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Aula 2 e_3_-_carboidratos,_glicólise, _ciclo_de_krebs_e_via_das_pentoses (1)

O documento discute os carboidratos, suas fontes, tipos e funções no organismo. Apresenta os principais monossacarídeos, dissacarídeos e polissacarídeos, destacando sua composição, fontes e papel energético ou estrutural. Também explica a digestão e absorção dos carboidratos no intestino delgado.

Educação◦
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• Carboidratos • Lipídeos • Proteínas • Sais minerais • Vitaminas • Água
Prof Tatiane M B B Telles FAPAR
Quais as fontes destas substâncias?
Carboidratos, glicídios, glúcides ou hidratos de carbono são compostos formados por cadeias de carbono, ricos em hidrogênio e oxigênio, e que representam as primeiras substâncias orgânicas formadas na natureza, graças à fotossíntese das plantas e quimiossíntese das bactérias. Podemos representar o processo pela equação simplificada: H2O + CO2 + luz ® Cn(H2O)m + O2
CARBOIDRATOS = hidratos de carbono carbo (carbono) hidrato (hidros= água). Cn(H2O)n CCaarrbboonnoo HHiiddrrooggêênniioo OOxxiiggêênniioo
Os açúcares, como a glicose, a frutose e a sacarose são os carboidratos mais conhecidos. Mas também existem carboidratos de moléculas muito grandes (macromoléculas) como a celulose e o amido. Os alimentos ricos em carboidratos produzem a energia necessária para o funcionamento do organismo. Cada 1 grama de carboidrato fornece 4 calorias . Os alimentos ricos em carboidratos são chamados alimentos combustíveis.
 O nome genérico do monossacarídeo é dado baseado no número de carbonos mais a terminação “ose”. ◦ 03 carbonos – trioses ◦ 04 carbonos – tetroses ◦ 05 carbonos – pentoses ◦ 06 carbonos – hexoses ◦ 07 carbonos – heptoses
MONOSSACARÍDEO FUNÇÃO RIBOSE (PENTOSE) ESTRUTURAL (RNA) DESOXIRRIBOSE (PENTOSE) ESTRUTURAL (DNA) GLICOSE (HEXOSE) ENERGIA FRUTOSE (HEXOSE) ENERGIA GALACTOSE (HEXOSE) ENERGIA
 Açúcares que se hidrolisam, fornecendo duas moléculas de monossacarídeos.  A Sacarose, formada por um resíduo de glicose e um de frutose é o açúcar encontrado na Cana-de-açúcar. C12H22O11 + H2O ® C6H12O6 + C6H12O6
DISSACARÍDEO COMPOSIÇÃO FONTE Maltose Glicose + Glicose Cereais Sacarose Glicose + Frutose Cana-de-açúcar Lactose Glicose + Galactose Leite
OOss oolliiggoossssaaccaarrííddeeooss Até dez monossacarídeos. Os monossacarídeos unem-se por ligação glicosídica. OOss ppoolliissssaaccaarrííddeeooss Os polissacarídeos são moléculas enormes, às vezes ramificadas, constituídas por numerosos monossacarídeos. CH2OH H H O OH H OH H OH CH2OH H H H H O O H H CH2OH H OH H OH O O H OH H OH CH2OH H CH2OH H H H O H O H H OH H OH OH O H OH H OH O H 1 6 5 4 3 1 2 amilose
Os polissacarídeos Nome Fonte Função Unidades de monossacarídeos Ligação Ramificação Amido (amilose) Células de plantas Estoque de energia D-glicose a (1-4) Não tem Amido (amilopectina) Células de plantas Estoque de energia D-glicose a (1-4) Ramificações a (1-6) 1a(1-6) para cada 30 a(1-4) Glicogênio Células animais Estoque de energia D-glicose a (1-4) ramificações a (1-6) 1a(1-6) para cada 8- 12 a(1-4) Celulose Parede celular de plantas estrutural D-glicose b (1-4) Não tem
POLISSACARÍDEO FUNÇÃO E FONTE Glicogênio Açúcar de reserva energética de animais e fungos Amido Açúcar de reserva energética de vegetais e algas Celulose Função estrutural. Compõe a parede celular das células vegetais e algas Quitina Função estrutural. Compõe a parede celular de fungos e exoesqueleto de artrópodes Ácido hialurônico Função estrutural. Cimento celular em células animais
