Enlace glucosídico: características, tipos y nomenclatura
Los enlaces glucosídicos son los enlaces covalentes que se dan entre azúcares (carbohidratos) y otras moléculas, que pueden ser otros monosacáridos u otras moléculas de diversa naturaleza. Estos enlaces hacen posible la existencia de múltiples componentes fundamentales para la vida, no solo en la formación de combustibles de reserva y elementos estructurales, sino también de moléculas transportadoras de información esenciales para la comunicación celular.
La formación de los polisacáridos depende fundamentalmente del establecimiento de los enlaces glucosídicos entre los grupos alcoholes o hidroxilos libres de las unidades de monosacáridos individuales.
No obstante, algunos polisacáridos complejos contienen azúcares modificados que están unidos a pequeñas moléculas o grupos como los amino, sulfato y acetilo a través de enlaces glucosídicos, y que no necesariamente implican la liberación de una molécula de agua por una reacción de condensación. Estas modificaciones son muy comunes en los glicanos presentes en la matriz extracelular o glucocálix.
Los enlaces glucosídicos ocurren en múltiples contextos celulares, entre ellos la unión del grupo de cabeza polar de algunos esfingolípidos, constituyentes esenciales de las membranas celulares de muchos organismos, y la formación de glicoproteínas y proteoglicanos.
Importantes polisacáridos como la celulosa, la quitina, el agar, el glucógeno y el almidón no serían posibles sin los enlaces glucosídicos. Así mismo, la glicosilación de proteínas, que ocurre en el retículo endoplasmático y en el complejo de Golgi, es de suma importancia para la actividad de muchas proteínas.
Numerosos oligo- y polisacáridos funcionan como reservorios de glucosa, como componentes estructurales o como adhesivos para la unión celular en tejidos.
La relación entre los enlaces glucosídicos en los oligosacáridos es análoga a la de los enlaces peptídicos en los polipéptidos y a los enlaces fosfodiéster en los polinucleótidos, con la diferencia de que en los enlaces glucosídicos existe una mayor diversidad.
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Los enlaces glucosídicos son mucho más variados que sus análogos en las proteínas y en los ácidos nucleicos, puesto que en principio dos moléculas de azúcar cualquiera pueden unirse entre sí de muchas formas, debido a que tienen múltiples grupos -OH que pueden participar en la formación del enlace.
Además, los isómeros de los monosacáridos, es decir, una de las dos orientaciones que el grupo hidroxilo puede tener en la estructura cíclica respecto al carbono anomérico, proporcionan un nivel adicional de diversidad.
Los isómeros tienen estructuras tridimensionales diferentes, así como diferentes actividades biológicas. Celulosa y glucógeno consisten en unidades repetidas de D-glucosa pero difieren en cuanto al tipo de enlace glucosídico (α1-4 para el glucógeno y β1-4 para la celulosa), y por ello tienen propiedades y funciones diferentes.
Así como los polipéptidos tienen una polaridad con un extremo N- y otro C-, y los polinucleótidos poseen extremos 5’ y 3’, los oligo- o polisacáridos tienen una polaridad definida por los extremos reductores y no reductores.
El extremo reductor tiene un centro anomérico libre que no forma un enlace glicosídico con otra molécula, por lo que retiene la reactividad química del aldehído.
El enlace glucosídico es la región más flexible de una porción oligo- o polisacárida, ya que la conformación estructural de silla de los monosacáridos individuales es relativamente rígida.
El enlace glucosídico puede unir dos moléculas de monosacáridos a través del carbón anomérico de uno y el grupo hidroxilo del otro. Es decir, el grupo hemiacetal de un azúcar reacciona con el grupo alcohol de otro para formar un acetal.
En general, la formación de estos enlaces ocurre por reacciones de condensación, donde se libera una molécula de agua con cada enlace que se forma.
No obstante, en algunas reacciones el oxígeno no abandona la molécula de azúcar como agua, sino como parte del grupo difosfato de un nucleótido de uridina difosfato.
Las reacciones que dan lugar a los enlaces glucosídicos son catalizadas por una clase de enzimas conocidas como la glicosiltransferasas. Se forman entre un azúcar modificado covalentemente por la adición de un grupo fosfato o un nucleótido (Glucosa 6-fosfato, UDP-galactosa, por ejemplo) que se une a la cadena del polímero en crecimiento.
Los enlaces glucosídicos pueden hidrolizarse con facilidad en ambientes ligeramente ácidos, pero resisten bastante ambientes alcalinos.
La hidrólisis enzimática de los enlaces glucosídicos es mediada por enzimas conocidas como glicosidasas. Muchos mamíferos no poseen estas enzimas para la degradación de la celulosa, por lo que no son capaces de extraer energía de este polisacárido, a pesar de ser una fuente esencial de fibra.
Rumiantes como las vacas, por ejemplo, poseen bacterias asociadas a sus intestinos que producen las enzimas capaces de degradar la celulosa que ingieren, lo que las hace capaces de aprovechar la energía conservada en los tejidos vegetales.
La enzima lisozima, producida en las lágrimas del ojo y por algunos virus bacterianos, es capaz de destruir bacterias gracias a su actividad hidrolítica, que rompe el enlace glucosídico entre la N-acetilglucosamina y el ácido N-acetilmurámico en la pared celular de las bacterias.
Oligosacáridos, polisacáridos o glicanos son moléculas muy diversas y ello se debe a las múltiples formas en que los monosacáridos pueden unirse entre sí al formar estructuras de orden superior.
