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CARBOIDRATOS Prof. Dr. Alexandre Maller Tópicos: Carboidratos e Glicoconjugados • Monossacarídeos e Dissacarídeos • Polissacarídeos • Glicoconjugados • Proteoglicanos • Glicoproteínas • Glicolipídios • Carboidratos como moléculas informa;vas CARBOIDRATOS • São as biomoléculas mais abundantes na Terra • Amido e açúcar: base energé;ca na maior parte do mundo a oxidação dos carboidratos é a principal via metabólica fornecedora de energia dos organismos não-‐fotossinté;cos CARBO IDRATO S CARBOIDRATOS • São poliidroxialdeídos ou poliidrocetonas ou substâncias que liberam estes compostos por hidrólise. CARBO IDRATO S gliceraldeído • Sacarídeo do grego sakkharon, açúcar • fórmula empírica (CH2O)n, exceções; alguns com N, S ou P • poliihidroxialdeídos ou poliidroxiacetonas (e seus derivados) Carboidratos diidroxiacetona -‐ fórmula empírica: (CH2O)n * alguns também contém N, P ou S. Funções: • Elementos estruturais e de proteção nas paredes celulares bacterianas e vegetais, e nos tecidos conjun;vos de animais; • Lubrificantes das ar;culações esquelé;cas; • Par;cipam do reconhecimento e coesão entre as células; • Glicoproteínas e glicolipídeos: agem como sinais que determinam a localização intracelular ou o des;no metabólico destes glicoconjugados. CARBO IDRATO S Três classes de Carboidratos: CARBO IDRATO S 1. monossacarídeos: -‐ consistem de uma única unidade de poliidroxialdeído ou cetona; Ex. Glicose ou frutose 2. oligossacarídeos: -‐ são compostos por cadeias curtas de unidades monossacarídicas, unidas por ligações glicosídicas; Ex. Sacarose (glicose+frutose) 3. polissacarídeos: -‐ são polímeros que contém mais de 20 unidades monossacarídicas; Ex. Celulose (cadeias lineares) e Glicogênio (cadeias ramificadas) Tópicos: Carboidratos e Glicoconjugados • Monossacarídeos e Dissacarídeos • Polissacarídeos • Glicoconjugados • Proteoglicanos • Glicoproteínas • Glicolipídios • Carboidratos como moléculas informa;vas Monossacarídeos • São os carboidratos mais simples • São aldeídos ou cetonas contendo um ou mais grupos hidroxila na molécula • Ex. Glicose e frutose (5 grupos OH) • São compostos incolores, sólidos cristalinos, naturalmente solúveis em água, porém insolúveis nos solventes apolares • Sabor doce (maioria) M O N O SSACARÍDEO S • Sacarídeo do grego sakkharon, açúcar • fórmula empírica (CH2O)n, exceções; alguns com N, S ou P • poliihidroxialdeídos ou poliidroxiacetonas (e seus derivados) Carboidratos -‐ São cons;tuídos por uma cadeia carbônica não-‐ramificada, com os átomos de C unidos entre si por ligações covalentes simples; -‐ Na cadeia aberta: um dos átomos de carbono é unido por uma ligação dupla e um átomo de oxigênio para formar o grupo carbonila; cada um dos outros átomos de C tem um grupo OH; -‐ Grupo carbonila na extremidade è aldose -‐ Grupo carbonila em outra posição è cetose M O N O SSACARÍDEO S gliceraldeído (aldotriose) diidroxiacetona (cetotriose) Classi:icação: -‐ tetroses: 4 átomos de C -‐ pentoses: 5 átomos de C -‐ hexoses: 6 átomos de C -‐ heptoses: 7 átomos de C * Existem aldoses e cetoses correspondentes a cada um deles. M O N O SSACARÍDEO S Carbono Assimétrico -‐ Todos os monossacarídeos contém um ou mais átomos de C assimétricos (quiral) e, assim ocorrem em formas isoméricas op;camente a;vas. -‐ * exceto a diidroxiacetona -‐ Uma molécula com n centros quirais = 2n estereoisômeros Estrutura Estereoquímica das D-‐aldoses MO N O SSACARÍDEO S aldeído Aldoexoses com 4 centros quirais = 24 = 16 estereoisômeros (8 D-‐isômeros e 8 L-‐isômeros) Estrutura Estereoquímica das D-‐cetoses Cetoexoses com 3 centros quirais: 23 = 8 estereoisômeros (4 D-‐isômeros e 4 L-‐isômeros) cetona D-‐manose (epímero em C-‐2) D-‐glicose D-‐galactose (epímero em C-‐4) Epímeros: • Quando 2 açúcares diferem na configuração ao redor de um único átomo de C. • Os átomos de C de um açúcar são numerados começando-‐se pela extremidade da cadeia mais próxima do grupo carbonila. M O N O SSACARÍDEO S Formação das estruturas cíclicas α e β • Aldoses e monossacarídeos (5 ou + C): à estruturas cíclicas (anel) em soluções aquosas. • Resultado da reação geral entre aldeídos ou cetonas e álcoois formando derivados hemiacetais ou hemicetais Formação das estruturas cíclicas α e β -‐ Piranose: -‐ Anéis 6 átomos; -‐ Furanose: -‐ Anéis 5 átomos; -‐ Anômeros -‐ formas isoméricas que diferem na configuração do C hemiacetal ou hemicetal -‐ Mutarrotação: -‐ interconversão das duas formas; M O N O SSACARÍDEO S • Usadas para mostrar a estereoquímica das formas em anel dos monossacarídeos • Porém, o anel piranosídico com 6 átomos não é plano, mas tende a assumir uma das duas conformações em “cadeira” Fórmula em Perspec;vas de Haworth DiSSACARÍDEO S Agentes Redutores • Carbono carbonil à oxidado a um grupocarboxil • Oxidado por agentes oxidantes (p. ex. íon cúprico) • Reação de Fehling -‐à teste qualita;vo para presença de açúcar redutor à es;ma;va da concentração de açúcar Derivados de Hexoses MO N O SSACARÍDEO S DiSSACARÍDEO S Dissacarídeos • 2 monossacarídeos unidos por ligação O-‐glicosídica • -‐OH de um açúcar + C anomérico de outro Regras para Nomear Dissacarídeos: Inicia a par;r do terminal não-‐redutor (à esquerda): 1-‐ Escreve a configuração (α ou β) que reúne a primeira unidade do monossacarídeo à segunda unidade; 2-‐ Escreve o nome da unidade da extremidade não-‐redutora + furano ou pirano para dis;nguir as estruturas dos anéis; 3-‐ indica, entre parênteses, os dois átomos de C reunidos pela ligação glicosídica, com uma seta conectando-‐os; 4-‐ Escreve o nome da segunda unidade. DiSSACARÍDEO S DiSSACARÍDEO S Para os polissacarídeos complexos são empregadas abreviações de 3 letras para cada monossacarídeos. Tópicos: Carboidratos e Glicoconjugados • Monossacarídeos e Dissacarídeos • Polissacarídeos • Glicoconjugados • Proteoglicanos • Glicoproteínas • Glicolipídios • Carboidratos como moléculas informa;vas Polímeros de média a alta massa molecular, cons;tuídos por centenas ou milhares de resíduos monossacarídeos. Diferem entre si: -‐ na composição das suas unidades monossacarídicas repe;;vas; -‐ nos ;pos de ligação que as unem; -‐ no comprimento das suas cadeias; -‐ no grau de ramificação das cadeias. PO LISSACARÍDEO S Polissacarídeos a. Homopolissacarídeos: apenas um ;po de monômero Ex. amido e glicogênio (armazenagem de energia) celulose (estrutural, parede celular vegetais) qui;na (estrutural, exoesqueleto de animais) b. Heteropolissacarídeo: dois ou mais ;pos de monômeros diferentes