Definida en el sentido más estricto, la glucobiología es el estudio de la estructura, biosíntesis y biología de los sacáridos ( cadenas de azúcar o glicanos ) que se encuentran ampliamente distribuidos en la naturaleza. [1] [2] Los azúcares o sacáridos son componentes esenciales de todos los seres vivos y los aspectos de las diversas funciones que desempeñan en biología se investigan en diversos campos médicos, bioquímicos y biotecnológicos.
Historia
Según el Oxford English Dictionary, el término específico glucobiología fue acuñado en 1988 por el profesor Raymond Dwek para reconocer la unión de las disciplinas tradicionales de la química y la bioquímica de los carbohidratos . [3] Esta unión fue el resultado de una comprensión mucho mayor de la biología celular y molecular de los glucanos . Sin embargo, ya a finales del siglo XIX, Emil Fisher estaba realizando esfuerzos pioneros para establecer la estructura de algunas moléculas básicas de azúcar.
Glicoconjugados
Los azúcares pueden unirse a otros tipos de moléculas biológicas para formar glicoconjugados. El proceso enzimático de glicosilación crea azúcares / sacáridos unidos a ellos mismos y a otras moléculas por el enlace glicosídico, produciendo así glucanos. Las glicoproteínas , proteoglicanos y glicolípidos son los glicoconjugados más abundantes que se encuentran en las células de mamíferos. Se encuentran predominantemente en la membrana celular externa y en los fluidos secretados. Se ha demostrado que los glicoconjugados son importantes en las interacciones célula-célula debido a la presencia en la superficie celular de varios receptores de unión a glicanos además de los propios glicoconjugados. [4] [5] Además de su función en el plegamiento de proteínas y la unión celular, los glicanos ligados a N de una proteína pueden modular la función de la proteína, en algunos casos actuando como un interruptor de encendido y apagado. [6]
Glicomicos
"La glicomica , análoga a la genómica y la proteómica , es el estudio sistemático de todas las estructuras de glicanos de un tipo de célula u organismo dado" y es un subconjunto de la glicobiología. [7] [8]
Desafíos en el estudio de las estructuras del azúcar
Parte de la variabilidad observada en las estructuras de sacárido es porque monosacáridos unidades pueden estar acoplados entre sí de muchas maneras diferentes, en oposición a los aminoácidos de las proteínas o los nucleótidos en el ADN , que siempre están acoplados entre sí de una manera estándar. [9] El estudio de las estructuras de los glicanos también se complica por la falta de una plantilla directa para su biosíntesis, al contrario del caso de las proteínas donde su secuencia de aminoácidos está determinada por su gen correspondiente . [10]
Los glicanos son productos génicos secundarios y, por lo tanto, se generan mediante la acción coordinada de muchas enzimas en los compartimentos subcelulares de una célula. Dado que la estructura de un glicano puede depender de la expresión , actividad y accesibilidad de las diferentes enzimas biosintéticas, no es posible utilizar tecnología de ADN recombinante para producir grandes cantidades de glicanos para estudios estructurales y funcionales como lo es para las proteínas.
Herramientas y técnicas modernas para la predicción de la estructura de glucanos y el estudio de ligandos de unión a glucanos
Los instrumentos analíticos avanzados y los programas de software, cuando se utilizan en combinación, pueden desentrañar el misterio de las estructuras de glucanos. Las técnicas actuales para la anotación estructural y el análisis de glucanos incluyen cromatografía líquida (LC), electroforesis capilar (CE), espectrometría de masas (MS), resonancia magnética nuclear (RMN) y matrices de lectinas. [11]
Una de las técnicas más utilizadas es la espectrometría de masas que utiliza tres unidades principales: el ionizador, el analizador y el detector.
Las matrices de glicanos, como las que ofrecen el Consortium for Functional Glycomics y Z Biotech LLC, contienen compuestos de carbohidratos que se pueden analizar con lectinas o anticuerpos para definir la especificidad de los carbohidratos e identificar ligandos.
