CARBOIDRATOS aula

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Carboidratos
Professor Renato Martins
Eu seria mais otimista a respeito de um futuro brilhante para o homem se ele gastasse menos tempo provando que pode enganar a Natureza e mais tempo sentindo sua doçura e respeitando sua grandeza.
E. B. White, “Coon Tree”, 1977
IMPORTÂNCIA DOS CARBOIDRATOS
Carboidratos
 Os carboidratos são substâncias orgânicas também chamadas de hidratos de carbono (também chamados sacarídeos - do grego sakkharon, açúcar -, glicídios - do grego glicos, "doce" -, ou açúcares). Estes nomes foram dados porque, na molécula da maior parte dos carboidratos, para cada carbono presente existem dois átomos de hidrogênio e 1 átomo de oxigênio, na mesma proporção existente na molécula de água. Daí o nome carbo (carbono) hidrato (hidros= água).
 Possuem fórmula empírica Cn(H2O)m desde os mais simples (os monossacarídeos, onde n = m) até os maiores e mais complexos. Alguns carboidratos, como a quitina, entretanto, possuem em sua estrutura nitrogênio. Outros apresentam fósforo ou enxofre não se adequando, portanto, à fórmula geral.
 Tais compostos, são definidos, quimicamente, como poliidroxicetonas (cetoses) ou poliidroxialdeídos (aldoses).
Grupos Funcionais
Classificação
 Os carboidratos são classificados em função do tipo e número de produtos que se formam ao serem hidrolisados em meio ácido.
Estrutura do amido e do glicogênio. O principal carboidrato da dieta, e o glicogênio, a forma de armazenamento da glicose, têm estruturas similares. Eles são polissacarídeos (muitas unidades de monossacarídeos) compostos de glicose, a qual é um monossacarídeo (uma unidade de açúcar). Dissacarídeos da dieta são compostos por duas unidades de monossacarídeos.
Monossacarídeos
 Constituem-se nos menores glicídios da natureza, sendo, por isso, chamados de unidades moleculares (monômeros) dos carboidratos. Também são conhecidos como oses ou osídios. Possuem de 3 a 7 carbonos, sendo denominado, respectivamente, trioses, tetroses, pentoses, hexoses e heptoses. 
Monossacarídeos
D-Gliceraldeído, uma aldotriose
D-eritrose, uma aldotetrose
Monossacarídeos
D-xilulose, uma cetopentose
D-frutose, uma ceto-hexose
Monossacarídeos
D-glicose, uma aldo-hexose
 Dos monossacarídeos presentes na natureza, os que apresentam maior importância energética e na composição de nucleotídeos são as pentoses e as hexoses.
Pentoses
 Participam da composição de nucleotídeos constituintes de ácidos nucléicos (DNA e RNA) e de nucleotídeos armazenadores de energia (ATP, ADP, GDP, GTP), além de apresentarem importante participação na etapa termoquímica da fotossíntese (fase escura).
Ribose (C5H10O5)
Ribose (C5H10O5)
Componente do RNA, de ribossomos e de nucleotídeos armazenadores de energia.
Participa indiretamente da síntese protéica.
Ribonucleotídeos – Nucleotídeos de RNA
Ribulose (C5H10O5)
Ribulose (C5H10O5) 
Participa da etapa termoquímica da fotossíntese (fase escura).
Desoxirribose (C5H10O4)
 Participa da composição do DNA.
Desoxirribonucleotídeos – Nucleotídeos de DNA
Hexoses
Glicose (C6H12O6)
Glicose
 A glicose é usada na alimentação (na fabricação de doces, balas, etc.). É também chamada de "açúcar do sangue", pois é o açúcar mais simples que circula em nossas veias. No sangue humano, a sua concentração é mantida entre 80 e 120 mg por 100 ml, pela ação de hormônios secretados pelo pâncreas.
	(UEG 2013) Atletas de alto desempenho são submetidos a atividades físicas vigorosas e seus músculos requerem uma alta quantidade de energia em baixo suprimento de oxigênio. Nesse caso, o organismo recorre à produção de energia (ATP) por meio da glicólise anaeróbica. Sob essas condições, na presença de NADH, o piruvato é convertido em lactato, conforme mostra a figura abaixo.
