42951 carboidratos --introdução.2012

CARBOIDRATOS

Curso Superior de Tecnologia em Processos Químicos

Profª. Sheylla Maria Luz Teixeira

CARBOIDRATOS

Curso Superior de Tecnologia em Alimentos

Profª. Sheylla Maria Luz Teixeira

Carboidratos• Conceitos Gerais:

• Os carboidratos são as biomoléculas mais abundantes na natureza. – Para muitos carboidratos, a fórmula geral é: [C(H2O)]n, daí o nome "carboidrato", ou "hidratos de carbono" "hidratos de carbono"

– São moléculas que desempenham uma ampla variedade de funções, entre elas:

• Fonte de energia • Reserva de energia • Estrutural • Matéria prima para a biossíntese de outras biomoléculas

Carboidratos• Monossacarídeos:

– São os carboidratos mais simples, dos quais derivam todas as outras classes.

– Quimicamente são aldeídos ou cetonasderivados de poliidroxiálcoois de cadeia derivados de poliidroxiálcoois de cadeia linear contendo pelo menos três átomos de carbono.

– Os mais simples monossacarídeos compostos com no mínimo 3 carbonos são:

• O Gliceraldeído • A Dihidroxicetona

Monossacarídeos• Feita exceção à dihidroxiacetona, todos os

outros monossacarídeos - e por extensão, todos os outros carboidratos - possuem centros de assimetria (ou centros quirais), e fazem isomeria óptica. e fazem isomeria óptica.

• Eles são classificados de acordo com a natureza química de seu grupo carbonila e pelo número de seus átomos de carbono.

Monossacarídeos• Se o grupo carbonila for um aldeído, o

açúcar será uma ALDOSE. • Se o grupo carbonila for uma cetona, o

açúcar será uma CETOSE. açúcar será uma CETOSE. • A classificação pode ser baseada no

número de carbonos de suas moléculas; assim sendo, as TRIOSES são os monossacarídeios mais simples, seguidos das TETROSES, PENTOSES, HEXOSES, HEPTOSES, etc.

Monossacarídeos

Aldose Cetose

Monossacarídeos

Aldoses Cetose

Monossacarídeos

Aldoses

Monossacarídeos

Cetoses

Monossacarídeos

Aldoses

Monossacarídeos

Cetoses

Monossacarídeos– Dentre os monossacarídeos, os mais importantes

são as Pentoses e as Hexoses.

– As pentoses mais importantes são:

• Ribose

• Arabinose • Arabinose

• Xilose

– As hexoses mais importantes são:

• Glicose

• Galactose

• Manose

• Frutose

Monossacarídeos são agentes redutores

O íon Cu+1 produzido em condições alcalinas forma um precipitado vermelho de óxido cuproso:

Reação de Fehling

Carboidratos• A GLICOSE é o carboidrato mais

importante. • É sob a forma de glicose que a maior

parte dos carboidratos da dieta são parte dos carboidratos da dieta são absorvidos pela corrente sangüínea ou é em glicose que o fígado converte os outros açúcares.

• É a partir de glicose que todos os carboidratos do organismo são formados.

Carboidratos

• Na biosfera, há provavelmente mais carboidratos do que todas as outras matérias orgânicas juntas, graças à grande abundância, no reino vegetal, de dois polímeros da D-glucose, o amido e a celulose.D-glucose, o amido e a celulose.

• O carboidrato é a única fonte de energia aceita pelo cérebro, importante para o funcionamento do coração e todo sistema nervoso.

Carboidratos• O corpo armazena carboidratos em três

lugares: fígado (300 a 400g), músculo (glicogênio) e sangue (glicose). Os carboidratos evitam que nossos músculos sejam digeridos para produção músculos sejam digeridos para produção de energia, por isso se sua dieta for baixa em carboidratos, o corpo faz canibalismo muscular.

Carboidratos

• A glicose é o principal combustível dos tecidos de mamíferos (exceto ruminantes) e o combustível universal dos fetos. dos fetos.

