Estrutura 3D da celulose.

Polissacarídeo é qualquer de uma classe de carboidratos relativamente complexos, de alto peso molecular, consistindo em cadeias longas de muitos monossacarídeos unidos por ligações glicosídicas. Estas macromoléculas muito grandes, frequentemente ramificadas, são geralmente consideradas como tendo mais de dez resíduos de monossacarídeos e muitas vezes existem centenas de monossacarídeos ligados entre si. A sua fórmula geral é Cn(H2O)m com n normalmente entre 200 e 2500. Polissacarídeos bem conhecidos incluem polissacarídeos de armazenamento como amido e glicogênio e polissacarídeos estruturais como celulose e quitina.

Polissacarídeos são essencialmente polímeros nos quais os monossacarídeos são unidos por ligações glicosídicas à medida que a água é removida. Na hidrólise, os polissacarídeos são decompostos em monossacarídeos como glicose, ribose e frutose. Quando todos os monossacarídeos de um polissacarídeo são do mesmo tipo, como a glicose, o polissacarídeo é chamado de homopolissacarídeo, mas quando mais de um tipo de monossacarídeo está presente eles são chamados de heteropolissacarídeos.

Polissacarídeos desempenham uma grande variedade de papéis importantes na natureza. A capacidade do amido e do glicogênio de serem decompostos em açúcares simples permite que eles sirvam como importantes formas de armazenamento de glicose em plantas e animais, respectivamente, e a estabilidade das ligações na celulose e a força das ligações na quitina fazem deles excelentes componentes estruturais de plantas e artrópodes, respectivamente. A inulina é utilizada por algumas plantas como meio de armazenamento de energia.

Overview

Polissacarídeos são uma das quatro classes de carboidratos, que por sua vez são moléculas biológicas que contêm principalmente átomos de carbono (C) ladeados por átomos de hidrogênio (H) e grupos hidroxila (OH) (H-C-OH). Os carboidratos mais simples são monossacarídeos, que são monômeros – como os açúcares simples glicose, ribose, e – sobre os quais os carboidratos maiores são construídos. Quando existem dois monossacarídeos ligados entre si por ligações covalentes, são conhecidos como dissacarídeos. Os oligossacarídeos são compostos por mais de 3 e geralmente dez (ou talvez 20) monossacarídeos. Os polissacarídeos são cadeias ainda maiores de monossacarídeos. Assim, alguns carboidratos são pequenos com pesos moleculares inferiores a cem, enquanto outros são verdadeiras macromoléculas com pesos moleculares em centenas de milhares.

Num monossacarídeo, as proporções relativas de carbono, hidrogénio e oxigénio são 1:2:1, e assim a fórmula é C(H2O). Em dissacarídeos, oligossacarídeos e polissacarídeos, as proporções molares divergem ligeiramente da fórmula geral porque dois hidrogênios e um oxigênio são perdidos durante cada uma das reações de condensação que os forma. Estes carboidratos têm a fórmula mais geral Cn(H2O)m. Tipicamente, nos polissacarídeos o n é um grande número entre 200 e 2500. Considerando que as unidades repetidas na espinha dorsal do polímero são frequentemente monossacarídeos de seis carbonos, a fórmula geral também pode ser representada como (C6H10O5)n onde n={40…3000}.

Polissacarídeos são polímeros. Um polímero é uma molécula grande (macromolécula) composta por unidades estruturais repetidas, normalmente ligadas por ligações químicas covalentes. No caso dos polissacarídeos, a ligação química é uma ligação glicosídica. Essencialmente, dissacarídeos, oligossacarídeos e polissacarídeos são formados por uma reação de condensação na qual, ao combinar as unidades monossacarídeo, há uma perda de hidrogênio (H) de uma molécula e um grupo hidroxila (OH) da outra e uma ligação glicosídica formada.

Quando as moléculas de glucose formam uma ligação glicosídica, a ligação será de dois tipos, α ou β, dependendo se a molécula que liga o seu carbono 1 é uma α-glucose ou β-glucose. Na configuração alfa, o átomo de oxigênio está localizado abaixo do plano do anel de açúcar. Estas diferentes ligações formam compostos com características diferentes. O amido é um polissacarídeo de glicose com ligações glicosídicas α-1,4 (no qual o carbono-1 de uma molécula de açúcar está ligado ao carbono-4 da molécula adjacente). O glicogênio é um polissacarídeo de glicose altamente ramificado com ligações glicosídicas do α. A celulose é um polissacarídeo não ramificado de glicose com β-1,4 ligações glicosídicas que são quimicamente muito estáveis. (A

Polissacarídeos são macromoléculas muito grandes, muitas vezes ramificadas. Eles tendem a ser amorfos, insolúveis em água, e não têm sabor doce (Campbell et al. 2006).

