Bioquímica- Carboidratos e Glicobiologia

Prévia do material em texto

*
*
*
Bioquímica de Macromoléculas
*
*
*
Carboidratos e Glicobiologia
proteoglicano
*
*
*
Carboidratos
- Biomoléculas mais abundantes
- Poliidroxialdeídos ou poliidroxicetonas, ou substâncias que liberam esses compostos por hidrólise.
- Funções: energética, estrutural, sinalizador celular, proteção, etc.
 Classes principais de carboidratos segundo seu tamanho:	Monossacarídeos
		Oligossacarídeos 
		Polissacarídeos
*
*
*
Módulos
Monossacarídeos
Polissacarídeos
Glicoproteínas
Glicolipídeos
*
*
*
Monossacarídeos-Definição e Classificação
“São derivados de aldeídos ou cetonas de álcoois poliidroxílicos de cadeia não ramificada, contendo pelo menos 3 átomos de carbono”
De acordo com a natureza química
	(aldose ou cetose)
De acordo com o nº de carbonos
	(triose, tetrose, pentose, hexose ...)
*
*
*
Exemplos
*
*
*
Monossacarídeos: incolores, sólidos cristalinos, solúveis em água e insolúveis em solventes não-polares. Maioria tem sabor doce.
Todos ocorrem em formas isoméricas opticamente ativas (átomo de C assimétrico ou quiral), exceto diidroxiacetona.
*
*
*
Substância oticamente ativa: desvia plano de luz plano-polarizada
Giro da luz para a direita (dextrorrotatório) = (+) ou (d)
Giro da luz para a esquerda (levorrotatório) = (-) ou (l)
*
*
*
Gliceraldeído: monossacarídeo mais simples opticamente ativo
*
*
*
Isômeros opticos
Enantiômeros: imagens especulares não sobreponíveis 
Fórmulas projeção de Fischer
Fórmula geométrica ou em perspectiva
*
*
*
Molécula com n C assimétricos: 2n estereoisômeros
Esteroisômero D e L: refere-se a configuração do carbono assimétrico mais distante da carbonila
Relação com configuração do D e L-Gliceraldeído
*
*
*
Família das D- Aldoses
D-Glicose (4 C*) 24 = 16 esteroisômeros 8 D e 8 L
*
*
*
Família das D- cetoses
*
*
*
Epímeros: dois açúcares que diferem na configuração ao redor de um único átomo de carbono
*
*
*
Ciclização
Monossacarídeos com 5 ou mais átomos de C ocorrem em formas cíclicas quando em solução aquosa.
*
*
*
Ciclização: Hemiacetal
Anômeros – o carbono do grupo aldeído se torna um novo centro quiral (carbono anomérico)
α: OH plano oposto ao CH2OH 
: OH mesmo plano do CH2OH 
*
*
*
Ciclização: Hemicetal
Anômeros – o carbono do grupo cetona se torna um novo centro quiral (carbono anomérico)
*
*
*
Mutarrotação da Glicose
Equilíbrio: +52,5°
63,6% -D-Glicose +18,5°
36,4% -D-Glicose +112°
Forma linear menos de 1%
Poder rotatório dos açúcares:
Utilizado para identificação e dosagem das substâncias
*
*
*
Derivados de hexoses com importância biológica
*
*
*
Açúcares redutores
*
*
*
Ligação O-glicosídica: reação entre C anomérico de um monossacarídeo e grupo hidroxila de outro monossacarídeo
Hidrólise da ligação glicosídica: ácido diluído a quente
Capacidade redutora dos oligossacarídeos
*
*
*
Ligação O-glicosídica entre grupo hidroxil de resíduo de Ser e o terminal redutor do oligossacarídeo.
 (b) Ligação N-glicosídica entre N amídico de resíduo de Asn e o terminal redutor do oligossacarídeo.
