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オリゴ糖（/ ˌ ɒ l ɪ ɡ oʊ ˈ s æ k ə ˌ r aɪ d / ; [ 1]古代ギリシャ語 のὀλίγος ( olígos ) 「少数」とσάκχαρ ( sákkhar ) 「砂糖」に由来）は、少数（通常3〜10個[2] [3] [4] [5]）の単糖（単純糖）を含む糖ポリマーです。オリゴ糖には、細胞認識や細胞接着など、多くの機能があります。[6]
これらは通常グリカンとして存在し、オリゴ糖鎖はN-またはO-グリコシド結合によって脂質またはタンパク質中の適合するアミノ酸側鎖に結合している。N結合型オリゴ糖は常に、側鎖のアミン窒素へのベータ結合を介してアスパラギンに結合した五糖である。 [7]一方、O結合型オリゴ糖は一般に側鎖のアルコール基上のトレオニンまたはセリンに結合している。天然オリゴ糖のすべてが糖タンパク質または糖脂質の成分として存在するわけではない。ラフィノース系列など、一部は植物中に貯蔵炭水化物または輸送炭水化物として存在する。マルトデキストリンやセロデキストリンなど他のものは、デンプンやセルロースなどのより大きな多糖類が微生物によって分解されて生成される。
グリコシル化
生物学において、グリコシル化とは、炭水化物が有機分子に共有結合して糖タンパク質や糖脂質などの構造を形成するプロセスである。[8]
いいえ-結合オリゴ糖
N結合型糖化は、オリゴ糖が側鎖のアミン窒素へのベータ結合を介してアスパラギンに結合することを伴う。 [7] N結合型糖化のプロセスは、翻訳と同時に、つまりタンパク質が翻訳されている間に起こる。翻訳と同時に付加されるため、糖の親水性により、N結合型糖化はポリペプチドの折り畳みを決定するのに役立つと考えられている。すべてのN結合型オリゴ糖は五糖類、つまり 5 つの単糖類からなる。[要出典]
真核生物のNグリコシル化では、オリゴ糖基質は小胞体の膜で組み立てられる。[9]原核生物では、このプロセスは細胞膜で起こる。どちらの場合も、受容体基質はアスパラギン残基である。N結合型オリゴ糖に結合したアスパラギン残基は、通常、Asn-X-Ser/Thrの配列で現れる。[7]ここで、Xはプロリン以外の任意のアミノ酸であるが、この位置にAsp、Glu、Leu、またはTrpが見られることはまれである。[要出典]
お-結合オリゴ糖
O結合型糖化に関与するオリゴ糖は、側鎖のヒドロキシル基のトレオニンまたはセリンに結合している。 [7] O結合型糖化はゴルジ体で起こり、そこで単糖単位が完全なポリペプチド鎖に付加される。細胞表面タンパク質と細胞外タンパク質はOグリコシル化される。[10] O結合型オリゴ糖の糖化部位はポリペプチドの二次構造と三次構造によって決定され、糖転移酵素が糖を付加する場所が決定される。[要出典]
糖鎖生体分子
糖タンパク質と糖脂質は、定義上、炭水化物と共有結合しています。これらは細胞表面に非常に多く存在し、それらの相互作用が細胞全体の安定性に寄与しています。[引用が必要]
糖タンパク質
糖タンパク質は、その多くの特性に大きな影響を与える独特のオリゴ糖構造を持ち、[11]抗原性、溶解性、プロテアーゼに対する耐性などの重要な機能に影響を与えます。糖タンパク質は、細胞表面受容体、細胞接着分子、免疫グロブリン、腫瘍抗原として関連しています。 [12]
糖脂質
糖脂質は細胞認識に重要であり、受容体として機能する膜タンパク質の機能の調節にも重要です。[13]糖脂質はオリゴ糖に結合した脂質分子であり、通常は脂質二重層に存在します。さらに、細胞認識や細胞シグナル伝達の受容体としても機能します。[13]オリゴ糖の頭部は、受容体の活動において結合パートナーとして機能します。受容体のオリゴ糖への結合メカニズムは、膜表面より上に露出または提示されているオリゴ糖の組成によって異なります。糖脂質の結合メカニズムには大きな多様性があり、それが糖脂質を病原体にとって相互作用や侵入の場として重要な標的にしているのです。[14]たとえば、糖脂質のシャペロン活性は、HIV感染との関連性について研究されてきました。
機能
細胞認識
すべての細胞は糖タンパク質または糖脂質で覆われており、どちらも細胞の種類を決定するのに役立ちます。[7] レクチン、つまり炭水化物に結合するタンパク質は、特定のオリゴ糖を認識し、オリゴ糖の結合に基づいて細胞認識に有用な情報を提供します。[引用が必要]
