Glicano

Non confundir con Glucano.

Os glicanos son polímeros de monosacáridos. O termo utilízase na práctica con dous significados: En primeiro lugar, a IUPAC considera que o termo é sinónimo de polisacárido, e defíneos como "compostos que constan dun grande número de monosacáridos unidos glicosidicamente". En segundo lugar, na práctica o termo aparece na literatura utilizado para referirse tamén á porción formada por carbohidratos dun glicoconxugado, como unha glicoproteína, un glicolípido, ou un proteoglicano, mesmo cando o carbohidrato non é moi longo e habería que consideralo un oligosacárido. Xeralmente os glicanos constan só de monosacáridos unidos por enlace O-glicosídico. Por exemplo, a celulosa é un glicano (do tipo dos glucanos concretamente) composto por unidades de D-glicosa unidas por enlace β-1,4, e a quitina é un glicano composto por unidades de N-acetil-D-glicosamina unidas por enlace β-1,4. Os glicanos poden ser homo- ou heteropolímeros de residuos de monosacáridos (homoglicanos e heteroglicanos), e poden ser liñais ou ramificados.

Glicanos e glucanos

Aínda que, tal como recomenda a Academia, para o nome dos glícidos en galego se utiliza normalmente a raíz glic (do grego glykys, doce), aínda que tamén está aceptada a raíz gluc, neste caso cómpre distinguir entre parellas como glucano e glicano, que se refiren a tipos de moléculas distintos, o que se fixo aquí seguindo os usos internacionais (por exemplo, inglés glucan = galego glucano, e inglés glycan = galego glicano).

Cómpre non confundilos, xa que os glicanos son polímeros de monosacáridos formados por calquera tipo de monosacárido unido por enlace glicosídico, polo que o termo é sinónimo de polisacárido. Glucano é un termo máis restritivo, xa que son un tipo de glicano, concretamente son glicanos que están formados especificamente por glicosa. Por tanto, os glucanos están incluídos dentro dos glicanos.

Glicanos e proteínas

Os glicanos poden encontrarse unidos a proteínas formando glicoproteínas e proteoglicanos. En xeral, atópanse na superficie exterior das células. Os glicanos enlazados por O ou N son moi comúns en eucariotas pero poden encontrarse, aínda que menos comunmente, en procariotas.

Glicanos enlazados por N

Introdución

Os glicanos enlazados por N (ou N-ligados) están unidos no retículo endoplasmático ao nitróxeno (N) da cadea lateral da asparaxina no chamado sequon, que é a secuencia Asn-X-Ser ou Asn-X-Thr, na cal X é calquera aminoácido agás a prolina, e o glicano pode estar composto por N-acetilgalactosamina, galactosa, ácido neuramínico, N-acetilglicosamina, frutosa, manosa, fucosa, e outros monosacáridos.

Ensamblaxe

Nos eucariotas, os glicanos unidos por N derivan dun núcleo de 14 unidades de azucres que se ensambla no citoplasma e retículo endoplasmático. Primeiramente, únense dous residuos de N-acetilglicosamina ao dolicol monofosfato, que é un lípido situado na cara externa da membrana do retículo endoplasmático. Despois, engádense cinco residuos de manosa a esa estrutura. Nese momento, o núcleo do glicano parcialmente terminado pasa ao outro lado da membrana do retículo endoplasmático, de modo que agora queda situado no lume do retículo. A ensamblaxe continúa despois dentro do retículo endoplasmático, coa adición de catro residuos máis de manosa. Finalmente, engádense a esta estrutura tres residuos de glicosa. Unha vez que se completou a ensamblaxe, o glicano transfírese en bloque por unha glicosiltransferase oligosacariltransferase á cadea peptídica nacente á que vai quedar unido, dentro do lume do retículo. Esta estrutura nuclear dos glicanos unidos por N consta, por tanto, de 14 residuos (3 glicosas, 9 manosas, e 2 N-acetilglicosaminas).

Imaxe: diagrama (Os cadros escuros son N-acetilglicosamina; os círculos claros son manosa; os triángulos escuros representan á glicosa.)

