Carboidratos: Definição e Funções

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Carboidratos 
 
O que são carboidratos? 
 
• São compostos orgânicos que contêm: 
è C – Carbono 
è H – Hidrogênio 
è O – Oxigênio 
 
• São também conhecidos como: 
è Açúcar; 
è Sacarídeo; 
 
• Energética – Utilizado para a produção de ATP. A glicose é o principal carboidrato 
utilizado pelas células para produzir energia; 
 
• Reserva energética – Além de fornecer energia imediata, os carboidratos podem ser 
armazenados de diferentes formas. Nos animais, o carboidrato de reserva é o glicogênio. 
 
• Monossacarídeos: 
 
è Unidades mais simples de carboidratos e são constituídos por apenas uma unidade 
de poliidroxialdaeídos ou acetonas; 
è Podem ser classificados de acordo com o numero de átomos de carbono que 
possuem: 
Triose 3 carbonos 
Tetrose 4 carbonos 
Pentose 5 carbonos 
Hexose 6 carbonos 
Heptose 7 carbonos 
Octose 8 carbonos 
 
è Os dois monossacarídeos mais abundantes na natureza são a glicose e a frutose. 
 
 
• Oligossacarídeos: 
 
è São monossacarídeos unidos por ligação glicosídicas e destacam-se por cadeias 
curtas; 
è A Sacarose e a Lactose é um exemplo; 
 
 
• Polissacarídeos: 
 
è São também monossacarídeos também unidos por ligação glicosídica mas 
diferentes dos oligossacarídeos, apresentam milhares de monossacarídeos unidos; 
 
è Considera-se polissacarídeo um carboidrato com mais de 20 unidades 
 
è Como exemplo de polissacarídeo, podemos citar a celulose, o amido e 
o glicogênio. 
 
 
 
 
 
• A glicose é transportada pelo sangue; 
 
• Quando as reservas de energia celular estão baixas , a glicose é degradada pela via 
glicolítica 
 
• As moléculas de glicose são necessárias para a imediata produção de energia; 
 
• São armazenadas no fígado e músculos como glicogênio; 
 
• Dependendo das necessidades metabólicas da célula, a glicose pode também ser 
empregada para sintetizar outros monossacarídeos, ácidos graxos e certos 
aminoácidos. 
 
 
 
 
Podem ser denominados também de 
dissacarídeos, pois são compostos por 
dois monossacarídeos 
 
Os principais carboidratos da dieta são: o amido, a sacarose e a lactose. O glicogênio, a 
maltose, a glicose livre e a frutose livre constituem frações relativamente menores de 
carboidratos ingeridos. A absorção dos carboidratos pelas células do intestino delgado 
é realizada após hidrólise dos dissacarídeos, oligossacarídeos e polissacarídeos em seus 
componentes monossacarídeos. 
 
• As quebras ocorrem sequencialmente em diferentes segmentos do trato 
gastrointestinal por reações enzimáticas: 
 
è Alfa-amilase pancreática: o amido e o glicogênio são hidrolisados no duodeno em 
presença da α-amilase pancreática que produz maltose e dextrinas 
(oligossacarídeos). 
 
è Enzimas da superfície intestinal. A hidrólise final da maltose e dextrina é realizada 
pela maltase e a dextrinase, presentes na superfície das células epiteliais do 
intestino delgado. 
Após a absorção, a glicose no sangue aumenta e as células β das ilhotas 
pancreáticas secretam insulina que estimula a captação de glicose principalmente 
pelos tecidos adiposo e muscular. 
Nos processos metabólicos dos carboidratos, algumas etapas (vias metabólicas) são 
essenciais para a obtenção da reserva energética: glicólise (anaeróbia e aeróbia), via 
das pentoses-fosfato, glicogênese, glicogenólise, gliconeogênese, ciclo de Krebs ou 
ciclo do ácido cítrico e cadeia respiratória ou fosforilação oxidativa. 
 
 
Consiste na oxidação da molécula de glicose formando duas moléculas de ATP e duas 
moléculas de Ácido Pirúvico. Acontecendo no hialoplasma, é um processo de catabolismo, 
anaeróbio e aeróbio, universal. 
Consiste numa sequência de 10 reações e duas fases: preparatória (compreendem 5 reações 
nas quais a glicose é fosforilada por dois ATP e convertida em duas moléculas de 
gliceraldeído−3−fosfato) e de pagamento (as duas moléculas de gliceraldeído−3−fosfato são 
oxidadas pelo NAD+ e fosforiladas em reação que emprega o fosfato inorgânico. O resultado 
líquido do processo total de glicólise é a formação de 2 ATP, 2 NADH e 2 piruvato, às custas 
de uma molécula de glicose). 
Em organismos e tecidos aeróbios, em condições aeróbias, o Piruvato é oxidado (com perda 
do grupo carboxílico) originando o grupo Acetil-CoA que depois é oxidado a CO2 durante o 
Ciclo de Krebs. Em organismos e tecidos em condições de pouco oxigênio ou em condições 
anaeróbias, o Piruvato é reduzido a Lactato ou convertido a Etanol + CO2. 
 
