APOSTILA CARBOIDRATOS

Prévia do material em texto

1 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
2 
 
INTRODUÇÃO 
Os carboidratos são um grupo diverso de substâncias com propriedades fisiológicas, 
físicas e químicas características. Como são primordialmente substratos para o metabolismo 
energético, podem afetar a saciedade, a glicemia, a insulinemia e o metabolismo lipídico. Por 
meio da fermentação, exercem influência sobre o funcionamento intestinal (frequência e 
trânsito), o balanço da microbiota residente e o crescimento celular dos colonócitos. Podem, 
também, ter ação imunorregulatória e influenciar a absorção de cálcio no intestino. Essas 
propriedades têm implicações sobre a saúde em geral e contribuem particularmente para o 
controle do peso corporal, do envelhecimento, do diabetes, das doenças cardiovasculares, da 
densidade mineral óssea, do câncer intestinal, da constipação e da resistência a infecções 
intestinais. 
 
DEFINIÇÃO 
Carboidratos ou carbonos hidratados são substâncias cuja fórmula empírica é (CH20)n 
(razão molar de 1:2:1 entre C, H e O); alguns podem conter nitrogênio, fósforo ou enxofre. 
Quimicamente, os carboidratos são poli-hidroxialdeídos ou poli-hidroxicetonas, ou substâncias 
cuja hidrólise origine tais compostos. 
 
CLASSIFICAÇÃO E FUNÇÕES 
A terminologia e a classificação dos carboidratos têm alguns aspectos complexos, pois a 
classificação química, mais habitual, fornece uma base prática para determinações de conteúdo 
e rotulagem, mas não permite uma conversão simples em efeitos nutricionais, já que as classes 
químicas apresentam uma sobreposição em termos de propriedades fisiológicas e efeitos para 
a saúde. 
CLASSIFICAÇÃO DOS CARBOIDRATOS SEGUNDO O GRAU DE POLIMERIZAÇÃO 
A classificação química dos carboidratos pode ser determinada pelo tamanho da 
molécula, que é determinado pelo grau de polimerização (GP), pelo tipo de ligação (alfa e não 
alfa) e pelas características dos monômeros individuais. O enfoque químico é necessário para 
dar coerência e precisão para as determinações de teores e para a rotulagem, e para formar a 
base para o entendimento dos efeitos fisiológicos desse macro nutriente. Há três grandes classes 
de carboidratos: açúcares, oligossacarídeos e polissacarídeos. A palavra sacarídeo é derivada do 
grego sakcharon, que significa açúcar. Utiliza-se a palavra açúcares para identificar os 
carboidratos mais simples -mono e dissacarídeos- também denominados de açúcares solúveis. 
Essa classificação, bem como seus principais componentes, pode ser verificados no Quadro 2.1. 
 
3 
 
 
 
Monossacarídeos 
Os monossacarídeos são os carboidratos mais simples: aldeídos ou cetonas com dois 
ou mais grupos hidroxila. São estruturas que podem ter de três a sete carbonos. Os 
monossacarídeos de quatro ou mais carbonos tendem a apresentar estruturas cíclicas. A glicose, 
o monossacarídeo mais abundante na natureza, tem seis carbonos e cinco grupos hidroxila. 
Na Figura 2.1, podem-se verificar as estruturas lineares e cíclicas de alguns dos principais 
monossacarídeos: três carbonos = gliceraldeído; quatro carbonos = eritrose; cinco carbonos = 
ribose; seis carbonos = glicose, galactose e frutose. 
 
Os monossacarídeos são sólidos cristalinos, incolores, solúveis em água, mas insolúveis 
em solventes não polares. A maioria tem sabor doce. A estrutura dos monossacarídeos é uma 
4 
 
cadeia linear de carbonos, unidos por ligações simples entre si, e ligados a hidrogênios e grupos 
hidroxila (OH). Um dos carbonos forma um grupo carbonila, ou seja, um carbono ligado por 
dupla ligação a uma molécula de oxigênio; se essa ligação está localizada na ponta da cadeia e 
o grupo carbonila também está ligado a uma molécula de hidrogênio, tem-se uma aldose; se a 
carbonila está em outra posição da cadeia, então tem-se uma cetose, como pode ser verificado 
na Figura 2.2; esse é o carbono anomérico. 
 
 
O arranjo estereoquírnico das estruturas moleculares em três dimensões demonstra 
que moléculas com as mesmas ligações químicas podem ter diferentes configurações espaciais, 
os estereoisômeros. As interações e as reações entre biomoléculas são invariavelmente 
estereoespecíficas, requerendo configurações específicas. 
Os monossacarídeos têm carbonos assimétricos. Um átomo de carbono que tem quatro 
moléculas diferentes ligadas a si é chamado de assimétrico, ou também de carbono quiral, ou 
ainda, de centro quiral (do grego chiros, que significa mão), o que faz com que haja 
estereoisômeros. Quando uma molécula é imagem do espelho de outra, é chamada de 
enantiômero e, quando não o é, é chamada de diastereoisômero. Por convenção, um 
enantiômero é chamado de isômero D e um diastereoisômero, de isômero L, como pode ser 
verificado na Figura 2.2. Os enantiômeros têm propriedades químicas praticamente idênticas, 
mas diferem em uma propriedade física característica: sua interação com a luz polarizada. Em 
soluções separadas, cada enantiômero reflete a luz polarizada em uma direção diferente e em 
solução equimolar de dois enantiômeros, também conhecida como mistura racêmica, não há 
rotação óptica. Compostos que não possuem centros quirais também não rodam o plano da luz 
polarizada. 
 Os monossacarídeos que são biologicamente importantes apresentam sempre a 
configuração D, ou seja, tem a hidroxila do carbono assimétrico mais distante do carbono 1 à 
direita, no plano, em posição idêntica à do D-gliceraldeído, que é a triase mais simples. 
 Para simplificar as estruturas dos monossacarídeos (aldoses e cetoses), elas são 
demonstradas como estruturas lineares. Entretanto, todos os monossacarídeos com cinco ou 
mais carbonos formam estruturas cíclicas (anéis) em solução aquosa. O grupo carbonila forma 
uma ligação covalente com o oxigênio de um grupo hidroxila ao longo da cadeia. Na Figura 2.3, 
5 
 