Procesamento, modificación, e diversidade

Unha vez transferidos á cadea peptídica nacente, os glicanos enlazados por N, en xeral, sofren un amplo procesamento, no que se eliminan os tres residuos de glicosa xunto con varios residuos de manosa, dependendo do glicano N-ligado de que se trate. A eliminación de residuos de glicosa depende do correcto pregamento da proteína. Estas reaccións de procesamento teñen lugar no aparato de Golgi. As reaccións de modificación poden implicar a adición aos azucres dun fosfato ou grupo acetilo, ou a adición de novos azucres, como o ácido neuramínico. O procesamento e modificación dos glicanos enlazados por nitróxeno no aparato de Golgi non segue unha vía liñal, e, como resultado, é posible que se formen moitas variantes da estrutura do glicano N-ligado, dependendo da actividade encimática que teña lugar no aparato de Golgi.

Funcións e importancia

Os glicanos enlazados por N son moi importantes para o correcto pregamento das proteínas nas células eucarióticas. As proteínas chaperonas do retículo endoplasmático, como a calnexina e a calreticulina, únense aos tres residuos de glicosa presentes no núcleo do glicano N-ligado. Estas chaperonas axudan ao pregamento da proteína á que está unido o glicano. Despois de que se produce o pregamento, elimínanse os tres residuos de glicosa, e o glicano sofre outras reaccións de procesamento. Se a proteína non consegue pregarse axeitadamente, os tres residuos de glicosa volven a unirse, o que permite que a proteína se reasocie coa chaperona. Este ciclo pode repetirse varias veces ata que a proteína adopte a súa correcta conformación. Se unha proteína fracasa repetidamente nos seus intentos de pregarse correctamente, é excretada do retículo endoplasmático e degradada por proteases citoplasmáticas.

Os glicanos enlazados por N tamén contribúen ao pregamento das proteínas por medio de efectos estéricos. Por exrmplo, os residuos de cisteína do péptido poden ser bloqueados temporalmente para que non formen pontes disulfuro con outras cisteínas, debido ao tamaño volumnoso dun glicano próximo. Xa que logo, a presenza de glicanos enlazados por N permítelle á célula controlar que residuos de cisteína formarán pontes disulfuro.

Os glicanos enlazados por N tamén xogan un importante papel nas interaccións célula-célula. Por exemplo, as células tumorais producen glicanos enlazados por N que son anormais. Estes son recoñecidos polo receptor CD337 das células asasinas naturais como un signo de que a célula en cuestión é cancerosa.

A diana recoñecida polos encimas degradativos lisosómicos é tamén marcada polos glicanos enlazados por N. A modificación dun glicano enlazado por N cun residuo de manosa 6-fosfato serve como sinal de que a proteína á cal está unido o glicano debe ser levada ao lisosoma. Este recoñecemento e tráfico de encimas lisosómicos pola presenza de manosa 6-fosfato é realizada por dúas proteínas chamadas CI-MPR (receptor de manosa 6-fosfato independente de catión) e CD-MPR (receptor de manosa 6-fosfato dependente de catión).

Glicanos enlazados por O

Introdución

Nos eucariotas, os glicanos enlazados por O (ou glicanos O-ligados) ensámblanse engadindo os residuos de azucre un por un sobre residuos de serina ou treonina dunha cadea peptídica no aparato de Golgi. A diferenza dos glicanos N-ligados, non se coñece que haxa unha secuencia consenso. Porén, a presenza dun residuo de prolina na posición -1 ou na +3 con respecto á da serina ou treonina é favorable para que se produza a glicosilación enlazada ao O.

Ensamblaxe

O primeiro monosacárido que se une na síntese dos glicanos enlazados por O é a N-acetilgalactosamina. Despois, pódense seguir varias vías diferentes. Unha estrutura núcleo 1 ou core 1 xérase pola adición de galactosa. Unha estrutura núcleo 2 ou core 2 xérase pola adición de N-acetil-glicosamina á N-acetilgalactosamina da estrutura núcleo 1. As estruturas núcleo 3 ou core 3 xéranse pola adición dunha soa N-acetilglicosamina á N-acetilgalactosamina orixinal. As estruturas núcleo 4 ou core 4 xéranse pola adición dunha segunda N-acetilglicosamina á estrutura núcleo 3. Son posibles outras estruturas núcleo pero son menos comúns.

Imaxe: Xeración das estruturas núcleo 1 e 2. (Cadros brancos = N-acetilgalactosamina; círculos negros = galactosa; cadros negros = N-acetilglicosamina. Nota: Hai un erro neste diagrama: o cadro inferior en todos os casos non debería ser negro senón branco.)

