Ácido siálico: estrutura, funções e doenças

Os ácidos siálicos são monossacáridos nove átomos de carbono. Eles pertencem à família de derivados do ácido neuramínico (ácido 5-amino-3,5-didesoxi-D-glicerico-D-galacto-nonulosônico) e são amplamente distribuídos na natureza, principalmente no reino animal.

Eles normalmente não ocorrem como moléculas livres, mas estão ligados por ligações α-glucosídicas a moléculas de carboidratos ou outras moléculas de ácido siálico e podem então ocupar posições terminais ou internas dentro de uma cadeia linear de carboidratos.

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Diagrama esquemático de uma molécula de ácido siálico (Fonte: Usuário: glycoform [Domínio público] via Wikimedia Commons)

O termo “ácido siálico” foi cunhado pela primeira vez por Gunnar Blix em 1957, embora relatórios anteriores de outros pesquisadores indiquem que sua descoberta remonta a uma ou duas décadas anteriores, quando foram descritos como parte das glicoproteínas sialo mucínicas e sialo esfingolipídeos (gangliosídeos) .

Os ácidos siálicos estão presentes em grande parte dos reinos da natureza. Eles foram detectados em alguns vírus, bactérias patogênicas, protozoários, crustáceos , minhocas , insetos e vertebrados, como peixes , anfíbios, pássaros e mamíferos . Não foram encontrados, pelo contrário, em fungos, algas ou plantas.

Estrutura

Os ácidos siálicos ocorrem principalmente na porção terminal das glicoproteínas e glicolipídeos de superfície, proporcionando grande diversidade a esses glicoconjugados. Padrões diferenciais de “sialilação” são o produto da expressão de glicosiltransferase (sialiltransferase) específica de tecido.

Estruturalmente, os ácidos siálicos pertencem a uma família de cerca de 40 derivados naturais do ácido neuramínico que são N-acilados, dando origem a duas estruturas “parentais”: ácido N-acetilneuramínico (Neu5Ac) ou ácido neuraminico N-glicolil (Neu5Gc) .

Suas características estruturais incluem a presença de um grupo amino (que pode ser modificado) na posição 5 e um grupo carboxílico na posição 1, que pode ser ionizada em pH fisiológico. Um carbono C-3 desoxigenado e uma molécula de glicerol na posição C-6.

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Esquema de uma molécula de ácido siálico com enumeração de carbono (Fonte: Usuário: glycoform [Domínio público] via Wikimedia Commons)

Muitos derivados surgem da substituição de grupos hidroxila nas posições C-4, C-7, C-8 e C-9 por porções acetil, glicol, lactil, metil, sulfato e fosfato; bem como a introdução de ligações duplas entre o C-2 e o C-3.

Na posição linear terminal, a ligação de uma porção de ácido siálico a uma cadeia oligossacarídica envolve uma ligação α-glucosídica entre o grupo hidroxila do carbono anomérico C-2 do ácido siálico e os grupos hidroxila dos carbonos C-3, C- 4 ou C-6 da porção de monossacarídeo.

Essas junções podem estar entre resíduos de galactose, N-acetilglucosamina, N-acetilgalactosamina e, em alguns gangliosídeos únicos, glicose. Eles podem ocorrer através de ligações N-glicosídicas ou O-glicosídicas.

Funções

Pensa-se que os ácidos siálicos ajudam os organismos parasitas a sobreviver dentro do organismo hospedeiro; Um exemplo disso são os patógenos de mamíferos que produzem enzimas do metabolismo do ácido siálico (sialidases ou liases N-acetilneuramínicas).

Não há espécies de mamíferos para as quais a presença de ácidos siálicos não tenha sido relatada como parte das glicoproteínas em geral, glicoproteínas séricas, membranas mucosas, como parte das estruturas da superfície celular ou como parte de carboidratos complexos.

Eles foram encontrados nos oligossacarídeos ácidos do leite e colostro de humanos, bovinos, ovelhas, cães e porcos, e também como parte da urina de ratos e seres humanos.

Papel nos processos de adesão celular

Os glicoconjugados com porções de ácido siálico desempenham um papel importante nos processos de troca de informações entre células vizinhas e entre as células e seu ambiente.

A presença de ácido siálico nas membranas celulares contribui para o estabelecimento de uma carga negativa na superfície, o que tem conseqüências positivas em alguns eventos de repulsão eletrostática entre células e algumas moléculas.

Além disso, a carga negativa dá aos ácidos siálicos na membrana uma função no transporte de íons carregados positivamente.

