1 quimica carboidratos

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A química e metabolismo dos carboidratos

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1 quimica carboidratos

  1. 1. QUÍMICA DE CARBOIDRATOS UNIVERSIDADE FEDERAL DO PIAUÍ CAMPUS SENADOR HELVÍDIO NUNES DE BARROS - PICOS CURSO DE NUTRIÇÃO Profª. Esp.:Rayara Isabella Pereira Rayara_bellzinha@hotmail.com
  2. 2. CARBOIDRATOS ou Sacarídeos ou glicídeos Sakkharon (grego)– açúcar São as moléculas mais abundantes na natureza  Elementos estruturais: Plantas: 100 bilhões ton/ ano CO2 e H2O - celulose e outros produtos vegetais. Fotossíntese: 6CO2 + 6H2O (luz)  C6H12O6 + 6O2 Onde são encontrados?  Animal, vegetais e microganismos;  Base da nutrição humana em várias culturas; Oxidação dos carboidratos - principal via de obtenção de energia (Ex. Amido/ glicogênio).  Constituintes de ácidos nucléicos: RNA (ribose) DNA (Desoxirribose)  Elementos de proteção: parede de células bacterianas e vegetais e matriz extracelular;  Lubrificantes: articulações esqueléticas e coesão e elasticidade entre as células  Moléculas sinalizadoras: carboidratos ligados covalentemente a proteínas e lipídeos = glicoproteínas e glicolipídeos
  3. 3. CARBOIDRATOS São poliidroxialdeído ou poliidroxicetona, ou substâncias que, por hidrólise, liberam estes compostos. Exemplos: Gliceraldeído Glicose [C6H12O6] Fórmula geral: (CH2O)n n  3 Diidroxiacetona (DHA) [C3H6O3] Composto basicamente de 3 elementos: C, H e O, outros contêm N, P e S.
  4. 4. CLASSIFICAÇÃO DOS CARBOIDRATOS DE ACORDO COM TAMANHO (Segundo Albert Lehninger) 1. MONOSSACARÍDEOS: uma única unidade de sacarídeo. Ex. glicose e frutose. 2. OLIGOSSACARÍDEOS: (oligos = poucos). Cadeias curtas de unidades ligadas de monossacarídeo: # Dissacarídeos: 2 unidades monossacarídicas. Ex. sacarose, lactose. # Glicoconjugados: 3 ou mais monossacarídeos ligados a moléculas não- açucares. 3. POLISSACARÍDEOS: longas cadeias com centenas ou milhares de unidades monossacarídicas. Ex. celulose, glicogênio. ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- OBS: a Classificação pelo Voet & Voet é reduzida a apenas 2 Classes: MONOSACARÍDEOS e POLISSACARÍDEOS
  5. 5. 1. MONOSSACARÍDEOS São os açucares mais simples. A partir destes - oligo e polissacarídeos São aldeídos ou cetonas contendo grupos hidroxila (OH) na molécula. São compostos sólidos, cristalinos, sem cor e solúveis em água. A maioria tem sabor doce. CLASSIFICAÇÃO DOS MONOSSACARÍDEOS: 1.1. Quanto a função química; 1.2. Quanto ao N° de átomo de carbonos; - QUANTO A CONFIGURAÇÃO E CONFORMAÇÃO; - REAÇÕES E DERIVADOS DOS AÇUCARES Diidroxiacetona (DHA)Gliceraldeído Monossacarídeos mais simples Monossacarídeo mais abundante: Glicose
  6. 6. 1.1. QUANTO À FUNÇÃO QUÍMICA DOS MONOSSSACARÍDEOS:  Carbonila encontra-se na extremidade (função aldeído) = ALDOSE  Carbonila em qualquer outra posição (função cetona) = CETOSE Nomenclatura: Mono e dissacarídeos terminam com sufixo: OSE Ex.: glicose, frutose, galactose, sacarose, etc. Podemos representar os monossacarídeos usando a Projeção de Fischer: Diidroxiacetona (DHA)D-Gliceraldeído ALDOSE CETOSE Aldose e Cetose mais simples