• A glicose pode ser convertida a outros carboidratos que desempenham funções altamente específicas, por exemplo:

Carboidratos• Glicogênio – função de armazenamento;• Ribose – constituinte dos ácidos

nucléicos;• Galactose – constituinte da lactose do

leite. • Galactose – constituinte da lactose do

leite. • As doenças associadas aos carboidratos,

incluem: o diabetes mellitus, a galactosemia, as doenças de armazenamento do glicogênio e a intolerância à lactose.

Glicose• É uma aldoexose com

a seguinte fórmula mínima: (CH2O)6

Glicose• A fórmula estrutural de cadeia reta pode esclarecer algumas propriedades da glicose, porém a estrutura cíclica é favorecida termodinamicamente e responde inteiramente por suas outras propriedades químicas. químicas.

• Os 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.

Carboidratos

• Os açúcares apresentam várias formas de isomerismo:

1 – Isomerismo D e L;2 – Estruturas cíclicas de Piranose e 2 – Estruturas cíclicas de Piranose e

Furanose;3 – Anômeros Alfa e Beta;4 – Epímeros; 5 – Isomerismo aldose-cetose.

Carboidratos1 - Isomerismo D e L: A designação de

um isômero como da forma D ou de sua imagem especular como da forma L é determinada por suas relações espaciais determinada por suas relações espaciais com um composto da família dos carboidratos, o gliceraldeído (glicerose) ─ um açúcar com três átomos de carbono.

Isomerismo D e L

Isomerismo D e L

Carboidratos2 - Estruturas cíclicas de Piranose e

Furanose: Esta terminologia baseou-se no fato de que as estruturas cíclicas estáveis dos monossacarídeos são estáveis dos monossacarídeos são similares às estruturas dos anéis do pirano ou furano.

No caso da solução de glicose, mais do que 99% está na forma de piranose.

Estruturas cíclicas de Piranose e Furanose

Carboidratos3 - Anômeros Alfa e Beta: Quando um

monossacarídeo se cicliza, o carbono carbonila, denominado carbono anomérico, torna-se um centro quiral com duas torna-se um centro quiral com duas configurações possíveis. No anômero alfa, o OH substituinte do carbono anomérico está do lado oposto do anel do açúcar a partir do grupo -CH2OH no centro quiral que designa a configuração D ou L (C5 nas hexoses). O outro anômero é conhecido como a forma Beta.

Carboidratos

Carboidratos4 - Epímeros: são os isômeros que diferem

em conseqüência de variações na configuração dos –OH e –H ligados aos átomos de carbono 2,3,e 4 da glicose. átomos de carbono 2,3,e 4 da glicose. Biologicamente, os epímeros mais importantes da glicose são a manose e a galactose, formadas por epimerização dos carbonos 2 e 4, respectivamente.

Carboidratos

Carboidratos5 - Isomerismo Aldose-Cetose: A

frutose tem a mesma fórmula molecular que a glicose, porém difere quanto a sua fórmula estrutural visto que apresenta fórmula estrutural visto que apresenta um grupo ceto potencial na posição 2, o carbono anomérico da frutose, enquanto a glicose apresenta um grupo aldeídico potencial na posição 1.

Carboidratos

Carboidratos

Formação dehemiacetais ehemicetais

Formação das duas formascíclicas da D-glicose

Aldeído do C-1 com OH doC-5 forma a ligação

Hemiacetal e produz doisEstereoisômeros:anômero αααα e ββββ

2/31/3

DISSACARÍDEOSDois monossacarídeos ligados por uma ligaçãoO-glicosídica: grupo hidroxil de 1 açúcar

reage com o carbono anomérico de outro acúcar(formação de acetal)

Carboidratos

DISSACARÍDEOSLactose: açúcar redutor

presente no leiteD-galactosidase ou lactase intestinal: comum a ausência em africanos e orientais: Intolerância à lactose

Sacarose: Sacarose: açúcar não redutor

Formado somente por plantas

Trealose: açúcar não redutor

Fonte de armazenamento de energia presente na hemolinfa de insetos

Dissacarídeos

Carboidratos

• Oligossacarídeos – São polímeros constituídos por número variável de monossacarídeos (de 2 a 20), contudo são poucos os que se encontram em grandes quantidades nos alimentos, sendo que vários deles são o resultado da hidrólise dos vários deles são o resultado da hidrólise dos polissacarídeos.

