Funções dos Carboidratos

Prévia do material em texto

*
CARBOIDRATOS
ESTRUTURA E FUNÇÃO
*
 FUNÇÕES DOS CARBOIDRATOS 
São as biomoléculas mais abundantes na terra.
Cada ano mais do que 100 bilhões de toneladas de gás carbônico e água são convertidos, através da fotossíntese, em celulose e outros produtos vegetais.
Oxidação de carboidratos é a via central de produção de energia na maioria das células não fotossintéticas.
Alguns carboidratos são polímeros insolúveis e servem como elementos estruturais e de proteção nas paredes das células bacterianas, de plantas e no tecido conectivo de animais.
*
Outros polímeros lubrificam as juntas esqueléticas e participam no reconhecimento e adesão entre células.
Alguns que são polímeros mais complexos ligam-se covalentemente a lipídeos e proteínas e atuam como sinais que determinam a localização ou o destino metabólico dessas moléculas híbridas, denominadas glicoconjugados. 
*
 DEFINIÇÃO 
São predominantemente poliidroxialdeído ou poliidroxicetonas cíclicas ou substâncias que por hidrólise originam estes compostos.
Muitos, mas não todos, os carboidratos têm uma fórmula empírica (CH2O)n.
Alguns contem nitrogênio, fósforo ou enxofre.	
*
 As três maiores classes 
 de Carboidratos
Monossacarídeos ou açucares simples,consistem de uma única unidade poliidroxialdeído ou poliidroxicetona. O mais abundante na natureza é o de seis átomos de carbono, a D glicose, algumas vezes denominada dextrose.
Oligossacarídeos consistem de cadeias curtas de unidades de monossacarídeos, ou resíduos, ligados através de uma ligação química característica denominada ligação glicosídica. Os mais abundantes são os dissacarídeos com duas unidades monossacarídicas.Ex.: sacarose.
Todos os monossacarídeos e dissacarídeos comuns tem nomes que terminam com o sufixo ose.
*
Polissacarídeos são aqueles polímeros contendo mais do que 20 unidades monossacarídicas.
Polissacarídeos podem possuir centenas ou milhares de unidades monossacarídicas.
Algumas moléculas de polissacarídeos como a celulose, são cadeias lineares, enquanto outras, como o glicogênio, são cadeias ramificadas.
Amido e celulose, produtos das plantas, consistem de unidades recorrentes de glicose, diferindo no tipo de ligação glicosídica e conseqüentemente tem propriedades e papéis bastante diferentes. 
*
Monossacarídeos
São sólidos cristalinos sem cor, solúveis em água e insolúveis em solventes apolares. A maioria tem sabor doce.
Os esqueletos de moléculas de monossacarídeos comuns são cadeias de carbono não ramificadas em que todos os átomos de carbono estão ligados por ligações simples.
Na forma em cadeia aberta, um dos átomos de carbono está ligado a um átomo de oxigênio através de ligação dupla formando um grupo carbonila e cada um dos outros átomos de carbono tem um grupo hidroxila.
*
Se o grupo carbonila está na extremidade da cadeia ( i. é,um grupo aldeído) o monossacarídeo é uma aldose.
Se o grupo carbonila está em qualquer outra posição( grupo cetona) o monossacarídeo é uma cetose.
Os monossacarídeos mais simples tem 3 átomos de carbono e são denominados trioses: gliceraldeído é uma aldotriose e a diidroxicetona é uma cetotriose.
Monossacarídeos com 4, 5, 6 e 7 átomos de carbono no seu esqueleto são denominados, respectivamente tetroses, pentoses, hexoses e heptoses.
*
*
Existem aldoses e cetoses de cada um destes comprimentos de cadeia, isto é, aldotetroses e cetotetroses, aldopentoses e cetopentoses, aldohexoses e cetohexoses e assim por diante.
As hexoses, as quais incluem a aldohexose glicose e cetohexose frutose, são os monossacarídeos mais comuns na natureza.
As aldopentoses ribose e desoxiribose são componentes dos nucleotideos e ácidos nucleicos.
*
*
*
 Monossacarídeos tem centros 
 de assimetria
Todos os monossacarídeos exceto a diidroxicetona contem um mais átomos de carbono assimétrico (quiral) e assim ocorrem em formas isoméricas oticamente ativas
A aldose mais simples, o gliceraldeído, contem um centro quiral e apresenta portanto 2 diferentes isômeros óticos, ou enantiomeros.
