Carboidratos - Estrutura e Função

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Estrutura e Função de Carboidratos
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Fontes de carboidratos
Cereais
Massas
Frutas
Leguminosas
feijão, ervilha, lentilha, soja, etc
Tubérculos
batata e mandioca
doces, mel, açúcar refinado, refrigerantes, etc. 
Trigo, milho, arroz, aveia, etc
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Carboidratos- Funções
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Carboidratos – Características
 Carboidratos = Hidratos de carbono, Glucídeos, glúcides ou glicídeos, sacarídeos, sacárides ou açúcares.
 São as biomoléculas mais abundantes na terra.
Açúcar comum e amido – base nutricional humana na maior parte do mundo.
 Oxidação de carboidratos - principal fonte de energia no
 metabolismo animal e vegetal.
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Estrutura 
	Maioria dos carboidratos comuns – fórmula empírica 
 (CH2O)n
 Ex. Glicose – C6H12O6 ou (CH2O)6
 São poliidroxialdeídos ou poliidroxicetonas, ou 
 substâncias que liberam esses compostos por hidrólise.
 
Carboidratos - Estrutura
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Biomoléculas orgânicas mais abundantes na natureza;
Carboidratos - Estrutura
 Alguns contêm nitrogênio, fósforo e enxofre.
São poliidroxialdeídos ou poliidroxicetonas;
Fórmula empírica (CH2O)n
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Classificação quanto ao grupo funcional
Se o grupo carbonila for de um aldeído, o açúcar será uma aldose;
Se o grupo carbonila for de uma cetona, será uma cetose.
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Classificação dos carboidratos
CARBOIDRATOS
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Monossacarídeos: açucares simples, não pode ser hidrolisado. 
		 3 a 7C (trioses, tetroses, pentoses, hexoses e
 heptoses).
Oligossacarídeos: cadeias curtas de unidades monossacarídicas,
		 unidos por ligações glicosídicas.
Dissacarídeos: 2 unidades monossacarídicas.
			Ex: Glicose + Frutose = Sacarose
Polissacarídeos: A maioria dos carboidratos ocorre sob a forma de
	 polissacarídeos. Polímeros de média ou alta massa
		 molecular.
Celulose ( 4000) 
Glicogênio ( 30.000) 
Classificação dos carboidratos
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Monossacarídeos – Características Estruturais
Carboidratos mais simples dos quais derivam todas as outras classes.
Estrutura:
poliidroxialdeídos (ou aldoses) ou poliidroxicetonas (ou cetoses), geralmente de 3 – 7 átomos de carbono.
Os monossacarídeos mais simples são as duas trioses:
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Características
Sabor doce
Incolores
Hidrossolúveis
Cristalizáveis
Não hidrolisáveis
Carbono não-ramificado
Monossacarídeos
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Monossacarídeos
Cetoses (ex., frutose) apresentam um grupo ceto, geralmente em C-2. 
glicose
Frutose
Monossacarídeos mais comuns na natureza:
Aldoses (ex., glicose) - apresentam um grupo aldeído 
 em uma das extremidades.
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Isomeria
Todos os monossacarídeos possuem carbono assimétrico, exceto a diidroxiacetona. 
Portanto possuem isômeros.
Em geral, uma molécula com n carbonos assimétricos (n centros quirais), pode ter 2n estereoisômeros. Assim, as aldohexoses com quatro centros quirais têm 24 estereoisômeros = 16 estereoisômeros.
Monossacarídeos
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Estereoisômeros
Enantiômeros: imagens especulares- isômeros ópticos
Diastereoisômeros: um não é imagem especular do outro: série D e série L, epímeros
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ISOMERIA ÓPTICA
Atenção aos carbonos assimétricos!!!!
Isômeros ópticos ou enantiômeros: um é a imagem especular do outro.
Possuem *C
Propriedades físicas e químicas são iguais.
