В качестве спиртов моносахариды могут служить агликонной составляющей гликозидов. Так возникают дисахариды, в которых два моносахаридных остатка соединены гликозидной связью, при этом один выступает гликозидным остатком, а другой - агликоном. При этом моносахарид может выступать в качестве агликона несколькими способами в зависимости от того, к какому из гидроксилов присоединён гликозидный остаток.
В свою очередь гликозильные осадки могут иметь четыре разные структуры(α, β). Но и это еще не исчерпывает разнообразие дисахаридных структур, так как и полуацетальный ОН может служить местом присоединения гликозильного остатка. Пример - сахароза (невосст. сахар), трегалоза.
По той же схеме, по которой строятся дисахариды, можно связать цепочку из трёх моносахаридных осадков - получим трисахариды.
При этом возможны два варианта компоновки структур:
1. в целлотриозе центральный моносахаридный блок одновременно выступает в роли агликона и гликозильного осадка.
2. в солатриозе оба гликозильных остатка присоединены к одному и тому же моносахаридному остатку (он дважды агл.)
Такие дисахариды называют разветвленными, «дважды агликон» называют точкой ветвления. В солатриозе точкой ветвления служит остаток D-галактозы.
Аналогично построены тетрасахариды, пентасахариды... Если говорить о качественно новых структурных особенностях высших олигосахаридов, то можно указать на возможность существования нескольких разветвлений в одной молекуле.
Такие олигосахариды могут отличаться один от другого структурой моносахаридов, их последовательностью в цепи, наличием или отсутствием разветвлений, размерами циклов, конфигурацией гликозидных центров и местами присоединения гликозильных осадков к агликонам. Всё это в совокупности приводит к возникновению невообразимо огромного числа возможных изомеров даже у сравнительно простых олигосахаридов.
|
|
Обратимся к арифметическому расчету.
Из 2-хгексоз, скажем из Д-глю. и Д-гал., можно построить 56 изомерных дисахаридов. Из 3-х – 4896, из 4-х – 374784.
Если же учесть еще возможные вариации в структуре исходных моносахаридов, то цифры становятся астрономическими.
Из 8 гексоз Д-ряда можно построить дисахаридов -3136, трисахаридов – 1645056 и т.д.
Но не будем увлекаться. Вспомним, что индивидуальных органических соединений всех классов известно человечеству 8 млн, и олигосахаридов среди них – меньшинство.
Зачем я привожу эту арифметику? Во-первых, из того, что подавляющее большинство этих несметных полчищ олигосахаридов нам неизвестно, еще не следует, что их не может быть вообще. Поэтому при изучении строения нового олигосахарида исследователь обязан учитывать, что это соединение может иметь любую структуру из числа тех тысяч или миллионов изомеров, возможность существования которых представляет для него структурная теория. Например, если мы выделим тетрасахарид и уже знаем из каких моносахаридов он состоит, то дальнейшая задача структурного исследования – выбрать для него одну (единственную) структуру из 374784 возможных. На случайный выигрыш в этой лотерее рассчитывать не приходится.
Во вторых, для живой клетки такое огромное разнообразие возможных структур означает гигантские информационные возможности, совершенно несопоставимые по мощности с возможностями такого классического информационного материала, как последовательность нуклеотидных звеньев в нуклеиновых кислотах. Вспомним: 3-х буквенный генетический код позволяет построить из 4-х основных природных нуклеотидов «всего» 64 «слова», тогда как из 8-ми гексоз (а разнообразие природных моносахаридов гораздо больше) можно составить 1645056 трисахаридных «слов».
|
|
Такое сопоставление заставляет задуматься. Неужели эволюция сумела создать сахара и сумела как следует распорядиться их информационной емкостью? В течение длительного времени, казалось, что действительно не сумела. Однако в последние годы становиться ясно, что олигосахаридные остатки на поверхности клеток и макромолекул служат тем сигналом, по которому клетки или макромолекулы различают друг друга. Иначе говоря, эволюция использовала информационные возможности сахаров, и при том наиболее рациональным и экономным способом там, где при помощи минимального числа носителей информации нужно довиться максимального, практически неограниченного разнообразия индивидуальных характеристик.
