Em formação

7: Carboidratos e Glicobiologia - Biologia


7: Carboidratos e glicobiologia

Glicobiologia do leite humano

Os glicanos são componentes característicos do leite e cada espécie tem padrões únicos de carboidratos específicos. O leite humano é incomumente rico em glicanos, com os principais componentes sendo lactose e oligossacarídeos, representando aproximadamente 6,8 e 1% do leite, respectivamente. Outras fontes de glicanos no leite humano incluem monossacarídeos, mucinas, glicosaminoglicanos, glicoproteínas, glicopeptídeos e glicolipídeos. No leite humano, a presença e os padrões desses glicanos variam dependendo do estágio da lactação e dos genes maternos e seus polimorfismos genéticos que controlam as glicosil transferases. A síntese de glicanos do leite utiliza uma porção significativa da energia metabólica que a mãe gasta ao produzir seu leite, mas além da lactose, esses glicanos contribuem pouco para as necessidades nutricionais do bebê. Os dados aqui contidos suportam várias funções. 1) Muitos glicanos do leite humano inibem a ligação de patógenos à mucosa intestinal. 2) Os glicanos do leite humano atenuam a inflamação. 3) Os glicanos também estimulam diretamente o crescimento de bactérias benéficas (mutualistas) da microbiota (anteriormente considerada microflora comensal do intestino), esses mutualistas e seus produtos de fermentação podem, por sua vez, (a) inibir patógenos, (b) modular a sinalização e a inflamação e (c) os produtos de fermentação podem ser absorvidos e utilizados como fonte de calorias dietéticas. Essas funções podem ajudar a direcionar e apoiar o crescimento intestinal pós-natal, o desenvolvimento e a ontogênese da colonização. As muitas funções dos glicanos do leite podem proteger sinergicamente os bebês contra doenças. Portanto, os glicanos do leite humano e seus homólogos podem servir como novos agentes profiláticos ou terapêuticos para uma ampla gama de condições deletérias.


Capítulo 7 - Carboidratos e glicobiologia

Carboidratos: ● Fórmula → Cn (H2O) n ● Produzido a partir de CO2 e H2O por fotossíntese nas plantas ● Variação de gliceraldeído a amilopectina ● Pode ser covalentemente ligada a proteínas e lipídios ● Nomenclatura → número de átomos de carbono na terminação de carboidrato + -ose ● Monossacarídeos → uma unidade de açúcar ● Oligossacarídeos → cadeias curtas de unidades de açúcar ● Polissacarídeos → açúcar ampgt20 unidades ● Todos inicialmente tinham um grupo funcional carbonil ● Aldose = aldeídos ● Cetose = cetonas

Funções dos carboidratos: ● Fontes de energia e armazenamento de energia ● Componente estrutural das paredes celulares e exoesqueletos ● Moléculas informativas na sinalização celular

Isômeros constitucionais de carboidratos: ● Aldose é um carboidrato com aldeído funcionalidade ● Cetose é um carboidrato com cetona funcionalidade

Estereoisômeros de carboidratos: ● Enantiômeros → imagens espelhadas uns dos outros ● Epímeros → diferem na configuração em torno de um átomo de carbono ● Estereoisômeros → imagens espelhadas não sobreponíveis ● Número de estereoisômeros = 2n (n é o número de centros quirais) ● Em açúcares com muitos centros quirais, só aquele que é mais distante de o carbono carbonílico é designado como D (direita) ou L (esquerda) ● Os isômeros D e L dos açúcares são enantiômeros (têm a mesma solubilidade em água) ● A maioria das hexoses em organismos vivos são estereoisômeros D ● Alguns açúcares individuais ocorrem na forma L (como L-arabinose) ● Os carbonos quirais são geralmente representados por projeções de Fischer

Estereoisômeros: ● Epimers são estereoisômeros que diferem em apenas um centro quiral ● Epimers são não imagens espelhadas → Epímeros não são enantiômeros ● Epímeros são diastereômeros ● Diastereômeros → têm propriedades físicas diferentes (ex. Solubilidade em água e temperatura de fusão)

Diastereômeros: ● Estereoisômeros que são não imagens espelhadas ● Têm propriedades físicas diferentes

Epímeros: ● D-manose e D-galactose são epímeros de D-glicose ● D-manose e D-galactose variam em mais de um centro quiral e são diastereômeros, mas não epímeros

Carboidratos comuns: ● Ribose → açúcar padrão de cinco carbonos ● Glicose → açúcar padrão de seis carbonos ● Galactose → epímero de glicose ● Manose → epímero de glicose ● Frutose → forma cetose de glicose