Ex. Pep;deoglicano (estrutural, parede bactérias) Po lis sa ca ríd io s Po lím er os co ns tit uíd os po r c en te na s o u m ilh ar es de re síd uo s d e m on os sa ca ríd ios a. Ho m op oli ss ac ar ídi o: ap en as um ti po de m on ôm er o b. H et er op oli ss ac ar ídi o: do is ou m ais ti po s d e m on ôm er os dif er en te s Po lis sa ca ríd io s Po lím er os co ns tit uíd os po r c en te na s o u m ilh ar es de re síd uo s d e m on os sa ca ríd ios a. Ho m op oli ss ac ar ídi o: ap en as um ti po de m on ôm er o b. H et er op oli ss ac ar ídi o: do is ou m ais ti po s d e m on ôm er os dif er en te s Polissacarídeos POLISSACARÍDEO S (Homo) Polissacarídeos de Reserva • Amido (células vegetais) • Amilose – linear (αà1,4) • Amilopec;na – ramificada cada 24-‐30 unidades (αà1,4 e αà1,6) • Glicogênio (células animais) ≈ amilopec;na (ramificada cada 8-‐12 unidades) PO LISSACARÍDEO S (Homo)Polissacarídeos Estruturais Celulose (parede celular de vegetais) glicose PO LISSACARÍDEO S Celulose • Homopolissacarídeo linear, não ramificado de 10.000 a 15.000 unidades de glicose à ligações (β1à4) • fibrosa, resistente e insolúvel em água • troncos, galhos e todas as partes lenhosas da planta • Cons;tui a maior parte da madeira • A celulose não pode ser hidrolisada pela maioria dos animais, pq faltam-‐lhes uma enzima que hidrolisa ligações (β1à4) (Homo)Polissacarídeos Estruturais POLISSACARÍDEO S QUITINA • Homopolissacarídeo linear • N-‐ace;l-‐D-‐glicosamina • Ligações (β1à4) • Não é digerível por animais vertebrados. • Componente do exoesqueleto de artrópodes: insetos, lagostas, carangueijos. • Depois da celulose é o polissacarídeo mais abundante na natureza. • Pep;deoglicano • Heteropolímero: • N-‐ace;lglucosamina • ácido N-‐ace;lmurâmico • Ligações (β1à4) • Rigidez • Resistência • Envolve toda a célula bacteriana: • Impede o inchaço e lise celular (Hetero)Polissacarídeos Estruturais (Hetero)Polissacarídeos da Matriz Extracelular • Matriz Extracelular: • Rede entrelaçada de polissacarídeos e proteínas fibrosas • Mantém células unidas-‐> meio poroso para difusão de nutrientes e oxigênio • Glicosaminoglicanos: • Polímeros lineares • Composto-‐> unidades dissacarídeo repe;das • N-‐ace;lgalactosamina ou N-‐ace;lglicosamina + ácido urônico • Diferentes ;pos de ligações (β1à3; β1à4; α1à4) • Exclusivo para animais e bactérias • Ex: ácido hialurônicoà car;lagens, tendões e espermatozóide PO LISSACARÍDEO S Tópicos: Carboidratos e Glicoconjugados • Monossacarídeos e Dissacarídeos • Polissacarídeos • Glicoconjugados • Proteoglicanos • Glicoproteínas • Glicolipídios • Carboidratos como moléculas informa;vas Gliconjugados: Proteoglicanos, Glicoproteínas e Glicolipídeos • Carboidrato ligado covalentemente à proteína ou lipídeo Funções: -‐ Poli ou oligossacarídeos transportadores de informação -‐ Comunicação entre células -‐ Sinalizam proteínas para o transporte e a localização em organelas específicas ou degradação -‐ Ponto de reconhecimento para moléculas de sinalização extracelular (p. Ex. fatores de crescimento) ou parasitas (bact. e vírus) -‐ Reconhecimento e adesão célula-‐célula,migração celular durante o desenvolvimento, coagulação do sangue, resposta imunológica e cicatrização de lesões. GLICO CO N JU GADO S