pode-se observar a formação da estrutura cíclica da glicose, em que o grupo hidroxila do C5 
(carbono na posição cinco) reage com o Cl (carbono da posição um), sendo que o C6 fica de fora 
do anel, formando um carbono assimétrico e gerando dois estereoisômeros, alfa e beta. A 
designação alfa indica que o grupo hidroxila do carbono anomérico, em uma projeção, está do 
mesmo lado que a hidroxila ligada ao centro quiral mais distante, e a configuração beta indica 
que esses grupos hidroxila estão em lados opostos. Esses compostos em anéis de seis 
componentes são chamados de piranoses, e os nomes sistemáticos para os dois anéis formados 
a partir de D-glicose são alfa-D-glicopiranose e beta-D-glicopiranose. 
 
 
 
Dissacarídeos 
Os dissacarídeos possuem duas unidades de monossacarídeos. Na Figura 2.4 estão 
demonstradas as estruturas dos principais dissacarídeos: sacarose, formada a partir de glicose 
e frutose; lactose, formada a partir de galactose e glicose; e maltose, formada a partir de duas 
unidades de glicose. Os dois monossacarídeos que compõem um dissacarídeo estão unidos 
covalentemente por uma ligação glicosídica, que é formada quando o grupo hidroxila de um 
monossacarídeo reage com a hidroxila de outro monossacarídeo, pela exclusão de uma 
molécula de água. 
Oligossacarídeos 
Os oligossacarídeos consistem em cadeias curtas de unidades de monossacarídeos ou 
resíduos unidos por ligações glicosídicas. Nas células, a maioria dos oligossacarídeos formados 
por três ou mais unidades não ocorre de maneira livre, mas ligada a lipídios ou proteínas. Os 
oligossacarídeos podem ser divididos em malto-oligossacarídeos (alfa glucanos), produzidos 
principalmente por hidrólise parcial do amido, e oligossacarídeos não alfaglucanos, tais como 
rafinose e estaquiose (alfagalactosídeos); fruto-oligossacarídeos (GP menor que dez, formados 
por unidades monoméricas de frutose), também conhecidos como fruto-oligossacarídeos (FOS) 
e galacto-oligossacarídeos. 
Polissacarídeos 
6 
 
Os polissacarídeos são polímeros que contém maisde 20 unidades, podendo variar de 
centenas ou até milhares de unidades. Os polissacarídeos, também chamados de glucanos, 
diferem um do outro em relação à identidade das unidades de monossacarídeo que os formam, 
ao comprimento da cadeia, aos tipos de ligação entre as unidades e ao grau de ramificação das 
cadeias. 
 O tipo de ligação glicosídica é definido pelos carbonos envolvidos (indicados por 
numeração sequencial) e pelas configurações de suas hidroxilas, podendo ser do tipo alfa ou 
beta. As enzimas digestivas humanas são capazes de hidrolisar somente as ligações do tipo alfa. 
 
 
Existem dois tipos de polissacarídeos: 
• Homopolissacarídeos: Uma molécula composta por monômeros da mesma espécie. 
Exemplo: celulose, composta por unidades de glicose. 
• Heteropolissacarídeos: Uma molécula de carboidrato composta por diferentes tipos de 
monossacarídeos. Exemplo: peptidoglicano. 
 
Homopolissacarídeos 
Os homopolissacarídeos contêm apenas um tipo de monossacarídeo. Alguns servem 
como forma de estocagem dos monossacarídeos, que são utilizados como fonte de energia. O 
amido é o homopolissacarídeo mais importante para a estocagem de energia nas células de 
plantas, e o glicogênio, nas células de animais. Outros homopolissacarídeos, como a celulose e 
a quitina, têm função estrutural e de sustentação nas paredes das células e nos exoesqueletos 
de animais. O amido é composto por dois homopolímeros de glicose: amilose e amilopectina. A 
amilose é composta por moléculas de alfa-D-glicose ligadas linearmente (ligações alfa-1,4) e a 
https://www.infoescola.com/compostos-quimicos/celulose/
https://www.infoescola.com/bioquimica/glicose/
7 
 
amilopectina, por ligações lineares (alfa-1,4) e ramificadas (alfa-1,6). As plantas apresentam 
ambos os tipos de amido na forma de grânulos insolúveis e semicristalinos, além de proporções 
de amilopectina e amilose características, conforme a origem botânica (Quadro 2.2). O amido é 
insolúvel em água fria, mas pode sofrer mudanças significativas e irreversíveis sob aquecimento, 
em um processo conhecido por gelatinização. 
 
