glúcidos e glicoproteínasmoodle-arquivo.ciencias.ulisboa.pt/1314/pluginfile.php/60739/mod... ·...
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Os glúcidos constituem a maior parte da matéria orgânica da Terra, devido aos seus múltiplos papéis: •Servem como armazém de energia, combustíveis e intermediários metabólicos (amido, glicogénio, glucose, ATP). •A flexibilidade conformacional da ribose e desoxiribose (DNA e RNA) é importante no armazenamento da informação genética.
•Os glúcidos estão ligados a proteínas e lípidos envolvidos em muitos processos biológicos.
•Elementos estruturais das paredes celulares de plantas, bactérias e dos exoesqueletos de artrópodes. A celulose é o composto mais abundante da biosfera.
Hidratos de carbono Cn(H2O)n Carbohidratos (CH2O)n
Glúcidos Oses e ósidos Monossacáridos e polissacáridos Açúcares
Glúcidos são polihidroxialdeidos ou polihidroxicetonas ou substâncias que os originam por hidrólise. Fórmula geral ? Cn (H2O)n
C5H10O4 – desoxiribose não obedece C6H12O5 - ramnose não obedece C(H2O) – aldeído fórmico obedece não é glúcido C2 (H2O)2 – ácido acético obedece não é glúcido C3 (H2O)3 - ácido láctico obedece não é glúcido.
“monossacáridos” ou oses (açúcares simples) Classes “oligossacáridos” ou oligósidos “polissacáridos” ou poliósidos
a)“Monossacáridos” ou oses Uma unidade de polihidroxialdeído ou polihidroxicetona 3C= trioses 4C=tetroses 5C=pentoses 6C=hexoses 7C=heptose Com mais de 4C tendem para estruturas cíclicas
b)“Oligossacáridos” ou oligósidos
associações de algumas oses ligadas por
ligações osídicas.
ex: sacarose=diósido de glucose e frutose
(“dissacárido”)
c) “polissacáridos” ou poliósidos + de 20 resíduos de oses ex: celulose = cadeia linear com milhares de resíduos de D-glucose; glucogénio = cadeia ramificada de milhares de resíduos de D-glucose
Estruturas ≠ funções ≠
Oses - monossacáridos Aldoses e cetoses: sólidos cristalinos incolores solúveis em água
Gliceraldeído aldotriose
Hidroxicetona cetotriose
D-Glucose e dois dos seus epímeros. Cada epímero difere na configuração de um centro quiral
Epímero em C-2 Epímero em C-4
A maioria das hexoses dos organismos vivos são isómeros D Alguns monosacáridos ocorrem naturalmente na forma L. Ex: L-arabinose e isomeros L de derivados de glúcidos (componentes de glicoconjugados).
α-D-glucopiranose
β-D-glucopiranose
α-D-frutofuranose
β-D-frutofuranose
Anómeros-isómeros que se
distinguem apenas no C quiral
da ciclização - C anomérico
α-D-glucopiranose
β-D-glucopiranose
α-D-frutofuranose
β-D-frutofuranose
pirano furano
D-Glucose em sol. ~2/3 β-D-glucopiranose +
1/3 α-D-glucopiranose
+ pequenas quantidades de formas lineares de
Fischer e furanose
α-D-glucopiranose
β-D-glucopiranose
α-D-frutofuranose
β-D-frutofuranose
pirano furano
D-Frutose em sol.~ β -D-
frutofuranose
Conformações de piranoses
2 formas possíveis em cadeira
α-D-glucopiranose
(interconversão~46
KJ/mol)
As conformações das
oses são determinantes
da estrutura e função
dos poliósidos
Os organismos contêm uma grande variedade de derivados de hexoses
hexoses simples - glucose, galactose e manose Derivados de hexoses em que um -OH foi substituído ou um grupo carbonilo foi oxidado a carboxilo.
Família da glucose
6-P-β-D-Glucose Intermediário metabólico
Poliósidos de paredes celulares bacterianas
Oxidação da glucose em C6 ác. glucurónico
Oxidação de outras aldoses ác. urónicos
Oxidação da glucose em C1 ác. glucónico
Oxidação de outras aldoses ác. aldónicos
Ácidos aldónicos e urónicos formam
ésteres estáveis (intramolecular)-lactonas
β-D-glucoronato D-gluconato D-glucono-δ-lactona
Glúcidos aminados
β-D-galactosamina β-D-manosamina
Componente de hormonas (glicoproteínas) : follicle-stimulating hormone (FSH) e luteinizing hormone (LH)
α-L-fucose α-L-ramnose
Desoxi - oses
Glicanos (N-linked) em
mamíferos,
insectos
e nas células superficiais
de plantas
Alergias mediadas por fucose
β-L-fucose β-L-ramnose
Desoxi - oses
Metilpentose
L-isómero encontrado naturalmente em muitos glúcidos vegetais e em glicolípidos de algumas bactérias Gram-negativas
Oses ácidas
ac.N-acetilneuraminico
(ac.siálico)
Derivado da N-acetilmanosamina. Existe em tecidos
animais; menos abundante noutras espécies, plantas,
fungos, leveduras e bactérias, principalmente como
glicoproteínas e glicolípidos
A reacção de oxidação da glucose é usada no doseamento da glucose do sangue
D-Glucono-δ-lactona
Um segundo enzima (peroxidase) catalisa a reacção da H2O2 com um substrato incolor dando origem a um produto corado que é medido por espectrofotometria.
Doseamento de glucose no sangue no diagnóstico e tratamento da Diabetes.
+ H2N – R hemoglobina
→ → → AGEs Advanced Glication End products
“Crosslinking” de proteínas
Danos nos rins, retina, sistema cardiovascular
Reacção não enzimática
Diósidos - dissacáridos
Ex: sacarose, maltose, lactose 2 oses ligadas por ligação O-osídica (ou O-glicosídica)-ligação covalente
álcool
Sacarose Glc(α1→2β)Fru α-D-glucopiranosil-(1→ 2)-β-D-frutofuranose
Não
redutor
Produto intermediário da fotossíntese
Trealose Glc(α1→1α)Glc α-D-glucopiranosil-(1→ 1)-α-D-glucopiranose
Não redutor
Constituinte da hemolinfa(insectos)
Poliósidos, “polissacáridos”ou glicanos
Distinguem-se por: •Identidade das oses •Comprimento da cadeia •Tipos de ligações osídicas •Grau de ramificação
Homopoliósidos Heteropoliósidos
lineares ramificados 2 oses múltiplas oses
linear ramificado
A dimensão é muito variável (durante a síntese não há molde; processo enzimático sem sinais de stop)
Homopoliósidos Heteropoliósidos
lineares ramificados 2 oses múltiplas oses
linear ramificado
Funções: •armazenamento de ose “combustível” (amido e glucogénio) •elemento estrutural em paredes de cel. vegetais e exoesqueleto de animais (celulose e quitina)
Homopoliósidos Heteropoliósidos
lineares ramificados 2 oses múltiplas oses
linear ramificado
•Suporte extracelular para todos os tipos de organismos ex1: Paredes de células bacterianas (peptidoglicanos). ex2: Matriz extracelular (glicosaminoglicanos).Confere protecção, forma, suporte das células, dos tecidos e dos órgãos.
Funções:
Homopolisacáridos de armazenamento: Amido e glucogénio As moléculas de amido e o glicogénio estão altamente hidratadas devido ao elevado nº de grupos hidroxilo disponíveis para interacções com a água
Amilose
Amilopectina
Terminais redutores
Terminais não redutores
Mr > 100 000 000
Um agregado de amilose e amilopectina tal como se pensa que existirá nos grânulos de amido
•Principal molécula de armazenamento em animais
•Fígado ~7% peso seco (associado com os enzimas de síntese e degradação)
•Músculo esquelético •Estrutura ramificada compacta (período de ramificação 8-12 resíduos)
Glucogénio
Por que razão a glucose não é armazenada na forma monomérica? Os hepatócitos armazenam glucogénio equivalente a uma concentração de glucose de 0,4M. A concentração de glucogénio é cerca de 0,01 µM, contribuindo pouco para a osmolaridade do citosol. A concentração de glucose no exterior das células é cerca de 5 mM(concentração de glucose no sangue de um mamífero).
Pressão osmótica e osmolaridade
Π = i c RT Equação de van’t Hoff
i c é a osmolaridade da solução c – concentração molar
i – nº de espécies iónicas geradas em solução
Osmose é o movimento da água através de uma membrana semipermeável devido a diferenças na pressão osmótica.