Polissacarídeos de armazenamento

Arquivos

Arquivos são polímeros de glucose nos quais as unidades de glucopiranose estão ligadas por ligações alfa. É constituído por uma mistura de amilose (15-20 por cento) e amilopectina (80-85 por cento). Tanto a amilose quanto a amilopectina são polímeros de glicose ligados principalmente por ligações α(1→4). A amilose consiste de uma cadeia linear de várias centenas de moléculas de glucose e a amilopectina é uma molécula altamente ramificada feita de vários milhares de unidades de glucose com ramificações que se ligam a α(1→6) a cada 24 a 30 unidades de glucose. A percentagem de amilopectina e amilopectina varia dependendo da fonte; por exemplo, a percentagem de amilopectina é maior no arroz de grãos médios e nas batatas cerosas, mas menor no arroz de grãos longos e nas batatas avermelhadas.

A formação de amidos é a forma como as plantas armazenam a glicose. Os amidos são insolúveis em água. Eles podem ser digeridos por hidrólise, catalisados por enzimas chamadas amilases, que podem quebrar as ligações alfa (ligações glicosídicas). Os seres humanos e outros animais possuem amilases, por isso podem digerir os amidos. Batata, arroz, trigo e milho são as principais fontes de amido na dieta humana.

glicogênio

glicogênio é a principal forma de armazenamento de glicose em células animais. O glicogênio é um polímero altamente ramificado de cerca de 30.000 resíduos de glicose e um peso molecular entre 106 e 107 daltons. A maioria dos resíduos de glicose é ligada por ligações glicosídicas α-1,4. Aproximadamente um em cada dez resíduos de glicose também forma uma ligação glicosídica α-1,6 com uma glicose adjacente, o que resulta na criação de um ramo. O glicogênio tem apenas uma ponta redutora e um grande número de pontas não redutoras com um grupo hidroxila livre no carbono-4. Os ramos aumentam a solubilidade do glicogênio

Polissacarídeos estruturais

Celulose

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O componente estrutural das plantas é formado principalmente a partir da celulose. A celulose é, de longe, o composto orgânico (contendo carbono) mais abundante na Terra. A madeira é em grande parte celulose e lignina, enquanto que o papel e o algodão são quase celulose pura. A celulose é um polímero feito com unidades de glucose repetidas ligadas entre si por ligações beta. Devido à estabilidade das suas ligações glicosídicas β, a celulose é um excelente material estrutural que pode resistir a condições ambientais adversas. Os seres humanos e muitos outros animais não possuem uma enzima para quebrar os beta-linkages, por isso não digerem a celulose. Certos animais podem digerir celulose, porque as bactérias que possuem a enzima estão presentes no seu intestino. O exemplo clássico é o cupim.

Chitina

Chitina é um polissacarídeo duro e semitransparente que serve como principal componente dos exosqueletos de artrópodes (como crustáceos e muitos insetos) e das paredes celulares de alguns fungos, entre outros lugares. A quitina é construída a partir de unidades de N-acetilglucosamina. Estes estão ligados entre si no site β-1,4 de forma semelhante às unidades de glicose que formam a celulose. Na verdade, a quitina pode ser descrita como celulose com um grupo hidroxila em cada monômero substituído por um grupo acetilamina. Isto permite uma maior ligação de hidrogênio entre polímeros adjacentes, dando ao polímero maior resistência.

Polissacarídeos ácidos

Polissacarídeos ácidos são polissacarídeos que contêm grupos carboxilo, grupos fosfato e/ou grupos éster sulfúrico.

Polissacarídeos bacterianos

Polissacarídeos bacterianos representam uma gama diversificada de macromoléculas que incluem peptidoglicano, lipopolissacarídeos, cápsulas e exopolissacarídeos; compostos cujas funções variam de componentes estruturais da parede celular (como peptidoglicano), e importantes fatores de virulência (por exemplo, Poli-N-acetilglucosamina em S. aureus), para permitir a sobrevivência da bactéria em ambientes agressivos (por exemplo, Pseudomonas aeruginosa no pulmão humano). A biossíntese de polissacarídeos é um processo fortemente regulado e energeticamente intensivo e a compreensão da subtil interacção entre a regulação e a conservação de energia, a modificação e síntese de polímeros e as funções ecológicas externas é uma enorme área de investigação. Os benefícios potenciais são enormes e devem permitir, por exemplo, o desenvolvimento de novas estratégias antibacterianas (como novos antibióticos e s) e a exploração comercial para desenvolver novas aplicações (Ullrich 2009; Rehm 2009).

