Carboidratos I 32AULA

objetivos Esperamos que, aps o estudo do contedo desta aula, voc seja capaz de: Conhecer a importncia e a distribuio dos glicdeos na natureza.

Comentar sobre o papel fundamental que os glicdeos desempenham na vida dos animais, vegetais e microorganismos.

Classifi car os glicdeos.

Conhecer as caractersticas dos monossacardeos, um dos tipos de glicdeos.

Pr-requisitos

Conhecimentos bsicos sobre algumas das funes orgnicas tais como lcool, aldedo e cetonas. Tais conhecimentos podem ser obtidos

nos livros de Qumica Orgnica utilizados no segundo grau. Relembre: lcoois so as substncias orgnicas que apresentam uma

hidroxila como grupamento funcional, aldedos so aquelas que apresentam a carbonila aldedica como grupamento funcional e

cetonas so as substncias orgnicas que apresentam a carbonila cetnica como grupamento funcional. Alguns exemplos destes

compostos, destacando-se os grupamentos funcionais de cada funo, so apresentados na tabela 32.1.

Que tal estudarmos glicdeos pensando em um belo piquenique?

IMPORTNCIA DOS GLICDEOS

A figura acima nos d uma viso da larga distribuio e

importncia dos glicdios: desde a celulose presente nas rvores que nos

oferecem sombras, aos acares empregados como fonte de energia para

o nosso organismo ou para um pssaro ou inseto bater suas asas.

Os glicdios e seus derivados so as molculas mais abundantes

na Terra e desempenham papel fundamental na vida dos animais, dos

vegetais e dos microorganismos. As plantas convertem anualmente,

por fotossntese, mais do que 100 bilhes de toneladas de CO2 e gua

em CELULOSE e outros produtos. Certos carboidratos, como o AMIDO, so

largamente utilizados como alimentos na maior parte do mundo. A

oxidao do amido a via central de produo de energia na maioria

das clulas no fotossintticas.

Os GLICDIOS MAIS SIMPLES so utilizados para obteno de energia

por vrios organismos nos diferentes reinos e tambm, na sntese de

compostos no glicdicos como cidos nuclicos, e de outros co-fatores

requeridos pelo metabolismo celular.

Os GLICDIOS MAIS COMPLEXOS so os principais componentes

das paredes celulares de plantas, microorganismos e bactrias,

desempenhando um papel estrutural e de proteo. Fazem parte do

tecido conjuntivo alm de tambm funcionar como material de reserva.

OBSERVE A FIGURA

CE L U L O S E

o carboidrato mais abundante na natureza. Ela o glicdeo estrutural dos vegetais.

AM I D O

o glicdeo de reserva dos vegetais.

GL I C D E O S S I M P L E S so substncias que

apresentam uma

nica unidade monos-

sacardica. Voc

aprender ainda nesta

aula o signifi cado desta

terminonologia.

GL I C D E O S C O M P L E X O S

apresentam mais do que uma unidade monossacardica.

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Bioqumica I | Carboidratos I

Os derivados de glicdios como as glicoprotenas e os glicopeptdeos so

encontrados em membranas celulares podendo atuar como sinais que

determinam a localizao celular. Outros glicdeos polimricos lubrifi cam

as juntas esquelticas e fornecem adeses entre as clulas.

Destacamos algumas substncias que fazem parte do nosso dia-a-

dia, algumas com sabor doce, solveis em gua e outras resistentes, com

funo de sustentao para as plantas, e insolveis em gua.

Que caractersticas so comuns entre estas substncias e por que

as chamamos de glicdios, acares ou carboidratos?

CONCEITOS E CLASSIFICAO

Os glicdios podem ser definidos como POLIHIDROXIALDEDOS

ou POLIHIDROCETONAS (figura 32.1), ou como substncias que, por

hidrlise, produzem um destes compostos. Podem ser classifi cados

em quatro grupos: monossacardeos, dissacardeos, oligossacardeos e

polissacardeos.

Figura 32.1: Monossacardeos representativos. a) Duas trioses, uma aldose e uma cetose. O grupamento carbonlico de cada uma encontra-se evidenciado; b) Duas hexoses comuns; c) Pentoses formadores dos cidos nuclicos; D-Ribose, componente do cido ribonuclico (RNA) e 2-desoxirribose componente do cido desxi-ribo-nuclico (DNA).