Foi relatado que a ligação do endotélio e epitélio à membrana glomerular basal é facilitada pelo ácido siálico, e isso também influencia o contato entre essas células.

Papel na vida útil dos componentes das células sanguíneas

O ácido siálico tem funções importantes como parte da glicoforina A na membrana plasmática dos eritrócitos . Alguns estudos mostraram que o conteúdo de ácido siálico é inversamente proporcional à idade dessas células.

Os eritrócitos tratados com enzimas neuraminidase, responsáveis ​​pela degradação do ácido siálico, diminuem drasticamente a meia-vida na corrente sanguínea de 120 dias para algumas horas. O mesmo caso foi observado com plaquetas.

Os trombócitos perdem a capacidade de adesão e agregação na ausência de ácido siálico em suas proteínas de superfície. Nos linfócitos, o ácido siálico também desempenha um papel importante nos processos de adesão e reconhecimento celular, bem como na interação com os receptores de superfície.

Funções no sistema imunológico

O sistema imunológico é capaz de distinguir entre estruturas próprias ou invasivas, com base no reconhecimento dos padrões de ácido siálico presentes nas membranas.

O ácido siálico, bem como as enzimas neuraminidase e sialiltransferase, têm importantes propriedades regulatórias. As porções terminais de ácido siálico nos glicoconjugados da membrana plasmática têm funções de mascaramento ou como receptores de membrana.

Além disso, vários autores levantaram a possibilidade de o ácido siálico ter funções antigênicas, mas ainda não é conhecido com certeza. No entanto, as funções de mascaramento dos resíduos de ácido siálico são muito importantes na regulação celular.

A máscara pode ter papel protetor direto ou indireto, dependendo se a porção de ácido siálico cobre diretamente o resíduo de carboidrato antigênico ou se é um ácido siálico em um glicoconjugado adjacente que mascara a porção antigênica.

Alguns anticorpos possuem resíduos Neu5Ac que exibem propriedades neutralizadoras de vírus, uma vez que essas imunoglobulinas são capazes de impedir a adesão dos vírus ao sialo conjugado (glicoconjugados com porções de ácido siálico) na membrana celular.

Outras funções

No trato intestinal, os ácidos siálicos têm um papel igualmente importante, pois fazem parte das mucinas, que possuem propriedades lubrificantes e protetoras, essenciais para todo o organismo.

Além disso, os ácidos siálicos também estão presentes nas membranas das células epitélio brônquicas, gástricas e intestinais, onde estão envolvidos no transporte, secreção e outros processos metabólicos.

Doenças

Numerosas doenças que envolvem anormalidades no metabolismo do ácido siálico são conhecidas e são conhecidas como sialidose. Entre os mais proeminentes estão a sialúria e a doença de Salla, que são caracterizadas por uma excreção urinária com grandes quantidades de ácidos siálicos livres.

Outras doenças de natureza imunológica estão relacionadas às alterações de enzimas anabólicas e catabólicas relacionadas ao metabolismo do ácido siálico, que causam um acúmulo aberrante de glicoconjugados com porções de ácido siálico.

Também são conhecidas algumas doenças relacionadas a fatores sanguíneos, como trombocitopenia, que é a diminuição do nível de trombócitos sanguíneos provavelmente causada pela falta de ácido siálico na membrana.

A doença de Von Willebrand corresponde a um defeito na capacidade dos trombócitos aderirem aos glicoconjugados da membrana subendotelial da parede dos vasos sanguíneos, causados ​​por deficiências ou deficiências de glicosilação ou sialilação.

A trombastenia de Glanzmann é outro distúrbio congênito da agregação de trombócitos cuja raiz é a presença de glicoproteínas defeituosas na membrana do trombócito. Foi demonstrado que os defeitos nessas glicoproteínas têm a ver com um conteúdo reduzido de Neu5Ac.

Referências

  1. Clayden, J., Greeves, N., Warren, S., & Wothers, P. (2001). Organic Chemistry (1a ed.). Nova York: Oxford University Press.
  2. Demchenko, AV (2008). Manual de glicosilação química: avanços na estereosselectividade e relevância terapêutica . Wiley-VCH
  3. Rosenberg, A. (1995). Biologia dos ácidos siálicos . Nova York: Springer Science + Business Media, LLC.
  4. Schauer, R. (1982). Ácidos siálicos: química, metabolismo e função . Springer-Verlag Viena, Nova York.
  5. Traving, C., & Schauer, R. (1998). Estrutura, função e metabolismo dos ácidos siálicos. CMLS Cellular and Molecular Life Sciences , 54 , 1330-1349.

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