Por convenção, uma destas formas é designada D isômero e a outra L isômero.
Em geral, uma molécula com n centros quirais tem 2n estereoisomeros: gliceraldeído com um centro quiral tem 2 estereoisômeros e as aldohexoses com 4 centros quirais tem 16 estereoisômeros
*
*
*
 Classificação de acordo 
 com a configuração
Todos os monossacarídeos aldoses e cetoses são teoricamente derivados do gliceraldeído e diidroxicetona.
Os que são biologicamente importantes apresentam sempre configuração D, ou seja, têm a hidroxila do carbono assimétrico mais distante do carbono do grupo funcional principal à direita.
*
*
 Estrutura cíclica 
 de monossacarídeos
Em soluções aquosas, os monossacarídeos com mais de 4 átomos de carbono formam estruturas cíclicas, em lugar das estruturas lineares representadas.
O anel é formado pela reação do grupo carbonila com uma hidroxila.
Na verdade, aquelas representações lineares são apenas didáticas, porque as ligações entre os carbonos presentes na molécula não tem ângulos de 180 graus, mas muito menores.
*
A formação destas estruturas em anel resulta de uma reação geral entre aldeídos ou cetonas e alcoois para formar derivados chamados hemiacetais ou hemicetais, que contem um átomo de carbono assimétrico adicional e assim podem existir em duas formas diferentes.
Como cada molécula de monossacarídeo apresenta várias hidroxilas, os dobramentos da cadeia linear fazem com que a reação de formação do anel se dê com a hidroxila que espacialmente esteja mais próxima do grupo carbonila.
*
*
Por exemplo a D glicose existe me solução como um hemiacetal intramolecular em que a hidroxila livre do carbono 5 reagiu com a carbonila do carbono 1 ficando o carbono 6 excluído do anel.
O carbono 1 na forma cíclica é quiral podendo originar 2 estereoisômeros, designados alfa e beta.
Se a hidroxila ligada ao carbono 1 ficar situada abaixo do plano do anel, forma alfa e se ficar situada acima do plano do anel forma beta
Essa nomenclatura também é utilizada para a forma cíclica da D frutose, referindo-se, entretanto, à configuração do carbono 2
*
*
 Formas anômeras dos
 monossacarídeos
Formas isoméricas de monossacarídeos que diferem somente na configuração do átomo de carbono hemiacetal ou hemicetal são denominadas anômeros
O hemiacetal ou átomo de carbono carbonílico é chamado de carbono anomérico.
Nas aldohexoses o carbono anomérico é o carbono 1 e nas cetohexoses é o carbono 2. Nestas o hemicetal intramolecular é formado pela reação da carbonila do C 2 com a hidroxila do C5.
*
 Monossacarídeos derivados
Por oxidação do grupo aldeído do carbono 1 a um grupo carboxila, obtém-se os ácidos ônicos.
 Por oxidação do grupo hidroximetil no carbono 6 obtém-se um ácido urônico.
Por redução do carbono carbonílico (aldeído ou ceto) obtém-se um novo grupo alcoólico. Tais compostos são chamados polióis.
Por redução de grupos hidroxilas obtém-se os desoxiaçucares.
Por substituição de um grupo hidroxila por um grupamento amino obtém-se os aminoaçucares.
*
*
 Açucares Redutores
Açucares redutores são aqueles que têm o oxigênio da hidroxila do carbono anomérico livre, isto é, não ligado a qualquer outra estrutura.
Estes açucares são capazes de reduzir íons cúpricos em solução alcalina(azul) a ions cuprosos( vermelho tijolo)- Teste de Benedict. 
*
*
 Dissacarídeos
Consistem de dois monossacarídeos ligados covalentemente por uma ligação O-glicosídica, que é formada quando a hidroxila do carbono anomérico de um monossacarídeo reage com uma hidroxila qualquer de outro monossacarídeo
Quando um carbono anomérico de um monossacarídeo participa de umaligação glicosídica, ele torna-se incapaz de reduzir íons cúpricos, este monossacarídeo não pode mais existir na forma linear e não pode mais atuar como açucar redutor.O segundo monossacarídeo que tem um carbono anomérico livre é denominado extremidade redutora.
*
*
 Nomeando as ligações 
 glicosídicas 
Ligações glicosídicas são nomeadas indicando-se o número dos carbonos conectados e também considerando-se a posição da hidroxila do carbono anomérico que participou da formação da ligação.
