Glúcidos

Question 1

Glúcidos- nome, geral, funções

Answer 1

• NÃO Hidratos de carbono/ Carbohidratos (CH2O)n (NEM TODOS TÊM FORMULA GERAL)
• NÃO Açúcares (NEM TODOS SÂO DOCES)

MAS:

• Glúcidos / Glícidos
• Oses e Ósidos
• Monossacáridos e polissacáridos

§Biomoléculas mais abundantes na Terra!
§A fotossíntese produz por ano, 100 mil milhões de toneladas de celulose e outros produtos a partir de CO2 e H2O

Funções:
-ARMAZENAMENTO DE ENERGIA E METABOLISMO DOS GLÚCIDOS
(§Alguns ósidos (amido, sacarose) são essenciais na dieta
(§Oxidação é a principal fonte de Energia (em organismos não fotossintéticos)

-ESTRUTURAIS
§Alguns (insolúveis): estruturais e protectores nas paredes das células bacterianas, plantas, tecidos conjuntivos dos animais

-LUBRIFICAÇÂO
§Poliósidos: lubrificantes em articulações, participam no RECONHECIMENTO E ADESÃO entre células

-SINALIZAÇÂO
§Poliósidos complexos ligam-se covalentemente a proteínas e lípidos–> sinais que determinam a localização intracelular/ destino metabólico desses híbridos (glicoconjugados –>nas membranas… transplantes..)

Question 2

Glúcidos- ponto de vista químico

Answer 2

polihidroxialdeídos ou polihidroxicetonas ou substâncias que os originam por hidrólise (partilham grupo carbonizo e série de grupos hidroxilos)

Às vezes são (CH2O)n, por vezes com N ou P ou S

Question 3

Classes de glúcidos

Answer 3

MONOSSACÁRIDOS/ OSES
Uma unidade de polihidroxialdeído ou polihidroxicetona

3C – trioses, 4C – tetroses, 5C – pentoses, 6C – hexoses, 7C – heptoses Com mais de 4C tendem para estruturas cíclicas

OLIGOSSACÁRIDOS/ OLIGÓSIDOS

Associação de algumas oses através de ligações osídicas (glicosídicas): O-osídicas ou N-osídicas (lig. através de N de cad. lat. de AA?)

[ Todos os monossacáridos e dissacáridos são designados com recurso à terminação ose]

POLISSACÁRIDOS/ POLIÓSIDOS
Mais de 20 resíduos de oses (ex celulose, linear (estrutura); glicogénio, ramificada (armazenamento))
=>estrutura dif–> função dif

Question 4

Oses

Answer 4

• ->Aldoses e Cetoses
• Sólidos cristalinos incolores
• Solúveis em água (muitos OH)
• alguns têm sabor doce (ligam-se a recetores específicos nas papilas gustativas… –> cascatas de transição de sinal)
• Cadeia não ramificada
• Ligações C-C, C-O e C=O

ex. Gliceraldeído e Dihidroxicetona, intermediários metabólicos (fosforilados)

mais comuns na natureza: Aldo- e cetohexose

Question 5

Oses- quiralidade

Answer 5

Todas as oses possuem um ou mais carbonos assimétricos (quirais) (?- excepto dihidroxicetona, right?!)
–> formas opticamente ativas, desviam luz polarizada…

Gliceraldeído:
n carbonos assimétricos – 2^n estereoisómeros

Classificação D/L: carbono quiral mais distante do carbonilo! D= OH direita, semelhante ao D-gliceraldeído
–> quase todas dos organismos vivos são D! ( AA são só L), fenómeno de seleção natural…

Question 6

Epímeros

Answer 6

Oses que diferem apenas na estereoquímica em torno de um único átomo de carbono

ex. D-manose é epímero em C-2de D-glucose

Question 7

Formas cíclicas

Answer 7

formas naturais para aldotetroses (nas cetotetroses não chega nº de átomos) e oses com 5 ou mais átomos de carbono!

