Karbohidratlar organizmada enerji kaynağı (glikojen, nişasta gibi) olmanın yanında, yapısal (kitin, selüloz gibi) olarak da bulunmaktadır. Yaptıkları çok çeşitli bağlar (1→3, 1→4, 1→6) sayesinde, anomerik yapılarıyla ( veya ) ve çeşitli modifikasyonlara (sülfatlanma, fosfatlanma) açık olmaları nedeniyle karbohidratlar nükleik asitlere ve aminoasitlere göre daha çok bilgi depolayabilirler (Seyrek ve
Bildik, 2001’de özetlenmiştir). Karbohidratlar, proteinler ve lipidlere bağlanarak, sırasıyla proteoglikanları ve glikolipitleri oluştururlar ve bunların karbohidrat kısımlarına “glikan” denir (Erden, 2008). Bu şekilde diğer moleküllerle şekerlerin oluşturduğu hibrit moleküller, glikokonjugatlar olarak adlandırılır (Karaçalı, 2003’de özetlenmiştir).
Glikanlar, çeşitli virüsler, bakteriler ve parazitler için spesifik reseptörler olarak iş görürler. Ayrıca, birçok bitki ve bakteriyel toksin için de reseptördür ve birçok otoimmün ve alloimmün reaksiyon için antijendir (Şekil 1.23) (Varki ve diğ., 1999).
Şekil 1.23 : Hücre tanımada karbohidratlar (http://www.proprofs.com/flashcards/ cardshowall.php?title=mcb-block-3-organelles-cell-membrane). Ökaryotik hücrelerde bulunan oligosakkaritlerin genel sınıfları aglikon (protein ya da lipid) çekirdek ile yaptıkları bağlara göre tanımlanır. N-glikan (N-bağlı oligosakkarit, N-(Asn)-bağlı oligosakkarit), bir polipeptid zincirinin, Asn-X-Ser/Thr dizisini içeren asparajin uzantısına kovalent olarak bağlı şeker zincirleridir. N-glikanlar ortak bir pentasakkarit çekirdeği paylaşırlar ve genel olarak üç ana sınıfı vardır: yüksek mannoz tip, kompleks tip ve hibrit tip. O-glikan (O-bağlı oligosakkarit, O-(Ser/Thr)- bağlı oligosakkarit), tipik olarak polipeptid zincirine N-asetil galaktozamin (GalNAc) yoluyla serin ya da treonin uzantılarından bağlanır ve farklı yapısal çekirdek sınıfları oluşturur. O-glikozilasyon musin tip moleküllerin oluşumu ile sonuçlanabilir. Musinler, yüksek miktarlarda O-glikan içeren, hücre yüzeyi ya da salgı proteinleri olarak tanımlanırlar (Şekil 1.24). Glikoprotein, polipeptid iskelete N- ya da O-bağı ile kovalent olarak bağlanmış bir ya da daha fazla sayıda oligosakkarit zinciri taşıyan
bir glikokonjugattır. Proteoglikan, bir merkezi proteine kovalent bağlı bir ya da daha fazla glikozaminoglikan zinciri içeren glikokonjugattır. Glikosifingolipitler (glikolipitler), yağ asidi ve sifingozin gibi uzun zincirlerden oluşan seramit benzeri lipid parçalarının terminal primer hidroksil gruplarına oligosakkaritlerin genellikle glikoz ya da galaktoz yoluyla bağlanmasıyla oluşur. Glikolipitler nötral ya da anyonik olabilirler. Gangliosit, bir ya da daha fazla miktarda sialik asit uzantısı içeren anyonik bir glikolipittir. Endoplazmik retikulumda sentezlenen proteinler ya da lipitler translasyon esnasında ya da post translasyonel olarak şeker zincirleri ile modifiye edilirler ve bu reaksiyonlar glikoziltransferazlar tarafından katalizlenirler. Lipidlere ve proteinlere eklenen şekerlerin kaynağı aktive edilmiş monosakkaritlerdir (şeker nükleotidleri) ve bunlar sitoplazmik kompartmanda, endogenik ya da ekzogenik orijinli monosakkarit öncüllerinden sentezlenir. Endoplazmik retikulum lümeninde glikozilasyon reaksiyonlarının gerçekleşebilmesi için bu vericiler aktif taşıma ile zardan içeri alınırlar (Varki ve diğ., 1999).
Şekil 1.24 : Glikanların proteinlere bağlanma örnekleri (Wang, 2005).