 A celulose também é um polímero de glicose de origem vegetal, em que as moléculas 
de glicose estão unidas em ligações glicosídicas entre o carbono 1 (na configuração beta) e 4, 
ligações do tipo beta-1,4, sem ramificações, como pode ser visto na Figura 2.5. Em contraste, na 
amilose, as moléculas de glicose estão ligadas em alfa-1,4. As ligações beta-1,4 não são 
hidrolisadas pelas alfa-amilases existentes no trato gastrintestinal humano, mas, sim, pela 
celulase, que pode ser secretada por bactérias, fungos e outros protistas, alguns dos quais agem 
simbioticamente no estômago de ruminantes. A celulose, composto insolúvel em água, é 
encontrada nas paredes celulares de plantas. 
 
 
8 
 
 
 Nos seres humanos e nos animais, a glicose é armazenada no fígado e nos músculos sob 
a forma de glicogênio. Este é um polímero de glicose com ligações lineares (alfa-1,4) e 
ramificadas (alfa-1,6), sendo mais ramificado que a amilopectina. A quitina é um 
homopolissacarídeo composto por moléculas de n-acetilglicosamina em ligações do tipo beta-
1,4. A única diferença química da quitina com a celulose é a substituição da hidroxila do C2 por 
um grupo aminoacetilado, como pode ser visto na Figura 2.5. A quitina é o principal componente 
do exoesqueleto dos artrópodes (insetos, caranguejos, lagostas, camarões, por exemplo) e, tal 
qual a celulose, não pode ser digerida por vertebrados. Os principais componentes da fibra 
alimentar estão apresentados no Quadro 2.3. 
 
 
 
Heteropolissacarídeos 
Os heteropolissacarídeos contêm dois ou mais tipos de monossacarídeos. O suporte 
extracelular de organismos de todos os reinos é dado por esses heteropolissacarídeos, como os 
peptideoglicanos que compõem a camada rígida da parede celular bacteriana. 
O componente rígido da parede celular de bactérias é constituído por peptideoglicanos, 
que são heteropolímeros formados pela ligação beta 1,4 entre n-acetilglicosaminas e ácido n-
acetilmurâmico. Esses polímeros se alinham lado a lado na parede celular, intercalados por 
pequenos peptídeos, sendo que a estrutura final é característica de cada espécie de bactéria e 
confere proteção à célula, prevenindo a entrada osmótica de água. A enzima lisozima, presente 
na gema de ovos e nas lágrimas, tem capacidade de quebrar essas ligações beta-1,4, o que a 
caracteriza como um agente antibacteriano natural. 
9 
 
Em algumas espécies de algas marinhas vermelhas, as paredes celulares contêm ágar, 
que é uma mistura de heteropolissacarídeos compostos por D-galactose e derivados de L-
galactose ligados entre as posições C3 e C6. O ágar é uma mistura complexa de polissacarídeos, 
todos com o mesmo esqueleto estrutural, mas substituído em vários locais por moléculas de 
sulfato e piruvato. 
FONTES DE CARBOIDRATOS 
O principal tipo de carboidrato encontrado nos alimentos é o amido (aproximadamente 
60% dos carboidratos totais), seguido por dissacarídeos, sacarose (30%) e lactose (10%). Os 
principais alimentos fontes de amido são arroz, inhame, mandioca, milho, trigo, batata e feijão. 
A cana-de-açúcar, a beterraba e o abacaxi são fontes de sacarose, e o leite é a principal fonte de 
lactose. A maltose, o dissacarídeo menos abundante, derivada do amido, é encontrada em trigo 
e cevada germinados. A trealose é encontrada em leveduras, fungos (cogumelos) e em pequenas 
quantidades no pão e no mel. A glicose e a frutose livres são encontradas no mel e em frutas. 
Os polióis, tais como o sorbitol, são alcoóis de glicose e outros açúcares. São encontrados de 
modo natural em algumas frutas e produzidos comercialmente com a utilização da enzima 
aldose redutase para converter o grupo aldeído da molécula de glicose em álcool. O sorbitol é 
utilizado como um substituto de sacarose na alimentação de indivíduos diabéticos. Os 
componentes da FA e suas principais fontes estão apresentadas no Quadro 2.1 . 
DIGESTÃO, ABSORÇÃO, TRANSPORTE E METABOLISMO 
O entendimento sobre o local, a velocidade e a extensão da digestão e a absorção dos 
carboidratos no intestino é importante para compreender a participação desse grupo de 
substâncias quimicamente similares e seus metabólitos no organismo. 
 