Aldeído + Álcool hemiacetal
(+ álcool acetal) –> reação intramol. grupo OH e C=O (ataque nucleofílico)
Cetona + Álcool hemicetal (+ álcool cetal)
Na glucose: Reacção do hidroxilo em C-5 com a função aldeído em C-1

=> gera-se novo centro quiral!
–> Anómeros: diferem apenas no carbono da ciclização (carbono anomérico) –> alpha e beta

[Na glucose: 2/3 beta-D-glucopiranose + 1/3 alpha-D- glucopiranose + formas lineares e glucofuranoses]

Interconversão por mutarrotação

Anel de seis membros – piranose (com 2 conformações em cadeira interconvertíveis ~46kJ/mol; as conformações das oses = determinantes da estrutura e função dos poliósidos!)

Question 8

Derivados de oses

Estudar folhas!

Answer 8

…-amina
N-acetil-…-amina
(em poliósidos das paredes celulares bacterianas)

fosforilada (intermediário metabólico, nucleótidos)

formas ácidas
Ácidos aldónicos
(Oxidação da glucose em C1 – Ácido glucónico)
Ácidos urónicos
(Oxidação da glucose em C6 – Ácido glucorónico)
Ésteres estáveis (intramoleculares) - lactonas
[Ácido siálico (ácido N- acetilneuramínico)- Derivado de ose com 9 carbonos (N-acetilmanosamina) –> Glicoproteínas e glicolípidos de animais]

Desoxi-oses
Em poliósidos de plantas, glicoproteínas e glicolípidos

Question 9

Oses como agentes redutores (ver folhas!)

Answer 9

§Oxidação do grupo carbonilo a carboxilo – redução de iões Fe3+ ou Cu2+ –> reação de Fehling –> usada antigamente para medir nível de glucose no sangue…

Question 10

Diósidos- estrutura da ligação

Answer 10

–> 2 oses ligadas por ligação O-osídica (O- glicosídica)
(sacarose, maltose, lactose)

§O carbono anomérico de uma ose reage com um grupo hidroxilo de outra!

§Formação de um acetal a partir de um hemiacetal (Glucopiranose, p.ex.) e um álcool (um grupo hidroxilo de outra ose)

Capacidade redutora e extremidade redutora: enquanto carbonilo está livre+ linearizado –> se ambos os C anoméricos envolvidos na ligação osídica=> perde capacidade redutora

ligação osídica:
Sensível a hidrólise ácida, mas não básica
Em glúcidos – ligação O-osídica
Em glicoproteínas e ácidos nucleicos – ligação O-osídica ou N- osídica

Question 11

Diósidos- nomenclatura

Answer 11

O nome descreve o diósido com a extremidade não redutora à esquerda

(1) a configuração (alpha ou beta) do carbono anomérico que junta a ose mais à esquerda à segunda ose
(2) o nome do resíduo de ose não redutor (inserindo a designação furano ou pirano)
(3) entre parênteses quais os átomos de carbono envolvidos na ligação
(4) o nome do segundo resíduo
(5) na mesma sequência, caso haja mais de dois resíduos

Question 12

Maltose

Answer 12

alpha-D-glucopiranosil-(1->4)-D-glucopiranose
Glc(a1->4)Glc

redutora

Question 13

Lactose

Answer 13

beta-D-galactopiranosil-(1->4)-beta-D-glucopiranose

Gal(beta1->4)Glc

Existe no leite (intolerantes: não têm enzima lactase que degrada no intestino (hidrolisa lig. glic.) –> fermentação pq bacterias…+liquefeito…)
Diósido redutor

Question 14

Sacarose

Answer 14

alpha-D-glucopiranosil-(1->2)-beta-D-frutofuranose

Glc(alpha1↔2beta)Fru (ou ao contrário!)

Formado em plantas mas não animais
Diósido não redutor Intermediário da fotossíntese Diferença na nomenclatura

Question 15

Trealose

Answer 15

alpha-D-glucopiranosil-(1->1)-alpha-D-glucopiranose

Glc(alpha1↔1alpha)Glc

Hemolinfa dos insectos Armazenamento de energia
Não redutor

Question 16

Poliósidos

Answer 16

(/polissacáridos ou glicanos)

Homopoliósidos
§Armazenamento de ose combustível (amido e glucogénio)
§Elementos estruturais em paredes de células vegetais e em exoesqueletos de animais (celulose e quitina)

Heteropoliósidos
§Suporte extracelular em grande número de organismos
–> camada rígida do envelope celular bacteriano (peptidoglicanos)
–> matriz extracelular em tecidos animais (proteção, forma, suporte de células, tecidos e órgãos)

A dimensão é muito variável
–> A síntese não é feita com recurso a um molde – o processo é enzimático e não tem sinais de stop!!

