CARBOIDRATI E GLICOBIOLOGIA Monosaccaridi e disaccaridi. I monosaccaridi sono i carboidrati più semplici, sono aldeidi o chetoni con due o più gruppi ossidrilici. Glucosio e fruttosio sono monosaccaridi a 6C e 5 OH, e molti di questi carboni a cui sono legati sono centri chirali che generano i molti stereoisomeri degli zuccheri che si trovano in natura (hanno enantiomeri). Il fatto di avere molti OH garantisce idrofilicità. Sono solidi cristallini e incolori facilmente solubili in acqua ma insolubili in solventi apolari, molti hanno gusto dolce. Presentano una struttura carboniosa lineare con legami singoli, nella forma a catena aperta un carbonio presenta un = con un ossigeno mentre gli altri hanno come sostituente un gruppo OH. Se il gruppo carbossilico è a una delle due estremità allora è detto aldosio se invece è in qualsiasi altra posizione si dice chetoso. In base al numero di C si dicono triosi, pentosi, esosi …, tra gli esosi più importanti ci sono l’aldoesosio D- glucosio e il chetoesosio D-fruttosio, tra gli aldopentosi troviamo D-ribosio e 2-deossi-D-ribosio. Negli zuccheri la nomenclatura parte dal carbonio chirale più lontano dal gruppo carbonilico e quasi tutti hanno configurazione D. Quando due zuccheri differiscono soltanto nella configurazione intorno a un atomo di carbonio si dicono EPIMERI (es. D-mannosio e D-glucosio a livello del C2). In soluzione acquosa la maggior parte dei monosaccaridi assumono una forma eterociclica dove interagiscono il gruppo carbonilico e ossidrilico rispettivamente C1 e C5 formando strutture emiacetaliche. Avendo un C asimmetrico possono avere 2 stereoisomeri, uno alfa e uno beta, il primo indica che l’OH del centro anomerico è sullo stesso lato dell’OH con il centro chirale più lontano( in giù) mentre beta il contrario. Quelli che differiscono per alfa e beta sono detti anomerici e l’interconversione di uno in un altro è detta muta rotazione. Due conformazioni in una molecola sono interconvertibili nel momento in cui non viene rotto nessun legame mentre la configurazione è interconvertibile nel momento in cui viene rotto un legame covalente. In soluzione acquosa si fa la configurazione a sedia e tra gli emiacetali quelli beta sono più stabili di fatti ne rappresentano i 2/3. Molti monosaccaridi sono agenti riducenti poiché in grado di ridurre lo ione rameico per ossidazione del gruppo carbonilico in carbossilico (il C anomerico può ossidarsi). Il fruttosio diventa eterociclico con il C anomerico in posizione 2, è un cheto esoso. I disaccaridi sono l’unione tra due monosaccaridi per legame O - glicosidico, ovvero reazione tra gruppo OH di uno zucchero con il C anomerico dell’altro. I legami glicosidici sono facilmente idrolizzabili da acidi ma resistenti all’azione basica. Il lattosio è un disaccaride riducente (anche il maltosio lo è), il saccarosio non avendo atomi di carbonio anomerici liberi non è uno zucchero riducente. POLISACCARIDI (GLICANI) Si differiscono per tipo di unità saccaridica, lunghezza catena, tipo di legame glicosidico tra le unità e tipo di ramificazione. Omopolisaccaridi hanno un solo tipo di monosaccaride mentre gli etero polisaccaridi ne contengono di più tipi. L’amido e il glicogeno sono due omopolisaccaridi delle piante e degli animali, sono nella cellula sotto forma di granuli e sono molecole fortemente idratate. Amido, è lo zucchero di riserva delle piante ed è costituito da due polimeri, l’amilosio e l’amilopectina, l’amilosio è costituito da due catene lineari di residui di D-glucosio uniti da legami alfa1-4 ed hanno un alto PM. Anche le amilopectine hanno un elevato PM ma sono molto ramificate, nelle ramificazioni ogni 24-30 residui ha legami alfa 1-6 mentre nel resto alfa 1-4. Glicogeno, è lo zucchero di riserva negli animali, ha anch’esso legami alfa1-4 e alfa1-6 nelle ramificazioni (8-12 residui), esso è più ramificato e più compatto dell’amido. E’ molto presente nelle cellule epatico sotto forma di grossi granuli fatti a loro volta da piccoli granuli fino ad arrivare alle singole molecole di glicogeno altamente ramificato, ci sono anche degli enzimi che servono a sintetizzarlo o degradarlo a seconda del bisogno. Gli enzimi lavorano