Efeito da osmolaridade extracelular no movimento da água através da membrana plasmática
As células em geral contêm uma concentração mais elevada em iões do que o seu ambiente exterior.
Mecanismos para evitar a entrada de água e a lise das células: Paredes celulares das bactérias Organitos que bombeiam água para fora da célula (vacúolo contractil de protozoários) Em organismos multicelulares o plasma e o fluido intersticial são mantidos a uma osmolaridade próxima do citosol (elevadas concentrações de albumina e outras proteínas).
•Fibra insolúvel em água
•Algodão~100% celulose
Celulose
Resíduos de D-glucose com ligações (β 1 4)
10 000 a 15 000 resíduos
Homopolissacáridos com funções estruturais
Pelidnota punctata
Exoesqueleto de quitina
Quitina - usada para fabricar fio cirúrgico (forte e flexível).
Ligações covalentes- ligações osídicas – nível primário
Estabilização por: Ligações de hidrogénio Interações hidrófobas Interacções de van der Waals; Interacções electroestáticas
Folding de homopoliósidos
A estrutura tridimensional mais estável
para as cadeias unidas por ligações α1→4
do amido e glicogénio é uma hélice
fortemente enrolada, estabilizada por
ligações de hidrogénio entre as cadeias.
A conformação mais estável da celulose é
aquela em que cada resíduo glucose tem
uma volta de 180º relativamente aos
vizinhos dando origem a uma cadeia linear
estendida.
Todos os grupos –OH podem fazer ligações
de H com as cadeias vizinhas.
As cadeias organizam-se em fibras
supramoleculares.
Le coton et le
papier sont
presque
entièrement
faits de fibres
de cellulose.
cadeias de glucose
fibra de celulose
Microfibrila microfibrila
macrofibrila
Heteropoliósidos estruturais - peptidoglicano
Parede da celula bacteriana contém um polímero de N-acetilglucosamina alternada com ácido N-acetilmurâmico (β1→4)
N-acetilglucosamina
(GlcNAc)
ácido N-acetilmurâmico
Mur2Ac
Local de clivagem por lisosima
“cross-link “de pentaglicina
terminal redutor
Matriz extracelular
Glicosaminoglicanos (GAGs): dissacáridos de
N-acetilglucosamina ou N-acetilgalactosamina e
ácido glucurónico ou ácido idurónico.
Frequentemente contêm cargas -
Ex. Hialuronato
Resíduos alternados de
D-ácido glucorónico e N-acetilglucosa
mina
Hialuronano
~ 50 000 unidades GAGs Mr >1 000 000
Soluções altamente viscosas – lubrificantes no líquido sinovial e humor vítreo dos olhos. Componente da matriz extracelular das cartilagens e tendões. Algumas bactérias patogénicas secretam hialuronidase – invasão dos tecidos
Os polissacáridos e oligossacáridos têm papéis relevantes no transporte de informação: Marcadores de destino para proteínas, Mediadores em interacções célula- célula, Mediadores em interacções célula – matriz, Adesão, migração celular, resposta imune, etc. O glúcido está ligado covalentemente a uma proteína ou um lípido – glicoconjugado – molécula biologicamente activa
O glicocálice
A superfície da célula está coberta por uma camada de
glúcidos – o glicocálice formado pelos oligosacáridos dos
glicolípidos e proteínas transmembranares.
Glicoconjugados: Proteoglicanos – macromoléculas da superfície celular ou matriz extracelular. Cadeias de GAGs sulfatados estão ligadas a proteínas de membrana ou secretadas.
Glicoproteínas – oligossacáridos ligados covalentemente a proteínas da membrana plasmática ou de organitos.
Glicolípidos - lípidos membranares em que as “cabeças” hidrofílicas “ são oligossacáridos.
Proteínas transmembranares podem estar covalentemente ligadas a glicosaminoglicanos
Ex. A proteina transmembranar do sindecano tem um domínio transmembranar e um domínio extracelular constituído por glicosaminoglicanos (3 cadeias de sulfato de heparano e duas de sulfato de condroitina)
Alguns proteoglicanos formam agregados supramoleculares de grandes dimensões. ex. agrecano
Os proteoglicanos interactuam com o colagéneo e outras proteínas da matriz extracelular
Os proteoglicanos da matriz extracelular são essenciais na resposta das células a factores de crescimento extracelulares. Ex. O FGF (fibroblast growth factor) liga-se às moléculas de sindecano antes de se ligar ao receptor da membrana que irá desencadear a divisão celular.