Hemicetais e hemicetais ampamp

Ciclização de monossacarídeos: ● O álcool nucleofílico ataca o carbono carbonílico eletrofílico, permitindo a formação de um hemiacetal ● Como resultado, o carboidrato linear forma uma estrutura em anel ● Na conclusão da estrutura, o carbono carbonílico é reduzido a um álcool ● Orientação do álcool em torno do carbono é variável e transiente ● Pentoses e hexoses rapidamente sofrem ciclização intramolecular ● O antigo carbono carbonílico torna-se um novo centro quiral - carbono anomérico ● Quando o antigo carbonil oxigênio se torna um grupo hidroxila, a posição deste grupo determina se o anômero é a ou B ● Se o grupo hidroxila está no lado oposto (trans) do anel como a porção CH2OH, a configuração é um ● Se o grupo hidroxila está no mesmo lado (cis) do anel que a porção CH2OH, a configuração é B

Ciclização de monossacarídeos

Ciclização de Monossacarídeos - Piranoses e Furanoses: ● Anéis contendo oxigênio de seis membros chamados piranoses após a estrutura do anel pirano ● Anéis contendo oxigênio de cinco membros são chamados de furanoses após a estrutura do anel furano ● O carbono anomérico é geralmente desenhado no lado direito

Anômeros e mutarrotação: ● as configurações a e B são interconvertíveis por mutotação ● Anômeros - formas isoméricas de monossacarídeos que diferem apenas em sua configuração sobre o átomo de carbono hemiacetal ou hemicetal

Ligação glicosídica: ● 2 moléculas de açúcar podem ser unidas por um ligação glicosídica entre um carbono anomérico e um carbono hidroxila ● O ligação glicosídica (um acetal) entre os monômeros é mais estável e menos reativo do que o hemiacetal no segundo monômero ● O segundo monômero, com o hemiacetal, é redutor ● O carbono anomérico envolvido na ligação glicosídica não é redutor ● Os dissacarídeos podem ser nomeados pela organização e ligação ou um nome comum ● O dissacarídeo é formado pela condensação de 2 moléculas de glicose por uma ligação 1 → 4 descrita como ad-glucopiranosil - (1 → 4) - d-glucopiranose ● O nome comum do dissacarídeo é maltose

Dissacarídeos não redutores: ● Pode se transformar em -CHO e -OH → extremidade redutora ● 2 moléculas de açúcar podem ser unidas por um ligação glicosídica entre 2 carbonos anoméricos ● O produto tem 2 grupos acetal e nenhum hemiacetal ● Existem sem redução de pontas → açúcar não redutor

Polissacarídeos: ● Os carboidratos naturais são geralmente encontrados como polímeros ● Os polissacarídeos podem ser homopolissacarídeos (uma unidade monomérica), heteropolissacarídeos (várias unidades de monômero), linear (um tipo de ligação glicosídica) ou ramificada (vários tipos de ligações glicosídicas ● Os polissacarídeos não têm um peso molecular definido ● Nenhum modelo é usado para fazer polissacarídeos → ao contrário das proteínas ● Freqüentemente em um estado de fluxo → unidades de monômero são adicionadas e removidas conforme necessário pelo organismo

Homopolissacarídeos e heteropolissacarídeos ampamp

Glicogênio: ● Homopolímero de glicose ● Glicogênio é um homopolissacarídeo ramificado de glicose ● Monômeros de glicose formam cadeias ligadas (a1 → 4) ● Existem pontos de ramificação com ligantes (a1 → 6) a cada 8-12 resíduos ● Funciona como o polissacarídeo de armazenamento principal em animais

Amido: ● Mistura de 2 homopolissacarídeos de glicose ● Amilose → polímero não ramificado de resíduos ligados (a1 → 4) ● Amilopectina → ramificado como o glicogênio, mas os pontos de ramificação com ligantes (a1 → 6) ocorrem a cada 24-30 resíduos ● O amido é o principal polissacarídeo de armazenamento nas plantas

● Insolúvel em água ● Encontrado nas paredes celulares de cogumelos e em exoesqueletos de insetos, aranhas, caranguejos e outros artrópodes

Agar e agarose: ● Agar é um heteropolissacarídeo ramificado composto de agarose e agaropectina ● Agar serve como um componente da parede celular em algumas algas marinhas ● As soluções de ágar formam géis que são comumente usados ​​em laboratório como uma superfície para o crescimento de bactérias ● As soluções de agarose formam géis que são usados ​​para separação de DNA por eletroforese