1. Monossacardeos: so glicdios simples, no hidrolisveis,

hidrossolveis e de sabor doce. Eles tm como frmula geral (CH2O)n,

onde o menor valor de n trs. Eles podem ser subdivididos em trioses,

tetroses, pentoses, hexoses, heptoses ou octoses, dependendo do

nmero de carbonos que possuem. Podem ser classifi cados em aldoses

e cetoses dependendo se um grupo aldedo ou cetona estiver presente.

PO L I H I D RO X I-A L D E D O S

apresentam vrias hidroxilas e uma

carbonila aldedica.

PO L I H I D RO-C E T O N A S

apresentam vrias hidroxilas e uma

carbonila cetnica.

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A fi gura 32.3 destaca alguns monossacardeos da srie das aldoses e das

cetoses. Nas tabelas 32.1 e 32.2 so apresentados exemplos de pentoses

e hexoses bem como de suas funes.

2. Dissacardeos: fornecem duas molculas de monossacardeos

quando hidrolisados. Exemplos: maltose produz duas molculas de

glicose; sacarose produz uma molcula de glicose e uma de frutose.

3. Oligossacardeos: so compostos hidrossolveis, slidos e de

sabor doce que produzem de 3 a 10 molculas de monossacardeos por

hidrlise. A maltotriose um exemplo.

4. Polissacardeos: so compostos que produzem mais de dez

molculas de monossacardeos por hidrlise. So pouco ou insolveis

em gua, sem gosto e possuem elevado peso molecular. Ex. amido, gli-

cognio e celulose.

Fique atento

Nesta aula, falaremos somente sobre as propriedades e caractersticas dos

monossacardeos. Os outros glicdeos sero estudados na prxima aula.

OCORRNCIA BIOLGICA

Os monossacardeos mais abundantes nos alimentos, princi-

palmente em sucos de frutas, so D-glicose e D-frutose; outros como

D-galactose, D-manose, D-xilose, L-arabinose e D-ribose so tambm

encontrados, porm, em menores quantidades. A glicose, o monossaca-

rdeo mais importante, encontrada em muitas variedades de plantas e

no sangue de animais.

CARACTERSTICAS DOS GLICDEOS

Isomeria carbono assimtrico

Nos glicdios so encontrados isomeria de funo e estereoisomeria

tica. A D-glicose e a D-frutose so exemplos de ISMEROS de funo, pois

apresentam a mesma frmula molecular e diferente grupos funcionais

(grupos aldedo e cetona, respectivamente).

Os ismeros ticos so de dois tipos: enancimeros e

diasteroismeros. A presena de CARBONO ASSIMTRICO na molcula

fundamental para que existam os estereoismeros. O nmero de ismeros

Alguns glicdeos so

denominados de

carboidratos ou de

hidratos de carbono

por apresentarem

(CH2O)n, como

frmula geral

IS M E RO S

So todas aquelas substncias que apresentam a mesma frmula geral. A isomeria pode ser dividida em isomeria estrutural e estereoi-someria. A isomeria estrutural pode ser de funo, de cadeia, de posio . A este-reoisomeria pode ser tica ou geomtrica.

CA R B O N O A S S I -M T R I C O

um carbono ligado a quatro tomos ou grupos diferentes.

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Bioqumica I | Carboidratos I

possveis na molcula depende do nmero de carbonos assimtricos (n)

e igual a 2n. Assim, uma aldohexose como a glicose, com seus quatro

carbonos assimtricos (n = 4), apresenta 16 ismeros. Veremos mais

tarde que este nmero de estereoismeros pode aumentar, se levarmos

em conta a estrutura cclica da molcula de glicose.

Os tipos mais importantes de isomeria apresentados por estas

molculas so:

A D- e L- isomerismo - Ismeros enancimeros so aqueles que

apresentam as mesmas propriedades qumicas e fsicas (ponto de fuso,

ebulio, solubilidade em gua, etc).

A designao de um ismero de acar como sendo da srie D

ou L determinada pela orientao dos grupos H- e OH em torno do

tomo de carbono assimtrico mais afastado da carbonila (carbono cinco

na molcula de glicose). Quando o grupo OH deste carbono estiver do

lado direito, o acar ser da srie D, (fi gura 32.2) e, quando a hidroxila

estiver do lado esquerdo, ser da srie L (fi gura 32.3). A maioria dos

monossacardeos, presentes em mamferos, apresenta confi gurao D, e

as enzimas responsveis por seu metabolismo reconhecem somente este

tipo de confi gurao.