オリゴ糖細胞認識の重要な例として、血液型を決定する際の糖脂質の役割が挙げられます。血液型は、血液細胞の表面に存在するグリカン修飾によって区別されます。[15]これらは質量分析法を使用して視覚化できます。A、B、H抗原に存在するオリゴ糖は、オリゴ糖の非還元末端に存在します。H抗原（O型血液を示す）は、A抗原とB抗原の前駆体として機能します。[7]したがって、A型の血液を持つ人は、赤血球の細胞膜の糖脂質にA抗原とH抗原が存在します。B型の血液を持つ人は、B抗原とH抗原が存在します。AB型の血液を持つ人は、A、B、H抗原が存在します。そして最後に、O型の血液を持つ人は、H抗原のみを存在します。これは、すべての血液型にH抗原があることを意味し、O型血液が「ユニバーサルドナー」と呼ばれる理由を説明しています。[引用が必要]
小胞はさまざまな方法で方向付けられますが、主な2つの方法は次のとおりです。[引用が必要]
- タンパク質のアミノ酸配列にコード化された分類シグナル。
- タンパク質に付着したオリゴ糖。
選別シグナルは出芽小胞の膜または表面コートに存在する特定の受容体によって認識され、タンパク質が適切な目的地に輸送されることを保証します。
細胞接着
多くの細胞は、レクチンと呼ばれる特定の炭水化物結合タンパク質を産生し、これがオリゴ糖との細胞接着を媒介します。 [16] レクチンのファミリーであるセレクチンは、白血球と内皮細胞の接着を含む特定の細胞間接着プロセスを媒介します。 [7]免疫反応では、内皮細胞は細胞の損傷や傷害に反応して特定のセレクチンを一時的に発現することがあります。それに応じて、2つの分子間でセレクチンとオリゴ糖の相互相互作用が発生し、白血球が感染や損傷を排除するのに役立ちます。タンパク質と炭水化物の結合は、多くの場合、水素結合とファンデルワールス力によって媒介されます。[要出典]
食物オリゴ糖
多くの野菜に含まれるフルクトオリゴ糖（FOS）は、フルクトース分子の短い鎖です。イヌリンなどのフルクタンとは異なります。イヌリンは多糖類であるため、FOSや他のオリゴ糖よりもはるかに高い重合度を持っていますが、イヌリンや他のフルクタンと同様に、水溶性食物繊維と考えられています。フルクトオリゴ糖（FOS）を繊維サプリメントとして使用すると、インスリンと非常によく似たグルコース恒常性に対する効果があることが示されています。[17]これらの（FOS）サプリメントは、短鎖フルクトオリゴ糖（scFOS）を生成するプレバイオティクスと見なすことができます[18] 。 [19]特にガラクトオリゴ糖（GOS）は、母乳で育てられていない乳児にプレバイオティクス効果を生み出すために使用されます。[20]
ガラクトオリゴ糖（GOS）も天然に存在し、ガラクトース分子の短い鎖で構成されています。母乳はその一例で、乳糖から得られるヒトミルクオリゴ糖（HMO）と呼ばれるオリゴ糖が含まれています。[21] [ 22]これらのオリゴ糖は、乳児の腸内細菌叢の発達において生物学的機能を持っています。例としては、ラクト-N-テトラオース、ラクト-N-ネオテトラオース、ラクト-N-フコペンタオースなどがあります。[21] [22]これらの化合物は人間の小腸では消化されず、大腸に通過して、腸の健康に有益なビフィズス菌の増殖を促進します。 [23]
HMOは、ウイルス感染に対するデコイ受容体として働くことで乳児を保護することもできます。[24] HMOは、ウイルス粒子を宿主細胞から引き離すウイルス受容体を模倣することでこれを実現します。[25] HMOとインフルエンザ、ロタウイルス、ヒト免疫不全ウイルス（HIV）、呼吸器合胞体ウイルス（RSV）などの多くのウイルスとの間でグリカン結合がどのように起こるかを調べる実験が行われています。 [26] HMOが採用している戦略は、新しい抗ウイルス薬の開発に使用できる可能性があります。[25]
マンナンオリゴ糖（MOS）は、胃腸の健康を改善するために動物飼料に広く使用されています。これらは通常、サッカロミセス・セレビシエの酵母細胞壁から得られます。マンナンオリゴ糖は、発酵性がなく、主な作用機序として1型線毛病原体の凝集と免疫調節が含まれる点で他のオリゴ糖と異なります。[27]
出典
オリゴ糖は植物組織の繊維の成分です。FOS とイヌリンはキクイモ、ゴボウ、チコリ、ネギ、タマネギ、アスパラガスに含まれています。イヌリンは世界中のほとんどの人々の毎日の食事の重要な部分を占めています。FOS は、スクロースに作用する真菌Aspergillus nigerの酵素によっても合成されます。GOS は大豆に自然に含まれており、ラクトースから合成できます。FOS、GOS、イヌリンは栄養補助食品としても販売されています。[引用が必要]
参照
参考文献
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外部リンク
ウィキメディア・コモンズのオリゴ糖に関するメディア