Rodrigo Sandoval G, Ph.D.Procesos biológicos ICarrera de MedicinaUCN, 2009

MACROMOLECULASMACROMOLECULAS

CARBOHIDRATOSCARBOHIDRATOS

PROTEÍNASPROTEÍNAS LÍPIDOSLÍPIDOS

ÁC. NUCLEICOSÁC. NUCLEICOS

CARBOHIDRATOSCARBOHIDRATOS

AZUCARalimentos

CELULOSAmadera – papel

ALMIDÓNalimentos

MEDICAMENTOSgentamicina

DNA

RECUBRIMIENTOCELULAR

Casi puros

Modificados

DefiniciónDefinición::Polihidroxialdehidos o polihidroxicetonas Polihidroxialdehidos o polihidroxicetonas que contienen C,H,O y que son que contienen C,H,O y que son sintetizados por los organismos sintetizados por los organismos fotosintéticos a partir de COfotosintéticos a partir de CO22 y H y H22O. O. pueden tambien contener N, P, Spueden tambien contener N, P, S

ClasificaciónClasificación::MonosacáridosMonosacáridosDisacaridosDisacaridosOligosacáridosOligosacáridosPolisacáridosPolisacáridos

Los carbohidratos desempeñan Los carbohidratos desempeñan funciones biológicas muy funciones biológicas muy

importantes como fuente o reserva importantes como fuente o reserva temporal de energía, como áreas de temporal de energía, como áreas de reconocimiento en las moléculas y reconocimiento en las moléculas y

como elementos estructuralescomo elementos estructurales

CLASIFICACIÓNCLASIFICACIÓN

N° DE UNIDADESN° DE UNIDADESDE AZÚCARESDE AZÚCARES

LOCALIZACIÓN LOCALIZACIÓN GRUPOGRUPO

CARBONILOCARBONILO

N° DE ÁTOMOSN° DE ÁTOMOSDE CARBONODE CARBONO

POLIsacáridosPOLIsacáridos

MONOsacáridosMONOsacáridos ALDALDosasosas

CETCETosasosas

TRIosasTRIosas

TETRAosasTETRAosas

PENTosasPENTosasect...ect...

CLASIFICACIÓNCLASIFICACIÓN

N° DE UNIDADESN° DE UNIDADESDE AZÚCARESDE AZÚCARES

LOCALIZACIÓN LOCALIZACIÓN GRUPOGRUPO

CARBONILOCARBONILO

N° DE ÁTOMOSN° DE ÁTOMOSDE CARBONODE CARBONO

POLIsacáridosPOLIsacáridos

MONOsacáridosMONOsacáridos ALDALDosasosas

CETCETosasosas

TRIosasTRIosas

TETRAosasTETRAosas

PENTosasPENTosasect...ect...

Fórmula: C(H2O)n n= nº de carbonosClasificación:Según el número de carbonos:

triosas,tetrosas,pentosas, hexosas etc.

Según el grupo químico principal presente: aldosas, cetosas

Monosacáridos relevantes en el metabolismo:Monosacáridos relevantes en el metabolismo:

GlucosaGlucosa

FructosaFructosa

RibosaRibosa

DesoxirribosaDesoxirribosa

Monosacáridos relevantes en el metabolismo:Monosacáridos relevantes en el metabolismo:

GlucosaGlucosa

FructosaFructosa

RibosaRibosa

DesoxirribosaDesoxirribosa

Nº de esteroisómeros= 2n

n= número de C asimétricos

En En disolucióndisolución, los monosacáridos pequeños se encuentran en forma lineal,, los monosacáridos pequeños se encuentran en forma lineal,mientras que las moléculas más grandes ciclan su estructura.mientras que las moléculas más grandes ciclan su estructura. La estructura lineal recibe el nombre de La estructura lineal recibe el nombre de Proyección de FisherProyección de Fisher; ; la estructura ciclada de la estructura ciclada de Proyección de HaworthProyección de Haworth. . En la representación de Haworth la cadena carbonada se cicla situada sobre En la representación de Haworth la cadena carbonada se cicla situada sobre un plano. Los radicales de la cadena se encuentran por encima o un plano. Los radicales de la cadena se encuentran por encima o por debajo de ese plano.por debajo de ese plano.

