A U L A 1 3 B I O Q U Í M I C A

GLÚCIDOS OU GLÍCIDOS

ESTRUTURA E FUNÇÃO

2. Biomoléculas – composição

química, estructura e reactividade

Os glícidos ou glúcidos

Outros sinónimos desapropriados – “açúcares” e hidratos de carbonoSão também chamados oses (trioses, pentoses,etc.) ou polioses ou poliósidos

São normalmente sólidos brancos soluveis em água.Podem ter entre 3 carbonos, ou serem polímeros de glúcidos mais pequenos

Funções: obtenção e reserva de energiaSuporte estrutural em plantas, animais e microorganismos

(parede celular das plantas é feita de celulose), (parede das bactérias é feita do peptidoglicano)

São componentes de muitas biomoléculas tal como dos nucleótidos, das glicoproteinas e glicolípidos

Atenção! Eu chamos-lhe frequentemente glícidos, mas nos livros são chamados de glúcidos

As oses, monómeros dos glícidos

As oses todas têm a fórmula empírica [CH2O]n

e podem ser de dois tipos: aldoses e cetoses (têm um grupo aldeído ou cetona)

As mais simples são as trioses: gliceraldeído e di-hidroxiacetona

Ald

ose

sC

eto

ses

pentoses hexoses

Aldo-pentose Aldo-hexose

ceto-pentose ceto-hexose

Estereoisomeria das oses

À excepção da di-hidroxiacetona, todas as oses têm pelo menos 1 centro quiral (ou seja um carbono assimétrico), o que dá origem a estereoisómeros

Uma das características dos estereoiómeros é serem opticamente activas, i.e., as soluções de glúcidos podem provocar rotação do plano de luz polarizada.

Os enantiómeros de uma substância quiral exibem actividade óptica com rotação específica simétrica, ou seja igual em valor absoluto, mas de sentido oposto.

Escala graduadaPlano de polarização

Solução de uma substância opticamente activa

(dos glúcidos, p.exemplo)

Esquema de um polarímetro

Uma mistura racémica com igual actividade dos dois enantiómeros não tem actividade óptica

Classificação das oses com base na estereoisomeria:1. D ou L (direita /esquerda)

2. (+) ou (–) (consoante o sentido da rotação

da luz no sentido do ponteiro dos relógios ou contra)

Estereoisomeria das oses

À excepção da di-hidroxiacetona, todas as oses têm pelo menos 1 centro quiral (ou seja um carbono assimétrico), o que dá origem a estereoisómeros

O caso simples do gliceraldeído serve de base de nomenclatura para as oses mais complexas. E por acaso apenas a classificação D e L para esta ose corresponde ao (+) e (-)

respectivamente.

A configuração L não ocorre nos

sistemas biológicos

Na nomenclatura das oses, ignoram-se os outros centros quirais e classifica-se como D ou L de acordo com a configuração do carbono quiral mais distante do grupo carbonilo (C=O)Assim para as tetroses existem 22 configurações possiveis que se agrupam em dois pares de enantiómeros (ex. D/L – eritrose)

Cada estereoisómero tem propriedades fisico-químicas diferentes – nomes diferentes

Estereoisomeria das oses e nomenclatura

O caso simples do gliceraldeído serve de base de nomenclatura para as oses mais complexas. E por acaso apenas a classificação D e L para esta ose corresponde ao (+) e (-)

respectivamente.

A configuração L não ocorre nos

sistemas biológicos

As aldo-pentoses podem existir em 23 configurações possíveis, e aqui estão representados os 4 enantiómeros D

Cada estereoisómero tem propriedades fisico-químicas diferentes – nomes diferentes

Estereoisomeria das oses e nomenclatura

O caso simples do gliceraldeído serve de base de nomenclatura para as oses mais complexas. E por acaso apenas a classificação D e L para esta ose corresponde ao (+) e (-)

respectivamente.

A configuração L não ocorre nos

sistemas biológicos

As aldo-hexoses podem existir em 24 configurações possíveis, e aqui estão representados os 8 enantiómeros D

Cada estereoisómero tem propriedades fisico-químicas diferentes – nomes diferentes

As oses em sistemas aquosos ciclizam, originand um novo centro quiral – o carbono anomérico

A ciclização dá-se por ataque de um hidroxilo ao aldeído ou cetona. (adição nucleofílica), formando um hemiacetal ou hemicetal. É uma reacção espontânea, cujo equilíbrio se encontra fortemente deslocado para a forma cíclica. Equilibrio hemi(a)cetálico

Furanoses-anel de 5 ladosPiranoses –anel de 6 lados

Tanto a ribose como a frutose poderiam formar piranoses, pelo ataque do OH do C-5 em vez do C-4, ou do C-6 em vez do C-5, respectivamente. Também a glucose pode ciclizar como furanose, mas a % de formas furanose e cadeia aberta em solução são só 0,5 %.

