5 - Carboidratos- estrutura e propriedades

Prévia do material em texto

Carboidratos 
Bioquímica 
Š Monossacarídeos – açúcares simples com múltiplos grupos 
OH. De acordo com o número de carbonos (3, 4, 5 ou 6), pode 
ser uma triose, tetrose, pentose or hexose. 
Š Dissacarídeos - 2 monossacarídeos ligados covalentemente 
(ligação glicosídica). 
Š Oligossacarídeos - alguns monossacarídeos ligados 
covalentementes. 
Š Polissacarídeos – polímeros de cadeias lineares ou 
ramificadas derivados de muitos monossacarídeos ligados por 
pontes glicosídicas. 
I
 (CH2O)n or H - C - OH
I
Carboidratos (sacarídeos) têm a seguinte 
fórmula básica: 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Monossacarídeos 
Aldoses (ex.: glicose) tem a 
carbonila com função de um 
aldeído.
Cetoses (ex.:, frutose) tem a 
carbonila com função de 
cetona, normalmente no C2. 
Designação D x L 
As designações D & L 
são baseadas nas 
configurações do 
carbono assimétrico do 
gliceraldeído. 
Na parte inferior está a 
representação segundo 
a Projeção de Fischer. 
CHO
C
CH2OH
HO H
CHO
C
CH2OH
H OH
CHO
C
CH2OH
HO H
CHO
C
CH2OH
H OH
L-glyceraldehydeD-glyceraldehyde
L-glyceraldehydeD-glyceraldehyde
 
C HHO
C OHH
C OHH
CH2OH
CH2OH
C O
D-fructose
C
C OHH
C HHO
C OHH
C OHH
CH2OH
D-glucose
OH
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Nomenclatura dos Açúcares 
Para açúcares com mais 
que um centro quiral, D 
ou L referem-se ao C 
assimétrico mais distante 
do grupo aldeído ou 
cetona. 
A maioria dos açúcares 
de ocorrência natural são 
D-isômeros. 
 O H O H 
 C C 
 H – C – OH HO – C – H 
 HO – C – H H – C – OH 
 H – C – OH HO – C – H 
 H – C – OH HO – C – H 
 CH2OH CH2OH 
 D-glucose L-glucose 
D & L açúcares são imagens 
especulares um do outro. 
Eles têm o mesmo nome, ex.: 
D-glicose & L-glicose. 
 
Outros estereoisômeros têm 
nomes únicos. Ex.: glicose, 
mannose, galactose, etc. 
 O H O H 
 C C 
 H – C – OH HO – C – H 
 HO – C – H H – C – OH 
 H – C – OH HO – C – H 
 H – C – OH HO – C – H 
 CH2OH CH2OH 
 D-glucose L-glucose 
O número de estereoisômeros possível é 2n, onde n é o número 
de centros assimétricos. 
 
Aldoses com 6C têm 4 centros assimétricos. Assim há 16 
estereoisômeros (8 D-açúcares e 8 L-açúcares). 
 
 
 
 
 
 
 
Formação de Hemiacetal & Hemicetal 
Um aldeído pode 
reagir com um 
álcool para formar 
um hemiacetal. 
Uma cetona pode 
reagir com um 
álcool para formar 
um hemicetal. 
O C
H
R
OH
O C
R
R'
OHC
R
R'
O
aldehyde alcohol hemiacetal
ketone alcohol hemiketal
C
H
R
O R'R' OH
"R OH "R
+
+
Pentoses e hexoses 
podem ciclizar 
quando o grupo 
aldeído ou cetona 
reagem com a OH 
distal. 
A Glicose forma um 
hemiacetal intra-
molecular quando o 
adeído C1 e a OH C5 
reagem, dando um 
anel de 6 membros 
conhecido como 
A representação do açúcar cíclico é chamada 
projeção de Haworth. 
 
