1. BIOQUÍMICA I
CATARINA CRUZ Licenciatura em Bioquímica
2º ano, 1º semestre
JOÃO RIBEIRO Dezembro de 2012
PATRÍCIA CASTRO

2. Introdução
Compostos naturalmente predominantes e fundamentais
 Proporção 1 C : 1 H2O característica
 Compostos polifuncionais
• Um grupo cetona (cetose) ou aldeído (aldose)
• Vários grupos hidroxilo.
Disposição dos átomos de carbono e dos átomos que se ligam a eles crucial nestes compostos,
pois determinará a ligação para formar açúcares mais complexos e as propriedades desses
açúcares.
Faculdade de Ciências da Universidade do Porto/Instituto de Ciências Biomédicas Abel Salazar

3. Introdução
Ligação glicosídica
 A ligação resulta da reacção de 2 grupos
hidroxilo, levando à formação de uma
‘ponte de oxigénio’, e à libertação de água.
 Os dissacáridos resultam da ligação de dois
monossacáridos
 Os polissacáridos resultam da ligação de
mais do que 10 monossacáridos.
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4. Principais funções
Os hidratos de carbono desempenham importantes e variadas funções em
diversos aspectos do funcionamento do nosso organismo…
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5. Principais funções dos hidratos de
carbono
Cromatografia Electroforese Espectroscopia
Compreensão dos mecanismos celulares e moleculares
Conhecimento das propriedades físicas e químicas
ENERGIA RECONHECIMENTO ESTRUTURA
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6. Principais funções dos hidratos de
carbono
Revestimento de estruturas biológicas Constituinte de membranas plasmáticas
Celulose
• Hidrato de carbono mais naturalmente
abundante
• Função estrutural na célula vegetal
• Polímero de glicose formado por ligações β(1,4)
• Estrutura espacial linear
• Forma fibras insolúveis em água não digeríveis
Quitina
• Cadeia longa de N-acetilglicosamina
• É o precursor da quitosana
• Principal componente da parede celular dos
fungos e exosqueleto de artrópodes (rigidez)
• Contém um grupo acetamina no C2
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7. Principais funções dos hidratos de
carbono
Estruturalmente, difere da celulose por conter um grupo acetamina, em vez de um grupo
hidroxilo, no C2.
celulose
quitina
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8. Principais funções dos hidratos de
carbono
É muito conhecido devido à sua elevada resistência, pelo que, num futuro próximo, poderá substituir
os plásticos, por ser biodegradável.
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9. Exemplos de hidratos de carbono
complexos
Ácido hialurónico
• Grandes dimensões e peso molecular
• Monómeros de dois açúcares simples modificados :
• Ácido glucorónico
• N-acetilglicosamina
• Cadeia excepcionalmente alongada induz
viscosidade e resistência
• Elevada hidrofilicidade
 Ossos e articulações
 Naturalmente presente no corpo humano
 Tecido conjuntivo
 Utilizado em produtos para o cuidado da pele e ainda na
investigação médica (ramos da ortopedia e da cirurgia  Pele e folículos capilares
oftalmológica)  Olhos
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10. Principais funções dos hidratos de
carbono
Armazenamento de energia nas células sob a forma de
amido e glicogénio
Metabolismo/degradação da glucose é fonte de energia
Oxidação completa
Ciclo de Krebs
(fosforilação oxidativa)
ENERGIA
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11. Exemplos de hidratos de carbono
complexos
Amido
• Armazenamento energético
• Contém ligações α(1-4) e poucas α(1-6) (“pontos de
ramificação”)
• Amilose + amilopectina (estrutura ramificada)
• Possível enrolar em hélice.
Glicogénio
• Polissacarídeo de reserva da célula animal
• Muito ramificado
• Os vários pontos de ramificação são um importante impedimento à
formação de uma hélice
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12. Principais funções dos hidratos de
carbono
 Açúcares Metabolização em H2O, CO2,
CONTRIBUIÇÃO DA DIETA ALIMENTAR
 Fibras alimentares energia como calor, entre outras
Hidratos de carbono simples Fibras vegetais
• Processamento e absorção rápida • Resistem à digestão, mas melhoram substancialmente
a absorção de nutrientes e aceleram a digestão,
Hidratos de carbono complexos minimizando a exposição e absorção de toxinas
• Absorção gradual eventualmente presentes nos alimentos.
A glucose é a única fonte de energia que as células nervosas conseguem usar!
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13. Principais funções dos hidratos de
carbono
DIGESTÃO DOS HIDRATOS DE CARBONO
 A digestão ocorre inicialmente na boca, uma vez que as
glândulas salivares secretam α-amilase, que vai digerir o
amido, quebrando as ligações α(1-4);
 No estômago, a elevada acidez faz com que haja uma
inibição da acção da enzima.
