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.
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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
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