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氨基糖(amino sugar),是单糖分子中一个羟基被胺基取代所形成的糖衍生物。氨基糖的氨基常常是乙酰化的,例如,俗称唾液酸的N-乙酰基神经氨酸(Sialic acid)就是神经氨酸与乙酰基结合形成的化合物;N-乙酰胞壁酸(N-Acetylmuramic acid)作为肽聚糖的主要构成部分,是胞壁酸与乙酰基结合的产物。氨基糖作为细胞壁和外骨骼的组成部分,在糖蛋白和糖脂中发挥重要作用。
图1 氨基糖代谢
氨基糖的生物合成
天然的D-氨基葡萄糖以6-磷酸酯的形式存在,它是所有氨基糖的生化前体。氨基糖合成之路第一步:D-果糖6-磷酸与谷氨酰胺发生转胺反应生成D-葡萄糖胺6-磷酸(在此过程中还会形成中间产物:希夫碱)。随后通过乙酰CoA进行乙酰化、变位酶反应生成N-乙酰氨基葡萄糖1-磷酸,最终形成尿苷二磷酸(UDP)衍生物。UDP-N-乙酰基-D-氨基葡萄糖是UDP-N-乙酰半乳糖胺的4位差向异构化反应的底物,或UDP-N-乙酰甘露胺的2位差向异构化反应的底物(但甘露胺立即水解为N-乙酰-D-甘露胺)。
UDP-N-乙酰氨基葡萄糖是生物细胞内许多重要多糖的基本组成单位,在生物体内具有许多重要生理功能。
● UDP-N-乙酰氨基葡萄糖可作为几丁质的单体。通过几丁质合成酶对UDP-N-乙酰氨基葡萄糖进行线性聚合,得到结构与纤维素非常相似的几丁质(β1→4-氨基葡萄糖)。由于几丁质相邻分子的相互作用,使得结构强度远超过纤维素。几丁质纤维还为糖蛋白或聚糖的弹性框架增加强度。几丁质在无脊椎动物(甲壳类、昆虫)外骨骼含量最高,也存在于许多真菌和藻类的细胞壁中,那么真菌的细胞壁也可以发现在几丁质的脱乙酰作用下产生壳聚糖。
● UDP-N-乙酰氨基葡萄糖可作为N-乙酰基壁酸盐的合成底物。通过添加氨基酸(部分D构型氨基酸,使其对常见蛋白酶具有抗性)和N-乙酰氨基葡萄糖,在十一苯烯基锚点处进行合成。两种氨基糖衍生物在骨架链中交替,而氨基酸将这些链相互连接,最终与磷酸烯醇丙酮的缩合和连续还原生成N-乙酰基壁酸盐。N-乙酰基壁酸盐不仅是形成细胞胞壁质的起始化合物,也是细菌细胞包膜的重要组成部分。细菌的细胞壁由胞壁质组成,胞壁质是由N-乙酰氨基葡萄糖及N-乙酰胞壁酸交替组成的多聚物。
● N-乙酰-D-甘露胺或其6-磷酸均可与磷酸烯醇丙酮酸缩合,分别生成N-乙酰神经胺酸(唾液酸)或其6-磷酸,然后将其去磷酸化。该化合物的环形式包括3个添加的C原子。唾液酸盐是神经节苷脂的重要组成部分。为了引入这些化合物,它被激活为CMP衍生物。
氨基糖的分解代谢
● 溶菌酶通过催化肽聚糖中N-乙酰胞壁酸、N-乙酰氨基葡萄糖残基间和壳糊精中的1,4-β链的水解,使得细胞壁不溶性黏多糖分解成可溶性糖肽,导致细胞壁破裂内容物逸出而使细菌溶解。在人体中,溶菌酶存在于细胞分泌液,如眼泪、唾液以及其他体液中。此外,蛋清中也存在大量的溶菌酶(具有保护作用)。
● 几丁质不仅可以通过几丁质酶(一种内(β1→4)氨基葡萄糖酶)进行随机水解,也可以通过溶菌酶进行水解。剩余的壳聚糖通过β-n-己糖氨基酶进一步切割。
● 糖蛋白和糖脂中的末端神经氨酸被神经氨酸苷酶除去,这通常是降解的第一步。葡萄糖胺6-磷酸可以通过异酶反应重新转化为果糖6-磷酸,释放出NH₃。
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