Carboidratos: Estrutura e Funções

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CARBOIDRATOS 
• Os carboidratos são as moléculas orgânicas mais abundantes da natureza. 
• Os carboidratos obtidos na natureza são normalmente a celulose e a sacarose, e com maior frequência o amido. Dos quais por hidrólise são obtidas a glicose e a frutose.
• As moléculas de carboidratos são constituídas por C, H e O
• São muito versáteis, por causa do carbono quiral
• Cadeia carbonada não ramificada
• Ligações c-c simples
• Fórmula geral: (CH2O)n podendo conter N, P e S
→ IMPORTÂNCIA E FUNÇÕES DOS CARBOIDRATOS 
• Quem produz os carboidratos é a fotossíntese, os seres humanos precisam comer alimentos para obte-los
• Pertencem ao grupo dos nutrientes básicos (tem função nutricional) 
• São encontrados em grande quantidade na maioria dos alimentos 
• Principal fonte do fornecimento de energia na dieta da maioria dos organismos 
• Atuam como componentes das membranas celulares (para as células poder se comunicar no organismo)
• Participam dos mecanismos de defesa (glicoproteínas e imunoglobulinas) 
• Carboidratos não digeríveis -- FIBRAS 
• Nos alimentos são responsáveis pela maioria das reações de escurecimento.
→ MONOSSACARÍDEOS 
• Fórmula geral: (CH2O)n → n varia de 3 a 7 átomos de carbono
• São carboidratos simples, possuem cadeia não ramificadas, e não podem ser hidrolisadas 
► Pentoses:
- sua fórmula é C5H10O5 
- exemplos: ribose, xilose e a desoxirribose 
a ribose é o monossacarídeo que está na estrutura do RNA, a desoxirribose é o monossacarídeo está na estrutura do DNA.
OBS1: a desoxirribose não se encaixa na fórmula geral dos monossacarídeos, porque ao invés dela ter 5 oxigênios ela só possui 4.
► Hexoses:
- sua fórmula é C6H12O6
- exemplos: glicose, frutose e glactose
- é o monossacarídeo mais presente nos alimentos
- principal combustível das células: glicose
• Glicose		• Frutose
► Sobre a Glicose:
• É o açúcar do sangue 
• É abundante em frutas, milho, xarope de milho e certas raízes 
• Pode resultar da hidrólise de outros carboidratos 
• O sistema nervoso central usa glicose no suprimento de energia
► Sobre a Frutose:
• Açúcar das frutas e mel 
• Isoladamente é o mais doce dos açúcares 
• É o mais solúvel dos açúcares 
• Pode resultar da hidrólise de outros carboidratos 
• Fornece energia de forma gradativa, absorvida lentamente, o que evita que a concentração de açúcar no sangue (glicemia) aumente muito depressa. 
- As duas possuem hidroxilas (OH) e carbonilas (c=o)
- Dependendo da posição da carbonila na estrutura química do monossacarídeo, ele vai receber um nome: 
• Carbonila na ponta da molécula vai ser um ALDEÍDO → vai ser chamado de aldose (um monossacarídeo que tem a função orgânica aldeído)
ex: Glicose é uma aldose
• Carbonila quando não estiver nas extremidades vai ser uma CETONA → vai ser chamado de cetose (são isômeros constitucionais das aldoses)
• ex: Frutose é uma cetose
OBS2: isômeros tem a mesma formula molecular mas com configuração espacial diferente.
Epímeros são dois diasteroisômeros que diferem em apenas um carbono quiral. Na forma de anel, o epímero é chamado de anômero.
► Na natureza a carbonila dos monossacarídeos não é encontrada livre como mostrado na figura anterior (estruturas abertas), mas sim combinada com uma das hidroxilas da mesma molécula em uma ligação hemiacetálica, formando os anéis representados por estruturas cíclicas.
 ►A ligação hemiacetálica é uma ligação intramolecular que ocorre entre o carbono da carbonila com uma das hidroxilas nos monossacarídeos, formando uma estrutura cíclica.
