Metabolismo de Carboidratos - UTFPR
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Metabolismo de Carboidratos
Ministério da Educação
Universidade Tecnológica Federal do Paraná
Câmpus Medianeira
Disciplina: Fundamentos de Nutrição
Profa. Rosana Aparecida da Silva Buzanello
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Introdução
O que são carboidratos?
Os carboidratos são compostos orgânicos que contêm C, H e O em
várias combinações.
Fórmula geral empírica: [CH2O]n em que n ≥ 3 (hidratos de
carbono: definição inadequada).
Ocorrem compostos simples e complexos.
Amplamente distribuídos na natureza: juntamente com as proteínas,
representam os principais constituintes dos organismos vivos.
Também denominados de sacarídeos (do
grego sakcharon, que quer dizer açúcar.
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Introdução
O grupo da base da pirâmide alimentar é constituído pelos cereais,
tubérculos e raízes.
Em função dos principais grupos que a compõem é denominado
grupo do arroz, pão, massa, batata e mandioca.
Que tem como predominante o carboidrato, que é a principal
fonte de energia alimentar.
São as principais fontes alimentares para produção de energia,
além de exercerem inúmeras funções estruturais e metabólicas
nos organismos.
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Definição
São compostos de função mista:
São polihidroxialdeídos, polihidroxialcoóis, polihidroxiácidos ou
polihidroxicetonas ou compostos que por hidrólise liberam substâncias
com estas características.
Polihidroxialdeído Polihidroxicetona Polihidroxiácido Polihidroxiálcool
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Classificação
De acordo com o número de unidades de açúcares simples que
contêm:
Monossacarídeos: carboidratos que não sofrem hidrólise.
Glicose, frutose, galactose, etc.
Oligossacarídeos: até 10 unidades de monossacarídeos.
Lactose, maltose, sacarose, rafinose, etc.
Polissacarídeos: ↑ 10 monossacarídeos.
Amido, glicogênio, celulose.
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Classificação
De acordo com o número de carbonos:
Trioses ou triulose (3): gliceraldeído, dihidroxicetona.
Tetroses ou tetrulose (4): eritrulose, eritrose.
Pentoses ou pentulose (5): ribose, desoxirribose.
Hexoses ou hexulose (6): glicose, frutose, galactose.
Heptoses ou heptulose (7).
Octoses ou octulose (8).
Nonose e nonulose (9).
Mais comuns: 5 e 6
átomos de carbono.
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ALDOSE: poliálcool-aldeido
Ex: glicose, galactose, arabinose
e manose
CETOSE: poliálcool-cetona
Ex: frutose
Classificação
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Gliceraldeído
Dihidroxiacetona
D-gliceraldeído L-gliceraldeído
D e L: posição da OH do C assimétrico mais distantes do C
anomérico.
Monossacarídeos mais simples
Não possui carbonos
assimétricos
Classificação
Isomeria óptica: representam
imagens espelhadas umas
das outras.
Projeção de Fisher-Tollens
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A posição da -OH dá origem a diferentes carboidratos;
Pela diferença de posição de uma –OH, temos, p. exemplo, glicose ou
manose;
4 C assimétricos
Aldoses isômeras
Classificação
Todos os monossacarídeos (exceção
dihidroxicetona) possuem 1 ou mais
carbonos assimétricos.
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tetrose
pentose
hexose
Classificação
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Classificação
Glicose
Principal constituinte dos oligo e polissacarídeos (maltose, sacarose,
lactose): aldose.
Presente nas frutas, no mel, em xarope de milho, raízes e tubérculos.
Grau de doçura inferior a sacarose e superior a lactose.
Principal fonte de energia para o ser humano, armazenado no fígado
e nos músculos na forma de glicogênio.
É encontrada na corrente sanguínea: açúcar do sangue.
Nos vegetais, podem ocorrer na forma livre ou fazendo parte dos
polímeros como amido e celulose.
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Glicose
Projeção de Fischer
Classificação
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Glicose
Em solução aquosa: molécula não linear;
Forma cíclica: piranosídica.
CICLIZAÇÃO
Reação intramolecular do carbono anomérico (do grupo carbonilo)
com a –OH do carbono assimétrico mais distante, formando um
hemiacetal ou hemicetal.
hemiacetais (se o grupo carbonilo é um aldeído)
hemicetais (se o grupo carbonilo é uma cetona)
ClassificaçãoA representação dos monossacarídeos em sua forma
acíclica é utilizada apenas para facilitar a visualização.
