Introdução aos Carboidratos

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Carboidratos 
Introdução 
Os carboidratos (glicídios) são as 
biomoléculas mais abundantes na Terra. O 
açúcar e o amido (pães, massas, frutas, 
doces, etc.) são os principais elementos da 
dieta em muitas partes do mundo. 
Polímeros de carboidratos podem agir 
como elementos estruturais em vegetais 
(celulose) e bactérias e também podem 
lubrificar articulações. Sua maior função 
nos organismos é armazenar energia. 
De modo geral, os carboidratos são 
poli-hidroxialdeídos/poli-hidroxicetonas 
e sua fórmula empírica é (CH2O)n, porém 
podem também possuir nitrogênio, enxofre 
e fósforo em sua composição. Um exemplo 
é a glicose: C6H12O6 = (CH2O)6. 
São três as suas classes principais: 
monossacarídeos (uma unidade de poli-
hidroxialdeído ou de poli-hidroxicetona), 
como a glicose. Monossacarídeos de 
quatro ou mais carbonos, tendem a formar 
anéis. Os oligossacarídeos consistem em 
pequenas cadeias de monossacarídeos 
unidos por ligações glicosídicas. Nesse 
grupo destacam-se os dissacarídeos (dois 
monossacarídeos unidos), como a 
sacarose (glicose + frutose). Por último, 
temos os polissacarídeos (polímeros de 
açúcar com mais de vinte unidades), como 
a celulose, o amido e o glicogênio. 
Monossacarídeos 
Os monossacarídeos são aldeídos 
ou cetonas sólidos cristalinos solúveis em 
água (insolúveis em solventes orgânicos) 
com dois ou mais grupos hidroxila. Muitos 
dos carbonos aos quais as hidroxilas estão 
ligadas são centros quirais, formando 
estereoisômeros. Além disso, eles 
possuem cadeias de carbono não 
ramificadas com ligações simples. 
Existem várias reações dos grupos 
carbonil dos monossacarídeos. Uma delas 
é a adição de uma hidroxila que é parte da 
mesma molécula, gerando anéis. O 
fechamento desse anel cria um novo centro 
quiral, aumentando a complexidade. 
Na forma de cadeia aberta, um dos 
átomos de carbono está ligado duplamente 
 
a um átomo de oxigênio, formando o 
carbonil. Quando o carbonil está na 
extremidade da cadeia, temos uma 
aldose; quando o carbonil está em 
qualquer outra posição, temos uma cetose. 
Os monossacarídeos mais simples são os 
gliceraldeídos (aldotrioses) e as di-
hidroxicetonas (cetotrioses). 
Monossacarídeos representativos 
 
Existem também monossacarídeos 
com quatro (tetrose), cinco (pentose), seis 
(hexose) e sete (heptose) carbonos. As 
hexoses são os monossacarídeos mais 
comuns na natureza, como a glicose (uma 
aldose) e a frutose (uma cetose). 
Duas hexoses comuns 
 
Todos monossacarídeos, com 
exceção da di-hidroxiacetona, contêm um 
ou mais átomos de carbono assimétricos 
(quirais) e, portanto, possuem isômeros. O 
gliceraldeído, por exemplo, contém um 
centro quiral, tendo assim dois isômeros 
diferentes, ou enantiômeros. 
Um dos enantiômeros do 
gliceraldeído é o isômero D, e o outro é o 
isômero L. Para representar suas 
estruturas são utilizadas as fórmulas de 
projeção de Fischer. 
Geralmente, uma molécula com n 
centros quirais pode ter 2n isômeros. 
Quando o grupo hidroxila do carbono de 
referência está à direita (dextro), o açúcar 
é o isômero D; quando está à esquerda 
(levo), é o isômero L. Em sua maioria as 
hexoses dos organismos são isômeros D. 
Os carbonos de um açúcar 
começam a ser numerados a partir da 
extremidade da cadeia mais próxima ao 
grupo carbonil. Cada uma das oito D-aldo-
hexoses, que diferem em isomeria em C-2, 
C-3 ou C-4, tem nome próprio: glicose, 
galactose, manose, etc. 
 
As cetoses de quatro e cinco 
carbonos são nomeadas pela inserção de 
“ul” ao nome da aldose correspondente: 
como a ribulose (aldose = ribose). 
Uma Aldopentose com sua ceto-pentose 
correspondente 
 
Já as ceto-hexoses são nomeadas 
de maneira diferente: exemplo, frutose 
(frutas são uma das fontes desse açúcar) e 
sorbose (planta do gênero Sorbus). 
 