	As informações apresentadas e as particularidades associadas ao catabolismo da glicose permitem concluir que: 
	a) a reação não produz molécula quiral. 
	b) em condições aeróbicas, o piruvato é degradado via ciclo do ácido cítrico. 
	c) na reação descrita, o piruvato é oxidado. 
	d) o processo descrito é conhecido como fermentação alcoólica. 
 
Galactose (C6H12O6)
	(UNIRIO) Inmetro: ovo diet não alerta que contém lactose.
 
	"O rótulo de um determinado ovo de Páscoa diet, além de não informar sobre a presença de lactose, afirmava que o produto não continha açúcar. Segundo o fabricante, a lactose encontrada no ovo era proveniente do leite utilizado na confecção do chocolate e não adicionada aos ingredientes."
	(Adaptação - "O Globo", 2003)
	A falta de informações precisas sobre a composição dos alimentos pode trazer complicações à saúde e, neste caso, principalmente à dos diabéticos, pois 
	a) a lactose, após ser absorvida pelo intestino, é utilizada da mesma forma que a glicose. 
	b) a concentração alta de lactose acabará fornecendo elevado teor de glicose no sangue. 
	c) a lactose se prende aos mesmos receptores celulares da insulina, aumentando a entrada de glicose nas células. 
	d) os diabéticos não metabolizam a lactose, aumentando sua concentração sanguínea. 
	e) a lactose, após ser absorvida, estimula a liberação de glucagon, aumentando a taxa de glicose sanguínea. 
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Galactose
 A galactose é oriunda da lactose (um dissacarídeo) quando combinada com a glicose. No fígado, é transformada em glicose para fornecer energia.
Frutose (C6H12O6)
Frutose
A frutose é encontrada principalmente nas frutas e no mel. 
É o mais doce dos açúcares simples.
Fornece energia de forma gradativa por ser absorvida lentamente, o que evita que a concentração de açúcar no sangue (glicemia) aumente muito depressa.
Oligossacarídeos
 São carboidratos formados pela união de duas ou mais (poucas) moléculas de monossacarídeos através de ligações glicosídicas.
Dissacarídeos
 Os dissacarídeos são formados por dois monossacarídeos unidos por ligação covalente.
Maltose
Lactose
Sacarose
Trealose
Trissacarídeos
 Rafinose – é encontrada na casca das sementes de algodão. É formada por iguais quantidades de frutose, galactose e glicose.
Tetrassacarídeos
Estaquiose – é amplamente distribuída no reino vegetal, principalmente nas leguminosas (é o principal carboidrato da soja). É formada por 1 frutose + 1 glicose + 2 galactoses.
Polissacarídeos
 São carboidratos que, ao serem hidrolisados, produzem dezenas a milhares de moléculas de monossacarídeos.
Classificação
Os polissacarídeos são classificados de acordo com vários critérios.
Função
Energéticos – Ex.: Amido, Glicogênio.
Estruturais – Ex.: Celulose, Pectinas, Ácido Hialurônico, Ácido galacturônico, Quitina.
Nutrição
Digeríveis – Amido.
Não-digeríveis – Ex.: Celulose, Pectinas, Ácido Hialurônico, Ácido galacturônico, Quitina.
Composição
Homopolissacarídeos – Ex.: Amido.
Heteropolissacarídeos – Ex.: Ácido Hialurônico.
Homopolissacarídeos
Lineares Ramificados
Heteropolissacarídeos
Dois tipos 
de monômeros 
lineares
Múltiplos monômeros ramificados
Amido
Carboidrato produzido em grande quantidade nas folhas dos vegetais como forma de armazenar temporariamente os produtos da fotossíntese. 
Como reserva permanente de alimento para a planta, o amido ocorre nas sementes, bem como na medula, nos raios medulares e no córtex de caules e raízes de plantas perenes e outras. 
Constitui de 50% a 65% do peso das sementes de cereais secos, e até 80% da substância seca dos tubérculos. 
É extraído dos tubérculos, principalmente da batata, de rizomas e das raízes tuberosas, como da mandioca, por exemplo. 
