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O segredo do açúcar: por que os glicanos são tão importantes nas células?
No mundo da biologia molecular, o papel das moléculas de açúcar é frequentemente subestimado. A maioria das pessoas vê o açúcar em sua dieta apenas como uma fonte de energia ou um adoçante. No entanto, quando nos aprofundamos nos mecanismos da célula, descobrimos que os blocos de construção do açúcar, os glicanos, desempenham um papel extremamente importante. Essas moléculas, compostas por múltiplas unidades de açúcar, não apenas afetam a estrutura e a função das células, mas também desempenham um papel indispensável em muitos processos biológicos.
Glicanos são polímeros compostos de monossacarídeos ligados por ligações glicosídicas, geralmente compostos de cadeias de açúcar ligadas por O ou N.
Os glicanos têm estruturas diversas, incluindo homo e hetero oligossacarídeos, e até mesmo estruturas lineares ou ramificadas. Eles geralmente estão localizados na superfície da célula, interagindo com o ambiente extracelular e outras células. Os tipos mais comuns de glicanos são divididos em duas categorias: glicanos ligados a N e glicanos ligados a O. Cada tipo desempenha um papel diferente na função fisiológica da célula, especialmente no dobramento de proteínas, na sinalização celular e na resposta imune.
Função principal: N-glicanos
Açúcares ligados a N são formados pela ligação ao átomo de nitrogênio do aminoácido asparagina. Esse processo ocorre no retículo endoplasmático. A estrutura central do Glycan é composta de 14 monossacarídeos, incluindo 3 glicoses, 9 manoses e 2 N-acetil glucosaminas.
Os açúcares ligados ao N não apenas desempenham um papel importante no dobramento correto das proteínas, mas também são cruciais para a sinalização celular e a função do sistema imunológico.
Uma vez que um açúcar ligado a N é ligado a uma cadeia peptídica nascente, a estrutura normalmente passa por uma série de reações de processamento que envolvem a remoção de múltiplas unidades de açúcar, especialmente glicose. A modificação e expressão desse açúcar é crucial para o funcionamento adequado das células, especialmente na regulação da resposta imunológica das células. Por exemplo, glicanos anormais expressos na superfície de células tumorais são reconhecidos por células assassinas naturais, indicando que a célula pode ser cancerosa.
Composição e função dos açúcares ligados a O
Comparado com os açúcares ligados a N, o processo de síntese dos açúcares ligados a O consiste em adicionar monossacarídeos um por um. Esse processo ocorre em uma matriz alta, abrindo a possibilidade de estruturas flexíveis que desempenham papéis importantes na regulação das interações célula-célula. Os açúcares ligados a O, em particular, desempenham papéis importantes no reconhecimento de antígenos sanguíneos e nas respostas imunológicas; por exemplo, a estrutura Sialyl Lewis X (SLex) desempenha um papel na migração de neutrófilos.Os açúcares ligados a O agem como bandeiras na superfície do sistema imunológico, permitindo que as células imunológicas entrem precisamente no tecido apropriado para responder à infecção.
Comparados aos açúcares ligados a N, as sequências dos açúcares ligados a O são mais aleatórias, o que os torna mais funcionais e diversos nas células. Açúcares ligados a O também estão contidos em um grande número de mucinas, que são essenciais para a formação da microbiota intestinal e a manutenção da flora microbiana intestinal normal.
Glicosaminoglicanos e matriz extracelular
Outra molécula importante de carboidrato são os glicosaminoglicanos (GAGs), uma classe especial de polímeros que geralmente são compostos de ligações alternadas de aminoaçúcares e ácido úrico. GAGs, como heparina e condroitina, são encontrados principalmente na matriz extracelular, onde contribuem para o suporte estrutural e as interações entre as células. Essas moléculas de açúcar também desempenham um papel importante nos processos de transdução de sinais celulares.
Tendências futuras: Glicociência
Apesar do crescente reconhecimento de sua importância na função celular, os glicanos têm sido frequentemente negligenciados em estudos anteriores. Muitos pesquisadores estão promovendo a glicociência, um campo focado na estrutura e função dos glicanos, que deve trazer avanços revolucionários em diversos campos, incluindo medicina, geração de energia e ciência dos materiais.
O desenvolvimento da glicociência não apenas revelará as leis básicas da vida, mas também tem o potencial de revolucionar nossa compreensão e tratamento de doenças.
No estudo de glicanos, vimos inovações em tecnologias como análise de massa de alta resolução e cromatografia líquida de alta eficiência, que permitiram aos pesquisadores detectar com mais precisão a estrutura e as propriedades dos açúcares. Desde 2012, muitos países começaram a prestar atenção à glicociência e a expandir sua aplicação em pesquisas.
Então, que insights inesperados os glicanos podem nos trazer quando se trata de entender a complexidade das células?