Projeção de Haworth
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R1 — C — H + R1 — C
—O
H
|H
— OR2OH— R2 ↔
R1 — C
—O
H
|R2
— OR3R1 — C + OH— R2 ↔|R2
hemiacetal
hemicetal
CICLIZAÇÃO
Classificação
Grupo carbonilo: aldeído
Grupo carbonilo: cetona
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Classificação
MUTARROTAÇÃO
Interconversão simultânea
entre as formas e
quando em solução;
Detectada por alterações na
rotação óptica.A hidroxila do carbono
anomérico livre de ligação é o
que permite esse tipo de
fenômeno: Açúcar redutor.
TODO MONOSSACARÍDEO É
UM AÇÚCAR REDUTOR!
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Classificação
Galactose
Monossacarídeo presente na estrutura da lactose.
Não é encontrada livre na natureza: obtida pela hidrólise
química ou enzimática da lactose.
Por fazer parte da constituição do tecido nervoso, também é
conhecida como cerebrose.
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Frutose
É a única cetose encontrada na natureza.
Juntamente com a glicose: sacarose.
Pode ser obtida pela hidrólise da sacarose.
Grau de doçura superior ao da sacarose: cerca de 30% mais doce,
representando o açúcar mais doce entre os utilizados pelos seres
humanos.
Classificação
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Oligossacarídeos
Polímeros contendo 2 a 10 unidades de monossacarídeos;
Os dissacarídeos são os mais importantes, podendo ser homogêneos
ou heterogêneos;
Formados através de ligações glicosídicas entre monossacarídeos
adjacentes;
Os oligossacarídeos resultantes podem ser redutores ou não
redutores.
Classificação
LIGAÇÃO GLICOSÍDICA: ligação entre duas moléculas de açúcar.
Ocorre entre o carbono anomérico e o grupo hidroxila de outra molécula
de açúcar.
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Classificação
LIGAÇÃO GLICOSÍDICA
C anomérico
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Maltose
Composta por duas moléculas de glicose unidas por ligação alfa
1→4 glicosídica.
Como não é encontrada livre na natureza, pode ser obtida pela
hidrólise do amido: ação da enzima diasase no grão germinado de
cevada ou pela digestão do amido por ação das amilases.
No intestino: hidrolisada pela maltase (alfa-glicosidase), liberando
duas unidades de glicose.
Classificação
Açúcar redutor
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Lactose
Composta por uma unidade de glicose
uma unidade de galactose unidas por
ligação beta 1→4 glicosídica.
Encontrada no leite: leite de vaca contém
de 4 a 6% de lactose e o leite humano
pode conter 5 a 8% de lactose.
Possui 16% da doçura da sacarose.
Classificação
Açúcar redutor
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Sacarose
Constituída por uma unidade de glicose e uma unidade de frutose,
unidas entre si por ligação beta 1→2 glicosídica.
Cana-de-açúcar é a principal fonte.
Beterraba ou algumas frutas (uva) também são fonte de obtenção.
Forma de açúcar mais comum e acessível da dieta habitual.
Facilmente hidrolisada por enzimas: invertase ou alfa-glicosidase.
Classificação
Açúcar não redutor
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Principais polióis de importância em nutrição:
Manitol: é um açúcar de álcool que possui metade da energia
fornecida pela glicose e pode ser utilizado como edulcorante em
alguns alimentos.
Em tecnologia de alimentos, também é empregado como agente
secante em azeitonas, aspargos, batata-doce e cenouras.
Sorbitol: é um açúcar álcool encontrado naturalmente em frutas
como pêra, maçã e ameixa.
É utilizado na calda de compotas de frutas com teor reduzido de açúcar.
Classificação
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Principais oligossacarídeos de importância em nutrição:
Maltodextrinas: compostos por unidades de glicose e obtidas
enzimaticamente pela ação de amilases ou quimicamente a partir da
hidrólise do amido, em tempo, temperatura e pH controlados.
Presente em extratos de amido hidrolisados, em conjunto com
moléculas de glicose e maltose.
São mais hidrossolúveis que o amido e formam soluções menos
viscosas.
Alguns alimentos industrializados apresentam na sua composição
combinações de amido de maltodextrina cuja função é regular a
viscosidade do produto.
Classificação
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Principais oligossacarídeos de importância em nutrição:
Frutooligossacarídeos (FOS): oligossacarídeos com número
variado de moléculas de glicose associados à frutose.
Geralmente apresentam ligações do tipo beta, as quais não são
digeridas pelo organismo humano.
