Carboidratos e Glicobiologia

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Carboidratos	
  e	
  
Glicobiologia	
  
Prof.	
  Ms.	
  Pedro	
  Henrique	
  Ferreira	
  Marçal	
  
Carboidratos	
  e	
  Glicobiologia	
  
•  Biomoléculas	
  mais	
  abundantes	
  na	
  face	
  da	
  terra	
  –	
  Cada	
  ano,	
  a	
  
fotossíntese	
   converte	
   mais	
   de	
   100	
   bilhões	
   de	
   toneladas	
   de	
  
CO2	
  e	
  H2O	
  em	
  celulose	
  e	
  outros	
  produtos	
  vegetais;	
  
•  Certos	
   carboidratos	
   (açucar	
   comum	
   e	
   amido)	
   são	
   a	
   base	
   da	
  
dieta	
  na	
  maior	
  parte	
  do	
  mundo	
  e	
  a	
  oxidação	
  dos	
  carboidratos	
  
é	
  a	
  principal	
  via	
  metabólica	
  fornecedora	
  de	
  energia	
  na	
  maioria	
  
das	
  células	
  não	
  fotossintéMcas;	
  
•  Polímeros	
   insolúveis	
   de	
   carboidratos	
   funcionam	
   tanto	
   como	
  
elementos	
   estruturais	
   quanto	
   de	
   proteção	
   nas	
   paredes	
  
celulares	
  bacterianas	
  e	
  vegetais	
  e	
  nos	
   tecidos	
  conjunMvos	
  de	
  
animais.	
  
•  Outros	
   polímeros	
   agem	
   como	
   lubrificantes	
   das	
   arMculações	
  
esqueléMcas	
  e	
  parMcipam	
  do	
  reconhecimento	
  e	
  coesão	
  entre	
  
as	
  células.	
  
•  Polímeros	
   mais	
   complexos	
   de	
   carboidratos,	
   ligados	
  
covalentemente	
  a	
  proteínas	
  ou	
  lipídios,	
  agem	
  como	
  sinais	
  que	
  
determinam	
  a	
  localização	
  intracelular	
  ou	
  o	
  desMno	
  metabólico	
  
destas	
  moléculas	
  hibridas,	
  denominadas	
  glicoconjugados.	
  
	
  
Carboidratos	
  e	
  Glicobiologia	
  
OBJETIVO:	
  APRESENTAR	
  AS	
  PRINCIPAIS	
  CLASSES	
  DE	
  CARBOIDRATOS	
  
E	
   GLICOCONJUGADOS	
   E	
   FORNECER	
   ALGUNS	
   EXEMPLOS	
   DE	
   SEUS	
  
VARIADOS	
  PAPÉIS	
  ESTRUTURAIS	
  E	
  FUNCIONAIS.	
  
•  São	
  poliidroxialdeídos	
  ou	
  poliidroxicetonas;	
  
•  Muitos	
  carboidratos,	
  mas	
  não	
  todos,	
  têm	
  formulas	
  empíricas	
  
(CH2O)n;	
   alguns	
   também	
   contêm	
   nitrogênio,	
   fósforo	
   e	
  
enxofre;	
  
Carboidratos	
  e	
  Glicobiologia	
  
•  São	
   dividos	
   em	
   três	
   classes	
   principais	
   (de	
   acordo	
   com	
  o	
   seu	
  
tamanho):	
  
Monossacarídeos	
  
Oligossacarídeos	
  
Polissacarídeos	
  
	
  
	
  
A	
  palavra	
  sacarídeo	
  	
  é	
  derivada	
  do	
  grego	
  sakcharon,	
  que	
  
significa	
  açucar.	
  
Carboidratos	
  e	
  Glicobiologia	
  
Monossacarídeos:	
  	
  
•  Açucares	
   simples,	
   consistem	
   de	
   uma	
   única	
   molécula	
   de	
  
poliidroxialdeído	
  ou	
  cetona.	
  
•  O	
  mais	
   abundante	
  na	
  natureza	
  é	
  o	
  açucar	
   com	
  6	
  átomos	
  de	
  
carbono	
   na	
   molécula	
   (D-­‐glicose)	
   ou	
   dextrose.	
   Os	
  
monossacarídios	
  com	
  mais	
  de	
  quatro	
  carbonos	
  tendem	
  a	
  ter	
  
estruturas	
  cíclicas;	
  
Carboidratos	
  e	
  Glicobiologia	
  
Oligossacarídios	
  
•  Compostos	
  por	
  cadeias	
  curtas	
  de	
  unidades	
  	
  monossacarídicas,	
  
ou	
   resíduos,	
   unidos	
   entre	
   si	
   por	
   ligações	
   caracterísMcas,	
  
chamadas	
  ligações	
  glicosídicas.	
  