► Nas estruturas cíclicas são normalmente formados anéis com 5 ou 6 membros (átomos), estes anéis são chamados furanose e piranose, respectivamente.
►Os monossacarídeos em anel do tipo piranose (com 6C) ocorrem em quantidades mais expressivas na natureza, no entanto, a frutose da sacarose (glicose + frutose) é uma furanose (com 5C)
► A ligação hemiacetálica que forma o anel converte o átomo de carbono da carbonila em um centro quiral, ou seja, o carbono passa a ser assimétrico, já que pode se ligar com quatro substituintes diferentes.
► A forma cíclica ocorre, portanto, com um par de isômeros óticos, chamados de alfa e beta anômeros, nada mais é do que um referência da posição da hidroxila da glicose no C1 anel. Já na frutose é referência ao C2 desse anel. Quando estiver pra baixo será ALFA e quando estiver pra baixo será BETA
► O grupo hidroxila ligado ao carbono anomérico é denominado hidroxila anomérica ou hidroxila redutora.
► Esse grupo é extremamente reativo e confere ao monossacarídeo a propriedade de ser um agente redutor em reações de óxido-redução. Por causa da hidroxila que interage com outra substancia.
►Tais formas são interconvertidas através do fenômeno da mutarrotação.
•Os monossacarídeos com mais de cinco átomos de carbono, quando dissolvidos em água, apresentam o fenômeno da mutarrotação, que consiste na mudança gradativa da rotação óptica até alcançar um ângulo de equilíbrio
• Essa mistura de equilíbrio contém 63,6% do anômero beta, 36,4% do anômero alfa e 1% da forma aberta linear.
• As estruturas cíclicas da glicose e da frutose são exemplos de açúcares (monossacarídeos) redutores.
• Os átomos de C1 da glicose (aldose) e C2 da frutose (cetose) são carbonos anoméricos, também chamdos de redutores, pois contém o grupo hidroxila redutor
• Os açúcares redutores são suscetíveis a oxidação por vários agentes oxidantes contendo íons cúpricos (CU+2), como soluções de Fehling ou Benedict.
→ OS OLIGOSSACARÍDEOS E OS POLISSACARÍDEOS SÃO CHAMADOS DE POLÍMEROS, PORQUE SÃO FORMADOS POR VARIOS MONOSSACARÍDEOS)
→ OLIGOSSACARÍDEOS
• São glicosídeos que contém de 3 a 10 unidades de monossacarídeos, unidos por ligações glicosídicas (ocorre uma reação de desidratação de uma molécula de agua, ou melhor, a ligação ocorre formando uma molécula de agua)
• Os oligossacarídeos são considerados alimentos probióticos (suplemento alimentar rico em bactérias que produzem efeitos benéficos na flora intestinal)
• O mais importante é o DISSACARÍDEO, ou seja, oligossacarídeo que só possuem 2 monossacarídeos unidos por ligação glicosídica → são, portanto, ligações intermoleculares (ocorre entre duas moléculas diferentes), O produto resultante da ligação glicosídica é um glicosídeo.
• quais são os dissacarídeos? 
► Sacarose:
• glicose + frutose
• É o dissacarídeo mais comum, conhecido como açúcar de mesa, encontrado na cana-de-açúcar, beterraba, açúcar mascavo, mel, é utilizado para fabricação de cachaça quando é fermentada e também é utilizada para produzir etanol.
• A sacarose é formada pela ligação glicosídica entre dois monossacarídeos, a alfa-D-glicose (piranose) e a beta-D-frutose (furanose)
• A ligação glicosídica da sacarose é representada por alfa, beta(1>2), o que indica que a ligação ocorre entre os carbonos C1 da alfa-D-glicose e C2 da beta-D-frutose
• A sacarose é um açúcar não-redutor, observando a estrutura da molécula de sacarose, observa-se que esta não possui terminação redutora-livre (estão comprometidas na ligação glicosídica)
• A sacarose também não apresenta atividade ótica (mutarrotação), porque não contém carbono anomérico livre.