Dois açucares que diferem apenas 
na configuração de um carbono são 
chamados de epímeros, como a D-glicose 
e D-manose, que diferem apenas no C-2, 
assim como a D-glicose e D-galactose, que 
diferem apenas no C-4. 
Epímeros 
 
Em solução aquosa, todos os 
monossacarídeos com cinco ou mais 
carbonos ocorrem como estruturas 
cíclicas, nas quais o grupo carbonil está 
formando uma ligação covalente com o 
oxigênio de um grupo hidroxila presente na 
cadeia. A formação do anel é resultado de 
uma reação entre álcoois e aldeídos ou 
“Direita” 
“Esquerda” 
cetonas para formar derivados, os 
hemiacetais ou hemicetais. Duas 
moléculas de álcool podem ser adicionadas 
ao carbono do carbonil. O produto da 
primeira adição é um hemiacetal (quando 
adicionado em aldoses) ou um hemicetal 
(cetoses). Se os grupos -OH e carbonil 
vierem da mesma molécula, o resultado 
será um anel. A adição de uma segunda 
molécula produz o acetal ou cetal completo. 
 
A reação com a primeira molécula 
cria um centro quiral adicional. Como o 
álcool pode ser adicionado de duas 
maneiras, a reação produz dois isômeros, α 
e β. Exemplo: na D-glicose seu grupo 
hidroxila livre (C-5) reage com o aldeído do 
C-1, produzindo dois isômeros. Isômeros 
que diferem apenas na configuração do 
carbono hemicetal/hemiacetal são 
chamados de anômeros, e o átomo de 
carbono da carbonila é chamado de 
carbono anomérico. 
Anômeros da D-glicose 
Os compostos com anéis de seis 
membros são chamados de piranoses, 
pois se assemelham ao anel pirano 
As ceto-hexoses também ocorrem 
como anômeros α e β. Seus anéis possuem 
cinco membros, sendo chamados de 
furanoses, pois se assemelham ao furano. 
 
Os isômeros α e β se diferem quanto 
à posição da formação da -OH. Desse 
modo, α ocorre quando a hidroxila está 
abaixo do plano (à direita) e β ocorre 
quando a hidroxila está acima do plano (à 
esquerda). As estruturas cíclicas são 
representadas mais corretamente pelas 
fórmulas em perspectiva de Haworth 
(cíclica) do que pelas projeções de Fischer 
(linear). O anel de seis membros piranose 
não é planar, como a perspectiva de 
Haworth sugere, mas tende a assumir uma 
conformação em “cadeira” ou em “barco”. 
A conformação em cadeira é muito mais 
estável, visto que a em barco permite que 
as duas extremidades estejam no mesmo 
lado do plano, aumentando a instabilidade. 
 
Além das hexoses simples, existe 
uma variedade de derivados de açúcar, 
nos quais o grupo hidroxila é substituído por 
outro grupamento ou um átomo de carbono 
é oxidado a um grupo carboxil. Em 
glicosamina, a hidroxila no C-2 do 
composto parental está substituída por um 
grupo amino. Em N-acetilglicosamina, o 
grupo amino está condensado ao ácido 
acético. 
 
A oxidação do carbono do carbonil 
(aldeído) a carboxil na glicose produz ácido 
glicônico, um tipo de ácido aldônico. A 
oxidação do carbono na outra extremidade 
da cadeia forma o ácido urônico, como o 
ácido glicurônico na glicose. 
 
 
 
 
Tanto os ácidos aldônicos como os 
urônicos formam ésteres intramoleculares 
estáveis chamados de lactonas. 
Por outro lado, as hexoses também 
podem sofrer redução, se transformando 
em álcoois, como a glicose, que com a 
adição de H2 em sua extremidade carbonil 
se transforma em um sorbitol. 
 
A remoção de algum -OH também 
cria derivados de açucares, como a 
remoção de um -OH da ribose que cria a 
desoxirribose. 
 
A condensação do ácido fosfórico 
com um dos grupos hidroxila de um açúcar 
forma um éster de fosfato, como na glicose-
6-fosfato. Os açucares fosforilados são 
estáveis em pH neutro e são carregados 
negativamente. Um dos efeitos da 
fosforilação intracelular de açucares é o 
confinamento do açúcar dentro da célula; a 
maioria das células não tem 
transportadores para açucares fosforilados 
na membrana plasmática. 
 
