LIGAÇÃO GLICOSÍDICA: CARACTERÍSTICAS, TIPOS E NOMENCLATURA - BIOLOGIA - 2025

As ligações glicosídicas são ligações covalentes que ocorrem entre açúcares (carboidratos) e outras moléculas que podem ser outros monossacarídeos ou outras moléculas de natureza diferente. Essas ligações possibilitam a existência de múltiplos componentes fundamentais para a vida, não apenas na formação de combustíveis de reserva e elementos estruturais, mas também de moléculas transportadoras de informações essenciais para a comunicação celular.

A formação dos polissacarídeos depende fundamentalmente do estabelecimento das ligações glucosídicas entre os grupos álcool livre ou hidroxila das unidades individuais de monossacarídeos.

Exemplo de ligação glicosídica no glicogênio (Fonte: Glykogen.svg-NEUROtikerderivative-work-Marek-M-Public-domain via Wikimedia Commons)

No entanto, alguns polissacarídeos complexos contêm açúcares modificados que estão ligados a pequenas moléculas ou grupos, como amino, sulfato e acetil por meio de ligações glucosídicas, e que não envolvem necessariamente a liberação de uma molécula de água por uma reação de condensação. Essas modificações são muito comuns em glicanos presentes na matriz extracelular ou glicocálice.

As ligações glicosídicas ocorrem em múltiplos contextos celulares, incluindo a união do grupo da cabeça polar de alguns esfingolipídeos, constituintes essenciais das membranas celulares de muitos organismos e a formação de glicoproteínas e proteoglicanos.

Polissacarídeos importantes, como celulose, quitina, ágar, glicogênio e amido, não seriam possíveis sem ligações glicosídicas. Da mesma forma, a glicosilação de proteínas, que ocorre no retículo endoplasmático e no complexo de Golgi, é extremamente importante para a atividade de muitas proteínas.

Numerosos oligo e polissacarídeos funcionam como reservatórios de glicose, como componentes estruturais ou como adesivos para fixação de células em tecidos.

A relação entre as ligações glicosídicas nos oligossacarídeos é análoga à das ligações peptídicas nos polipeptídeos e às ligações fosfodiéster nos polinucleotídeos, com a diferença de que há maior diversidade nas ligações glicosídicas.

Caracteristicas

As ligações glicosídicas são muito mais variadas do que seus análogos em proteínas e ácidos nucléicos, uma vez que, em princípio, quaisquer duas moléculas de açúcar podem se unir de várias maneiras, porque têm vários grupos -OH que podem participar da formação do link.

Além disso, isômeros de monossacarídeos, ou seja, uma das duas orientações que o grupo hidroxila pode ter na estrutura cíclica em relação ao carbono anomérico, fornecem um nível adicional de diversidade.

Os isômeros têm diferentes estruturas tridimensionais, bem como diferentes atividades biológicas. Celulose e glicogênio consistem em unidades repetitivas de D-glicose, mas diferem no tipo de ligação glicosídica (α1-4 para glicogênio e β1-4 para celulose) e, portanto, têm propriedades e funções diferentes.

Assim como os polipeptídeos têm uma polaridade com uma extremidade N- e uma C-, e os polinucleotídeos têm extremidades 5 'e 3', os oligo- ou polissacarídeos têm uma polaridade definida pelas extremidades redutoras e não redutoras.

A extremidade redutora possui um centro anomérico livre que não forma uma ligação glicosídica com outra molécula, retendo assim a reatividade química do aldeído.

A ligação glicosídica é a região mais flexível de uma porção de oligo ou polissacarídeo, uma vez que a conformação de sela estrutural de monossacarídeos individuais é relativamente rígida.

Formação da ligação glicosídica

A ligação glicosídica pode unir duas moléculas de monossacarídeo por meio do carbono anomérico de uma e do grupo hidroxila da outra. Ou seja, o grupo hemiacetal de um açúcar reage com o grupo álcool de outro para formar um acetal.

Em geral, a formação dessas ligações ocorre por reações de condensação, onde uma molécula de água é liberada a cada ligação formada.

No entanto, em algumas reações, o oxigênio não deixa a molécula de açúcar como água, mas como parte do grupo difosfato de um nucleotídeo difosfato de uridina.