► Lactose:
• glicose + galactose
• É o açúcar do leite (não ocorre em plantas); o leite humano contém cerca de duas vezes mais lactose do que o leite de vaca; e sua importância clínica deve-se ao fato de pessoas com intolerância a lactose não produzirem a enzima lactase (não hidrolisam a lactose)
• A ligação glicosídica da lactose é representada por beta(1>4), porque é um dissacarídeo resultante da ligação glicosídica entre a hidroxila do C1 (C anomérico) da beta-D-galactose com a hidroxila do C4 de uma D-glicose
• Na lactose, a D-glicose pode ser alfa ou beta, logo, a lactose apresenta mutarrotação, entre os isômeros alfa-lactose e beta-lactose
• A lactose também apresenta capacidade redutora porque possui o carbono anomérico livre na D-glicose
→ alfa-LACTOSE
→ beta-LACTOSE
► Maltose:
• glicose + glicose
• É o açúcar do malte, não ocorre em abundância na natureza, e é usada na indústria dealimento em fórmulas para alimentação de crianças e outras bebidas (como a cerveja)
• A maltose é obtida por fermentação e pela hidrólise do amido
• A maltose é um dissacarídeo resultante da ligação glicosídica entre duas D-glicoses (a primeira glicose é sempre alfa, enquanto a segunda pode ser alfa ou beta), resultando em alfa-maltose e beta-maltose, respectivamente
• A ligação glicosídica da maltose é representada por alfa(1>4), porque ocorre entre a hidroxila do carbono anomérico (C1) de uma D-glicose com a hidroxila do C4 de outra D-glicose
• Dessa forma, a segunda glicose permance com seu carbono anomérico (C1) livre, assim a maltose pode coexistir nas formas alfa e beta, apresentando, portanto, mutarrotação
• O fato da maltose possuir um carbono anomérico livre também lhe concede a característica de ser um açúcar redutor
• Alfa-maltose: resultando da ligação glicosídica entre as hidroxilas do C1 de uma alfa-D-glicose com uma hidroxila do C6 de uma outra alfa-D-glicose)
• Beta-maltose: resultante da ligação glicosídica entre a hidroxila do C1 de uma alfa-D-glicose e a hidroxila do C4 de uma beta-D-glicose
→ alfa-MALTOSE
→ beta-MALTOSE
→ POLISSACARÍDEOS
• Os polissacarídeos (ou glicanos) são formados por longas cadeias de unidades de monossacarídeos unidas entre si por ligações glicosídicas. São portanto, substâncias de alto peso molecular que podem chegar à milhões. Podem ser de cadeia linear ou ramificada, raramente cíclica
• Polissacarídeos podem ser hidrolisados parcial ou totalmente por ácidos ou enzimas, resultando em oligossacarídeos e monossacarídeos 
• Polissacarídeos de menor peso molecular são na sua maioria solúveis em água, e a solubilidade diminui com o aumento do peso molecular e com a maior ou menor facilidade com que as moléculas desses compostos se associam às outros.
• A maior solubilidade se deve a maior facilidade de hidratação
• Os polissacarídeos mais insolúveis são aqueles encontrados nas paredes celulares e que desempenham função estrtutural 
• Se encontram amplamente distribuídos na natureza e possuem grande importância por desemprenharem funções como:
► Materiais estruturais (nos vegatais: celulose, hemicelulose, e pectina; nos animais: quitina)
► Substâncias de reserva (nos vegetais: principalmente o amido, nos animais:glicogênio)
► Substâncias capazes de reter água (nos vegetais: ágar, pectinas e alginatos)
• Classificados como:
► Homopolissacarídeos (homoglicanos): contém apenas um tipo de monossacarídeo. EX: amido, celulose e glicogênio
► Heteropolissacarídeos (heteroglicanos): formado por dois ou mais tipos diferentes de monossacarídeos: EX: ácido hialurônico, heparina
• Exemplos de alguns mais importantes:
►Ácido Hialurônico: açúcar encontrado entre as células, que vai ajudar na adesão entre elas.
►Heparina: um anticoagulante que encontramos em células chamadas de mastócitos. É usado principalmente para evitar coágulos no coração e pulmão.