Uso como aditivos: consistência a produtos lácteos, umectar bolos e
produtos de confeitaria, baixar o ponto de congelamento de sobremesas
geladas, conferir crocância a biscoitos com teores reduzidos em
gorduras associado a edulcorantes.
Destaque (prebiótico): empregados junto a dietas contendo
probióticos. Redução de microrganismos patogênicos.
Classificação
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Polissacarídeos
São formados por longas cadeias de monossacarídeos unidos entre
si por ligações glicosídicas.
Não tem poder redutor.
Funções variadas na natureza que vão desde a reserva de energia à
estruturação das células vegetais ou carapaças de animais.
Alguns polissacarídeos tem a capacidade de reter água e em
situações específicas podem formar gel ou uma solução viscosa
com aplicação na indústria de alimentos.
Amido: principal polissacarídeo de origem vegetal.
Glicogênio: principal polissacarídeo de origem animal.
Classificação
Cadeia
ramificada
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Polissacarídeos: classificação
Homopolissacarídeos (Homoglicano)
Ex: amido, glicogênio e celulose
Heteropolissacarídeos (Heteroglicano)
Ex: pectina, ácido hialurônico
Cadeias lineares (celulose, amilose)
Cadeias ramificadas (amilopectina, glicogênio)
Variadas posições de ramificação e longitude das cadeias laterais.
Classificação
Pectina
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Amido
Importante fonte de energia da alimentação: milho, batata, mandioca,
trigo.
Formado pela combinação de dois polissacarídeos → amilose e
amilopectina: polímeros organizados na forma de grânulos densos e
insolúveis em água fria e sofrem leve hidratação em água fria.
Diferentes tipos: quantidade de amilose e amilopectina.
Classificação
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Amilose
Polissacarídeo linear (200 a 10 mil
unidades de glicose unidas por
ligação glicosídica alfa 1→4).
Classificação
Pode assumir uma estrutura helicoidal, o que permite a acomodação
de átomos de iodo formando um complexo de coloração azul (princípio
da determinação de amilose e presença de amido em alimentos).
Amido com alto teor de amilose: cora-se mais facilmente.
Quanto maior o teor de amilose do amido, maior será a sua viscosidade.
Teor de amilose do milho (28%) é superior ao da batata (23%): maior viscosidade
de um mingau de milho do que um purê de batata.
Teor de amilose em amidos: trigo (26%), arroz (17%) e mandioca (8%).
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Amilose
Classificação
Amidos com alto teor de
amilose: requer maior
temperatura de geleificação e
são mais resistentes a
retrogradação.
Amidos com alto teor de
amilopectina: tem sua
capacidade de formação de
gel reduzida.
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Amilopectina
Porção ramificada do amido.
20 a 25 unidade de glicose unidas por
ligações glicosídicas alfa 1→4.
Essas cadeias são unidas entre si por
ligações alfa 1 → 6.
Não forma estrutura helicoidal.
Classificação
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Amilopectina
Classificação
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Amido
O amido bruto da batata crua ou de grãos é mal digerido.
O cozimento a vapor faz com que os grânulos inchem, o amido seja
gelatinizado, amacie e rompa a parede celular.
Assim, o amido torna-se mais digestível pela amilase pancreática.
Amido resistente: permanece intacto durante o cozimento, recristaliza após o
resfriamento, resiste à repartição enzimática e produz quantidades limitadas de
glicose para a absorção.
Amido modificado: modificado química ou fisicamente para alterar a sua
viscosidade, capacidade de formar gel, e outras propriedades de textura
(substituto da gordura).
Amido pré-gelatinizado: dispersáveis em água fria e foram géis sem
aquecimento.
Classificação
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Glicogênio
O glicogênio é armazenado hidratado com a água: tornando uma
molécula grande e inadequada para armazenamento de energia em
longo prazo.
Homem de 70 kg, por exemplo, armazena energia sob a forma de glicogênio
por apenas 18 horas. Em comparação ao suprimento de gordura: dois
meses armazenado.
Se todo o estoque de energia dos seres humanos fosse de glicogênio, todos
precisariam pesar mais 27 kg.
Classificação
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Glicogênio
~ 150 g de glicogênio são armazenados no músculo: pode ser aumentada em
cinco vezes com o treinamento físico (não disponível para manter a glicemia).
É o estoque de glicogênio no fígado do ser humano (cerca de 90 g) que
está envolvido no controle hormonal de glicemia.
Classificação
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Celulose
Não é digerida pelo trato gastrointestinal: componente das fibras alimentares.