O lactado (proveniente da glicólise anaeróbia) é produzido pelo organismo após a queima 
da glicose para fornecimento de energia sem a presença de oxigênio. Em atividades físicas 
de longa duração, por exemplo, o suprimento de oxigênio nem sempre é suficiente. O 
organismo busca energia em fontes alternativas, produzindo o lactato. O acúmulo desta 
substância nos músculos pode gerar uma hiperacidez que causa a dor e desconforto logo 
após o exercício físico. 
 
Processos de síntese das pentoses, CO2 e o NADPH, onde, se trata de uma via metabólica 
alternativa à glicólise para a oxidação da glicose que não requer e não produz ATP. 
A via das pentoses-fosfato ocorre no citosol em duas etapas: etapa oxidativa e a etapa 
não−oxidativa. 
Etapa oxidativa : A glicose−6−fosfato é convertida à ribulose−5−fosfato acompanhada pela 
formação de duas moléculas de NADPH. 
 Etapa não−oxidativa: Envolve a isomerização e condensação de várias moléculas diferentes 
de açúcar. Três intermediários do processo são utilizados em outras vias: a ribose−5−fosfato, 
a frutose−6−fosfato e o gliceraldeído−3−fosfato. 
Alternativamente, a via das pentoses−fosfato pode ser concebida como um “desvio” para a 
produção de frutose−6−fosfato a partir da glicose−6−fosfato. Tanto a glicose−6−fosfato 
como o gliceraldeído−3−fosfato produzidos pela via das pentoses−fosfato podem ser 
metabolizados a piruvato e, finalmente, oxidado no sistema enzimático mitocondrial. 
 
 
 
 
 
É o processo de síntese do glicogênio a partir da condensação de muitos monômeros de 
glicose. O glicogênio é armazenado em grânulos intracelulares que também contêm as 
enzimas que catalisam as reações para a sua síntese e degradação. A glicose armazenada 
sob a forma de glicogênio no fígado e músculos destinam-se a diferentes funções, como 
reservatório de glicose à corrente sanguínea e combustível para gerar ATP durante atividade 
muscular. 
Tal processo ocorre logo após a ingestão do alimento, quando os teores de glicose estão 
elevados na corrente sanguínea. 
O Lactado é formado nos eritrócitos por glicose é captado pelo fígado e convertido em 
Glicose-6-fosfato. Após, a glicose−6−fosfato é convertida reversivelmente a 
glicose−1−fosfato pela fosfoglicomutase e, em presença da UDP−glicose−pirofosforilase, a 
glicose−1−fosfato reage com a trifosfato de uridina (UTP), para produzir UDP−glicose uma 
forma “ativada” de glicose. 
A unidade glicosil de UDP−glicose é transferida para uma extremidade não−redutora do 
glicogênio já existente, resultando na anexação de uma nova unidade de glicose. A UDP é 
reconvertida a UTP à custa de ATP por meio de uma reação de transferência do grupo fosforil 
catalisada pela nucleosídio−difosfato– cinase. 
O glicogênio é uma estrutura amplamente ramificada com pontos de ramificações a cada 8 
a 14 resíduos. A ramificação é resultante da ação da enzima amilo-transglicosilase (enzima 
de ramificação). Essa enzima transfere um fragmento de 6 ou 7 resíduos de glicose, da 
extremidade não-redutora de uma cadeia para o grupo OH do C6 de uma unidade de glicose 
na mesma ou em outra cadeia de glicogênio, de modo a formar um enlace onde é 
estabelecido um ponto de ramificação. 
Após a ocorrência de ramificações, unidades de glicose podem ser acrescentadas a partir de 
resíduos glicosil provenientes da UDP−glicose aos terminais não−redutores de cada uma das 
cadeias originais ou das ramificações, por meio da glicogênio−sintase. Quando o n° 
suficiente de unidadessão adicionadas, desse modo, ocorrem novas ramificações. 
A síntese de glicogênio necessita a existência de uma cadeia de glicogênio já constituída, à 
qual são adicionados novos resíduos de glicose. Na primeira etapa da síntese, uma 
glicosil−transferase liga o primeiro resíduo de glicose a um grupo OH de uma proteína 
chamada glicogenina que atua como molde inicial. Essa, por autocatálise, incorpora novos 
resíduos de glicose, até formar uma pequena cadeia de até sete resíduos doados pela UDP-
glicose, produzindo uma molécula nascente de glicogênio. Nesse ponto, a glicogênio−sintase 
inicia a síntese do glicogênio, enquanto a glicogenina desliga-se do polímero. 
 
