carboidratos (3)
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FUNDAMENTOS DE BIOQUÍMICA
EDILMA MARIA DE ALBUQUERQUE VASCONCELOS
A BIOQUÍMICA é...
.... o ramo da ciência que faz a ponte entre a Química, estudo das estruturas e interacções entre átomos e moléculas e a Biologia. Ciência que busca compreender como flui a energia química nos processos metabólicos.
A Bioquímica estuda, basicamente, as reações químicas de processos biológicos que ocorrem nos organismos vivos. Para isso, a estrutura e a função das biomoléculas – carboidratos, aminoácidos, proteínas, enzimas e lípides - são trabalhados nesse componente.
CARBOIDRATOS
HIDRATOS DE CARBONO
CONCEITO
São definidos, quimicamente, como poliidroxialdeídos (aldoses) ou poliidroxicetonas (cetoses)
compostos orgânicos com, pelo menos três carbonos
ALDOSES: os carbonos possuem uma hidroxila, com exceção de um, que possui a carbonila primária (grupamento aldeídico)
CETOSES: os carbonos possuem uma hidroxila, com exceção de um, que possui a carbonila secundária (grupamento cetônico)
CONCEITO
Compostos que, em geral, apresentam a fórmula empírica [C(H2O)]n ]
Carboidratos com sabor doce são chamados de açúcares
São as biomoléculas mais abundantes na natureza
Alguns, entretanto, possuem em sua estrutura nitrogênio, fósforo ou enxofre não se adequando, portanto, à fórmula geral
CLASSIFICAÇÃO
• Monossacarídeos
• Oligossacarídeos
• Polissacarídeos
Monossacarídeos
São os carboidratos mais simples dos quais derivam todas as outras classes
Cn(H2O)n "n" pode variar de 3 a 7
Segundo a ocorrência ou não de hidrólise os carboidratos são classificados em:
Não sofrem hidrólise
O esqueleto de carbono dos monossacarídeos comuns é não-ramificado
Classificação dos monossacarídeos baseada no número de carbonos de suas moléculas
Trioses [C (H2O)]3
Tetroses [C (H2O)]4
Pentoses
Hexoses
Heptoses
Possuem pelo menos um átomo de carbono assimétrico que caracteriza a região denominada centro quiral, pois fornece isômeros ópticos
exceção à diiidroxicetona
Com um carbono assimétrico são possíveis duas fórmulas espaciais diferentes (não sobreponíveis),
Os monossacarídeos com cinco ou mais átomos de carbono não são estruturas de cadeia aberta, mas estruturas cíclicas
No caso da glicose, formam-se estruturas cíclicas de seis elementos, pela reação do grupo hidroxílico alcoólico do átomo de carbono 5 com o átomo de carbono aldeídico 1
Para os seres vivos, as pentoses mais importantes são a ribose e a
desoxirribose, que entram na composição química dos ácidos nucléicos
Ribose: entra na composição química do ácido ribonucléico (RNA) e obedece a
fórmula geral das pentoses
Desoxirribose:entra na composição química do ácido desoxirribonucléico (DNA) e não obedece à fórmula geral das pentoses, possuindo um oxigênio a menos que a ribose - C5H10O4
As hexoses mais importantes são a glicose, a frutose e a galactose, principais fontes de energia para os seres vivos
Monossacarídeos em solução aquosa
• Estão presentes na sua forma aberta em uma proporção de apenas 0,02%
•O restante das moléculas está ciclizada na forma de um anel hemiacetal de 5
ou de 6 vértices.
•O anel de 5 vértices é chamado de anel furanosídico
•O anel de 6 vértices é chamado de anel piranosídico
•Na estrutura do anel, o carbono onde ocorre a formação do hemiacetal é
denominado "Carbono Anomérico", e sua hidroxila pode assumir 2 formas:
Alfa: quando ela fica para baixo do plano do anel
Beta: quando ela fica para cima do plano do anel
Oligossacarídeos
Dissacarídeos
Carboidratos constituídos de duas a dez moléculas de monossacarídeos
• São carboidratos ditos glicosídeos, pois são formados a partir da ligação de 2 monossacarídeos através de ligações especiais denominadas ligações glicosídicas
• A ligação glicosídica ocorre entre o carbono anomérico de um monossacarídeo e qualquer outro carbono do monossacarídeo seguinte, por meio de suas hidroxilas e com a saída de uma molécula de água
• Os glicosídeos podem ser formados também pela ligação de um carboidrato a uma estrutura não-carboidrato (Ex: proteína)
O tipo de ligação glicosídica é definida pelos carbonos envolvidos e pelas configurações de suas hidroxilas
São também conhecidos como glicanos
Formação da ligação glicosídica entre uma carbono anomérico α e o grupo hidroxila na posição 4, formando uma ligação α-1,4.