Dissacarídios	
  (oligossacarídios)	
  
•  Formados	
  por	
  duas	
  unidades	
  de	
  monossacarídios;	
  
•  A	
  sacarose	
  (açucar	
  de	
  cana)	
  –	
  representante	
  mais	
  Ypico	
  dessa	
  
classe.	
   Composta	
   de	
   dois	
   monossacarídios,	
   cada	
   um	
   com	
   6	
  
átomos	
   de	
   carbono	
   (D-­‐glicose	
   e	
   D-­‐frutose).	
   Todos	
   os	
  
monossacarídios	
   e	
   dissacarídios	
   comuns	
   têm	
   nomes	
   que	
  
terminam	
  com	
  o	
  sufixo	
  “ose”.	
  
Carboidratos	
  e	
  Glicobiologia	
  
•  Nas	
   células,	
   a	
  maioria	
   dos	
  oligossacarídios	
   com	
   três	
   ou	
  mais	
  
unidades	
  não	
  ocorrem	
  como	
  enMdades	
  livres,	
  mas	
  são	
  unidos	
  
a	
  moléculas	
  de	
  não-­‐açucares	
  (lipídios	
  ou	
  proteínas),	
  formando	
  
glicoconjugados;	
  
•  Polissacarídios	
  
•  Polímeros	
   com	
   mais	
   de	
   20	
   unidades	
   de	
   monossacarídios	
   e	
  
podem	
   ter	
   cadeias	
   contendo	
   centenas	
   ou	
   milhares	
   de	
  
unidades	
   monossacarídicas.	
   Alguns,	
   como	
   a	
   celulose,	
   têm	
  
cadeias	
   ramificadas.	
   Glicogênio	
   e	
   Celulose	
   consistem	
   de	
  
unidades	
  repeMMvas	
  de	
  D-­‐glicose,	
  mas	
  eles	
  diferem	
  entre	
  si	
  no	
  
Mpo	
   de	
   ligação	
   glicosídica	
   e	
   consequentemente	
   têm	
  
propriedades	
  e	
  funções	
  biológicas	
  diferentes.	
  
Carboidratos	
  e	
  Glicobiologia	
  
•  Os	
   monossacarídios	
   são	
   os	
   carboidratos	
   mais	
   simples	
   e,	
  
quimicamente,	
  são	
  aldeídos	
  ou	
  cetonas	
  contendo	
  um	
  ou	
  mais	
  
grupos	
  hidroxila	
  na	
  molécula;	
  	
  
•  Monossacarídios:	
   Compostos	
   incolores,	
   sólidos	
   cristalinos,	
  
naturalmente	
   solúveis	
   em	
   água,	
   porém	
   insolúveis	
   nos	
  
solventes	
  apolares.	
  A	
  maior	
  parte	
  deles	
  tem	
  sabor	
  doce;	
  
Monossacarídios	
  e	
  Dissacarídios	
  
•  O	
   esqueleto	
   molecular	
   dos	
   monossacarídios	
   comuns	
   é	
  
consMtuido	
  por	
  uma	
  cadeia	
  carbônica	
  não-­‐ramificada	
  na	
  qual	
  
todos	
  os	
  átomos	
  de	
  carbono	
  estão	
  unidos	
  entre	
  si	
  por	
  ligações	
  
covalentes	
  simples.	
  
•  Na	
   forma	
   de	
   cadeia	
   aberta,	
   um	
   dos	
   átomos	
   de	
   carbono	
   é	
  
unido	
   por	
   uma	
   ligação	
   dupla	
   a	
   um	
   átomo	
   de	
   oxigênio	
   para	
  
formar	
  um	
  grupo	
  carbonila,	
  cada	
  uma	
  dos	
  outros	
  átomos	
  de	
  
carbono	
  tem	
  um	
  grupo	
  hidroxila.	
  
