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26/4/2011 1 Glicídeos Glicídeos • Glicídeos, sacarídeos, carboidratos ou hidratos de carbono são moléculas de aldeídos ou cetonas com múltiplas hidroxilas (ou que, hidrolisadas, originam estes compostos). • Eles servem como fonte e armazenamento de energia / intermediários metabólicos, são parte do arcabouço do DNA e na forma de poliosídeos ou polissacarídeos formam as paredes celulares dos vegetais. 26/4/2011 2 Glicídeos • Particularmente, os glicídeos de sabor doce comuns na alimentação humana (sacarose, glicose e frutose) são chamados açúcares. • Eles compõe a maior parte da matéria orgânica do planeta, por terem diferentes funções em todas as formas de vida. • Os glicídeos apresentam enorme variedade estrutural, devido a seus diferentes tamanhos e configurações estereoquímicas. • Por poderem se associar a proteínas, constituem um grande desafio na proteômica � glicômica. Glicídeos • As menores oses possuem 3 carbonos (trioses): • Aldoses possuem um grupo aldeído (carbonila no fim da cadeia carbônica e cetoses possuem um grupo cetona (carbonila em outra posição). • Além do tamanho, muito da variabilidade dos glicídeos vem de sua assimetria. • Glicídeos comumente são representados usando projeções de Fischer. 26/4/2011 3 Glicídeos Glicídeos • Oses que diferem apenas na configuração de um centro de assimetria são ditas epímeras. • Moléculas com n centros quirais podem ter 2n estereoisômeros. • Pentoses e hexoses podem se ciclizar, formando anéis de furanose e piranose. • Formas em anel são mais estáveis. 26/4/2011 4 Ciclização • A ciclização das pentoses e hexoses se dá pela reação do aldeído ou da cetona com um grupo álcool. • No caso do aldeído, é formado um hemiacetal: • Com a cetona, é formado um hemicetal: Anômeros • Na formação do hemiacetal cíclico, é formado um centro de assimetria. • Há então duas opções para a molécula, denominadas anômeros α e β. Na forma α, a hidroxila está no lado oposto do anel em relação ao CH2OH, enquanto na forma β os dois estão no mesmo lado. • As formas α e β da D-glicose são intercambiáveis em solução, e portanto uma solução de D-glicose forma um equilíbrio químico das duas formas, além de pequenas quantidades da forma linear e da forma glicofuranose. 26/4/2011 5 Representação de furanoses/piranoses • Para representar os anéis de furanose e piranose, utilizam-se comumente as projeções de Haworth, em que os átomos de carbono não são mostrados explicitamente e a proximidade dos átomos é mostrada a partir da espessura da linha: Conformações de piranose e furanose • Uma vez que as ligações no anel são simples, o anel de piranose não é planar, podendo adotar duas conformações, chamadas “cadeira” e “bote”. • A furanose também não é planar, adotando uma conformação chamada de “envelope”. 26/4/2011 6 Notação para substituintes • Há duas orientações para os substituintes nos carbonos do anel: axial e equatorial. • As ligações axiais são quase perpendiculares ao plano médio do anel, enquanto as equatoriais são quase paralelas a esse plano. Ligações glicosídicas • Oses podem se ligar a alcoóis e aminas por ligações glicosídicas. Quando a ligação se dá entre o carbono da ose e o oxigênio da hidroxila do álcool, trata-se de uma ligação O-glicosídica. Quando é uma ligação entre o carbono da ose e o nitrogênio de uma amina, é uma ligação N-glicosídica. • Grupos álcool e aminas são encontrados em cadeias laterais de aminoácidos, portanto, é comum, em eucariotos, a existência de proteínas O-glicosiladas e N-glicosiladas. 26/4/2011 7 Fosforilação de oses • A adição de fosforilas a oses é uma modificação comum, sendo muito ocorrentes na via metabólica de degradação de glicose. • Oses fosforiladas são aniônicas, não podendo atravessar espontaneamente a bicamada lipídica das membranas. Elas são também mais reativas. Glicídeos complexos • Ligações osídicas podem unir uma ose a outra, formando oligosídeos, como a sacarose, a lactose e a maltose. • Polímeros grandes são chamados de poliosídeos, e são importantes para armazenar energia. 