Aula 11

Introdução à Bioquímica
Carboidratos
Dra. Fernanda Canduri
Laboratório de Sistemas BioMoleculares.
Departamento de Física. UNESP
São José do Rio Preto - SP.
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Tópicos
!
Monossacarídeos
classificação, configuração e conformação
derivados de açúcares
!
Polissacarídeos
dissacarídeos
polissacarídeos estruturais
polissacarídeos de reserva
glicosaminoglicanos
!
Glicoproteínas
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Os carboidratos
Monossacarídeos
hexose
pentose
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Formas anoméricas dos açúcares
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Derivados de açúcares
Ácido acetilneuramínico
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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
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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
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Glicoproteínas
!
As cadeias de carboidratos são geradas de forma
enzimática e ligadas covalentemente ao polipeptídeo
!
Tendem a ter uma composição variável de
carboidratos - microeterogeneidade
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Glicoproteínas
! Proteoglicanos
! Parede
celular de bactérias
! Proteínas
! Funções
glicosiladas
dos oligossacarídeos
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Proteoglicanos
!
As proteínas e os glicosaminoglicanos na matriz
extracelular agregam-se de modo covalente e nãocovalente para formar os proteoglicanos
!
A arquitetura molecular dos proteoglicanos: forma de
escova de garrafa, com cerdas ligadas nãocovalentemente a um suporte filamentoso de ácido
hialurônico
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As cerdas consistem de uma proteína central a qual os
glicosaminoglicanos (queraton-sulfato e condroitin-sulfato) estão
covalentemente ligados
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Proteoglicanos
!
Tais oligossacarídeos estão ligados por ligação glicosídica
à proteína via N da amida de resíduos específicos de Asn
– são os oligossacarídeos N-ligados
!
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
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Proteoglicanos
!
Fita central: ác. hialurônico – varia entre 4000 a 40000 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
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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
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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.
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Bactéria gram-positiva
Bactéria gram-negativa
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Bactéria gram-positiva
Streptoccocus sp
Bactéria gram-negativa
Pseudomonas sp
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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
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Parede celular de bactérias
!
A parede celular bacteriana consiste de cadeias
polissacarídicas e polipeptídicas ligadas de modo covalente
– envolvendo completamente a célula – peptideoglicano
A parede celular da bactéria pode ser rompida
!
Lisozima: catalisa a hidrólise da ligação glicosídica β(1"4)
entre o ácido N-acetilmurâmico e a N-acetilglicosamina
!
A parede celular também fica comprometida pela ação de
antibióticos como a penicilina, que inibe a biossíntese da
parede celular
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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-glicosídicas ou O-glicosídicas
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Oligossacarídeo N-ligados
!
A GlcNAc é invariavelmente β-ligada ao nitrogênio amida
de um resíduo Asn na sequência Asn-X-Ser/Thr, em que X
é qualquer aminoácido (exceto Pro e Asp)
!
A N-glicosilação ocorre co-traducionalmente, enquanto a
proteína está sendo sintetizada.
!
As proteínas que contém oligossacarídeos N-ligados são
glicosiladas e depois processadas.
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Oligossacarídeo N-ligados
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Glicosilação de proteínas
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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
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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.
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Glicosilação
de proteínas
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Oligossacarídeos O-ligados
!
O acoplamento O-glicosídico mais comum envolve o
dissacarídeo central ligado ao grupo OH de Ser ou Thr
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Oligossacarídeo O-ligados
• 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 síntese é 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
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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
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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
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Glicoproteínas
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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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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
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As lectinas
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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
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Anticorpos na superfície da
célula
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
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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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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
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