Digestão 
Ao se abordar o processo digestivo dos carboidratos, costuma-se enfatizar a hidrólise 
do amido, uma vez que é o tipo de carboidrato mais abundante nos alimentos. A digestão 
enzimática do amido começa na boca. Durante a refeição, o contato entre o alimento e a mucosa 
que reveste a cavidade oral estimula a secreção de alfa-amilase salivar. Em razão da 
permanência reduzida do alimento na boca, essa fase da digestão tem pouca importância, sendo 
que o mais importante é a quebra mecânica do alimento e a hidratação com saliva, mas a alfa-
amilase salivar é normalmente inativada pelo pH estomacal ácido. Entretanto, ao chegarem ao 
estômago, o amido e as proteínas da refeição podem tamponar a acidez gástrica (pH maior que 
4,0), permitindo a continuação da ação da amilase salivar. Quando o amido atinge o duodeno 
(pH aproximadamente 7 ,O), por causa da ação de neutralização do bicarbonato, entra em 
contato com a amilase, liberada pelo pâncreas. A alfa-amilase pancreática tem pH ótimo de 
atuação em 7,0, hidrolisa as ligações glicosídicas alfa-1,4 do amido e não é capaz de atacar 
ligações do tipo alfa-1,6, além de ter baixa afinidade por ligações alfa-1,4 adjacentes às 
ramificações. O produto da digestão é a dextrina limite (em média, com oito unidades 
10 
 
monoméricas de glicose, com uma ou mais ligações alfa -1, 6) . As dextrinas limites sofrem 
clivagem pela ação enzimática da glicoamilase (dextrinase alfa-limite) que, sequencialmente, 
remove uma única unidade de glicose da extremidade não redutora de um oligossacarídeo alfa-
1,4. A maltose e a maltotriose são degradadas em glicose livre por dissacaridases, secretadase 
presentes na borda em escova; em seguida, essa glicose é transportada para os enterócitos e 
através deles pelos transportadores especializados. Os dissacarídeos são digeridos em suas 
unidades de monossacarídeos, ao alcançarem a parede do intestino delgado, pelas enzimas 
especializadas da borda em escova (microvilosidades) dos enterócitos: a maltase age sobre a 
maltose, produzindo duas moléculas de glicose; a sacarase age sobre a sacarose para produzir 
glicose e frutose; a lactase age sobre a lactose para produzir glicose e galactose (Quadro 2.5). 
 
 
 
Os componentes da FA são alguns carboidratos que escapam da digestão e não são 
absorvidos (descritos no Quadro 2.1). 
Fermentação 
Os componentes da alimentação que não são digeridos por enzimas gastrintestinais e 
nem absorvidos no intestino delgado chegam intactos ao intestino grosso, onde podem ser 
degradados pela microbiota ali presente. Esse processo é denominado fermentação colônica, e 
consiste na degradação anaeróbia dos substratos, principalmente carboidratos. Os principais 
substratos de fermentação para a microbiota colônica são alguns componentes da FA, como os 
frutanos, a pectina, o amido resistente e outros compostos associados, tais como os polifenóis, 
que podem ser identificados como carboidratos não disponíveis. A fermentabilidade reflete a 
extensão da degradação do substrato pela microbiota colônica, e a alta fermentabilidade do 
substrato, em geral, significa uma alta produção de ácidos graxos de cadeia curta (AGCC). A 
fermentação colônica pode ser proteolítica ou sacarolítica. A fermentação proteolítica produz 
os ácidos graxos de cadeia ramificada, em especial o isobutírico, o 2-metil-butírico e o 
isovalérico. Os principais produtos finais da fermentação sacarolítica são os AGCC, 
principalmente o acetato, o propionato e o butirato. Esses AGCC contribuem para as 
necessidades energéticas diárias do hospedeiro e estimulam o fluxo sanguíneo do cólon, bem 
como a utilização de fluidos e eletrólitos. A microbiota colônica pode variar conforme diversas 
condições do hospedeiro, desde o nascimento. No adulto, a microbiota é influenciada por 
fatores como alimentação, código genético, meio em que o indivíduo vive, uso de antibióticos, 
estresse, infecções, idade, clima, trânsito intestinal e doenças em outros órgãos, como o fígado 
ou os rins. O microssistema da microbiota intestinal é composto de microrganismos benéficos, 
patogênicos e neutros, sendo que 90% são microrganismos anaeróbicos, bacteroides e 
bifidobactérias. As bifidobactérias produzem vitaminas B 1 , B 2 , B 6 , B 12 , ácido nicotínico, 
ácido fólico e biotina. Além disso, têm efeito protetor sobre o fígado ao evitar o predomínio de 
11 
 
