Metabolismos do
glicuronato, dos
aminoaçúcares, da galactose
e da frutose
Departamento de Bioquímica da Faculdade de Medicina do Porto
ruifonte@med.up.pt
2
As glicoproteínas, os glicolipídeos e os glicosaminoglicanos contêm resíduos de
monossacarídeos. Alguns exemplos de glicoproteínas e glicolipídeos:
cerebrosídeo
C ou P C ou P C ou P
C ou P
=
ceramida ou proteína da membrana.
Nos exemplos, a
ligação entre a glicose e
o grupo hidroxilo
1-da ceramida (nos glicolipídeos) e
2-da treonina ou da serina da proteína
(nas glicoproteínas O-linked)
é
glicosídica tipo O
.
Porção oligossacarídica de uma
glicoproteína N-linked
A ligação entre a N-acetil-glicosamina e o grupo amida
da asparagina da proteína é
glicosídica tipo N
.
As ligações entre as unidades
glicídicas do oligossacarídeo
componente das glicoproteínas e
glicolipídeos são
glicosídicas de tipo
O
.
3
Espaço
extra-citoplasmático
Espaço
citoplasmático
Nos glicolipídeos e nas glicoproteínas das membranas a cadeia oligossacarídica está
sempre no espaço extra-citoplasmático.
Glicoproteína
transmembranar
(N-linked)
Glicoproteína transmembranar
(O-linked)
resíduo de L-fucose
resíduos de ácido
N-acetil-neuramínico
Os resíduos de ácido acetil-neuramínico e de L-fucose estão, tipicamente, nas extremidades
que estão em posição distal relativamente à ceramida ou à cadeia polipeptídica.
Gangliosídeo
4
Os glicosaminoglicanos (=mucopolissacarídeos) são cadeias lineares de unidades
dissacarídicas que se repetem. As unidades glicídicas ligam-se umas à outras através
de ligações glicosídicas de tipo O.
Exemplos de glicosaminoglicanos (e de um proteoglicano):
1- O ácido hialurónico contém milhares de
unidades dissacarídicas
(
→
ácido glicurónico
→
N-acetil-glicosamina
→
)
e não faz parte de proteoglicanos.
2- O sulfato de heparano contém dezenas de
unidades dissacarídicas
(ácido glicurónico ou L-idurónico
→
N-
acetil
-glicosamina ou N-
sulfil
-glicosamina).
Alguns grupos hidroxilo estão esterificados com o
sulfato
.
Alguns grupos sulfato formam ligações
sulfamida
com o grupo amina da glicosamina (N-
sulfil
-glicosamina).
É sempre um componente de proteoglicanos.
A cadeia polissacarídica liga-se à
parte proteica (resíduo de serina
ou treonina) através de uma
ponte trissacarídica
(
→
Gal
→
Gal
→
Xilose
→
5
Na síntese das glicoproteínas, glicolipídeos e glicosaminoglicanos participam
glicosil-transférases
(glycosyltransferases).
“Glicosil-transférase”
é um termo genérico...
Possíveis substratos dadores
de unidades glicídicas na
atividade das
glicosil-transférases:
UDP-glicose
UDP-N-acetil-glicosamina
UDP-galactose
UDP-N-acetil-galactosamina
UDP-glicurónico
UDP-xilose
GDP-manose
GDP-fucose
CMP-N-acetil-neuramínico
Substratos
aceitadores
glicose
→
→
→
→
aceitador
N-acetil-glicosamina
→
→
→
→
aceitador
galactose
→
→
→
→
aceitador
N-acetil-galactosamina
→
→
→
→
aceitador
glicurónico
→
→
→
→
aceitador
xilose
→
→
→
→
aceitador
manose
→
→
→
→
aceitador
fucose
→
→
→
→
aceitador
N-acetil-neuramínico
→
→
→
→
aceitador
UDP ou
GDP
ou
CMP
As glicosil-transférases podem ter denominações um pouco mais específicas como, por exemplo,
galactosil-transférases, glicuronil-transférases, xilosil-transférases, manosil-transférases,
fucosil-transférases e sialil-fucosil-transférases.