►Quitina: encontrado na parede celular de fungos, de algumas algas e no exoesqueleto de artrópodes.
• Mas os principais são: Celulose, Amido e Glicogênio
► Celulose:
• é uma substancia existente na maioria dos vegetais. De característica fibrosa, localiza-se dentro das células das plantas.
• estrutura altamente coesiva.
• cadeias são unidas por ligações de H intra e inter-moleculares
• insolúveis em agua
→ Função nas plantas
• é responsável por dar a rigidez e firmeza as plantas. Os vertebrados não possuem enzimas capazes de hidrolisar a celulose, porém são importantes enquanto alimentos para muitas espécies de animais, entre elas os ruminantes (boi, cavalo, cabra, carneiros). O sistema digestório desses animais, possuem capacidade de digerir a celulose. Os herbívoros contem microrganismos simbiontes que secretam celulase. Assim como os cupins, a celulose é capaz de hidrolisar a ligação beta 1>4 glicosídica.
OBS3: AMIDO X CELULOSE
a celulose tem uma estrutura mais rígida, podendo exercer a função de sustentação porque a conformação beta permite que muitas pontes de hidrogênio se formem. É assim que a estrutura da celulose fica mais estável que a do amido.
► Amido:
• O amido é a fonte de reserva mais importante nos vegetais e pode ser encontrado em raízes, sementes e tubérculos. São fontes de amido: milho, arroz, batata, mandioca, feijão, trigo e outras.
• Na indústria: nutricional, funcional, sensorial e estético.
→ Estrutura do amido
• O amido é um homopolissacarídeo depositado nos cloroplastos das células
• Na forma de grânulos, formato arredondado e irregular, variando bastante de tamanho
→ Composição do amido
• O amido é constituído por uma mistura de dois polissacarídeos, a amilose e a Amilopectina
• A maioria dos amidos apresenta de 20 a 25% de amilose, contudo há exceções, como na ervilha onde o amido contém 60% de amilose, além das variedades de milho e outros cereais denominados cerosos,que possuem pouca ou nenhuma amilose
• A amilose é um polímero formado por longas cadeias predominantemente lineares de alfa-D-glicopiranoses unidas por ligações glicosídicas alfa(1>4)
• Já amilopectina apresenta uma estrutura altamente ramificada, constituída por cadeias lineares de aproximadamente 20 a 30 unidades de alfa-D-glicoses unidas por ligações glicosídicas alfa(1>4); enquanto as cadeias estão unidas entre si por ligações glicosídicas alfa(1>6) nos pontos de ramificação
• No grânulo de amido, a mistura de moléculas lineares (amilose) e ramificadas (amilopectina) estão associadas em paralelo, ou seja, as cadeias lineares e ramificadas são mantidas juntas por pontes de hidrogênio, resultando em regiões cristalinas e micelas (amorfas)
► Glicogênio:
• é o principal polissacarídeo de reserva animal, assim como o amido é das plantas. Ele é um polímero formado por resíduos de glicose unidos por ligação glicosídica.
→ Onde o glicogênio é encontrado?
• está presente em todas as células de um animal, sendo mais abundante em células do fígado e do musculo estriado. No fígado, a quantidade de glicogênio após a refeição rica em carboidrato chega a 6% do peso do órgão. Já no musculo, essa reserva pode apresentar 0,7% do peso do tecido.
→ Funções
• atua como uma forma de armazenamento de açucares. No fígado, a produção e a degradação do glicogênio são fundamentais para suprir as necessidades do organismo, garantir a manutenção da glicemia entre as refeições. Funciona como um reserva de glicose, que, sempre que necessário, é utilizada e levada também para outros órgãos. No musculo, os processos de síntese e degradação são realizados apenas para suprir as necessidades desse tecido. Ele utiliza essa reserva quando é muito utilizado, como durante uma corrida.