 No intestino delgado, várias endoglicosidases completam a
digestão, resultando em hidratos de carbono simples, que
são, mais tarde, absorvidos para a corrente sanguínea
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14. Principais funções dos hidratos de
carbono
COMPOSTOS GLICOCONJUGADOS NA SUPERFÍCIE EXTERNA DA MEMBRANA CELULAR
 Remoção de eritrócitos envelhecidos  Receptores da membrana plasmática
(biossinalização)
 Grupos sanguíneos (sistema ABO)
 Regulação da proliferação celular
Estereoisomeria
 Processo de polimerização
 Diversidade estrutural
ARMAZENAMENTO DE INFORMAÇÃO
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15. Principais funções dos hidratos de
carbono
HORMONAS Eritropoietina
FUNÇÕES IMUNOLÓGICAS
Os hidratos de carbono são mais estáveis que as proteínas e desempenham múltiplas funções na
fisiologia e na patofisiologia, estando envolvidos na resposta inflamatória, interacções célula-a-
célula, reconhecimento e adesão a patogénios, transdução de sinais, entre muitos outros
processos.
• Glicoproteína que medeia o reconhecimento e adesão célula-a-célula
na passagem de neutrófilos através parede dos capilares para os locais
de infecção ou inflamação.
SELECTINA
• Artrite, asma, psoríase, esclerose múltipla e rejeição de órgãos
transplantados.
• Antigénio expresso por carcinomas presente apenas em células fetais
que favorece as células tumorais e a metastização.
Grande interesse no desenvolvimento de medicamentos inibidores da
adesão célula-a-célula mediada pela selectina.
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16. Principais funções dos hidratos de
carbono
FUNÇÕES IMUNOLÓGICAS
O vírus influenza liga-se através da hemaglutinina (uma proteína viral) a
resíduos de ácido siálico ligados a galactose presentes em glicoproteínas
da membrana celular, conseguindo assim entrar na célula e replicar-se.
O Plasmodium falciparum, o protozoário parasita
responsável pela malária, coloniza os organismos
hospedeiros tendo também como base este
mecanismo de especificidade
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17. Principais funções dos hidratos de
carbono
FUNÇÕES IMUNOLÓGICAS
“Doença das vacas loucas”
Encefalopatia espongiforme bovina
A degeneração dos neurónios causada por
infecção pelo prião depende da presença, na
superfície das células nervosas, de receptores
(proteoglicanos) que contêm glicosaminoglicanos.
O prião precisa interagir com esses polissacarídeos
para entrar no neurónio – o papel deles no
reconhecimento celular é fundamental para o
desenvolvimento dessa infecção.
Ou seja, os priões são proteínas com capacidade de invadir um hospedeiro, alcançando o seu
sistema nervoso central e destruindo-o progressivamente, isto graças ao reconhecimento de
determinados glicosaminoglicanos na superfície das células nervosas.
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18. Principais funções dos hidratos de
carbono
FUNÇÕES IMUNOLÓGICAS POTENCIAL COMO VACINAS
 Vacinas altamente eficientes em
desencadear respostas imunológicas
que previnem um grande número de
doenças.
 Identificação e síntese de hidratos de
carbono antigénicos em laboratório.
Nova geração de vacinas baseadas em hidratos de carbono, com papéis cruciais no
cancro, Haemophilus influenza tipo B, malária, SIDA, etc…
• Respostas imunológicas protectoras. • Hidratos de carbono são antigénios
• As crianças não produzem anticorpos independentes dos linfócitos T, logo, falham na
suficientes em caso de doença memória imunológica.
• Redução da necessidade de
administrar o agente patogénico. Péptidos miméticos antigénicos
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19. Compostos glicoconjugados
Para além das suas importantes funções como armazenamento energético e de
estrutura, os polissacarídeos são portadores de informações e servem como
indicadores de “direcção” para algumas proteínas e como mediadores para
interacções específicas célula-célula e célula-matriz extracelular.
As moléculas que contêm hidratos de carbono específicos agem em:
 Reconhecimento e adesão célula-célula
 Revestimento sanguíneo
 Resposta imune
 etc.
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20. Compostos glicoconjugados
 A membrana plasmática de
praticamente todas as
células animais também
pode ter, do seu lado
externo, moléculas de
açúcar (oligossacarídeos)
ligados a proteínas e lípidos.
Essa camada de açúcar é
chamada de glicocálice.
 O glicocálice tem várias
funções, sendo uma das
principais o seu importante
papel no reconhecimento
célula-célula.
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21. Compostos glicoconjugados
Polissacarídeos da superfície celular
Glicoproteínas
• Ligados a uma proteína
Glicolípidos
• Ligados a um lípido
Proteoglicanos
• Cadeias de glicosaminoglicanos unidos a uma proteína
RECEPTORES E SINALIZADORES
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22. Compostos glicoconjugados
Proteoglicanos
Unidade básica “Proteína central” ligada covalentemente a glicosaminoglicanos
Maior componente dos
Rigidez, resistência e elasticidade
tecidos conjuntivos
Glucosaminoglicanos
Os glicosaminoglicanos são formados por unidades repetitivas de
dissacarídeos. Um dos monossacarídeos que compõe os dissacarídeos é
sempre a N-acetilglicosamina ou a N-acetilgalactosamina, o outro é na
maioria um ácido urónico.