Monitoreo de reacciones múltiples (MRM)
MRM es una técnica basada en espectrometría de masas que se ha utilizado recientemente para el perfil de gliosilación específico del sitio. Aunque MRM se ha utilizado ampliamente en metabolómica y proteómica, su alta sensibilidad y respuesta lineal en un amplio rango dinámico lo hacen especialmente adecuado para la investigación y el descubrimiento de biomarcadores de glucanos. La MRM se realiza en un instrumento de triple cuadrupolo (QqQ), que está configurado para detectar un ión precursor predeterminado en el primer cuadrupolo, un fragmento en el cuadrupolo de colisión y un fragmento de ión predeterminado en el tercer cuadrupolo. Es una técnica sin escaneo, en la que cada transición se detecta individualmente y la detección de múltiples transiciones ocurre simultáneamente en los ciclos de trabajo. [6] Esta técnica se está utilizando para caracterizar el glicoma inmune. [6]
Medicamento
Los medicamentos que ya están en el mercado, como la heparina , la eritropoyetina y algunos medicamentos contra la gripe, han demostrado su eficacia y destacan la importancia de los glucanos como una nueva clase de medicamentos. Además, la búsqueda de nuevos fármacos contra el cáncer abre nuevas posibilidades en glicobiología. [12] Los medicamentos contra el cáncer con mecanismos de acción nuevos y variados, junto con los medicamentos antiinflamatorios y antiinfecciosos, se encuentran actualmente en ensayos clínicos. Pueden aliviar o completar las terapias actuales. Si bien estos glicanos son moléculas difíciles de sintetizar de forma reproducible, debido a su compleja estructura, este nuevo campo de investigación es muy alentador para el futuro.
Piel
La glicobiología, en la que los desarrollos recientes han sido posibles gracias a los últimos avances tecnológicos, ayuda a proporcionar una comprensión más específica y precisa del envejecimiento de la piel. Ahora se ha establecido claramente que los glicanos son componentes principales de la piel y juegan un papel decisivo en la homeostasis cutánea.
- Desempeñan un papel crucial en el reconocimiento de moléculas y células; actúan, sobre todo, en la superficie de las células para transmitir mensajes biológicos. [13]
- Son fundamentales en el metabolismo de las células: síntesis, proliferación y diferenciación.
- Tienen un papel que desempeñar en la estructura y arquitectura de los tejidos.
Vitales para el buen funcionamiento de la piel, los glicanos experimentan cambios tanto cualitativos como cuantitativos en el curso del envejecimiento. [14] Las funciones de comunicación y metabolismo se ven afectadas y la arquitectura de la piel se degrada.
Ver también
- Transducción de señales de azúcar
- Interacciones glucano-proteína
Referencias
- ^ Varki A, Cummings R, Esko J, Freeze H, Stanley P, Bertozzi C, Hart G, Etzler M (2008). Fundamentos de la glicobiología . Prensa de laboratorio Cold Spring Harbor; 2ª edición. ISBN 978-0-87969-770-9.
- ^ Varki A, Cummings R, Esko J, Freeze H, Hart G, Marth J (1999). Fundamentos de la glicobiología . Prensa de laboratorio de Cold Spring Harbor. ISBN 0-87969-560-9.
- ^ Rademacher TW, Parekh RB, Dwek RA (1988). "Glicobiología". Annu. Rev. Biochem . 57 (1): 785–838. doi : 10.1146 / annurev.bi.57.070188.004033 . PMID 3052290 .
- ^ Ma BY, Mikolajczak SA, Yoshida T, Yoshida R, Kelvin DJ, Ochi A (2004). "La función del receptor coestimulador de células T CD28 está regulada negativamente por carbohidratos ligados a N". Biochem. Biophys. Res. Comun . 317 (1): 60–7. doi : 10.1016 / j.bbrc.2004.03.012 . PMID 15047148 .
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- ^ a b c Maverakis E, Kim K, Shimoda M, Gershwin M, Patel F, Wilken R, Raychaudhuri S, Ruhaak LR, Lebrilla CB (2015). "Glicanos en el sistema inmunológico y la teoría alterada de la autoinmunidad de los glicanos" . J Autoimmun . 57 (6): 1–13. doi : 10.1016 / j.jaut.2014.12.002 . PMC 4340844 . PMID 25578468 .
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- ^ Schnaar, RL (junio de 2016). "Glicobiología simplificada: diversas funciones del reconocimiento de glucanos en la inflamación" . Revista de biología de leucocitos . 99 (6): 825–38. doi : 10.1189 / jlb.3RI0116-021R . PMC 4952015 . PMID 27004978 .
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( ayuda ) - ^ Marth, JD (2008). "Una visión unificada de los componentes básicos de la vida" . Biología celular de la naturaleza . 10 (9): 1015–6. doi : 10.1038 / ncb0908-1015 . PMC 2892900 . PMID 18758488 .
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http://www.healthcanal.com/medical-breakthroughs/22037-UGA-scientists-team-define-first-ever-sequence-biologically-important-carbohydrate.html
enlaces externos
- Proveedor de glicoconjugados, proteínas que reconocen glicanos
- La puerta de enlace funcional Glycomics . recurso web actualizado mensualmente, una colaboración de Nature y el Consortium for Functional Glycomics.
- Seminario de Carolyn Bertozzi: "Glicobiología química"
- Emanual Maverakis; et al. "Glicanos en el sistema inmunológico y la teoría de la autoinmunidad de los glicanos alterados" (PDF) .