As reações que dão origem às ligações glicosídicas são catalisadas por uma classe de enzimas conhecidas como glicosiltransferases. Eles são formados entre um açúcar modificado covalentemente pela adição de um grupo fosfato ou um nucleotídeo (glicose 6-fosfato, UDP-galactose, por exemplo) que se liga à cadeia de polímero em crescimento.

Hidrólise da ligação glicosídica

As ligações glicosídicas podem ser facilmente hidrolisadas em ambientes ligeiramente ácidos, mas são bastante resistentes a ambientes alcalinos.

A hidrólise enzimática das ligações glicosídicas é mediada por enzimas conhecidas como glicosidases. Muitos mamíferos não possuem essas enzimas para a degradação da celulose, por isso não conseguem extrair energia desse polissacarídeo, apesar de ser uma fonte essencial de fibra.

Ruminantes como as vacas, por exemplo, possuem bactérias associadas ao intestino que produzem enzimas capazes de degradar a celulose que ingerem, o que os torna capazes de aproveitar a energia conservada nos tecidos vegetais.

A enzima lisozima, produzida nas lágrimas do olho e por alguns vírus bacterianos, é capaz de destruir bactérias graças à sua atividade hidrolítica, que quebra a ligação glicosídica entre a N-acetilglucosamina e o ácido N-acetilmurâmico na parede celular das bactérias.

Diversidade

Oligossacarídeos, polissacarídeos ou glicanos são moléculas muito diversas e isso se deve às muitas maneiras pelas quais os monossacarídeos podem se unir para formar estruturas de ordem superior.

Essa diversidade se baseia no fato, como mencionado acima, de que os açúcares possuem grupos hidroxila que permitem diferentes regiões de ligação, e que podem ocorrer ligações entre os dois estereoisômeros possíveis em relação ao carbono anomérico do açúcar (α ou β).

As ligações glicosídicas podem ser formadas entre um açúcar e qualquer composto hidroxi, como álcoois ou aminoácidos.

Além disso, um monossacarídeo pode formar duas ligações glicosídicas, portanto, pode servir como um ponto de ramificação, introduzindo complexidade potencial na estrutura dos glicanos ou polissacarídeos nas células.

Tipos

No que diz respeito aos tipos de ligações glicosídicas, duas categorias podem ser diferenciadas: as ligações glicosídicas entre os monossacarídeos que compõem os oligo e polissacarídeos e as ligações glicosídicas que ocorrem nas glicoproteínas ou glicolipídeos, que são proteínas ou lipídeos com porções de carboidratos.

Ligações O-glucosídicas

As ligações O-glicosídicas ocorrem entre os monossacarídeos, são formadas pela reação entre o grupo hidroxila de uma molécula de açúcar e o carbono anomérico de outra.

Os dissacarídeos estão entre os oligossacarídeos mais comuns. Os polissacarídeos têm mais de 20 unidades de monossacarídeos ligadas entre si de forma linear e às vezes têm vários ramos.

Exemplo de ligação O-glicosídica (Fonte: Tpirojsi via Wikimedia Commons)

Em dissacarídeos como maltose, lactose e sacarose, a ligação glicosídica mais comum é o tipo O-glucosídico. Essas ligações podem ocorrer entre os carbonos e -OH das formas isoméricas α ou β.

A formação de ligações glicosídicas em oligo e polissacarídeos dependerá da natureza estereoquímica dos açúcares que estão ligados, bem como de seu número de átomos de carbono. Geralmente, para açúcares com 6 carbonos, as ligações lineares ocorrem entre os carbonos 1 e 4 ou 1 e 6.

Existem dois tipos principais de O-glicosídeos que, dependendo da nomenclatura, são definidos como α e β ou 1,2-cis e 1,2-trans-glicosídeos.

Resíduos glicosilados 1,2-cis, α-glicosídeos para D-glicose, D-galactose, L-fucose, D-xilose ou β-glicosídeos para D-manose, L-arabinose; bem como 1,2-trans (β-glicosídeos para D-glicose, D-galactose e α-glicosídeos para D-manose, etc.), são de grande importância para muitos componentes naturais.

O-glicosilação

Uma das modificações pós-tradução mais comuns é a glicosilação, que consiste na adição de uma porção de carboidrato a um peptídeo ou proteína em crescimento. As mucinas, proteínas secretoras, podem conter grandes quantidades de cadeias de oligossacarídeos ligadas por ligações O-glucosídicas.

