Glicoconjugados y lipoconjugados: función y tipos de glicosilación

Bioquímica Estructural

Carla Pérez Molina

TEMA 5: GLICOCONJUGATS I LIPOCONJUGATS

INTRODUCCIÓ

Podem conèixer els glucids i els lipids sobretot per la seva funció de reserva energetica, que permet que es puguin donar els processos bioquímica en el nostre organisme.

Tot i que aquesta sigui la seva funció més important també podem conèixer alguns glúcids o lipids amb funció estructural com per exemple els carbohidrats de les parets vegetals com la cellulosa, la quitina en insectes ...

Tanmateix, tant els lípids com els glúcids tenen una tercera funció, la de transmetre informació. Podem separar els glucids i els lipids en dos grans grups, els glicoconjugats i els lipoconjugats,

* Les lectines són les proteïnes capaces de reconèixer totes aquestes estructures glucides (gràfic blau).

Proteoglicans Glicosaminoglicans Proteïnes acilades Lipoconjugats Peptidoglicans Proteïnes prenillades N-Iligades Glicoconjugats Glicoproteïnes O-Illgades Glicoesfingolipids Proteïnes Iligades a GPI Glicolípids Lipopolisacarids

GLICOCONJUGATS

La glicobiologia és l'estudi dels processos en els quals estan involucrats els glicans, constituïts per un o més sucres units a proteïnes (proteoglicans i glicoproteïnes) o a lípids (glicolípids i lipopolisacarids).

Quan parlem de glicans ens estem referint a qualsevol tipus de polisacarid format per diversos monosacarids, mentre que si parlem de glucans nomes ens estem referint polisacarids formats per glucosa.Bioquímica Estructural Carla Pérez Molina

A part de les seves importants funcions com a reserva de substrat energetic (midó, glicogen ... ) i estructural (cel·lulosa, quitina, pèptidglicans ... ), els glicans (oligo i polisacarids) son transportadors d'informació: poden actuar com a etiquetes del destí de les proteïnes, la migració cellular, la cicatrització, la coagulació ...

El fet de que els glicans son un codi d'informació, també pot ajudar al plegament de les proteïnes, augmentar-se la seva solubilitat, les protegeixen de l'acció de proteases, faciliten la interacció entre molecules o l'eviten, determinen la localització cel·lular ...

Les possibilitats estructurals són enormes: existeixen centenars de sucres diferents, que es poden lligar entre ells de diferents maneres, ramificar ... En la majoria de casos, els glicoconjugats son el resultat de la unió de glucids que s'uneixen covalentment a una proteïna o a un lipid. Aquesta unió entre el glúcid i el lípid o la proteïna és el que anomenem glicosilació.

Existeixen 5 tipus de glicosilacions:

• N-glicosilació -> Unió del glican a un nitrogen d'una asparagina o arginina.
• O-glicosilació -> Unió del glican a l'oxigen d'un hidroxil d'una serina, treonina, tirosina, hidroxilisina o hidroxiprolina.
• C-glicosilació -> Unió del glican a un carboni d'un triptofan.
• Fosfoglicacilació -> Unió del glican al grup fosfat d'una fosfoserina.
• Glipiació -> Unió del glican a una proteïna i a un lipid alhora, formant un ancoratge GPI.

En el cas dels mamífers se solen utilitzar 10 monosacarids, que per unir-se al lipid o la proteïna han d'estar en la seva forma activada, es a dir, unides a un nucleotid difosfat que generalment és específicoer cada glúcid (NDP-glúcid).

Els 10 monosacarids utilitzats en els mamifers son: glucosa, fucosa, galactosa, manosa, xilosa, N-acetilgalactosa, N-acetilgalactosamina, N-acetilglucosamina, àcid glucurònic, àcid idurònic i àcid sialic (àcid N-acetil-neuramínic).

CH,OH O H I7 오 OH OH H H ÓH Glucosa (Glc) CH2OH 0 H -I H OH H H OH H OH Galactosa (Gal) CH3 HO O OH OH OH Fucosa (Fuc) HO -O OH OH ~OH OH Manosa (Man) Xilosa (Xyl) OH HO, OH H OH O HO HO Àcid idurònic (IdoA) O OH Un OH OH OH HO. HO O 0 OH ~OH OH HN CH3 O N-Acetilgalactosamina (GalNAc) N-Acetilglucosamina (GlcNAc) HO 0 OOH OH OH OH Àcid glucurònic (GlcA) COO Na* O HO JOH HO OH Àcid N-Acetilneuramínic (Àcid siàlic) OH MOH HN ___ CH3 HO HOBioquímica Estructural Carla Pérez Molina

En general els monosacàrids utilitzats són derivats de les hexoses, però alguns d'ells han substituït els grups OH de l'hexosa original per NH2, com és el cas per exemple de la glucosamina o la galactosamina.