→ Síntese e degradação do glicogênio 
• a glicogênese é o nome do processo no qual se forma uma molécula de glicogênio a partir de moléculas mais simples. Ela ocorre quando os níveis de energia e suprimentos de glicose estão elevados. Ocorre a transferência de resíduos de glicose, que se ligam em grupos hidroxila livres presentes nos resíduos de glicose que são encontrados nas porções mais periféricas. A regulação glicogênese ocorre essencialmente pelo glicogênio sintase.
A glicogenólise é o processo em que ocorre a degradação de glicogênio e acontece quando os níveis de energia e suprimentos de glicose esta baixos. O processo consiste na remoção dos resíduos de glicose terminal. A regulação da glicogenólise ocorre essencialmente pelo glicogênio fosforilase.
► INTERAÇÃO ENTRE O AMIDO E GLICOGENIO 
• Amido é guardado no plasmídeo, que são estruturas dentro das células vegetais. Nos quando comemos parte da plantas, como por exemplo: batata. Ta cheio de amido ali, aquilo é glicose pura na forma de amido. Nesse caso, o ser humano consegue digerir o amido. Vai ter uma enzima chamada amilase, que vai fazer a quebra desse amido liberando maltose e dai se usa outra enzima que vai atuar na ligação glicosídica, quebrando a maltose e liberando glicose. Uma parte da glicose vai ser usada uma hora depois de se alimentar e a outra parte vai ser mandada para dentro das células para fazeremligações glicosídicas e formar o glicogênio, que fica ali como reserva de carboidratos para quando o corpo precisar, por exemplo: quando fica em jejum ou mais de 3 horas sem comer e o seu índice glicêmico começa a cair e com isso, entra o hormônio glucagon, e a adrenalina também consegue fazer isso, vai dar o sinal e vai quebrar as ligações glicosídicas entre as glicoses do glicogênio e vão ser mandadas para fora e vao ser usadas como fonte de energia.
OBS4: Amido (estrutura helicoidal), glicogênio (estrutura extremamente ramificada) e celulose (estrutura linear) são polímeros formados só por glicose.
dependendo da conformação da molécula de polissacarídeo (se tiver muito alfa, beta glicose ou só alfa ou beta glicose) vai dar uma mudança na ligação glicosídica entre as glicoses e por isso que vai mudar a formação da molécula.
→ GLICOCONJUGADOS
• Proteoglicanos
• Glicoproteínas
• Glicolipídeos
► GLICOPROTEÍNAS
• Glicoproteínas são conjugados carboidrato-proteína
• Proteína ligada ao glicosídeo
• Quando virada para o dentro da célula, ela impede que o meio ácido da célula destrua a membrana plasmática
• Os glicanos são menores, ramificados e mais estruturalmente diversos do que nos proteoglicanos
• Modulam as propriedades físico-químicas, como solubilidade, viscosidade, garga, conformação, desnaturação e locais de ligação
• Protegem contra a proteólise
• Exercem ações biológicas
• Afetam a inserção nas membranas, a migração intracelular e a secreção
• São mediadores da interação entre as células e a matriz extracelular
• Os tipos sanguíneos (A, B, AB ou O) são definidos pela presença de glicoproteínas diferentes na membrana plasmática das hemácias
► GLICOESFINGOLIPÍDEOS
• São componentes da membrana plasmática nos quais o grupo hidrofílico da cabeça é um oligossacarídeo
• Como nas glicoproteínas, os oligossacarídeos servem como pontos específicos para o reconhecimento por lectinas
► PROTEOGLICANOS
• São constituídos por proteínas específicas ligadas covalentemente a glicosaminoglicanos – GAGs
• Conferem resistência aos tecidos; regulam o tráfego de moléculas e proporcionam uma difusão mais rápida (funções que advêm das suas características de moléculas hidratadas)
• Participam em cascataz de sinalização
► GLICOLIPÍDEOS
• Associação entre carboidratos e lipídeos.
• As glicoproteínas e glicolipídeos são marcadores responsáveis pela determinação dos grupos sanguíneos
OBS5: GLICOCÁLIX
• União ere glicoproteínas e glicolipídeos; é através do glicocálix que as células se reconhecem e se unem umas às outras, para formar os tecidos.