Procesos Biologicos - 05 - Carbohidratos Y Glicobiologia.30.03.09

Rodrigo Sandoval G, Ph.D. Procesos biológicos I Carrera de Medicina UCN, 2009

CARBOHIDRATOS

PROTEÍNAS

MACROMOLECULAS

ÁC. NUCLEICOS

LÍPIDOS

AZUCAR alimentos

CELULOSA madera – papel

ALMIDÓN alimentos

Casi puros CARBOHIDRATOS

RECUBRIMIENTO CELULAR

Modificados

DNA

MEDICAMENTOS gentamicina



Definición: Polihidroxialdehidos o polihidroxicetonas que contienen C,H,O y que son sintetizados por los organismos fotosintéticos a partir de CO2 y H2O. pueden tambien contener N, P, S



Clasificación: Monosacáridos Disacaridos Oligosacáridos Polisacáridos

Los carbohidratos desempeñan funciones biológicas muy importantes como fuente o reserva temporal de energía, como áreas de reconocimiento en las moléculas y como elementos estructurales

CLASIFICACIÓN

N° DE UNIDADES DE AZÚCARES

LOCALIZACIÓN GRUPO CARBONILO

N° DE ÁTOMOS DE CARBONO TRIosas

MONOsacáridos

ALDosas TETRAosas

POLIsacáridos

CETosas

PENTosas ect...

CLASIFICACIÓN

N° DE UNIDADES DE AZÚCARES

LOCALIZACIÓN GRUPO CARBONILO

N° DE ÁTOMOS DE CARBONO TRIosas

MONOsacáridos

ALDosas TETRAosas

POLIsacáridos

CETosas

PENTosas ect...

Fórmula: C(H2O)n n= nº de carbonos Clasificación:  Según el número de carbonos: triosas,tetrosas,pentosas, hexosas etc.  Según el grupo químico principal presente: aldosas, cetosas

Monosacáridos relevantes en el metabolismo: Glucosa Fructosa Ribosa Desoxirribosa

Nº de esteroisómeros= 2n n= número de C asimétricos

En disolución, los monosacáridos pequeños se encuentran en forma lineal, mientras que las moléculas más grandes ciclan su estructura. La estructura lineal recibe el nombre de Proyección de Fisher; la estructura ciclada de Proyección de Haworth. En la representación de Haworth la cadena carbonada se cicla situada sobre un plano. Los radicales de la cadena se encuentran por encima o por debajo de ese plano. La estructura ciclada se consigue en aldopentosas y hexosas. El enlace de ciclación se genera entre el carbono que posee el grupo funcional y el carbono asimétrico más alejado del grupo funcional. Cuando el carbono tiene un grupo aldehído, como grupo funcional, el enlace recibe el nombre de hemiacetálico. Cuando el carbono tiene un grupo cetona, como grupo funcional, el enlace recibe el nombre de hemicetálico.

La formación de hemiacetales dentro de las moléculas de carbohidrato produce un carbono asimétrico adicional que es el carbono 1, al cual se le llama carbono anomérico. El carbono anomérico puede tener el OH orientado hacia abajo en cuyo caso se llama α -D-glucopiranosa; cuando el OH se orienta hacia arriba, entonces se llamará β -D-Glucopiranosa. Esto da origen a otro tipo de esteroisomería (diasteroisómeros). Los dos isómeros resultantes se conocen como anómeros

 Los

monosacáridos son modificados dentro de la célula de acuerdo a su función.  Entre los principales monosacáridos modificados están:  Hexosaminas  Azúcares ácidos  Desoxiazúcares  Ácidos siálicos  Derivados fosforilados

 Los

azúcares modificados pueden:

 Tener asociados grupos amino o acetilo  Oxidarse en sus grupos alcohol, aldehído

o cetona y formar ácidos  Reducirse y formar oxiazúcares  Fosforilarse y formar monosacáridos mono y di-fosforilados

Glicoconjugados: proteoglicanos, glicoproteínas y glicolípidos

También cumplen una función como transportadores de información: Indican a algunas proteína su destino final Median interacciones célula-célula específicas Median interacciones específicas entre la células y la matriz extracelular.

Funciones de las moléculas glicoconjugadas: Reconocimiento célula-célula Adhesión entre células Migración celular durante el desarrollo Coagulación sanguínea Respuesta inmune

Glicoconjugado: carbohidrato unido covalentemente a una proteína o a un lípido.

