BIOQUÍMICA

Glucosaminoglucanos.

Proteoglucanos

Glucoproteínas :Biosíntesis y glicosilación.-

Mg. Helda C. Del Castillo C.

Mg. Helda C. Del Castillo C.

Glucosaminoglucanos

Glucoproteínas

Proteoglucanos

Glucosaminoglucanos o MUCOPOLISACÁRIDOS

• Son polisacáridos estructurales que forman gran parte de la matriz intercelular de tejidos mesodérmicos (conjuntivo , cartílago, músculo, hueso) y que muy frecuentemente se presentan unidos a un núcleo de proteína, formando los llamados proteoglicanos (que no hay que confundir con glicoproteínas). La estructura de los glicosamino glicanos es la de copolímero ABABAB..., con diferentes grados de polimerización, en el que A es un ácido urónico (ácidos D-glucurónico o L-idurónico) mientras que B es un aminoderivado, bien sea N-acetilglucosamina o N-acetilgalactosamina.

.

Glucosaminoglucanos o MUCOPOLISACÁRIDOS

• Son polímeros de monosacáridos que poseen unidades de azúcares modificados como aminoazúcares, azúcares sulfatados, azúcares ácidos y N- acetil derivados. Las cadenas de carbohidratos de los glucosaminoglucanos existen como repeticiones de disacáridos en los cuales uno de los dos azúcares es siempre la N-acetilglucosamina o N-acetilgalactosamina.

• Todos los glucosaminoglucanos con excepción del ácido hialurónico tienen azúcares sulfatados, y la presencia de grandes cantidades de grupos carboxilo y sulfato hacen de estos polímeros moléculas fuertemente ácidas.

• Heparina: 2-sulfato de D-glucuronato a (14) 6 sulfato de N-sulfo-D-glucosamina a(14)

Cinco tipos de GAGs en el tejido

– Los glucosaminoglucanos son de aspecto amorfo, tan viscosos como las secreciones mucosas, entre los más comunes se pueden citar: Condroitin sulfato (tipos 4 y 6)

– Heparan sulfato– Dermatan sulfato– Queratan sulfato– Ácido hialurónico ( no se une a proteínas)

• El ácido hialurónico (~ 50000 disacáridos por molécula), el sulfato de condroitina (20-60) y el sulfato de queratán (~ 25) son componentes comunes de la matriz extracelular

Los glicosaminoglicanos sulfatados no existen en

general en forma libre sino asociados a proteinas. • Los principales de ellos son:• Condroitín sulfato y dermatan sulfato, que se caracterizan

por estar formados por una secuencia de 70 a 200 unidades sucesivas de (N-acetil-galactosamina sulfatada y ácido D-glucourónico o L-idurónico) (Fig.3).

• heparan sulfato formado por una secuencia de 20 a 100 unidades sucesivas de (N- acetil-glucosamina sulfatada y ácido glucourónico o L-idurónico)

• keratan sulfato formado por la secuencia un numero variable de unidades de (D-galactosa y N-acetyl glucosamina sufatada).

Dermatánsulfato

• contiene: N - acetil glucosamina y ácido L-idurónico y se encuentra en la piel y válvulas del corazón

O

OCOO-

OH

H OH

H HO

H

H

O

H NH

CO

CH3

H

H

H

OOH

H

CH2OS

-O O

O O

OCOO-

OH

H OH

H

H

H

H

O

H NH

CO

CH3

H

H

H

OOH

H

CH2OSO

O

-O

Condroitina

Sulfatos de condroitina abundan en tejido conjuntivo (materia fundamental y fibras), en la córnea,cartílagos,

tendones y huesos.

Cada dos eslabones hay dos cargas negativas ,que pueden fijar iones Ca2+ en uniones entre cadenas

condroitina

Alternadamente unidades N-acetilgalactosamina unidas -(1’4) con ácido glucurónico y -(1’3) con la siguiente galNAc

Cada unidad N-acetilgalactosamina lleva un grupo monoester sulfúrico en 6 ó en 4.

Heparan sulfato - Heparina

•Parecida al heparán sulfato, pero de mayor peso molecular y con mayor grado

de sulfatación. Destaca por sus

propiedades anticoagulantes.

QUERATÁN SULFATO

• El disacárido básico es D-galactosa y N-acetilgalactosamina 6-sulfato .

• Es el único glicosaminoglicano que no contiene ácidos urónicos; su estructura es ...D-Galactosa β-(1,3) N-acetilgalactosamina 6-sulfato β-(1,4)....

• Puede contener proporciones variables de otros monosacáridos (fucosa, manosa, ácido siálico o galactosamina). Suele estar presente en tejidos avasculares o de difícil oxigenación: la córnea o los discos intervertebrales.