H O
OH
H
OHH
OH
CH2OH
H
OH
H H O
OH
H
OHH
OH
CH2OH
H
H
OH
α-D-glucose β-D-glucose
23
4
5
6
1 1
6
5
4
3 2
H
CHO
C OH
C HHO
C OHH
C OHH
CH2OH
1
5
2
3
4
6
D-glucose 
(linear form) 
 
 
 
 
A Frutose pode formar: 
Š Uma piranose (anel de 6 membros), pela reação do 
grupo cetona de C2 com a OH de C6, ou; 
Š Uma furanose (anel de 5 membros), pela reação do 
grupo cetona de C2 com a OH de C5. 
 CH2OH
C O
C HHO
C OHH
C OHH
CH2OH
HOH2C
OH
CH2OH
H
OH H
H HO
O
1
6
5
4
3
2
6
5
4 3
2
1
D-fructose (linear) α-D-fructofuranose
A ciclização da glicose produz um novo centro assimétrico em C1. 
Os 2 estereoisômeros formados são chamados anômeros, α & β. 
A projeção de Haworth representa os açúcares cíclicos como anéis 
planares com os ligantes projetados acima e abaixo, com a OH 
anomérica em C1: 
Š α (OH abaixo do plano do anel) 
Š β (OH acima do plano do anel). 
H O
OH
H
OHH
OH
CH2OH
H
α-D-glucose
OH
H H O
OH
H
OHH
OH
CH2OH
H
H
OH
β-D-glucose
23
4
5
6
1 1
6
5
4
3 2
 
 
 
 
 
Devido à natureza tetraédrica da ligação carbono, os açúcares 
piranosídicos podem ser representados com a configuração de 
“cadeira" ou “barco", dependendo do açúcar. 
A representação acima reflete a configuração espacial do anel 
glicopiranose com mais realismo que a projeção de Haworth. 
O
H
HO
H
HO
H
OH
OHH
H
OH
O
H
HO
H
HO
H
H
OHH
OH
OH
α-D-glucopyranose β-D-glucopyranose
1
6
5
4
3
2
Derivados de Açúcares 
Š Alditóis – sofrem redução do grupo aldeído ou cetona; ex.: 
ribitol. 
Š Ácidos Aldônicos – o aldeído em C1, ou a OH de C6, é 
oxidado a ácido carboxílico; ex.: ácido glicônico, ácido 
glicurônico. 
 
CH2OH
C
C
C
CH2OH
H OH
H OH
H OH
D-ribitol
 
COOH
C
C
C
C
H OH
HO H
H OH
D-gluconic acid D-glucuronic acid
CH2OH
OHH
CHO
C
C
C
C
H OH
HO H
H OH
COOH
OHH
 
 
 
 
Derivados de Açúcares 
Aminoaçúcares – um grupo amina substitui uma 
hidroxila. Ex.: glicosamina. 
O grupo amina pode ser acetilado, como no caso da N-
acetilglicosamina. 
 
H O
OH
H
OH
H
NH2H
OH
CH2OH
H
α-D-glucosamine
H O
OH
H
OH
H
NH
OH
CH2OH
H
α-D-N-acetylglucosamine
C CH3
O
H
N-acetilneuraminato (ácido N-acetilneuramínico, também 
chamado ácido siálico) é frequentemente encontrado como 
resíduo terminal da cadeia oligossacarídica de 
glicoproteínas. 
O ácido siálico concede uma carga negativa à glicoproteína, 
porque seu grupo carboxila tende a dissociar um próton no 
pH fisiológico. 
 
NH O
H
COO−
OH
H
HOH
H
H
R
CH3C
O
HC
HC
CH2OH
OH
OH
N-acetylneuraminate (sialic acid)
R =
 
 
 
 
 
 
Ligação Glicosídica 
A hidroxila anomérica e a hidroxila de outros açúcares ou 
outros compostos podem reagir, liberando água para formar 
uma ligação glicosídica : 
 R-OH + HO-R' Æ R-O-R' + H2O 
Ex.: metanol reage com a OH anomérica da glicose para 
formar metil glicosídeo (metyl-glicopiranose). 
O
H
HO
H
HO
H
OH
OHH
H
OH
α-D-glucopyranose
O
H
HO
H
HO
H
OCH3
OHH
H
OH
methyl-α-D-glucopyranose
CH3-OH+
methanol
H2O
Celobiose, um produto da quebra da celulose, é o β anômero 
equivalente (C1-O acima do anel). 
A ligação glicosídica β(1→ 4) é representada como um zig-zag, mas 
uma glicose se posiciona rotacionada 180° em relação ao eixo 
principal. 
 
H O
OH
H
OHH
OH
CH2OH
H
O H
OH
H
OHH
OH
CH2OH
H
O
HH
1
23
5
4
6
1
23
4
5
6
maltose 
 
H O
OH
H
OHH
OH
CH 2O H
H
O O H
H
H
O HH
OH
CH2O H
H
H
H
O1
23
4
5
6
1
23
4
5
6
cellobiose 
Dissacarídeos: 
 
Maltose, um produto 
da clivagem do amido, 
é um dissacarídeo com 
uma ligação glicosídica 
α(1→ 4) entre as 
hidroxilas C1 - C4 de 2 
glicoses. 
 