La varietat de glicoconjugats és tal que amb 20 aminoacids es poden fer 6,4 · 107 combinacions, que amb els polisacarids seria 1,4 - 1015.

Els sucres són les molecules més abundants, fins i tot si només tinguessim en compte que la ribosa i la desoxiribosa formen part del RNA i el DNA.

En el cas dels glicoconjugats qui transporta la informació és el glican, però la molecula només serà activa en el conjunt de glican més la proteïna o el lípid.

El patró de glicosilació és específicae la cèl·lula i el teixit, inclús pot variar segons la situació fisiologica de la cèl·lula.

Funcions dels glicoconjugats

Les principals funcions dels glicoconjugats són:

• L'establiment de les relacions cellula-cel·lula i cel·lula-substrat.
• Regulen interacció entre molécules (reconeixement cellular per part de toxines, anticossos ... ).
• Formació de la matriu extracellular.
• Ajudar al plegament de les proteïnes.
• Evitar l'acció de les proteases.
• Localització cel·lular
• Augmenten la solubilitat de les proteïnes
• Coagulació
• Cicatrització
• Determinació dels grups sanguinis ...

*Estan implicats en molts processos i malalties, com cancer, SIDA, múltiples malalties rares ...

PRINCIPALS TIPUS DE GLICOCONJUGATS

Alguns es poden trobar a l'interior de la cèl·lula, tot i que el més frequent és que es trobin units a la membrana o a la matriu extracellular.

Els principals tipus de glicoconjugats són:

• Els proteoglicans
• Els peptidoglicans, propis dels bacteris
• Les glicoproteïnes
• Els glicolípidsBioquímica Estructural Carla Pérez Molina

PROTEOGLICANS (O-LLIGATS)

Macromolecules de la superfície cellular (proteïnes de membrana), estan ancorades a la lamina externa de la bicapa lipídica que forma la membrana cel·lular o de la matriu extracellular (proteïnes de secreció).

Els proteoglicans junt amb el col lagen i l'elastina composen la matriu extracellular del teixit conjuntiu, teixit que ocupa tots els espais que queden entre les diferents estructures del nostre organisme, les múltiples interaccions no covalents proporcionen resistencia i elasticitat. Els mamífers poden sintetitzar fins a 30 proteoglicans diferents (sindecan, glipican, perlecan ... )

Funcions dels proteoglicans

Tenen funcions diverses:

• La part proteica té la funció d'anclatje
• La part de glican GAG (que té major proporció en massa del proteoglicà) serveix per:
  • Interactuar amb altres molecules, ja siguin de la matriu o de la superfície cel·lular.
  • Augmentar les propietats hidrofíliques de la matriu extracellular.

La unitat bàsica del proteoglicà és una proteïna nuclear a la qual s'uneixen covalentment una o més cadenes de glicosaminoglicans (mucopolisacarids) lineals, anomenats GAG.

Proteoglican = proteïna nucli + >1 GAG (glicosaminoglicans)

*GAG = Sequencia ordenada de disacarids no ramificats

Els GAG poden ser cadenes de més de 100 monosacàrids lineals que s'estenen des de la proteïna nuclear fins a l'exterior i que estan separades les unes de les altres gràcies a la repulsió de càrregues, que fa que es mantinguin lineals.

La unió covalent del GAG a la proteïna nuclear sol ser a un residu de Ser mitjançant un enllaç O- glicosídic, però no és tan simple:

• La unió del GAG a la proteïna nuclear es dona quan hi ha la sequencia concreta que és Ser-Gly- X-Gly (on X és un aminoacid qualsevol), tot i que això no vol dir que sempre que hi hagi aquesta seqüència trobem un GAG enganxat, sí que vol dir que sempre que trobem un GAG enganxat hi haurà aquesta sequencia.
• Aquesta unió es fa mitjançant un pont tetrasacarid, que en realitat és un tetrahexosid (ja que són 4 hexoses) format per un àcid glucurònic, dos galactoses i una xilosa (GlcA, Gal, Gal i Xyl). El que acaba passant els que es forma un enllaç O-glicosidic entre la Xyl i el grup OH de la Ser de la seqüència de la sequência senyal de la proteïna nuclear.Bioquímica Estructural Carla Pérez Molina

oteoglicans Carboxyl terminus Core protein Gly GAG (>100 monosacarids) × Enllaç O-glicosidic al OH de la cadena lateral de la Ser (81->3) (81 4) (81->3) Gly (GlcA -> GaINAc4S), - Chondroitin sulfate GlcA -> Gal -> Gal -> Xyl Ser (81->3) (81->4) Amino terminus TETRASACÀRID: 1 àcid glucurònic + 2 galactoses + 1 xilosa

Sintesi de proteoglicans

Sintesi:

• Unió del tetrasacàrid a la Ser (enllaç O-glicosídic)
• Elongació del GAG

ELS GLICOSAMINOGLICANS (GAG)

Polímers lineals compostos per la repetició de disacarids no ramificats. Sovint el/s disacarid/s que es va/n repetint conté un derivat d'un aminosucre com poden ser la glucosamina o la galactosamina, i al menys un dels dos conté un grup carboxilic carregat negativament o es troba esterificat amb un grup sulfat.

A més, també solen estar formats per un acid urònic com poden ser l'àcid D-glucurònic o L- idurònic.

Només es troben en animals i bacteris, no en vegetals.

Solen tenir una elevada densitat de carrega negativa (per la combinació dels grups sulfat i dels carboxilats de l'àcid urònic), ja que solen estar modificats amb crups carboxils o grups sulfats, el que farà que tinguin un caracter acid elevat.

El gran nombre de carregues negatives que tenen també permetrà que es dissolguin en aigua i que presentin una distribució lineal o estesa per minimitzar la repulsio de les seves carregues.

Quan s'uneixen a proteïnes formen els proteoglicans.

*La seva acumulació o bé manca de degradació produeix mucopolisacaridosis (distròfies i trastorns mentals).

GAG: S-condroitina, S-queratan, S- dermatan (mai heparina ni hialurònic)Bioquímica Estructural Carla Pérez Molina

GAG més comuns

Alguns dels GAG més comuns són:

Acid hialurònic

• Té la particularitat de que es pot trobar de forma lliure, sense la part proteica.
• Format de fins a 50.000 repeticions del disacarid format per àcid glucurònic i N-acetilglucosamina [GICA-GlcNAc]

CH2OH O H H O COO H HO H O (81-+4) H ŃH OH H H C=0 (81-+3) H OH CH3 GlcA GlcNAc

• Forma dissolucions transparents i molt viscoses que les articulacions poden utilitzar com a lubricant, aporta consistencia gelatinosa de l'humor vitri i és un component essencial de la matriu extracellular de cartílags i tendons gràcies a que dona resistencia a la tensió i elasticitat.
• És diana de molts processos: hialuronidasa espermatica; verins; antigènic (rebuig transplantaments); comunicació i reconeixement cellular; regeneració i cicatrització.

4-sulfat de condroitina

• És el més abundant al cartilag
• Acostumen a ser unes 20-60 repeticions del disacarid format per d'acid glucuronic i N-acetilgalactosamina [GlcA-GalNAc4S]
• Quelant de Ca i Mg.

CH2OH ·O OgSO H O COO H H O H (B1-+4) H Ȟ NH OH H H C=0 (81-+3) H OH CH3 GlcA GalNAc4S

Sulfat de dermatan

• És el més abundant a la pell, aporta flexibilitat.
• També presenten vasos sanguinis i valvules cardiaques.
• Repeticions d'un disacarid format per àcid iadurònic i [IdoA-GalNAc]

CH2OH O "O3SO H O H H H H H (81-+4) COO H NH OH H - H C=0 (81-+3) Ħ OH CH3 IdoA GalNAc4S

Sulfat de queratan

• Present en cornia, cartilag, os i estructures cornies formades per cèl·lules mortes (banyes, ungles, pel, urpa, peulla ... ).
• Format per unes 25 repeticions del disacarid format per galactosa i N- acetilglucosamina [GalA-GlcNAc6S].

CH2OSO3 CH2OH H H -0 HO OH H H H (81-+3) H H H NH (81-+4) H OH C=0 CH3 GlcNAc6S Gal O 0- H O N- acetilgalactosamina O O H O