Proteoglicanos: • macromoléculas presentes na supertcie das células ou da matriz extracelular • Possuem cerne proteico com um ou + glicosaminoglicanos ligados (resíduo Ser) • Agem como organizadoras de tecidos à a;vação de fatores de crescimento e a adesão Glicoproteínas: Conjugados carboidrato-‐proteína • Glicanos são menores, ramificados e mais estruturalmente diversos que proteoglicanos • Ligação do carboidrato à proteina: • Ligação glicosídicaà Carbono anomérico do carb. com –OH de Ser ou Thr (O-‐ligado) • Ligação N-‐glicosilà Carbono anomérico do carb. com nitrogênio de Asn (N-‐ligado) Ex. Imunoglobulinas (an;-‐corpos), alguns hormônios (folículo-‐es;mulante, luteinizante e es;mulante da ;reóide), proteínas do leite (lactalbumina). N-‐ace;lglucosamina N-‐ace;lgalactosamina O-‐ligado N-‐ligado Glicolipídeos: são oligossacarídeos ligados covalentemente a lipídeos • Gangliosídeos: • São lipídeos de membrana eucarió;cas nos quais o grupo polar (parte do lipídeo na supertcie externa da cel.) é um oligossacarídeo. • Agem como sí;os específicos de reconhecimento pelas proteínas que se ligam a carboidratos. GLICO CO N JU GADO S Tópicos: Carboidratos e Glicoconjugados • Monossacarídeos e Dissacarídeos • Polissacarídeos • Glicoconjugados • Proteoglicanos • Glicoproteínas • Glicolipídios • Carboidratos como moléculas informa;vas Carboidratos como moléculas informa;vas: o Código dos Açúcares As células usam determinados oligossacarídeos para codificar informações importantes sobre o endereçamento intracelular de proteínas, interações célula-‐célula, crescimento dos tecidos e sinais extracelulares. LecPnas: -‐ Proteínas que leem o código dos açúcares e medeiam muitos processos biológicos; -‐ Encontradas em todos os organismos; -‐ Ligam-‐se a carboidratos com alta afinidade e especificidade; -‐ Par;cipam do reconhecimento celular, sinalização e adesão, além da des;nação intracelular de proteínas M O LÉCU LAS IN FO RM ATIVAS Helicobacter pylori: bactéria causadora da úlcera gástrica -‐ Bactéria adere à supertcie interna do estômago pela interação entre as lec;nas na supertcie da bactéria e oligossacarídeos específicos (oligossacarídeo de Lewis b -‐ Leb) das glicoproteínas da membrana das células epiteliais gástricas Tratamento: Administração (via oral) de oligossacarídeo sinté;co (análogo do Leb) M O LÉCU LAS IN FO RM ATIVAS Considerações Finais • Monossacarídeos e Dissacarídeos • Polissacarídeos • Glicoconjugados • Proteoglicanos • Glicoproteínas • Glicolipídios • Carboidratos como moléculas informa;vas Próxima Aula: Lipídios • Classificação • Lipídios de armazenamento • Lipídios estruturais de membrana • Lipídeos com a;vidade biológica • Lipídios como sinais • Co-‐fatores • Pigmentos Bibliogra:ia • NELSON, L. N.; Cox, M. M. Lehninger Princípios de Bioquímica -‐ 5ª edição – Sarvier/Artmed, 2011. • STRYER, L. Bioquímica, Guanabara Koogan-‐ 6ª ed. RJ. 2008. • VOET, J. D.; VOET, J. G.; PRATT, C. W. Fundamentos de bioquímica. Porto Alegre. Artes médicas Sul, 2ª edição, 2008. • CHAMPE, P. C.; HARVERY, R. H. Bioquímica Ilustrada. Porto Alegre. Artes Médicas 4a ed., 2009 • DEVLIN, T. M. Manual de Bioquímica com correlações clínicas. Editora Edgard Blucher, 6a ed., 2007.
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