FUNÇÕES •ENERGÉTICA: são os principais produtores de energia sob a forma de ATP •ESTRUTURAL: a parede celular dos vegetais é constituída por um carboidrato polimerizado - a celulose; a carapaça dos insetos contém quitina, um polímero que dá resistência extrema ao exo-esqueleto; as células animais possuem uma série de carboidratos circundando a membrana plasmática que dão especificidade celular, estimulando a permanência agregada das células de um tecido - o glicocálix. •RESERVA ENERGÉTICA: nos vegetais, há o amido, polímero de glicose; nos animais, há o glicogênio, também polímero de glicose porém com uma estrutura mais compacta e ramificada
Boca a-amilase salivar Vesícula biliar Inteostin delg ado ¯pH inativa a enzima Suco pancreático contém bicarbonato que neutraliza o pH ácido e contém a- amilase A absorção de glicose pelas células intestinais não requer insulina. A digestão final se dá por enzimas presentes na mucosa intestinal: Lactase Sacarase maltase CIRCULAÇÃO PORTA
 Encontrada na mucosa do intestino delgado, atua sobre a maltose e que tem como produto de hidrólise total a glicose. OO CCHH22OOHH + H2O CCHH22OOHH OO OO Glicose + Glicose
 Também encontrada na mucosa do intestino delgado, tem como substrato a lactose, cuja hidrólise dá origem a glicose e galactose. CCHH22OOHH OO + H2O CCHH22OOHH OO OO Galactose + Glicose
 Também chamada invertase, seu substrato é a sacarose e tem como produtos de hidrólise desta a frutose e a glicose. CCHH22OOHH OO OO CCHH22OOHH OO CCHH22OOHH + H2O Glicose + Frutose
Prof Tatiane M B B Telles FAPAR
 Por que iniciar o estudo do metabolismo dos compostos combustíveis pela glicólise?  Via metabólica universal (passos idênticos nas nossas células cerebrais e nas bactérias anaeróbicas) para metabolizar a glicose e produzir energia.  Permite introduzir os mecanismos de regulação das vias metabólicas por pequenos efetores alostericos, por modificações químicas reversíveis de enzimas e pelo controle da expressão gênica.
 Primeira via metabólica a ser elucidada e, provavelmente, a melhor compreendida.  Ocorre no citoplasma  Primeiro estágio do catabolismo de carboidratos  Açúcares simples são metabolisados a piruvato  Processo anaeróbico – não necessita de oxigênio
 A glicose é o principal substrato oxidável para a maioria dos organismos. Sua utilização como fonte de energia pode ser considerada universal.  Hemácias e tecido nervoso utilizam a glicose como único substrato capaz de oxidar e obter energia.
 A oxidação total da glicose é um processo que libera uma quantidade de energia, ou seja, a glicose constitui uma fonte extracelular de energia livre, que pode ser conservada como ATP.
 I. dupla fosforilação da glicose (hexose), à custa de 2 ATP, originando uma outra hexose com dois grupos fosfato;  II. Clivagem desta hexose, produzindo duas trioses fosforiladas, que são interconvertíveis;  III. Oxidação e nova fosforilação das trioses fosfato, desta vez por fosfato inorgânico, formando duas moléculas de um intermediário com dois grupos fosfato;  IV. Transferência dos grupos fosfato para ADP, formando 4ATP e 2 piruvato.
 1º sítio de controle: glucoquinase e glicose - fosfatase. Hexoquinase (músculo) inibida por seu produto glicose-6-fosfato
 2º sítio de controle: fosfofrutoquina 1 e frutose 1,6 – bisfosfatase.  Inibida alostéricamente por ATP  Ativada alostéricamente por ADP
 3º sítio de controle: piruvato quinase e piruvato carboxilase + fosfoenolpiruvato carboxiquinase.  Piruvato quinase: inibição alostérica pelo ATP, diminuindo sua afinidade para fosfoenolpiruvato.  Piruvato quinase é também inibida pela acetil-CoA e por ácidos graxos.