Glicosaminoglicanos: ● Polímeros lineares de unidades de dissacarídeo repetidas ● Um monômero é N-acetil-glucosamina ou N-acetil-galactossamina ● Carregado negativamente → ácidos urônicos (oxidação C6) e ésteres de sulfato ● Molécula hidratada estendida minimiza a repulsão de carga ● Forma malha com fibras proteínas para formar matriz extracelular → tecido conjuntivo e lubrificação das articulações

Glicosaminoglicano e heparina ampamp

Heparina e sulfato de heparana: ● A heparina é um polímero linear ● O sulfato de heparina é um polissacarídeo semelhante à heparina ligado a proteínas ● Biomoléculas com densidade de carga negativa mais alta ● Evita a coagulação do sangue ativando o inibidor de protease antitrombina ● A ligação a várias células regula o desenvolvimento e a formação dos vasos sanguíneos ● Também pode se ligar a vírus e bactérias e diminuir sua virulência ● A heparina só é produzida pelos mastócitos e funciona como um anticoagulante ● O sulfato de heparano (HS) é feito por quase todos os tipos de células e tem alguma atividade anticoagulante ● Os locais de ligação para o sulfato de heparano são ricos em resíduos de Arg e Lys ● Base molecular para o aumento do sulfato de heparano da ligação da trombina à antitrombina ● A trombina é uma enzima no plasma sanguíneo que causa a coagulação do sangue ao converter fibrinogênio em fibrina

Glicoconjugados - Glicoproteína: ● Proteína com pequenos oligossacarídeos anexados ● O carboidrato é ligado por seu carbono anomérico aos aminoácidos da proteína ● Conexões comuns ocorrem em Ser, Thr e Asn ● Cerca de metade das proteínas de mamíferos são glicoproteínas ● Apenas algumas bactérias glicosilam algumas de suas proteínas ● Carboidratos desempenham papéis no reconhecimento de proteína-proteína ● Proteínas virais são fortemente glicosiladas → ajuda a evadir o sistema imunológico

Glicoconjugados - Proteoglicanos: ● Glicosaminoglicanos sulfatados ligados a uma grande proteína em forma de bastonete na membrana celular ● Syndecans → proteína tem um único domínio transmembrana ● Glypicans → proteína está ancorada em uma membrana lipídica ● Interage com uma variedade de receptores de células vizinhas e regula o crescimento celular ● Proteoglicano é uma proteína ligada ao grupo glicosaminoglicano, observada com frequência no tecido conjuntivo

Domínio NS de sulfato de heparano → Regiões ricas em açúcares sulfatados Domínio NA → Regiões com principalmente resíduos não modificados de GlcNAc e GlcA

Proteoglicanos: ● Diferentes glicosaminoglicanos estão ligados à proteína do núcleo ● Ligação do carbono anomérico da xilose à serina hidroxila ● Nossos tecidos têm muitas proteínas do núcleo diferentes → agrecano é mais bem estudado

Agregados de proteoglicano: ● Hialuronana e agrecano formam enormes agregados não covalentes ● Eles retêm muita água (1.000x seu peso) e fornecem lubrificação ● Material de baixa fricção ● Cobre as superfícies das juntas → cartilagem articular ● Reduz o atrito e o balanceamento de carga


Folheto de Química 501 7 Carboidratos e Glicobiologia Capítulo 7 - Apresentação PPT em PowerPoint

Dep. of Chemistry & Biochemistry Prof. Indig Chemistry 501 Apostila 7 Carboidratos e Glicobiologia Capítulo 7 Lehninger. Princípios de Bioquímica. & ndash Apresentação PPT do PowerPoint

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Capítulo 7 Carboidratos e Glicobiologia - Apresentação PPT do PowerPoint

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Carboidratos e seus derivados, incluindo taninos, celulose e revestimentos relacionados

