Digestão, absorção e transporte de carboidratos

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DIGESTÃO, ABSORÇÃO E TRANSPORTE DE CARBOIDRATOS
Os carboidratos são a maior fonte das calorias da dieta para a maioria da população mundial.
Os principais carboidratos de uma dieta são amido, lactose e sacarose. Os amidos, amilose e
amilopectina, são polissacarídeos compostos por centenas a milhões de unidades glicosídicas
unidas por ligações glicosídicas do tipo -1,4 e -1,6 (Figura 27.1). A lactose é um
dissacarídeo composto por glicose e galactose unidas por ligações glicosídicas -1,4. A
sacarose é um dissacarídeo composto por glicose e frutose unidas por ligações
glicosídicas -1,2. O processo digestivo converte todos esses carboidratos da dieta em seus
constituintes monossacarídeos, hidrolisando as ligações glicosídicas entre os carboidratos
A digestão do amido inicia na boca (Figura 27.2). A glândula salivar libera -amilase, a qual
converte o amido em polissacarídeos menores, chamados dextrinas. A amilase salivar é
inativada pela acidez do estômago (HCl). A amilase pancreática e o bicarbonato são
secretados pela glândula pancreática exócrina para o lúmen do intestino delgado, onde o
bicarbonato neutraliza as secreções gástricas. A -amilase pancreática continua a
digestão das -dextrinas, convertendo-as em dissacarídeos (maltose), trissacarídeos
(maltotriose) e oligossacarídeos, chamados dextrinas limites. As dextrinas limites
normalmente contêm de quatro a nove resíduos de glicose e uma isomaltose ramificada
(dois resíduos glicosídicos unidos por ligação glicosídica -1,6 ).
A digestão dos dissacarídeos lactose e sacarose, assim como a digestão completa da maltose,
e maltotriose e das dextrinas limites, ocorre pela ligação dos dissacarídeos à superfície da
membrana – borda em escova (microvilosidades) – das células epiteliais do intestino.
A lactose glicose ceramidase (glicosidase) hidrolisa a ligação glicosídica em lactose e
glicolipídeos. Um quarto complexo dissacarídeo, a trealose, hidrolisa a ligação (uma ligação
glicosídica -1,1) entre duas unidades glicosídicas no açúcar trealose.
Os monossacarídeos produzidos por essas hidrólises (glicose, frutose e galactose) são, então,
transportados pelas células epiteliais intestinais. As fibras dietéticas, compostas
principalmente por polissacarídeos, não podem ser digeridas pelas enzimas humanas no trato
intestinal. No cólon, fibras dietéticas e outros carboidratos não-digeríveis podem ser
convertidos em gases (H2, CO2 e metano) e em ácidos graxos de cadeia curta
(principalmente ácido acético, ácido propiônico el ácido butírico) pela ação das bactérias do
cólon.
A glicose, a galactose e a frutose formadas pela digestão enzimática são transportadas para
dentro das células epiteliais absortivas do intestino delgado por transporte ativo mediado por
proteína Na + dependente e por difusão facilitada. Os monossacarídeos são transportados por
essas células para o sangue e circulam entre o fígado e os tecidos periféricos, onde eles são
captados por transporte facilitado. O transporte passivo da glicose por meio da célula epitelial
e de outras células de membranas é mediado por uma família de transportadores, as proteínas
transportadoras específicas de glicose (GLUT I-V). O tipo de transportador encontrado em
cada célula reflete o metabolismo da glicose naquela célula.
CASO CLÍNICO
Nona Melos (sem doces) é uma menina de 7 meses de idade, a segunda fi lha de pais sem
parentesco. Sua mãe teve uma gestação saudável, a termo, e o nascimento de Nona foi
normal. Ela não respondeu bem à amamentação no peito e teve sua alimentação trocada para
uma fórmula baseada em leite de vaca quando tinha 4 semanas de idade. Entre 7 e 12
semanas de idade, ela foi internada duas vezes com história de gritar após a alimentação, mas
liberada após observação sem um diagnóstico específi co. A eliminação de leite de vaca de
sua dieta não aliviou seus sintomas; a mãe de Nona relatou que os surtos de gritos eram
piores após a menina beber suco e que ela freqüentemente tinha gases e o abdômen
distendido. Aos 7 meses, ela ainda estava crescendo (peso acima do percentil 97) sem
achados anormais ao exame físico. Foi coletada uma amostra de fezes.
