03_Carboidratos_I

Prévia do material em texto

Bioquímica
LCB 0208
Prof. Paulo José Pereira Lima Teixeira
paulojt@usp.br
Laboratório de Genética e Imunologia de Plantas
Departamento de Ciências Biológicas
2019
Carboidratos I
Na última aula...
Vias convergentes
(catabólica)
Vias divergentes
(anabólica)
Vias cíclicas (molécula inicial é regenerada no final)
O metabolismo é feito de reações
(Transformações químicas)
S P
Substrato Produto
A reação acontece?
(S é convertido em P)
Energia necessária?
Termodinâmica Cinética
Dois aspectos importantes para se considerar
Como a reação acontece?
(velocidade)
Espontâneo ≠ instantâneo
Na última aula...
Primeira Lei da Termodinâmica: Conservação de energia
Energia pode ser transformada
A energia não pode ser criada e nem destruída
Na última aula...
Transformação de energia
Na última aula...
A desorganização do universo tende a aumentar
Segunda Lei da Termodinâmica: Lei da desordem do universo
Máxima dispersão de energia (entropia)
ordem desordem
Na última aula...
Qual sistema tem maior entropia?
ENTROPIA ENTROPIA
OrdemDesordem
Um gás em uma câmara
ENTROPIAENTROPIA
Ordem Desordem
Na última aula...
A criação e manutenção 
de ordem requer energia
A vida é uma constante luta contra a entropia
Na última aula...
Como sabemos se uma reação é espontânea?
Energia livre de Gibbs
S P
Substrato Produto
Energia disponível (útil) que pode ser extraída do sistema
Pode ser utilizada para a realização de trabalho
Na última aula...
ΔG < 0
espontâneo
ΔG > 0
Não espontâneo
ΔG = Gprodutos - Greagentes
Na última aula...
Exemplo de acoplamento de processos químicos
Fosforilação da glicose
Não 
espontânea
Espontânea
Espontânea Espontânea
(libera energia)
Não espontânea
(consome energia)
Na última aula...
Carboidratos
Carboidratos são macromoléculas constituídas de carbono, 
hidrogênio e oxigênio: hidratos de carbono (CH2O)n
Outras denominações
 Glicídeos
 Sacarídeos
 Açúcares (sabor doce)
 Classificação organoléptica
CO2
Carboidratos
Produto primário da fotossíntese
n≥3
Carboidratos
Carboidratos são a classe 
mais abundante de 
moléculas biológicas
Celulose, amido, quitina, glicogênio...
Carboidratos fornecem entre 40 e 75% das calorias 
ingeridas por uma pessoa
Carboidratos
Principais alimentos básicos (Stapple food): Constituem a porção dominante da dieta da população
Carboidratos
Alimentos ricos em carboidratos são muito energéticos
(Fonte primária de energia – rápida metabolização)
Fotossíntese Respiração
Origem dos carboidratos
Carboidratos servem de precursores para 
outras moléculas do metabolismo
Carboidratos - funções biológicas
 Fonte de energia
Ex: Oxidação da glicose
 Estruturas celulares
Ex: Celulose, quitina, peptideoglicanos
 Transporte de carbono
Ex: sacarose
 Armazenamento
Ex: Glicogênio ou amido
FígadoMúsculos
Glicogênio
Carboidratos
Polímero
Monômero
Classificação dos carboidratos
 Monossacarídeo: uma unidade
 Oligossacarídeos: 2 a 20 monossacarídeos
 Polissacarídeo: mais de 20 monossacarídeos
Oligos e polissacarídeos são 
polímeros de monossacarídeos
Propriedades
 Possuem de 3 a 7 carbonos
 Solúveis em água
 Poliidróxidos
 Insolúveis em solventes orgânicos
 Brancos e cristalinos
 Maioria com sabor doce
Monossacarídeos
Monossacarídeos são classificados de acordo com a natureza química 
de seus grupos carbonila e o número de átomos de carbono
Monossacarídeos são 
carboidratos simples que não 
podem ser hidrolizados
Exemplos
Glicose Frutose Manose Galactose
C6H12O6
Monossacarídeos
O nome genérico do monossacarídeo é baseado no 
número de carbonos mais a terminação “ose”.
 3 carbonos – trioses
 4 carbonos – tetroses
 5 carbonos – pentoses
 6 carbonos – hexoses
 7 carbonos – heptoses 
Fórmula geral
CnH2nOn
Monossacarídeos
Glicose Frutose Manose Galactose
C6H12O6
Exemplos de hexoses: mesma formula molecular, mas diferentes estruturas (são isômeros)
Monossacarídeos
O nome genérico do monossacarídeo é baseado no 
número de carbonos mais a terminação “ose”.
 3 carbonos – trioses
 4 carbonos – tetroses
 5 carbonos – pentoses
 6 carbonos – hexoses
 7 carbonos – heptoses 
Fórmula geral
CnH2nOn
C3H6O3
C4H8O4
C5H10O5
C6H12O6
C7H14O7
Monossacarídeos
Nucletídeos contém monossacarídeos em sua composição
Monossacarídeos
Há variações: Alguns monossacarídeos não apresentam a fórmula genérica (CnH2nOn)
Pentoses
C5H10O5 C5H10O4
Monossacarídeos
Há variações: Alguns monossacarídeos não apresentam a fórmula genérica (CnH2nOn)
Quitina
(C8H13O5N)
Os monossacarídeos podem ser classificados em aldoses
ou cetoses segundo a natureza química do grupo carbonila
Monossacarídeos
Gliceraldeído
(Aldose)
Diidroxiacetona
(Cetose)
Carboidratos – tipos de monossacarídeos
Monossacarídeos
 Aldoses
 Grupo aldeído
 Cetoses
 Grupo cetona
Exemplos
Os monossacarídeos podem ser classificados em aldoses
ou cetoses segundo a natureza química do grupo carbonila
Monossacarídeos
Glicose Frutose
 Quantos carbonos?
