GLYKOSIDE: BILDUNG, FUNKTION UND TYPEN / GRUPPEN - BIOLOGIE - 2025

Die Glykoside sind Metaboliten-Nebenpflanzen, die über glykosidische Bindungen an Mono- oder Oligosaccharide gebunden sind. Diese Metaboliten sind glykosyliert. Sie gehören zur chemischen Familie der Glykoside, zu denen alle chemischen Verbindungen gehören, die an zuckerhaltige Rückstände gebunden sind.

In der typischen Struktur eines Glycosidmoleküls werden zwei Regionen erkannt: Algon und Glycon. Die Region, die aus dem Saccharidrest besteht, wird als Glycon bezeichnet, und die Region, die dem Nicht-Saccharidmolekül entspricht, ist als Aglyconanteil bekannt.

Struktur eines Glykosids (Quelle: Yikrazuul über Wikimedia Commons)

Üblicherweise wird der Begriff "Glucosid" verwendet, um die Tatsache zu bezeichnen, dass Glucosemoleküle während der Hydrolyse dieser Verbindungen freigesetzt werden. Mitglieder derselben Familie von Molekülen weisen jedoch Reste anderer Zuckertypen wie Rhamnose, Galactose auf oder Mannose unter anderem.

Die Nomenklatur der Glykoside bezeichnet typischerweise die Art ihrer Aglyconregion. Diese Namen mit der Endung "-ina" sind stickstoffhaltigen Verbindungen vorbehalten, während Alkaloide mit dem Suffix "-ósido" benannt sind.

Diese Suffixe begleiten häufig die Wurzel des lateinischen Namens des botanischen Ursprungs, wo die Moleküle zum ersten Mal beschrieben werden und normalerweise das Präfix "gluco-" hinzugefügt wird.

Die glycosidische Bindung zwischen den Glycon- und Aglycon-Einheiten kann zwischen zwei Kohlenstoffatomen (C-Glucosiden) oder Sauerstoffatomen (O-Glucosiden) auftreten, von denen ihre Stabilität gegen chemische oder enzymatische Hydrolyse abhängt.

Die relative Häufigkeit von Glykosiden in Angiospermen ist viel höher als in Gymnospermen, und es wurde gezeigt, dass in Bezug auf Monokotylen und Dikotylen mit einigen Ausnahmen kein großer Unterschied in der Menge und Art der gefundenen Glykoside besteht.

Es ist wichtig, die große Vielfalt und Heterogenität dieser Gruppe von Verbindungen hervorzuheben, da die Identität jeder einzelnen von dem Aglyconanteil abhängt, der sehr variabel ist.

Ausbildung

Die Biosynthese oder Bildung von glykosidischen Verbindungen (Peng, Peng, Kawagoe, Hogan & Delmer, 2002) in Pflanzen hängt von der Art des betrachteten Glykosids ab, und in Pflanzen hängen ihre Biosyntheseraten häufig von den Bedingungen ab. Umwelt

Cyanogene Glycoside werden beispielsweise aus Aminosäurevorläufern synthetisiert, einschließlich L-Tyrosin, L-Valin, L-Isoleucin und L-Phenylalanin. Aminosäuren werden zu N-Hydroxylaminosäuren hydroxyliert, die anschließend in Aldoxime umgewandelt werden, die dann in Nitrile umgewandelt werden.

Nitrile werden unter Bildung von α-Hydroxynitrilen hydroxyliert, die unter Bildung des entsprechenden cyanogenen Glucosids glykosyliert werden können. An diesem Biosyntheseweg sind zwei multifunktionelle Cytochrome beteiligt, die als P450- und Glycosyltransferase-Enzyme bekannt sind.

Zum größten Teil umfassen die Biosynthesewege von Glycosiden die Beteiligung von Glycosyltransferaseenzymen, die in der Lage sind, Kohlenhydratreste von einem durch ein UDP-Molekül aktivierten Zwischenprodukt selektiv auf den entsprechenden Aglyconanteil zu übertragen.

Die Übertragung von aktivierten Zuckern wie UDP-Glucose auf eine Akzeptor-Aglycon-Einheit hilft, Metaboliten in den letzten Schritten der sekundären Metaboliten produzierenden Wege zu stabilisieren, zu entgiften und zu solubilisieren.

Daher sind die Glycosyltransferaseenzyme für die große Vielfalt an Glycosiden in Pflanzen verantwortlich und wurden aus diesem Grund eingehend untersucht.

Es gibt einige In-vitro-Synthesemethoden zur Gewinnung von Glycosidderivaten von Pflanzen, die eine umgekehrte Hydrolyse oder Transglycosylierung von Verbindungen beinhalten.

Funktion

In Pflanzen hat eine der Hauptfunktionen von Flavonoidglykosiden beispielsweise den Schutz gegen ultraviolettes Licht, gegen Insekten sowie gegen Pilze, Viren und Bakterien. Sie dienen als Antioxidantien, Bestäuber-Lockstoffe und Pflanzenhormon-Controller.

Andere Funktionen von Flavonoidglykosiden umfassen die Stimulierung der Knötchenproduktion durch Bakterienarten der Gattung Rhizobium. Sie können an Enzymhemmungsprozessen und als allelopathische Mittel teilnehmen. Somit bieten sie auch eine chemische Abwehrbarriere gegen Pflanzenfresser.

Viele Glykoside erzeugen bei Hydrolyse Glukosereste, die von Pflanzen als Stoffwechselsubstrat zur Energieerzeugung oder sogar zur Bildung strukturell wichtiger Verbindungen in Zellen verwendet werden können.