  7. 7. 2-Desoxi-Ribose componente do DNA Ribose componente do RNA Duas aldopentoses importantes - são componentes dos ácidos nucléicos: N° carbonos – Aldoses Cetoses 3 C – Triose aldotrioses cetotrioses 4 C – Tetrose aldotetrose cetotetrose 5C – Pentose aldopentose cetopentose 6 C – Hexose aldoexose cetoexose 7 C - Heptose aldoeptose cetoetose Gliceraldeído (Aldotriose mais simples) 1.2. QUANTO AO N° DE CARBONOS DOS MONOSSACARÍDEOS:
  8. 8. ESTEREOISOMERIA DOS MONOSSACARÍDEOS Isômeros – são moléculas que apresentam a mesma fórmula química, mas diferem na posição de um ou mais grupos ao redor do C assimétrico. N° de estereoisômeros possíveis: 2 n n = n° de carbonos assimétricos da molécula Estereoisômeros: Isômeros D e L (refere-se ao D e L- gliceraldeído). A Nomenclatura difere na configuração do OH ao redor do C quiral mais distante do C carbonila. Ex. glicose: 2n = 24 = 16 estereoisômeros (8 em D e 8 em L) B A C D C = Carbono assimétrico: tem 4 grupos funcionais diferentes Exemplo O C assimétrico pode existir em 2 formas isoméricas diferentes (Estereoisômeros ou isômero óptico ou enantiomorfo), apresentando configurações diferentes no espaço. D-Gliceraldeído D-glicose
  9. 9. 3 carbonos 4 carbonos 5 carbonos 6 carbonos Estruturas das Aldoses – série D D-gliceraldeído D-eritrose D-treose D-ribose D-arabinose D-xilose D-lixose D- talose D- galactoseD- idoseD- guloseD- manoseD- glicoseD- altroseD- alose Representação em Projeções de Fisher
  10. 10. Estruturas das Cetoses * OBS: A diidroxiacetona não contém centro quiral (C assimétrico), portanto não apresenta isômeros. 3 carbonos 4 carbonos 5 carbonos 6 carbonos Diidroxiacetona * D-eritrulose D-ribulose D-xilulose D-tagatoseD-sorboseD-frutoseD-psicose Série D
  11. 11. Epímeros Quando 2 açucares diferem apenas na configuração ao redor de um único átomo de carbono assimétrico. D-manose, epímera em C2 da glicose D-glicose, (epímera em C2 da manose e C4 da galactose). D-galactose, epímera em C4 da glicose
  12. 12. CONFIGURAÇÃO Para monossacarídeos com mais de 5C em solução aquosa = forma cíclica Torna-se um Centro quiral. Onde o C carbonílico é dito = C anomérico (forma cíclica) O grupo aldeído ou cetona reage com um grupo OH do mesmo açuçar criando um C anomérico (centro quiral) em substituição ao C carbonílico: Aldeído pelo C1 = anel hemiacetal Cetona pelo C2 = Anel hemicetal D-glicose -D-glicopiranose -D-glicopiranose CONFIGURAÇÕES POSSÍVEIS:  : OH do C anomérico abaixo do plano  : OH do C anomérico acima do plano C carbonílico (C=O) (forma linear) Par de estereoisômeros: Criando um par de estereoisômeros (ANÔMERO  e )
  13. 13. CADEIRA Os anéis piranosídicos de 6 C tendem a assumir a conformação em forma de CADEIRA ou BARCO, são interconversíveis. As fórmulas em perspectivas de Haworth são usadas para representar as formas em anel dos monossacarídeos.  -D-glicopiranose  -D-glicopiranose  -D-frutofuranose  -D-frutofuranose Pirano Furano CADEIRA - mais encontrada CONFORMAÇÃO Forma cíclica da glicose Forma cíclica da frutose