Glicosaminoglicanos: Son los heteropolisacáridos más abundantes en el cuerpo humano. Son polisacáridos largos, no ramificados en los cuales se repite una unidad de disacárido. Las unidades de disacárido contienen una de las dos siguientes unidades de azúcares modificados: N-acetilgalactosamina (GalNAc) o N-acetilglucosamina (GlcNAc), además de ácido urónico como glucuronato o iduronato. Los glicosaminoglicanos son moléculas altamente negativas de conformación extendida que aporta viscosidad a las soluciones.

Los glicosaminoglicanos se encuentran en la superficie de las células o en la matriz extracelular. Disminuyen las fuerzas de compresión, lo que indica su importancia en la lubricación de las articulaciones. Paralelamente, su rigidez aporta integridad estructural a las células y permite la migración celular.

Glicosaminoglicano

Localización

Comentarios

Hialuronato

Líquido sinovial, humor vítreo, matriz extracelular de tejido conectivo laxo

Polímeros largos, absorben presión

Condroitín sulfato

Cartílago, hueso, válvulas cardiacas

Son los glicosaminoglicanos más abundantes

Heparán sulfato

Membranas basales, componentes de la superficie de las células

Contiene mayor cantidad de glucosamina acetilada que de heparina

Heparina

Componente de los gránulos intracelulares de los mastocitos que bordean las arterias de los pulmones, hígado y piel

Más sulfatada que los heparán sulfato

Dermatán sulfato

Piel, vasos sanguíneos, válvulas cardíacas

Keratán sulfato

Córnea, hueso, cartílago en asociación con condroitín sulfato

La mayoría de los glucosaminoglicanos en el organismo están unidos a proteínas, formando los proteoglicanos (también llamados mucopolisacáridos). Los glicosaminoglicanos se extienden perpendicularmente desde el núcleo de la proteína en una estructura tipo cepillo. La unión de los glicosaminoglicanos al núcleo proteico depende de un trisacárido formado por dos residuos de galactosa y un residuo de xilosa. El triscárido-puente está unido al núcleo proteico a través de un enlace O-glicosídico a un residuo de serina en la proteína. Algunas formas de keratán sulfato están unidos al núcleo de proteína a través de un enlace N-asparaginil. Los núcleos proteicos de los proteoglicanos son ricos en residuos de serina y treonina que permiten muchas uniones de glicosaminoglicanos.

Proteoglicanos: glicoconjugados de la superficie celular o de la matriz extracelular

Importancia clínica de los proteoglicanos y glicosaminoglicanos: Los proteoglicanos y los glicosaminoglicanos desarrollan funciones importantes en el organismo. La heparina previene la coagulación sanguínea. Cuando la heparina se libera a la sangre luego de daño vascular, ésta forma complejos y activa a la antitrombina III, la cual a su vez inhibe todas las serina proteasas de la cascada de caogulación. Este fenómeno ha sido aprovechado desde el punto de vista clínico en las terapias anticoagulantes mediante inyección de heparina.

Muchas enfermedades genéticamente heredadas como las enfermedades relacionadas con el almacenamiento de lisosomas, resultan del defecto de las enzimas lisosómicas responsbles del emtabolismo de glicosaminoglicanos complejos asociados a membrana. Estas enfermedades se llaman mucopolsacaridosis y conducen a una acumulación de glicosaminoglicanos dentro de las células.

Al menos existen 14 tipos de enfermedades asociadas al almacenamiento de lisosomas que afectan el catabolismo de los glicosaminoglicanos, la mayoría se heredan de forma autosómica recesiva.

Tipo de síndrome

Defecto enzimático

Glucosaminoglicano afectado

Síntomas

α-L-iduronidasa

dermatán sulfato, heparán sulfato

corneal clouding, dystosis multiplex, organomegaly, heart disease, dwarfism, mental retardation; early mortality

Scheie

α-L-iduronidase

dermatan sulfate, heparan sulfate

corneal clouding; aortic valve disease; joint stiffening; normal intelligence and life span

Huler/Scheie

α-L-iduronidase

dermatan sulfate, heparan sulfate

intermediate between I H and I S

dermatan sulfate, heparan sulfate

mild and severe forms, only X-linked MPS, dystosis multiplex, organomegaly, facial and physical deformities, no corneal clouding, mental retardation, death before 15 except in mild form then survival to 20 - 60

