Carboidratos. Introdução à Bioquímica. Dra. Fernanda Canduri. Departamento de Física.. UNESP. Laboratório de Sistemas BioMoleculares.

Transcrição

1 Introdução à Bioquímica Carboidratos Dra. Fernanda Canduri Laboratório de Sistemas BioMoleculares. Departamento de Física.. UNESP São José do Rio Preto - SP.

2 Tópicos! Monossacarídeos classificação, configuração e conformação derivados de açúcares! Polissacarídeos dissacarídeos polissacarídeos estruturais polissacarídeos de reserva glicosaminoglicanos! Glicoproteínas

3 Os carboidratos

4 Monossacarídeos hexose pentose

5 Formas anoméricas dos açúcares

6 Derivados de açúcares Ácido acetilneuramínico

7 Polissacarídeos! Conhecidos como glicanos,, consistem de monossacarídeos ligados por pontes glicosídicas.! São classificados como homopolissacarídeos ou heteropolissacarídeos! Muitos são compostos por apenas poucos tipos de monossacarídeos que se alternam em uma seqüência repetitiva.! Os polissacarídeos formam polímeros ramificados e lineares, devido às ligações glicosídicas poderem ser formadas por qualquer grupo hidroxila de um monossacarídeo

8 Glicoproteínas! As glicoproteínas possui um conteúdo de carboidratos que varia de < 1% até > 90% em peso! Compreendem o espectro inteiro das atividades das proteínas, incluindo enzimas, proteínas de transporte, receptores, hormônios e proteínas estruturais

9 Glicoproteínas! As cadeias de carboidratos são geradas de forma enzimática e ligadas covalentemente ao polipeptídeo! Tendem a ter uma composição variável de carboidratos - microeterogeneidade

10 Glicoproteínas! Proteoglicanos! Parede celular de bactérias! Proteínas glicosiladas! Funções dos oligossacarídeos

11 Proteoglicanos! As proteínas e os glicosaminoglicanos na matriz extracelular agregam-se de modo covalente e não- covalente para formar os proteoglicanos! A arquitetura molecular dos proteoglicanos: forma de escova de garrafa, com cerdas ligadas não- covalentemente a um suporte filamentoso de ácido hialurônico

12 As cerdas consistem de uma proteína central a qual os glicosaminoglicanos (queraton-sulfato e condroitin-sulfato) estão covalentemente ligados

13 Proteoglicanos! Tais oligossacarídeos estão ligados por ligação glicosídica à proteína via N da amida de resíduos específicos de Asn são os oligossacarídeos N-ligadosN! O queraton-sulfato e condroitin-sulfato são ligados por ligações glicosídicas à proteína central via oligossacarídeos que são covalentemente ligados a átomos de O de cadeias laterais de resíduos específicos de Ser ou Thr são os oligossacarídeos O-ligados O

14 Proteoglicanos! Fita central: ác. hialurônico varia entre 4000 a Å de comprimento até 100 proteínas centrais associadas! A estrutura em forma de escova dos proteoglicanos,, junto com o caráter polianiônico dos seus componentes faz com que esse complexo seja altamente hidratado! Cartilagem: consiste de uma rede de fibrilas de colágeno preenchida por proteoglicanos,, é caracterizada por resistência e flexibilidade

15 Parede celular de bactérias! As bactérias são circundadas por paredes celulares rígidas que lhe conferem suas formas características e lhe permitem viver em ambientes hipotônicos! As paredes celulares bacterianas são de considerável importância médica responsáveis pela virulência da bactéria! Sintomas de muitas doenças bacterianas podem ser obtidos em animais simplesmente injetando paredes celulares bacterianas

16 Parede celular de bactérias! Os antígenos característicos de bactérias são componentes de suas paredes celulares a injeção de preparações de parede celular bacteriana em animais desenvolve imunidade contra a bactéria! Bactérias gram-positivas: parede celular espessa! Bactérias gram-negativas: parede celular fina coberta por uma membrana externa complexa, que funciona na exclusão de substâncias tóxicas para a bactéria, incluindo o corante de Gram.! Estrutura responsável pela resistência maior das bactérias gram-negativas aos antibióticos do que as gram-positivas.

17 Bactéria gram-positiva Bactéria gram-negativa

18 Bactéria gram-positiva Bactéria gram-negativa Streptoccocus sp Pseudomonas sp

19 Parede bacteriana! A parede celular bacteriana consiste de várias camadas concêntricas de peptideoglicano,, intercruzadas em terceira dimensão! A parede celular de gram+ + também contém derivados de polissacarídeos adicionais que auxiliam na proteção da célula

20 Parede celular de bactérias! A parede celular bacteriana consiste de cadeias polissacarídicas e polipeptídicas ligadas de modo covalente envolvendo completamente a célula peptideoglicano

21 A parede celular da bactéria pode ser rompida! Lisozima: catalisa a hidrólise da ligação glicosídica β(1"4) entre o ácido N-acetilmurN acetilmurâmicomico e a N-acetilglicosaminaN! A parede celular também m fica comprometida pela açãa ção o de antibióticos ticos como a penicilina, que inibe a biossíntese da parede celular

22 Proteínas glicosiladas! Quase todas as proteínas secretadas e associadas a membranas de células eucarióticas são glicosiladas! Os oligossacarídeos são covalentemente acoplados às proteínas por ligações N-glicosídicasN ou O-glicosídicasO

23 Oligossacarídeo N-ligadosN! A GlcNAc é invariavelmente β-ligada ao nitrogênio amida de um resíduo Asn na sequência Asn-X-Ser/ Ser/Thr,, em que X é qualquer aminoácido (exceto Pro e Asp)! A N-glicosilaçãoN ocorre co-traducionalmente traducionalmente,, enquanto a proteína está sendo sintetizada.! As proteínas que contém oligossacarídeos N-ligados N são glicosiladas e depois processadas.