Imaxe: Xeración das estruturas núcleo 3 e 4.

Un tema estrutural común nos glicanos O-ligados é a adición de unidades de polilactosamina a varias estruturas núcleo. Fórmanse pola adición repetitiva de unidades de galactosa e N-acetilglicosamina. As cadeas de polilactosamina nos glicanos enlazados por O son rematadas a miúdo pola adición dun residuo situado no extremo de ácido siálico (similar ao ácido neuramínico). Se se engade tamén un residuo de fucosa ao antepenúltimo residuo, fórmase unha estrutura Sialil-Lewis X (SLex).

Funcións e importancia

O sialil-Lewis X (SLex) é importante na determinación dos antíxenos AB0 sanguíneos.

SLex é tamén importante para que haxa unha resposta inmunitaria axeitada. Por exemplo, a liberación de E-selectina polos corpos de Weibel-Palade, nas células endoteliais dos vasos sanguíneos, pode ser inducida por diversos factores. Un deses factores é a resposta da célula endotelial a certas moléculas bacterianas, como os peptidoglicanos. A E-selectina únese á estrutura SLex que está presente nos neutrófilos da corrente sanguínea, e axuda a mediar a extravasación destas células no tecido circundante durante unha infección.

Os glicanos enlazados por O, en particular os da mucina, son importantes para o desenvolvemento da microflora intestinal. Certas cepas de bacterias intestinais únense especificamente á mucina, o que lles permite colonizar o intestino.

Exemplos de glicoproteínas O-ligadas son:

• Glicoforina, unha proteína da membrana plasmática dos eritrocitos.
• Mucina, unha proteína da saliva implicada na formación da placa dental.
• Notch, un receptor transmembrana implicado no desenvolvemento e toma de decisións sobre o destino das células.
• Trombospondina.
• Factor VII de coagulación.
• Factor IX de coagulación.
• Activador do plasminóxeno de tipo urinario.

Glicosaminoglicanos

Outro tipo de glicano celular son os glicosaminoglicanos. Estes constan de dous aminoazucres enlazados de modo alternante con ácidos urónicos, e inclúen polímeros como a heparina, heparán sulfato, condroitín sulfato, queratán sulfato, e dermatán sulfato. Algúns glicosaminoglicanos están unidos á superficie celular, onde están enlazados por medio dun só residuo xilosil a unha proteína (formando unha glicoproteína).

Glicociencia

Un informe de 2012 do U.S. National Research Council fai un chamamento a facer un novo enfoque centrado na glicociencia, un campo que explora as estruturas e funcións dos glicanos e promete propiciar grandes avances en áreas tan diversas como a medicina, xeración de enerxía, e ciencias dos materiais. Ata agora, os glicanos recibiran pouca atención da comunidade científica debido á falta de ferramentas para estudar as súas estruturas e propiedades, a miúdo bastante complexas. O informe presenta un mapa de ruta para converter á glicociencia nun campo amplamente estudado e nunha disciplina integrada, en vez de no campo dominado só por especialistas que é hoxe.

Notas

• Varki, Ajit; Cummings, Richard; Esko, Jeffrey; Freeze, Hudson; Hart, Gerald; Marth, Jamey, eds. (1999). Essentials of Glycobiology. Cold Spring Harbor NY: Cold Spring Harbor Laboratory Press. ISBN 0-87969-559-5. NBK20709. 

Véxase tamén

Outros artigos

• Glicolípidos
• Glicosilfosfatidilinositol (áncora GPI)
• Glicosilación
• Glicósido
• Glicoproteína
• Peptidoglicano
• Glicosaminoglicano

Fontes

• GlycoSuiteDB, base de datos de glicanos do Instituto Suízo de Bioinformática
• O Consortium for Functional Glycomics (CFG) é unha iniciativa sen ánimo de lucro que consta de varios servizos investigadores participantes Arquivado 08 de maio de 2023 en Wayback Machine. que traballan xuntos no desenvolvemento recursos e servizos Arquivado 21 de marzo de 2021 en Wayback Machine. gratuítos para a comunidade científica. Os datos xerados almacénense en bases de datos accesibles na páxina Functional Glycomics Gateway.
• Transforming Glycoscience: A Roadmap for the Future do U.S. National Research Council, con información sobre os informes do U.S. National Research Council e obradoiros sobre glicociencia.