Установление структуры
1 Определение моносахаридного состава
Кислотный гидролиз или метанолиз сахаров. Состав продуктов кислотного гидролиза анализируют с помощью хроматографии или электрофореза на бумаге. Существует углеводный анализатор в котором происходит разделение на ионообменных смолах методом распределительной хроматографии в водно-спиртовой смеси.
Скорость гидролиза гликозидных связей, образованных остатками нейтральных, амино- и дезокси- сахаров, различна. Фуранозиды гидролизуются легче пиранозидов. В итоге может иметь место неполное расщепление связей или кислотная деструкция образующихся моносахаридов, что искажает результат. Лучшие результаты дает метанолиз в присутствии газобразного HCl (1,7 н HCl, 80º, 18 ч) в этом случае образуются метилгликозиды, устойчивые к кислотной деструкции. Качественный и количественный состав продуктов метанолиза определяется методом газожидкостной хроматографии.
|
|
2 Определение мест присоединения моносахаридных остатков друг к другу.
Проводят исчерпывающее метилирование с последущим гидролизом и анализом образующихся продуктов.
Метилирование по Хакомори
Если свободных ОН групп больше чем 1, это значит, что есть разветвление.
Идентификация продуктов проводится методом ГЖХ путем сравнения со стандартными, частично метилированными метилгликозидами.
3 Последовательность звеньев в молекуле гетерополисахарида определяется с помощью ферментов – экзогликозидаз, отщепляющих по одному моносахаридному остатку с невосстанавливающегося конца молекулы.
(нейтроминидаза, β- галактозидаза)
β – маннозидаза, α – маннозидаза, α – фукозидаза, α – галактозидаза, α и β N-ацетил-глюкозоминидаза.
Важным свойством гликозидаз является стереоспецифичность их действия: α – гликозидаза не расщепляет β- гликозидную связь.
Это свойство позволяет однозначно установить конфигурацию гликозидной связи расщепляемого олигосахарида.
Периодатное окисление – модификация по Смиту.
Синтез олигосахаридов.
Наиболее старым, но до настоящего времени находящим применение, методом гликозилирования является метод Кёнигса –Кнорра.
Гликозилирующим агентом служит ацилированный α-D-гликозилгалогенид. Катализатор оксид или Ag2Co3. Играют двоякую роль:
1) облегчают диссоциацию связи с-1-галогеном, являясь катализатором;
2)служат акцептором протонов, образующихся в ходе превращения 
Недостаток: образование H2O, которая разлагает ацилгалогенозу. Лучше результаты дает модификация Хельферига: катализатор – цианид ртути.
Кочетков предложил использовать в качестве гликозилирующих агентов в синтезе 1,2- транс гликозидов 1,2-ортоэфиры сахаров (католизатор – перхлорат 2,6 – диметилпиридиния. Этим методом удается гликозилировать сахара с малореакционноспособными гидроксилами.
Значительно труднее синтезировать 1,2-цис гликозиды.
Используют нестабильные β-гликозил-галогениды в малополярных растворителях в присутствии активных катализаторов (солей серебра)
Происходит обращение конфигурации при С-1
Дополнительные R=Bzl, CCl3, NO2
Сложности в олигосахаридном синтезе связаны с получением защищенного агликонового компонента с единственной свободной ОН, а также низкая реакционная способность вторичных ОН. Напомню, что наиболее активна игексопиранозпервичная ОН, затем С-2, С-3, С-4.
Потому синтез 1-4 гликозидной связи вызывает наибольшие затруднения.
Предложен ряд методов активации ОН при С-4, в том числе специальный подбор заместителей при остальных ОН, использование в качестве агликона ациклических производных сахаров.
В большинстве случаев реакция нестереоселективна, получают α и β – аномеры. Выход в случае вторичных ОН – не более 70 %