3.01.1 Introdução

Os campos da glicoquímica e da glicobiologia agora aparecem com destaque como disciplinas maduras. Na verdade, o mundo dos carboidratos e produtos naturais associados parece ter se destacado. 1–4 A diversidade de estruturas possibilitadas pelo conjunto de construção de carboidratos da Natureza é maior do que a dos oligonucleotídeos ou oligopeptídeos, 5 e deu aos carboidratos papéis essenciais em diferentes áreas da biologia e da química. Estes variam desde sistemas de interação no desenvolvimento embrionário e o controle da adesão e ativação celular até o fornecimento de fontes de energia e plataformas estruturais. O rápido desenvolvimento de métodos físicos e técnicas analíticas mais sensíveis 6,7 levou a avanços significativos na compreensão da estrutura, dinâmica e funções biológicas dos carboidratos. Assim, as técnicas espectroscópicas de NMR evoluíram a tal ponto que eventos sutis agora podem ser sondados, e. o papel da estrutura e dinâmica na ligação de oligossacarídeos a receptores complementares, 8–10 ou as mudanças em pKumas de grupos catalíticos durante a ação enzimática. 11 Significativamente, o advento das técnicas de nanossonda abriu novas fronteiras para a análise de quantidades de microgramas de carboidratos complexos. 12 A análise de espectrometria de massa de macromoléculas contendo carboidratos passou por uma revolução com a dessorção a laser assistida por matriz / tempo de vôo e técnicas de ionização por eletropulverização, 6,7 e técnicas de eletroforese capilar de alto desempenho agora são usadas para sondar eventos de glicosilação celular, com o objetivo final de análise de célula única. 13 A informação estrutural derivada da cristalografia de raios-X é agora usada para inferir o mecanismo molecular, como na translocação de açúcares através de uma membrana por uma proteína de transporte 14 ou a formação de um anel de açúcar distorcido ou intermediário covalente em uma reação de retenção da glicosidase. 11 Químico e enzimático 15 a metodologia sintética agora fornece compostos-chave com os quais investigar o papel de eventos biológicos mediados por oligossacarídeos ou desencadeados por oligossacarídeos. Uma contribuição digna de nota é a síntese de um pentassacarídeo relacionado à heparina que estimula a inibição mediada pela antitrombina III do fator de coagulação do sangue Xa de forma mais eficaz do que o ligante natural do pentassacarídeo. 16 O surgimento de vários livros modernos na área da química dos carboidratos atesta os rápidos avanços no campo da síntese. 17–24

Os avanços descritos acima foram acompanhados por avanços impressionantes no campo da biologia molecular e a aplicação de técnicas de biologia molecular a problemas em biologia estrutural. As ferramentas foram exploradas de forma muito eficaz em estudos biossintéticos de carboidratos e seus derivados. Na verdade, a combinação de sondas biossintéticas clássicas e modernas abriu novas perspectivas nos campos da glicobiologia e da glicoquímica. Um tema lógico e unificador que liga os diversos tipos de carboidratos é o da biossíntese. O conhecimento das vias biossintéticas pode ser usado com vantagem no tratamento de doenças, na engenharia de propriedades desejáveis ​​em enzimas de processamento de carboidratos ou polímeros de carboidratos e no projeto de terapias baseadas em carboidratos, imunodiagnósticos e vacinas. Assim, este volume apresenta os diferentes aspectos dos carboidratos e produtos naturais associados ao longo dos princípios biossintéticos. Embora as atividades biológicas dos compostos sejam um aspecto importante de seu interesse químico, esse assunto não tem sido priorizado. Da mesma forma, aspectos de isolamento, elucidação da estrutura e síntese não foram pesquisados, embora a síntese e os aspectos estruturais relacionados à biossíntese tenham sido incluídos em alguns casos. O leitor deve consultar livros sobre química de carboidratos 3,4,17–24 para referências importantes nas áreas sintéticas não levantadas neste volume.


Institut für Molekulare Pharmazie, Universität Basel, Klingenbergstrasse 50, 4051 Basel, Suíça

Departamento de Química Biológica, Escola de Medicina da Universidade Johns Hopkins, 725 N. Wolf St. Rm., 401 Hunterian Baltimore, MD 21205-2185, EUA

Dept. de Chimie, URA 1686, Ecole Normale Supérieure, 24 rue Lhomond, 75231 Paris Cedex 05, França

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Resumo

O Repertório de N-Glicanos no envelope glicoproteína do HIV do vírus da imunodeficiência humana produzida em diferentes tipos de células

Evidência para a ocorrência de O-Glicanos no envelope glicoproteínas de HIV-1 produzidas em certas linhas celulares

Oligossacarídeos de gp 120 e gp 41 em N-Sítios de glicosilação e sua possível influência na infecção viral

A glicosilação da gp 120 pode influenciar a antigenicidade e a imunogenicidade

Sacarídeos reconhecidos por proteínas e anticorpos que se ligam a carboidratos como epítopos de neutralização potenciais na glicoproteína do envelope do HIV-1