Diastereoisómeros ou anómeros (α e β)

Representações esquemáticas e conformações tridimensionais das oses

Nem na sua forma linear (cadeia aberta) nem na forma ciclíca as oses têm estruturas planas. Estas são apenas representações gráficas.

Projecção de Fisher

Convenção de Haworth

Na realidade as oses na forma cíclica adoptam a conformação tridimensional em “cadeira” ou em “barco”.A mais estável é “cadeira”

Os grupos OH não ficam sempre transversais ao plano, podendo ser quase paralelos ao plano (equatorial) ou oblíqua (axial).

Oxidação de oses em condições suavesEquilíbrio cetoenólico

Os aldeídos (logo, as aldoses) podem sofrer oxidação, originando carboxilatos, ou no caso das aldoses, a ácidos aldónicos

Este tipo de reacção pode ser catalizada por metais como o Cu2+ ou o Ag+, e são a base de reagentes (ex. Benedict e Tollens) para identificar / quantificar glícidos.

E como se quantificam as cetoses com estes métodos?

Porque as cetoses podem-se converter em aldoses (e vice versa), Equilíbrio cetoenólico

Esta é uma reacção espontânea mas lenta pH neutro e mais rápida a pH básico

Oses e seus derivados

As oses podem ser sintetizadas de novo a partir de CO2 na via da fotossínteseAs oses podem ser interconvertidas entre si, em todos os organismos, e a glucose tem um papel fulcral no metabolismo energético.

As oses podem ainda sofrer modificações e serem usadas em diversas biomoléculas

Onde já viram estes?

Vitamina C

Ósidos e ligação glicosídica

Os ósidos são compostos por oses ligadas covalentemente por ligações glicosídicas (ou glucosídicas)Os mais pequenos são os diósidos:

sacarose (frutose+glucose), lactose (galactose + glucose)Com até 10 oses são chamados oligósidosCom mais de 10 oses são poliósidos (celulose, amido, glicogénio)

Formação da ligação glicosídica Uma ligação glicosídica é formada pelo

ataque nucleofílico de um hidroxilo duma ose ao carbono anomérico de outra ose.Porque o outro produto da reacção é H2O, o equilíbrio da reacção leva a que naturalmente seja mais fácil ocorrer a dissociação e não a formação do diósido

Como solucionar o problema nos sistemas biológicos?

Síntese de ósidos e formação de ligações glicosídicas in vivo

Activação de oses(consumo de ATP ou UTP)

Para facilitar a reacção, nas células as oses são activadas (sofrem activação termodinâmica) por fosforilação do carbono anomérico, e conjugação a ADP/UDP.

O intermediário D-glucose-ADP será mais facilmente atacado pelo OH de outra ose, e o grupo de saída (ADP) é mais estável em solução.No entanto consumiu-se energia (ATP ADP) para poder ocorrer a síntese de uma ligação glicosídica.

A formação da ligação glicosídica é catalizada, em sistemas biológicos, por enzimas específicos e pode decorrer por dois mecanismos, dependendo do enzima, um mecanismo que inverte a configuração do carbono anomérico, e outro que a mantém.

Síntese de ósidos e formação de ligações glicosídicas in vivo

Mecanismo SN2 - inversão da configuração anomérica

Lactose sintase

Mecanismo SN1 - manutenção da configuração anomérica

Adenosina

Amilose

Amido (amilose)

Amido sintase

α

β

α

α

Exemplos de diósidos

Lactose

Celobiose

Maltose

O-α-D-

Os carbonos anoméricos envolvidos na ligação glicosídica têm uma configuração esteroquímica estável, por ser improvável ocorrer o equilíbrio hemi(a)cetálico devido à força da ligação

A Sacarose é um caso especial: • os dois C anoméricos estão envolvidos na ligação

glicosídica • Por isso não tem propriedades redutoras • Mas é mais facilmente hidrolisavel em água

O-β-D-frutofuranosil-(2,1)-α-D-glucopiranósido

Sacarose

Sacarose e frutose são sintetizados in vivoMaltose e Celobiose são produtos de hidrólise de poliósidos

Os Poliósidos

Amido – mistura de α-amilose e amilopectina

Polímero composto por cadeia sequencial de D-glucose unidas (α14) .