O amido ocorre em grânulos (ou grãos) que têm estrias típicas.Estas, aliadas ao tamanho e à forma dos grânulos, são mais ou menos específicas de cada espécie de planta, e podem servir de meio de identificação microscópica da origem botânica do amido. 
Um pequeno segmento de amilose, um polímero linear composto por unidades de D-glicose com ligações (α – 1 → 4)
Amido
No ponto de ramificação, a amilopectina, temuma ligação (α -1 → 6)
Um agregado de amilose e amilopectina como se acredita que ocorra nos grânulos de amido. As fibras de amilopectina (vermelho) formam estruturas em dupla hélice umas com as outras ou com as fibras de amilose (azul). As unidades de glicose, na extremidade não-redutora das ramificações externas, são retiradas enzimaticamente, uma de cada vez, durante a mobilização intracelular do amido para produção de energia. O glicogênio tem uma estrutura similar, mas é muito mais ramificado e mais compacto.
Glicogênio
É a forma de armazenamento de açúcares nas células animais, como o amido o é nas vegetais.
Todos os tipos de açúcares, quando chegam ao intestino, são decompostos em estruturas moleculares mais simples, os monossacarídeos. Para que os monossacarídeos possam ser ''montados'' e assumirem a estrutura de polissacarídeos, é preciso inicialmente convertê-los em glicose. Essa primeira etapa é importante, especialmente porque a glicose é a única forma através da qual os glicídios podem ser transportados pelo sangue. Além disso, só as moléculas de glicose podem ser ''montadas'' para formar o polissacarídeo de reserva, ou seja, glicogênio, armazenado no fígado e nos músculos esqueléticos. 
Depois de uma refeição, as células do fígado absorvem moléculas de glicose do sangue, unindo-as de maneira a formar o polissacarídeo.
 Quando a taxa de glicose no sangue baixa, nos períodos entre as refeições, as células do fígado quebram o glicogênio reconvertendo-o em moléculas de glicose que são lançadas no sangue.
Glicogênio
 A função do glicogênio hepático, portanto, é a manutenção da glicemia entre as refeições, ou seja, é uma reserva de glicose que pode ser exportada para outros órgãos (como o cérebro, cuja energia é exclusivamente derivada da glicose,) quando necessário.
Microfotografias eletrônicas dos grânulos de amido e do glicogênio. (a) Grandes grânulos de amido em um único cloroplasto. O amido é formado no cloroplasto a partir de D-glicose oriunda da fotossíntese. (b) Grânulos de glicogênio em um hepatócito. Estes grânulos são formados no citosol e são muito menores (~ 0,1 µm) do que os grânulos de amido (~ 1 µm).
(a)
(b)
Celulose
 O polissacarídeo, mais comum no mundo é a celulose. Junto com o amido, correspondem a quase toda a biomassa vegetal. É o principal elemento estrutural das paredes celulares das plantas superiores.
Celulose
 Quimicamente, a celulose também é um polímero de glicose, mas que se unem através de ligações do tipo beta 1 – 4. Esse tipo de ligação é que confere à celulose a propriedade de não ser digerível, uma vez que a torna insolúvel em água e confere resistência às reações químicas.
Quitina
 Nos animais e fungos a celulose é substituída pela quitina, um polissacarídeo formado por unidades de N-acetilglucosamina associadas através de ligações glicosídicas do tipo ß-1,4.
Um segmento curto de quitina, um homopolímero de unidades de N-acetil-D-glucosamina em ligação (ß-1 →4).
Quitina
Este polissacarídeo existe como constituinte principal dos exoesqueletos dos artrópodes, assim como elemento essencial da parede celular da grande maioria dos fungos. 
Sua presença faz com que o crescimento dos artrópodes seja descontínuo, com paradas, para a ocorrência de ecdises ou mudas, trocas de exoesqueletos enrijecidos que impediam ao aumento volumétrico dos animais portadores.
A quitina, como a celulose, é de degradação difícil, sendo igualmente poucos os organismos que dispõem de capacidade enzimática para o fazer. A quitina foi descoberta em cogumelos pelo professor francês Henri Braconnot, em 1811, recebendo então a denominação inicial de fungina. 