Os dissacarídeos produzem dois monossacarídeos, por hidrólise
sacarose + H2O glicose + frutose
Os monossacarídeos e os dissacarídeos são solúveis em água: interferem no equilíbrio osmótico das células
maltose+ H2O glicose + glicose
lactose + H2O glicose + galactose
Mais abundante
Polissacarídeos
Carboidratos formados pela união de mais de dez moléculas de monossacarídeos (polímero), geralmente de hexoses
São insolúveis em água: não alteram o equilíbrio osmótico das células e se prestam muito bem à função de reserva de energia
De acordo com a função classificam-se em energéticos e estruturais
Energéticos: função de reserva Glicogênio
Amido
Formados por várias moléculas de glicose (C6H12O6) interligadas
Glicogênio
Polissacarídeo de reserva de energia da célula animal
Constitui um polímero de glicose (~ 30.000 unidades)
Sintetizado (glicogênese) no fígado e músculos
Amido
Polissacarídeo de reserva de energia da célula vegetal
Geralmente encontrado em órgão de reserva nutritiva, como
raízes do tipo tuberosa (mandioca, batata doce, cará), caules
do tipo tubérculo (batatinha), frutos e sementes
Constitui um polímero de glicose (~ 1.400 unidades)
Constitui-se tipos diferentes de polissacarídeos:
Amilose: ~ 1.000 unidades de glicose numa longa cadeia não ramificada enrolada em hélice
Amilopectina: ~ 48 a 60 unidades de glicose dispostas em cadeias mais curtas e ramificadas
• Fonte de energia: a energia térmica contida na molécula de glicose é liberada nas
mitocôndrias e, por fim, convertida em ligações altamente energéticas de fosfato na
molécula de adenosina tri-fosfato (ATP) durante o processo de respiração celular
(fosforilação oxidativa)
São os principais produtores de energia sob a forma de ATP, cujas ligações são
quebradas sempre que as células precisam de energia para as reações
bioquímicas. É a principal função dos carboidratos
Estruturais: entram na formação de algumas estruturas do corpo dos seres
vivos. Os mais importantes são a celulose e a quitina.
As glicoproteínas possuem um ou mais carboidrato em sua composição molecular sendo que a maioria das proteínas da superfície celular são glicoproteínas
A celulose forma a parede celular dos vegetais, por isso é o carboidrato que tem mais abundancia na natureza. É um polímero de glicose formado por ligação glicosídica que confere á molécula uma estrutura espacial muito linear, que forma fibras insolúveis em água e não digeríveis pelo ser humano.
Polissacarídeos nitrogenados: possuem esse nome porque apresentam nitrogênio na molécula (a quitina e o ácido hialurônico). A quitina forma a carapaça dos artrópodes (gafanhoto, siri,aranha, lacraia, etc.), aparecendo também nos cogumelos. O ácido hialurônico funciona como uma espécie de cola entre as células dos tecidos animais.
FUNÇÕES
• Fonte de energia
• Estrutural
• Reserva de energia
• Matéria prima para a biossíntese de outras biomoléculas
FONTES
Endógena:
Glicogenólise quebra do glicogênio
Exógena: alimentação
Neoglicogênese: síntese de glicose a partir de precursores não glicídicos
Massas (macarrão, pães, lasanha e pizza)Cereais (arroz e cereais matinais)MilhoBatataMandioquinhaFarinhas (milho, mandioca, fubá, aveia, trigo, etc)FeijãoErvilhasLentilhas Acúcares (açúcar, mel e chocolate)
DIGESTÃO DOS CARBOIDRATOS
Dissacarídeos Monossacarídeo
Polissacarídeos
Carboidratos da dieta:
Amido
Sacarose
Lactose
Frutose
Glicose
Boca
Glândulas salivares
amilose glicose maltose maltotriose dextrina
amilopectina dextrina limite
Amilase salivarSecretam saliva em resposta reflexa a
presença do bolo alimentar
5 % digerido na boca-» a digestão continua no estômago
Estômago
•Até pH 4,0 a alfa-amilase é ativa, ao chegar a esse pH ela fica inativa
•Não há no estômago enzima para digerir amido, só a alfa amilase que foi com a deglutição
•20% a 40% é digerido pela alfa-amilase
•Esse processo dura aproximadamente 1h
Intestino
Alimento Pâncreas -amilase
amilase pancreática
glicose maltose maltotriose dextrinaAmido
Altamente concentrada no suco entérico, é capaz de agir sobre o amido cru ou cozido
A enzima dextrinase desfaz as ramificações presentes na dextrina permitindo que a -amilase continue a agir