Destino do ácido pirúvico Ácido pirúvico NADH NAD Ácido lático NADH NAD CO2 Álcool etílico NAD NADH CO2 H2O Ácido acético Citosol Fermentação lática Fermentação alcoólica Fermentação acética Acetil-CoA
 Processo anaeróbio de transformação de uma substância em outra, produzida a partir de microorganismos, tais como bactérias e fungos.  É um processo de obtenção de energia utilizado por algumas bactérias e outros organismos.
 Processo utilizado por diversas células de mamíferos – hemácias, fibras musculares brancas e fibras musculares vermelhas sob contração vigorosa.
Fermentação lática (músculo na ausência de oxigênio) Ácido lático Lactato desidrogenase
Causas de aumento do lactato: Hipóxia – a causa mais importante de acidose láctica é a deficiente oxigenação celular no choque hipovolêmico, cardiogênico ou séptico. Uma fonte importante de lactato é uma lesão pulmonar aguda.
A concentração de lactato tem sido utilizada como ferramenta para o monitoramento do treinamento esportivo.
 As leveduras e algumas bactérias fermentam açucares, produzindo álcool etílico e gás carbônico (CO2), processo denominado FERMENTAÇÃO ALCÓOLICA.
 Esse tipo de fermentação é realizado por diversos microorganismos, destacando-se os chamados “fungos de cerveja”, da espécie Saccharomyces cerevisiae. O homem utiliza os dois produtos dessa fermentação: o álcool etílico empregado há milênios na fabricação de bebidas alcoólicas (vinhos, cervejas, cachaças etc.), e o gás carbônico importante na fabricação do pão, um dos mais tradicionais alimentos da humanidade. Mais recentemente tem-se utilizado esses fungos para a produção industrial de álcool combustível.
 Ação da Enzima Invertase  C12H22O11 + H2O ® C6H12O6 + C6H12O6 Sacaro se Glicose Frutose  Ação da Enzima Zimase  C6H12O6 ® 2C2H5-OH + 2CO2 Glicose/Frutos e ETANOL
 Consiste na oxidação parcial, aeróbica, do álcool etílico, com produção de ácido acético. Esse processo é utilizado na produção de vinagre comum e do ácido acético industrial. Desenvolve-se também na deterioração de bebidas de baixo teor alcoólico e na de certos alimentos. É realizada por bactérias denominadas acetobactérias, produzindo ácido acético e CO2.
 A ação da toxina produzida pela bactéria Clostridium botulinum resulta na paralisia dos músculos, inclusive dos músculos respiratórios, impedindo a respiração normal e podendo levar à morte por asfixia. A paralisia muscular progressiva inicia-se pela face, ptose palpebral (queda da pálpebra, que pode chegar a fechar o olho), dificuldade de deglutição, visão dupla e aversão à luz, dificuldade para urinar e evacuar. Os sintomas progridem, causando dificuldade motora e de respiração. Além disso, há o risco do paciente desenvolver pneumonia, o que também pode levar ao óbito. O diagnóstico laboratorial é feito através da detecção da toxina no paciente (soro ou fezes) ou no alimento, através da injeção em ratos.
 Na matriz mitocondrial o ácido pirúvico reage com uma substância chamada Coenzima A, dando origem a duas moléculas de gás carbônico e duas de acetilcoenzima A.  Esta substância é totalmente degradada numa série de reações denominada pelo nome de Ciclo de Krebs ou Ciclo do ácido cítrico e que tem, como produtos, mais quatro moléculas de gás carbônico, além de elétrons energizados e íons H+.
 O ciclo de Krebs constitui o estágio final e máximo de oxidação dos átomos de carbono que compõem os carboidratos, proteínas e lipídios.  Uma parte da energia produzida neste ciclo fica na forma de ATP porém, a maior parte fica conservada nas coenzimas reduzidas (NAD e FAD).  O início do ciclo começa com a entrada de acetil – coA para dentro da mitocôndria.