proteínas
ceramidas
monossacarídeo ligado à proteína ou à ceramida
ou o oligossacarídeo em fase de elongação
6
Exemplos de substratos dadores de glicosil-transférases:
uridina
(ribose +
uracilo)
difosfato
N-acetil-glicosamina
UDP-N-acetil-glicosamina
guanidina
(ribose +
guanina)
difosfato
L-fucose
GDP-fucose
CMP-N-acetil-neuramínico
citidina
(ribose +
citosina)
fosfato
N-acetil-neuramínico
A ligação entre o resíduo glicídico e o fosfato é glicosídica de tipo O (envolve o carbono
anomérico do açúcar que vai ser transferido). Na ação das glicosil-transférases
rompe-se esta ligação para se formar outra ligação glicídica de tipo O com o substrato aceitador.
7
Na síntese das cadeias glicídicas, o produto de uma glicosil-transférase é o substrato aceitador
da glicosil-transférase que vai atuar a seguir.
UDP-xilose proteína UDP UDP-galactose UDP UDP-galactose UDP UDP-glicurónico UDP UDP UDP-N-acetil-galactosamina n UDP n UDP-N-acetil-galactosamina n UDP-glicurónico
Repetição alternada que forma sequência de
dissacarídeos (
→
GluA
→
GalNAc
→
)
nSulfil-transférases atuam na cadeia em
elongação transferindo sulfato
para hidroxilos
C4 ou C6 da N-acetil-galactosamina
3-fosfo- adenosil-5-fosfato3-fosfo-
adenosil-5-fosfo
sulfato
Na síntese do sulfato de
condroitina também atuam
sulfil-transférases que
adicionam resíduos de sulfato
ao heteropolissacarídeo
Exemplo do processo de síntese do
sulfato de condroitina:
8
glicose
glicose-6-P
glicose-1-P
UDP-glicose
UDP-glicurónico
ATP
UTP
2 NAD
+2 NADH
PPi
ADP
2 Pi
H
2O
CO
2UDP-xilose
oligossacarídeo de
glicosaminoglicano (n resíduos)
oligossacarídeo de
glicosaminoglicano (n+1 resíduos)
UDP
proteína de
proteoglicano
Xilose
ligada a resíduo serina
ou treonina da proteína de um
proteoglicano
Hexocínase
Mútase
Pirofosforílase
do
UDP-glicose
Desidrogénase do UDP-glicose
Síntase do
UDP-xilose
Xilosil-transférase
Glicuronil-transférases
xenobiótico ou
bilirrubina
glicuronil-xenobiótico ou
glicuronil-bilirrubina
O UDP-glicurónico
forma-se a partir da glicose via glicose
→
glicose-6-P
→
UDP-glicose
→
UDP-glicurónico. A conversão UDP-glicose
→
UDP-glicurónico é catalisada
por uma desidrogénase dependente do NAD
+(que envolve 4 eletrões)
.
O
UDP-glicurónico
é substrato dador na ação de glicosil-transférases que atuam no processo de síntese de
glicosaminoglicanos e na formação de glicuro-conjugados de excreção urinária ou biliar.
O UDP-xilose
forma-se por descarboxilação do UDP-glicurónico. A xilose é o monossacarídeo que se liga
diretamente à serina (ou treonina) da proteína de proteoglicanos: a transferência de xilose para a proteína
aceitadora é o primeira reação no processo de síntese da maioria dos proteoglicanos.
O UDP-xilose é inibidor competitivo da desidrogénase de UDP-glicose.
9
frutose-6-P
glutamina
glutamato
glicosamina-6-P
N-acetil-glicosamina-6-P
acetil-CoA
UDP-N-acetil-glicosamina
UDP-N-acetil-galactosamina
N-acetil-glicosamina-1-P
glicose
glicose-6-P
ATP
ADP
Hexocínase
CoA
UTP
PPi
Mútase
Pirofosforílase
Isomérase
4-epimérase
Aceitador
(n resíduos)
UDP
UDP
Aceitador (n+1 resíduos)
Síntase da
glicosamina-6-P
Acetil-transférase
Glicosil-transférases
O UDP-N-acetil-glicosamina e o UDP-N-acetil-galactosamina
formam-se a
partir da frutose-6-fosfato.
