CARBOIDRATOS

ESTRUTURA E FUNÇÕES

INTRODUÇÃO


Os carboidratos (também chamados sacarídeos, glicídios, oses, hidratos de carbono ou açúcares), são definidos, quimicamente, como poli-hidróxi-cetonas (cetoses) ou poli-hidróxi-aldeídos (aldoses), ou seja, compostos orgânicos com, pelo menos três carbonos onde todos os carbonos possuem uma hidroxila, com exceção de um, que possui a carbonila primária (grupamento aldeídico) ou a carbonila secundária (grupamento cetônico).


Possuem fórmula empírica Cn(H2O)m desde os mais simples (os monossacarídeos, onde n = m) até os maiores (com peso molecular de até milhões de daltons). Alguns carboidratos, entretanto, possuem em sua estrutura nitrogênio, fósforo ou enxofre não se adequando, portanto, à fórmula geral.


A grande informação embutida por detrás desta fórmula geral é a origem fotossintéticos dos carboidratos nos vegetais, podendo-se dizer que os carboidratos contém na intimidade de sua molécula a água, o CO2 e a energia luminosa que foram utilizados em sua síntese. A conversão da energia luminosa em energia química faz com que esses compostos fotossintetizados funcionem como um verdadeiro combustível celular, liberando uma grande quantidade de energia térmica quando quebrada as ligações dos carbonos de suas moléculas, liberando, também, a água e o CO2 que lá se encontravam ligados.


A relação entre a fotossíntese e a função energética dos carboidratos é indiscutível. De fato, a clorofila presente nas células vegetais é a única molécula da natureza que não emite energia em forma de calor após ter tido seus elétrons excitados pela luz: ela utiliza esta energia para unir átomos de carbono do CO2absorvido, "armazenando-a" nas moléculas de glicose sintetizadas neste processo fotossintético.

Os vegetais são auto-suficientes na produção de carboidratos. Os animais precisam alimentar-se de células vegetais (ou de animais herbívoros) para obter glicose e O2 para produzir energia para suas reações metabólicas.


Os animais não são capazes de sintetizar carboidratos a partir de substratos simples não energéticos, precisando obtê-los através da alimentação, produzindo CO2(excretado para a atmosfera), água e energia (utilizados nas reações intracelulares).


Nos animais, há um processo chamado neoglicogênese que corresponde a uma síntese de glicose a partir de percursores não glicídicos. Um outro processo de síntese endógena de glicose se dá através da glicogenólise do glicogênio sintetizado no fígado e músculos (glicogênese). Esses processos, entretanto, só são possíveis a partir de substratos provenientes de um prévio metabolismo glicídico, o que obriga a obtenção de carboidratos pela alimentação, fato que torna os animais dependentes dos vegetais em termos de obtenção de energia.


A energia térmica contida na molécula de glicose é liberada nas mitocôndrias e, por fim, convertida em ligações altamente energéticas de fosfato na molécula deATP (adenosina tri-fosfato) durante o processo de respiração celular (fosforilação oxidativa). As duas primeiras ligações liberam alta energia (± 10 Kcal) quando quebradas, ao contrário da primeira que possui baixa energia de ligação em relação às primeiras (± 6 Kcal). Note que o ATP corresponte, então, a um verdadeiro armazém da energia solar que foi conservada durante todo esse fantástico processo biológico.






FUNÇÕES
ENERGÉTICA: são os principais produtores de energia sob a forma de ATP, cujas ligações ricas em energia (±10 Kcal) são quebradas sempre que as células precisamde energia para as reações bioquímicas. É a principal função dos carboidratos, com todos os seres vivos (com exceção dos vírus) possuindo metabolismo adaptado ao consumo de glicose como substrato energético. Algumas bactérias consumem dissacarídeos (p.ex.: a lactose) na ausência de glicose, porém a maioria dos seres vivos a utiliza como principal fonte energética.
ESTRUTURAL: a parede celular dos vegetais é constituída por um carboidrato polimerizado - a celulose; a carapaça dos insetos contém quitina, um polímero que dá resistência extrema ao exo-esqueleto; as células animais possuem uma série de carboidratos circundando a membrana plasmática que dão especificidade celular, estimulando a permanência agregada das células de um tecido - o glicocálix.
RESERVA ENERGÉTICA: nos vegetais, há o amido, polímero de glicose; nos animais, há o glicogênio, também polímero de glicose porém com uma estrutura mais compacta e ramificada.






CLASSIFICAÇÃO


Os carboidratos mais simples são denominados monossacarídeos, possuindo pelo menos um átomo de carbono assimétrico que caracteriza a região denominada centro quiral, pois fornece isômeros ópticos. Possuem de 3 a 8 carbonos, sendo denominado, respectivamente, trioses, tetroses, pentoses, hexoses, heptoses e octoses.


Os monossacarídeos de ocorrência natural mais comum, como a ribose (5C), glicose (6C), frutose (6C) e manose (6C), existem como hemiacetais de cadeia cíclica (e não na forma linear), quer na formas de furanose (um anel de 5 elementos, menos estável) ou de piranose (um anel de 6 elementos, mais estável).


Esta forma cíclica (hemiacetal), resulta da reação intramolecular entre o grupamento funcional (C1 nas aldoses e C2 nas cetoses) e um dos carbonos hidroxilados do restante da molécula (C4 na furanose e C5 na piranose), ocorrendo nas formas isoméricas a e b (cis ou trans), conforme a posição da hidroxila do C2 em relação à hidroxila do C1. Tais formas são interconvertidas através do fenômeno da mutarrotação.