La estructura ciclada se consigue en aldopentosas y hexosas. La estructura ciclada se consigue en aldopentosas y hexosas. El enlace de ciclación se genera entre el carbono que posee el grupo funcionalEl enlace de ciclación se genera entre el carbono que posee el grupo funcionaly el carbono asimétrico más alejado del grupo funcional. y el carbono asimétrico más alejado del grupo funcional. Cuando el carbono tiene un grupo aldehído, como grupo funcional, Cuando el carbono tiene un grupo aldehído, como grupo funcional, el enlace recibe el nombre de hemiacetálico. el enlace recibe el nombre de hemiacetálico. Cuando el carbono tiene un grupo cetona, como grupo funcional, el enlace Cuando el carbono tiene un grupo cetona, como grupo funcional, el enlace recibe el nombre de hemicetálico. recibe el nombre de hemicetálico.

La formación de hemiacetales dentro de las moléculas de carbohidrato produce La formación de hemiacetales dentro de las moléculas de carbohidrato produce un un carbono asimétrico adicional que es el carbono 1carbono asimétrico adicional que es el carbono 1, al cual se le llama , al cual se le llama carbono carbono anoméricoanomérico. El carbono anomérico puede tener el OH orientado hacia abajo en . El carbono anomérico puede tener el OH orientado hacia abajo en cuyo caso se llama cuyo caso se llama -D-glucopiranosa; cuando el OH se orienta hacia arriba, -D-glucopiranosa; cuando el OH se orienta hacia arriba, entonces se llamará entonces se llamará -D-Glucopiranosa. Esto da origen a otro tipo de -D-Glucopiranosa. Esto da origen a otro tipo de esteroisomería (diasteroisómeros). Los dos isómeros resultantes se conocen esteroisomería (diasteroisómeros). Los dos isómeros resultantes se conocen como anómeroscomo anómeros

Los monosacáridos son modificados dentro de la célula de acuerdo a su función.

Entre los principales monosacáridos modificados están: Hexosaminas Azúcares ácidos Desoxiazúcares Ácidos siálicos Derivados fosforilados

Los azúcares modificados pueden: Tener asociados grupos amino o acetilo Oxidarse en sus grupos alcohol, aldehído

o cetona y formar ácidos Reducirse y formar oxiazúcares Fosforilarse y formar monosacáridos

mono y di-fosforilados

Glicoconjugados: proteoglicanos, glicoproteínas y glicolípidosGlicoconjugados: proteoglicanos, glicoproteínas y glicolípidos

También cumplen una función como También cumplen una función como transportadores detransportadores deinformación:información:

Indican a algunas proteína su destino finalIndican a algunas proteína su destino finalMedian interacciones célula-célula específicasMedian interacciones célula-célula específicasMedian interacciones específicas entre la células y la matrizMedian interacciones específicas entre la células y la matriz extracelular.extracelular.

Funciones de las moléculas glicoconjugadas:

Reconocimiento célula-célulaAdhesión entre célulasMigración celular durante el desarrolloCoagulación sanguíneaRespuesta inmune

Glicoconjugado: carbohidrato unido covalentementea una proteína o a un lípido.

Glicosaminoglicanos:Glicosaminoglicanos:

Son los heteropolisacáridos más abundantes en el cuerpo Son los heteropolisacáridos más abundantes en el cuerpo humano.humano.

Son polisacáridos largos, no ramificados en los cuales seSon polisacáridos largos, no ramificados en los cuales serepite una unidad de disacárido.repite una unidad de disacárido.