É o processo de conversão do glicogênio em glicose, através da degradação do glicogênio 
em uma clivagem sequencial de resíduos de glicose a partir das extremidades não-redutoras 
das ramificações do glicogênio. 
 
A partir do rompimento das ligações pela enzima glicogênio-fosforólise, há a formação do 
α−D−glicose−1−fosfato. A glicogênio-fosforilase remove unidades sucessivas de glicose ao 
longo da cadeia até restarem quatro resíduos de um ponto de ramificação. A continuação 
da degradação ocorre depois da transferência de uma unidade de três resíduos de glicose 
da ramificação sob a ação da enzima de desramificação do glicogênio, para a extremidade 
não-redutora de outra ramificação, ou seja, acontece o rompimento de uma ligação com a 
formação de uma nova ligação. Em sua nova posição, os resíduos de glicose são liberados 
pela ação da glicogênio-fosforilase. 
A remoção do resíduo glicosil restante ligado à cadeia principal é realizada por hidrólise pela 
mesma enzima de desramificação com a formação de glicose e glicogênio não ramificado. 
Desse modo, é explicado o aparecimento de pequenas quantidades de glicose livre. O 
produto final das reações de degradação do glicogênio é a glicose−1−fosfato que é 
convertida em glicose−6−fosfato pela fosfoglicomutase. A glicose−6−fosfato pode ser 
utilizada pela glicólise ou pela via das pentoses-fosfato e no fígado, a glicose-6-fosfato 
também sofre a ação da glicose−6−fosfatase para formar glicose. 
 
É o processo de formação de novas moléculas de glicose a partir de moléculas menores, 
como precursores não-glicídicos (lactato, piruvato, glicerol, cadeias carbonadas). Entre as 
refeições, os teores adequados de glicose sanguínea são mantidos pela hidrólise do 
glicogênio hepático. Quando o fígado esgota seu suprimento de glicogênio (exemplo, jejum 
prolongado ou exercício vigoroso), a gliconeogênese fornece a quantidade apropriada de 
glicose para o organismo. 
Considerando o piruvato como ponto inicial da gliconeogênese, as reações podem ser 
comparadas com as da via glicolítica, porém, no sentido inverso. Muitas das enzimas e 
intermediários são idênticos. Sete reações são reversíveis, no entanto, três são irreversíveis 
e devem ser contornadas por meio de outras reações catalisadas por enzimas diferentes. 
 
 
Trata-se de uma via catabolítica cíclica de oxidação total da glicose a CO2 e H2O, com 
liberação de energia. Tal processo só ocorre em condições aeróbicas, na matriz mitocondrial. 
Antes de entrar no ciclo, após a oxidação da molécula de glicose (pelas diversas vias) a 
Piruvato, este é transportado do citosol até a matriz mitocondrial por uma translocase 
específica para ser descarboxilado a Acetil-CoA. Para a formação de Acetil-CoA participa do 
processo o complexo multienzimático piruvato desidrogenase, além de outras enzimas 
como a CoA-ácido pantotênico e a vitamina B3 (NAD+). 
Após formado, o Acetil-CoA entra no ciclo e através de uma reação de condensação com o 
Oxaloacetato formando o Citrato. A reação é catalisada pela enzima citrato sintetase. Neste 
processo, há a liberação da coenzima A, que fica livre para atuar na descarboxilação 
oxidativa de outra molécula de Piruvato e formar uma nova molécula de Acetil-CoA capaz 
de entrar no ciclo. 
Após formado o Citrato, através de uma reação de desidrogenação, este é convertido a 
Isocitrato via Cis-Aconitato através da enzima aconitase. Trata-se de uma reação reversível. 
 