Question 17

Homopoliósidos de armazenamento

Answer 17

Existem sob a forma de grandes agregrados ou grânulos:
Grânulos de amido (~1,0 μm) num cloroplasto
Grânulos de glucogénio (~0,1 μm) num hepatócito

moléculas muito hidratadas.(muitos grupos OH, estabelecem ligações com água)

Question 18

Amido

Homopoliósidos de armazenamento

Answer 18

Amilose – cadeias longas não ramificadas de resíduos de D-glucose com ligações (alpha1->4)

Amilopectina – cadeias de resíduos de D-glucose com ligações (alpha1->4) com ramificações via ligações (alpha1->6) a cada 24-30 resíduos

–> Agregado de amilose e amilopectina organizadas em estruturas helicoidais, muito compactas

Amido mobilizado para produção de energia= As extremidades não redutoras removidas enzimaticamente

Question 19

Glucogénio

Homopoliósidos de armazenamento

Answer 19

§Principal poliósido de armazenamento em animais §Estrutura semelhante à da amilopectina mas mais compacta (ramificação a cada 8-12 resíduos)
§7% da massa seca do fígado (em agregados com enzimas de síntese e degradação)
§Músculo esquelético
§Uma única extremidade redutora e imensas não redutoras

Porque não se armazena D-glucose simples?
[Glucogénio]hepatócito = 0,01 μM
–> [Glucose]intracel = 0,4M??? [Glucose]extracel = 5 mM
[=> osmolaridade muito elevada- imensa água entraria na célula! Não tem parede –> rebentaria! + diferença [] glu dentro e fora: gradiente de [] muito elevado=> custo energético de entrada de glu para células muito alto]

Question 20

Dextranos

Answer 20

§Poliósidos bacterianos e de levedura

§Poli-D-glucose em ligações (alpha1->6) e ramos em (alpha1->3) e (alpha1->4) ou (alpha1->2)

§Existem na placa dentária

§Dextranos sintéticos são usados em produtos comerciais (resina de Sephadex) usados em cromatografia de filtração em gel!

Question 21

Celulose

Homopoliósidos de estrutura

Answer 21

§Fibra insolúvel em água

§Paredes celulares de plantas sobretudo em caules, troncos e todas as partes mais lenhosas
§Algodão ~100% celulose

§Homopoliósido linear não ramificado com ligações (beta1→4)
§10 000 a 15 000 resíduos de D-glucose
grande força tensora

Ausência de ezima capaz de hidrolisar a ligação beta glicosídica em animais -só ruminantes porque têm em simbiose microorganismos no rumen (1º estômago) [–> fermentação leva a acetate, propionate, beta-hydroxybutyrate, que animal usa para sintetizar açucares do leite]
–>térmitas digerem porque têm em simbiose Triconympha! secretam celulase (e invertebrados tmb)

Biomassa (começo fermentação–> etanol: aditivos gasolina… potencial para bioenergia)

Question 22

Quitina

Homopoliósidos de estrutura

Answer 22

§Homopoliósido de N-acetilglucosamina (beta1→4)!! (derivado da glucose c/ grupo amina acetilado no C2)

§Semelhante à celulose

§Não digerível por vertebrados
§Exoesqueleto duro de cerca de um milhão de espécies de artrópodes (insectos, lagostas, caranguejos…)
§O 2º poliósido mais abundante na natureza (a seguir à celulose)

Question 23

Folding de homopoliósidos

Answer 23

(=forma como se organiza de ponto de vista 3D para desempenhar det. função)

1. Ligações covalentes (osídicas) entre oses– nível primário
2. Estabilização por interações fracas intra-e intermoleculares:
   ligações H! +imp!
   interações hidrófobas,
   interações de van der Waals,
   interações eletrostáticas (quando há grupos carregadas–> derivados de oses)

