4- Carboidratos

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Carboidratos 
Introdução 
• São doces 
• Hidrofílicos 
• Possuem diversas funções: 
– Energética 
– Reconhecimento Celular 
– Estrutural 
– Etc... 
• Carboidratos ou sacarídeos (do grego, 
sakcharon, açúcar) são as moléculas biológicas 
mais abundantes. 
 
• São quimicamente mais simples que os 
nucleotídeos ou aminoácidos, contendo 
apenas 3 elementos: carbono, hidrogênio e 
oxigênio. 
 
• As unidades básicas de um carboidrato é 
denominados monossacarídeos 
 
Fórmula dos Carboidratos 
Carboidratos (CH2O)n n>3 
“Carboidratos são compostos aldeídicos ou 
cetônicos com múltiplos grupos hidroxilas” 
 
Produção de Carboidratos 
A produção de carboidratos 
durante a fotossíntese e a 
oxidação de carboidratos para 
produção de energia constitui 
o principal ciclo de energia na 
biosfera. 
Principais funções 
a) Reserva energética, como o amido e o glicogênio. 
b) Informação gênica, através dos ácidos nucleicos. 
c) Estrutural, como a celulose, presente em parede celular de plantas e 
bactérias, e a quitina, presente no exoesqueleto de invertebrados. A 
celulose é o composto orgânico mais abundante na biosfera. O uso 
industrial de celulose foi estimado em 800 milhões de toneladas por ano 
(dados de 1975). 
d) Reconhecimento celular e informação biológica, como nos casos dos 
carboidratos constituintes das glicoproteínas e dos proteoglicanos. 
Nomenclatura dos Carboidratos 
• Terminação em “ose” 
– Ex: Celulose, glicose, maltose, sacarose... 
 
• Carboidratos são poli-hidroxialdeídos ou poli-
hidroxicetonas, ou substâncias que geral esses 
compostos quando hidrolisadas. 
 
• Monossacarídeos 
• Dissacarídeos 
• Oligossacarídeos 
• Polissacarídeos 
 
Monossacarídeos 
 
• Açúcares simples contruidos por uma única unidade de 
poli-hidroxialdeídos ou poli-hidroxicetonas. 
 
• Não podem ser quebrados em açúcares menores 
 
• Monossacarídeo mais abundante na natureza é o açúcar de 
6 carbonos D-glicose, algumas vezes chamado de dextrose. 
 
• Monossacarídeos de 4 ou mais carbonos tendem a fazer 
estruturas cíclicas. 
Aldoses e cetoses contém funções aldeído 
e cetona, respectivamente 
Dissacarídeos 
 
• Duas unidades de monossacarídeos. 
 
• Um dissacarídeo típico é a cana-de-açúcar, 
sacarose. Constituídos pelos açúcares de 6 
carbonos D-glicose e D-frutose. 
 
• Todos os monossacarídeos e dissacarídeos 
comuns tem nomes terminados em sufixo “ose” 
 
 
Dissacarídeos 
• Ex: 
– Sacarose glicose + frutose 
 Cana-de-açúcar, Beterraba 
 
– Lactose glicose + galactose 
 Leite 
 
– Maltose glicose + glicose 
 Malte 
Oligossacarídeos 
• Oligo = “poucos" - usualmente 2 a 10 
 
• Constituem em cadeias curtas de unidades de 
monossacarídeos, ou resíduos, unidas por 
ligações características chamadas de ligações 
glicosídicas. 
Polissacarídeos 
• São polímeros de açúcar que contêm mais de 
20 unidades de monossacarídeos. 
 
• Alguns possuem centenas de milhares de 
unidades. 
 
• Alguns possuem cadeias lineares (celulose) e 
outros ramificados (glicogênio). Ambos são D-
glicose, mas com diferentes tipos de ligação 
glicosídica. 
 
Ligação glicosídica 
Os açúcares se unem através da ligação glicosídica 
Quando um açúcar reage com a hidroxila de outro açúcar forma-se um 
dissacarídeo. 
Exemplos: 
Sacarose 
(glucose-(1-2)- 
frutose) 
 
Lactose 
(galactose-(1-4)-
glucose) 
Maltose 
(glucose- (1-4)-
glucose) 
Ligação Glicosídica 
Estereoquímica - definições 
• Estereoisômeros que são imagens especulares 
uma da outra são enantiômeros 
• Pares de isômeros que tem configurações 
opostas em um ou mais centros quirais, mas 
NÃO SÃO imagens especulares são 
diastereômeros. 
• Dois açúcares que diferem na configuração em 
um único centro quiral são epímeros 
 
 
 
Epímeros 
D-açúcares predominam na natureza 
 L - isômero D - isômero 
 Gliceraldeído Dihidroxicetona 
A glicose é um monossacarídeo. 
A glicose tem seis carbonos e portanto é chamada de hexose 
A glicose tem centros quirais nos carbonos 2,3,4 e 5. O centro quiral do carbono 5 
determina a forma enantiomérica desta hexose: D-glicose ou L-glicose 
Hexoses podem conter um grupo aldeído (que fazem delas aldoses) ou um grupo 
cetona (que fazem delas cetoses). Um exemplo de cetose é a frutose 
Monossacarídeos (Revisão) 
• Aldoses e cetoses contém funções aldeído e 
cetona, respectivamente 
• Triose, tetrose, etc. denota o número de 
carbonos 
• Aldoses com 3C ou mais e cetoses com 4C ou 
mais são quirais 
• D e L- açúcares indicam a posição da hidroxila 
no centro quiral mais distante do grupo 
carbonila 
Monossacarídeos cíclicos e 
formas anoméricas 
• Formas cíclicas possuem carbonos anoméricos 
 
• Para os D-açúcares, alpha tem OH pra baixo, e 
beta pra cima 
 
• Para os L-açúcares, o inverso é verdadeiro 
Os açúcares ciclizam 
Dois tipos de isômeros são formados:  e  
 
 
 
 
Os anômeros a e b de um açúcar são livres para se interconverter. 
Para isso, eles precisam primeiro se linearizar na forma aberta. 
 