O Isocitrato sofre de desidrogenação pela ação da enzima isocitrato desidrogenase (enzima 
ligada à coenzima NAD+) resultando na formação na molécula de Alfa-Cetoglutarato e CO2. 
Nessa reação irreversível há a liberação de NADH + H+. 
Após a formação do Alfa-Cetoglutarato, através de uma reação de descarboxilação 
oxidativa, o mesmo é oxidado a Succinil-CoA e CO2 pela ação do complexo alfa-cetoglutarato 
desidrogenase, enzima ligada à coenzima NAD+. Nessa reação irreversível, também há a 
formação de NADH + H+. 
O Succinil-CoA é um composto de alta energia. Fosforila a Guanosina Difosfato (GDP) a 
Guanosina Trifosfato (GTP) pela ação enzimática da succinil-CoA sintetase. Nesta reação de 
fosforilação em nível de substrato, ocorre a liberação do Succinato, da coenzima A e a 
formação de um grupo fosfato terminal de alta energia do GTP a partir de GDP + Pi. 
Após a formação do Succinato pela reação reversível, o mesmo passa por uma reação de 
desidrogenação até a formação da molécula de Fumarato. Tal processo é catalisado pela 
enzima succinato desidrogenase, a qual contém FAD ligada covalentemente, formando 
FADH2. 
Através da catalização do Fumarato a partir da enzima fumarato desidrogenase (fumarase) 
e de uma reação reversível de hidratação, há a formação do Malato. 
Por fim, na última reação do Ciclo de Krebs ocorre a desidrogenação do malato a 
Oxaloacetato e o início de um novo ciclo. Esta reação é catalisada pela enzima malato 
desidrogenase a qual está ligada à coenzima NAD+. Nessa reação reversível, há a formação 
de NADH + H+. 
 
 
Após o Ciclo de Krebs, este é um processo metabólico de síntese do ATP a partir da energia 
liberada pelo transporte de elétrons na cadeia respiratória. Ocorrendo nas cristas 
mitocondriais, é um sistema de transferência de elétrons provenientes do NADH e FADH2 
(estas coenzimas são carreadoras do O2, o qual serve como aceptor de H+). 
Durante o fluxo de elétrons, há liberação suficiente de energia livre para a síntese de ATP 
nos sítios de fosforilação oxidativa. Neste fluxo, os elétrons são passados de molécula para 
molécula nos citocromos presentes nas cristas mitocondriais. Estes “pulam” de um 
citocromo para outro até chegar no O2 e fazer a liberação de energia convertida em ATP. 
 
 
 
 
Neste processo, o NADH se liga ao complexo I e transfere seus elétrons para este complexo, 
iniciando a cadeia de transporte de elétrons. Este complexo é um canal de prótons e 
bombeia 4 prótons para o espaço intermembranar e transfere elétrons para a ubiquinona 
(uma proteína inserida na membrana). A ubiniquona transfere os elétrons para o complexo 
III (bomba de prótons), que bombeia mais 2 prótons para o espaço intermembranar. Os 
elétrons são transportados pelo complexo III até o citocromo C (que só transfere elétrons) e 
deste para o complexo IV que além de ser uma bomba de prótons (bombeia 4 prótons) 
transfere elétrons para o oxigênio reduzindo-o até H2O. Desta maneira, a cada um NADH 
que inicia esta via, 10 prótons são bombeados para o espaço intermembranar. 
O FADH2 possui afinidade ao complexo II, que não é uma bomba de prótons, transfere seus 
elétrons para a ubiquinona e daí em diante tudo se repete. O FADH2 é responsável pelo 
bombeamento de 6 prótons para o espaço intermembranar. 
Estes prótons retornam através da ATP sintase e são responsáveis pela maior síntese de 
ATP que acontece na mitocôndria. 
 
 
 
A partir da oxidação de uma molécula de glicose durante o metabolismo aeróbico, tem-se um saldo 
final de 38 ATP. 
Na glicólise, através da oxidação de glicose em Ácido Pirúvico há a formação de 2 moléculas de ATP 
através da fosforilação no nível de substrato e, ainda, com produção de 2 NADH há a formação de 6 
moléculas de ATP através da fosforilação oxidativa na cadeia de transporte de elétrons.Na etapa preparatória, através da formação de Acetil-CoA e produção de 2 NADH há a formação de 
6 moléculas de ATP através da fosforilação oxidativa na cadeia de transporte de elétrons. 
E por fim, no Ciclo de Krebs, na oxidação de Succinil-CoA a Ácido Succínico ocorre a formação de 2 
GTP (equivalentes a ATP) na fosforilação no nível de substrato; 18 ATP através da produção de 6 
NADH na fosforilação oxidativa na cadeia transportadora de elétrons e 4 ATP através da produção 
de 2 FADH2 na fosforilação oxidativa na cadeia de transporte de elétrons. 
Mesmo com o saldo teórico final de 38 ATP, na maioria das células eucarióticas, somente há a 
formação de 36 ATP visto que alguma energia é perdida quando os elétrons são transportados 
através da membrana mitocondrial, que separa a glicólise (no citoplasma) da cadeia transportadora 
de elétrons (nas cristas mitocondriais).