A rotação em torno das ligações é livre… mas há constrangimentos espaciais
–> Os ângulos de torsão phi e psi em tornos da ligação osídica definem as relações espaciais entre anéis adjacentes

=> Perfil de energia em função dos ângulos de torsão (mapa de linhas isoenergéticas, semelhante Ramachandran plot) –> ver mínimos)

amilose, amilopectina, glicogénio: anéis encurvam, assumindo estruturas helicoidais

Amilose: mais estável ângulos de 60º, 6 resíduos/volta, Detecção pelo teste do iodo

celulose: mais estável é linear, com todos os grupos – OH envolvidos em ligações de H com cadeias justapostas–> fibras com grande força tensora, ausência de água, aplicações comerciais…

Question 24

Peptidoglicanos

Heteropoliósidos estruturais

Answer 24

Parede celular bacteriana

§Polímero de N-acetilglucosamina em alternância com ácido N-acetilmurâmico (beta1–>4)

[Hidrólise pelo lisozima–> lágrimas! defesa contra infeções bacterianas!]

§Estrutura lineares, Ligadas por (tetra)péptidos–> pode conter D-aminoácidos!

+ unidades de pentaglicina

§Estrutura rígida que impede o inchamento da célula

§A penicilina impede a formação das ligações cruzadas (parede fraca–> Lise osmótica)

Question 25

Agar

Heteropoliósidos estruturais

Answer 25

Algas, paredes celulares
§Agarose – estrutura linear + Agaropectina – ramificada

§Agarose: Unidades de D-galactose (beta1–> 4)-ligada a 3,6-anidro-L-galactose (com éter…?)

D-Gal(b1–>4)3,6-anidro-L-Gal2S

§Estrutura em gel com moléculas de água – usado como suporte sólido para eletroforese de ácidos nucleicos

Question 26

Glicosaminoglicanos
(Heteropoliósidos estruturais )

[confirmar com folhas!]

Answer 26

§Família de polímeros lineares formados por repetição de resíduos de diósidos

1)Ose obrigatória:
N-acetilglucosamina ou N-acetilgalactosamina

2) 2a ose: ácido urónico (D-glucurónico ou L-idurónico)
3) Alguns grupos OH esterificados com sulfato (carga negativa)

§São componentes da matriz extracelular (com proteínas fibrosas (colagénio, elastina, fibronectina, laminina)) –> suporte poroso para difusão de nutrientes e O2

-hialuronato (forma livre)
~50 000 repetições MM 1 000 000; Soluções viscosas
-> lubrificantes (líquido sinuvial nas articulações, olhos- humor vítreo)
-> Cartilagens e tendões (elasticidade)
Hialuronidase (bactérias patogénicas; fertilização…)

-proteoglicanos (Mais curtos, ligados cov. a proteinas):

4-sulfato de condroítina [20-60 repetições, Cartilagens, tendões, ligamentos e paredes da aorta]

Sulfato de dermatano [Pele e vasos sanguíneos, IdoA em vez de GlcA]

Sulfato de queratano [~25 repetições, –> SEM ácido! Só ose, Cartilagens, ossos, córnea, estruturas “mortas” (chifres, cabelo, unhas…)]

Heparina [15-90 resíduos, §Anticoagulante derivado do sulfato de heparano produzido em mastócitos §Liga-se à antitrombina, inibindo a trombina – fenómeno electrostático]

Question 27

Funções dos Glicoconjugados

Answer 27

Transportadores de informação

§Marcam o destino de proteínas na célula
§Medeiam interacções específicas célula-célula
§Medeiam interacções entre a célula e a MEC §Reconhecimento na adesão celular
§Migração de células durante o desenvolvimento
§ Coagulação
§Resposta imunitária
§ Cicatrização

Question 28

Gliconjugados: 3 grupos

Answer 28

Proteoglicanos

Glicolípidos

Glicoproteínas

Question 29

Proteoglicanos

Answer 29

§Macromoléculas da superfície celular ou MEC

§1 ou mais cadeias de GAG sulfatados ligadas covalentemente a uma proteína de membrana ou secretada

