Los carbohidratos son biopolímeros compuestos por unidades monoméricas llamadas monosacáridos.
Sobre la base del número de unidades de monosacáridos, los carbohidratos se pueden clasificar en varios tipos.
- Monosacáridos: las unidades de monómero no pueden hidrolizarse más.
- Oligosacárido: la hidrólisis de oligosacáridos da 2-10 unidades de monosacáridos.
- Polisacáridos: se componen de 10-100 o más que esas unidades de monosacáridos.
Los polisacáridos son carbohidratos complejos que consisten en múltiples monosacáridos con otras estructuras. También se llaman glicanos ya que las unidades de monosacáridos están unidas con enlaces glicosídicos.
Los polisacáridos son moléculas grandes y ramificadas que a menudo son insolubles en agua, de naturaleza amorfa y carbohidratos no dulces. El almidón, la celulosa, el glucógeno y la quitina son los mejores ejemplos de polisacáridos.
El glucógeno y el almidón están compuestos de unidades de glucosa. Fuera de eso, el almidón actúa como forma de almacenamiento en las plantas, insoluble en agua y se digiere con amilasas. El glucógeno es la forma de almacenamiento en los animales.
La celulosa es el componente estructural principal en las plantas, y es indigerible para los humanos. Otros polisacáridos como la goma de xantano están presentes en la cápsula de una bacteria.
Los polisacáridos se pueden clasificar en dos tipos:
- Homopolisacáridos
- Heteropolisacáridos
Los homopolisacáridos están compuestos del mismo tipo de unidades de monosacáridos mientras que los heteropolisacáridos tienen diferentes tipos de monosacáridos. La fórmula general de los polisacáridos es Cn (H2O) n-1, donde n es un número entre 200 y 2500.
Caracteristicas de los glucosaminoglicanos
- Los glicosaminoglicanos son polisacáridos largos no ramificados que se componen de unidades repetidas de disacáridos y también se denominan GAG o mucopolisacáridos debido a sus propiedades viscosas y lubricantes, al igual que en las secreciones mucosas.
- Consisten en núcleos de proteínas que se fabrican en el retículo endoplasmático y se modifican postraduccionalmente por el cuerpo de Golgi. Los disacáridos de glicosaminoglicanos se agregan a núcleos de proteínas y forman proteoglicanos.
- Son esenciales para la vida y componentes importantes de los tejidos conectivos.
- Las cadenas de GAG se unen covalentemente a otras proteínas como las quimiocinas, citocinas, morfógenos, factores de crecimiento, enzimas y moléculas de adhesión y forman proteoglicanos.
- Se encuentran en el colágeno y la elastina y el agua se adhiere a los GAG, lo que permite resistencia a la presión.
- Por lo tanto, en la solución acuosa de GAG, durante la compresión, el agua es expulsada y los GAG se ven obligados a ocupar un volumen menor. A medida que se elimina la compresión, recuperan su volumen hidratado original debido a la repulsión que surge de sus cargas negativas.
- Las unidades repetitivas de glicosaminoglicanos consisten en unidades de disacáridos; una unidades de monosacáridos es un anillo de azúcar hexosa de carbono o un ácido hexurónico que se une además a una hexosamina; un nitrógeno que contiene azúcar de seis carbonos y una (o ambas) unidades de monosacáridos contiene al menos un grupo sulfato o carboxilato cargado negativamente.
- Los glicosaminoglicanos están implicados en una variedad de funciones extracelulares y a veces intracelulares. Por ejemplo; La heparina es un glicosaminoglicano que contiene la carga neta negativa más alta de los disacáridos y actúa como una sustancia natural anticoagulante.
- Puede unirse fuertemente a la antitrombina III (una proteína involucrada en la terminación del proceso de coagulación) e inhibe la coagulación de la sangre. Otro ejemplo es que las moléculas de hialuronato consisten en alrededor de 25,000 unidades de disacáridos con pesos moleculares de hasta 107.
- Son componentes importantes del humor vítreo en el ojo y del líquido sinovial, que es un fluido lubricante de las articulaciones del cuerpo.
- El queratán sulfato y las condroitinas también son ejemplos de glicosaminoglicanos que se encuentran en el tejido conectivo como el cartílago y los tendones.
- Del mismo modo dermatan sulfato es un componente de la matriz extracelular de la piel. Fuera de estos glicosaminoglicanos, el ácido hialurónico no está unido a un núcleo de proteína, mientras que otros tres condroitín sulfato, dermatán sulfato y sulfato de Heparan están conectados al proteoglicano a través de un residuo de serina.
Estructura de glicosaminoglicanos
Generalmente, los glicosaminoglicanos son polisacáridos lineales cargados negativamente que pueden sulfatar o no sulfatar y tienen pesos moleculares de aproximadamente 10-100 kilodalton.
Sobre la base de sus unidades de estructura y enlace entre unidades de disacáridos; se pueden clasificar en dos tipos.
- GAG no sulfatados: por ejemplo, ácido hialurónico (HA).
- GAG sulfatados: por ejemplo; sulfato de condroitina (CS), sulfato de dermatano (DS), sulfato de queratano (KS), heparina y sulfato de heparina (HS).
Existen disacáridos que se repiten regiones en cadenas de glicosaminoglicanos que están compuestas de ácido urónico como ácido D-glucorónico o ácido L-idurónico y aminoazúcares como D-galactosamina o D-glucosamina. Todos estos glicosaminoglicanos difieren en el tipo de unidades de hexosamina, hexosa o ácido hexurónico, así como en la geometría del enlace glicosídico entre estas unidades.