Presente nas paredes celulares das plantas, associadas a lignina e
hemicelulose → polissacarídeo de sustentação dos vegetais.
Homoglicano constituído de cadeias lineares de glicose unidas por
ligações beta 1→4.
As moléculas são estabilizadas por pontes de hidrogênio intramoleculares.
Essas cadeias colocam-se paralelamente umas às outras, o que
chamamos de conformação em fita, formando regiões de ordem cristalina
elevada, contribuindo para a insolubilidade e baixa reatividade da celulose.
Classificação
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Celulose
Classificação
Fonte: Santos (2014): Produção e caracterização de
celulases e hemicelulases por linhagens fúngicas
mesófilas isoladas do cerrado sul-mato-grossense.
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Classificação
Fibras alimentares
Componentes que não são digeridos pelas enzimas do trato
gastrointestinal.
Polímeros estruturais para as células vegetais: celulose, hemicelulose,
pectina, hidrocolóides.
Funções fisiológicas benéficas no trato gastrointestinal e na redução do
risco de certas doenças: prebióticos.
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Metabolismo de Carboidratos
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Digestão e absorção
Digestão do amido: inicia na boca → ação da ptialina (alfa
amilase salivar).
Conversão em fragmentos menores: amilose e amilopectina e alta
concentração de maltose e maltodextrina.
Intestino delgado: continuação do processo de digestão pela amilase
pancreática.
Maltose e maltodextrina: ação de hidrolases (alfa glicosidases) liberando
moléculas de glicose.
Dissacarídeos: digestão a partir de hidrolases → sacarose será digerida
pela sacarase (invertase) liberando glicose e frutose; lactose pela lactase,
liberando glicose e galactose.
Metabolismo de Carboidratos
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Digestão e absorção (continuação)
Após digeridos, os monossacarídeos obtidos (glicose, frutose e
galactose) deverão ser absorvidos por processos distintos.
Glicose e galactose: processo ativo, com gasto de ATP.
Frutose: absorvida por transporte facilitado.
Após absorção: monossacarídeos livres na corrente sanguínea.
Glicose circulante: será remetida para o interior das células pela ação da
insulina. Glicose utilizada na respiração celular na mitocôndria (energia).
Fígado e músculos: armazenada na forma de glicogênio → glicogênese.
Galactose e frutose: incorporadas a via glicolítica → conversão glicose.
Metabolismo de Carboidratos
Hormônio liberado pelo pâncreas (glândula mista, função endócrina).
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Digestão e absorção (continuação)
A digestão da sacarose e maltose é rápida:
Monossacarídeos liberados são prontamente absorvidos, causando
resposta glicêmica rápida.
Diferente dos monossacarídeos e dissacarídeos como:
Manitol e sorbitol: serão pouco absorvidos, justificando seu uso como
edulcorantes.
Podem servir de substrato para microrganismos fermentadores no
intestino e cólon: metabólitos podem causar flatulência e diarreia
dependendo da quantidade.
Metabolismo de Carboidratos
Principais reguladores da glicemia após uma refeição: quantidade e a
digestibilidade do carboidrato ingerido; a absorção e o grau de captação hepática e; a
secreção de insulina e a sensibilidade dos tecidos periféricos à ação da insulina.
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Índice Glicêmico (IG) e Carga Glicêmica (CG)
Efeito das concentrações de glicose no sangue: podem apresentar
rápida ou lenta resposta glicêmica.
Índice Glicêmico (IG): classificação proposta para quantificar a glicose
sanguínea após a ingestão de um alimento com carboidratos.
Medida da velocidade em que o carboidrato é digerido.
Expressa o aumento da glicemia após duas horas da ingestão de um
alimento-teste, com 50 g de carboidratos disponíveis.
Alimentos com baixo IG têm consistentemente demonstrado efeitos
benéficos no controle da glicemia tanto em curto como em longo
prazo em pacientes diabéticos.
Metabolismo de Carboidratos
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Índice Glicêmico (IG) e Carga Glicêmica (CG)
Dados publicados sobre índice glicêmico dos alimentos individuais:
Pão branco e glicose usados como alimentos de referência →
consolidados para a conveniência dos consumidores.
O uso do índice glicêmico para modificar as dietas e para prevenir e
controlar a doença crônica ainda está sob pesquisa.
Qualidade e a quantidade de carboidratos presentes em uma porção.
A carga glicêmica e as fibras também têm implicações importantes
para os indivíduos que manifestam a síndrome metabólica.