organismos patogênicos, produtores de substâncias tóxicas. Dessa forma, há menor demanda 
do fígado para purificar as substâncias absorvidas pelo intestino delgado. No intestino grosso, 
as bifidobactérias fermentam os carboidratos que não foram digeridos no intestino delgado, 
formando gases (hidrogênio, dióxido de carbono, oxigênio, amônia, metano) e produzindo ácido 
lático e AGCC. Os AGCC também são conhecidos como ácidos graxos voláteis, e os principais são 
acetato (ácido carboxi1ico de dois carbonos), propionato (de três carbonos) e butirato (de 
quatro carbonos), que são absorvidos pelas células epiteliais do intestino grosso (colonócitos). 
Os AGCC são essenciais para o bom funcionamento do intestino grosso; o butirato é utilizado 
como fonte de energia pelos colonócitos e apenas pequena parte vai para a corrente sanguínea; 
o propionato entra pela veia porta e é quase inteiramente absorvido pelo fígado para reações 
de oxidação; o acetato entra na corrente sanguínea e pode ser convertido em acetil-CoA no 
fígado e em outros tecidos, também servindo de precursor para a lipogênese ou como um 
substrato para oxidação. O pH normal do cólon humano varia de 5,5 a 7,5 e 50% dos AGCC se 
encontram na forma dissociada. Alguns efeitos dos AGCC talvez sejam decorrentes mais da 
diminuição do pH na região do cólon e do reto do que de alguma ação de um AGCC específico. 
Em pH 6,0, os ácidos biliares encontram-se protonados e insolúveis, não sendo, assim, 
absorvidos pelos colonócitos; em pH ainda menor, ocorre a inibição da conversão de ácidos 
biliares primários a secundários por bactérias, diminuindo, dessa maneira, seu potencial 
carcinogênico. A redução do pH resultante da fermentação pode ser o fator responsável pela 
redução do risco de colonização por bactérias patogênicas sensíveis a ácidos. Um meio mais 
ácido também pode limitar a absorção de compostos tóxicos, como as aminas mutagênicas, pelo 
aumento de sua ionização. O aumento da massa bacteriana e dos AGCC traz benefícios para o 
organismo e se relaciona com a etiologia e o menor risco de diferentes doenças crônicas não 
transmissíveis, como doenças cardiovasculares e câncer de cólon. 
Absorção 
Há duas famílias de transportadores de monossacarídeos do lúmen intestinal até a 
circulação. Uma das famílias é a dos transportadores ativos de glicose (cotransporte de sódio e 
glicose), ou seja, que movem a glicose contra um gradiente de concentração, e a outra é a dos 
transportadores passivos de glicose (transportadores de glicose - GLUT). A expressão desses 
transportadores é específica de cada tecido, e suas propriedades fazem parte da regulação do 
metabolismo da glicose naquele determinado tecido, a saber: 
• Cotransporte de sódio e glicose (sodium glucose transporters 1 and 2 - SGLTl e 2): 
transportadores expressos nas células epiteliais da membrana apical. 
Os rins e o intestino são os dois principais órgãos com função específica de transporte 
de monossacarídeos de suas células para a corrente sanguínea, utilizando o SGLTl e o SGLT2 
(específico dos rins). Nos rins, as células do túbulo proximal captam a glicose do filtrado 
glomerular, levando-a de volta para o sangue, e no intestino captam monossacarídeos 
provenientes da digestão. 
O SGLTl transporta glicose e galactose em quantidades equimolares de sódio, contra 
gradiente de concentração da glicose, e com gasto de energia (transporte ativo). Depois desse 
processo, a glicose passa a ser transportada pela membrana basolateral por difusão facilitada, 
utilizando os GLUT. 
• Difusão facilitada: realizada com aUXI1io de uma família de transportadores 
conhecidos como GLUT. Os GLUT são proteínas de membrana encontradas em todas as células, 
capazes de transportar a glicose a favor de seu gradiente de concentração. A energia para a 
12 
 
transferência é obtida por meio da dissipação da diferença de concentração da glicose. Em 
humanos, já foram identificadas 12 diferentes GLUT, sendo que há cinco principais (GLUT 1 a 
GLUT 5), que foram numerados conforme a ordem de descoberta. 
O GLUT 1 (carreador eritroide-cerebral) foi o primeiro transportador de glicose a ser 
clonado, sendo que sua distribuição é ampla, incluindo coração, rins, células adiposas, 
fibroblastos, placenta, retina e cérebro; há também uma pequena quantidade expressa no 
fígado. Há uma expressão elevada desse transportador nas células endoteliais dos microvasos 
cerebrais, em que constitui parte importante da barreira hematoencefálica. Esse transportador 
apresenta alta eficiência de transporte quando a glicose extracelular se encontra baixa e a 
demanda intracelular é alta. O GLUT 2 (transportador hepático de glicose) é preferencialmente 
expresso no fígado (membranas sinusoidais), nos rins (células tubulares), no intestino delgado 
(enterócitos) e nas células beta-pancreáticas secretoras de insulina. Nos hepatócitos, o GLUT 2 
tem baixa afinidade pela glicose extracelular e velocidade de transporte simétrica entre o meio 
interior e exterior, o que o torna muito eficiente para o transporte da glicose proveniente da 
gliconeogênese para a circulação sanguínea. O GLUT 2 também é capaz de transportar galactose, 
manose e frutose.A expressão mais acentuada do GLUT 3 (transportador cerebral de glicose) 
ocorre no cérebro, nos rins e na placenta, sendo que no cérebro é expresso principalmente nos 
neurônios. Também é encontrado nos espermatozoides, que captam a glicose a partir do líquido 
epididimário para utilização na glicólise. A afinidade do GLUT 3 pela glicose é relativamente 
baixa, mas bem mais alta que a do GLUT 1. O GLUT 4 (transportador de glicose sensível à insulina) 
é o principal transportador de glicose dos tecidos sensíveis à insulina (da gordura marrom e 
branca, da musculatura esquelética e cardíaca), cujas características específicas são importantes 
para a regulação do metabolismo. Dentro da célula, há grandes estoques de GLUT 4, 
armazenados em vesículas, e, quando a insulina se liga a seu receptor, há liberação dos GLUT 4 
das vesículas para a membrana celular (translocação), assim estarão disponíveis para realizar o 
transporte de glicose para dentro da célula, como pode ser verificado na Figura 2.6. Quando a 
insulina cessa sua ação, os transportadores são reciclados para dentro das vesículas 
intracelulares. Em virtude desse mecanismo, a regulação e o funcionamento do GLUT 4 são 
componentes importantes na homeostasia da glicose, e seu envolvimento no desenvolvimento 
do diabetes é muito estudado. 
 