Desvio da luz polarizada:
Dextrógiro (d ou +): desviam a PLP para a direita
Levógiro (l ou -): desviam o PLP para a esquerda.
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POLARÍMETRO
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 D – Gliceraldeído L - Gliceraldeído 
SÉRIE D e SÉRIE L
 Refere-se à configuração ao redor do *C mais afastado da carbonila. Possui um composto de referência, o gliceraldeído.
 D-gliceraldeído possui a OH do *C voltada para direita e o 
L-gliceraldeído possui a OH do *C voltada para a esquerda.
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 D - Glicose D – Frutose
Se a monose possuir mais de 1 *C será considerado o *C mais afastado da carbonila.
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Monossacarídeos- D-aldoses
D-gliceraldeído
Três carbonos
D-eritrose
D-treose
Quatro carbonos
D-ribose
D-arabinose
D-xilose
D-lixose
Cinco carbonos
D-alose
D-altrose
D-glicose
D-manose
D-gulose
D-idose
D-galactose
D-talose
seis carbonos
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Monossacarídeos- D-Cetoses
diidroxiacetona
D-ribulose
D-xilulose
D-eritrulose
D-psicose
D-tagatose
D-frutose
D-sorbose
Três carbonos
Quatro carbonos
Cinco carbonos
Seis carbonos
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Fórmula química - C6H12O6
Monossacarídeos - Epímeros
Diferem um do outro na configuração de um carbono quiral 
Têm a mesma fórmula química Não são imagens especulares
Não são superponíveis 
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Monossacarídeos
Pentoses e hexoses ocorrem geralmente, em solução aquosa, como estruturas cíclicas.
Glicose – formação da ligação hemiacetal entre o grupo carbonila do aldeído em C-1 e o grupo hidroxila do álcool em C-5 . São formados dois estereoisômeros, a e b.
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O carbono que contém o grupo funcional – aldeído ou cetona, reage com o oxigênio da hidroxila do carbono na posição 4 ou 5.
A molécula se torna :
Um ciclo contendo 6 átomos – 
Piranoses (glicose) 
 OU
 Um ciclo contendo 5 átomos – 
furanoses (ribose e frutose)
CICLIZAÇÃO
PIRANO FURANO
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CICLIZAÇÃO
Ocorre com pentoses e hexoses naturais.
Aldopentoses: ciclização entre os carbonos C1 e C4 
Cetohexoses: ciclização entre os carbonos C2 e C5 
Aldohexoses: ciclização entre C1 e C5 
Convenções da ciclização:
Todas as hidroxilas localizadas à direita da estrutura linear devem ser desenhadas voltadas para baixo;
As hidroxilas à esquerda, devem ser desenhadas para cima;
O grupamento CH2OH deve ser desenhado para fora do ciclo se a monose for D e para dentro do ciclo se for L.
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D-Glicose
Monossacarídeos – Ciclização
A OH do C5 forma uma ligação hemiacetal com Carbono 1
mais um carbono assimétrico 
(o carbono anomérico): 
isômeros  e 
Anômeros
Estrutura de Fischer
Estrutura de Haworth
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Formação das duas formas cíclicas da D-glicose
Aldeído do C-1 com OH do C-5 reagem e produz dois estereoisômeros:
Anômero  e  
Monossacarídeos – Ciclização
Nome sistemático
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Ciclização da Glicose
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Monossacarídeos- resumo
Formas cíclicas com anel de seis membros: piranoses
Os nomes sistemáticos são : a-D-glicopiranose
 b-D-glicopiranose
Anômeros- diferem apenas na configuração de C-1 
Mutarrotação- mudança na rotação específica que acompanha a formação de uma mistura em equilíbrio das formas a e b 
 em solução aquosa
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Monossacarídeos-resumo
Ciclização - produz um novo centro assimétrico em C1.
Estereoisômeros são chamados anômeros, a e b. 