Ela é um α anômero(C1-O abaixo do anel). 
 
 
 
 
 
Outros dissacarídeos incluem: 
Š Sacarose, o açúcar de mesa, tem uma ligação 
glicosídica unindo as OH anoméricas de glicose & 
frutose. 
 Devido à configuração α do carbono anomérico da 
glicose, a ligação é do tipo α(1→2). 
 O nome químico da sacarose é α-D-glicopiranosil-
(1→2)-β-D-frutopiranose. 
Š Lactose, o açúcar do leite, é composto de galactose 
& glicose, com ligação β(1→4) derivada da OH 
anomérica da galactose. Seu nome químico é β-D-
galactopiranosil-(1→ 4)-α-D-glicopyanose 
Polissacarídeos: 
Plantas estocam glicose na forma de amilose ou 
amilopectina, polímeros de glicose chamados 
coletivamente de amido. 
O armazenamento de glicose na forma polimérica 
minimiza o ofeito osmótico 
Amilose é um polímero de glicose com ligações 
α(1→4). Ele adota uma conformação helicoidal. 
A terminação do polissacarídeo com uma OH 
anomérica livre, não envolvida em ligação glicosídica, 
é chamada de ponta redutora. 
 
H O
OH
H
OHH
OH
CH2OH
H
O H
H
OHH
OH
CH2OH
H
O
HH H O
O
H
OHH
OH
CH2OH
H
H H O
H
OHH
OH
CH2OH
H
OH
HH O
O
H
OHH
OH
CH2OH
H
O
H
1
6
5
4
3
1
2
amylose 
 
 
 
 
 
Amilopectina é um polímero de glicose com ligações 
α(1→4) predominantes, mas com ramificações (a cada 24-
30 resíduos) através de ligações α(1→6). 
As ramificações produzem uma estrutura compacta e 
fornece muitas cadeias terminais laterais com pontas não-
redutoras. 
H O
OH
H
OHH
OH
CH2OH
H
O H
H
OHH
OH
CH2OH
H
O
HH H O
O
H
OHH
OH
CH2
H
H H O
H
OHH
OH
CH2OH
H
OH
HH O
O
H
OHH
OH
CH2OH
H
O
H
O
1 4
6
H O
H
OHH
OH
CH2OH
H
H H O
H
OHH
OH
CH2OH
H
H
O
1
OH
3
4
5
2
amylopectin 
Glicogênio, o polímero de reserva de glicose nos animais, é 
similar em estrutura à amilopectina. 
Porém o glicogênio é mais rico em ramificações α(1→6) (a 
cada 8-12 resíduos). 
A estrutura altamente ramificada do glicogênio permite uma 
rápida liberação de glicose por ação das glicosidases que agem 
sobre as pontas não-redutoras. Ex.: no músculo durante 
exercício. 
A abilidade para rápida mobilização de glicose é mais 
importante para os animais que para plantas. 
 
H O
OH
H
OHH
OH
CH2OH
H
O H
H
OHH
OH
CH2OH
H
O
HH H O
O
H
OHH
OH
CH2
H
H H O
H
OHH
OH
CH2OH
H
OH
HH O
O
H
OHH
OH
CH2OH
H
O
H
O
1 4
6
H O
H
OHH
OH
CH2OH
H
H H O
H
OHH
OH
CH2OH
H
H
O
1
OH
3
4
5
2
glycogen 
 
 
 
 
 
cellulose 
H O
OH
H
OHH
OH
CH2OH
H
O
H
OHH
OH
CH2OH
H
O
H H O
O H
OHH
OH
CH2OH
H
H O
H
OHH
OH
CH2OH
H
H
OHH O
O H
OHH
OH
CH2OH
H O
H H H H
1
6
5
4
3
1
2
 
H O
H
H
OHH
OH
COO−
H
H O
OH H
H
NHCOCH3H
CH2OH
H
OO
D-glucuronate
O
1
23
4
5
6
1
23
4
5
6
N-acetyl-D-glucosamine
hyaluronate 
Celulose, o principal constituinte da parede celular de 
vegetais, consiste de uma longa cadeia linear de unidades de 
glicose unidas por ligação β(1→4).(10.000-15.000) 
Cada glicose está rotacionada 180° em relação à sua 
precedente, devidoue às β ligações. Isto promove pontes de 
hidrogênio intra- e inter-cadeias, além de interações de van der 
Waals, que fazem com que as cadeia sejam retas e rígidas, em 
arranjos cristalinos empacotados uns sobre os outros - 
microfibrilas. 
Os animais não possuem enzimas capazes de hidrolizar 
ligações β(1→4). 
Glicosaminoglicanos (mucopolissacarídeos) são 
polímeros lineares de unidades dissacarídica repetidas. 
Os monossacarídeos constituintes tendem a ser 
modificados, com grupos acídicos, amino, sulfato, etc. 
Glicosaminoglicanos tendem a ser negativamente 
carregados, devido a prevalência de grupos acídicos. 
 