24 Oligossacarídeo N-ligadosN

25 Glicosilação de proteínas

26 Glicosilação de proteínas! Inicialmente, um oligossacarídeo contendo 9 resíduos de manose,, 3 resíduos de glicose e 2 de GlcNac é acoplado a Asn na cadeia polipeptídica

27 Glicosilação de proteínas! Posteriormente alguns açúcares são removidos! Resíduos de monossacarídeos (GlcANc,, galactose, fucose e ácido siálico) ) são adicionados! Existe uma diversidade enorme entre os oligossacarídeos de glicoproteínas N-ligadas.

28 Glicosilação de proteínas

29 Oligossacarídeos O-ligadosO! O acoplamento O-glicosídico mais comum envolve o dissacarídeo central ligado ao grupo OH de Ser ou Thr

30 Oligossacarídeo O-ligadosO Variam em tamanho desde um único resíduo de galactose no colágeno a cadeias de até 1000 unidades de dissacarídeo nas proteoglicanas São sintetizados no Aparelho de Golgi pela adição seriada de unidades de monossacarídeos a uma cadeia polipeptídica completa A sínteseé iniciada com a transferência de GalNAc para um resíduo de Ser ou Thr no polipeptídeo A O-glicosilação continua com a adição passo a passo de açúcares

31 Funções dos oligossacarídeos! Uma única proteína pode conter vários oligossacarídeos N- e O- ligados, apesar de moléculas diferentes da mesma glicoproteína poderem diferir-se na sequência, na localização e no número de carboidratos a ela ligados covalentemente! Essa heterogeneidade torna difícil designar as funções biológicas específicas às cadeias de oligossacarídeos! A glicosilação pode afetar a estrutura,, a estabilidade ou a atividade da proteína

32 Efeitos estruturais dos oligossacarídeos! Os oligossacarídeos ligam-se às proteínas em sequências que formam alças ou voltas na superfície! Podem atuar na estrutura, limitando a liberdade de conformação das cadeias polipeptídicas às quais estão ligados! Os oligossacarídeos N-ligados são adicionados durante a síntese de proteínas,, antes de assumir sua conformação final! Os oligossacarídeos O-ligados geralmente estão agrupados em segmentos altamente glicosilados da proteína auxiliam no enrijecimento e na extensão da cadeia polipeptídica

33 Glicoproteínas

34 Efeitos estruturais dos oligossacarídeos! As cadeias de carboidratos apresentam mobilidade conformacional,, e podem ocupar volumes consideráveis em tempos médios! Um oligossacarídeo pode proteger a superfície da proteína, provavelmente modificando sua atividade ou protegendo-a de proteólise

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36 Os oligossacarídeos participam de eventos de reconhecimento! As muitas maneiras possíveis de ligação entre carboidratos lhes fornecem o potencial de carregar informação biológica! Estão envolvidos em comunicação intracelular: todas as células são recobertas com açúcares na forma de glicoconjugados, como as glicoproteínas e os glicolipídeos! Carboidratos na superfície da célula possuem atividade de reconhecimento provenientes das lectinas! As lectinas são altamente específicas: podem reconhecer monossacarídeos individuais em ligações peculiares com outros açúcares em um oligossacarídeo

37 As lectinas

38 Os oligossacarídeos participam de eventos de reconhecimento! Os carboidratos na superfície da célula representam um dos melhores marcadores imunoquímicos conhecidos! Os antígenos do sistema ABO de grupos sanguíneos são componentes oligossacarídicos de glicolipídeos na superfície das células de um indivíduo! Indivíduos com células do tipo A possuem o antígeno A na superfície de suas células e carregam anticorpos anti-b em seu sangue! Aqueles com células tipo AB que possuem ambos antígenos A e B, não carregam anticorpos anti-a nem anti-b

39 Anticorpos na superfície da célula

40 Os oligossacarídeos participam de eventos de reconhecimento! Indivíduos tipo O, cujas células não possuem nenhum dos antígenos, carregam tanto anticorpos anti-a como anti-b! Indivíduos tipo O possuem antígeno H precursor dos antígenos A e B! Indivíduos do tipo A possuem uma glicosil-transferase que adiciona especificamente um resíduo GalNAc à posição terminal do antígeno H! Indivíduos do tipo B adicionam resíduos de galactose! Indivíduos do tipo O,, a enzima é inativa, pois sua síntese é incompleta

41 Os carboidratos também intermediam os eventos de ligação célula-célula! Proteínas recém-sintetisadas que são destinadas aos lisossomos contêm oligossacarídeos N-ligados com resíduos de manose-6-fosfato (M6F)! Um receptor de M6F no aparelho de Golgi seleciona essas proteínas para transportá-las aos lisossomos! As glicoproteínas circulantes que devem perder seus resíduos de ácido siálico terminais são seletivamente eliminados do sangue por células do fígado que reconhecem e ligam resíduos de galactose

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43 Comunicação entre as células! As células normais param de crescer quando se tocam inibição por contato, mas as células cancerosas não estão sob tal controle! Os espermatozóides de mamíferos reconhecem o componente glicoprotéico da camada externa do óvulo! Muitos vírus, bactérias e parasitas eucarióticos invadem seus tecidos-alvo por inicialmente se ligarem a carboidratos de superfície