Projeções de Haworth: representam açúcares cíclicos como anéis essencialmente planares.
OH no carbono anomérico em C-1:
 a -(OH abaixo do plano do anel)
 b - (OH acima do plano do anel).
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D-Frutose
Monossacarídeos - Ciclização
Adoçante natural, presente na maioria das frutas maduras e no mel de abelhas
Estrutura de Fischer
Estrutura de Haworth
Carbono anomérico
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Monossacarídeos redutores
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Monossacarídeos redutores
 Podem ser oxidados por agentes oxidantes 
 relativamente brandos 
Ex. Fe 3+  Fe 2+
 Cu 2+  Cu +
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Derivados das hexoses biologicamente importantes
b-D-glicose
b-D-glicosamina
N-acetil-b-D-glicosamina
b-D-glicose-6-fosfato
a-L-Fucose
a-L-ramnose
Desoxi-açúcares
Açúcares ácidos
Ácido N-acetil-neuramínico
Substituição do grupamento hidroxila do composto parental
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Ligações glicosídicas
 Dissacarídeos - Ligação O-glicosídica 
	R-OH + HO-R'  R-O-R' + H2O
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MALTOSE (-1,4)
-D-glicopiranosil-(1-4)-b-D-glicopiranose

H2O
Oligossacarídeos -Dissacarídeos
sementes 
de cevada 
Redutor
cereais em 
fermentação

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LACTOSE (-1,4) 
-D-galactopiranosil-4-b-D-glicopiranose


H2O
Redutor
Oligossacarídeos -Dissacarídeos
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
SACAROSE (-1, -2)

H2O
-D-frutofuranosil -D-glicopiranosídeo
Cana e beterraba
Não-Redutor
Oligossacarídeos -Dissacarídeos
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Açúcar redutor 
Açúcar não redutor 
Extremidade redutora
Possui C anomérico livre
(não envolvido em ligação glicosídica)
Dissacarídeos
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Polissacarídeos ou glicanas
Homopolissacarídios
ramificados
não-ramificados
Variam quanto tipo de ligações entre as subunidades e ao grau de ramificação
 Homopolissacarídios  contêm apenas um único tipo de subunidade.
 Heteropolissacarídios  contêm dois ou mais tipos de subunidades monoméricas.
2 tipos de monômeros
e não-ramificado
múltiplos tipos de 
monômeros
e ramificado
Heteropolissacarídios
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Polissacarídeos: Importância Biológica
Alguns homopolissacarídeos são fontes de armazenamento de monossacarídeos usados como combustíveis celulares, p. ex.: amido e glicogênio.
Outros homopolissacarídeos como a celulose e quitina, servem como elementos estruturais em paredes celulares de plantas e exoesqueleto de animais.
Os heteropolissacarídeos dão sustentação extracelular a organismos, p. ex., os peptideoglicanos que fazem parte do envelope celular de bactérias. Outro exemplo, o ácido hialurônico que dá resistência e flexibilidade a cartilagens e tendões 
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Polissacarídeos de armazenamento de energia mais importantes:
 amido - nas células vegetais
glicogênio – nas células animais
Amido: contém dois tipos de polímeros de glicose, amilose e amilopectina. 
Amilose: polímero de cadeias longas, não ramificadas de unidades de D-glicose ligadas por ligações a(14) . 
Polissacarídeos
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Amilopectina: um polímero da glicose que apresenta principalmente ligações a(14), e apresenta também ramificações, que ocorrem em cada 24 e 30 resíduos, formadas por ligações a(16). 