Os monossacarídeos também 
podem ser oxidados por agentes oxidantes, 
como pelo íon cúprico (Cu2+). A glicose e 
outros açucares capazes de reduzir o íon 
cúprico são chamados de açucares 
redutores. 
Os anômeros α e β da D-glicose se 
interconvertem em solução aquosa por 
meio de mutarrotação, onde um anômero 
α (por exemplo) se abre na forma linear, e 
então, se fecha novamente produzindoo 
anômero β. Portanto, uma solução de α-D-
glicose e uma solução de β-D-glicose 
formarão, no final, misturas idênticas. Essa 
mistura consiste em 1/3 de α-D-glicose e 
2/3 de β-D-glicose. 
Dissacarídeos 
Os dissacarídeos consistem em dois 
monossacarídeos unidos por uma ligação 
O-glicosídica, formada quando uma 
hidroxila de um açúcar reage com o 
carbono anomérico de outro. Essa reação 
representa a formação de um acetal a partir 
de um hemiacetal e um álcool, e o resultado 
é chamado de glicosídeo. 
Formação da Maltose a partir de duas glicoses. 
A reação ocorre com a eliminação de H2O e a 
formação de uma ligação glicosídica. O inverso da 
reação é uma hidrólise – adição de água. 
 
Ligações glicosídicas são sempre 
hidrolisadas por ácidos, mas resistem à 
clivagem por base. Ligações N-
glicosídicas unem o carbono anomérico 
de um açúcar a um átomo de nitrogênio em 
glicoproteínas e nucleotídeos. 
A oxidação de um açúcar pelo íon 
cúprico ocorre apenas com a forma linear. 
Como o carbono do carbonil pode ser 
oxidado somente quando o açúcar estiver 
em sua forma linear, a formação de um 
dissacarídeo gera um açúcar não redutor. 
 
Porém, se o dissacarídeo possuir 
uma extremidade anomérica não envolvida 
na ligação glicosídica chamada de 
extremidade redutora ele ganha a 
capacidade de ser um açúcar redutor. 
β-D-glicose 
D-glicose 
Forma linear 
D-gliconato 
 
O dissacarídeo maltose contém dois 
resíduos de D-glicose. Como ele conserva 
um carbono anomérico livre, ele é redutor. 
A configuração do carbono anomérico da 
ligação glicosídica é α, já seu carbono 
anomérico livre pode ser α ou β. 
Nomenclatura 
O nome dos dissacarídeos segue a 
seguinte ordem: 
→ Primeiro se dá a configuração (α ou β) 
do carbono anomérico que une a 
primeira unidade (à esquerda) com a 
segunda (à direita); 
→ Depois identifica-se se o resíduo é 
furano ou pirano; 
→ Indicar entre parênteses os dois átomos 
de carbono unidos pela ligação 
glicosídica. Ex.: (1→4) = C-1 do primeiro 
resíduo ligado ao C-4 do segundo; 
→ Identificar o segundo resíduo. 
Um exemplo: maltose – seu carbono 
anomérico da ligação glicosídica é α; os 
resíduos são piranos; a ligação ocorre entre 
C-1 e C-4; o segundo resíduo é igual o 
primeiro. Portanto, temos: α-D-
glicopiranosil-( α1→4)-D-glicopiranose. 
Abreviando: Glc(α1→4)Glc. 
Exemplos 
O dissacarídeo lactose (galactose + 
glicose) ocorre naturalmente no leite. 
 
Ela possui um carbono anomérico 
livre e, portanto, é redutor. Seu nome 
abreviado é Gal(β1→4)Glc. 
 
A sacarose (glicose + frutose) é 
sintetizada por plantas e ela não contém um 
carbono anomérico livre, sendo assim, um 
açúcar não redutor. Essa característica a 
torna adequada para o armazenamento e 
transporte de energia em plantas, sendo o 
produto intermediário da fotossíntese. Seu 
nome abreviado é Glc(α1↔2β)Fru ou 
Fru(β2↔1α)Glc. 
 