 
13 
 
O GLUT 5 (transportador de frutose) é expresso principalmente no jejuno, tanto na 
borda em escova quanto na membrana basolateral. Esse transportador tem baixa afinidade pela 
glicose e alta afinidade pela frutose, e é encontrado em concentrações elevadas nos 
espermatozoides (que utilizam como fonte de energia a frutose produzida pelas vesículas 
seminais). Foi verificado, também, que há baixa expressão de GLUT 5 nas células 
betapancreáticas, portanto a frutose tem pouco ou nenhum efeito sobre a estimulação da 
secreção de insulina. Um resumo das principais características dos GLUT pode ser verificado no 
Quadro 2.6. 
 
 
 
Ao longo das duas últimas décadas, novos transportadores de glicose vêm sendo 
identificados e clonados, do GLUT 6 ao GLUT 12, nem todos com seu funcionamento 
completamente esclarecido. Os últimos a serem identificados foram os GLUT 13 e GLUT 14. A 
variedade de propriedades e locais de expressão desses transportadores revela uma 
complexidade muito maior envolvida no armazenamento, no transporte e no metabolismo dos 
carboidratos em relação ao que se imaginava quando os primeiros transportadores foram 
caracterizados. 
 
Fosforilação da glicose 
A glicose, logo após sua entrada na célula, se liga a um radical fosfato sob a ação da 
enzima glicoquinase, no fígado, ou hexoquinase, em outros órgãos e tecidos, conforme a reação: 
 glicoquinase ou hexoquinase + ATP 
Glicose Glicose 6-fosfato 
 
Essa reação de fosforilação ocorre com o objetivo de manter a molécula de glicose 
dentro da célula, impedindo sua difusão para o meio extracelular, e é praticamente irreversível. 
No entanto, as células hepáticas, as células do epitélio tubular renal e do epitélio intestinal têm 
expressão da glicose fosfatase, uma enzima capaz de reverter a reação. 
Absorção e transporte de galactose 
14 
 
A galactose é um monossacarídeo proveniente da hidrólise do dissacarídeo lactose 
presente no leite. A galactose compartilha os mesmos mecanismos de transporte da glicose nos 
enterócitos, ou seja, os cotransportadores apicais SGLT e o GLUT 2 basolateral. 
Absorção e transporte de frutose 
A frutose é um monossacarídeo proveniente da hidrólise do dissacarídeo sacarose 
presente nas frutas. Há fortes evidências que os transportadores ativos SGLTl não são utilizados 
para frutose. O principal transportador de frutose é o GLUT 5, com participação também do 
GLUT 2.49 
METABOLISMO 
Como explicado anteriormente, os produtos finais da digestão de carboidratos são 
quase inteiramente glicose, frutose e galactose, com a primeira representando, em média, 80%. 
Após a absorção, grande parte da frutose e quase toda a galactose são convertidas em glicose, 
de modo rápido, no fígado. Nas células hepáticas, há enzimas disponíveis para promover a 
interconversão entre os monossacarídeos (glicose, frutose e galactose), como pode ser visto na 
Figura 2. 7. A dinâmica das reações, em virtude da grande disponibilidade da enzima glicose 
fosfatase nas células hepáticas, favorece a formação de glicose, a qual representa mais de 95% 
dos monossacarídeos circulantes no sangue. 
 
 
 
Armazenamento e utilização de glicose 
Depois de sua captação para o interior da célula, a glicose pode ser utilizada 
imediatamente para liberar energia ou pode ser armazenada sob a forma de glicogênio. Essa 
conversão permite o armazenamento de grandes quantidades de carboidratos sem alterar 
significativamente a pressão osmótica do meio intracelular, pois concentrações elevadas de 
monossacarídeos solúveis de baixo peso molecular alterariam as relações osmóticas entre os 
líquidos intra e extracelulares. Todas as células do organismo podem armazenar glicogênio, mas 
o fígado e os músculos têm maior capacidade. O glicogênio muscular é utilizado principalmente 
pelos próprios músculos, entretanto, o glicogênio hepático é direcionado para a manutenção da 
glicemia, nos processos de armazenamento, hidrólise e exportação na forma de glicose. O fígado 
15 
 
tem capacidade para manter as reservas de glicogênio por 12 a 18 horas de jejum, depois se 
inicia a depleção desse polissacarídeo. 
 