Polissacarídeos
Amilopectina
� EMBED ChemDraw.Document.4.5 ���
_995973151.cdx
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Homopolissacarídeos de reserva 
Sementes, tubérculos, rizomas, bulbos e em algas
AMIDO (Glicose)
Tipos de polímeros
Amilose 
Cadeias longas
Não ramificadas
Ligações lineares
( 14)
Facilmente hidrolisado e digerido
Moléculas altamente hidratadas 
 (OH expostos que formam ligações de hidrogênio com a H2O)
Importantes na alimentação humana
Função de armazenamento 
 (combustível para as células)
 Amilopectina
Cadeias ramificadas
Ligações: lineares ( 14) 
 ramificadas ( 16)
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Polissacarídeos de Reserva
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HOMOPOLISSACARÍDIOS
Glicogênio (Glicose)
Principal carboidrato de armazenamento em animais
Encontrado principalmente no fígado e músculo
Polímero de D-glucose
Ramificações (16)
 Mais ramificado e mais compacto que o amido
Polissacarídeos de Reserva
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Celulose e quitina: 
homopolissacarídios estruturais
CELULOSE: substância fibrosa, resistente e insolúvel em água, encontrada nas paredes celulares de plantas 
 talo, caule, tronco.
 Constitui grande parte da massa da madeira.
 O algodão, por exemplo, é quase celulose pura.
É também um homopolissacarídio não-ramificado. Porém, na celulose, os resíduos de glicose estão ligados de maneira diferente daquela no amido, o
que leva às impressionantes diferenças nas
propriedades desses carboidratos.
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Celulose: longas cadeias lineares de glicose com ligações b(14).
celulose
Polissacarídeos Estruturais
� EMBED ChemDraw.Document.4.5 ���
_1052595189.cdx
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Quitina
 Homopolissacarídeo linear
 N-acetil glicosamina, ( 14)
 Exoesqueleto duro de artrópodes – 
 - fibras longas 
 - rigidez
 - não pode ser digerida por vertebrados.
Polissacarídeos Estruturais
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Estrutura e Função de alguns polissacarídeos
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Heteropolissacarídeos
 Heteropolissacarídeos ou heteroglicanos – 
 maioria contém duas ou mais unidades de 
 monossacarídeos diferentes. 
 Intimamente associados com lipídeos e proteínas. 
 Heteropolissacarídeos principais: 
	polissacarídeos do tecido conjuntivo
	substâncias dos grupo sanguíneos
	glicoproteínas
	glicolipídeos 
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Polissacarídeos
Heteropolissacarídeos
Heparina
 Glicosaminoglicano
 Ácido glicurônico sulfatado + Glicosamina sulfatada
 Anticoagulante
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Glicosaminoglicanos
Heteropolissacarídios lineares da matriz extracelular
(apresentam um dissacarídio repetitivo).
Hialuronato, queratan sulfato, heparina
Heparina: anticoagulante
natural produzida nos mastócitos
(um tipo de leucócito).
Liga-se à proteína antitrombina, 
fazendo com que esta se ligue e
iniba a trombina 
(protease essencial
à coagulação)
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Heparina: glicosaminoglicano altamente sulfatado, encontrado nos grânulos dos mastócitos.
Quando liberada no sangue, inibe a formação de coágulos através da interação com a proteína antitrombina. 
A Heparina mostrada tem 10 resíduos, alternando IDS (iduronato-2-sulfato) e SGN (N-sulfo-glicosamina-6-sulfato). 
Heteropolissacarídeo
heparina: (IDS-SGN)5
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Hidroxila (OH) de C1 e C4:
(Mesma posição – Cis) (Posição diferente – Trans)
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A densidade de carga altamente negativa de heparina contribui para a sua interação muito forte eletrostática com trombina.
Sob o ponto de vista químico, a
heparina é um mucopolissacarídeo sulfatado,
com grande quantidade de cargas
elétricas negativas e constitui o ácido
macromolecular mais forte existente no
organismo.
Pode ser distinguida de outros
polissacarídeos pela sua extrema acidez,
decorrente da grande quantidade de radicais
sulfatados na sua molécula [7].
A heparina existe nos pulmões, no fígado
e, principalmente, nos mastócitos do
sistema retículo-endotelial 
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