Glucómica

Objetivos.

Explicar de forma clara que estudia la Glucómica.
Describir las diferentes relaciones que tienen la Glucómica con otras ciencias, su importancia y avance científico.

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¿Cómo se investigan las estructuras de los carbohidratos?

La estructura de los carbohidratos se ha investigado por más de un siglo. Aún así, para mediados del siglo xx y a pesar de prodigiosos esfuerzos, las investigaciones de los glucanos se situaban más atrás de las dedicadas a los ácidos nucleicos y proteínas. ¿Por qué? Primero, los biólogos creían que los carbohidratos actúan sólo como materiales estructurales y fuentes energéticas.

Segundo, la tecnología necesaria para analizar sus complejidades estructurales aún no se había desarrollado. Sin embargo, durante los últimos 25 años se ha dado cada vez más reconocimiento a la función de los carbohidratos como mediadores de información en los procesos biológicos.

Junto con el desarrollo de poderosas técnicas químicas y físicas, este conocimiento dio lugar a un progreso significativo en la determinación de la estructura de los carbohidratos.

La glucómica es la investigación de las propiedades estructurales y funcionales de todos los glucanos de un tipo celular u organismo. Su caracterización estructural comienza con la liberación de oligosacáridos de las glucoproteínas o glucolípidos purificados. Los oligosacáridos unidos con las proteínas pueden liberarse mediante enzimas llamadas glucosidasas o por métodos químicos como la hidrazinólisis y la eliminación. En la hidrazinólisis se usa hidrazina (NH2NH2) para dividir los enlaces glucosil-amina entre un residuo de azúcar y un residuo de asparagina. La eliminación es la división no hidrolítica catalizada por una base de un O-glucano unido por enlace covalente con el grupo hidroxilo de un residuo de serina o treonina de una proteína. Los glucolípidos se tratan con enzimas llamadas lipasas que catalizan la eliminación de un componente lipídico. Una vez que los oligosacáridos se liberan de un glucoconjugado, se separan por intercambio iónico, cromatografía en gel o de afinidad o varios métodos electroforéticos, o combinación de estos métodos. A continuación se determina la composición del monosacárido de un oligosacárido purificado mediante hidrólisis ácidas, seguida de la formación de derivados monosacáridos volátiles. A su vez, éstos se analizan por técnicas de separación a alta temperatura conocidas como cromatografía de gas y líquido (GLC, gas-liquid chromatography) sola o GLC combinada con espectrometría de masas (GLC-MS). En la GLC se separan los componentes volátiles de una mezcla basándose en sus tendencias relativas para disolverse en una fase estacionaria impregnada de líquido a través de la cual fluye una fase móvil gaseosa.

La determinación de las posiciones originales y los enlaces precisos de los monosacáridos componentes de un oligosacárido comienza con una técnica química llamada metilación exhaustiva. En este método, un agente metilante, como el yoduro de metilo, convierte los tres grupos OH libres del oligosacárido en grupos OCH3. Después de que la hidrólisis ácida rompa los enlaces glucosídicos, pero no los enlaces de éter metílico, los productos metilados se analizan por GLC.

El análisis revela la posición del grupo OH libre en cada molécula, lo que marca la posición de un enlace glucosídico. El tratamiento de los oligosacáridos con una exoglucosidasa revela la identidad de los residuos de azúcar terminales del extremo no reductor.

Otras técnicas que se usan para analizar la estructura oligosacárida incluyen MALDI MS y resonancia magnética nuclear (NMR, nuclear magnetic resonance). La NMR es un tipo de espectroscopia en la que los núcleos atómicos, como 1H y 13C, que tienen propiedades magnéticas, se alinean con un campo magnético potente. Los bioquímicos capacitados determinan las estructuras tridimensionales de los carbohidratos y otras biomoléculas con pulsos cortos de radiación electromagnética. El análisis de la absorción revela la identidad de los núcleos y sus ambientes químicos.

En los últimos años se desarrollaron chips de azúcar, también llamados glucochips (micromatrices) para analizar las propiedades de unión específi cas de las proteínas que se unen con los glucanos. Un glucochip es un tipo de micromatriz, una pastilla de vidrio, plástico o silicio en el cual se imprimen cientos o miles de oligosacáridos distintos por métodos robóticos. (En un principio, las micromatrices se desarrollaron para analizar los perfiles de expresión génica.) Cada punto en el glucochip contiene un glucano específi co. Estas matrices se usan para caracterizar la especifi cidad de las proteínas de unión con glucanos (lectinas de la superficie de un tipo celular o un virus particular). Después de agregar la proteína de unión con glucano muestra a cada punto de glucano en la pastilla, se retiran las proteínas no unidas de la muestra mediante un lavado suave. Luego se analiza la micromatriz para determinar cuáles proteínas de unión con glucano persisten.