O

O

OH

H OH

H H

CH2OH

OH

O

H NH

CO

CH3

H

H

H

OOH

H

CH2OS

-O O

O

O

O

OH

H OH

H H

CH2OH

H

H

O

H NH

CO

CH3

H

H

H

OOH

H

CH2OSO

O

-O

Ácido hialurónico ( no se une a proteínas)

• Es un glucosaminoglucano no sulfatado lineal.

• Se caracteriza por la repetición de unidades disacárida de ácido- D-glucurónico y N-acetil-D-glucosamina.

•   -Tiene otras funciones además de ser un componente de la matriz extracelular:

• ¨     ¨     - -Se ha observado un aumento en su síntesis en tumores malignos.

• ¨     ¨     - -Aumenta la adhesión y migración de células tumorales.

• ¨     ¨     - -Forma una barrera protectora en las células tumorales ( esto podría colaborar evadiendo el sistema inmune )

• ¨     ¨     - -

•  *Altos niveles de fragmentos angiogénicos de HA son detectados en tumores humanos tales como:

• ¨     ¨     --Cáncer de vejiga• ¨     ¨     --Cáncer de Próstata• ¨     ¨     --Tumores de Wilm• ¨     ¨     --Mesotelioma•  •   *Alta actividad hialunoridasa

se observa en: • ¨     ¨     --Cáncer de vejiga• ¨     ¨     --Cáncer de Próstata

Por su riqueza en grupos ácidos está cargado negativamente y tiende a atraer cationes como el Na+ que, al ser osmóticamente activos, atraen agua

disponiéndose cada molécula de hialuronato como un ovillo laxamente plegado y altamente hidratado, que ocupa un volumen importante del espacio

intercelular

Glucosaminoglucanos (GAGs)

• Glucosaminoglucanos (mucopolisacaridos)

cadenas poliméricas con disacaridos de

repetición (80 - 200 residuos).

• Uniones covalentes con proteínas

específicas ( core proteins) los GAGs forman largos complejos: proteoglucanos o peptidoglicanos.

El peptido glicano:Consiste en cadenas de glicano (ver más abajo) enlazadas

por puentes oligopeptídicos en los que aparecen D y L aminoácidos.

Es un polímero lineal en que se alternan restos de :N-acetil glucosamina y de ácido N-acetil murámico unidos por enlaces beta (1->4). Aparece formando parte de la pared celular de bacterias.

El glicano del péptidoglicano bacteriano:

Es un polímero lineal en que se alternan restos de :N-acetil glucosamina y de ácido N-acetil murámico

YXYXYXYD-Ala

D-Glu

L-Lys

D-Ala

D-Ala

D-Glu

L-Lys

D-Ala

D-Ala

D-Glu

L-Lys

D-Ala

D-Ala

D-Glu

L-Lys

D-Ala

YXYXYXYD-Ala

D-Glu

L-Lys

D-Ala

D-Ala

D-Glu

L-Lys

D-Ala

D-Ala

D-Glu

L-Lys

D-Ala

D-Ala

D-Glu

L-Lys

D-Ala

Gly

Gly

Gly

Gly

Gly

Gly

Gly

Gly

Gly

Gly

Gly

Gly

Gly

Gly

Gly

Gly

Gly

Gly

Gly

Gly

O

H

OHH

CH2OH

H

OH

O

CHCH3 COOH

HN CO CH3

H H

Y

O

H

H

OHOH

H

H

OH

H

HN C

O

CH3

CH2OH

X

Peptidoglicano

Péptidoglicano de Stafilococus AureusMureina

-D-glcpNAc

1

41

MurNAc

41

4

41

-D-glcpNAc

MurNAc

’L-Ala’ D-Glu’NH2

1

41

MurNAc

41

4

41

-D-glcpNAc

MurNAc

L-Lis’ D-Ala’Gly--

’L-Ala’ D-Glu’NH2

’L-Ala’ D-Glu’NH2

’L-Ala’ D-Glu’NH2

--Gly’ Gly’Gly-

-D-glcpNAc

L-Lis’ D-Ala’Gly--

L-Lis’ D-Ala’Gly--

--Gly’ Gly’Gly-

--Gly’ Gly’Gly-

Polisacáridos de las bacteriasPolisacáridos

El proteoglicano del cartílago

Consta de una hebra central de ácido hialurónico a la que se unen, de forma no covalente, unas 100 proteínas, cada una de las cuales porta unas 150 moléculas de condroitín sulfato y de sulfato de queratán covalentemente unidas a restos de serina. La unión entre la hebra de ácido hialurónico y las proteínas la estabiliza otra proteína no glicosilada. El volumen de uno de estos proteoglicanoos es comparable al de una célula bacteriana.