continua a digestão
Enzimas da borda em escova
Dissacaridases
Maltose maltase glicose + glicose
Sacarose sacarase glicose + frutose
Lactose lactase glicose + galactose
50 a 80% da digestão do amido ocorre no intestino (duodeno)
O amido fornece até 24% do total de energia ingerida
A glicose pode se combinar de vários modos ou com padrões diferentes, e isto afeta o grau de digestão e absorção do amido
O amido cru é digerido com dificuldade
Processá-lo, como, por exemplo, cozinhando o alimento, pode mudar o padrão das moléculas de glicose e torná-lo mais digerível
Os amidos com grande quantidade de amilopectina são digeridos e absorvidos mais facilmente pois apresentam maior área superficial que se expõe às enzimas digestivas
A fibra é um polissacarídeo que não contém amido e a celulose, sua maior representante
São resistentes à hidrólise pelas enzimas digestivas humanas, porém uma parte é fermentada pelas bactérias intestinais
As fibras estão presentes na dieta através das folhas, sementes e cascas de frutas
ABSORÇÃO
Transportadores de hexoses
- co-transportadores Na+/glicose transporte ativo
Transportador de glicose sódio-dependente-SGLT1 (intestino delgado)
- transportadores facilitadores Na+-independentes
Glut 1, Glut 2, Glut 3, Glut 4 e Glut 5
Especificidade dos transportadores de hexoses nos enterócitos
Transportador Glicose Galactose Frutose
SGLT1 + + -
GLUT1 + + -
GLUT2 + + +
GLUT5 - - +
Transporte ativo ou difusão simples
Os monossacarídeos liberados pela digestão dos carboidratos da dieta (80% de glicose, 20% de galactose e frutose) são absorvidos pela borda em escova dos enterócitos do intestino delgado, principalmente no duodeno e jejuno proximal
O transporte para o sangue se dá através de difusão facilitada pelo carreador GLUT2
A absorção de glicose estimula a liberação do hormônio insulina
A diferença entre açúcares e amidos é que os açúcares são mais simples e, portanto, absorvidos mais rapidamente pelo organismo
A frutose e a galactose vão ao fígado após sua absorção. A galactose gera um intermediário que é incorporado à molécula de glicogênio. A frutose, por sua vez, não provoca aumento acentuado da insulina. Ingerida de forma isolada, é rapidamente convertida a dois intermediários e usada para a síntese hepática de glicose
Metabolismo
Após a absorção dos carboidratos nos intestinos, a veia porta hepática fornece ao fígado glicose que vai ser liberada para o sangue e suprir as necessidades energéticas de todas as células do organismo
Transporte intracelular da glicose
Os transportadores da glicose são essenciais para a difusão facilitada da glicose para as células
A glicose não pode difundir-se através dos poros da membrana, visto que seu peso molecular é de 180 mg, e o máximo das partículas permeáveis é cerca de
100 mg
Glucose transporter
•GLUT 1
•GLUT 2
•GLUT 3
•GLUT 4
•GLUT 5
•GLUT 7
•GLUT 8
Os transportadores GLUT1 e 3 são considerados responsáveis pelo transporte de glicose ao cérebro
Transportadores de glicose independentes de insulina
O GLUT1 é responsável pelo transporte de glicose através da barreira hemato-encefálica
O GLUT3 proporciona o transporte da glicose do astrócito ao neurônio
GLUT-1
Cérebro, hemácias, rins, intestino
Ativo em jejum
Fígado e nas células do pâncreas
Ativo em resposta a ingestão de alimentos
GLUT 2
Captação da glicose pelo GLUT2, a fosforilação da glicose causa aumento na relaçãoATP:ADP. Este aumento inativa o canal de potássio que despolariza a membrana, levando a abertura do canal de cálcio permitindo a sua entrada. O aumento intracelular do cálcio leva a liberação da insulina dos seus grânulos de estoque
• Transportador de glicose sensível à insulina que ocorre nos músculos e no tecido adiposo
Ativação da quinase na subunidade : cascata de fosforilação (expressão de genes que codificam a síntese de substância transportadoras de glicose)
Ativação da fosfatidilinositol 3-quinase: Translocação do glut- 4 para a superfícieAtiva sistemas enzimáticos com função anabólicaInibe sistemas enzimáticos com função catabólica
GLUT4
GLUT5
• Intestino delgado e rins
GLUT 7
• Retículo endoplasmático das células hepáticas