Se a hidroxila anomérica estava numa configuração alfa, a ligação glicosídica é alfa. Se estava em beta a ligação é beta glicosídica.
*
 Dissacarídeos de interesse
Lactose: resulta da reação da hidroxila do carbono anomérico de uma uma beta galactose com a hidroxila do carbono 4 de uma glicose. A ligação glicosídica será denominada beta ( 1-4).
 Como o carbono anomérico da glicose tem uma hidroxila livre, que não está envolvida em ligação glicosídica este dissacarídeo é redutor
*
Sacarose: resulta da reação da hidroxila do carbono anomérico da alfa glicose ( C 1) com a hidroxila do carbono anomérico da beta frutose (C 2). A ligação glicosídica será denominada alfa beta ( 1,2).
Este dissacarídeo não contem carbono anomérico livre; os carbonos anoméricos dos dois monossacarídeos estão envolvidos na ligação glicosídica, portanto, é um dissacarídeo não redutor.
*
*
 Polissacarídeos
A maioria dos carboidratos encontrados na natureza ocorrem como polímeros de peso molecular médio a alto.
São também denominados glicanos, diferindo um do outro na identidade das unidades monossacarídicas recorrentes, no comprimento de suas cadeias e nos tipos de ligação entre estas unidades e no grau de ramificação.
*
 Classificação dos 
 polissacarídeos
Homopolissacarídeos: constituídos de um único tipo de monossacarídeo.
Alguns servem como forma de armazenamento de monossacarídeos que são usados como combustível, como o amido e o glicogênio.
Outros servem como elementos estruturais nas paredes das células vegetais e exoesqueleto de animais, como a celulose e a quitina.
*
Heteropolissacarídeos: constituídos de duas ou mais espécies de monossacarídeos.
Fornecem suporte extracelular para organismos de todas as espécies.
Por exemplo a camada rígida do envelope celular bacteriano é composta em parte por um heteropolissacarídeo constituído de duas unidades monossacarídicas alternadas.
Nos tecidos animais, o espaço extracelular é ocupado por diversos tipos de heteropolissacarídeos, que formam a matriz que mantém as células juntas e fornecem proteção,forma e suporte para células, tecidos e orgãos.
*
*
 Amido e glicogênio
Amido e glicogênio são os mais importantes polissacarídeos de reserva nas células vegetais e animais respectivamente.
Ocorrem intracelularmente na forma de grãos(amido) ou grânulos(glicogênio).
As moléculas destes polissacarídeos estão altamente hidratadas pois possuem muitos grupos hidroxilas expostos disponíveis para fazer ligações de hidrogênio com a água.
 
*
*
 Amido
É uma mistura de dois tipos de polímeros de glicose, amilose e amilopectina.
Amilose: consiste de cadeias longas não ramificadas de resíduos de alfa D glicose conectados por ligações alfa 1,4.
Tais cadeias tem peso molecular que podem variar de poucos mil a milhões.
*
Amilopectina: tem um peso molecular muito alto (acima de 100 milhões), e diferentemente da amilose é altamente ramificada.
As ligações glicosídicas entre os sucessivos resíduos de glicose nas cadeias são alfa 1,4 e nos pontos de ramificação ( um a cada 24 a 30 resíduos) são alfa 1,6
*
*
*
 Glicogênio
É o principal polissacarídeo de reserva das células animais.
Assim como a amilopectina é um polímero de subunidades de glicose em ligações alfa 1,4 com ramificações ligadas em alfa 1,6 mas extensivamente mais ramificado ( um ramo a cada 8 a 12 resíduos) e mais compactado do que o amido.
É especialmente abundante no fígado, onde pode constituir até 7% do seu peso seco e também está presente no músculo esquelético.
Nos hepatócitos é encontrado na forma de grânulos largos que são agregados de pequenos grânulos contendo moléculas de glicogênio altamente hidratadas e com peso molecular médio de alguns milhões.
*
 Celulose
É um homopolissacarídeo linear não ramificado constituído de 10.000 a 15.000 resíduos de glicose.
Estes resíduos de glicose estão em configuração beta, enquanto na amilose, amilopectina e glicogênio os resíduos de glicose estão em configuração alfa.
Os resíduos de glicose na celulose estão ligados através de ligações glicosídicas beta 1,4.
Esta diferença dá à celulose e amilose estruturas tridimensionais e propriedades físicas diferentes.
*
*
*
*
*
*
*
*
*
*
*
*
*
*
*