*
*
*
*
*
*
*
*
*
*
*
*
ABREVIAÇÕES DOS MONOSSARÍDEOS
*
*
*
Polissacarídeos
*
*
*
*
*
*
AMIDO 
GLICOGÊNIO
Reserva energética em plantas
Composto de -amilose (linear) e amilopectina (ramificada)
D-glicose  (1-4)
Ramificações D-glicose  (1-6)
Ramificações a cada 24-30 resíduos
Amilopectina- até 106 resíduos
Reserva energética em animais
D-glicose  (1-4)
Ramificações D-glicose  (1-6)
Ramificações de 8-14 resíduos
Mais compacto que amido
cloroplasto
hepatócito
*
*
*
Amilose e amilopectina nos grânulos de amido: estrutura em dupla hélice
*
*
*
Segmento da cadeia de amilose: contém milhares de resíduos de glicose
Ramificação na cadeia de amilopectina
*
*
*
Amido e glicogênio
VANTAGENS COMO FORMA DE ARMAZENAMENTO
 Serem solúveis (OH livres fazem ligação de H com água)
 Ocuparem um espaço menor
 Redução da pressão osmótica celular
Glicogênio e amido ingeridos na dieta são hidrolisados pelas α-amilases, enzimas presentes na saliva e secreções intestinais que hidrolisam ligações glicosídicas α-1,4 entre as unidades de glicose. 
*
*
*
CELULOSE
 Principal componente estrutural da parede celular de plantas
Homopolímero linear, não ramificado, de até 15.000 resíduos de D-glicose ligados (1-4)
Estruturas rígidas das cadeias tem rotação relativa
Cadeias paralelas lineares fazem ligação de H
*
*
*
Formação das pontes de hidrogênio entre resíduos de glicose 
nas cadeias paralelas lineares de celulose a tornam insolúvel
*
*
*
Hidrólise da celulose por fungos que produzem celulases. Os únicos vertebrados capazes de usar celulose como nutriente são os ruminantes que apresentam bactérias no rumem que secretam celulases.
*
*
*
QUITINA
É o principal componente do exoesqueleto de invertebrados e da parede celular de alguns fungos e muitas algas
Polímero linerar de N-acetil-D-glicosamina ligados (1-4)
Possui estrutura semelhante a da celulose
*
*
*
Conformação das ligações glicosídicas
Fatores estéricos e ligações de hidrogênio influenciam a estrutura tridimensional do polissacarídeo
Subunidades com estruturas mais ou menos rígidas (lig. covalentes) formam estruturas macromoleculares tridimensionais, estabilizadas por interações fracas:
- lig. de hidrogênio, 
 hidrofóbicas, 
 interações de van der Waals, 
 interações eletrostáticas (polímeros carregados).
*
*
*
Mapa das conformações favorecidas (de menor energia) para polissacarídeos em função da torção dos ângulos φ e Ψ. 
*
*
*
Conformação mais estável do amido e glicogênio 
a) Cadeia polissacarídica curvada.
b) Estrutura em hélice da amilose, amilopectina e glicogênio.
*
*
*
Conformação mais estável da celulose
Cada resíduo faz ângulo de 180° com seu vizinho: cadeia estendida 
Todos –OH fazem ligação de hidrogênio com cadeias vizinhas
Estabilização por lig. de H intra e intercadeias produz estrutura supramolecular estável e de alta força de tensão
*
*
*
Paredes celulares de algas e bactérias contêm heteropolissacarídeos estruturais - peptidoglicanos
Unidades de N-acetilglicosamina e ácido N-acetilmurâmico ligados  (1-4)
Os polímeros lineares são ligados por pequenos peptídeos
A lisozima da lágrima dos olhos degrada as ligações  (1-4)
*
*
*
Agar- presente em algas marinhas
Agarose: principal componente do ágar. Repetidas unidades de D-galactose (β1→4) ligada a 3,6-anidro-L-galactose (ligação eter entre C-3 e C-6). Ligações glicosídicas (α1→3) entre estas unidades formam polímeros de 600 a 700 resíduos. Pequena fração dos resíduos de 3,6-anidrogalactose têm ester sulfato no C-2.
*
*
*
Formação de dupla hélice: gel de agarose
Usado em laboratório de bioquímica
*
*
*
GLICOSAMINOGLICANOS
 Heteropolissacarídeos da matriz extracelular animal
Ácido hialurônico ou hialuronato (pH fisiológico) 
Unidade: 
ácido D-glicurônico e N-acetilglicosamina 
Mais de 50000 unidades repetidas , PM > 1 milhão 
Solução viscosa: serve como lubrificante no fluido sinovial (articulações), humor vítreo de vertebrados, matriz extracelular de cartilagens e tendões.
Hialuronidases: enzima secretada por bactérias patogênicas;
outros organismos facilita penetração do espermatozóide no óvulo.
*
*
*
Outros glicosaminoglicanos: menores e ligados a proteínas formando proteoglicanos
Cartilagens, tendões, ligamentos e parede da aorta
Inibe a coagulação sanguínea
 (antitrombina-trombina)
Matriz extra-celular
*
*
*
Glicoconjugados:
 Proteoglicanos, Glicoproteínas e Glicolipídeos
Proteoglicanos: são macromoléculas da superfície celular e da matriz extracelularque contém glicosaminoglicanos covalentemente ligados a proteína de membrana ou proteína secretada.
