gülóz CH 2 OH H OO H H H OH OH R’ Gal. NAca 1 -Ser/Thr H H laktóz RO CH 3 O OH H OH O HO H OH H H HNAc H OH HO OH OH OH Quabain enzimgátló Na+/K+ pumpa növényi, nyílvessző H H OH OO CH 2 OH C H HO H H H OH N O O CH H HO H H OH Amigdalin keserű mandula magjából hidrolizísekor HCN szabadul fel

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

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

CELLOBIÓZ: O-b-D-glükopiranozil-(1 -4)- b-D-glükopiranóz (kristályos!) 6 4 1(b) D-glükóz b-glikozidos kötés D-glükóz MALTÓZ: O-a-D-glükopiranozil-(1 -4)- a-D-glükopiranóz (keményítő, enzimes lebontás) OH H 6 HO HO 1(a) 4 1(a) (kristályos!) H H H O 1(a) H OH H 6 4 O H HO H D-glükóz OH H O OH OH H 1(a) a-glikozidos kötés 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(a) -(1 -6)-a-D-glükopiranóz 1(b) 6 6 4 1(b) 4 1(a)

C) 1 1’ SZACHARÓZ (nádcukor, répacukor): O-a-D-glükopiranozil-(1 -2)- b-D-fruktofuranozid 6 1 1(a) 2(a) 4 5 6 D-glükóz a 0= +66, 5 o (jobbra forgat) H+ H 2 O D-glükóz + D-fruktóz méz D-fruktóz „invertálás” (invertáz) a 0= +52, 75 o (jobbra forgat) a 0= -92, 4 (balra) -39, 7 o 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

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

Cellulóz származékok származék acetát nitrát glikolát kötéstípus észter éter reagens (CH 3 CO)2 O/CH 3 COOH HNO 3/H 2 SO 4/H 2 O Cl-CH 2 -COO-Na+ n + (CH 3 CO)2 O + HNO 3 + Cl-CH 2 -COO-Na+ 2. 3. 6 -tri-acetil-cellulóz # 2. 3. 6 -tri-karboximetil-cellulóz # kevésbé éghető, pl. film, fólia 2. 3. 6 -tri-nitro-cellulóz # ég, robban pl. lőgyapot, füstnélküli lőpor CO 2 + CO + H 2 O + N 2 + H 2 # részleges módosítás duzzad, gél pl. szappanadalék, kromatográfia

KEMÉNYÍTŐ 20% vízben oldódó, jóddal mélykék (AMILÓZ) 80% vízben nem oldódó, csiriz, jóddal vörös H+ (AMILOPEKTIN) DEXTRIN (kis molekulatömegű poliszacharidok keveréke) (+)-MALTÓZ és D-(+)-GLÜKÓZ AMILÓZ: OH H HO HO H H H 4 -O-(a-D-glükopiranozil)-D-glüköpiranóz (300 -1000 egység) O OH 1, 4 a OH H H O OH H H OH O H HO Szekvencia vizsgálat/végcsoport meghatározása: a. metilezés (CH 3)2 SO 4, Na. OH n H H OH OH 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

OH H H OH OH OH O H OH + KI ox. I 2 (kék komplex amilózzal) H OH n AMILOPEKTIN: 4 -O-(a-D-glükopiranozil)-D-glükopiranóz 6 -O-(a-D-glükopiranozil)-D- glükopiranóz a(1 3 -4000 egység 4) és a(1 6) glikogén 8 -12/1 -6 Amilopektin 24 -30/1 -6 a(1 6)

OH H HO HO H H H H O a-1, 6’ O O OH H OH O H H H 2 C H HO H H OH O

1, 6 a 1, 4 a n a. b. metilezés (CH 3)2 SO 4, Na. OH 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 KEMÉNYÍTŐ amiláz, Bacillus macerans a-Ciklodextrin: Ø 4, 5 Å CIKLODEXTRINEK

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

Heteroglikánok HIALURONSAV b b 3) b és (1 (1 4) b 200 000 - 2 000 (1 3) b kötés: hialuronidáz EC. 3. 2. 1. 36 (orvosi pióca) (1 4) b kötés: hialuronidáz EC. 3. 2. 1. 35 (ondósejt, baci) D-Glükuronsav N-acetil-D-glükózamin KONDROITIN-SZULFÁT b b (1 3) b és (1 4) b Chondros, görög = porc, rög láncok: 10 000 Å D-Glükuronsav N-acetil-D-galaktózamin-6 -szulfát HEPARIN (1 4) a (1916) véralvadásgátló a a D-Glükuronsav- N-szulfo-D-galaktózamin-2 -szulfát -6 -szulfát DERMATÁN-SZULFÁT L-Lauronsav N-acetil-D-galaktózamin-4 -szulfát (1 3) b és (1 4) b

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 D-Glükuronsav Y Z Kondroitin H H Kondroitin szulfát A H SO 3 - Kondroitin szulfát C SO 3 - H 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 D-glükózamin D-Glükuronsav 1, 3 b Hialuronidáz, EC. 3. 2. 1. 35 (ondósejt, baci)

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 AGAR D-Glükuronsav 1, 3 a 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

ABO antigének Vörösvértestek felszínén, fehérjéhez, lipidhez kapcsolódó oligoszacharidok. Elágazó lánc, heteroglikán, semleges. Összetétel: D-galaktóz (Gal), N-Ac-D-galaktózamin (Gal. NAc), N-Ac-D-glükózamin (Glc. NAc), L-fukóz (Fuc). Kötésrendszer: 1, 3 a és 1, 3 b glikozidos kötés, savamid kötés Transzferáz H determináns (O antigén) a-D-Gal. NAc(1 -3) b-D-Gal(1 -3) b-D-Glc. NAc 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 (Ag 85) bioszintézise trehalóz mikolsav

Trehalóz alapú enzim (Ag 85) 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)