Las unidades de disacárido contienen una de las dos siguien-Las unidades de disacárido contienen una de las dos siguien-tes unidades de azúcares modificadostes unidades de azúcares modificados: : N-acetilgalactosaminaN-acetilgalactosamina(GalNAc) o (GalNAc) o N-acetilglucosaminaN-acetilglucosamina (GlcNAc), además de ácido(GlcNAc), además de ácidourónico comourónico como glucuronatoglucuronato o o iduronatoiduronato..

Los glicosaminoglicanos son moléculas altamente negativasLos glicosaminoglicanos son moléculas altamente negativasde conformación extendida que aporta viscosidad a las solu-de conformación extendida que aporta viscosidad a las solu-ciones.ciones.

Los glicosaminoglicanos se encuentran en la superficie de lasLos glicosaminoglicanos se encuentran en la superficie de lascélulas o en la matriz extracelular.células o en la matriz extracelular.

Disminuyen las fuerzas de compresión, lo que indica su importan-Disminuyen las fuerzas de compresión, lo que indica su importan-cia en la lubricación de las articulaciones.cia en la lubricación de las articulaciones.

Paralelamente, su rigidez aporta integridad estructural a lasParalelamente, su rigidez aporta integridad estructural a lascélulas y permite la migración celular.células y permite la migración celular.

GlicosaminoglicanGlicosaminoglicanoo

LocalizaciónLocalización ComentariosComentarios

HialuronatoHialuronato Líquido sinovial, humor Líquido sinovial, humor vítreo, matriz extracelular vítreo, matriz extracelular

de tejido conectivo laxode tejido conectivo laxo

Polímeros largos, absorben Polímeros largos, absorben presiónpresión

Condroitín sulfatoCondroitín sulfato Cartílago, hueso, válvulas Cartílago, hueso, válvulas cardiacascardiacas

Son los Son los glicosaminoglicanos más glicosaminoglicanos más

abundantesabundantes

Heparán sulfatoHeparán sulfato Membranas basales, Membranas basales, componentes de la componentes de la

superficie de las célulassuperficie de las células

Contiene mayor cantidad Contiene mayor cantidad de glucosamina acetilada de glucosamina acetilada

que de heparinaque de heparina

HeparinaHeparina Componente de los Componente de los gránulos intracelulares de gránulos intracelulares de los mastocitos que bordean los mastocitos que bordean

las arterias de los las arterias de los pulmones, hígado y pielpulmones, hígado y piel

Más sulfatada que los Más sulfatada que los heparán sulfatoheparán sulfato

Dermatán sulfatoDermatán sulfato Piel, vasos sanguíneos, Piel, vasos sanguíneos, válvulas cardíacasválvulas cardíacas

Keratán sulfatoKeratán sulfato Córnea, hueso, cartílago en Córnea, hueso, cartílago en asociación con condroitín asociación con condroitín

sulfatosulfato

La mayoría de los glucosaminoglicanos en el organismo están unidos a proteínas, formando los proteoglicanos (también llamados mucopolisacáridos). Los glicosaminoglicanos se extienden perpendicularmente desde el núcleo de la proteína en una estructura tipo cepillo.

La unión de los glicosaminoglicanos al núcleo proteico depende de un trisacárido formado por dos residuos de galactosa y un residuo de xilosa. El triscárido-puente está unido al núcleo proteico a través de un enlace O-glicosídico a un residuo de serina en la proteína. Algunas formas de keratán sulfato están unidos al núcleo de proteína a través de un enlace N-asparaginil.

Los núcleos proteicos de los proteoglicanos son ricos en residuos de serina y treonina que permiten muchas uniones de glicosaminoglicanos.

Proteoglicanos: glicoconjugados de la superficie celular o de la matriz extracelular

Importancia clínica de los proteoglicanos y glicosaminoglicanos:

Los proteoglicanos y los glicosaminoglicanos desarrollan funciones importantes en el organismo.

La heparina previene la coagulación sanguínea. Cuando la heparina se libera a la sangre luego de daño vascular, ésta forma complejos y activa a la antitrombina III, la cual a su vez inhibe todas las serina proteasas de la cascada de caogulación. Este fenómeno ha sido aprovechado desde el punto de vista clínico en las terapias anticoagulantes mediante inyección de heparina.   