Um glucosaminoglicano é ligado por um trissacárido através de uma serina à
proteína central formando proteoglicanos.
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23. Compostos glicoconjugados
Glucosaminoglicanos
Ácido hialurónico
É um componente essencial da
matriz extracelular das cartilagens
Não é e dos tendões.
sulfatado.
Sulfato de condroitina Heparina
É o maior constituinte da cartilagem, promovendo Anticoagulante natural
estrutura, retenção de água e nutrientes. sintetizado nos mastócitos.
Interage com a antitrombina,
uma molécula que desactiva
as enzimas de coagulação.
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24. Compostos glicoconjugados
Glucosaminoglicanos
Condroitina sulfato
Um trissacarídeo ligante conecta um
glicosaminoglicano por meio de um
resíduo de serina da proteína central.
Syndecan
Proteína central da membrana plasmática.
Domínio aminoterminal extracelular covalentemente
ligado pelo trissacárido ligante, três cadeias de heparana
sulfato e a duas de condroitina sulfato.
Heparana sulfato liga-se a uma variedade de ligantes com
receptores específicos.
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25. Compostos glicoconjungados
Glicoproteínas
Proteínas conjugadas que possuem
como grupos prostéticos um ou
vários oligossacáridos, formando
uma série de unidades repetidas e
ligadas covalentemente a uma
proteína.
Exemplos:
• Proteína transferrina
• Hormona FSH
• Enzima ribonuclease
Onde estão?
• Face exterior da Ligações N-glicosídicas entre N-acetilglicosamina e o grupo NH2 da
membrana plasmática asparagina
• Matriz extracelular Ligações O-glicosídicas entre a N-acetilgalactosamina e o grupo
• Sangue OH da serina ou treonina (carbono anomérico por ligação
• Complexo de Golgi glicosídica)
• Lisossomas.
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26. Compostos glicoconjungados
Glicolípidos
Lípidos da membrana celular
Grupos hidrofílicos são
oligossacáridos que funcionam como
sítios específicos para o
reconhecimento pelas proteínas
ligadas a hidratos de carbono.
A especificidade do sistema ABO de grupos sanguíneos é determinada por certos
oligossacáridos muito curtos e parecidos entre si, que estão presentes na membrana plasmática
dos eritrócitos.
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27. Compostos glicoconjungados
Curiosidades
Lectinas
Ampla variedade de processos de reconhecimento
célula-célula e processos de adesão.
Moléculas de lectina da membrana plasmática
dos hepatócitos ligam especificamente cadeias de
oligossacáridos com unidades de galactose não
protegidas por unidades de ácido siálico terminal.
O ácido siálico nas extremidades dos
oligossacáridos de muitas glicoproteínas do
plasma protegem-nas da captação e degradação
no fígado. A remoção dessas unidades pela
enzima sialidase “marca” proteínas “velhas” para
destruição e reposição.
Os eritrócitos recém-sintetizados têm várias
glicoproteínas de membrana com cadeias de
oligossacáridos que terminam em ácido siálico.
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28. Compostos glicoconjungados
Curiosidades
Glicoproteínas anticongelantes
Presentes nos peixes da Antárctida, são
glicoproteínas que evitam que a água
congele, ao baixar a temperatura a que a
água solidifica (modificam o tempo e o
modo de crescimento dos cristais de gelo,
o que permite aos peixes sobreviverem).
Ou seja, elas afectam as moléculas de água
de modo a que esta permaneça no estado
liquido.
A actividade anticongelante não é conseguida através de uma única ligação molecular entre a
proteína e água, mas porque a glicoproteína anticongelante perturba o solvente.
A partir da espectrometria de terahertz, é possível mostrar uma espécie de “dança
permanente” das moléculas (em água líquida) e, posteriormente, como vão introduzindo
novos efeitos mais ordenados, na presença das proteínas anticongelantes.
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29. Bibliografia
 The New York Times’ Health Guide – Hidratos de carbono
http://health.nytimes.com/health/guides/nutrition/carbohydrates/overview.html
 Michael Meade and Associates – Health Articles – Hidratos de Carbono
www.mmeade.com/cheat/carbohydrates.html
 Volhardt & Score, Organic Chemistry – Structure and Function, 6ª edição, W. H. Freeman, Nova Iorque
(EUA)
 Hyalogic.com
http://www.hyalogic.com/main/about_hyaluronic_acid
 Vitor Hugo Pomin e Paulo Antônio de Souza Mourão (Hospital Universitário Clementino Fraga Filho e
Instituto de Bioquímica Médica, Universidade Federal do Rio de Janeiro), “Carboidratos” - Revista
CIÊNCIA HOJE - vol. 39, nº 233 - Dezembro de 2006 – pp. 24-31
 Doshi et al., Carbohydrate Vaccines- A burgeoning field of Glycomics, Journal of Applied Pharmaceutical
Science 01 (02); 2011: 17-22
 Cunto-Amesty et al., Directing the Immune Response to Carbohydrate Antigens, August 10, 2001 - The
Journal of Biological Chemistry
Faculdade de Ciências da Universidade do Porto/Instituto de Ciências Biomédicas Abel Salazar