Glicoproteínas
Conjugados de glúcidos- proteínas em que o a parte glúcidica é menor e mais diversa do que os GAGs dos proteoglicanos. Contêm oligossacáridos covalentemente ligados a resíduos Asn ou Ser/Thr. Os glicanos são ramificados.
start
8 oses básicas nas glicoproteinas
Oligósidos constituem uma zona de variação
(ao contrário dos glicosaminoglicanos )
Locais de reconhecimento e especificidade
de ligação(dão à proteína + informação)
A superfície externa da membrana plasmática tem muitas glicoproteínas com oligósidos que variam em tamanho e número
Glicoforina A (membrana do GV)–
a primeira a ser caracterizada
A maior parte das proteínas secretadas pelas células eucariotas são glicoproteínas
imunoglobulinas(AC), hormonas, proteínas do leite(lactalbumina…) proteinas pancreáticas (ribonuclease) maior parte das proteínas lisossomais
Lípidos de membrana em que as “cabeças” hidrófilas são oligósidos. Ex. gangliósidos Têm uma função semelhante às glicoproteínas. Lipopolissacáridos das bactérias Gram- . Determinantes
antigénicos.
Glicolípidos
Glúcidos como moléculas de informação
Glicobiologia - estudo da estrutura
e função dos glicoconjugados
É das áreas em maior desenvolvimento da
bioquímica e biologia celular!
A célula usa oligósidos específicos para
codificar informação importante sobre
•Interacção célula-célula
•Marcação do local-alvo (targeting)
das proteínas
•Desenvolvimento dos tecidos
•Sinais extracelulares
...
Lectinas-proteínas ubíquas que ligam glúcidos
com elevadas especifidade e afinidade
As lectinas intervêm em processos de reconhecimento,
sinalização e adesão celular e no targetting
intracelular de novas proteínas
Lectina Abreviatura Ligando(s)
Plantas
Concanavalina A ConA Manα-1-OCH3
Aglutinina WGA Neu5Ac(α2→3)Gal(
β1→4)Glc
Animais
Galectina Gal(β1→4)Glc
Vírus
Hemaglutinina do
vírus da influenza
HA Neu5Ac(α2α6)Gal(β
1→4)Glc
Bactérias
Toxina da cólera CT Gal
Algumas lectinas e ligandos
Exemplo: Alguns agentes microbianos patogénicos têm lectinas que medeiam a adesão da bactéria à célula-hospedeira
Uma úlcera em evolução
Helicobacter pylori adere à superfície interna da parede do estômago (interacção lectinas bacterianas- oligósidos Leb de glicoproteínas das células do epitélio gástrico)
Úlcera gástrica
Análogos químicos do oligósido Leb administrados oralmente são medicamento curativo porque competem para a ligação à lectina bacteriana
A frutose no mel está fundamentalmente na forma de β-D-piranose. Este é um dos glúcidos mais doces que se conhecem, cerca de 2x mais doce do que a glucose; a forma β-D-furanose da frutose é muito menos doce. A doçura do mel, a altas temperaturas diminui gradualmente. Também o xarope de milho com alta concentração de frutose (um produto comercial), é usado para adoçar bebidas frias e não quentes. Que propriedade química da frutose é responsável por estas observações?
A heparina, um glicosaminoglicano com muitas cargas negativas, é usado como anti-coagulante. Na sua acção, liga-se a várias proteínas plasmáticas, incluindo a anti-trombina III, um inibidor da coagulação do sangue. Esta ligação provoca uma alteração conformacional na proteína que aumenta a sua capacidade de inibir a coagulação. Quais os resíduos de aminoácidos da anti-trombina III que em princípio, deverão interactuar com a heparina?
A parte glucídica de algumas glicoproteínas pode servir como local de reconhecimento celular. Para executar esta função, o oligosscárido deve ter a capacidade de existir numa grande variedade de formas. Quais podem produzir uma maior variedade de estruturas: os oligopéptidos compostos de cinco resíduos de aminoácidos diferentes ou os oligossacáridos compostos de 5 resíduos de diferentes oses . Explicar.