Formação e degradação de glicogênio 
As enzimas responsáveis pelo controle do metabolismo do glicogênio são reguladas por 
uma sequência complexa de fosforilações e desfosforilações, bem como por mecanismos 
alostéricos sob influência hormonal (insulina e glucagon). 
 A glicogênese, formação de glicogênio a partir de moléculas de glicose, é catalisada pela 
enzima glicogênio sintetase, que forma a parte linear da cadeia, e pela amilo-1,4-1,6-
transglicosidase, responsável pela formação das ramificações. O hormônio insulina estimula 
esse processo. 
A glicogenólise, degradação do glicogênio, é catalisada por três enzimas: a fosforilase 
nas ligações 1,4; a 1,4-1,4-glucano transferase, que transfere uma unidade de trissacarídeo de 
um ramo para outro, expondo os pontos de ramificação 1,6; e a enzima de desramificação, a 
amilo-1,6-glicosidase, que atua promovendo a clivagem da ligação 1,6. Os hormônios epinefrina 
e glucagon estimulam a glicogenólise. 
Glicólise 
A glicólise é a via mais importante de início da liberação de energia a partir da molécula 
de glicose. No final desse processo, que ocorre em duas fases constituídas de dez reações 
químicas sucessivas, ocorre a formação de duas moléculas de ácido pirúvico, as quais serão 
oxidadas para fornecer energia. Na primeira fase da glicólise, chamada de preparatória, é 
utilizada adenosina trifosfato (ATP) para converter glicose em frutose 1,6-bifosfato; a ligação 
entre o C3 e o C4 da glicose é quebrada, gerando duas moléculas de fosfato triose. Na segunda 
fase, de rendimento, cada uma das moléculas de gliceraldeído 3-fosfato derivada da glicose é 
oxidada, e a energia dessa reação de oxidação é conservada na forma de nicotinamida adenina 
dinucleotídeo (NADH) e duas moléculas de ATP. Uma representação básica dessas reações pode 
ser vista na Figura 2.8. A equação geral do processo é: 
 
 
16 
 
 
A frutose, a galactose e a manose também podem ser utilizadas na via glicolítica, ao 
serem fosforiladas e convertidas em glicose-6-fosfato, frutose-6-fosfato ou frutose-fosfato. A 
glicólise é estreitamente regulada pelos hormônios glucagon, epinefrina e insulina, para que, 
em coordenação com outras vias de suprimento de energia, haja um pronto suprimento de ATP. 
A etapa seguinte da degradação da glicose é a conversão de ácido pirúvico em acetil CoA; 
posteriormente, a acetil CoA é convertidano ciclo do ácido cítrico, ou também conhecido como 
ciclo de Krebs. 
 
Glicólise anaeróbia 
Quando o oxigênio se torna insuficiente ou indisponível, de modo que a fosforilação 
oxidativa não pode acontecer, ocorre a glicólise anaeróbia. 
 O NADH formado na glicólise deve ser reciclado para regenerar NAD+, a qual é utilizada 
como um receptor de elétron na primeira etapa da fase 2 da via glicolítica (fase de rendimento). 
Sob condições aeróbias, os elétrons passam da NADH para o oxigênio na respiração 
mitocondrial. 
Na glicólise anaeróbia, o piruvato é convertido em ácido lático, por ação da lactato 
desidrogenase, regenerando NAD+ a partir da NADH: 
 
 glicoquinase ou hexoquinase + ATP 
Piruvato + NADH+H+ Lactato + NAD+ 
 
O lactato formado nos músculos esqueléticos em atividade (exercício físico, por 
exemplo) ou nos eritrócitos (que não têm mitocôndrias e, portanto, não podem oxidar piruvato 
a C0 2 ) pode ser reciclado, sendo transportado pelo sangue até o fígado, no qual é convertido 
em glicose. 
 
Gliconeogênese 
A gliconeogênese é a formação de glicose a partir do lactato, dos aminoácidos 
glicogênicos (os não glicogênicos, ou estritamente cetogênicos, são a leucina e a lisina) e do 
glicerol resultante da degradação de triacilgliceróis, quando as reservas de carboidratos do 
organismo diminuem, sendo que há uma regulação recíproca entre glicólise e gliconeogênese 
para evitar desperdício de energia. Nos mamíferos, a gliconeogênese no fígado, nos rins e no 
intestino delgado fornece glicose para uso pelo cérebro, pelos músculos e pelos eritrócitos. A 
visão simplificada do metabolismo de glicose pode ser verificada na Figura 2.9. 
 
Metabolismo da galactose 
Nas células hepáticas, a galactose é convertida em galactose - 1 - fosfato pela enzima 
galactoquinase, e depois em glicose -1 - fosfato em mais uma transformação enzimática de duas 
17 
 
fases, e é, então, armazenada sob a forma de glicogênio. Muitos elementos estruturais das 
células e dos tecidos (glicoproteínas e mucopolissacarídeos) contêm galactose. A glicose pode 
ser convertida em galactose, suprindo as necessidades celulares, em caso de ausência de 
galactose na alimentação. 
 
Metabolismo da frutose 
Após a absorção, a frutose, ao passar pelo fígado, é quase completamente removida. 
Uma parte pode ser metabolizada em lactato por meio da glicólise e depois liberada, e a outra 
pode ser utilizada como metabólito intermediário, tanto da via glicolítica como da 
gliconeogênese. A ingestão oral de frutose livre provoca elevação de frutose na corrente 
sanguínea, mas diminuição lenta ao longo dos 90 minutos seguintes, por conta de sua 
metabolização, descrita acima. Já o consumo elevado e rápido de bebidas adoçadas com 
sacarose (50% de frutose) provoca uma elevação nas concentrações circulantes de 
triacilgliceróis. Esse fato pode ser explicado pela saturação da via glicolítica, formando 
intermediários que são utilizados na produção de glicerol para síntese de triacilgliceróis, e pela 
metabolização preferencial da frutose para essa mesma via. 
 