  14. 14. REAÇÕES E DERIVADOS DE AÇUCARES Esta reação é a base para o doseamento da glicose sanguínea: Determinada pela quantidade de H2O2 produzida pela reação catalisada pela glicose oxidase. H2O2 reage com um corante apropriado = COR AÇUCAR REDUTOR Monossacarídeos simples reduzem agentes oxidantes Ex.: íon cúprico (Cu+2), peróxidos. O açucar é oxidado na carbonila (perde H) → ácido carboxílico e o Ag. oxidante é reduzido. Oxidação acontece em C1 livre - Aldoses C2 livre – Cetoses Ou ainda: D- glicose + O2    D-gliconato + H2O2 Glicose oxidase  -D-glicose D-glicose D-gliconato LEMBRETE: Agente redutor – aquele que promove redução na outra espécie química. Redução é o ganho de e- . (Ag. Red. doa os elétrons) Agente oxidante – este promovem oxidação na outra espécie química. Oxidação é a perda de e- . (Ag. Oxid. recebe os elétrons) Cu+2 Cu+ Cu2O H2O
  15. 15. DERIVADOS IMPORTANTES DE HEXOSES FAMÍLIA DA GLICOSE -D-glicose 6-fosfato -D-glicose -D-glicosamina N-acetil--D-glicosamina Ácido murâmico Ácido N-acetil-murâmico Amino açucares Desoxi-açucares -L-fucose -L-raminose Açucares ácidos Ácido N-acetil-neuramínico (Ácido siálico) -D-glicuronato D-gliconato D-glicono--lactona -D-galactosamina -D-manosamina REAÇÕES DE OXIDAÇÃO: oxidação branda ou enzimática de Aldoses: Oxidação na OH primária: Produz Ácidos Urônicos (Sufixo URÔNICO) Converte grupo aldeído em Ác. Carboxílico: Produz Ácidos Aldônicos (sufixo: ÔNICO) Muitos estão presentes em superfícies celulares
  16. 16. 2.1 DISSACARÍDEOS: formados de 2 oses unidas por ligação glicosídica. Ligação glicosídica: geralmente C anomérico de um açucar + OH do outro açucar Maltose -D-glicopiranosil- (1 4)- -D-glicopiranose ● São agentes redutores. Encontrada do malte. ● É resultado da hidrólise do amido em maltose. ● Enzima: maltase, quebra em seus constituintes. Sacarose -D-glicopiranosil- (1 2) --D-glicofuranosídeo ● É o açucar da Cana-de-açucar ou da beterraba ● Não é redutor ● Maior produto intermediário da fotossíntese ● e principal forma de transporte de hidratos de carbono nas plantas. ● Enzima Sacarase (intestino) quebra em seus monos-sacarídeos constituintes. 2. OLIGOSSACARÍDEOS ou oligo-osídeos ou oligo-holosídeos São formados de cadeias curtas de 2 a 20 unidades de monossacarídeo. ☺O localizador do símbolo  ou  é o açucar que tem o C anomérico.
  17. 17. Lactose Glicose + Galactose Lactase Ativa em crianças e pouco em adultos Causa: Baixo teor de lactase = acúmulo de lactose (intestino) provocando fermentação (CO2, H, agentes irritantes) Caso Clínico: Intolerância à lactose Dificuldade de digestão, diarréia e dores estomacais (Intolerância à lactose). Lactose -D-galactopiranosil- (1 4) --D- glicopiranose ● Açucar do leite ● Enzima: Lactase, presente nas células epiteliais do intestino (microvilosidades). • Leite especial e no iogurte: lactose já vem hidrolisada em seus constituintes.