El proteoglicano del cartílago consta de una hebra central de ácido hialurónico

se unen, de forma no covalente, unas 100

proteínas,

cada una de las cuales porta unas 150 moléculas de condroitín sulfato y de sulfato de queratán covalentemente unidas a restos de serina,

La unión entre la hebra de ácido hialurónico y las proteínas la estabiliza otra proteína no glicosilada

Condroitina

Heparina

Hialurónico

Quitina y quitosano

Glicógeno

Polisacáridos de los animalesPolisacáridos

Condroitina

Heparina

Hialurónico

Quitina y quitosano

Glicógeno

Polisacáridos de los animalesPolisacáridos

Polisacárido lineal en hélice con cargas negativas que fija mucha agua (como los carragenatos) y da soluciones viscosas

y transparentes.

Unidades alternadas de acetilglucosamina y ácido glucurónico unidas por enlaces -(1’4) y -(1’3) con la siguiente glcNAc.

Hialurónico

En el líquido sinovial es un lubricante de la articulación y en el humor vítreo constituye una lente de foco variable

Cadenas más largas del ácido forman parte principal de la sustancia conjuntiva fundamental ó cemento de unión

intercelular de órganos y tejidos y también del cordón umbilical

Polisacáridos de los animalesPolisacáridos

Hialurónico

La enzima hialuronidasa, hidroliza este polisacárido y hace permeables los tejidos tanto para virus como para

moléculas. Algunos medicamentos inyectables van asociados a esta enzima para facilitar su penetración.

Polisacáridos de los animalesPolisacáridos

• Las Glicoproteínas son proteínas unidas covalentemente a carbohidratos.

• Los azúcares predominantes son :glucosa, galactosa, manosa, fucosa, GalNAc (N-acetil galactosamina) , GlcNAc (N-acetil glucosamina) and NANA (ácido N-acetil neuramínico ).

• La distinción entre glicoproteínas y proteoglicanos, reside en el nivel y tipos de modificación en carbohidratos.

• La modificación en carbohidratos encontrada en glicoproteínas son muy raramente complejas : los carbohidratos están unidos al componente proteico mediante enlaces ya sea O-glicosídico o N-glicosídico

Glicoproteínas :

Enlace glicosídico

• Reacción del carbono anomérico de un monosacárido, con pérdida de agua, con uno de los siguientes grupos:

• - Un grupo -OH: O-glicósidos

• - Un grupo -NH2: N-glicósidos

• - Un grupo -SH: S-glicósidos

La glicosilaciónLa glicosilación• Muchas proteínas sufren glicosilación:• La mayor parte de las proteínas de membrana y

proteínas que son secretadas de las células llevan carbohidratos.

• Casi todas las proteínas del plasma son glicoproteínas,excepto la albúmina.

• En el hombre hay dos variedades de glicoproteínas:O- unidas y N-unidas

Los oligosacáridos O-unidos:• Poseen un carbohidrato unido mediante un enlace O-glicosídico a un

grupo OH de la cadena lateral de los aminoácidos serina o treonina o

hidroxilisina de la cadena polipeptídica

H

H

NH

C

C

HN

C

C

NH

O

O

R

CH2 O

HO

O

HN COCH3

OH

OH

CH2HO

O

HN COCH3

OH

CH2

O

Los oligosacáridos N-unidos:

• Poseen un carbohidrato unido mediante un enlace N-glicosídico a un grupo amida de la cadena lateral del aminoácido asparagina

• La unión del carbohidrato a la hidroxilisina, se halla generalmente sólo en colágeno.

• En la unión del carbohidrato a 5-hidroxilisina se ha encontrado sólo galactosa o el disacárido glucosilgalactosa.

• En el tipo O-unido con ser y thr , el carbohidrato directamente unido a la proteína es GalNAc.

• En el tipo N-unido es GlcNAc .

• La unión predominante en glicoproteínas de células de mamífero es vía N-glicosídico.

• Las glicoproteínas N-unidas , todas contienen un núcleo común de carbohidratos unidos al polipéptido .

• Este núcleo consiste de tres residuos de manosa y dos GlcNAc.

• Una variedad de otros azúcares están unidos a este núcleo ( o core) y dan lugar a tres familias principales de glicoproteínas N-unidas.

Tipos principales de glicoproteínas N-unidas.

3. Tipo Complejo : es similar al tipo híbrido pero adicionalmente contiene ácido siálico en proporciones

variables

2. Tipo Híbrido : contiene varios azúcares y aminoazúcares

1. Tipo alta-manosa : contiene manosa fuera del núcleo en cantidades variables

→ GlcNAc

◊ →galactosa

▼→ ácido siálico

○→ manosa

■ → Fucosa

Estructuras de oligosacáridos de las tres clases principales de glicoproteínas .

