Carboidratos.2

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Glicosaminoglicanos, peptideoglicanos, proteoglicanos e glicoproteínas
Prof. Dr. Helotonio Carvalho
Unidade Curricular de Bioquímica Estrutural
UNIFESP – Campus Diadema
Diadema, 2º semestre de 2013
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Glicosaminoglicanos e peptideoglicanos
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São heteropolissacarídeos ou seja, são formados por mais de um tipo de carboidrato.
Glicosaminoglicanos são também chamados aminoglicanos – GAGs
Peptídeoglicanos são também chamados mureínas
Glicosaminoglicanos e peptideoglicanos
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São formados por cadeias de carboidratos entrelaçadas por pontes oligopeptídicas.
Peptideoglicanos
É um heteropolimero de resíduos alternados de N-acetilglicosamina e ácido N-acetilmurâmico unidos por ligações (b1 →4).
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Componente rígido das paredes celulares bacterianas.
Os polímeros estão lado a lado na parede celular formando ligações cruzadas através de peptídeos curtos que dependem da espécie bacteriana.
Juntam as cadeias resultando em uma estrutura de alta resistência que cobre a célula inteira e impede o inchaço e a lise celular pela entrada de água por osmose.
Peptideoglicanos e a parede celular bacteriana
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A virulência e os antígenos característicos das bactérias são propriedades do revestimento das suas paredes celulares.
As bactérias são classificadas de acordo com a coloração ou não pelo corante de Gram:
Peptideoglicanos e a parede celular bacteriana
Gram positivas: Staphylococcus aureus (parede celular espessa com várias camadas de peptideoglicanos envolvendo a membrana plasmática)
Gram negativas: Escherichia coli (parede celular fina com única camada de peptídeoglicano, mas com uma membrana externa)
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Ação de lisozima e penicilina na parede celular bacteriana
 Lisozima mata bactérias através da hidrólise da ligação b1→4. Está presente nas lágrimas e em alguns vírus que infectam bactérias. 
Penicilina e outros antibióticos da mesma classe (b-lactamas) impedem a formação de ligações cruzadas de pentaglicina, reduzindo a resistência da parede bacteriana e permitindo a lise por entrada de água por osmose. São usados tanto para bactérias Gram-negativas quanto Gram-positivas
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A resistência de muitas bactérias à penicilina deve-se à ação de penicilinase (um tipo de b-lactamase)
Ruptura do anel b-lactâmico
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São heteropolissacarídeos lineares constituídos por resíduos repetitivos de dissacarídeos de ácido urônico (D-glicurônico ou o ácido L-idurônico) e N- acetilglicosamina ou N-acetilgalactosamina.
Glicosaminoglicanos
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Nos amino açúcares, um ou mais grupos –OH foram substituídos por um grupo amina:
Glicosaminas
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Unidades alternadas de acido urônico e aminoaçúcares.
É comum a presença de ésteres de sulfato em diferentes posições (exceto no ácido hialurônico). 
Grupos ionizados carboxilato e sulfato criam a alta carga negativa característica destes polímeros (são poliânions) atribuindo a estes forte caráter hidrofílico. 
Glicosaminoglicanos
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Forma a matriz extracelular;
Presentes em espaços extracelulares, particularmente aqueles de tecidos conjuntivos:
cartilagens, tendões, pele e parede dos vasos sanguíneos, que contêm colágeno e outras proteínas embebidas em uma matriz gelatinosa composta por glicosaminoglicanos.
Esses polissacarídeos não-ramificados oferecem elasticidade e viscosidade;
São exclusivos de animais e bactérias. Não são encontrados em plantas. 
Glicosaminoglicanos
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Principais Glicosaminoglicanos
Número de dissacarídeos por cadeia
~50.000
20-60
~25
15-90
Número de dissacarídeos por cadeia
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Ligações glicosídicas entre alguns glicosaminoglicanos
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Funções dos glicosaminoglicanos
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Forma soluções claras, altamente viscosas, que funcionam como lubrificantes no líquido sinovial das articulações; dão a consistência gelatinosa do humor vítreo.