Resposta - O carboidrato alimentar em sucos de fruta e outros doces é a sacarose, um
dissacarídeo composto por glicose e frutose unidas através de carbonos anômeros. Os
sintomas de Nona Melos de dor e distensão abdominal são causados por uma inabilidade de
digerir sacarose ou absorver frutose, as quais são convertidas em gás pela colônia bacteriana.
Melos, do latim, signifi ca açucarado, e seu nome, “não-açucarado”. As fezes, no exemplo de
Nona Melos, apresentaram um pH de 5 e receberam um teste positivo para açúcar. A
possibilidade de má absorção de carboidratos foi considerada, e um teste de hálito para
hidrogênio foi recomendado.
CARBOIDRATOS NA DIETA
Os carboidratos são a maior fonte de calorias na média das dietas dos americanos e
normalmente constituem de 40 a 45% de calorias consumidas pelos seres humanos. Nas
plantas, os amidos amilopectina e amilose, os quais estão presentes em grãos, tubérculos e
vegetais, constituem cerca de 50 a 60% das calorias de carboidratos consumidas. Esses
amidos são polissacarídeos, contendo de 10 mil a 1 milhão de unidades glicosídicas.
Na amilose, os resíduos glicosil estão ligados, via ligações glicosídicas α-1,4, formando uma
estreita cadeia; na amilopectina, a cadeia α-1,4 contém ramificações conectadas, via ligações
glicosídicas α-1,6 (ver Figura 27.1). O outro principal açúcar encontrado em frutas e vegetais
é a sacarose, um dissacarídeo de glicose e da frutose (ver Figura 27.1). A sacarose e pequenas
quantidades dos monossacarídeos glicose e frutose são os principais carboidratos encontrados
na fruta, no mel e em vegetais. A fibra dietética, aquela porção da dieta que não pode ser
digerida pelas enzimas humanas do trato intestinal, também é composta principalmente por
polissacarídeos de plantas e um polímero chamado lignina.
Muitos alimentos derivados de animais, como carne ou peixe, contêm poucos carboidratos –
exceto pequena quantidade de glicogênio (que tem estrutura similar à amilopectina) e
glicolipídeos. O principal carboidrato da dieta de origem animal é a lactose, um dissacarídeo
composto de glicose e galactose encontrado exclusivamente no leite e em produtos lácteos
(ver Figura 27.1).
Embora muitas células requeiram glicose para funções metabólicas, nem glicose nem outro
açúcar são especificamente necessários na dieta. A glicose pode ser sintetizada a partir de
muitos aminoácidos encontrados em alimentos protéicos. Frutose, galactose, xilose e todos os
outros carboidratos requeridos para processos metabólicos em humanos podem ser
sintetizados a partir da glicose.
DIGESTÃO DE CARBOIDRATOS DA DIETA
No trato digestivo, polissacarídeos e dissacarídeos são convertidos em monossacarídeos pelas
glicosidases, enzimas que hidrolisam a ligação glicosídica entre os monossacarídeos. Todas
essas enzimas apresentam alguma especificidade para carboidratos, ligações glicosídicas (α e
β) e o número de sacarídeos na cadeia. Os monossacarídeos formados pelas glicosidases são
transportados pelas células da mucosa intestinal para o fluido intestinal e, consequentemente,
entram na corrente sanguínea. Carboidratos não digeridos passam para o cólon, onde podem
ser fermentados pelas bactérias.
A AMILASE SALIVAR E PANCREÁTICA
A digestão do amido (amilopectina e amilose) começa na boca, onde a mastigação mistura o
alimento com a saliva. As glândulas salivares secretam aproximadamente 1 litro de líquido
por dia na boca, o qual contém a α-amilase salivar e outros componentes. A α-amilase é uma
endoglicosidase, o que significa que ela hidrolisa ligações internas de α-1,4 entre resíduos de
glicose em intervalos casuais nas cadeias polissacarídicas (Figura 27.3). A menor cadeia
polissacarídica formada é chamada de α-dextrina. A αmilase salivar pode ser bastante
inativada pela acidez do conteúdo estomacal, o qual contém HCl secretado pelas células
pépticas.
O suco ácido gástrico entra no duodeno, a partesuperior do intestino delgado, onde a
digestão continua. Secreções do pâncreas exócrino (aproximadamente 1,5 L/ dia) passam
pelo ducto pancreático e também entram no duodeno. Essas secreções contêm bicarbonato
(HCO3 – ), o qual neutraliza o pH ácido do conteúdo gástrico, e enzimas digestivas como a
α-amilase pancreática. A α-amilase pancreática continua a hidrolisar os amidos e o
glicogênio, formando dissacarídeos maltose, trissacarídeos maltotriose e oligossacarídeos.
Esses, chamados de ``dextrinas limites ``, apresentam, em geral, quatro a nove unidades
glicosil e contêm uma ou mais ramificações com ligações α-1,6. Os dois resíduos glicosil que
contêm a ligação α-1,6 irão se tornar o dissacarídeo isomaltose, mas a α-amilase não quebra
esses oligossacarídeos ramificados no processo após a formação de isomaltose.
A α-amilase pancreática não possui outra atividade relativa aos carboidratos contendo outros
polímeros diferentes daqueles formados por glicoses unidas por ligações α-1,4. A α-amilase
não apresenta atividade referente às ligações α-1,6 dos pontos de ramificações e tem pouca
atividade para ligações α-1,4 da extremidade não-redutora do final da cadeia.
COMPLEXO SACARASE-ISOMALTASE
A estrutura do complexo sacarase-isomaltase é muito similar à da glicoamilase, e essas duas
proteínas têm alto grau de seqüências homólogas. No entanto, depois que a cadeia
polipeptídica simples da sacarase-maltase é inserida através da membrana e a proteína
projeta-se para dentro do lúmen intestinal, uma protease intestinal quebra-se em duas
subunidades separadas que permanecem ligadas entre si. Cada subunidade tem um sítio
catalítico que difere uma da outra quanto à especificidade do substrato por interação
não-covalente. O sítio da sacarase-maltase conta com aproximadamente 100% da habilidade
do intestino em hidrolisar a sacarose, em adição à atividade da maltase; o sítio da
isomaltase-maltase conta com praticamente toda a habilidade do intestino em hidrolisar a
ligação α-1,6 (Figura 27.7), em adição à atividade da maltase. Juntos, esses sítios contam com
cerca de 80% da atividade da maltase no intestino delgado. O restante da atividade da maltase
é encontrado no complexo glicoamilase.
METABOLISMO DE CARBOIDRATOS PELA FLORA BACTERIANA
Nem todo o amido ingerido na dieta é digerido no intestino delgado (Figura 27.10). Amidos
com uma porcentagem mais alta de amilose, ou com menor hidratação (p. ex., amido de grãos
secos/desidratados), são resistentes à digestão e passam ao cólon, bem como as fibras
dietéticas e os carboidratos não-digeridos. Nele, a flora bacteriana rapidamente metaboliza os
samarídeos, formando gases, ácidos graxos de cadeia curta e lactato. Os principais ácidos
graxos formados são ácido acético (dois carbonos), ácido propiônico (três carbonos) e ácido
butírico (quatro carbonos). Os ácidos graxos de cadeia curta são absorvidos pela mucosa das
células e podem prover uma substancial porção de energia para essas células. Os principais
gases formados são gás hidrogênio (H2), dióxido de carbono (CO2) e metano (CH4). Esses
gases são liberados através do cólon, resultando em flatulência, ou pelo hálito. Produtos
incompletos da digestão aumentam a retenção de água no cólon, resultando em diarréia.
INTOLERÂNCIA A LACTOSE
A intolerância à lactose corresponde a uma condição de dor, náusea e flatulência após a
ingestão de alimentos contendo lactose, mais particularmente produtos provenientes do leite.
Embora ela seja frequentemente causada por baixo nível de lactase, também pode ser
resultante de deficiências intestinais (definidas a seguir).
LACTASE PERSISTENTE E NÃO-PERSISTENTE
A atividade da lactase evolui em seres humanos por volta da 6a a 8a semanas de gestação e
aumenta durante o período final da gestação (27a a 32a semanas) até o seu término. Ela
permanece alta até aproximadamente o primeiro mês após o nascimento e, em seguida,
começa a diminuir. Para a maioria da população mundial, a atividade da lactase diminui para
o nível adulto por volta dos 5 ou 7 anos de idade (o nível em adultos é 10% menor do que o
presente em crianças). As populações com essa característica apresentam hipolactasia adulta
(antigamente chamada de deficiência de lactase do adulto) e fenótipo de lactase
não-persistente. Em pessoas com descendência principalmente do oeste ocidental e norte
europeu e em dependentes de leite das tribos nômades do Sahara Africano, o nível de lactose
permanece igual, ou ligeiramente inferior, aos níveis infantis durante toda a fase adulta
(fenótipo de lactase persistence). Então, a hipolactasia adulta é a condição normal para a
maioria da população mundial (Tabela 27.2).
A intolerância à lactase pode ocorrer tanto devido à deficiência primária de produção da
lactase no intestino delgado (como é o caso de Deria Voider) como pode ser secundária a uma
patologia da mucosa intestinal, onde a lactase é normalmente produzida. A lactose que não é
absorvida é convertida pela flora bacteriana em ácido lático, gás metano (CH4) e gás H2 (ver
figura ao lado). O efeito osmótico da lactose e do ácido láctico no lúmen intestinal é
responsável pela diarréia frequentemente vista como parte dessa síndrome. Sintomas
similares podem resultar da sensibilidade às proteínas do leite (intolerância ao leite) ou por
má absorção de outros carboidratos da dieta. Em adultos com suspeita de deficiência de
lactase, o diagnóstico é feito por dedução, quando a retirada de todos produtos lácteos resulta
no alívio dos sintomas, e a administração desses alimentos reproduz a característica da
síndrome. Se o resultado desse procedimento é equivocado, a má absorção de lactose pode
ser mais especificamente determinada por medidas do conteúdo de H2 no hálito do paciente
após o consumo de doses de lactose. Os sintomas de Deria Voider não aparecem se forem
administrados comprimidos contendo lactase quando do consumo de produtos provenientes
do leite.
ABSORÇÃO DE CARBOIDRATOS
Uma vez que os carboidratos tenham sido quebrados em monossacarídeos, eles são
transportados pelas células epiteliais intestinais até a corrente sanguínea, para serem
distribuídos a todos os tecidos. Nem todos os carboidratos complexos são digeridos na
mesma velocidade no intestino, e algumas fontes de carboidratos levam a um aumento
praticamente imediato do nível de glicose sangüínea após a ingestão, enquanto outras o fazem
lentamente durante o extenso período após a ingestão. O índice glicêmico dos alimentos é um
indicativo da velocidade do aumento da concentração sangüínea de glicose após o consumo.
A glicose e a maltose apresentam o maior índice glicêmico (142, com pão branco definido
como índice de 100). A Tabela 27.4 indica o índice glicêmico de uma variedade de tipos de
alimentos. Embora não exista a necessidade de memorizar essa tabela, é importante observar
que flocos de milho e batatas possuem alto índice glicêmico, enquanto iogurte e leite
desnatado possuem particularmente baixo índice glicêmico. Pectinas são encontradas em
frutas, como maçãs. Isso pode ser a base para o provérbio em inglês “uma maçã ao dia deixa
o médico longe”?
TRANSPORTE FACILITADO
O transporte da glicose ocorre sem a rotação da molécula de glicose. Vários grupos da
proteína ligam-se aos grupos hidroxila da molécula de glicose e fecham-se por trás dela, que
logo é liberada para dentro da célula (p. ex., o transporte ocorre como um “poro de barreira”).
E = lado externo; I = lado interno.
A molécula de glicose é extremamente polar e não pode se difundir através da barreira
fosfolipídica hidrofóbica da membrana celular. Cada grupo hidroxila da molécula de glicose
forma pelo menos duas ligações hidrogênicas com a molécula de água, e seu movimento
casual pode requerer energia para deslocar os grupos hidroxila polares das ligações de
hidrogênio e para romper as forças Van der Waals entre as cadeias de hidrocarboneto dos
ácidos graxos na membrana fosfolipídica.
ABSORÇÃO PELO EPITELIO INTESTINAL
A glicose é transportada pelas células absortivas do intestino por difusão facilitadae por
transporte facilitado dependente de Na + . (Ver Capítulo 10 para descrição dos mecanismos
de transporte.) Ela entra, então, nas células absortivas ligadas às proteínas transportadoras –
proteínas integrais de membrana que se ligam à molécula de glicose por um lado da
membrana e liberam-na no lado oposto (Figura 27.11). Dois tipos de proteínas
transportadoras de glicose estão presentes nas células absortivas do intestino, os
transportadores de glicose dependentes de Na + e os transportadores por difusão
facilitada de glicose (Figura 27.12).
TRANSPORTADOR DEPENDENTE DE NA +
Transportadores de glicose dependentes de Na + , os quais estão presentes no lado luminal
das células absortivas, permitem que essas células concentrem glicose a partir do lúmen
intestinal. Uma pequena concentração intracelular de Na + é mantida pela Na + , K +
-ATPase no lado da serosa (sangue) da célula, que utiliza a energia da clivagem do ATP para
bombear Na + de fora da célula para dentro do sangue. Então, o transporte de pequena
concentração de glicose no lúmen para uma maior concentração na célula é promovido por
um co-transportador de Na + de uma alta concentração no lúmen a uma baixa concentração
na célula (transporte ativo secundário).
TRANSPORTADORES FACILITADOS DE GLICOSE
O transporte facilitado de glicose, que não envolve ligação com A + , possui transportadores
localizados no lado da membrana serosa das células. A glicose se move por transporte
facilitado do lado mais concentrado dentro da célula para o menos concentrado no sangue
sem gasto de energia. Em adição aos transportadores de glicose
As células epiteliais dos rins, as quais absorvem glicose do sangue, têm transportadores de
glicose dependentes de Na + , similares àqueles das células epiteliais do intestino, que
também são capazes de transportar glicose contra seu gradiente de concentração. Outros tipos
de células usam principalmente transportador dependentes de Na+ , os transportadores
facilitados de glicose também existem no lado luminal das células absortivas. Os vários tipos
de transportadores facilitados de glicose encontrados nas células das membranas plasmáticas
(referidos como GLUT 1 a GLUT 5) são descritos na Tabela 27.5. Uma estrutura comum a
todas essas proteínas são os 12 domínios integrais na membrana. O transportador que se liga
ao sódio no lado luminal das células epiteliais intestinais não é um membro da família GLUT.
es facilitados de glicose que transportam glicose abaixo de seu gradiente de concentração
TRANSPORTE DE GLICOSE ATRAVÉS DA BARREIRA HEMATOENCEFÁLICA E
PARA DENTRO DE NEURÔNIOS
A resposta hipoglicêmica é identificada por uma diminuição na concentração da glicemia
sangüínea a um valor entre 18 e 54 mg/dL (1 e 3 mm). Ela resulta do decréscimo do
suprimento de glicose ao cérebro e inicia com uma pequena dor de cabeça e tontura e pode
progredir ao coma. A baixa velocidade de transporte de glicose através da barreira
hematoencefálica (do sangue ao fluido cerebrospinal) a baixo nível de glicose é considerada a
responsável por essa resposta neuroglicopenia. O transporte de glicose do fluido
cerebrospinal através da membrana plasmática dos neurônios é rápido, e sua velocidade não
depende da produção de ATP a partir da glicólise. No cérebro, as células endoteliais dos
capilares apresentam junções extremamente finas, e a glicose deve passar do sangue ao fluido
cerebrospinal extracelular pelo transportador GLUT 1 nas células endoteliais das membranas
(Figura 27.14) e, então, através da membrana basal. Medidas de todo o processo de transporte
de glicose do sangue ao cérebro (medido por GLUT 3 nas células neuronais) mostram um
Km,ap de 7 a 11 mM, e uma velocidade máxima não muito maior do que a fração de glicose
utilizada no cérebro. Dessa forma, decréscimos da glicose sanguínea abaixo do nível de jejum
de 80 a 90 mg/dL (aproximadamente 5 mM) irão afetar significativamente a taxa do
metabolismo de glicose no cérebro, devido à redução do transporte de glicose ao cérebro.