 
Homeostase da glicose 
A glicose é um dos substratos circulantes mais altamente regulados. Uma das principais 
razões para essa regulação estrita da glicemia está no fato de que o cérebro depende de um 
suprimento contínuo de glicose, embora possa se adaptar e utilizar corpos cetônicos a partir da 
degradação de lipídios. Sob circunstâncias normais, a glicemia de jejum varia entre 70 e 109 
mg/dL. Se as concentrações de glicose caem para valores abaixo de 70 mg/ dL, tem-se a 
hipoglicemia, e o indivíduo sente-se nervoso, irritado, com fome e com dor de cabeça, podendo 
evoluir para coma e morte. Se as concentrações de glicose sobem para mais de 150 mg/dL, tem-
se a hiperglicemia, o que promove fome e sede e, eventualmente, perda de peso; quando as 
concentrações ultrapassam 170 mg/ dL, a glicose começa a ser eliminada na urina. O fígado é o 
principal órgão regulador da glicemia, pois é o primeiro a receber a glicose, absorvida da 
18 
 
alimentação, proveniente do intestino delgado. A homeostase da glicose é alcançada por meio 
da delicada interação entre os hormônios pancreáticos e viscerais (Quadro 2.7). 
 
 
 
A insulina, produzida e liberada pelas células betapancreáticas, é o principal hormônio 
responsável pelo controle da glicemia. Em resposta à liberação de insulina, os nutrientes são 
captados e armazenados nas células e nos tecidos. A insulina estimula a síntese de glicogênio, 
as glicólises aeróbia e anaeróbia, a síntese de ácidos graxos e de proteínas no fígado, e inibe os 
processos glicogenolítico, proteolítico e lipolítico, além da gliconeogênese. A insulina é liberada 
para a circulação, em resposta ao aumento de glicose sanguínea, e estimula a captação da 
glicose pelas células dos músculos e do fígado para que possa ser utilizada como energia ou ser 
estocada, além de inibir as vias metabólicas hepáticas que sintetizam glicose a partir de 
aminoácidos, ácido láctico ou glicerol. Assim, em virtude das ações da insulina, as concentrações 
de glicose caem e, consequentemente, a liberação de insulina também diminui, evitando a 
captação de glicose pelo fígado, pelos músculos e pelo tecido adiposo, deixando glicose 
disponível para uso pelo cérebro. 
 Quando não há ingestão de carboidratos durante algumas horas, a concentração de 
glicose necessária para o cérebro é mantida pelo hormônio glucagon, o qual também é liberado 
pelo pâncreas. Esse hormônio estimula a quebra de glicogênio no fígado, resultando na 
liberação de glicose para a corrente sanguínea. O glucagon também aumenta a gliconeogênese, 
auxiliando a manutenção das concentrações sanguíneas de glicose. 
Os hormônios epinefrina (adrenalina) e norepinefrina (noradrenalina), conhecidos como 
os hormônios responsáveis pela reação de "lutar ou fugir", são liberados em grande quantidade 
na corrente sanguínea em situações de estresse ou susto. Como suas principais ações são a 
estimulação da quebra do glicogênio no fígado e nos músculos, o resultado é uma rápida 
liberação de glicose na circulação sanguínea, que promove reações físicas e mentais imediatas. 
A falta de insulina ou sua ação inadequada promove quadros de hiperglicemia que caracterizam 
o diabete melito. O diabetes pode resultar de uma série de condições genéticas, metabólicas e 
adquiridas que promovem distúrbios no metabolismo de glicose e profundas anormalidades no 
19 
 
metabolismo de lipídios, proteínas e outras substâncias. A classificação tradicional propõe os 
seguintes tipos de diabetes: 
• Tipo 1: representa cerca de 5% dos casos. 
• Tipo 2: representa cerca de 90% dos casos. 
• Diabetes gestacional e outros tipos: representam os 5% restantes. 
O consumo elevado de alimentos fontes de carboidratos disponíveis (açúcares solúveis 
e amido disponível) mantém a glicemia elevada, o que requer maior concentração de insulina 
circulante; se isso ocorre de forma sistemática, pode provocar falência das células beta do 
pâncreas, o que promoveria a intolerância à glicose ou a resistência insulínica. A resistência 
insulínica é a resposta inadequada dos tecidos-alvos (músculo esquelético, fígado e tecido 
adiposo) aos efeitos fisiológicos da insulina circulante; pode ser de origem genética, mas é 
principalmente decorrente da obesidade, do sedentarismo e do envelhecimento, interligados 
ou não. A musculatura esquelética é responsável pela captação de 70 a 90% da glicose circulante 
estimulada pela insulina em função da elevação da glicemia. Dessa forma, essa musculatura 
precisa se manter saudável, com atividade física regular, a fim de conservar a receptividade e a 
sensibilidade à insulina. A contração muscular estimula a translocação do GLUT 4 do meio 
celular para a membrana plasmática, tanto na ausência deinsulina quanto como efeito adicional 
a ela, podendo ativar os transportadores por diferentes mecanismos. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
OBS: Essa apostila é referente ao segundo capítulo do livro - Bases bioquímicas e fisiológicas da nutrição: nas diferentes fases da 
vida, na saúde e na doença I Sílvia Maria Franciscato Cozzolino, Cristiane Cominetti. -Barueri, SP: Manole, 2013.