A enzima “marca-passo” da via metabólica é
a
Síntase da glicosamina-6-fosfato
que é
inibida pela UDP-N-acetil-glicosamina.
O dador
1-do grupo amina é a glutamina,
2-do acetilo, o acetil-CoA
3-e do uridilato, o UTP.
piruvato
10
glutamato + CoA + PPi
UDP-N-acetil-glicosamina
glicose
glicose-6-P
ATP
ADP
Hexocínase
Aceitador
(n resíduos glicídicos)
Ganglicosídeo
ou
Glicoproteína
com ácido
siálico numa extremidade da
cadeia glicídica
Sialil-transférases
O CMP-N-acetil-neuramínico forma-se a partir da UDP-N-acetil-glicosamina.
No processo consome-se fosfoenolpiruvato que é o dador de 3 dos carbonos constituintes do
ácido N-acetil-neuramínico.
N-acetil-neuramínico
piruvato
fosfoenolpiruvato
frutose-6-P
glutamina + acetil-CoA + UTP
UDP-N-acetil-manosamina
N-acetil-manosamina
ATP
ADP
N-acetil-manosamina-6-P
N-acetil-neuramínico-9-P
UDP
Pi
H
2O
H
2O
Pi
CMP-N-acetil-neuramínico
CTP
PPi
CMP
Neuraminidases
H
2O
Pirofosfosforílase
fosforílase
A última etapa é a transferência de citidilato (CMP)
para o ácido N-acetil-neuramínico por ação de uma
pirofosforílase.
Os resíduos de ácido N-acetil-neuramínico estão, quase
sempre, nas extremidades das cadeias oligossacarídicas.
cínase
hidrólase
2-epimérase
11
glicose
glicose-6-P
ATP
ADP
Cínase da L-fucose
manose-6-P
manose-1-P
GDP-manose
GDP-4-ceto-6-desoxi-manose
GDP-fucose
Mútase
GTP
PPi
Pirofosforílase
H
2O
Desidrátase
NADPH
NADP
+Redútase
Aceitador
(n resíduos)
(n+1 resíduos)
Aceitador
Fucosil-transférases
GDP
O
GDP-manose
e o
GDP-fucose
formam-se a partir da frutose-6-fosfato.
frutose-6-P
Isomérase
Isomérase
Na conversão
da
GDP-manose em
GDP-fucose
estão
envolvidas uma
desidrátase e
uma redútase.
Na conversão da frutose-6-fosfato em GDP-manose estão
envolvidas duas isomérases e uma pirofosforílase. O substrato
dador de guanilato (GMP) é o GTP.
Tipicamente, o resíduo de L-fucose fica situado numa extremidade da cadeia oligossacarídica, quase sempre
como resíduo único constituinte de uma ramificação. Aquando da ação de
fucosídases
liberta-se L-fucose
que pode ser reativada a GDP-fucose via
cínase da L-fucose
e de uma
pirofosforílase
.
Manosil-transférases
L-fucose
H
2O
L-fucose-1-P
ATP
ADP
GTP
PPi
Pirofosforílase
fucosídases
glicose-6-P
Pi
12
Maioritariamente no fígado,
a galactose da dieta converte-se em
glicose-1-fosfato
via ação da cínase da galactose e da uridil-transférase da galactose-1-fosfato.
galactose
galactose-1-fosfato
ATP
ADP
glicose
glicose-1-P
UDP-glicose
UTP
PPi
Pirofosforílase do
UDP-glicose
UDP-galactose
Cínase da galactose
Uridil-transférase da
galactose-1-fosfato
4-epimérase
H2O
Glicose-6-fosfátase
Glicogénio
(n+1 resíduos)Glicogénio
(n resíduos)UDP
Síntase do glicogénio
1-Quando se ingere galactose, a
glicemia aumenta (ligeiramente)
porque parte da glicose-1-fosfato se
converte em glicose-6-fosfato que, por
sua vez, no fígado, sofre a ação da
glicose-6-fosfátase, libertando glicose.
lactato, CO
22-Uma parte da glicose-6-fosfato segue a
via glicolítica e o lactato plasmático
aumenta…
3- Quando se ingere
galactose, a massa de
glicogénio aumenta
porque parte da
glicose-1-fosfato se converte em
UDP-glicose que é dador
de glicose na ação da
síntase do glicogénio.