O comportamento viscoelástico torna as soluções de hialuronato excelentes compostos biológicos na absorção de impactos.
Componente da matriz extracelular que interage com outros componentes da matriz compondo cartilagens e tendões.
Ácido hialurônico
Unidades dissacarídicas são rígidas e seus grupos aniônicos ligam moléculas de cálcio e de água.
Com aproximadamente 50.000 dissacarídeos por cadeia, PM pode chegar a 1.000.000.
Em solução, o hialuronato ocupa um volume de ~1000 vezes maior do que no seu estado seco.
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É uma fração do heparan-sulfato.
É sulfatada de modo variável, com uma média de 2,5 resíduos de sulfato por unidade dissacarídica, o que a torna o polímero mais altamente carregado nos tecidos de mamíferos.
Não é constituinte de tecido conjuntivo, mas está presente nos grânulos intracelulares dos mastócitos da parede das artérias.
Inibe a coagulação do sangue – sua liberação induzida por lesão previne a formação de coágulos.
É largamente empregada na clínica médica para inibir a coagulação do sangue.
Heparina
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Glicoconjugados: glicoproteínas, glicolipídeos e proteoglicanos
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Ligados por ligações glicosídicas a outras estruturas que NÃO carboidratos.
Proteínas:
 Lipídeos:
Glicoproteínas e proteoglicanos
Glicolipídeos
Glicoconjugados
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Comunicação entre célula e matriz extracelular circundante.
Sinalização de proteínas para transporte e localização em organelas específicas ou degradação.
Reconhecimento para moléculas de sinalização extracelular (fator de crescimento).
Reconhecimento de parasitas extracelulares como bactérias e vírus.
Funções dos glicoconjugados
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•Os proteoglicanos são macromoléculas da superfície celular ou da matriz extracelular (MEC), sendo o principal componente desta última.
Proteoglicanos: proteínas + glicosaminoglicanos
As proteínas e os glicosaminoglicanos na matriz extracelular agregam-se de modo covalente e não-covalente para formar os proteoglicanos.
Proteoglicanos
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Proteoglicanos presentes na matriz extracelular formam uma estrutura em formato de escova com cerdas ligadas não-covalentemente a um suporte filamentoso de ácido hialurônico.
As cerdas consistem de uma proteína central à qual os glicosaminoglicanos (queratan-sulfato e condroitina-sulfato) estão covalentemente ligados.
Proteoglicanos
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Proteoglicanos
Microscopia eletrônica e modelo da estrutura do agrecano, mostrando a cadeia central de ácido hialurônico e as cadeias laterais de oligossacarídeos.
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A estrutura em forma de escova junto com o caráter polianiônico dos seus componentes faz com que esse complexo seja altamente hidratado.
Agem como organizadores de tecidos e influenciam várias atividades celulares, como a ativação de fatores de crescimento e adesão celular.
Alguns são proteínas integrais da membrana (lâmina basal com proteínas e cadeias de heparan-sulfato ligados)
Proteoglicanos
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Sindecanos:
Com único domínio transmembrana e um domínio extracelular.
Glipicanos;
São ligados à membrana por uma âncora lipídica, derivado do lipídeo de membrana fosfatidilinositol (GPI)
Duas famílias de proteoglicanos de membrana
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Os proteoglicanos colaboram para a manutenção de um grande espaço de hidratação na matriz extracelular.
A cartilagem consiste de fibras de colágeno preenchidas por proteoglicanos. Apesar de a força tênsil da cartilagem e de outros tecidos conjuntivos ser devido ao colágeno, a resistência e elasticidade se devem aos proteoglicanos!
A aplicação de pressão na cartilagem empurra a água para longe, que retorna quando a pressão é liberada.
Influenciam a rota escolhida por neurônios durante o desenvolvimento no sistema nervoso (circuito neuronal).
O heparan-sulfato e condroitina proveêm indicações direcionais para o crescimento do axônio.