Carga glicêmica de um alimento: é o IG do carboidrato dividido por
100 e multiplicado pelo seu teor de carboidratos disponíveis (ou seja,
carboidratos menos fibras) em gramas.
Metabolismo de Carboidratos
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Metabolismo de Carboidratos
Índice Glicêmico (IG) e Carga Glicêmica (CG)
Padrão: glicose
Padrão: pão branco
IG ≤ 75: baixoIG > 95: alto
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Metabolismo de Carboidratos
Índice Glicêmico (IG) e Carga Glicêmica (CG)
Frutas: apresentam IG de médio a baixo.
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Metabolismo de Carboidratos
Índice Glicêmico (IG) e Carga Glicêmica (CG)
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Metabolismo de Carboidratos
Índice Glicêmico (IG) e Carga Glicêmica (CG)
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Metabolismo de Carboidratos
Índice Glicêmico (IG) e Carga Glicêmica (CG)
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Metabolismo de Carboidratos
Índice Glicêmico (IG) e Carga Glicêmica (CG)
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Carboidratos: utilizados como fonte energética pelas células, na
forma de glicose.
O excesso pode ser convertido em glicogênio ou ácidos graxos e,
também, utilizado para a síntese de aminoácidos.
Controle glicêmico: hormônios → Insulina.
Após a refeição: pâncreas libera insulina para propiciar a ativação dos
receptores celulares de captação e também estimular a glicogênese e
lipogênese.
Metabolismo de Carboidratos
Conjunto de reações metabólicas
que ocorre no fígado.
Glicogênio sintetizado a partir de
carboidratos simples (glicose).
Formação metabólica dos lipídios pela
transformação de materiais não
gordurosos em gordura corporal.
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Durante jejum:
Baixa taxa de glicose no sangue.
Pâncreas libera o hormônio glucagon para promover a
glicogenólise, tanto em níveis hepáticos como musculares.
E se a glicose obtida pela glicogenólise não for suficiente?
Obtenção de glicose pela gliconeogênese: a partir de ácidos graxos e
aminoácidos.
Metabolismo de Carboidratos
Consumo de glicogênio
para obtenção de glicose.
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Metabolismo de Carboidratos
Metabolismo da glicose:
Primeiras etapas:
Fosforilação e Clivagem
Fosforilação inorgânica
Produção de ATP
02 moléculas Piruvato
Respiração celular e glicólise
Glicose: rica em energia
Objetivo: produção de ATP
Ocorre no citossol
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Metabolismo de Carboidratos
Metabolismo da glicose:
Piruvato
CO2
Cômputo energético:
1. Glicólise: 6 ATPs.
2. Descarboxilação do Piruvato:
6 ATPs.
3. Ciclo de Krebs: 24 ATPs.
Total: 38 ATPs = 380.000 cal.
Ocorre na matriz
mitocondrial
Descarboxilação do piruvato
Os carbonos da glicose já
foram consumidos até
essa etapa:
Objetivo → transformar
em oxaloacetato.
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Metabolismo de Carboidratos
Conversão do carboidrato em gordura: permite a formação de
reservas mesmo que sua alimentação contenha pouca gordura.
Consumo de carboidratos em excesso: conversão da glicose e síntese
de glicogênio.
Expansão dos estoques de glicogênio: uso quase que exclusivo da glicose
como fonte de energia, reduzindo temporariamente o acúmulo de glicogênio.
A síntese de lipídios a partir de glicose “lipogênese de novo” ocorre
somente após o consumo de quantidade excessiva de carboidratos e
depois do preenchimento dos estoques de glicogênio no organismo.
Excesso de carboidratos: termogênese (oxidação para produção de
energia liberada na forma de calor).
Gordura: estocada no tecido adiposo.
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EAR: Necessidade média estimada
RDA: Quantidade Dietética Recomendada
AI: Ingestão Adequada
Recomendações nutricionais
Quantidade facilmente ultrapassada pelo
consumo habitual de alimentos fontes de
carboidratos pela população brasileira.
AMDR (Acceptable Macronutrient
Distribuition Ranges): percentual
aceitável no valor energético total (VET).
- Adultos: de 45 a 65% do VET.
- Baixo consumo de lipídios e alto de
carboidratos: redução de doenças
cardiovasculares.
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DAMODARAN, Srinivasan; PARKIN, Kirk L.; FENNEMA, Owen R. Quimica de alimentos de
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Figuras: Google imagens https://www.google.com/imghp?hl=pt-pt
REFERÊNCIAS