  18. 18. Intermediar eventos celulares: - Reconhecimento celular e defesa. Ex. lectinas; - Mitose e envolvimento no processo tumoral; - Muitas outras funções. FUNÇÃO DOS OLIGOSSACARÍDEOS
  19. 19. 3. POLISSACARÍDEOS ou glicanos ou poli-osídeos ou poli- holosídeos São formados por longas cadeias com centenas ou milhares de oses. QUANTO À COMPOSIÇÃO: Cadeia linear ou ramificada HeteropolissacarídeoHomopolissacarídeo Cadeia linear ou ramificada
  20. 20. Exemplos de POLISSACARÍDEOS RESERVA o que é reserva ? Amido: vegetais (cloroplastos), é composto: ♦ -amilose: polímero de glicose com ligação  (1- 4) ♦ Amilopectina: polímero de glicose  (1- 4) e nos pontos de ramificação  (1- 6) Ponto de ramificação da amilopectina  (1- 6) -amilose: glicose-glicose  (1- 4) OBS.: A fervura da batata extrai a amilose – tornando a água leitosa. A amilopectina não é extraída e fica como a maior parte do amido na batata cozida. AMIDO
  21. 21. Exemplos de POLISSACARÍDEOS RESERVA Glicogênio: principal reserva animal (céls. fígado e músculos): ♦ glicose  (1- 4) e nos pontos de ramificação  (1- 6). Diferença entre amido e glicogênio = Glicogênio é mais ramificado e compacto. GLICOGÊNIO E AMIDO são hidrolizados por enzimas AMILASES: A saliva e suco pancreático contém a -amilase: quebra  (1- 4) dos polímeros externos, liberando: glicose + maltose + dextrina-limite. A dextrina-limite tem  (1- 6) nos pontos de ramificação, clivada somente pela enzima de desramificação [ (1- 6) glicosidase]. Esta enzima expõe novas cadeias  (1- 4). Conclusão: -amilase e  (1- 6) glicosidase degradam por completo AMIDO E GLICOGÊNIO. Ponto de ramificação com  (1- 6)
  22. 22. Exemplos de POLISSACARÍDEOS Quitina ESTRUTURAL: Quitina: Exoesqueleto dos invertebrados N-acetil D-glicosamina -(1-4) Celulose: homopolissacarídeo não-ramificado. Os humanos não possuem enzima para quebrar a celulose. No trato digestivo dos herbívoros possuem microorganismos simbiontes que secretam CELULASES e também nos cupins. Celulose: parede celular de vegetais. Formado de glicose -(1-4). Resistente e insolúvel em água. Parede celular é constituída de camadas entrecruzadas de fibrilas de celulose + lignina (polímero)+ outros polissacarídeos.
  23. 23. Exemplos de POLISSACARÍDEOS GLICOSAMINOGLICANOS Preenche os espaços extracelulares em múltiplos tecidos (tecidos conjuntivos: cartilagem, tendão, pele e parede dos vasos). Associa-se a proteínas (ex. colágeno, elastina, fibronectina). Ácido hialurônico: (Ac. Glicurônico + N-acetil D-glicosamina). Líquido sinovial, humor vítreo. Outros glicosaminoglicanos: Condroitin(a) sulfato (Ac. Glicurônico + N-Acetil-galactosamina sulfatada) Queratan(a) sulfato (Galactose + N-acetil-Galactosamina sulfatada)
  24. 24. Estrutura e função de alguns polissacarídeos.
  25. 25. GLICOCONJUGADOS Proteoglicanos: Proteínas + glicosaminoglicanos = complexo muito hidratado devido à presença de glicosaminoglicanos sulfatados. Presente p. ex. Cartilagem. Peptideoglicanos: Peptídeos + glicanos Ex. Parede celular das bactérias Hialuronato Queratan sulfato Condroitin sulfato Ligação de proteína
  26. 26. Glicoproteínas: proteínas transportadoras, enzimas, receptores, hormônios, outros. Ex. ligação de alguns vírus as células através de açucares das glicoproteínas (ex. vírus da gripe, reconhece o ácido siálico das glicoproteínas de superfície celular). Glicolipídeos: determinantes antigênicos. Ex. Sistema ABO - cada tipo sanguíneo contém um oligossacarídeo específico. Glicoconjugados de membrana Determinantes do sistema ABO GLICOCONJUGADOS
  27. 27. Lectinas - são proteínas aglutinantes de células em virtude de sua afinidade específica por carboidratos de membranas celulares. Exemplos: Lectina de Lens culinaris (ervilha) Aglutinina de germem de trigo (WGA) Concanavalina A (Con A) obtida “Feijão de porco” (Canavalia ensiformis) Plantas (Leguminosas): mediadores de simbiose e defesa Animais: endocitose, interação célula- célula e adesão celular Microorganismos: defesa Fontes Exemplos de glicoconjugados
  28. 28. APLICAÇÕES MÉDICAS E CIENTÍFICAS DAS LECTINAS  Diferenciar os grupos sanguíneos Monitoramento da expressão de carboidratos de superfícies celulares Estudo comparativo: células normais e transformadas Diagnóstico do câncer Lectinas ligadas a superfície de cápsulas de polímeros ou lipossomas contendo medicamentos em seu interior para direcionamento de fármaco a tecidos específicos do corpo. Representação do glicocálice da bicamada lipídica Exemplos de glicoconjugados
  29. 29. OBRIGADA!

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