Os carboidratos formam compostos pela união de duas ou mais moléculas de monossacarídeos, sendo classificados como DISSACARÍDEOS, OLIGOSSACARÍDEOS e POLISSACARÍDEOS. Nesses compostos, quando o carbono C1 apresenta a hidroxila livre (ou seja, não está formando ligação entre os monossacarídeos) o carboidrato apresenta poder redutor quando aquecido. Esta característica é utilizada, freqüentemente, em reações de identificação.






CARBOIDRATOS (resumido)






C: H: O (1: 2: 1)


Classes:


MONOSSACARÍDEOS – poliidroxialdeído ou poliidroxicetona

OLIGOSSACARÍDEOS – dissacarídeos

POLISSACARÍDEOS –

ALDOSES – gliceraldeído

CETOSES – diidroxicetona

ESTRUTURA 2n = nº de estereoisômeros diferentes

n = nº C assimétricos


D – L


+ e -


CETOSES = nome aldose + UL


Epímeros – 2 açúcares diferem na configuração em apenas 1 átomo


ESTRUTURA DE HAWORTH


Anel com 5 ou +C


D GLICOSE – 2 formas cristalinas


Solução aquosa a D GLI – aD20 = +112,2o


A partir de piridina b D GLI - a20D = +18,7o


a e b = isomeros cíclicos formas piranosídicas


a - D-GLICOPIRANOSE


b - D – GLICOPIRANOSE

em água a D20 = 52,7o MUTARROTAÇÃO

MUTARROTAÇÃO transferência da a e b - D GLICOSE em uma mistura aquosa com 1/3 a e 2/3 b

FORMAS - FURANOSÍDICAS


PIRANOSÍDICAS


Ex.: a D GLICOPIRANOSE


a D FRUTOFURANOSE


Açúcares redutores são doadores de elétrons (reduzem os agentes oxidantes). Grupo aldeídico livre ou potenc. Livre – se oxidam em meios alcalinos.


Ex.: Análise de açúcares – diabetes

Testes gerais para açúcares:


1. Teste Fehling – açúcares redutores – solução cupro alcalinas vermelho


2. Teste Benedict glicose azul


3. Reação Molish geral anel púrpuro


4. Reação Bral pentoses azu


5. Reação Tollens pentoses rosa


6. Reação Seliwanoff frutose vermelho


Ligação glicosídica – dissacarídeos

Maltose 2 GLI (a 1 - 4) Redutor – MALTASE


Celobiose 2 GLI B1 – 4


LACTOSE D GAL + DGLI Redutor – LACTASE (mucosa intestinal)


ADULTOS – intolerância à lactose – deficiência de prod. de lactose


Diarréia, dores abdominais


GALACTOSEMIA deficência UDP-G – 1 fosfato uridil transferase


Impede transformação da GAL GLI ACÚMULO CATARATA - Retardamento


SACAROSE – GLI – FRU Não redutor Enzima àINVERTASE


a 1-4 b intestino delgado e leveduras

E.U.A xarope de milho


GLICOSE FRUTOSE (2,5 X + doce que glicose)


GLICOSE


ISOMERASE

Forma de transporte de açúcar pelas plantas

POLISSACARÍDEOS

AMIDO (Glisose a 1, 4)

a-AMILOSE

AMILOPECTINA

DEXTRINA LIMITE - a-AMILASE (Enzima que atua na ramificação -> a 1-6 Glicosidase)

GLICOGÊNIO (Glisose a 1, 4)

+ RAMIFIC. a 1,6 RAMIFIC

7% peso fígado

hidrolisado pela fosforilase do glicogênio

GLICOGÊNIO GLI-1-P

b amilase a -1 4 alternadas MALTOSE

- CELULOSE + abundante


Homopolissacarídeo não ramificado + 10.000 GLI (ligações b - 1,4 glicosídica)


CELULASES - b 1 4

BOI 15% 4 estômagos


RUMEN microrganismo CELULASE

CELULASE D-GLICOSE Ácidos graxos + CO2 + CH4

Microrganismos nos outros 2 estômagos digeridos aminoácidos, açúcares etc.

QUITINA carapaça artrópodos N acetil-glicosamina

(lig - b) + CaCO3

Parede celular N-acetil D glicosamina

BACTÉRIAS Ácido N-acetil muranico (9 C)

(mureina ou peptido- unidos entre si por lig. b 1, 4

glicanas) cadeia lateral tetrapeptídica

A estrutura global é denominada mureina ou peptidoglicana

Penicilina inibe síntese dos passos finais enzimáticos da peptidoglicana

GLICOPROTEÍNAS – moléculas híbridas

Proteínas + 1 a 30% massa da molécula

A maioria das proteínas extracelulares são glicoproteínas

Ex.: glicoproteína anticongelante – peixes – diminui o ponto de congelamento da água – inibem a formação dos cristais
Superfície células animais GLICOCÁLICE glicoproteínas


Ex.: glicoforina membrana celular dos eritrócitos – 50% de carboidratos

Fibronectina pronome a adesão das células entre si

MUCOPOLISSACARÍDEOS – predominam + 95% de carboidratos

MUCOPOLISSACARÍDEOS ÁCIDOS = GLICOSAMINOGLICANAS


Unidades repetitivas de dissacarídeo D GLICOSAMINA e D GALACTOSAMINA

AC. HIALURÔNICO mucopolissacarídeo ácido presente na substância fundamental de tecidos animais forma soluções gelatinosas.

HIALURONIDASE secretado por bactérias patogênicas e espermatozóide

Degrada ligação glicosídica de ácido hialiurônico

CONDROITINA comp. Polissacarídeo das cartilagens

HEPARINA anticoagulante secretada pelo revestimento dos vasos sanguíneos – n-acetil-glicosamina + D-IDURONATO

QUITINA























Brenda Queiroz Mendes






Fonte:


http://docentes.esalq.usp.br/luagallo/carboidratos.html