Hurler

Hunter

L-iduronate-2-sulfatase

MPS VIII, a designation no longer used

Sanfilippo A

Heparan N-sulfatase

heparan sulfate

profound mental deterioration, hyperactivity, skin, brain, lungs, heart and skeletal muscle are affected in all 4 types of MPS-III

Sanfilippo B

α-N-acetyl-D-glucosaminidase

heparan sulfate

phenotype similar to III A

Sanfilippo C

AcetylCoA: α-glucosaminideacetyltransferase

heparan sulfate

phenotype similar to III A

Sanfilippo D

N-acetylglucosamine-6sulfatase

heparan sulfate

phenotype similar to III A

Morquio A

Galactose-6-sulfatase

keratan sulfate, chondroitin 6-sulfate

Morquio B

β-Galactosidase

keratan sulfate

severity of disease similar to IV A

dermatan sulfate

3 distinct forms from mild to severe, aortic valve disease, dystosis multiplex, normal intelligence, corneal clouding, coarse facial features

corneal clouding, odontoid hypoplasia, aortic valve disease, distinctive skeletal abnormalities

MPS V, a designation no longer used

Maroteaux-Lamy

Sly

N-acetylgalactosamine-4sulfatase also called arylsulfatase B

β-Glucuronidase

heparan sulfate, dermatan sulfate, chondroitin 4-, 6sulfates

hepatosplenomegaly, dystosis multiplex, wide spectrum of severity, hydrops fetalis

Proteoglicanos: Son macromoléculas de la superficie celular o de la matriz extracelular. Corresponden a cadenas de glicosaminoglicanos (carbohidratos) que se unen covalentemente a una proteína. Son los principales componentes del tejido conectivo como el cartílago. Ayudan a la interacciones no covalentes con otros proteoglicanos y proteínas, otorgándole al tejido fuerza y resistencia.

Sindecan, una proteína de membrana conjugada que corresponde a un proteoglicano.

Algunos proteoglicanos pueden formar agregados enormes a través de la interacción de varias proteínas con una única molécula de ácido hialurónico. Estos complejos interactúan con el colágeno en la matriz extracelular. En el dibujo, una molécula larga de ácido hialurónico está asociada en forma no covalente con varias proteínas llamadas aggrecan. Cada aggrecan contiene unidas covalentemente varias cadenas de condroitin sulfato y keratan sulfato.

La fuerza y resistencia de la matriz extracelular está dada por la intrincada red de interacciones entre proteínas como el colágeno, la elastina y la fibronectina con los proteoglicanos. La fibronectina, por ejemplo, es capaz de unirse a heparan sulfato, fibrina, colágeno y a una familia de proteínas de membrana llamadas integrinas.

Glicoproteínas: Los carbohidratos conjugados a las glicoproteínas son más pequeños que los glicosaminoglicanos de los proteoglicanos. El carbohidrato se une a través de un enlace glucosídico al –OH de un residuo de serina o treonina en la proteína, o al N del grupo amino de un residuo de asparagina. Cada proteína puede unir una o varias cadenas de carbohidrato.

Las glicoproteínas se encuentran comúnmente en la superficie de las células, y muchas proteínas secretadas son glicoproteínas, ej.: algunas hormonas, las inmunoglobulinas. Las agrupaciones de carbohidratos sobre las proteínas les confiere un carácter más hidrofílico, debido a que incrementan su polaridad y su solubilidad. La adición de carbohidratos a las proteínas también altera su estructura terciaria. También las glicoproteínas representan una “etiqueta” de epecificidad tisular.

Glicolípidos: Gangliósidos: son lípidos de las membranas de eucariontes. Los oligosacáridos de los gangliósidos determinan los grupos sanguíneos. Lipopolisacáridos: Se encuentran en la superficie de la membrana externa de las bacterias gram negativas, como E. coli y Salmonella typhi. Son los blancos primarios de acción de los anticuerpos producidos por el sistema inmune de los vertebrados en respuesta a las infecciones.

P-selectina

Lectinas: se encuentran en todos los organismos. Unen carbohidratos con alta afinidad y especificidad.

Otros lípidos de membrana:

glicolípidos

fosfolípidos

triacilgliceroles

glicerofosfolípidos

Esfingolípidos

Esfingolípidos

Esfingolípidos:

Grupos sanguíneos.