SOLO sulle estremità non riducenti. Destrani, sono polisaccaridi presenti nei batteri e nei lieviti costituiti da molecole di poli D glucosio con legami alfa1-6, tutti hanno ramificazioni alfa1-3 e alcuni alfa1-1 o alfa 1-2. E’ la causa della placca dentaria per azione di alcuni batteri, sono anche usati per separare le proteine con la tecnica della cromatografia per esclusione molecolare. La cellulosa è un polisaccaride di struttura ed è sotto forma di un fibra resistente e insolubile in acqua. E’ un omopolisaccaride non ramificato con legami beta 1-4 ovvero con C anomerico in posizione equatoriale e noi umani non possiamo trarne energia perché non abbiamo enzimi per poterla idrolizzare. La chitina è molto simile alla cellulosa se non per sostituzione di un gruppo OH sul C2 di un gruppo acetilico, è il principale componente dell’esoscheletro di molti artropodi, insetti, crostacei… L’agarosio è sfruttato in laboratorio biochimico per la sua capacità di formare facilmente un gel. Glicosamminoglicani, compongono la matrice extracellulare, si trovano negli animali e batteri e non nelle piante, sono etero polisaccaridi, hanno una forma estesa per limitare le repulsioni tra gruppi vicini carichi negativamente. E’ composto da due tipi di monosaccaridi che si ripetono: N- acetilglucosammina o N-acetilgalattosammina e una di acido uronico. GLICOCONIUGATI Proteoglicani: sono macromolecole della superficie cellulare o della matrice extracellulare in cui una o più catene di glicosamminoglicani sono unite covalentemente ad una proteina di membrana o ad una proteina di secrezione. Formano un legame o-glicosidico nella serina/treonina e legame N-glicosidico nell’acido aspartico. Gli enzimi che li mettono insieme sono quelli del REN e del Golgi. Le catene di cui sono composti possono legarsi elettrostaticamente con le proteine extracellulari. Sono i principali componenti della matrice extracellulare. Glicoproteine: hanno uno o più oligosaccaridi di complessità variabile legati covalentemente, in genere si trovano sulla superficie esterna della membrana plasmatica, nella matrice extracellulare e nel sangue. Dentro la cellula le troviamo nel Golgi, granuli secretori e lisosomi. Hanno gruppi oligosaccaridici molto complessi che permettono di creare legami e fare siti altamente specifici per le lectine che fanno legami con carboidrati ad alta affinità. Ne fanno parte le mucine e a differenze di prima cambia che hanno più proteine che zucchero. Glicolipidi: sono sfingolipidi di membrana le cui teste idrofili che sono oligosaccaridi e anch’essi fungono da siti di riconoscimento delle lectine, entrano nella composizione del cervello e dei neuroni infatti hanno un ruolo primario nella trasduzione dei segnali cellulari. I lipopolisaccaridi sono le strutture caratteristiche della membrana esterna dei batteri Gram –, principale bersaglio degli anticorpi in caso di infezione. LECTINE Proteine presenti in tutti gli organismi, legano i carboidrati con alta specificità e con affinità moderata o elevata. Partecipano a vari processi di riconoscimento cellula-cellula, segnalazione e adesione e destrinazione intracellulare delle proteine neo sintetizzate. Nelle piante, le troviamo abbondanti nei semi, probabilmente come deterrente per insetti ed altri predatori. Se purificate, in laboratorio sono utili reagenti per determinare e separare glicani e glicoproteine che contengono oligosaccaridi diversi. Le lectine della superficie cellulare, umane o di agenti infettivi, sono importanti nello sviluppo di alcune malattie. Le selectine sono una famiglia di lectine della membrana plasmatica che mediano il riconoscimento e l’adesione cellula – cellula di molteplici processi, tra cui il movimento delle cellule del sistema immunitario tramite la parete dei vasi capillari così da passare dal sangue ai tessuti nel punto in cui c’è infiammazione o infezione. In questo modo regolano la risposta infiammatoria legandosi a specifici oligosaccaridi delle glicoproteine delle cellule del sistema immunitario (asma, sclerosi multipla, artrite reumatoide…). Capita che alcuni virus attacchino le cellule dell’ospite tramite interazione di oligosaccaridi sulla loro supeficie.