Por ejemplo, el sulfato de dermatano y el sulfato de condroitina contienen galactosamina y también conocidos como galactosaminoglicanos. Otros glicosaminoglicanos como el sulfato de heparina y la heparina contienen una unidad de glucosaminoglicano y se conocen como glucosaminoglicanos.
El sulfato de condroitina consiste en β-D-glucuronato unido al tercer carbono de N-acetilgalactosamina-4-sulfato y la heparina es una mezcla compleja de polisacáridos lineales que tienen propiedades anticoagulantes y varían en el grado de sulfatación de las unidades de sacáridos.
- El aminoazúcar en glicosaminoglicanos se puede sulfatar en C4 o C6 o en nitrógeno no acetilado.
- La cadena principal de azúcar de los GAG puede sulfatarse en varias posiciones; por lo tanto, un octasacárido simple puede tener más de 1000 000 secuencias de sulfatación diferentes.
- En la unidad repetitiva de cada especie de glicosaminoglicano, hay de una a dos o de 2 a 3 posibles posiciones de sulfatación en el ácido urónico y el aminoazúcar, respectivamente.
- Como estas posiciones no siempre están sulfatadas, pueden existir 16 a 48 unidades de disacáridos diferentes dependiendo de la combinación de las posiciones de sulfatación.
Función de los glicosaminoglicanos
Los glicosaminoglicanos (GAG) participan en muchos procesos biológicos a través de la regulación de sus diversos socios proteicos llamados proteoglicanos. La gran diversidad estructural de los GAG los hace accesibles para la bioquímica, la biología estructural y el modelado molecular y los hizo útiles en el descubrimiento de nuevos fármacos.
La flexibilidad conformacional y los patrones de sulfatación subyacentes de los GAG son responsables de la complejidad de la interacción GAG-proteína. Cuatro moléculas principales negativamente cargadas fabricadas en células animales son glicosaminoglicanos (GAG), fosfolípidos y ácidos nucleicos, es decir, ácido ribonucleico y ácido desoxirribonucleico.
Los glicosaminoglicanos cargados negativamente cubren las superficies de las células animales e interactúan con cientos de moléculas de señalización extracelular. Debido a su complejidad estructural, se ha afirmado que son los biopolímeros más densos en información que se encuentran en la naturaleza.
Estas bio moléculas están relacionadas con los datos de animales transgénicos y knock-out de la década pasada que proporcionan evidencia convincente. Actualmente, están en marcha muchos proyectos nuevos basados en diferentes aplicaciones de glicosaminoglicanos>. Algunos de ellos son los siguientes.
- En la regulación de la señalización de FGF / FGFR.
- Activadores e inhibidores basados en GAG en la señalización de FGF / FGFR.
- GAG Base de la especificidad de la articulación en la artritis reumatoide.
- GAG séricos y proteoglicanos como biomarcadores para el cáncer de pulmón.
El ácido hialurónico muestra muchas funciones importantes en la actividad de señalización durante la morfogénesis embrionaria, la curación de heridas y las enfermedades pulmonares y vasculares.
También actúa como lubricación de las articulaciones sinoviales y ayuda en el movimiento de la articulación, así como en el relleno del espacio, el agente humectante y la barrera de flujo dentro de la membrana sinovial. También influye en la progresión del cáncer y protector de las superficies del cartílago.
CD44, que se expresa en la superficie de prácticamente todas las células madre, incluidas las células madre cancerosas, actúa como receptor principal del ácido hialurónico. La interacción del ácido hialurónico con puede mediar el laminado de los leucocitos y la extravasación en algunos tejidos. Otros glicosaminoglicanos, la heparina se descubrió por primera vez en 1917 y se usa principalmente para la anticoagulación.
La propiedad anticoagulante de los GAG sulfatados se debe a su capacidad para prolongar el proceso de coagulación de la sangre, que se debe a la interacción potenciadora de los GAG con el inhibidor natural de la trombina, la antitrombina III (AT-III), con solo un tercio de todas las cadenas de heparina que poseen las estructuras requeridas para la unión de AT.
Los glicosaminoglicanos desempeñan un papel vital en la señalización y el desarrollo celular, la angiogénesis, la anticoagulación, la progresión tumoral, el crecimiento axonal y la metástasis. También participan en la proliferación celular ya que actúan como correceptores de los factores de crecimiento de la familia del factor de crecimiento de fibroblastos.
Los miembros de la familia de factores de crecimiento de fibroblastos necesitan interactuar con una cadena de heparina / HS y realizar su potencial de señalización completo por su receptor de alta afinidad.
Los glicosaminoglicanos sulfatados son componentes comunes en muchos tipos diferentes de amiloide que desempeñan un papel importante en la patología de las enfermedades amiloides como la amiloidosis amiloide A, las enfermedades priónicas, la diabetes tipo 2 y la enfermedad de Parkinson.
Durante estas enfermedades, habrá deposición en tejidos de agregados fibrilares de polipéptidos. Los glicosaminoglicanos como el sulfato de Heparan se pueden unir con péptidos amiloidogénicos in vitro e in vivo para promover la formación de fibrillas y mejorar el estado de la enfermedad.
Enfermedades como la enfermedad inflamatoria intestinal y las infecciones microbianas y la artritis reumatoide también se asocian con respuestas inflamatorias y muchas proteínas desempeñan un papel en la cascada de inflamación que conduce a la activación de leucocitos y células endoteliales y finalmente a la extravasación de leucocitos y migración de leucocitos al tejido inflamado.
Los glicosaminoglicanos como la heparina actúan como ligandos de adhesión en la extravasación de leucocitos y portadores de quimiocinas y factores de crecimiento.