Polímero composto por cadeia sequencial de D-glucose unidas (α14) com ramificações (α16) regulares (a cada 24-30 res)

1 4

1 4

1

6

Glicogénio – semelhante à amilopectina, mas 100x menor (menos resíduos) mas com maior densidade de ramificações (a cada 8 a 12 resíduos)

...

Celulose– é composta por D-glucose unidas (β14)

Os poliósidos

Só os poliósidos com ligações (α14) são digeridos pois só temos enzimas que quebram este tipo de ligação.

Enzimas digestivos :(específicos para (α14))1. α-amilase, que ataca aleatoriamente o polímero, gerando glucose e maltose, 2. β-amilase, que catalisa a hidrólise das cadeias a partir dos seus extremos redutores, originando só maltose.3. Maltase –que degrada a maltose.

(específicos para (α16))4. (α16)glucosidase, que quebra as ramificações do glicogénio e amilopectina

Amido e glicogénio

Celulose

Os poliósidos

Só os poliósidos com ligações (α14) são digeridos pois só temos enzimas que quebram este tipo de ligação.

Amido e glicogénio

Celulose

As ligações (α14) levam a uma conformação em hélice, que permite a

formação de complexos corados entre o Iodo molecular, e é um teste simples de

identificação de amido.

As ligações (β14) levam a uma conformação linear. Filamentos de

celulose agrupam-se para formar (com outros constituintes) a parede celular

das plantas

Os poliósidos

Só os poliósidos com ligações (α14) são digeridos pois só temos enzimas que quebram este tipo de ligação.

Amido e glicogénio

Celulose

O glicogénio e o amido forma estruturas globulares (grânulos).

O glicogénio é armazenado no fígado e tecido muscular esquelético

A celulose agrega-se em fibras estabilizadas por pontes de hidrogénio

Função de armazenamento ou reserva energética

Função estrutural

Glicoconjugados - glícidos ligados covalentemente a outras moléculas

Os glicoconjugados ligam-se por ligações glicídicas por ataque nucleófílico ao carbono anomérico de um glícido.

Que tipos de glicoconjugados existem?

1. Glicolípidos (glucoesfingolípidos)2. Glicoproteínas (ligação do glícido

a) ao grupo amina da asparagina (N-glicosilados) (no Retículo Endoplasmático)b) ou ao grupo álcool de treonina ou serina (O-glicosilados) (no Golgi)

N-glicosilação

O-glicosilação

Glicoconjugados - síntese

A síntese de glicoconjugados complexos dá-se por adição sucessíva de 1 ose, e é mediada por enzimas glicositransferases, que são específicos para cada ose.

Repetições diosídicas

Glicoconjugados - síntese

Unidades diósidicas repetitivas

Exemplos de diósidos comuns em N-gliconjugados

Exemplos de glicoconjugados

Peptidoglicano – componente estrutural da parede celular das bactérias

Proteoglicano– macromoléculas hidrófilas e extracelulares que formam a base do tecido conjuntivo juntamente com outras macromoléculas proteícas como o colagénio e o elastano

bibliografia

Capítulo 22

Questões

1. Represente em notação de Lewis uma 2-cetopentose, uma hexoaldose e uma cetotriose à sua escolha. Indique também a tracejado como ciclizarão preferencialmente e que tipo de anel formam.

2. Qual das seguintes formas cíclicas é um dos possíveis resultados da ciclização da ose linear?

3. Em que difere a constituição molecular da amilopectina da do glicogénio?

4. Qual é o número de estereoisómeros para a classe das 2-cetotetroses?

5. O enzima amilase cataliza a hidrólise da amilose mas não a hidrólise da celulose, apesar dos dois compostos serem polímeros lineares de D-glucose. Porquê?

Questões

6. Nas glucoproteínas a parte glucídica liga-se nalguns casos a um resíduo de serina. Com base na estruturas apresentadas

a) Proponha um conjunto de reacções bioquimicamente plausível para a síntese dessa ligação.

b) indique por setas como se processa a ligação glucosídica. (ligue com setas dos átomos nucleófilos para os átomos electrófilos.)

7. Diga se é verdadeiro ou falso. Justifique se falso.

a) A Maltose (O-α-D-glucopiranosil-(1,4)-α ou β-D glucopiranósido) e a celobiose (O-β-D-glucopiranosil-(1,4)-α ou β-D glucopiranósido) são diósidos resultantes da degradação da celulose e do amido, respectivamente.

b) A frutose pode ser convertida em glucose pela reacção de equilíbrio cetoenólico.