Aldoses	
  e	
  Cetoses	
  
•  Se	
  o	
  grupo	
  carbonila	
  está	
  em	
  uma	
  das	
  extremidades	
  da	
  cadeia	
  
carbônica	
   (isto	
  é,	
  em	
  um	
  grupo	
  aldeído),	
  o	
  monossacarídio	
  é	
  
uma	
  aldose;	
  
•  Se	
  o	
  grupo	
  carbonila	
  está	
  em	
  qualquer	
  outra	
  posição	
  (em	
  um	
  
grupo	
  cetona),	
  o	
  monossacarídio	
  é	
  uma	
  cetose;	
  
•  Os	
  monossacarídios	
  mais	
  simples	
  são	
  as	
  duas	
  trioses	
  com	
  três	
  
átomos	
   de	
   carbono:	
   o	
   gliceraldeído,	
   uma	
   aldotriose,	
   e	
   a	
  
diidroxiacetono,	
  uma	
  cetotriose.	
  
Aldoses	
  e	
  Cetoses	
  
Aldoses	
  e	
  Cetoses	
  	
  
Monossocarídeos	
  Representativos	
  
TRIOSES	
  
HEXOSES	
  
PENTOSES	
  
•  Todos	
   os	
   monossacarídeos,	
   com	
   exceção	
   da	
   diidroxiacetona	
  
contém	
  um	
  ou	
  mais	
  átomos	
  de	
  carbono	
  assimétricos	
  (quirais)	
  
e,	
  portanto	
  ocorrem	
  em	
  formas	
  isoméricas	
  opMcamente	
  aMvas	
  
(Isomeria	
  Op\ca);	
  
Aldoses	
  e	
  Cetoses	
  
•  Uma	
   molécula	
   com	
   n	
   centros	
   quirais	
   pode	
   ter	
   2n	
  
estereoisômeros;	
  
	
  
•  O	
   gliceraldeído	
   possui	
   1	
   centro	
   quiral,	
   portanto	
   21=2	
  
estereoisômeros;	
  
•  As	
   aldohexoses,	
   com	
   4	
   centros	
   quirais,possuem	
   24=16	
  
estereoisômeros;	
  
Aldoses	
  e	
  Cetoses	
  
•  Para	
  açúcares	
  com	
  mais	
  de	
  um	
  
centro	
  quiral,	
   	
  D	
  ou	
  L	
   referem-­‐
se	
   ao	
   C*	
   assimétrico	
   mais	
  
distante	
   do	
   grupo	
   ceto	
   ou	
  
ldeído.	
  	
  
•  A	
   maioria	
   dos	
   açúcares	
   de	
  
o c o r r ê n c i a	
   n a t u r a l	
   s ã o	
  
isômeros	
  D.	
  
•  Açúcares	
  D	
  e	
   L	
   são	
   as	
   imagens	
  
especulares	
  um	
  do	
  outro.	
  
Aldoses	
  e	
  Cetoses	
  
 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
Aldoses	
  e	
  Cetoses	
  
Epímeros:	
   são	
   isômeros	
   que	
   diferem	
   na	
   posição	
   de	
   apenas	
   uma	
  
hidroxila.	
  
	
  
*
*
*
*
*	
  São	
  carbonos	
  assimétricos,	
  por	
  tanto,	
  esta	
  molécula	
  tem	
  16	
  isômeros	
  	
  
Série	
  das	
  Aldoses	
  
Série	
  das	
  Cetoses	
  
•  Em	
  solução	
  aquosa,	
  todos	
  os	
  monossacarídeos	
  com	
  quatro	
  ou	
  
mais	
   átomos	
   de	
   carbono	
   ocorrem	
   como	
   estruturas	
   cíclicas	
  
(em	
   anel),	
   nas	
   quais	
   o	
   grupo	
   carbonil	
   está	
   formando	
   uma	
  
ligação	
   covalente	
   com	
   o	
   oxigênio	
   de	
   um	
   grupo	
   hidroxil	
  
presente	
  na	
  cadeia;	
  
•  Aneis	
   de	
   6	
   átomos	
   de	
   carbono	
   são	
   chamados	
   de	
   anel	
  
piranosídico;	
  
•  Aneis	
   de	
   5	
   átomos	
   de	
   carbono	
   são	
   chamados	
   de	
   anel	
  
furanosídico.	
  