Estrutura do proteoglicano
Trissacarídeol linker (azul) Glicosaminoglicano (laranja)
Resíduo de Ser no core da proteina (rosa). 
*
*
*
Células de mamíferos: 30 tipos de moléculas da superfamília dos proteoglicanos
Ação: organizam e influenciam desenvolvimento de tecidos especializados, mediam atividade de fatores de crescimento, regulam montagem extracelular de fibrilas de colágeno
Proteoglicano de proteína integral de membrana
Heparina sulfato nos proteoglicanos liga-se a vários ligantes extracelulares: receptores específicos da superfície celular
*
*
*
Tipos de interação de proteínas com domínio S de heparina sulfato 
*
*
*
Agregados de proteoglicano da matiz extracelular
Única longa molécula de hialuronato associa-se não-covalentemente com mais de 100 moléculas protéicas.
Interações entre células e matriz extracelular
Associação entre células e proteoglicanos da matriz extracel. é mediada pela integrina e proteínas como fibronectina.
*
*
*
Glicoproteínas: conjugados carboidrato-proteína nos quais os carboidratos são menores e estruturalmente mais diversos que os glicosaminoglicanos nos proteoglicanos.
Tipos de ligação dos oligossacarídeos nas glicoproteínas
Glicoproteína: 1 -70% de carboidrato por massa
Funções: não totalmente conhecidas (folding, proteção contra proteases, estabilidade térmica, etc).
*
*
*
Glicolipídeos: lipídeos de membrana com os grupos da cabeça hidrofílica formados de oligossacarídeos, que agem como sítios específicos para reconhecimento por proteínas que se ligam a carboidratos.
Lipopolissacarídeos bacterianos: determinante do sorotipo
*
*
*
Carboidratos como moléculas informacionais
Glicobiologia: estudo da estrutura e função de glicoconjugados
Células usam oligossacarídeos específicos para codificar informações sobre alvos intracelulares de proteínas, interação célula-célula, desenvolvimento de tecidos e sinais extracelulares.
Oligossacarídeos são altamente ricos em informação comparados com proteínas.
*
*
*
Lectinas: proteínas que se ligam a carboidratos com alta afinidade e especificidade
Reconhecimento célula-célula, sinalização, adesão, marcação intracelular de proteínas recém sintetizadas. Uso em laboratório de bioquímica.
*
*
*
Helicobacter pylori cells adhering to the gastric surface.
This bacterium causes ulcers by interactions between a bacterial surface lectin and the Leb oligosaccharide (a blood group antigen) of the gastric epithelium.
*
*
*
Interação de lectinas com oligossacarídeos é altamente específica –grande variedade de oligossacarídeos – código do açúcar
Interações lectinas-açúcar menos específicas
Interação Lectina-Oligossacarídeo
*
*
*
a) Oligossacarídeos de glicoproteínas ou glicolipídeos da superfície de membranas interagem com lectinas extracelulares.
b) Viroses que infectam cels. Animais (virus influenza) ligam-se a glicoproteínas da superfície celular (1° etapa infecção).
c) Toxinas bacterianas (cólera) ligam-se a glicolipídeos de superfície antes entrar na cel.
d) Algumas bactérias (H. pylori) aderem para colonizar ou infectar cels. animais.
e) Selectinas (lectinas) da membrana plasmática mediam interação célula-célula (linfócito T e céls endoteliais da parede no sítio de infecção). 
f) Receptor manose 6-P /lectina liga-se a oligossac. de enzima lisossomal, para transferencia para lisossomo.
Oligossacarídeos no reconhecimento e adesão na superfície celular
*
*
*
GD - Carboidratos
1. Faça a estrutura aberta da D-Glicose, D-Frutose e da D-Galactose. Ciclize essas moléculas e faça a estrutura do trissacarídeo:α-D-glicopiranosil (1→4) β-D-frutofuranosil (2→1)α-D-galactopiranosídeo. 
2. Em relação aos monossacarídeos explique:
- isômeros D e L
- configurações α e β
3. Em relação a estrutura/função, explique e diferencie glicogênio e celulose.
4. Explique as vantagens do armazenamento de carboidratos pelas células na forma de polímeros como o amido e glicogênio.
5. Discuta estrutura/ função de: glicosaminoglicanos, proteoglicanos,
Glicoproteínas.