Muchas enfermedades genéticamente heredadas como las enfermedades relacionadas con el almacenamiento de lisosomas, resultan del defecto de las enzimas lisosómicas responsbles del emtabolismo de glicosaminoglicanos complejos asociados a membrana. Estas enfermedades se llaman mucopolsacaridosis y conducen a una acumulación de glicosaminoglicanos dentro de las células.

Al menos existen 14 tipos de enfermedades asociadas al almacenamiento de lisosomas que afectan el catabolismo de los glicosaminoglicanos, la mayoría se heredan de forma autosómica recesiva.

Tipo de síndromeTipo de síndrome Defecto enzimáticoDefecto enzimático GlucosaminoglicanGlucosaminoglicano afectadoo afectado SíntomasSíntomas

HurlerHurler --LL-iduronidasa-iduronidasa dermatán sulfato, dermatán sulfato, heparán sulfatoheparán sulfato

corneal clouding, corneal clouding, dystosis multiplex, dystosis multiplex, organomegaly, heart organomegaly, heart disease, dwarfism, disease, dwarfism, mental retardation; early mental retardation; early mortalitymortality

ScheieScheie --LL-iduronidase-iduronidase dermatan sulfate, dermatan sulfate, heparan sulfateheparan sulfate

corneal clouding; aortic corneal clouding; aortic valve disease; joint valve disease; joint stiffening; normal stiffening; normal intelligence and life spanintelligence and life span

Huler/ScheieHuler/Scheie --LL-iduronidase-iduronidase dermatan sulfate, dermatan sulfate, heparan sulfateheparan sulfate

intermediate between I intermediate between I H and I SH and I S

HunterHunter LL-iduronate-2-sulfatase-iduronate-2-sulfatase dermatan sulfate, dermatan sulfate, heparan sulfateheparan sulfate

mild and severe forms, mild and severe forms, only X-linked MPS, only X-linked MPS, dystosis multiplex, dystosis multiplex, organomegaly, facial and organomegaly, facial and physical deformities, no physical deformities, no corneal clouding, mental corneal clouding, mental retardation, death before retardation, death before 15 except in mild form 15 except in mild form then survival to 20 - 60then survival to 20 - 60

MPS VIII, a designation no longer usedMPS VIII, a designation no longer used

Sanfilippo ASanfilippo A Heparan Heparan NN-sulfatase-sulfatase heparan sulfateheparan sulfate

profound mental profound mental deterioration, deterioration, hyperactivity, skin, brain, hyperactivity, skin, brain, lungs, heart and skeletal lungs, heart and skeletal muscle are affected in all muscle are affected in all 4 types of MPS-III4 types of MPS-III

Sanfilippo BSanfilippo B --NN-acetyl--acetyl-DD--glucosaminidaseglucosaminidase

heparan sulfateheparan sulfate phenotype similar to III phenotype similar to III AA

Sanfilippo CSanfilippo CAcetylCoA:AcetylCoA:

-glucosaminide--glucosaminide-acetyltransferaseacetyltransferase

heparan sulfateheparan sulfate phenotype similar to III phenotype similar to III AA

Sanfilippo DSanfilippo D NN-acetylglucosamine-6--acetylglucosamine-6-sulfatasesulfatase heparan sulfateheparan sulfate phenotype similar to III phenotype similar to III

AA

Morquio AMorquio A Galactose-6-sulfataseGalactose-6-sulfatase keratan sulfate, keratan sulfate, chondroitin 6-sulfatechondroitin 6-sulfate

corneal clouding, corneal clouding, odontoid hypoplasia, odontoid hypoplasia, aortic valve disease, aortic valve disease, distinctive skeletal distinctive skeletal abnormalitiesabnormalities

Morquio BMorquio B -Galactosidase-Galactosidase keratan sulfatekeratan sulfate severity of disease severity of disease similar to IV Asimilar to IV A