Funções dos proteoglicanos
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Dirige a migração das células no tecido em desenvolvimento e, através da integrina, transmite informações em ambas as direções através da membrana plasmática.
Inibição por contatoentre células diferentes.
Interação entre as células e a matriz extracelular 
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Propriedades de alguns proteoglicanos
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Conjugados de proteína e carboidratos: as porções de carboidratos são menores e estruturalmente mais diversas
Glicoproteínas
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 Possuem um ou mais oligossacarídeos complexos ligados covalentemente a uma proteína por ligação glicosídica com o –OH de um resíduo de serina ou treonina (O-ligado) ou por uma porção N-glicosil com nitrogênio da amida de um resíduo de Asn (N-ligado).
Glicoproteínas
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São encontrados na superfície externa da membrana plasmática (parte do glicocálice); na matriz extracelular e no sangue.
Estão envolvidos com comunicação intracelular: todas as células são recobertas por glicoproteínas e glicolipídeos.
Também presentes em organelas específicas como complexo de Golgi, grânulos de secreção e lisossomos.
Glicoproteínas
A glicosilação de proteínas ocorre no retículo endoplasmático e no complexo de Golgi.
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A porção oligossacarídica das glicoproteínas são heterogêneas e são ricas em informação.
Formam locais extremamente específicos para o reconhecimento e ligação de alta afinidade por proteínas ligantes de carboidratos – as lectinas.
As mucinas (muco) são glicoproteínas de membrana ou secretadas que podem conter grandes números de cadeias de oligossacarídeos O-ligadas.
 A glicosilação pode afetar a estrutura, a estabilidade ou a atividade da proteína;
A primeira glicoproteína de membrana bem caracterizada foi a Glicoforina A da membrana de eritrócitos;
Exemplos: 
Imunoglobulinas (anticorpos); hormônio folículo estimulante (FSH); hormônio luteinizante (LH); hormônio estimulante da tireóide(TSH);
Lactoalbumina (leite);
Ribonuclease (pâncreas).
Maioria das proteínas dos lisossomos.
Glicoproteínas
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Agrupamentos hidrofílicos de carboidratos alteram a polaridade e a solubilidade das proteínas aos quais estão conjugados.
 Oligossacarídeos servem como marcadores para o destino das proteínas recém sintetizadas.
E para o controle da qualidade protéica (proteínas mal dobradas vão para degradação).
Vantagens biológicas das glicoproteínas
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 Os carboidratos presentes nas glicoproteínas também atuam como determinantes antigênicos, que os anticorpos reconhecem e aos quais se ligam.
As distinções entre os grupos sangüíneos dependem das porções oligossacarídicas das glicoproteínas na superfície dos eritrócitos.
Em todos os tipos sangüíneos, a porção oligossacarídica contém L-fucose (desoxiaçúcar).
Glicoproteínas (e também glicolipídeos) funcionam como moléculas informacionais. Isto se deve à enorme variedade de tipos de ligações (a, b, 1→2,1→3,1→4,1→6,2→3…). Ramificações, não encontradas em proteínas ou ácidos nucléicos, são comuns em oligossacarídeos:
Oligossacarídeos: 1,44 x 1015 hexâmeros diferentes (20 monossacar. ≠)
Peptídeos: 6,4 x 107 (206) hexapeptídeos diferentes (20 aas ≠)
Ácidos nucléicos: 4096 (46) hexanucleotídeos diferentes.
Glicoproteínas
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Lecitinas
 Lecitinas são proteínas que se ligam à porção glicosídica de glicoproteínas na superfície celular de forma específica e com alta afinidade.
Presentes em animais, vegetais e microorganismos.
Normalmente contêm dois ou mais locais para ligação de carboidratos.
Facilitam a interação célula-célula, além de estarem envolvidas em sinalização e adesão celular.
Resíduos de Neu5Ac (um ácidos siálico) na extremidade de oligossacarídeos de glicoproteínas plasmáticas, as protegem da retirada do plasma e degradação pelo fígado. A retirada destes resíduos de ácido siálico é um mecansimo usado para marcar estas proteínas para degradação. Este mecanismo é também usado para retirar eritrócitos velhos da corrente sanguínea. 
