Carboidratos: Estrutura e Funções

Prévia do material em texto

Bioquímica Básica 
João Vitor Novaes | 74A 
Medicina FCM-MG 
1º período 2020.2 
 
CARBOIDRATOS 
Objetivos da aula: 
 Definir o conceito de carboidratos. 
 Relacionar a função dos carboidratos. 
 Elucidar a estrutura dos monossacarídeos e suas principais características. 
 Compreender a ligação glicosídica e sua importância biológica. 
 Compreender a estrutura dos polissacarídeos e suas principais diferenças. 
 Elucidar a estrutura dos glicoconjugados e suas atividades no organismo humano. 
 
 
 O QUE SÃO CARBOIDRATOS? 
 São compostos aldeídicos ou cetônicos com múltiplas hidroxilas. 
 
 Fórmula geral dos carboidratos = [C(H2O)n] 
 Essa é uma fórmula geral, mas não é uma regra, porque alguns carboidratos podem conter em suas 
estruturas nitrogênio (N), fósforo (P) ou enxofre (S). 
 
 Se o carboidrato tiver, em sua estrutura: 
 - Aldeído  é chamado de Poli-hidroxialdeído (aldose). 
 - Cetona  é chamado de Poli-hidroxicetona (cetose). 
 
 Carboidratos também são chamados de glicídios e de hidratos de carbono. 
 
 São as moléculas mais abundantes da Terra. 
 
 FUNÇÕES DOS CARBOIDRATOS: 
 - Armazenamento de energia 
 - Intermediários metabólicos 
 - Proteção 
 - Estrutural 
 - Glicoconjugados (sinalização) 
 
 CLASSIFICAÇÃO DOS CARBOIDRATOS: 
 
A) Quanto ao TAMANHO: 
 Monossacarídeos 
 - 3 ou mais carbonos. 
 Exemplo mais categórico: D-glicose. 
 Oligossacarídeos 
 - Monossacarídeos ligados por ligação glicosídica. 
 Exemplo: sacarose – um dissacarídeo formado pela ligação entre D-glicose e D-frutose. 
 Polissacarídeos 
 - Vários monossacarídeos ligados entre si através de ligação glicosídica. 
 - Podem ser lineares ou ramificados. 
 
Amilose e amilopectina são constituintes do amido. 
 
 
 
 
 
 
 
MONOSSACARÍDEOS 
 
- São solúveis em água. 
- Possuem aldeído (família = aldose) ou cetona (família = cetose). 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
- Possuem carbonos quirais (assimétricos). 
 Por isso, os classificamos como estereoisômeros D ou L. 
 
 Carbono quiral/assimétrico: carbono ligado a 4 grupos diferentes. 
 Com exceção da diihidroxiacetona, todos os monossacarídeos possuem carbonos quirais. 
 
 Classificação do isômero (de acordo com a posição da hidroxila): 
 - Hidroxila na direita = D-... 
 - Hidroxila na esquerda = L-... 
 
Podem-se ter vários carbonos quirais em uma mesma estrutura: 
 
1. Identificar o grupo carbonila (C=O). 
No caso, está no aldeído. 
2. Identificar o carbono quiral mais 
distante do grupo carbonila. 
3. Verificar a posição do grupo 
hidroxila (-OH). 
 
Em todos os carbonos quirais das 
moléculas ao lado, os grupos hidroxilas 
estão voltados para a direita. 
Logo, são D- aldoses. 
 
 
 
 
 
 
 
 
Deve-se começar a numerar os carbonos pelo carbono mais próximo da extremidade do 
grupo carbonila (C=O). 
Exemplo de numeração na molécula ao lado (D-glicose), por exemplo, que tem seis 
carbonos. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
EPÍMEROS: 
Diferenciam-se por um dos carbonos quirais. 
 
- As 3 moléculas ao lado tem a mesma 
fórmula molecular (C6H12O6). 
  Galactose é epímero da Glicose no C-4. 
  Manose é epímero da Glicose no C-2. 
 
 
Trioses: 
- Tem três carbonos. 
 
Porém, têm moléculas com mais carbonos: 
 Tetroses – 4 carbonos. 
 Pentoses – 5 carbonos. 
 Hexoses – 6 carbonos. 
 Heptoses – 7 carbonos. 
 Etc. 
 
 
 
Em geral, quando os monossacarídeos estão em solução, eles adquirem estruturas cíclicas. 
 - Acontece na aldotetrose e em todos monossacarídeos com 5 ou mais carbonos. 
 - Como acontece essa interação? 
 Ligação do grupo carbonila (do aldeído ou da cetona) + Hidroxila (-OH) presente ao longo da cadeia 
desse monossacarídeo. 
Conformação cíclica: mais estável. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
HEMIACETAL: 
 
Aldeído = destacado em azul. 
Hidroxila = destacada em vermelho. 
 
Para a formação da estrutura cíclica, o 
grupo carbonila do aldeído interage 
com a hidroxila ao longo da cadeia. 
 
Essa ligação forma um grupo chamado 
hemiacetal. 
 
Como essa estrutura parece um anel 
de pirano, denomina-se glicopiranose. 
 
 
 
 
 
HEMICETAL: 
 
Porém, quando temos um grupo cetona (destacado em azul), ela também se liga à uma hidroxila presente 
na cadeia molecular (esse grupo é chamado hemicetal). 
 
Essa ligação forma um anel 
parecido com o anel de 
furano. Dessa forma, dá-se 
o nome de frutofuranose 
para esse composto. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
- CARBONO ANOMÉRICO: 
Por convenção, o carbono anomérico é 
representado do lado direito da estrutura 
cíclica. 
 
Pela presença desse carbono, pode-se 
classificar o carboidrato em α ou β. 
 
Carboidrato α: 
Quando a hidroxila está apontada para 
baixo do anel. 
 
Carboidrato β: 
Quando a hidroxila está apontada para 
cima do anel. 
 
 
As estruturas α e β podem sofrer a mutarrotação 
(interconversão das formas α e β). 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
As estruturas cíclicas dos monossacarídeos 
podem ficar parecidas tanto com o anel de furano 
quanto com o anel de pirano. 
Ao lado, temos a frutose formando tanto um anel 
de frutofuranose quanto um anel de frutopiranose. 
Tudo depende em qual carbono que o grupo 
carbonila se liga. 
 
 
 
 
Qual a importância do carbono anomérico? 
 
Dão uma classificação aos carboidratos chamada de 
açúcares redutores, isso porque o carbono anomérico 
formam uma porção mais reativa, podendo reduzir alguns 
íons, tais como o cobre. 
 
Quando esses açúcares reduzem o íon férrico (Fe3+) ou o 
íon cúprico (Cu2+), eles são oxidados. 
 
E é justamente essa característica que já foi utilizada para 
dosagem de açúcar na urina em casos de pacientes com 
diabetes mellitus (que eliminam mais glicose através da 
urina). 
 
Nesse caso, tinha a redução do cobre (o que altera a 
coloração da substância). Com isso, era adquirido um tom 
mais avermelhado, auxiliando na detecção do nível de 
glicose pela urina. 
 
 
DISSACARÍDEOS 
 
- Monossacarídeos ligados entre si através de ligação glicosídica. 
- Ligação glicosídica  ligação covalente 
 Pode ser chamada de: 
  O-glicosídica: 
 Quando o carbono anomérico de um monossacarídeo se liga à hidroxila de outro monossacarídeo. 
  N-glicosídica: 
 Quando o carbono anomérico se liga a um nitrogênio (presente no ácido nucleico e em proteínas). 
Essa ligação se quebra facilmente na presença de ácidos. 
 
- Exemplos de dissacarídeos: 
 
 
 
Esses carboidratos têm ligações glicosídicas diferentes, assim como pode ser visto a seguir. 
 
 
 
 
 
 
 
 Ligação glicosídica da MALTOSE: 
 
Glicose + Glicose 
O carbono anomérico da primeira molécula 
de glicose (α) se liga à hidroxila presente na 
segunda molécula de glicose (β). 
Formamos a ligação glicosídica α1-4. 
É uma ligação de condensação (perda de 
uma molécula de H2O). 
Com a ligação já realizada, a molécula de 
glicose da direita continua com o carbono 
anomérico (continua sendo uma 
extremidade redutora). 
 
 
 
 
 
 
 Ligação glicosídica da LACTOSE: 
 
Galactose + Glicose 
Formação da ligação β1-4 (porque o carbono anomérico da 
galactose que foi envolvido nessa ligação glicosídica tem 
configuração β). 
 
 
 
 
 
Glicosídeos: 
- Sacarose (plantas) e Trealose (insetos): 
 São dissacarídeos não redutores (porque se ligam pelos seus próprios carbonos anoméricos). 
 
SACAROSE: 
 
Glicose + Frutose 
Está ligada entre carbono anomérico da primeira glicose 
(carbono α) e o carbono β da frutose. 
Formação da ligação α1-2β. 
 
 
 
TREALOSE: 
 
Ligação entre os carbonos anoméricos. 
As duas glicoses têm classificação α. 
Formação da ligação α1-1α. 
 
 
 
 
 
 
Por que eles deixam de serem redutores? 
Devido ao fato de não ter sobrado nenhum carbono anomérico livre para realizar o processo de redução, 
Como os dois carbonos anoméricos foram envolvidos na ligação glicosídica, esse carboidrato é 
classificado como não redutor. 
 
 
POLISSACARÍDEOS 
 
 Homopolissacarídeos: formados apenas por um único tipo de monossacarídeo. 
 Heteropolissacarídeos: formados por mais de um tipo de monossacarídeo.- Os polissacarídeos podem ser: 
  Homoglicanos (exemplo: glicogênio – glicose). 
  Heteroglicanos (exemplo: mureína – N-acetilglucosamina e ácido N-acetilmurâmico). 
 
- Podem ser classificados a partir dos seguintes critérios: 
  Identidade dos monossacarídeos. 
  Tipos de ligação. 
  Tamanho da cadeia. 
  Grau de ramificação. 
  Função: 
 - Estrutural (exemplos: quitina e celulose). 
 - Reserva (exemplos: glicogênio e amido – geralmente homoglicanos). 
 
- Os polissacarídeos não têm peso molecular definido – não tem molde ou ponto de parada para a síntese. 
 
 
 
 
 
Polissacarídeos de RESERVA: 
 
AMIDO: 
Estrutura: 
 - Amilose 
  De milhares a mais de milhão. 
  Não ramificada, contendo, então, apenas ligações α1-4. 
 - Amilopectina 
  Chega a 100 milhões de resíduos. 
  Altamente ramificada. 
 Contém ligações α1-4 e α1-6 (a cada 24 a 30 resíduos de glicose). 
 
 
 
A ligação α1-4 forma a estrutura “cadeirinha”, que permite com que 
a molécula sofra torção (vista na figura b). Dessa forma, torna-se 
possível compactar a molécula, algo extremamente importante 
quando se trata de um polissacarídeo de reserva. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
GLICOGÊNIO: 
Estrutura: 
 - Altamente ramificada. 
 - α1-4 
 - α1-6 (a cada 8 a 12 resíduos de glicose). 
 - Mais compacta que a estrutura do amido. 
 - Fígado e músculos. 
 -  CONCENTRAÇÃO DE GLICOSE X TAMANHO (quando comparado ao amido). 
 
 
 
Mais moléculas de glicose (por tamanho) no glicogênio do que no amido (amilopectina). 
Isso acontece por causa da diferença da distância entre as ramificações de cada um. 
 
 
 
O glicogênio e o amido ficam armazenados em grânulos. 
 - Amido: plantas. 
 - Glicogênio: organismo humano. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Polissacarídeos ESTRUTURAIS: 
 
CELULOSE: 
- Madeiras, galhos e algodão. 
- Não ramificado (apresenta de 10 a 15 mil resíduos de glicose). 
- Carbono anomérico: β. 
- Ligações β1-4. 
- Ligações de hidrogênio – molécula menos hidratada. 
- Para quebrar a ligação β, é preciso da celulase (presente na Trichonympha, em fungos e em leveduras). 
 
- Estrutura da celulose: 
 
Em azul: ligações de hidrogênio. 
Molécula menos hidratada. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
- Comparação entre os dois polissacarídeos: 
 
Celulose tem uma molécula mais retilínea. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
QUITINA: 
- Carapaça de artrópodes. 
- Homoglicano (tem N-acetilglicosamina em sua estrutura). 
- Ligações β1-4. 
- Diferença para a celulose: no carbono 2, tem o grupo amino acetilado. 
- Não é digerida por vertebrados (não possuímos celulase). 
- Segundo polissacarídeo mais abundante na natureza. 
 
PEPTÍDEOGLICANOS: 
 
- Presente na parede das bactérias. 
- Heteroglicano (N-acetilglicosamina e ác. N-acetilmurâmico). 
- Ligações β1-4. 
- Ligados com pequenos peptídeos – força da ligação. 
- Clivado pela lisozima – lágrima e fagos (hidroliza). 
- Penicilina – impede a síntese das ligações cruzadas. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
GLICOCONJUGADOS: 
- Proteoglicanos 
- Glicoproteínas 
- Glicolipídeos 
 
 
 
PROTEOGLICANOS 
São macromoléculas da superfície e da 
matriz extracelular, nas quais uma ou 
mais cadeias de glicosaminoglicanos 
estão ligados covalentemente a proteínas 
de membrana ou secretada. 
 
 
GLICOPROTEÍNAS 
Têm um ou vários oligossacarídeos (de 
complexidade variada) ligados 
covalentemente à proteína. 
 
 
 
 
 
 
 
GLICOLIPÍDEOS 
São lipídios de membrana nos quais os 
grupos hidrofilícos são oligossacarídeos.