MPS V, a designation no longer usedMPS V, a designation no longer used

Maroteaux-LamyMaroteaux-Lamy

NN-acetylgalactosamine-4--acetylgalactosamine-4-sulfatase sulfatase also called arylsulfatase also called arylsulfatase BB

dermatan sulfatedermatan sulfate

3 distinct forms from 3 distinct forms from mild to severe, aortic mild to severe, aortic valve disease, dystosis valve disease, dystosis multiplex, normal multiplex, normal intelligence, corneal intelligence, corneal clouding, coarse facial clouding, coarse facial featuresfeatures

SlySly -Glucuronidase-Glucuronidaseheparan sulfate, heparan sulfate,

dermatan sulfate, dermatan sulfate, chondroitin 4-, 6-sulfateschondroitin 4-, 6-sulfates

hepatosplenomegaly, hepatosplenomegaly, dystosis multiplex, wide dystosis multiplex, wide spectrum of severity, spectrum of severity, hydrops fetalishydrops fetalis

Proteoglicanos:

Son macromoléculas de la superficie celular o de la matrizextracelular. Corresponden a cadenas de glicosaminoglicanos(carbohidratos) que se unen covalentemente a una proteína.Son los principales componentes del tejido conectivo como el cartílago. Ayudan a la interacciones no covalentes con otros proteo-glicanos y proteínas, otorgándole al tejido fuerza y resistencia.

Sindecan, una proteína de membrana conjugadaque corresponde a un proteoglicano.

Algunos proteoglicanos pueden formar agregados enormes a travésde la interacción de varias proteínascon una única molécula deácido hialurónico.

Estos complejos interactúan conel colágeno en la matriz extracelular.

En el dibujo, una molécula larga deácido hialurónico está asociada en formano covalente con varias proteínas llamadas aggrecan.Cada aggrecan contiene unidas covalentementevarias cadenas de condroitin sulfato y keratansulfato.

La fuerza y resistencia de lamatriz extracelular está dadapor la intrincada red de interacciones entreproteínas como el colágeno,la elastina y la fibronectinacon los proteoglicanos.

La fibronectina, por ejemplo,es capaz de unirse a heparansulfato, fibrina, colágeno y a unafamilia de proteínas demembrana llamadasintegrinas.

Glicoproteínas:Los carbohidratosconjugados a las glico-proteínas son más pequeños que losglicosaminoglicanos delos proteoglicanos.El carbohidrato se une através de un enlace gluco-sídico al –OH de unresiduo de serina otreonina en la proteína, oal N del grupo amino deun residuo de asparagina.Cada proteína puede uniruna o varias cadenas decarbohidrato.

Las glicoproteínas se encuentran comúnmente en la superficie de lascélulas, y muchas proteínas secretadas son glicoproteínas, ej.:algunas hormonas, las inmunoglobulinas.

Las agrupaciones de carbohidratos sobre las proteínas les confiereun carácter más hidrofílico, debido a que incrementan su polaridady su solubilidad.

La adición de carbohidratos a las proteínas también altera suestructura terciaria.

También las glicoproteínas representan una “etiqueta” de epecificidadtisular.

Glicolípidos:

Gangliósidos: son lípidos de las membranas de eucariontes. Los oligo-sacáridos de los gangliósidos determinan los grupos sanguíneos.

Lipopolisacáridos: Se encuentran en la superficie de la membranaexterna de las bacterias gram negativas, como E. coli y Salmonellatyphi. Son los blancos primarios de acción de los anticuerposproducidos por el sistema inmune de los vertebrados en respuestaa las infecciones.

Lectinas: se encuentran en todos los organismos. Unen carbohidratoscon alta afinidad y especificidad.

P-selectina

Otros lípidos de membrana:

fosfolípidos

Esfingolípidosglicerofosfolípidos Esfingolípidos

glicolípidos

triacilgliceroles

Esfingolípidos:

Grupossanguíneos.