 
 
 
 
 
Hialuronato (hialuronana) é uma glicosaminoglicana 
com repetição do dissacarídeo composto por glicuronato e 
N-acetil-glicosamina. (250-25.000 unidades) 
As ligações glicosídicas são do tipo β(1→3) & β(1→4). 
Presente no tecido conjuntivo, humor vítreo e líquido sinovial.
 
H O
H
H
OHH
OH
COO−
H
H O
OH H
H
NHCOCH3H
CH2OH
H
OO
D-glucuronate
O
1
23
4
5
6
1
23
4
5
6
N-acetyl-D-glucosamine
hyaluronate 
Heparina, uma glicosaminoglicana solúvel 
encontrada em grânulos de mastócitos, é 
formada por unidades dissacarídicas repetidas 
onde os monossacarídeos iduronato-2-sulfato 
e N-sulfo-glicosamina-6-sulfato se alternam. 
Quando liberadas no sangue inibem a 
formação de coágulos pela interação com a 
ptn antitrombina. 
Heparina tem um conformação helicoidal 
distendida. 
heparin: (IDS-SGN)5
PDB 1RID 
A repulsão de cargas 
devido ao grande 
número de grupos SO4 
contribui para sua 
conformação. 
 
 
 
 
 
 
Proteoglicanos são glicosaminoglicanos que estão 
covalentemente ligados a resíduos de Serina, Treonina 
(O-ligadas) ou Asparagina (N-ligadas) de proteínas 
centrais. 
A cadeia de glicosaminoglicano é sintetizada por adição 
sequencial de resíduos de açúcar à proteína central. 
heparan sulfate 
glycosaminoglycan 
 
cytosol 
core 
protein 
transmembrane α-helix 
Algumas proteoglicanas da matriz extracelular ligam-se 
não-covalentemente a hialuronato via domínios protéicos 
chamados módulos de ligação. Ex.: 
• Versicana, outro proteoglicano, liga hialuronato na matriz 
extracelular de tecido conectivo frouxo. 
• Múltiplas cópias do proteoglicano aggrecana associa-se a 
hialuronato na cartilagem para formar enormes complexos. 
 
H O
H
H
OHH
OH
COO−
H
H O
OH H
H
NHCOCH3H
CH2OH
H
OO
D-glucuronate
O
1
23
4
5
6
1
23
4
5
6
N-acetyl-D-glucosamine
hyaluronate 
 
 
 
 
 
Em algumas superfícies celulares glicosaminoglicanos 
tipo heparan sulfato ficam ligados à proteínas centrais 
ancoradas na membrana plasmática. 
Proteínas envolvidas na sinalização e adesão a 
superfícies celulares reconhecem e ligam seguimentos de 
cadeias de heparan sulfato com graus particulares de 
sulfatação. 
heparan sulfate 
glycosaminoglycan 
 
cytosol 
core 
protein 
transmembrane α-helix 
Cadeias de oligossacarídeos O-ligados de glicoproteínas variam 
em complexidade. 
Sua associação a proteínas se dá via ligações glicosídicas entre o 
resíduo do açúcar e a OH de uma serina ou treonina da 
proteína. 
Oligossacarídeos O-ligados têm papel nos fenômenos de 
reconhecimento, interação e regulação enzimática. 
 
H O
OH
O
H
HNH
OH
CH2OH
H
C CH3
O
β-D-N-acetylglucosamine
CH2 CH
C
NH
O
H
serine 
residue
Oligossacarídeos 
que estão ligados 
covalentemente a 
proteínas ou lipídeos 
de membrana podem 
ser lineares com seu 
ligante ou formar 
cadeias ramificadas. 
 
