La glucómica es el estudio integral de los glicocomas [1] (el complemento completo de azúcares , ya sean libres o presentes en moléculas más complejas de un organismo ), incluidos aspectos genéticos, fisiológicos, patológicos y otros. [2] [3] La glucómica "es el estudio sistemático de todas las estructuras de glucanos de un tipo de célula u organismo determinado" y es un subconjunto de la glicobiología . [4] El término glucómica se deriva del prefijo químico para dulzor o azúcar, "gluco-", y se formó para seguir la convención de nomenclatura ómica establecida por la genómica (que se ocupa de los genes ) y la proteómica (que se ocupa de las proteínas ).
Esta área de investigación tiene que abordar un nivel inherente de complejidad que no se ve en otras áreas de la biología aplicada. [5] 68 bloques de construcción (moléculas de ADN, ARN y proteínas; categorías de lípidos; tipos de enlaces de azúcar para sacáridos) proporcionan la base estructural para la coreografía molecular que constituye toda la vida de una célula. El ADN y el ARN tienen cuatro bloques de construcción cada uno (los nucleósidos o nucleótidos ). Los lípidos se dividen en ocho categorías basadas en cetoacilo e isopreno . Las proteínas tienen 20 (los aminoácidos ). Los sacáridos tienen 32 tipos de enlaces de azúcar. [6] Si bien estos bloques de construcción solo pueden unirse linealmente para proteínas y genes, pueden organizarse en una matriz ramificada para los sacáridos, lo que aumenta aún más el grado de complejidad.
Agregue a esto la complejidad de las numerosas proteínas involucradas, no solo como transportadoras de carbohidratos, las glicoproteínas , sino proteínas específicamente involucradas en la unión y reacción con los carbohidratos:
Para responder a esta pregunta es necesario conocer las diferentes e importantes funciones de los glicanos. Las siguientes son algunas de esas funciones:
Existen importantes aplicaciones médicas de aspectos de la glucómica:
La glicómica es particularmente importante en microbiología porque los glicanos desempeñan diversas funciones en la fisiología bacteriana. [7] La investigación en glucómica bacteriana podría conducir al desarrollo de:
Los siguientes son ejemplos de las técnicas comúnmente utilizadas en el análisis de glucanos [4] [5]
Los métodos más comúnmente aplicados son MS y HPLC , en los que la parte de glicano se escinde enzimática o químicamente del objetivo y se somete a análisis. [8] En el caso de los glicolípidos, se pueden analizar directamente sin separación del componente lipídico.
Los N- glicanos de las glicoproteínas se analizan de forma rutinaria mediante cromatografía líquida de alto rendimiento (fase reversa, fase normal y HPLC de intercambio iónico) después de marcar el extremo reductor de los azúcares con un compuesto fluorescente (marcaje reductor). [9] En los últimos años se ha introducido una gran variedad de etiquetas diferentes, donde 2-aminobenzamida (AB), ácido antranílico (AA), 2-aminopiridina (PA), 2-aminoacridona (AMAC) y 3-(acetilamino)- La 6-aminoacridina (AA-Ac) son sólo algunos de ellos. [10]
Los O- glicanos generalmente se analizan sin etiquetas, debido a las condiciones de liberación química que impiden su etiquetado. [11]
Los glicanos fraccionados de instrumentos de cromatografía líquida de alto rendimiento (HPLC) se pueden analizar más a fondo mediante MALDI -TOF-MS(MS) para obtener más información sobre la estructura y la pureza. A veces, los grupos de glucanos se analizan directamente mediante espectrometría de masas sin prefraccionamiento, aunque la discriminación entre estructuras de glucanos isobáricos es más desafiante o incluso no siempre es posible. De todos modos, el análisis directo MALDI -TOF-MS puede conducir a una ilustración rápida y sencilla del conjunto de glucanos. [12]
En los últimos años, la cromatografía líquida de alta resolución en línea acoplada a la espectrometría de masas se ha vuelto muy popular. Al elegir carbono grafítico poroso como fase estacionaria para la cromatografía líquida, se pueden analizar incluso glicanos no derivatizados. La ionización por electropulverización ( ESI ) se utiliza con frecuencia para esta aplicación. [13] [14] [15]
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 glicanos. MRM se realiza en un instrumento de triple cuadrupolo (QqQ), que está configurado para detectar un ion precursor predeterminado en el primer cuadrupolo, un ion fragmentado en el cuadrupolo de colisión y un ion fragmentado 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 ciclos de trabajo. Esta técnica se está utilizando para caracterizar el glucoma inmunológico. [16] [17] [18]
Tabla 1 : Ventajas y desventajas de la espectrometría de masas en el análisis de glicanos
Las matrices de lectinas y anticuerpos proporcionan una detección de alto rendimiento de muchas muestras que contienen glicanos. Este método utiliza lectinas naturales o anticuerpos monoclonales artificiales , donde ambos se inmovilizan en un chip determinado y se incuban con una muestra de glicoproteína fluorescente.
Las matrices de glicanos, como la que ofrecen el Consortium for Functional Glycomics y Z Biotech LLC, contienen compuestos de carbohidratos que pueden detectarse con lectinas o anticuerpos para definir la especificidad de los carbohidratos e identificar ligandos.
El etiquetado metabólico de los glicanos se puede utilizar como una forma de detectar estructuras de glicanos. Una estrategia bien conocida implica el uso de azúcares marcados con azida que pueden hacerse reaccionar usando la ligadura de Staudinger . Este método se ha utilizado para obtener imágenes de glicanos in vitro e in vivo.
La cristalografía de rayos X y la espectroscopia de resonancia magnética nuclear (RMN) para el análisis estructural completo de glicanos complejos es un campo difícil y complejo. Sin embargo, la estructura del sitio de unión de numerosas lectinas , enzimas y otras proteínas de unión a carbohidratos ha revelado una amplia variedad de bases estructurales para la función del glicoma. La pureza de las muestras de prueba se ha obtenido mediante cromatografía ( cromatografía de afinidad , etc.) y electroforesis analítica ( PAGE (electroforesis de poliacrilamida) , electroforesis capilar , electroforesis de afinidad , etc.).
Hay varios programas y bases de datos en línea disponibles para la investigación de la glucemia. Esto incluye:
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