O nome quitina foi dado por Odier, em 1823, quando esta foi isolada de insetos. 
Somente em 1843, Payen descobriu que a quitina continha nitrogênio em sua estrutura.
Ácido Hialurônico
Glicosaminoglicano (Gag) 
Forma soluções claras, altamente viscosas que atuam como lubrificantes das articulações e geram a consistência gelatinosa do humor vítreo nos olhos dos vertebrados.
Componente importante da matriz extracelular de cartilagens e tendões.
Heparina
A heparina (do grego hepar, “fígado”) é um anticoagulante natural, sintetizado nos mastócitos e liberado no sangue, no qual inibe a coagulação pela ligação e estimulação simultânea da proteína anticoagulante, antitrombina III. A interação entre a heparina e a antitrombina III é fortemente eletrostática; a heparina é a macromolécula biológica mais bem conhecida, que contém a mais alta densidade de carga negativa. A heparina purificada é rotineiramente adicionada a amostras de sangue colhidas para análises clínicas e sangue doado para transfusão, a fim de evitar a coagulação. 
	Outro polissacarídeo ácido importante é a heparina, que possui função anticoagulante nos vasos sangüíneos dos animais; é formada por glicosamina + ácido urônico + os aminoácidos serina ou glicina.
CARBOIDRATOS
Amido
Proteoglicanos
Glicogênio
Peptideoglicano
Celulose
Reconhecimento e adesão celular
Fabricação de chocolates com recheio líquido
A manufatura de chocolates contendo um centro líquido é uma interessante aplicação da engenharia enzimática. O recheio líquido consiste principalmente de uma solução aquosa de açucares, rica em frutose para garantir a doçura. O dilema técnico é o seguinte: o revestimento de chocolate deve ser preparado vertendo chocolate derretido quente sobre um centro sólido (ou quase sólido), ainda que o produto final deva ter um centro líquido, rico em frutose.
Sugira uma maneira para resolver este problema. (Dica: A sacarose é muito menos solúvel do que uma mistura de glicose e frutose.)
Solução
Prepare uma pasta fluida de sacarose e água para o recheio, adicione uma pequena quantidade de sacarase (invertase) e imediatamente cubra com chocolate.
Exemplos Relevantes na Medicina
	A intolerância à lactose é uma condição comum entre adultos da maioria das raças humanas, com exceção das originadas no norte europeu e algumas africanas, e é causada pelo desaparecimento, depois da infância, da maior parte ou de toda atividade da enzima lactase das células intestinais. Dessa forma, a lactose não pode ser digerida e absorvida completamente no intestino delgado e é convertida pelas bactérias presentes no intestino grosso em produtos tóxicos que causam dores abdominais e diarréia. Nas partes do mundo onde a intolerância à lactose tem incidência muito alta, o leite não é ingerido como alimento pelos adultos, embora derivados do leite pré-digeridos com lactase sejam oferecidos comercialmente. Em algumas doenças humanas, várias, ou mesmo todas, dissacaridases instestinais estão ausentes. Nesses casos, os distúrbios digestivos provocados pela ingestão de dissacarídeos podem ser minimizados por medidas dietéticas.
	Apesar de todas as crianças possuírem a lactase intestinal, muitas pessoas cessam de produzí-la quando chegam à idade adulta e, por isso, passam a ser intolerantes à lactose. A enzima lactase, uma dissacaridase do epitélio intestinal, pode ser detectada pelo tratamento de uma fina secção do tecido intestinal com um anticorpo que se liga especificamente à enzima. Os anticorpos são visualizados ao microscópio eletrônico pela ligação, a eles, de partículas coloidais de ouro; estas são eletronicamente densas e aparecem como pontos negros nas eletromicrofotografias. (a) O tecido de um adulto cujo intestino reteve altos níveis de lactase. As microvilosidades estão fortemente marcadas pelos anticorpos que detectam a lactase. (b) As microvilosidades intestinais de um indivíduo adulto, com intolerância à lactose, são muito menos marcadas com os anticorpos contra a lactase.
Atividade de lactase nas células epiteliais do intestino.