Esta diversidad parte del hecho, como se mencionó anteriormente, de que los azúcares tienen grupos hidroxilo que permiten diferentes regiones de unión, y de que los enlaces pueden ocurrir entre los dos estereoisómeros posibles respecto al carbono anomérico del azúcar (α o β).
Los enlaces glicosídicos se pueden formar entre un azúcar y cualquier compuesto hidroxilado como alcoholes o aminoácidos.
Además, un monosacárido puede formar dos enlaces glucosídicos, por lo que puede servir de punto de ramificación, introduciendo una complejidad potencial en la estructura de los glicanos o polisacáridos en las células.
En cuanto a tipos de enlaces glucosídicos se refiere, pueden diferenciarse dos categorías: los enlaces glucosídicos entre monosacáridos que constituyen los oligo- y polisacáridos, y los enlaces glucosídicos que se dan en las glucoproteínas o glucolípidos, que son proteínas o lípidos con porciones de glúcidos.
Los enlaces O-glicosídicos ocurren entre monosacáridos, se forman por la reacción entre el grupo hidroxilo de una molécula de azúcar y el carbono anomérico de otra.
Los disacáridos son de los oligosacáridos más comunes. Los polisacáridos tienen más de 20 unidades de monosacáridos unidos entre sí de forma lineal y a veces poseen múltiples ramificaciones.
En los disacáridos como la maltosa, la lactosa y la sacarosa, el enlace glucosídico más común es el tipo O-glucosídico. Estos enlaces pueden ocurrir entre los carbonos y -OH de las formas isoméricas α o β.
La formación de los enlaces glucosídicos en oligo- y polisacáridos dependerá de la naturaleza estereoquímica de los azúcares que se unen, así como de su número de átomos de carbono. Por lo general, para azúcares con 6 carbonos, los enlaces lineales ocurren entre los carbonos 1 y 4 o 1 y 6.
Existen dos tipos principales de O–glicósidos que, dependiendo de la nomenclatura, se definen como α y β o 1,2-cis y 1,2-trans-glicósidos.
Los residuos 1,2-cis glicosilados, α-glicósidos para la D-glucosa, D-galactosa, L-fucosa, D-xilosa o β-glicósidos para la D-manosa, L-arabinosa; así como los 1,2-trans (β-glicósidos para la D-glucosa, D-galactosa y α-glicósidos para D-manosa, etc.), son de gran importancia para muchos componentes naturales.
O-glicosilación
Una de las modificaciones postraduccionales más comunes es la glicosilación, que consiste en la adición de una porción glucídica a un péptido o una proteína en crecimiento. Las mucinas, proteínas de secreción, pueden contener grandes cantidades de cadenas oligosacáridas unidas por enlaces O-glucosídicos.
El proceso de O-glicosilación ocurre en el complejo de Golgi de los eucariotas y consiste en la unión de las proteínas a la porción glucídica a través de un enlace glucosídico entre el grupo -OH de un residuo aminoacídico de serina o treonina y el carbono anomérico del azúcar.
También se ha observado la formación de estos enlaces entre glúcidos y residuos de hidroxiprolina e hidroxilisina y con el grupo fenólico de los residuos de tirosina.
Los enlaces N-glicosídicos son los más comunes entre las proteínas glicosiladas. La N-glicosilación se da principalmente en el retículo endoplasmático de eucariotas, con posteriores modificaciones que pueden darse en el complejo de Golgi.
La N-glicosilación depende de la presencia de la secuencia consenso Asn-Xxx-Ser/Thr. El enlace glicosídico se da entre el nitrógeno amídico de la cadena lateral de los residuos de asparagina y el carbono anomérico del azúcar que se une a la cadena peptídica.
La formación de estos enlaces durante la glicosilación depende de una enzima conocida como oligosacariltransferasa, que transfiere los oligosacáridos desde un dolicol fosfato hacia el nitrógeno amídico de los residuos de asparagina.
Enlaces S-glucosídicos
Ocurren también entre proteínas y glúcidos, se han observado entre péptidos con cisteínas N-terminales y oligosacáridos. Los péptidos con este tipo de enlaces fueron inicialmente aislados de proteínas en la orina y los eritrocitos humanos unidas a oligosacáridos de glucosa.
Enlaces C-glucosídicos
Fueron observados por primera vez como una modificación postraduccional (glicosilación) en un residuo de triptófano en la RNasa 2 presente en la orina humana y en la RNasa 2 de eritrocitos. Una manosa se une al carbono de la posición 2 del núcleo indol del aminoácido mediante un enlace C-glucosídico.
El término glicósido se emplea para describir cualquier azúcar cuyo grupo anomérico sea reemplazado por un grupo -OR (O-glicósidos), -SR (tioglucósidos), -SeR (selenoglucósidos), -NR (N-glicósidos o glucosaminas) o incluso -CR (C-glucósidos).
Pueden ser nombrados de tres formas diferentes:
(1) reemplazando el “-o” terminal del nombre de la forma cíclica correspondiente del monosacárido por “-ido” y escribiendo antes, como una palabra diferente, el nombre del grupo R sustituyente.
(2) empleando el término “glicosiloxi” como prefijo del nombre del monosacárido.
(3) empleando el término O-glicosil, N-glicosil, S-glicosil o C-glicosil como prefijo para el nombre del compuesto hidroxilado.
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