Quase todas as hexoses estão na forma de anel, mas se a ou b 
predominam depende do açúcar. 
 
A mistura das formas a e b irá flutuar até que um balanço entre as 
duas formas seja atingido. Este processo é chamado de 
mutarotação 
Polissacarídeos 
 Funções: estoque, estrutura, reconhecimento 
 
• Nomenclatura: homopolissacarídeo vs. 
heteropolissacarídeo 
• Amido e glicogênio são moléculas de estoque 
• Quitina e celulose são moléculas estruturais 
• Polissacarídeos ou oligossacarídeos da 
superfície celular são moléculas de 
reconhecimento 
Os polissacarídeos mais abundantes na 
natureza 
Celulose 
(-D-glucopiranose 14)n 
OH 
O 
CH2OH 
OH 
O 
n 
OH 
O 
CH2OH 
OH O n 
Amido e Glicogênio 
(-D-glucopiranose 14)n 
n 
NH 
CO 
CH3 
O 
CH2OH 
OH O 
Quitina 
( -D-N-acetil-glucosamina 14)n 
Polissacarídios 
• Estrutura 
 
Polissacarídeos de Estoque 
Grânulos de 
amido 
Grânulos de 
glicogênio 
 
Amido 
 Um polissacarídeo de estoque de plantas 
 
 Encontrado em cloroplastos, dentro de células vegetais 
 Mesma localização onde plantas produzem açúcares por 
fotossíntese 
 Grãos compactos estocam grande quantidade de energia em um 
pequeno espaço 
 Duas formas: amilose e amilopectina 
 Amidos são formados por 10-30% de amilose e 70-90% de 
amilopectina 
 Ramificações na amilopectina a cada 12-30 resíduos 
 Amilose tem ligações alfa (1,4) e uma extremidade redutora 
 
Glicogênio 
 O dispositivo de estoque de glicose em animais 
• Glicogênio constitui mais de 10% da massa do 
fígado e 1-2% da massa muscular 
• Glicogênio é energia estocada para o organismo 
• Única diferença do amido: número de 
subunidades entre os pontos de ramificação 
• Ramificações alfa (1,6) a cada 8-12 resíduos 
 
Polissacarídeos Estruturais 
Polissacarideos Estruturais 
Composição similar aos polissacarídeos de estoque, mas 
pequenas diferenças influenciam enormemente suas 
propriedades 
Celulose é o polímero natural mais abundante 
na Terra. 
• Celulose é a principal força e suporte de 
árvores e plantas 
• Celulose pode também ser macia no 
algodão 
• Ocorre na parede celular de vegetais 
• Cadeias de celulose formam fitas 
estendidas, muitos polímeros lado a lado 
formam uma microfibrila 
• Ligações Beta (1,4) fazem toda a diferença! 
Fibras de 
Celulose 
• Como o amido e o glicogênio, a celulose é também um 
homopolímero de glicose. Só que no lugar de ligações do 
tipo a (1—4), a celulose é formada por ligações b (1 – 4 ). 
• Esta mudança aparentemente simples da ligação glicosídica 
tem enormes consequências estruturais. A ligação b (1 – 4) faz 
com que a estrutura seja planar, o que permite a formação de 
uma extensiva rede de pontes de hidrogênio entre polímeros 
adjacentes. Diversascadeias podem interagir para formar as 
fibras de celulose, que tem grande força tensil. 
 
Outros polissacarídeos 
estruturais 
 
• Quitina - exoesqueletos de crustáceos, insetos 
e aranhas, e a parede celular de fungos 
 
 – similar a celulose, mas C-2s têm N-acetyl 
 – Cadeias de celulose são paralelas, quitina 
pode ser paralela ou antiparalela 
 
Reconhecimento Celular 
 
Degradação da Celulose 
• O glicogênio e o amido ingerido na dieta são hidrolisados por 
α-amilase e glicosidases, enzimas presentes na saliva e no 
intestino que rompem as ligações glicosídicas (α1->4) entre 
unidades de glicose. 
• A maioria dos animais vertebrados não conseguem utilizar 
celulose como fonte de combustível, pois carecem da enzima 
que hidrolisa as ligações (β1->4). 
• Cupins digerem celulose, pois carregam no seu trato intestinal 
um microrganismo simbiótico, Trichonympha, que secreta 
celulase. 
• Animais ruminantes, tais como o gado, ovelhas e cabras, 
carregam no rúmen( O primeiro dos quatro compartimentos 
de seus estômagos) microrganismos simbióticos que 
conseguem hidrolisar a celulose. 
Intolerância a Lactose 
• Lactose – açúcar do leite, é hidrolisada pela enzima 
intestinal β-D-galactosidase ( ou lactase). 
• Galactose é enzimaticamente convertida em glicose, 
que é o principal combustível metabólico. 
• A maioria dos adultos possuem baixos níveis de β-D-
galactosidase. 
• Consequentemente boa parte da lactose é fermentada 
por bactérias no cólon, produzindo grandes quantidade 
de CO2, H2 e agentes orgânicos irritantes. 
• Esses produtos causam dificuldade e as dores 
digestivas conhecidas como intolerância a lactose.