 Aldose ou cetose?
Aldo-hexose
Ceto-hexose
Nomenclatura combinando o número 
de carbonos e o grupo funcional
Aldose Cetose
Os monossacarídeos podem ser classificados em aldoses
ou cetoses segundo a natureza química do grupo carbonila
Monossacarídeos
Aldo-triose
Gliceraldeído
 Qual o grupo funcional?
 Quantos carbonos?
Monossacarídeos
Isomeria
Isômeros possuem a mesma fórmula molecular, mas diferentes estruturas
Há vários tipos de isomeria
Monossacarídeos
Ordem das 
ligações alterada
Ordem das 
ligações mantida
C6H12O6
cetose vs. aldose
Monossacarídeos
Estereoisômeros
Carbono central assimétrico
ligado a quatro grupos diferentes
(Não tem insaturações)
Determinados pela existência de um ou mais carbonos quirais
Carbono quiral
Glicose
Quantos carbonos quirais?
Quatro:
C2, C3, C4, C5
24 = 16 estereoisômeros
Dois arranjos estruturais 
para cada carbono quiral
Monossacarídeos
Estereoisômeros de hexoses
Oito dos dezesseis isômeros são mostrados (forma D)
Os outros oito isômeros são imagens espelhadas destes (forma L)
Monossacarídeos
Estereoisômeros 
de D-aldoses
A configuração C2 (vermelho) 
diferencia os membros de cada par
Aldoses biologicamente mais comuns 
estão nos quadros
Em geral, aldoses de n
carbonos tem 2n-2 isômeros
Monossacarídeos
Estereoisômeros 
de D-cetoses
A configuração C2 (vermelho) 
diferencia os membros de cada par
Aldoses biologicamente mais comuns 
estão nos quadros
Em geral, cetoses de n
carbonos tem 2n-3 isômeros
Estas três aldo-hexoses são estereoisômeros
Monossacarídeos
Os estereoisômeros que se diferenciam apenas pela configuração 
de um átomo de carbono são chamados de epímeros
Glicose ManoseGalactose
Epímeros Epímeros
São epímeros?
Não: há diferenças em mais de um carbono
Monossacarídeos
São epímeros?
Sim
Sim
Não
Sim
Sim
Não
D-ribose D-arabinose D-xilose D-lixose
1
2
3
4
5
1
2
3
4
5
1
2
3
4
5
1
2
3
4
5
Monossacarídeos
Epimerases podem converter um 
determinado carboidrato em seu epímero
Monossacarídeos
Enantiômeros
É um estereoisômero que corresponde ao 
reflexo “no espelho “ de outra molécula
D: dextrógiro 
L - levógiro 
Enantiômeros apresentam propriedades biológicas distintas
A maior parte dos açúcares na natureza são dextrógiros (D)
Monossacarídeos
Nomenclatura de monossacarídeos isômeros
 Isômeros com diferenças nas ligações de apenas um carbono assimétrico: epímeros
 Isômeros com diferenças nas ligações de mais de um carbono assimétrico: não recebem nome especial
 Isômeros com diferenças nas ligações de todos os carbonos assimétricos: enantiômeros
Carboidratos – estrutura cíclica
Em solução aquosa, os monossacarídeos 
assumem a estrutura de anel
Pirano Furano
Anel de 6 átomos Anel de 5 átomos
Importante
Estrutura do anel não reflete 
números de carbonos no açúcar
Monossacarídeos podem 
formar anéis semelhantes a:
Projeção de Fischer Projeção de Haworth
Piranose
Furanose
Carboidratos– estrutura cíclica
Reações de formação de hemiacetal e hemicetal 
determinam a estrutura cíclica dos carboidratos
Carboidratos – estrutura cíclica
Em solução aquosa, monossacarídeos 
assumem a estrutura de anel
A forma de anel é energeticamente mais estável que a forma linear
Exemplo: glicose
Carboidratos – estrutura cíclica
Em solução aquosa, monossacarídeos 
assumem a estrutura de anel
A forma de anel é energeticamente mais estável que a forma linear
Exemplo: frutose
Carboidratos – estrutura cíclica
Glicose (anel pirano) Frutose (anel furano)
Carboidratos – estrutura cíclica
Furanoses são sempre cetoses?
Não. Por exemplo, ribose e eritrose são aldoses mas formam anel do tipo furano
Aldeído Aldeído
Carboidratos - anômeros
Açúcares cíclicos podem ter duas formas anoméricas
Alfa
Beta
Anômero: Um dos dois estereoisômeros de um monossacarídeo cíclico
Carbono anomérico sempre estará ligado a dois oxigênios
Carboidratos - anômeros
Alfa-D-galactopiranose Beta-D-galactopiranose
Glicose
Beta-D-glicopiranose Alfa-D-glicopiranose
Frutose
Alfa-D-fructofuranose Beta-D-fructofuranose
Anômeros: 
Alfa ou beta?
Galactose
Mutarrotação: Interconversão dos anômeros alfa e beta em solução aquosa
No equilíbrio
36.4% 63.6%
Carboidratos - anômeros
Carboidratos - anômeros
Especificidade anomérica
Algumas enzimas se ligam a anômeros específicos
O amido é sintetizado a partir da alfa-D-glicopiranose, enquanto que 
a celulose é sintetizada a partir da beta-D-glicopiranose.
Sumário...
 Quantos carbonos?
 Qual o grupo funcional?
 Qual o tipo de anel?
Seis: Hexose
Aldeído: Aldose
Pirano
Alfa Beta
Glicose