GAG’lar, yapı taşları olan disakkaritleri bir amino şeker (GlcNAc ya da GalNAc) ve bir uronik asit (GlcA ve IdoA) içeren lineer polisakkaritlerdir. Tüm memeli hücreleri proteoglikanları üreterek bunları ECM’ye salgılarlar, plazma zarlarına dahil ederler ya da bunları salgı granülleri olarak depolarlar. ECM içine gömülü olarak bulunanlar, hücrelerin biyolojik özelliklerini ve dokunun fiziksel karakteristiklerini belirler. ECM’nin temel bileşenleri, gerilme direnci sağlayan fibröz proteinler (kollajen ve
elastin gibi), adezif glikoproteinler (fibronektin, laminin gibi) ve sulu jeller oluşturarak basınç kuvvetine dayanıklılığı sağlayan proteoglikanlardır (Varki ve diğ., 1999).
Sialik asitler (SİA) (Şekil 1.25), dokuz karbonlu asidik şekerlerdir ve N- asetilnöraminik asit (Neu5Ac, NeuNac, NeuAc ya da NANA), N-glikolilnöraminik asit (Neu5Gc) ve deaminonöraminik asit (KDN, 2-keto-3-deoksi-D-glisero-D- galaktononurosonik asit)’in asetilasyon, sülfasyon, metilasyon, laktilasyon ve laktonizasyon yoluyla modifiye edilmeleri ile oluşan yaklaşık 40 doğal türevi içeren bir ailedir (http://www.glycoforum.gr.jp/science/glycogenes/05/05E.html). SİA, hücre yüzey glikolipit ve glikoproteinlerinin en uç kısımlarında yer alır ve özellikle hücre ilişkilerinde ve sinyal iletimi olaylarında önemli rolleri vardır (Izzetoglu ve Karacali, 2012; Varki ve diğ., 1999). SİA ayrıca, makromolekülleri ve hücreleri enzimatik ve immunolojik saldırılardan korur, toksinler ve mikroorganizmalar gibi birçok fizyolojik reseptör için tanıma bölgeleri oluşturur (Schauer, 2004).
Şekil 1.25 : Sialik asitlerin yapısı (http://www.glycoforum.gr.jp/science/ glycogenes/05/05E.html).
SİA’in çeşitli bağları ve modifikasyonları, dokuya spesifik ve gelişimle düzenlenen ekspresyon gösterir. SİA’ların glikokonjugatlara transferi “sialiltransferazlar” denen, bağ spesifik enzimlerce sağlanır. Bu ailenin tümünde sialil motifi denen korunmuş bir dizi vardır ve bu dizinin şeker-nükleotid tanıma bölgesini oluşturduğu düşünülmektedir. Sialik asitin koparılması da asidik olan endozomal ya da lizozomal bölgelerdeki sialidazlarca sağlanır. Birçok mikroorganizmada da silaidazların varlığı gösterilmiştir. Bazı patojenik protozoalarda bulunan trans-sialidazlar, memeli hücre yüzeylerindeki sialik asitleri uzaklaştırarak kendi hücre yüzeylerindeki moleküllere
transfer eder ve böylece konukçunun immün sisteminden korunmuş olurlar. Terminal bir bölgede bulunmaları ve negatif yükleri nedeniyle sialik asitler, birçok moleküller arası ve hücreler arası reaksiyonu inhibe etme yeteneğine sahiptir (Varki ve diğ., 1999).
SİA, özel lektinler için tanınmada kritik olan bileşenlerdir. SİA’in bağları, bazende altta bulunan şeker zincirleri birçok lektin tarafından spesifik olarak tanınır. Birçok mikrobiyal-konukçu interaksiyonu sialillenmiş ligandların tanınmasına bağlıdır (Örn: İnfluenza virüsü ve Helicobcter pylori). Belli tiplerdeki lenfositler O-asetil sialik asitlere sahipken, diğerlerinde bu yapı yoktur. Yine bazı malignansilere sahip hastaların T-hücrelerinde O-asetilasyonun artışı rapor edilmiştir. Hücre yüzeyindeki O-asetil ve N-glikolil gruplarının ekspresyonu bakteriyal siyalidazların aktivitesini sınırlandırabilir ve bazı patojenik virüslerin bağlanmasını bloke edebilir. Transformasyon ve malign gelişim, tümör hücre yüzeylerindeki sialik asit tiplerinin, bağlarının ve miktarının değişimi ile ilgilidir. 9-pozisyonundaki O-asetilasyon kolon karsinomlarında kaybolurken, melonomlarda ortaya çıkar. Neu5Ac, onko-fetal antijendir. Fetal insan dokularında, insan tümörlerinde ve insan tümör hücre hatlarında eksprese olurken, normal insan dokularında bulunmaz (Varki ve diğ., 1999).