 
 
 
 
H O
OH
O
H
HNH
OH
CH2OH
H
C CH3
O
β-D-N-acetylglucosamine
CH2 CH
C
NH
O
H
serine 
residue
N-acetilglicosamina (GlcNAc) é o açúcar O-ligado a resíduos 
de serina e treonina em proteínas mais comumente encontrado. 
Muitas proteínas celulares, incluindo enzimas e fatores de 
trancrição, são regulados por ligações reversíveis com 
GlcNAc. 
Normalmente ligação de GlcNAc a proteínas alternada com 
fosforilação, controlam efeitos regulatórios opostos (estímulo 
ou inibição). 
Oligossacarídeos N-ligados de glicoproteínas 
tendem a ser complexos e ramificados.A primeira 
N-acetilglicosamina é ligada à proteína via N da 
cadeia lateral de uma asparagina. 
 
 
H O
OH
HN
H
H
HNH
OH
CH2OH
H
C CH3
O
C CH2 CH
O HN
C
HN
O
HC
C
HN
HC
R
O
C
R
O
Asn
X
Ser or Thr
N-acetylglucosamine
Initial sugar in N-linked 
glycoprotein oligosaccharide 
 
 
 
 
 
 
 
 
Outros monossacarídeos são adicionados e cadeias de 
oligossacarídeos N-ligados são modificados pela remoção 
e adição de resíduos, para render uma estrutura ramificada 
característica. 
 NAN
Gal
NAG
Man
NAG
Gal
NAN
Man
Man
NAG
Gal
NAN
NAG
NAG
Asn
Fuc
N-linked oligosaccharide
Key:
NAN = N-acetylneuraminate
Gal = galactose
NAG = N-acetylglucosamine
Man = mannose
Fuc = fucose
Muitas proteínas secretadas por células têm cadeias de 
oligossacarídeos N-ligadas. 
Doenças genética tem sido atribuidas a deficiência de 
enzimas particulares envolvidas na sintese ou 
mogificação das cadeias de oligossacarídeos de 
glicoproteínas. 
 
Cadeias de carboidratos de glicoproteínas e glicolipídeos 
de membrana normalmante estão na face esterna das 
células. 
Elas possuem função na interação célula-célula e 
sinalização inter celular, e na formação de uma camada 
protetora na superfície de alguas células. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Lectinas são glicoproteínas que reconhecem e ligam a 
oligossacarídeos específicos. 
Concanavalina A & agglutinina de germem de trigo são 
lectinas vegetais que têm sido útei como ferramentas de 
pesquisa. 
Reconhecimento/ligação de sítios de CHO de glicoproteínas, 
glicolipídeos & proteoglicanos por lectina animal é fator 
responsável por: 
• Reconhecimento célula-célula; 
• Adesão de células a matriz extracelular; 
• Interação de células como quimiocinas e fatores de 
crescimento; 
• Reconhecimento de microrganismos causadores de 
doenças; 
• Iniciação e controle da inflamação. 
Exemplos de lectinas animais: 
 
Lectina ligadora de manana (Mannan-binding lectin - 
MBL) é uma glicoproteína encontrada no plasma sanguíneo. 
Se liga a carboidratos de superfície celular de microrganismos 
causadores de doença & promove fagocitose desses 
organismos como parte da resposta imune. 
 
 
 
 
 
 
 
A migração e adesão de leucocitos no endotélio é, em 
parte, estabelecida através da interação entre selectinas 
dos leucócitos com glicoproteínas endoteliais. 
 
transmembrane 
α-helix 
lectin domain selectin 
cytoskeleton 
binding domain 
cytosol 
outside 
Selectinas são proteínas 
integrais de membrana 
plasmática de células de 
mamíferos com papel na 
ligação e reconhecimento 
célula-célula. 
As selectinas ligam-se a 
glicoproteínas específicas da 
superfície celular. 
Glicolipídeos e lipopolissacarídeos 
Gangliosídeos são glicoesfingolipídeos com cabeças 
polares constituídas de oligossacarídeos complexos com 
uma ou mais das unidades terminais de ácido siálico 
(ácido N-acetilneuramínico). Os grupos sanguíneos 
humunaos (O, A, B) são, em parte, determinados pela 
porção polar dos glicoesfingolipídeos. 
Lipopolissacarídeos: são formados pela ligação covalente 
de oligossacarídeos a cadeia graxas. Encontrados em 
parede de bactérias Gram-negativas (antígenos, 
pirógenos). Possuem ação surfactante. 
Glicoesfingolipídeos: possuem de uma a seis unidades de 
açúcar (glicose, galactose, N-acetil-D-galactosamina).