En un protocolo usual, las proteínas de la muestra se unen al principio con un anticuerpo. Después del lavado, se aplica a la pastilla un segundo anticuerpo marcado con una molécula fluorescente que se vincula con el primer anticuerpo. El patrón de unión con carbohidratos se determina mediante un análisis asistido por ordenador. En este proceso de detección, la presencia e intensidad de la fl uorescencia, o su ausencia, indican qué glucanos son ligandos para la proteína de unión.

Información tomada de: Bioquímica las bases moleculares de la vida trudymckee 5ed

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Qué es Glucómica o Glycomics, retos e importancia.

Glycomics es el estudio exhaustivo de glycomes (todo el complemento de azúcares, sea o no presente en más complejas moléculas de un organismo), incluidos los genéticos, fisiológicos, patológicos, y otros aspectos. Glycomics "es el estudio sistemático de todos los glicanos estructuras de un determinado tipo de células u organismo" y es un subconjunto de glicobiológica. Los glycomics término se deriva del prefijo química para el dulzor o un azúcar, "glicoproteína", y se formó para seguir la nomenclatura establecido por la genómica (que trata de los genes) y la proteómica (que trata de las proteínas).

Retos

La complejidad de los azúcares: con respecto a sus estructuras, que no son lineales sino que se altamente ramificados. Por otra parte, los glicanos se pueden modificar (azúcares modificados), esto aumenta su complejidad.
Rutas biosintéticas complejas para glicanos.
Por lo general, los glicanos se encuentran ya sea unido a la proteína (glicoproteína) o conjugado con lípidos (glucolípidos).
A diferencia de los genomas, los glicanos son muy dinámicas.

Esta área de investigación tiene que lidiar con un nivel de complejidad inherente que no se ve en otras áreas de la biología aplicada. 68 bloques de construcción (moléculas de ADN, ARN y proteínas; Categorías de lípidos, los tipos de enlaces de azúcar para sacáridos) proporcionan la base estructural de la coreografía molecular que constituye toda la vida de una célula. ADN y ARN tienen cuatro bloques de construcción de cada uno (el nucleósidos o nucleótidos). Los lípidos se dividen en ocho categorías en función de cetoacil y el isopreno. Las proteínas tienen 20 (los aminoácidos). Sacáridos tienen 32 tipos de enlaces de azúcar. Si bien estos bloques de construcción se pueden unir exclusivamente lineal para las proteínas y los genes, pueden estar dispuestos en una matriz ramificada de sacáridos, aumentando aún más el grado de complejidad.

Añadir a esto la complejidad de las numerosas proteínas implicadas, no sólo como portadores de hidratos de carbono, las glicoproteínas, pero las proteínas que participan específicamente en la unión y la reacción con hidratos de carbono:

Hidratos de carbono específicos de enzimas para la síntesis, la modulación, y la degradación.
Las lectinas, proteínas de unión a carbohidratos de todo tipo.
Receptores, que circulan o receptores de unión a carbohidratos unidos a la membrana.

Importancia

Para responder a esta pregunta hay que conocer las diferentes e importantes funciones de glicanos. Las siguientes son algunas de esas funciones:

Las glicoproteínas que se encuentran en la superficie celular desempeñan un papel crítico en el bacteriano y viral reconocimiento.
Están involucrados en celulares vías de señalización y modulan la función celular.
Son importantes en la inmunidad innata.
Determinan cáncer de desarrollo.
Orquestan el destino celular, inhiben la proliferación, regulan la circulación y la invasión.
Afectan a la estabilidad y el plegamiento de proteínas.
Afectan a la vía y el destino de las glicoproteínas.
Hay muchas enfermedades-glicano específica, a menudo enfermedades hereditarias.

Hay importantes aplicaciones médicas de los aspectos de la glycomics:

Las lectinas se fraccionan las células para evitar la enfermedad de injerto contra huésped en el trasplante de células madre hematopoyéticas.

La activación y expansión de citolíticas CD8 células T en el tratamiento del cáncer.

Glycomics es particularmente importante en microbiología porque glicanos desempeñan diversas funciones en la fisiología bacteriana. [5] La investigación en glycomics bacterianas podría conducir al desarrollo de: