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BIOQUÍMICA - Glicídios Prof. MSc.: Ângelo Rêgo. Disciplina: Bioquímica. Curso: Enfermagem. Carboidratos – estrutura São compostos que possuem na sua estrutura os elementos químicos carbono, hidrogênio e oxigênio. Possuem como fórmula geral (CH2O)n, sendo n ≥ 3, daí o nome hidratos de carbono. A terminação ose é frequentemente utilizada na sua nomenclatura. A glicose (A) e a ribose (B) são exemplos de carboidratos. Fórmula estrutural Fórmula molecular A. C6H12O6 = (CH2O)6 B. C5H10O5 = (CH2O)5 Fonte: a autora Classificação dos carboidratos – monossacarídeos Classificação em relação à possibilidade de hidrólise: Os monossacarídeos são os carboidratos mais simples e são aqueles que não sofrem hidrólise. Exemplos: glicose, frutose, galactose. Os monossacarídeos, em solução aquosa, com cinco ou mais carbonos adquirem estruturas cíclicas devido à reação entre o grupo carbonila e a hidroxila. Menos de 1% de cada monossacarídeo com cinco ou mais carbonos ocorre na forma aberta. Classificação dos carboidratos – monossacarídeos Ciclização da glicose: Fonte: a autora Diferem na configuração do carbono 1. São chamados de anômeros um do outro. Classificação dos carboidratos – dissacarídeos Os dissacarídeos são formados pela união de dois monossacarídeos e, portanto, sua hidrólise gera dois monossacarídeos, os quais podem ser diferentes ou iguais. Fonte: a autora Classificação dos carboidratos – dissacarídeos Na reação para a formação de um dissacarídeo ocorre a formação de uma ligação glicosídica e a liberação de uma molécula de água. Fonte: a autora Classificação dos carboidratos – polissacarídeos Os polissacarídeos são formados pela união de mais de dez monossacarídeos. Exemplos: amido, glicogênio, celulose e quitina. O amido é a forma de armazenamento de vegetais e é constituído por amilose e amilopectina. A amilose é constituída por moléculas de α-glicose ligadas de maneira linear. A amilopectina é uma cadeia ramificada. As ramificações são encontradas de 24 a 30 moléculas de glicose da cadeia principal. As fibras de amilopectina formam duplas hélices entre si ou com amilose. Classificação dos carboidratos – polissacarídeos Fonte: adaptado de NELSON, D. L.; COX, M, Lehninger. “Princípios de Bioquímica”. 3. ed. São Paulo: Sarvier, 2002. Fonte: a autora A. amilose e B. amilopectina Classificação dos carboidratos – polissacarídeos O glicogênio, o polissacarídeo de reserva animal, é muito similar à amilopectina, porém possui um maior número de ramificações. Cada ramificação é encontrada a cada 8 a 12 unidades de glicose. Glicogênio Amido Fonte: http://ruibiogeo.blogspot.com.br/2013/03/protidos-cohn.html http://ruibiogeo.blogspot.com.br/2013/03/protidos-cohn.html Classificação dos monossacarídeos Quanto ao grupo funcional: Os grupos funcionais encontrados em carboidratos são aldeído e cetona. A. aldeído e B. cetona Fonte: a autora Os carboidratos que apresentam aldeído como grupo funcional são denominados aldoses e aqueles que apresentam cetona como grupo funcional são denominados cetoses. Classificação dos monossacarídeos De acordo com o número de carbonos: Trioses (3) Tetroses (4) Pentoses (5) Hexoses (6) Heptoses (7) Nonoses (9) Classificação dos monossacarídeos Glicose – aldohexose. Frutose – cetohexose. Fonte: a autora A. glicose e B. frutose Funções dos carboidratos São as moléculas mais abundantes da natureza. Constituem cerca de 60% da nossa dieta. É pela oxidação dos carboidratos que obtemos a maior parte da energia utilizada pelo nosso organismo. São componentes das membranas celulares, do material genético, da parede celular de bactérias, fungos e vegetais; do tecido conjuntivo de animais e do exoesqueleto de muitos insetos. Funções dos carboidratos frutashortaliças leguminosas (feijão, soja, lentilha,ervilha) Leite, iogurte,queijo carne, ave, peixe, ovos açúcares e doces gorduras e óleos pães, farinha, arroz e massa (derivadosde grãos, tubérculos e raízes) Fonte: adaptada de: http://www.objetivo.br/ConteudoOnline/mp/Pages/Default.aspx?toke n=velUCtCHEK0ueFTAJ0Y%2fBENQjTVAbDVLq3TLs8pB0tM%3d#. Acesso em 02/08/2014. http://www.objetivo.br/ConteudoOnline/mp/Pages/Default.aspx?toke Interatividade Assinale a alternativa que contém apenas monossacarídeos: a) Glicose, frutose e lactose. b) Glicogênio e amido. c) Glicose e lactose. d) Glicose e frutose. e) Sacarose e glicose. Resposta Assinale a alternativa que contém apenas monossacarídeos: a) Glicose, frutose e lactose. b) Glicogênio e amido. c) Glicose e lactose. d) Glicose e frutose. e) Sacarose e glicose. Introdução ao metabolismo Metabolismo é o nome dado a todas as reações químicas que ocorrem no nosso organismo para geração de energia e para renovação de moléculas. O metabolismo pode ser dividido em várias vias, ou seja, em sequências de várias reações químicas. Nessas reações químicas, o produto de uma reação química vira o substrato da próxima reação. Na via mostrada na figura, a substância A é chamada de substrato; a F, de produto final, e as substâncias B, C, D e E, intermediários da via. Fonte: a autora Introdução ao metabolismo As vias estabelecem conexões formando uma rede de reações químicas. Fonte: a autora Fonte: http://www.criacionismo.com.br/2008/05/o-pesadelo-do-mapa-metablico.html http://www.criacionismo.com.br/2008/05/o-pesadelo-do-mapa-metablico.html Classificação das vias As vias podem ser classificadas em vias catabólicas e vias anabólicas. Vias catabólicas, ou também chamadas de vias de degradação, são as vias que quebram moléculas complexas nos seus constituintes, ou seja, em moléculas mais simples. Nas vias catabólicas ocorre liberação de energia. Vias anabólicas, ou também chamadas de vias de síntese, são vias que formam moléculas complexas a partir de moléculas simples. Nas vias anabólicas ocorre consumo de energia. Vias catabólicas e anabólicas Fonte: a autora Energia A energia química, proveniente dos alimentos, fica armazenada em um composto intermediário chamado ATP (adenosina trifosfato). Fonte: http://www.sobiologia.com.br/conteudos/bioquimica/bioquimica2.php http://www.sobiologia.com.br/conteudos/bioquimica/bioquimica2.php Enzimas Para que o metabolismo funcione de maneira compatível com as nossas necessidades fisiológicas, as reações precisam acontecer de maneira rápida e isso só é possível devido à ação de moléculas catalisadoras que são as enzimas. A maior parte das enzimas são moléculas de natureza proteica, ou seja, são formadas por aminoácidos. As enzimas são sintetizadas pelo nosso próprio organismo pelas informações contidas na molécula de DNA, portanto, o funcionamento correto do nosso metabolismo está diretamente ligado ao nosso material genético. Enzimas As enzimas são específicas para o seu substrato. Fonte: a autora Enzimas De um modo geral, pode-se dizer que para cada reação química do metabolismo há uma enzima. Fonte: a autora Digestão dos carboidratos Os polissacarídeos da dieta são o amido e o glicogênio. Os principais sítios de digestão são a boca e o intestino. A digestão dos polissacarídeos é iniciada na boca pela enzima α-amilase salivar. Essa enzima é uma glicosidase, que hidrolisa as ligações glicosídicas α – 1,4. Fonte: a autora Digestão dos carboidratos Como o glicogênio e o amido possuem ramificações que possuem ligações glicosídicas α- 1,6; o resultado da digestão pela α-amilase salivar são fragmentos menores que podem ter ramificações ou não. Fonte: a autora Digestão dos carboidratos A digestão que ocorre na boca é breve, pois o alimento permanece na boca apenas durante a mastigação. Quando o bolo alimentar, juntamentecom a enzima α-amilase salivar, chega ao estômago, a enzima é inativada devido à acidez do estômago. O conteúdo do estômago chega ao intestino delgado, o qual recebe do pâncreas bicarbonato de sódio, o qual neutraliza a acidez do estômago e a enzima α-amilase pancreática, a qual continua o processo de digestão quebrando as ligações glicosídicas α-1,4. A digestão continua no jejuno superior pelas enzimas sintetizadas pelas células da mucosa intestinal, como a isomaltase, a maltase, a sacarase e a lactase. Absorção dos monossacarídeos Como resultado da digestão dos carboidratos, são formados monossacarídeos. Predominantemente, os monossacarídeos são absorvidos pela mucosa intestinal. O duodeno e o jejuno superior absorvem a maior parte. Existem dois processos para a absorção de monossacarídeos. Um deles é dependente de íons sódio e de uma classe de proteína cuja sigla é SGLT. Esse processo envolve o gasto de energia. O outro transporte não envolve gasto de energia, mas envolve uma classe de proteínas transportadoras de glicose designadas pela sigla GLUT. Absorção dos monossacarídeos Fonte: ARAÚJO, J. R.; MARTEL, F. “Regulação da Absorção Intestinal de Glicose”. Departamento de bioquímica, Faculdade de Medicina do Porto. Arquivos de Medicina 23(2):35-43. Digestão anormal de dissacarídeos Como o processo de absorção ocorre predominantemente para os monossacarídeos, qualquer defeito nas dissacaridases causa problemas. O dissacarídeo não digerido passa para o intestino grosso e, como consequência disso, ocorre a passagem de água para o intestino grosso. As bactérias, presentes no intestino grosso, fazem a fermentação, utilizando o dissacarídeo como substrato. Nesse processo são formados ácido lático, CO2 e H2; causando cólicas abdominais, diarreia e flatulência. Interatividade Analise as afirmativas abaixo e assinale a alternativa correta. a) O glicogênio possui menor número de ramificações se comparado ao amido. b) Os principais sítios de digestão dos carboidratos são o estômago e o intestino. c) Os dissacarídeos são predominantemente absorvidos pela mucosa intestinal. d) A amilase pancreática exerce sua ação no pâncreas. e) A amilase salivar tem uma atuação breve, já que é inativada pela acidez do estômago. Resposta Analise as afirmativas abaixo e assinale a alternativa correta. a) O glicogênio possui menor número de ramificações se comparado ao amido. b) Os principais sítios de digestão dos carboidratos são o estômago e o intestino. c) Os dissacarídeos são predominantemente absorvidos pela mucosa intestinal. d) A amilase pancreática exerce sua ação no pâncreas. e) A amilase salivar tem uma atuação breve, já que é inativada pela acidez do estômago. Transporte de glicose A glicose entra nas células pelos transportadores de glicose (GLUTs). Os GLUTs atuam pela mudança conformacional. Os GLUTs apresentam especificidade tecidual. GLUT-1 é abundante nos eritrócitos e no encéfalo, e o GLUT-4 é abundante no tecido adiposo e no músculo esquelético. Fonte: http://www.objetivo.br/ConteudoOnline/mp/Pages/Default.aspx?token=velUCtCHEK0ueFTAJ 0Y%2fBENQjTVAbDVLq3TLs8pB0tM%3d# http://www.objetivo.br/ConteudoOnline/mp/Pages/Default.aspx?token=velUCtCHEK0ueFTAJ Uso da glicose pelas células Dentro das células, a glicose pode ter vários destinos, dependendo da condição fisiológica e da disponibilidade de oxigênio. Caso o organismo tenha oxigênio disponível e precise sintetizar energia, a glicose pode ser quebrada, liberando CO2, H2O e energia. • Essa quebra envolve as seguintes etapas: Via glicoltica ou glicólise. Conversão de piruvato em Acetil-CoA. Ciclo de Krebs. Cadeia de transporte de elétrons. Fosforilação oxidativa. Respiração celular Uso da glicose pelas células Caso o organismo não necessite sintetizar energia, a glicose pode ser armazenada na forma de glicogênio, sendo utilizado nos momentos de necessidade. Em condições de anaerobiose, ou seja, na carência de oxigênio, a glicose é convertida em lactato. Esse processo é utilizado por algumas bactérias, pelas hemácias, por fibras musculares de contração rápida e pelas fibras em geral submetidas a esforço intenso. Glicólise aeróbica É a conversão de glicose em duas moléculas de piruvato. Ocorre no citossol das células. Fonte: a autora Reações da glicólise aeróbica Resumindo as reações da glicólise aeróbica, temos: Fonte: a autora Reações da glicólise aeróbica Algumas enzimas precisam se associar a uma coenzima para exercerem suas funções. NAD+ é uma coenzima derivada da vitamina Nicotinamida (B6). Essa é a primeira reação de oxidorredução da glicólise. Reações de oxidorredução são reações que envolvem a transferência de elétrons. Oxidação: perda de elétrons. Redução: ganho de elétrons. NAD+ + 2H+ + 2 elétrons → 2 NADH + H+ Reações da glicólise aeróbica A molécula de NADH é extremamente importante, pois ela armazena parte da energia contida na glicose. Posteriormente, essa molécula será transformada em ATP. O NAD+ está em quantidade limitante na célula, portanto, o NADH produzido deve voltar à forma de NAD+, para que ele possa ser utilizado novamente, por uma reação de oxidação. O mecanismo de oxidação do NADH depende da disponibilidade de oxigênio. Na presença de oxigênio, o NADH é oxidado pela cadeia de transporte de elétrons. Glicólise anaeróbica Em algumas células como nos eritrócitos, nos leucócitos, no cristalino e na córnea do olho, na medula renal, nos testículos e nas células com quantidades limitadas de oxigênio ocorre a glicólise anaeróbica, ou também chamada de fermentação láctica. As reações até a formação de piruvato são idênticas às reações da glicólise aeróbica, mas ocorre uma etapa adicional em que o piruvato é transformado em lactato. Fonte: a autora Glicólise anaeróbica Nessa reação, o NAD+ é regenerado e pode ser utilizado novamente na reação de oxidação do gliceraldeído 3-fosfato. Fonte: a autora Destinos da molécula piruvato Fonte: a autora Conversão de piruvato em Acetil-CoA Existe uma translocase específica que faz o transporte do piruvato para o interior da mitocôndria. Na matriz mitocondrial, o piruvato é convertido em Acetil-CoA pelo complexo multienzimático da piruvato desidrogenase. Fonte: a autora Ciclo de Krebs O Acetil-CoA, proveniente da descarboxilação do piruvato, é oxidado pelo Ciclo de Krebs, também chamado de Ciclo do Ácido Cítrico ou Ciclo dos Ácidos Tricarboxílicos. É uma sequência de oito reações que formam um ciclo, pois o oxaloacetato é uma molécula que faz parte da primeira reação, como substrato, mas também faz parte da última reação, como produto. Ocorre na matriz mitocondrial. Reações do Ciclo de Krebs Resumindo as reações do Ciclo de Krebs, temos: Fonte: a autora Glicólise e Ciclo de Krebs Fonte: a autora Interatividade Qual das seguintes afirmativas a respeito da glicólise está correta? a) A conversão de glicose em lactato ocorre em condições de anaerobiose. b) A conversão de glicose em piruvato ocorre na matriz mitocondrial. c) Nas hemácias ocorre a glicólise aeróbica. d) Nas fibras musculares submetidas ao esforço intenso ocorre a glicólise aeróbica. e) Todas as alternativas estão corretas. Resposta Qual das seguintes afirmativas a respeito da glicólise está correta? a) A conversão de glicose em lactato ocorre em condições de anaerobiose. b) A conversão de glicose em piruvato ocorre na matriz mitocondrial. c) Nas hemácias ocorre a glicólise aeróbica. d) Nas fibras musculares submetidas ao esforço intenso ocorre a glicólise aeróbica. e) Todas as alternativas estão corretas. Cadeia de transporte de elétrons No processo de oxidação da glicose ocorre a redução de váriascoenzimas NAD+ e FADH, formando NADH e FADH2, respectivamente. Para a transformação das coenzimas em energia, a célula utiliza de um gradiente de prótons que é conseguido pela transferência de elétrons das coenzimas para compostos que estão inseridos nas cristas mitocondriais. A transferência dos elétrons