26/4/2011 8 Glicídeos complexos • Glicogênio: homopolímero mais comum nas células animais, formado pela polimerização ramificada da glicose. • Amido: reservatório de nutrição dos vegetais. Existe em duas formas: amilose (não ramificado) e amilopectina, com menos ramificação que o glicogênio. Celulose • A celulose é outro poliosídeo de glicose, mas ao contrário do amido e do glicogênio, seu papel não é nutricional e sim estrutural. • Trata-se do principal polímero estrutural dos vegetais, e um dos compostos orgânicos mais abundantes da biosfera (~1015 kg de celulose sintetizados e degradados no planeta a cada ano). • Pela sua estrutura linear e compacta, ela e capaz de formar fibras com grande força de tensão. 26/4/2011 9 Celulose vs. Amido e glicogênio • A diferença de propriedade entre estes poliosídeos se dá na forma de ligação entre as subunidades: na celulose, há a tendência de formação de fibras, constituída por fibrilas ligadas por pontes de hidrogênio, enquanto o amido e glicogênio formam hélices ocas. Degradação da celulose • A maior parte dos animais não pode usar a celulose como alimento por não terem enzimas capazes de hidrolisar a ligação β1�4. • Celulases (enzimas que degradam essa ligação entre glicoses) são encontradas em alguns fungos e bactérias. • Cupins degradam a celulose devido à presença do microorganismo simbiótico Trhichonympha, que secretam celulase em seus tratos intestinais. • Ruminantes usam celulose como alimento pela ação de celulases de organismos simbióticos no rúmen. 26/4/2011 10 Quitina • A quitina é outro homopolissacarídeo linear similar à celulose, mas tendo como única diferença a substituição de um grupo hidroxila (posição C-2) por uma amina acetilada. • A quitina também não pode ser digerida por vertebrados, e é o principal componente do exoesqueleto de quase um milhão de artrópodes (como insetos, lagostas e caranguejos), sendo provavelmente o segundo polissacarídeo mais abundante na natureza. Glicosaminoglicanos e Proteoglicanos • Glicosaminoglicanos são heteropolissacarídeos lineares, formados de unidades repetitivas de dissacarídeos, com um dos açúcares aminados e às vezes sulfatados. Eles são um dos componentes da matriz extracelular, material gelatinoso entre as células. • Ligados a proteínas, formam os proteoglicanos, que têm função de lubrificante de articulações e como componentes estruturais do tecido conjuntivo. 26/4/2011 11 Montagem de oligosídeos • As glicosiltransferases ou osiltransferases catalisam a formação das ligações osídicas, unindo as oses. Tais enzimas são específicas, sendo necessárias várias enzimas para produzir a diversidade de ligações existentes. • Os grupos sangüíneos ABO humanos estão relacionados à presença de osiltransferases específicas. Tipos sangüíneos ABO • Glicídeos estão ligados a glicoproteínas e glicolipídeos nas superfícies das hemácias. Há uma base comum (antígeno O), e a diferença está na ligação de uma base extra, que ocorre na presença das osiltransferases do tipo A e B. • Indivíduos do tipo O tem mutações que impedem a síntese da osiltransferase necessária para adicionar as outras oses. 26/4/2011 12 Tipos sangüíneos e evolução • Se um parasita ou microorganismo patogênico expressa em sua superfície um antígeno semelhante a um dos antígenosde grupo sangüíneo, ele pode não ser detectado como estranho numa pessoa com aquele tipo sangüíneo, enquanto pessoas de outros grupos sangüíneos serão protegidas. • Assim, há pressão seletiva sobre os humanos para variarem o tipo sangüíneo, e também sobre os parasitas para aumentar o mimetismo. Glicoproteínas • Um grupo glicídico pode ser ligado de modo covalente a uma proteína, formando uma glicoproteína. Nesse caso, o percentual de peso dos glicídeos é bem menor que no caso dos proteoglicanos. • A ligação pode ser em asparaginas (N- glicosilação) ou em serina ou treonina (O- glicosilação). • Muitas das proteínas secretadas em eucariotos (incluindo a maior parte das proteínas do sangue) são glicoproteínas. 