O processo de O-glicosilação ocorre no complexo de Golgi de eucariotos e consiste na ligação de proteínas à porção de carboidrato por meio de uma ligação glicosídica entre o grupo -OH de um resíduo de aminoácido de serina ou treonina e o carbono anomérico. de Açucar.

A formação dessas ligações entre carboidratos e resíduos de hidroxiprolina e hidroxilisina e com o grupo fenólico de resíduos de tirosina também foi observada.

Ligações N-glicosídicas

As ligações N-glicosídicas são as mais comuns entre as proteínas glicosiladas. A N-glicosilação ocorre principalmente no retículo endoplasmático de eucariotos, com modificações subsequentes que podem ocorrer no complexo de Golgi.

Exemplo de ligação N-glicosídica (Fonte: Tpirojsi, via Wikimedia Commons)

A N-glicosilação depende da presença da sequência de consenso Asn-Xxx-Ser / Thr. A ligação glicosídica ocorre entre o nitrogênio da amida da cadeia lateral dos resíduos de asparagina e o carbono anomérico do açúcar que se liga à cadeia peptídica.

A formação dessas ligações durante a glicosilação depende de uma enzima conhecida como oligossacariltransferase, que transfere os oligossacarídeos de um fosfato de dolicol para o nitrogênio da amida dos resíduos da asparagina.

Outros tipos de ligações glicosídicas

Ligações S-glucosídicas

Eles também ocorrem entre proteínas e carboidratos, eles foram observados entre peptídeos com cisteínas N-terminais e oligossacarídeos. Os peptídeos com tais ligações foram inicialmente isolados de proteínas na urina humana e eritrócitos ligados a oligossacarídeos de glicose.

Ligações C-glucosídicas

Eles foram observados pela primeira vez como uma modificação pós-tradução (glicosilação) em um resíduo de triptofano na RNase 2 presente na urina humana e na RNase 2 dos eritrócitos. Uma manose é ligada ao carbono na posição 2 do núcleo indol do aminoácido por meio de uma ligação C-glucosídica.

Nomenclatura

O termo glicosídeo é usado para descrever qualquer açúcar cujo grupo anomérico é substituído por um grupo -OR (O-glicosídeos), -SR (tioglicosídeos), -SeR (selenoglicosídeos), -NR (N-glicosídeos ou glucosaminas) ou mesmo -CR (C-glicosídeos).

Eles podem ser nomeados de três maneiras diferentes:

(1) substituir o terminal "-o" do nome da forma cíclica correspondente do monossacarídeo por "-ido" e antes de escrever, como uma palavra diferente, o nome do grupo R substituinte.

(2) usando o termo "glicosiloxi" como um prefixo para o nome do monossacarídeo.

(3) usando o termo O-glicosil, N-glicosil, S-glicosil ou C-glicosil como um prefixo para o nome do composto hidroxi.

Referências

1. Bertozzi, CR, & Rabuka, D. (2009). Base Estrutural da Diversidade Glycan. Em A. Varki, R. Cummings, & J. Esko (Eds.), Essentials of Glycobiology (2ª ed.). Nova York: Cold Spring Harbor Laboratory Press. Obtido em www.ncbi.nlm.nih.gov
2. Biermann, C. (1988). Hidrólise e outras clivagens de ligações glicosídicas em polissacarídeos. Advances in Carbohydrate Chemistry and Biochemistry, 46, 251–261.
3. Demchenko, AV (2008). Handbook of Chemical Glycosylation: Advances in Stereoselectivity and Therapeutic Relevance. Wiley-VCH.
4. Lodish, H., Berk, A., Kaiser, CA, Krieger, M., Bretscher, A., Ploegh, H.,… Martin, K. (2003). Molecular Cell Biology (5a ed.). Freeman, WH & Company.
5. Nelson, DL e Cox, MM (2009). Lehninger Principles of Biochemistry. Omega Editions (5ª ed.).
6. Nomenclature of Carbohydrates (Recomendações 1996). (mil novecentos e noventa e seis). Obtido em www.qmul.ac.uk
7. Soderberg, T. (2010). Química Orgânica com Ênfase Biológica, Volume I. Faculdade de Química (Vol. 1). Minnesota: Universidade de Minnesota Morris Digital Well. Obtido em www.digitalcommons.morris.umn.edu
8. Taylor, CM (1998). Glicopeptídeos e glicoproteínas: foco na ligação glicosídica. Tetrahedron, 54, 11317-11362.