Infecção de células animais por alguns vírus e bactérias também é mediada por lecitinas.
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Lecitinas auxiliam a migração de linfócitos para locais de inflamação 
Lecitinas da família seletinas presentes nas células endoteliais dos capilares sanguíneos interagem com oligossacarídeos específicos das glicoproteínas de linfócitos T.
Interação com integrinas também é necessária para a passagem dos linfócitos T pela parede dos capilares.
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Algumas lectinas e os ligantes oligossacarídicos aos quais se ligam
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Lipídeos que contêm cadeias de oligossacarídeos complexos ligadas.
Os oligossacarídeos servem como pontos específicos para o reconhecimento por lectinas (se ligar a carboidratos específicos expressados em superfícies celulares diferentes).
Cérebro e os neurônios são ricos em glicolipídeos, que auxiliam na condução nervosa e na formação da mielina.
São importantes na transdução de sinal celular.
Glicolipídeos em plantas e animais e lipopolissacarídeos em bactérias são componentes do envelope celular com cadeias de oligossacarídeos expostas na superfície externa da célula.
Glicolipídeos
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Os glicolipídios formam parte da bicamada lipídica da membrana celular. 
A parte glicídica da molécula está orientada para o exterior da membrana plasmática e é um componente fundamental do glicocálix, onde atuam no reconhecimento celular e como receptores antigênicos.
Glicolipídeos
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Compostos por uma ceramida (esfingosina + ácido graxo) e um glicídeo de cadeia curta (oligossacarídeo); não possuem grupo fosfato.
Glicolipídeos
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Abundantes na membrana externa de bactérias gram-negativas como a E.coli e Salmonella typhimurium
Alvos de ligação de anticorpos produzidos pelo organismo em resposta a infeção bacterianas
Determinantes do sorotipo da cepa bacteriana. 
São tóxicos e determinam a síndrome do choque tóxico (redução acentuada da pressão)
Lipopolissacarídeos
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Impermeabilidade à droga: Muitas bactérias Gram negativas são resistentes à penicilina G por serem impermeáveis à droga, ou por apresentarem alterações em proteínas de ligação à penicilina. No caso das sulfonamidas, o microrganismo pode também apresentar uma menor permeabilidade à droga.
São extremamente eficientes contra Gram negativos, pois afetam tanto a membrana citoplasmática como a membrana externa.
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Heparan sulfato – sintetizado por todas as células animais e contém arranjos variados de açúcares sulfatados e não sulfatados.
Heparina, inibe a coagulação sanguinea por se ligar a antitrombina e inibir a trombina, uma protease essencial para a coagulação do sangue.
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• São polissacarídeos lineares constituídos por resíduos repetitivos de dissacarídeos de ácido urônico (D-glicurônico ou o ácido L-idurônico) e N- acetilglicosamina ou N-acetilgalactosamina.
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O glicocálix ou glicocálice é uma matriz extracelular, uma camada externa à membrana, presente em células animais, formada por glicolipídios, esfingolipídios, glicoprotínas e proteoglicanas. Protege a célula contra agressões físicas e químicas, retém nutrientes e enzimas e participa do reconhecimento intercelular, uma vez que diferentes células possuem diferentes glicocálix e diferentes glicídios.
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Lectinas são proteínas ou glicoproteínas, geralmente sem atividade catalítica, que têm a habilidade de se ligar a carboidratos específicos expressados em superfícies celulares diferentes. Dependendo de sua estrutura, as lectinas podem se ligar a esses carboidratos por um ou mais sítio de ligação. O termo lectina é derivado do latim, legere, que significa, selecionado, e reflete etmologicamente sua propriedade de aglutinar grupos sangüíneos, e é através dessa propriedade que pode se detectar a presença de lectinas em uma amostra. Embora tenham sido identificadas primeiramente nas plantas, se sabe, hoje, que as lectinas apresentam distribuição por toda a natureza, incluindo organismos eucariontes e procariontes.
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