GAG muito maior que o resíduo proteico, é o centro principal da função

GAG numa sequencia de consenso proteina: Ser-Gly-X-Gly

Tecido conjuntivo (cartilagem), + de 40 em células de mamífero

Função: Gerar muitos locais de ligação (grupos -OH e cargas) a outras estruturas

2 famílias principais de proteoglicanos contendo sulfato de heparano:

Sindecano- c/ Âncora peptídica e presença de sulfato de condroítina

Glipicano- c/ Âncora lipídica

Existem em agregados –> Agrecanos:
§ Estruturas supramoleculares na MEC
§ Zona central – proteína do core do agrecano
§ Cada estrutura monomérica de proteína + GAGs tem ~2 000 KDa
§ Os agregados interactuam com o colagénio => tensão, resistência ao tecido conjuntivo.

Question 30

Glicoproteínas

Answer 30

§Um ou mais oligósidos (de complexidade variável) ligados covalentemente a uma proteína:

O-glicosilação: num grupo OH de Ser (ou Thr)
N-glicosilação: num grupo NH2 de Asn

§Presentes:

• na face externa da membrana plasmática,
• na MEC
• no sangue
• em organitos especializados (CG, grânulos de secreção, lisossomas)
• -> nunca no citosol!

Os oligósidos são fonte de variabilidade (ao contrário dos glicosaminoglicanos)
=> Locais de reconhecimento e especificidade de ligação – dão mais informação à proteína

Question 31

Glicolípidos

Answer 31

§Esfingolípidos de membrana em que as cabeças polares são glúcidos

§ Funções semelhantes às glicoproteínas (reconhecimento…)
–> cérebro e neurónios: elevada presença

§As zonas glicídicas de alguns esfingolípidos determinam o grupo sanguíneo

[§ Lipopolissacáridos: Bactérias Gram-
Alvo de anticorpos
6 AG + 2 GlcN + Oligossac]

Question 32

Glicobiologia

Answer 32

Estudo da estrutura e função dos glicoconjugados

… uma das áreas em maior desenvolvimento na Bioquímica e Biologia Celular

Porquê?
A célula usa oligósidos específicos para codificar informação importante em processos como
§ Interacção célula-célula
§ Targeting (direccionamento) intracelular das proteínas
§ Desenvolvimento dos tecidos
§ Sinais extracelulares
§ …

Question 33

Diversidade em glicoconjugados

Answer 33

Grande diversidade e complexidade estrutural dos ósidos usados em glicoproteínas

§ 14 oses de 4 tipos diferentes
§ Ligações (1→2) (1→3) (1→4) (1→6) (2→3) (2→6)
§ Configuração alpha ou beta
§ Estruturas ramificadas
§ Modificações (Presença de grupos sulfato…)

20 oses- 1,44 x 10^15 hexósidos
20 aminoácidos- 6,4 x 10^7 hexapéptidos
4 nucleótidos- 4 096 hexanucleótidos

Um mundo de interacções… com proteínas
=> The Sugar Code

Question 34

Lectinas

Answer 34

Proteínas ubíquas (sempre presentes) que ligam glúcidos com elevada capacidade e especificidade –> intervêm em processos de reconhecimento na sinalização e adesão celular e no targeting intracelular de proteínas recém sintetizadas

Ex: Alguns agentes patogénicos microbianos possuem lectinas–> medeiam a adesão bacteriana às células do hospedeiro:

Helicobacter pylori adere à superfície interna do estômago por interacção de lectinas bacterianas com oligósidos específicos de glicoproteínas da membrana do epitélio gástrico (Le^b)!
–> Úlcera gástrica

Análogos químicos do oligósido administrados oralmente podem ser medicamento curativo pois impedem ligação da bactéria no estômago

Question 35

Análise de glúcidos- ver slide!!!!

Answer 35

• Remoção
• Purificação (cromatografias)
  a) hidrolise c/ ácido + cromatografia –> tipos de ose

b) tratamento com agente metilante + hidrólise…–> identificar posição ligs glic
c) glicosidases –> oligossac. mais pequenos, depois analisar por a), b)
d) NMR, espetrometria de massa –> razão massa/carga