Anthropozentrisch gesehen ist die Funktion dieser Verbindungen sehr vielfältig, da einige in der Lebensmittelindustrie verwendet werden, andere in der pharmazeutischen Industrie zur Entwicklung von Arzneimitteln zur Behandlung von Bluthochdruck, Durchblutungsstörungen, Antikrebsmitteln usw.

Typen / Gruppen

Die Klassifizierung von Glykosiden findet sich in der Literatur anhand der Nicht-Saccharid-Anteile (Aglykone) oder ihrer botanischen Herkunft. Das Folgende ist eine Form der Klassifizierung basierend auf dem Aglyconanteil.

Die Hauptgruppen von Glycosiden entsprechen den Herzglycosiden, den cyanogenen Glycosiden, den Glucosinolaten, den Saponinen und den Anthrachinonglycosiden. Einige Flavonoide kommen üblicherweise auch als Glykoside vor.

Herzglykoside

Diese Moleküle bestehen im Allgemeinen aus einem Molekül (Aglyconregion), dessen Struktur Steroid ist. Sie kommen in Pflanzen der Familie der Scrophulariaceae, insbesondere in Digitalis purpurea, sowie in der Familie der Convallariaceae mit Convallaria majalis als klassischem Beispiel vor.

Diese Art von Glykosid hat eine negative Hemmwirkung auf die Natrium / Kalium-ATPase-Pumpen in Zellmembranen, die besonders häufig in Herzzellen vorkommen, so dass die Aufnahme von Pflanzen mit diesen sekundären Verbindungen direkte Auswirkungen auf das Herz hat; daher der Name.

Cyanogene Glykoside

Sie sind chemisch definiert als α-Hydroxynitrilglycoside, die von Aminosäureverbindungen abgeleitet sind. Sie kommen in Angiospermenarten der Familie der Rosaceae vor, insbesondere in Arten der Gattung Prunus sowie in der Familie der Poaceae und anderen.

Es wurde festgestellt, dass diese Teile der charakteristischen toxischen Verbindungen einiger Sorten von Manihot esculenta sind, die in Südamerika besser als Maniok, Yucca oder Maniok bekannt sind. Ebenso sind sie reich an Apfelsamen und Nüssen wie Mandeln.

Die Hydrolyse dieser Sekundärmetaboliten endet in der Produktion von Blausäure. Wenn die Hydrolyse enzymatisch ist, werden die Glycon- und Aglyconanteile getrennt, wobei letztere als aliphatisch oder aromatisch klassifiziert werden können.

Der Glyconanteil von cyanogenen Glycosiden ist typischerweise D-Glucose, obwohl auch Gentobiose, Primeverose und andere gesehen wurden, die hauptsächlich durch β-Glucosidbindungen verbunden sind.

Der Verzehr von Pflanzen mit cyanogenen Glykosiden kann negative Auswirkungen haben, einschließlich einer Störung der Jodverwertung, was zu einer Hypothyreose führt.

Glucosinolate

Die Basis seiner Aglyconstruktur besteht aus schwefelhaltigen Aminosäuren, weshalb sie auch als Thioglycoside bezeichnet werden können. Die Hauptfamilie der Pflanzen, die mit der Produktion von Glucosinolaten verbunden sind, ist die Familie der Brassicaceae.

Zu den negativen Auswirkungen für die Organismen, die diese Pflanzen aufnehmen, gehört die hepatische Bioaktivierung von Umweltprokarzinogenen, die das Produkt komplexer Auswirkungen auf Cytochrom P450-Isoformen ist. Zusätzlich können diese Verbindungen die Haut reizen und Hypothyreose und Gicht auslösen.

Saponine

Viele "seifenbildende" Verbindungen sind Glykoside. Der Aglyconteil der glykosidischen Saponine besteht aus pentacyclischen Triterpenoiden oder tetracyclischen Steroiden. Sie sind strukturell heterogen, haben aber gemeinsame funktionelle Eigenschaften.

In ihrer Struktur haben sie stark hydrophile Glyconanteile und stark hydrophobe Aglyconregionen, die emulgierende Eigenschaften bieten, so dass sie als Detergenzien verwendet werden können.

Saponine kommen in einer Vielzahl von Pflanzenfamilien vor, darunter die zur Familie der Liliaceae gehörenden Arten, beispielsweise die Arten Narthecium ossifragum.

Anthrachinonglycoside

Sie sind im Pflanzenreich weniger verbreitet als die anderen oben genannten Glykoside. Sie kommen in Rumex crispus und Arten der Gattung Rheum vor. Die Wirkung seiner Aufnahme entspricht einer übertriebenen Sekretion von Wasser und Elektrolyten, begleitet von Peristaltik im Dickdarm.

Flavonoide und Pro-Anthocyane

Viele Flavonoide und ihre Oligomere, Pro-Anthocyane, kommen als Glykoside vor. Diese Pigmente sind in weiten Teilen des Pflanzenreichs sehr verbreitet, mit Ausnahme von Algen, Pilzen und einigen Hornwurzeln.

Sie können in der Natur als C- oder O-Glucoside vorliegen, abhängig von der Art der glycosidischen Bindung, die zwischen den Glycon- und Algiconregionen auftritt. Einige sind daher resistenter gegen chemische Hydrolyse als andere.

Die Aglyconstruktur der C-Glucosid-Flavonoide entspricht drei Ringen mit einer Phenolgruppe, die ihnen die Eigenschaft von Antioxidantien verleiht. Die Vereinigung der Saccharidgruppe mit der Aglyconregion erfolgt durch Kohlenstoff-Kohlenstoff-Bindungen zwischen dem anomeren Kohlenstoff des Zuckers und dem C6- oder C8-Kohlenstoff des aromatischen Kerns des Flavonoids.

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