Polisacáridos em cápsulas bacterianas

Bactérias patogénicas normalmente produzem uma camada espessa, semelhante à mucosa, de polissacáridos. Esta “cápsula” reveste proteínas antigénicas na superfície bacteriana que de outra forma provocariam uma resposta imunitária e, portanto, levariam à destruição da bactéria. Os polissacarídeos capsulares são solúveis em água, geralmente ácidos, e têm pesos moleculares da ordem de 100 a 1000 kDa. São lineares e consistem na repetição regular de subunidades de um a cerca de seis monossacarídeos. Há uma enorme diversidade estrutural; quase duzentos polissacarídeos diferentes são produzidos apenas por E. coli. Misturas de polissacarídeos capsulares, conjugados ou nativos, são usadas como vacinas.

Bactérias e muitos outros micróbios, incluindo fungos e algas, muitas vezes secretam os polissacarídeos como uma adaptação evolutiva para ajudá-los a aderir às superfícies e para evitar que sequem. Os humanos desenvolveram alguns destes polissacarídeos em produtos úteis, incluindo goma xantana, dextrano, goma gelana e pullulan.

Os polissacarídeos de superfície celular desempenham diversos papéis na ecologia e fisiologia bacteriana. Eles servem como uma barreira entre a parede celular e o ambiente, intermediam as interações hospedeiro-patógeno, e formam componentes estruturais dos biofilmes. Estes polissacarídeos são sintetizados a partir de precursores ativados por nucleotídeos (chamados açúcares nucleotídeos) e, na maioria dos casos, todas as enzimas necessárias para a biossíntese, montagem e transporte do polímero completo são codificadas por genes organizados em clusters dedicados dentro do genoma do organismo. O lipopolissacarídeo é um dos mais importantes polissacarídeos de superfície celular, pois desempenha um papel estrutural fundamental na integridade da membrana externa, além de ser um importante mediador das interações hospedeiro-patógeno.

As enzimas que fazem os antígenos O da banda A (homopolimérico) e B (heteropolimérico) foram identificadas e as vias metabólicas definidas (Guo et al. 2008). O alginato exopolissacarídeo é um copolímero linear de β-1,4-linked D-manuronic acid and L-guluronic acid residues, e é responsável pelo fenótipo mucóide da doença de fibrose cística em estágio tardio. A pel e psl loci são dois clusters de genes recentemente descobertos que também codificam exopolissacarídeos considerados importantes para a formação de biofilme. Rhamnolipid é um biosurfactante cuja produção é fortemente regulada a nível transcripcional, mas o papel preciso que desempenha na doença não é bem compreendido no momento. A glicosilação proteica, particularmente de pilina e flagelina, é um foco recente de pesquisa por vários grupos e demonstrou ser importante para a adesão e invasão durante a infecção bacteriana (Cornelis 2008).

• Campbell, N. A., B. Williamson, e R. J. Heyden. 2006. Biologia: Explorando a Vida. Boston, MA: Pearson Prentice Hall. ISBN 0132508826.
• Cornelis, P. 2008. Pseudomonas: Genomics and Molecular Biology, 1ª edição. Caister Academic Press. ISBN 9781904455196.
• Guo, H., W. Yi, J. K. Song, e P. G. Wang. 2008. Entendimento atual sobre biossíntese de polissacarídeos microbianos. Curr Top Med Chem 8(2): 141-51. PMID 18289083. Recuperado em 2 de fevereiro de 2009.
• Rehm, B. H. A. (ed.). 2009. Produção Microbiana de Biopolímeros e Precursores de Polímeros: Aplicações e Perspectivas. Caister Academic Press. ISBN 9781904455363.
• Sutherland, I. W. 2002. Polissacarídeos de microorganismos, plantas e animais. Páginas 1-19 em E. J. Vandamme, Biopolímeros, Volume 5, Polissacarídeos I: Polissacarídeos de Prokaryotes. Weiheim: Wiley VCH. ISBN 9783527302260.
• Ullrich, M. 2009. Polissacarídeos Bacterianos: Inovações Actuais e Tendências Futuras. Caister Academic Press. ISBN 9781904455455.