26/4/2011 13 Glicoproteínas • Asparaginas podem ser glicosiladas se ocorrerem numa seqüência Asn-X-Ser ou Asn- X-Thr (X podendo ser qualquer aminoácido exceto prolina). Assim, pode-se localizar sítios de glicosilação em seqüências de proteínas. • A glicosilação ocorre no retículo endoplasmático e no complexo de Golgi. Elastase Papel da glicosilação • As vantagens biológicas da glicosilação de proteínas ainda não é completamente compreendida. • Sabe-se, porém, que a adição de carboidratos (muito hidrofílicos) alteram a polaridade e a solubilidade das proteínas. • A adição de carboidratos pode favorecer uma dada rota de enovelamento devido a choques estéricos. 26/4/2011 14 Papel da glicosilação • O volume e a carga negativa de alguns oligossacarídeos protege algumas proteínas do ataque de enzimas proteolíticas. • A enorme variedade estrutural da glicosilação pode afetar o reconhecimento das proteínas, que, em alguns casos, podem ter glicosilação diferente de acordo com o tecido em que é expressa (e.g.: IFN- β1). • Essas variações são chamadas de glicoformas teciduais. Cerne para N-glicosilação • No caso da N-glicosilação, existe um cerne comum de cinco oses (três manoses e duas N-acetilglicosaminas), ao qual são adicionadas outras oses. 26/4/2011 15 Erros de glicosilação e patologias • Há doenças conhecidas como distúrbios congênitos da osilação relacionadas à glicosilação incorreta de proteínas. • Como exemplo, há tipos de distrofia muscular devido à glicosilação incorreta de proteínas de membrana. • Em alguns casos, patologias ligadas a erros de glicosilação podem estar relacionadas a erros de endereçamento. “Seqüenciamento” de oligosídeos • É possível determinar a estrutura de oligosídeos através da combinação de clivagens específicas e espectroscopia de massas. • Fragmentos oligosídicos diferentes podem ter a mesma massa, mas ao se utilizar séries de clivagens diferentes para diferentes especificidades, pode-se reconstruir a possível estrutura do oligosídeo completo. 26/4/2011 16 Análise de carboidratos • Outras técnicas utilizadas para análises de carboidratos são: – A ressonância magnética nuclear (RMN) – Cromatografia de troca iônica e gel-filtração – A purificação por afinidade usando lectinas como componente imobilizado na coluna. – Diversos métodos de degradação em sub- unidades, seja por meios químicos ou bioquímicos (uso de enzimas que clivam ligações específicas) Lectinas • Lectinas são proteínas encontradas em diversos reinos, capazes de se ligar a estruturas específicas de glicídeos. • Elas facilitam o contato entre células, promovendo, através de seus sítios de ligação a glicídeos, o contato entre glicídeos na superfície de células diferentes. • Como exemplos, observa-se a ação de lectinas na aderência do embrião ao endométrio e das bactérias Escherichia coli ao epitélio do tubo digestivo. 26/4/2011 17 Glicídeos e o vírus da gripe • Muitos vírus entram em células hospedeiras específicas reconhecendo glicídeos na superfície celular. • O vírus da gripe reconhece ácidos siálicos em glicoproteínas da superfície celular, por uma proteína chamada hemaglutinina Glicídeos e o vírus da gripe • Uma vez que o vírus penetra pela membrana, uma outra proteína viral, a neuraminidase (sialidase) cliva as ligações glicosídicas aos ácidos siálicos, liberando o vírus para infectar a célula. • Inibidores desta enzima podem ser usados como agentes antigripais. É o caso do oseltamivir (Tamiflu) e do zanamivir (Relenza). 26/4/2011 18 Conclusão da base estrutural da bioquímica • Estes primeiros capítulos dão suporte para o entendimento básico da bioquímica estrutural, estudo de enzimas e caracterização de genes/proteínas.