Aldoses	
  e	
  Cetoses	
  -­‐	
  Ciclização	
  
Aldoses	
  e	
  Cetoses	
  -­‐	
  Ciclização	
  
2/3 1/3 
•  Formação	
   das	
   duas	
  
formas	
   cíclicas	
   da	
   D-­‐
glicose	
  
•  Aldeído	
  do	
  C-­‐1	
  com	
  OH	
  
do	
   C-­‐5	
   forma	
   a	
   ligação	
  
Hemiacetal	
   e	
   produz	
  
dois	
   Estereoisômeros:	
  
anômero	
  α	
  e	
  β	
  	
  
•  Alfa	
  -­‐-­‐>	
  Quando	
  ela	
  fica	
  para	
  baixo	
  do	
  plano	
  do	
  anel	
  
•  Beta	
  -­‐-­‐>	
  Quando	
  ela	
  fica	
  para	
  cima	
  do	
  plano	
  do	
  anel	
  	
  
Aldoses	
  e	
  Cetoses	
  
Aldoses	
  e	
  Cetoses	
  -­‐	
  Ciclização	
  
2 
3 4 
5 
CH2OH 
6
OH 
OH 
OH 
α-D-frutofuranose 
CH2OH 
1
β-D-frutofuranose 
OH 
CH2OH 
1
2 
3 4 
5 
CH2OH 
6
OH 
OH 
•  Os	
   dissacarídeos	
   consistem	
   de	
   dois	
  monossacarídeos	
   unidos	
  
covalentemente	
   por	
   uma	
   ligação	
   O-­‐glicosídica,	
   a	
   qual	
   é	
  
formada	
  quando	
  um	
  grupo	
  hidroxil	
  de	
  um	
  açucar	
  reage	
  com	
  o	
  
carbono	
  anomérico	
  (carbono	
  da	
  carbonila)	
  de	
  outro;	
  
Dissacarídeos	
  
•  Na	
   descrição	
   de	
  
d issacar ídeos	
   ou	
  
polissacarídeos,	
   a	
  
extremidade	
  de	
  uma	
  
c ade i a	
   c om	
   um	
  
carbono	
   anomérico	
  
livre	
   é	
   chamada	
   de	
  
e x t r e m i d a d e	
  
redutora;	
  
Dissacarídeos	
  
Lactose:presente no leite 
D-galactosidase ou lactase intestinal: 
comum a ausência em africanos e 
orientais: Intolerância à lactose 
Sacarose: 
Formado somente por 
plantas 
Trealose: 
Fonte de armazenamento 
de energia presente na 
hemolinfa de insetos 
•  A	
  maioria	
   dos	
   carboidratos	
   encontrados	
   na	
   natureza	
   ocorre	
  
como	
   polissacarídeos,	
   polímeros	
   de	
   médio	
   a	
   alto	
   peso	
  
molecular;	
  
•  São	
  também	
  chamados	
  de	
  glicanos	
  e	
  diferem	
  uns	
  dos	
  outros	
  
na	
  idenMdade	
  das	
  unidades	
  de	
  monossacarídeos	
  repeMdas,	
  no	
  
comprimento	
   das	
   cadeias,	
   nos	
   Mpos	
   de	
   ligações	
   unindo	
   as	
  
unidades	
  e	
  no	
  grau	
  de	
  ramificação;	
  
Polissacarídeos	
  
	
  
Os	
   homopolissacarídeos	
  
contêm	
   somente	
   uma	
  
ú n i c a	
   e s p é c i e	
  
monomérica;	
  
Os	
  heteropolissacarídeos	
  
contêm	
   dois	
   ou	
   mais	
  
Mpos	
  diferentes.	
  
Polissacarídeos	
  
•  Os	
  polissacarídeos	
  de	
  armazenamento	
  mais	
  importantes	
  são	
  o	
  
amido	
  (células	
  vegetais)	
  e	
  o	
  glicogênio	
  (células	
  animais);	
  
•  Ambos	
  ocorrem	
   intracelularmente	
   em	
  grande	
   agrupamentos	
  
ou	
  grânulos;	
  
•  As	
  moléculas	
  de	
  amido	
  e	
  glicogênio	
  são	
  altamente	
  hidratadas,	
  
pois	
   possuem	
  muitos	
   grupos	
   hidroxil	
   expostos	
   e	
   disponíveis	
  
para	
  formarem	
  ligações	
  de	
  hidrogênio	
  com	
  a	
  água;	
  
•  A	
   maioria	
   das	
   células	
   vegetais	
   possui	
   a	
   capacidade	
   de	
  
sinteMzar	
  o	
  amido,	
  e	
  o	
  seu	
  armazenamento	
  é	
  abundante	
  em	
  
tubérculos	
  (batata)	
  e	
  sementes.	
  