Mecanismo de unión del carbohidrato a la proteína

El componente proteico de todas las glicoproteínas es sintetizado en los polirribosomas, que están unidos al retículo endoplásmico (ER)

El procesamiento de los azúcares, ocurre cotraduccionalemente en el lumen de ER y continúa en el aparato de Golgi para las glicoproteínas N-unidas

Azúcares O-unidos

• La síntesis de glicoproteínas O- unidas, ocurre vía la adición de azúcares de nucleótidos activados (UDP, GDP o CMP),directamente al polipéptido , catalizadas por glicosiltransferasas (diferentes según el tipo de carbohidrato ).

•

Los azúcares N-unidos : En contraste, este tipo de glicoproteínas requiere un intermediario lipídico el DOLICOL FOSFATO.

Azúcares N-unidos

Síntesis de oligosacáridos N-unidos

• Primera etapa:Primera etapa: Formación de un núcleo sacárido de 14 miembros

unido al dolicol fosfato.

1 : la UDP-GlcNAc dona su grupo 1-fosforilo-N-acetilglucosamina al dolicol fosfato, los productos son el UMP y el dolicol difosfato-GlcNAc.

2 : una segunda UDP-GlcNAc dona su azúcar al grupo hidroxilo de C 4 de la GlcNAc previa.

3 y 4, : con GDP-manosa producen un oligosacárido de siete miembros unido al dolicol difosfato.

5 y 6 : Con los azúcares de dolicol monofosfato ocurre una serie de siete reacciones de condensación para formar el oligosacárido de 14 miembros.

• Después de la remoción de los residuos de glucosa , la acción de α manosidasas remueven algunas manosas , mientras las proteínas progresan al Golgi .

• La acción de varias glicosidasas y manosidasas dejan a las glicoproteínas N-unidas conteniendo un núcleo común de carbohidrato consistente en tres residuos de manosa y dos GlcNAc .

• La acción de una variedad de glicosiltransferasas y glicosidasas, permite la adición a este núcleo , de una variedad de azúcares, generándose los tres tipos de glicoproteínas mencionados anteriormente.

(Glc)3 (Man)9(GlcNAc)2-P-P-dolichol : es la estructura abreviada del oligosacárido unido al dolicol y se denomina también LLO (lipid-linked oligosaccharide )

la estructura abreviada del oligosacárido (Glc)3 (Man)9 (GlcNAc)2 es denominada oligosacárido en

bloque

NOTAS :NOTAS :

• Son proteínas, algunas de cuyas Ser/Thr o Asn llevan unidos covalentemente oligosacáridos complejos, de gran variedad estructural, que sirven a menudo como sitios de reconocimiento entre proteínas. Muchas proteínas de membrana son glicoproteínas (por ej: las implicadas en reconocimiento celular; muchas células cancerosas tienen alterada la glicosilación de sus proteínas de membrana). La localización celular o la vida media en plasma de algunas proteínas dependen de su glicosilación. La glicosilaciónLa glicosilación tiene lugar en el golgi.

En resumen : Glicoproteínas

Son proteínas

algunas de cuyas Ser/Thr o Asn :

llevan unidos covalentemente oligosacáridos

complejos,

de gran variedad estructural

que sirven a menudo como sitios de reconocimiento entre proteínas

Muchas proteínas de membrana son glicoproteínas:

La glicosilaciónLa glicosilación tiene lugar en el golgi:

Significación clínica de las glicoproteínas:

• Las Glicoproteínas de la superficie celular, son importantes para :– La comunicación entre células

– Para mantener la estructura celular

– Como señal de reconocimiento para el sistema inmune.

• La alteración de las glicoproteínas de la superficie celular puede producir profundos efectos fisilógicos tales como:

• El grupo de antígenos de la sangre :ABOAlgunos individuos producen las glicoproteínas de los antígenos ABO otros no, esta propiedad distingue a los secretores de los no secretores, lo cual tiene importancia desde el punto de vista forense, entre otros.R representa la unión a la proteína en las formas secretadas.

• = GlcNAc, ◊ = galactose, ■ = fucose, ♦ = GalNAc, o sialic acid (NANA)

• .Algunos virus, bacterias y parásitos pueden utilizar las glicoproteínas como portales de ingreso a la célula, por ej. virus (HIV), Mycobacterium leprae Rhinoviruses El parásito de la malarial :Plasmodium vivax, El herpesvirus humano 6 (HHV-6) ., etc

Ha finalizado la exposición

Muchas gracias por su atención