A presena do carbono assimtrico tambm confere atividade

tica a estes compostos. Quando um feixe de luz plano-polarizada passa

atravs de uma soluo de um ismero tico, ele poder sofrer um desvio

para a direita. Neste caso dizemos que a molcula dextrgira e atribu-

mos o sinal (+). Quando o desvio apresentado para o lado esquerdo

dizemos que a substncia levgira e atribumos o sinal (-).

Assim, a partir da frmula estrutural da molcula podemos dizer

se o ismero da srie D ou da srie L. No entanto, para sabermos se

um composto levgiro ou dextrgiro necessitamos de um dado expe-

rimental. Conclumos ento que um composto pode ser designado D(-),

D(+), L(-) ou L(+).

Ressaltamos ainda que, se o ismero da srie D desviar a luz

plano polarizada para a esquerda, o ismero da srie L obrigatoriamente

desviar para a direita. Por exemplo, a frutose, um ismero presente em

grande parte dos alimentos que ingerimos, da srie, D(-), ou seja uma

molcula da srie D e levgira.

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Quando quantidades iguais de ismeros da srie D e L esto

presentes, a mistura resultante no apresenta atividade tica, uma vez

que a atividade de cada ismero cancela a do outro. Tais misturas so

denominadas misturas racmicas ou DL-misturas. Compostos produzidos

sinteticamente so normalmente racmicos, pois as oportunidades de

formao de cada ismero tico so idnticas.

Figura 32.2: Duas formas de representar os dois estereoismeros do gliceraldedo. Os estereismeros so imagens especulares um do outro. O modelo bola-palito mostra a confi gurao real da molcula. Por conveno, nas frmulas de projeo de Fisher, ligaes horizontais projetam-se para fora do plano do papel. Frente para o leitor. Ligaes verticais projetam-se para trs do plano do papel.

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Bioqumica I | Carboidratos I

B Epmeros so molculas que diferem na confi gurao de

uma das hidroxilas. Alguns exemplos so os ismeros que diferem na

confi gurao das hidroxilas dos tomos de carbono 2, 3 e 4 da glicose.

Os epmeros da glicose mais importantes so a manose (diferena na

confi gurao da hidroxila do carbono 2) e a galactose (diferena na

confi gurao da hidroxila do carbono 4). As estruturas destes epmeros

so apresentadas na fi gura 32.4.

Figura 32. 4: Epmeros. A D-glicose e dois de seus epmeros so mostrados por fr-mulas de projeo. Cada epmero difere da D-glicose na confi gurao do centro quiral em destaque.

Estruturas cclicas Piranose e Furanose

Algumas caractersticas dos glicdeos no poderiam ser explicadas

se somente estruturas abertas, conforme estudamos at aqui, existissem

na natureza. Procurando entender algumas destas caractersticas, dois

pesquisadores Fisher e Haworth fi zeram uma srie de abordagens

experimentais e demonstraram que as formas cclicas so as mais

abundantes na natureza. Um exemplo a glicose, onde para cada uma

molcula com estrutura aberta existem mil molculas com estruturas

cclicas.

As estruturas cclicas mais estveis para as molculas glicdicas

so a formao de anis pirano ou furano. Estas estruturas em forma

de anis so apresentadas na fi gura 32.5.

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Figura 32.5: Formao de Hemiacetais e Hemicetais. Um aldedo ou uma cetona pode reagir com um lcool numa relao de 1:1 para produzir um hemiacetal ou hemicetal, respectivamente, criando um novo centro quiral no carbono carbonlico.

Mais de 99% da molcula de glicose, quando em soluo,

encontra-se na forma de piranose. O nome correto da glicose seria

glicopiranose. Cetoses tambm podem formar anis, por ex. a frutose

na forma cclica e a D-frutofuranose. As estruturas destas molculas so

apresentadas na fi gura 32.6.

Figura 32.6: Piranoses e Furanoses. A forma piranose da D-glicose e a forma D-fura-nose da D-frutose so mostradas nas frmulas em perspectivas de Haworth.

Ao analisarmos a estrutura cclica observamos a presena de mais

um carbono assimtrico e, portanto, mais um par de ismeros: anmeros

alfa (a) e beta (b). Vamos a uma explicao sobre eles.