A ação da 4-epimérase permite que a UDP-galactose formada na ação da uridil-transférase da
galactose-1-fosfato se converta em UDP-glicose. No processo de formação de glicose-1-galactose-1-fosfato a partir de galactose, o
par UDP-galactose /UDP-glicose tem um papel “pseudo-catalítico”.
13
A galactose é, a par com a glicose e outras oses, um importante constituinte de
glicolipídeos, glicoproteínas e proteoglicanos. Alguns exemplos:
Globosídeo
Porção glicídica (glicosaminoglicano) de proteoglicanos
Glicoproteína
A galactose faz parte da
ponte trissacarídica
que, na
maioria dos proteoglicanos,
liga a “cadeia de unidades
dissacarídicas” repetitivas à
proteína.
A galactose faz parte da
unidade
dissacarídica repetitiva no sulfato de
queratano (um glicosaminoglicano)
.
14
No entanto, a galactose não é um nutriente essencial porque o UDP-galactose
(um substrato da galactosil-transférases)
é sintetizado a partir da glicose.
glicose-6-P
glicose-1-P
UDP-glicose
ATP
UTP
PPi
ADP
hexocínase
Pirofosforílase do
UDP-glicose
Aceitador (n+1 resíduos)
UDP
Após o nascimento do bebé produz-se na mama da mãe uma proteína
(lactalbumina) que se liga à galactosil-transférase e que lhe modifica a
especificidade: o substrato aceitador passa a ser a glicose e começa a formar-se
lactose.
Aceitador
(n resíduos)
Síntase da lactose
Mútase
4-epimérase
Na verdade, mesmo quando se ingere galactose, os resíduos de galactose dos gliconjugados
que contêm galactose provêm da glicose do sangue
que entra nas células e se converte em
UDP-galactose (o dador de galactose na ação das galactosil-transférases).
Pi
glicose
glicose-6-P
frutose-6-P
frutose-1,6-bisfosfato
dihidroxiacetona-P
frutose-1-P
frutose
gliceraldeído
gliceraldeído-3-P
ATP
ATPADP
ADPADP
H
2O
Pi
H
2O
ATP
piruvato
acetil-CoA
lactato
As enzimas que
catalisam a conversão
da
frutose
em
frutose-1-P (
cínase da frutose
),
a cisão desta em
dihidroxiacetona-P e
gliceraldeído (
aldólase
B
) e a fosforilação
deste em
gliceraldeído-3-P (
cínase do
gliceraldeído
) só
existem no fígado, rim
e enterócitos.
Glicogénio
glicose-1-P
UDP-glicose
Cínase da frutose
Aldólase B
Aldólases A e B
Cínase do gliceraldeído
Isomérase das trioses-P
Glicose-6-fosfátase
Hexocínases
Isomérase das
hexoses-P
A ingestão de frutose leva ao aumento (modesto) da
glicemia. Outros destinos da frutose da dieta são a (1)
formação de lactato, (2) oxidação a CO
2e (3.1) a síntese de
glicogénio e (3.2) de ácidos gordos.
Frutose-1,6-bisfosfátase
ácidos gordos
CO
216
O facto de os espermatozoides consumirem frutose e de o líquido seminal conter
este açúcar dá aos gâmetas masculinos uma vantagem competitiva sobre outras
células (nomeadamente fungos e bactérias) que povoam a vagina normal
contribuindo para a sua sobrevivência (e para a sobrevivência dos genes neles
contidos).
Glut5
Ao contrário da glicose e da galactose (que podem fazer
parte de glicoconjugados)
o papel biológico da frutose
é exclusivamente energético
.
A frutose existe no sémen porque nas
vesículas seminais existe uma via
metabólica que, via sorbitol, converte
glicose em frutose.
frutose
sorbitol (é um poliálcool)
glicose
NADPH
NADP
+NAD
+NADH
Redútase
das aldoses
Desidrogénase
do sorbitol
17
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