por esses compostos constitui a cadeia de transporte de elétrons. Cadeia de transporte de elétrons Os compostos que fazem parte da cadeia de transporte de elétrons agrupam-se em quatro complexos designados I, II, III e IV. Existem dois componentes que não fazem parte de complexos, a coenzima Q (CoQ) e o citocromo c. Fonte: a autora Cadeia de transporte de elétrons Os elétrons presentes no NADH são transferidos para o complexo I, a coenzima Q, o complexo III, o citocromo c, o complexo IV e, por fim, para o oxigênio. Fonte: a autora Cadeia de transporte de elétrons Os elétrons presentes no succinato são transferidos para o complexo II, a coenzima Q, o complexo III, o citocromo c, o complexo IV e, por fim, para o oxigênio. Fonte: a autora Cadeia de transporte de elétrons A enzima succinato desidrogenase tem como coenzima o FAD. Na reação catalisada por essa enzima, o succinato é oxidado a fumarato e o FAD é reduzido a FADH2. Fonte: a autora Cadeia de transporte de elétrons A teoria quimiostática de Mitchell explica como o transporte de elétrons e o gradiente de prótons está acoplado à síntese de ATP. Fonte: a autora Cadeia de transporte de elétrons Para cada NADH que transporta seus elétrons pelos complexos I, III e IV; há síntese de 3 moléculas de ATP e para cada succinato que reduz FAD a FADH2, há síntese de 2 moléculas de ATP. Gliconeogênese Podemos obter glicose de três maneiras: pela dieta, pelo glicogênio hepático e pela gliconeogênese. É uma via que forma glicose a partir dos seguintes precursores: glicerol, lactato e aminoácidos. Ocorre no fígado e nos rins. A contribuição do fígado para esse processo é maior, porém, dependendo do tempo de jejum, a contribuição dos rins pode chegar até a 40%. A existência do estoque de glicogênio e de um via para obter glicose a partir de outros compostos nos mostra a importância desse composto no nosso organismo. Gliconeogênese A maioria dos tecidos animais é capaz de obter energia a partir de vários compostos como açúcares e ácidos graxos, porém alguns tecidos utilizam exclusivamente glicose como fonte de energia. Fonte: adaptado de MARZZOCO, A; TORRES, B. B. “Bioquímica Básica”. 2. ed. Rio de Janeiro: Guanabara Koogan, 1999. Substratos da gliconeogênese O glicerol é obtido pela hidrólise de triacilglicerol, estocado no tecido adiposo e levado até o fígado pela corrente sanguínea. O lactato é liberado pelos músculos esqueléticos em exercício e pelas células que não possuem mitocôndria. Os aminoácidos, com exceção de lisina e leucina, são provenientes da degradação de proteínas endógenas, principalmente durante o jejum. Os substratos da gliconeogênese são transformados em intermediários da glicólise. O lactato e os aminoácidos são transformados em piruvato e o glicerol, em diidroxiacetona fosfato. Reações da gliconeogênese Fonte: a autora Glicólise e gliconeogênese Fonte: a autora Interatividade Qual das seguintes afirmativas a respeito da cadeia de transporte de elétrons e fosforilação oxidativa está correta? a) Os complexos que fazem parte da cadeia de transporte de elétrons estão inseridos na membrana externa da mitocôndria. b) Existem cinco complexos que fazem parte da cadeia de transporte de elétrons. c) O oxigênio é o aceptor final de elétrons. d) O gradiente de prótons não colabora com a formação de ATP. e) O ATP é formado no complexo I. Resposta Qual das seguintes afirmativas a respeito da cadeia de transporte de elétrons e fosforilação oxidativa está correta? a) Os complexos que fazem parte da cadeia de transporte de elétrons estão inseridos na membrana externa da mitocôndria. b) Existem cinco complexos que fazem parte da cadeia de transporte de elétrons. c) O oxigênio é o aceptor final de elétrons. d) O gradiente de prótons não colabora com a formação de ATP. e) O ATP é formado no complexo I. ATÉ A PRÓXIMA!
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