A estrutura cclica de uma aldose um hemiacetal, uma vez que ela

formada pela combinao de um aldedo e uma hidroxila e a estrutura

cclica de uma cetose um hemicetal, uma vez que ela formada pela

combinao de uma cetose e uma hidroxila. Quando a estrutura cclica

formada surge um novo carbono assimtrico (C=O aldedico ou cetnico)

e, assim, mais um par de ismeros poder ocorrer. Este tomo de carbono

denominado tomo de carbono anomrico (p.ex. carbono 1 na molcula

de glicose e carbono 2 na molcula de frutose).

Para identifi carmos ento os ismeros e basta analisarmos a

posio da hidroxila do carbono anomrico. O ismero que possui a

hidroxila voltada para baixo do plano o ismero e aquele que possui

a hidroxila voltada para cima do plano o ismero . A formao do

hemiacetal, do hemicetal e a representao dos ismeros e podem

ser visualizadas na fi gura 32.7.

Figura 32.7: Formao de duas frmulas cclicas da glicose. A reao entre o grupamento aldedo de C-1 e a hidroxila do C-5 forma uma ligao hemiacetal, produzindo dois estereoismeros, o anmero e , que diferem somente na estereoqumica do carbono hemiacetlico. A interconverso dos anmeros e chamada de mutarrotao.

Acar Fonte e importncia Bioqumica

D-ribose Elementos estruturais dos cidos nuclicos e coenzimas.

D-ribulose Formada nos processos metablicos.

D-arabinose Goma arbica. Goma da ameixa e da cereja.

D-xilose Gomas de madeiras, proteoglicanas e glicosaminoiglicanas.

D-lixose Constituinte de uma lixofl avina isolada de msculo cardaco humano.

L-xilulose Intermedirio da via do cido urnico (em algumas doenas renais pode ser encontrado na urina).

Tabela 32. 1: Pentoses de importncia fi siolgica.

Tabela 32.2: Hexoses de importncia fi siolgica.

Acar Fonte e importncia Bioqumica

D-glicose

Sucos de frutas. Hidrlise do amido, acar da cana, da maltose e da lactose.

o acar do organismo e est presente na urina de indivduos diabticos.

D-frutose Sucos de fruta, mel, hidrlise do acar da cana.

D-galactose Hidrlise da lactose. Pode ser transformada em glicose no fgado. sintetizada na glndula mamria para formar a lactose do leite.

D-manose Hidrlise de mama nas e gomas vegetais.

Nesta aula voc aprendeu que os monossacardeos so molculas de

polihidroxialdedos ou de polihidroxicetonas. Todos os monossacardeos

estudados at este ponto puderam tambm ser defi nidos como carboidratos ou

hidratos de carbono, pois sua frmula molecular era C(H2O)n. Voc viu que as

hexoses mais abundantes na natureza eram glicose, galactose, manose e frutose.

As trs primeiras so aldoses e, por diferirem na posio das hidroxilas, eram

estereoismeras. A frutose uma cetose e, portanto, um ismero de funo das

outras hexoses. Os monossacardeos so solveis em gua e sero usados para a

formao dos di, oligo e polissacardeos.

R E S U M O

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Bioqumica I | Carboidratos I

EXERCCIOS

1) Enumere as funes que os glicdeos podem apresentar.

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2) Como podemos classifi car os glicdeos?

a) Com relao ao nmero de unidades polihidroxialdedicas ou

polihidroxicetnicas?

b) Com relao ao nmero de carbonos, se for um monossacardeo.

c) Com relao presena de uma carbonila aldedica ou uma carbonila

cetnica

3) Todas as molculas que apresentam frmula molecular Cn(H2O)n so

acares?

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4) O que acontece quando a molcula de glicose forma um anel?

a) A molcula perde a carbonila.

b) A molcula perde um tomo de oxignio.

c) O sexto carbono liga-se ao primeiro carbono.

d) b e c esto corretas.

e) a e c esto corretas.

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5) Qual nmero indica o acar que o principal combustvel

do corpo humano?

At este ponto aprendemos as caractersticas e propriedades de

monossacardeos simples. Na prxima aula estudaremos as caractersticas

dos glicdios modifi cados. Veremos, ainda, o mecanismo pelo qual as

molculas de monossacardeos se unem para formar os dissacardeos e

quais so as caractersticas dos mesmos.

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Bioqumica I | Carboidratos I