O dissacarídeo trealose (glicose + 
glicose) é um constituinte importante do 
fluido circulante de insetos, servindo como 
composto de armazenamento de energia. 
Além disso, também é utilizada como 
adoçante. Seu nome abreviado é 
Glc(α1↔1α)Glc. 
 Os dissacarídeos e 
oligossacarídeos são muito importantes na 
sinalização celular, visto que 
glicoproteínas podem aderir a hormônios, 
vírus, bactérias, etc. 
Polissacarídeos 
Os polissacarídeos, também 
chamados de glicanos, são divididos em 
duas classes levando em conta a repetição 
de monossacarídeos em sua estrutura. 
Os homopolissacarídeos possuem 
apenas uma espécie monomérica; já os 
heteropolissacarídeos contêm dois ou 
mais tipos diferentes. 
Para a síntese de polissacarídeos, 
não existe molde e não há um ponto de 
parada específico no processo, portanto, os 
polissacarídeos variam muito de tamanho. 
Lactose 
β-D-galactopiranosil-(1→4)-α-D-glicopiranose 
Homopolissacarídeos 
Alguns homopolissacarídeos, como 
o amido e o glicogênio, servem como 
formas de armazenamento para 
monossacarídeos. Outros, como a celulose 
e a quitina, atuam como elementos 
estruturais de plantas e animais. 
O amido contém dois tipos de 
polímero de glicose, amilose e 
amilopectina. A amilose consiste em 
cadeias longas, não ramificadas, de 
resíduos de D-glicose em configuração 
helicoidal conectados como (α1→4), 
Já amilopectina é altamente 
ramificada, onde sua cadeia linear forma 
ligações iguais à amilose (α1→4) e suas 
ramificações ocorrem em (α1→6). 
 
 
Ponto de ramificação da amilopectina 
 
A amilopectina compõe cerca de 
80% do amido e a amilose 20%. Ao 
ingerirmos alimentos com amido, a nossa 
saliva produz a enzima α-amilase para 
degradarmos essa estrutura. 
O glicogênio é o principal 
polissacarídeo de armazenamento dos 
animais. Como a amilopectina, o glicogênio 
é um polímero de glicose ramificado, porém 
suas ramificações são mais recorrentes (a 
cada 8 a 12 resíduos, enquanto na 
amilopectina ocorre a cada 24 a 30 
resíduos). Desse modo, é mais compacto 
que o amido. Além disso, é muito 
abundante no fígado, mas também ocorre 
no músculo esquelético. Nos hepatócitos é 
encontrado em grânulos. Quando utilizado 
como fonte de energia, suas unidades de 
glicose são removidas uma de cada vez. 
A celulose é encontrada na parede 
celular de plantas, constituindo grande 
parte da madeira e do algodão. Ela é um 
homopolissacarídeo linear e não ramificado 
de resíduos de D-glicose conectados por 
ligações glicosídicas (β1→4), formando a 
celobiose enquanto na amilose é (α1→4). 
Essa minúscula diferença torna a celulose 
um importante componente estrutural. 
Ligação (β1→4) na celulose (celobiose) 
 
A natureza rígida da celulose a torna 
útil para produtos comerciais, como tecidos 
de algodão, papelão, entre outros. 
Segmento de amilose 
A quitina é um homopolissacarídeo 
linear composto por resíduos de N-
acetilglicosamina em ligações (β1→4). Ela 
forma fibras longas similares às da celulose 
utilizadas nos exoesqueletos dos 
artrópodes. Vale ressaltar que a quitina não 
é digerível por vertebrados. 
Segmento de Quitina em ligação (β1→4) 
 
Heteropolissacarídeos 
Os heteropolissacarídeos fornecem 
suporte extracelular para organismos de 
todos os reinos, como os peptidoglicanos e 
os glicosaminoglicanos. 
Os peptideoglicanos são 
componentes rígidos das paredes celulares 
bacterianas. Ele é um heteropolissacarideo 
de resíduos alternados de N-
acetilglicosamina e N-acetlmurâmico 
unidos por ligações (β1→4). Os polímeros 
lineares encontram-se lado a lado na 
parede celular, cruzadamente ligados por 
peptídeos curtos. As ligações cruzadas dos 
peptídeos juntam as cadeias de 
polissacarídeo em uma bainha resistente, o 
peptideoglicano, que impede o inchaço e 
lise celular por osmose. A enzima lisozima 
é bactericida por hidrolisar as ligações 
glicosídicas entre esses açucares. 
Os glicosaminoglicanos são 
polímeros lineares compostos por unidades 
de dissacarídeos repetidas, sendo 
exclusivos de animais e bactérias. Um dos 
dois monossacarídeos deve ser um N-
acetilglicosamina ou N-acetilgalactosamina 
e o outro deve ser um ácido urônico. 
O glicosaminoglicano ácido 
hialurônico contém resíduos alternados de 
ácido D-glicurônico e N-acetilglicosamina. 
Ele forma soluções viscosas que funcionam 
como lubrificantes no liquido sinovial das 
articulações. Além disso, também é um 
componente da matriz extracelular de 
cartilagens e tendões. A hialuronidase é 
uma enzima que hidrolisa as ligações 
glicosídicas do ácido hialurônico, tornando 
os tecidos mais suscetíveis a infecções.