Polissacarídeos	
  de	
  armazenamento	
  
•  O	
  amido	
  contém	
  dois	
  Mpos	
  de	
  polímeros	
  de	
  glicose,	
  amilose	
  e	
  
amilopecMna.	
  
Polissacarídeos	
  de	
  armazenamento	
  
•  A	
   amilose	
   consiste	
   de	
   cadeias	
   longas,	
   não	
   ramificadas,	
   de	
  
resíduos	
  de	
  D-­‐glicose,	
  conectadas	
  por	
  ligações	
  (α	
  1	
  	
  	
  	
  	
  	
  4);	
  
•  A	
   amilopecMna	
   é	
   altamente	
   ramificada.	
   As	
   ligações	
  
glicosídicas	
   que	
   unem	
   os	
   resíduos	
   de	
   glicose	
   sucessivos	
   nas	
  
cadeias	
   de	
   amilopecMna	
   são	
   (α	
   1	
   	
   4)	
   ;	
   nos	
   pontos	
   de	
  
ramificação	
   (que	
   ocorrem	
   a	
   cada	
   24	
   a	
   30	
   resíduos)	
   são	
  
ligações	
  (α	
  1	
  	
  	
  	
  	
  6).	
  
Polissacarídeos	
  de	
  armazenamento	
  
•  O	
  Glicogêno	
   é	
   o	
   principal	
   polissacarídeo	
   de	
   armazenamento	
  
das	
  células	
  animais;	
  
•  Como	
   a	
   amilopecMna,	
   o	
   glicogênio	
   é	
   um	
   polímero	
   de	
  
subunidades	
   de	
   glicose	
   ligadas	
   por	
   ligações	
   (α	
   1	
   	
   4),	
   com	
  
ligações	
  (α	
  1	
  	
  6),	
  nas	
  ramificações;	
  
•  O	
   glicogênio	
   porém	
   é	
   mais	
   ramificado	
   extensivamente	
   (em	
  
média	
  8	
  a	
  12	
  resíduos)	
  e	
  mais	
  compacto	
  do	
  que	
  o	
  amido;	
  	
  
Polissacarídeos	
  de	
  armazenamento	
  
•  É	
   e s p e c i a l m e n t e	
  
abundante	
  no	
  ogado,	
  onde	
  
pode	
   conMtuir	
   até	
   7%	
   do	
  
peso	
   líquido;	
   ele	
   também	
  
está	
   presente	
   no	
   musculo	
  
esqueléMco.	
  
•  É	
  o	
  carboidrato	
  mais	
  abundante	
  na	
  natureza;	
  	
  
•  Possui	
   função	
   estrutural	
   na	
   célula	
   vegetal,	
   como	
   um	
  
componente	
  importante	
  da	
  parede	
  celular;	
  
•  Semelhante	
   ao	
   amido	
   e	
   ao	
   glicogênio	
   em	
   composição,	
   a	
  
celulose	
  também	
  é	
  um	
  polímero	
  de	
  glicose,mas	
  formada	
  por	
  
ligações	
  Mpo	
  β	
  (1,4).	
  Este	
  Mpo	
  de	
  ligação	
  glicosídica	
  confere	
  á	
  
molécula	
   uma	
   estrutura	
   espacial	
   muito	
   linear,	
   que	
   forma	
  
fibras	
  insolúveis	
  em	
  água	
  e	
  não	
  digeríveis	
  pelo	
  ser	
  humano.	
  
Polissacarídeos	
  de	
  armazenamento	
  
•  É	
  o	
  carboidrato	
  mais	
  abundante	
  na	
  natureza;	
  	
  
•  Possui	
   função	
   estrutural	
   na	
   célula	
   vegetal,	
   como	
   um	
  
componente	
  importante	
  da	
  parede	
  celular;	
  
•  Semelhante	
   ao	
   amido	
   e	
   ao	
   glicogênio	
   em	
   composição,	
   a	
  
celulose	
  também	
  é	
  um	
  polímero	
  de	
  glicose,	
  mas	
  formada	
  por	
  
ligações	
  Mpo	
  β	
  (1,4).	
  Este	
  Mpo	
  de	
  ligação	
  glicosídica	
  confere	
  á	
  
molécula	
   uma	
   estrutura	
   espacial	
   muito	
   linear,	
   que	
   forma	
  
fibras	
  insolúveis	
  em	
  água	
  e	
  não	
  digeríveis	
  pelo	
  ser	
  humano.	
  
Polissacarídeos	
  de	
  armazenamento