CCiicclloo ddee KKrreebbss • Ciclo do Ácido Cítrico • Ciclo do Citrato 3 NADH 1FADH2 1 ATP
Reação preparatória do Ciclo de Krebs: formação de AcetilCoa AcetilCoa Piruvato Piruvato desidrogenase (PDH) (um complexo multienzimático de três enzimas) Coenzima A (CoA-SH) NAD+ NADH + CO2 Reação de descarboxilação oxidativa Cofactores: - TPP (tiamina pirofosfato, derivado da vit. B1)
Glicose é transportada para o interior da célula Glicólise oxidação mitocondria citoplasma Glicose 2 piruvatos Piruvato Acetil- CoA
PIRUVATO PDH Aminoácidos Oxalo-acetato Acetil CoA Citrato a-ceto-glutarato Succinil- CoA • O Ciclo de Krebs tem a característica de uma via anfibólica, isto é, degrada a acetila-CoA em dióxido de carbono e água (catabolismo) Porfirinas Aminoácidos mas alguns de seus intermediários são utilizados para a síntese de outros compostos (anabolismo). +
 Transtorno metabólico recessivo autossômico, causado pela ausência ou diminuição da atividade da piruvato carboxilase, a enzima que regula a gluconeogênese, lipogênese e a síntese de neurotransmissores.  As manifestações clínicas incluem acidose láctica, ataques, dificuldades respiratórias, atraso psicomotor marcante, hipoglicemia periódica e hipotonia.  Os déficits na produção de ATP podem contribuir para patologias neurovegetativas como Parkinson na idade avançada e Alzheimer.
 1) Defeito genético: mutação do DNA mitocondrial  Ex: atrofia ótica hereditária de Leber (perda visual na segunda ou terceira década de vida); AVCs antes dos 40 anos; Epilepsia mioclônica, ataxia, miopatia, neuropatia, demência; Oftalmoplegia externa progressiva, Miopatia com cardiomiopatia hipertrófica , Diabete com Surdez  2) Fatores externos:  Ex: tratamento para AIDS
 A via das pentoses fosfato é uma via alternativa de oxidação de glicose, que leva à produção de dois componentes importantes: ribose 5 – fosfato e NADPH.  A ribose 5 – fosfato é a pentose que compõem os ácidos nucleicos e várias coenzimas.  A energia derivada da oxidação da glicose é exclusivamente sob a forma de poder redutor (NADPH) e não de NADH e ATP, como na glicólise.
 A via das pentoses fosfato e a glicólise, apesar de terem funções tão diferentes, são intimamente relacionadas, já que ambas ocorrem no citossol e apresentam compostos intermediários comuns: glicose 6 – fosfato, frutose 6 – fosfato e gliceraldéido 3 – fosfato.  A via das pentoses é amplamente distribuída pelos tecidos principalmente no fígado, tecido adiposo, glândulas mamárias e córtex da supra renal (locais de síntese de ácidos graxos, colesterol e hormônios esteróides – utilizam NADPH).
1. Permite a combustão total da glicose em uma série de reações independentes do ciclo de Krebs; 2. Serve como fonte de pentoses para a síntese dos ácidos nucleicos; 3. Formar o NADPH extramitocondrial necessário para a síntese dos lipídios; 4. Converter hexoses em pentoses; 5. Degradação oxidativa de pentoses pela conversão a hexoses, que podem entrar para a via glicolítica.
 O NADPH é essencial para prevenir o dano oxidativo em hemácias.  A deficiência da glicose 6 – fosfato desidrogenase é uma deficiência hereditária que pode manifestar hemólise de graus variáveis quando expostos a alguns fatores do meio ambiente como a naftalina e os nitritos voláteis ou alguns medicamentos tais como: analgésicos, antipiréticos, antimaláricos, antibacterianos sulfonamídicos e sulfônicos, entre outros; infecção ou ingestão de fava.  Este gene mutante confere alguma proteção contra o Plasmodium falciparum em até 60% do risco de contrair malária grave.
 O destino da glicose 6 – fosfato está subordinado às razões ATP/ADP e NADPH/NADP intracelulares.  Quando a razão ATP/ADP é baixa, a glicose é degradada pela via glicolítica, produzindo ATP e a razão NADPH/NADP é alta, inibindo a via das pentoses.  O significado fisiológico deste “desvio” intermitente é proporcionar a obtenção de NADPH, mantendo o fluxo dos carbonos precursores de ácidos graxos, originários da glicose.