• São compostos normalmente por glicose, galactose e frutose.

• Os mais comuns são: rafinose (trissacarídeo) e estaquiose (tetrassacarídeo)

Carboidratos

• Polissacarídeos – São polímeros formados por mais de 20 monossacarídeos dispostos de forma linear ou ramificada.

• Se todos os monômeros constituintes são do mesmo açúcar, os polissacarídeos denominam-se homoglicanas (celulose, amilose, amilopectina).

• Quando são de diferentes açúcares, denominam-se • Quando são de diferentes açúcares, denominam-se heteroglicanas (gomas).

• A conseqüente diversidade de polissacarídeos quanto à sua composição faz com que as propriedades dessas moléculas de alto peso molecular sejam muito distintas daquelas dos monossacarídeos que as constituem; assim, dissolvem-se com mais dificuldade, têm pouco sabor doce e suas reações são muito lentas.

POLISSACARÍDEOS ou GLICANOS

Homopolissacarídeos: forma de armazenamento de energia (amido e glicogênio) e componente estrutural de parede celular de vegetais e exoesqueleto (celulose e

quitina)

Heteropolissacarídeos: suporte extracelular em muitas formas de vida e componente estrutural de parede celular de bactérias

Carboidratos

• Os Polissacarídeos que mais se encontram distribuídos na natureza são:

• No reino vegetal – o amido, a celulose e as pectinas;• No reino animal – o glicogênio.

Carboidratos• Glicogênio: polissacarídeo de reserva nos

tecidos animais, freqüentemente chamado de amido animal. Está presente em todas as células, mas é mais abundante no músculo células, mas é mais abundante no músculo esquelético e no fígado, onde ocorre sob a forma de grânulos citoplasmáticos.

• Após a morte do animal, grande parte degrada-se em glicose e posteriormente em ácido lático.

CarboidratosA estrutura primária do glicogênio assemelha-

se à da amilopectina, mas o glicogênio é mais ramificado, com pontos de ramificação ocorrendo a cada 8 a 14 resíduos de glicose, que significa maior grau de ramificação e lhe confere peso molecular muito elevado.

É um polímero de D-glicoses unidas por ligações α(1→4) com ramificações cujas ligações glicosídicas são do tipo α(1→6).

Carboidratos• O glicogênio ocorre sob a forma de

grânulos intracelulares de moléculas esferoidais com 100 a 400 Αº de diâmetro, cada uma contendo até 120 mil unidades cada uma contendo até 120 mil unidades de glicose. Os grânulos de glicogênio também contêm as enzimas que catalisam a síntese e a degradação do glicogênio, bem como muitas das proteínas que regulam esses processos.

PolissacarídeosO glicogênio é outro polissacarídeo muito

importante é encontrado nas células animais em forma de grãos ou grânulos. Assim como a

amilopectina, apresenta ramificações em ligações do tipo 1-6.

O

HO

OH

OHH

OH

O

HO

O

OHH

OH

O

OH

HO

HO

O

H

OH

O

OH

HO H

OH

O

OH

O

HO

O

H

OH

O

OH

HO

OH

H

O

Carboidratos• Grânulos de

glicogênio (em rosa) de uma célula hepática.

• O conteúdo do glicogênio no fígado pode alcançar de 2 a 10% do seu peso. Nas células musculares até 1-2 % em peso.

Carboidratos

ligação

Extremidade redutora

• Estrutura molecular do glicogênio. Na molécula real, há aproximadamente 12 resíduos por cadeia.

ligaçãoPonto de ramificação

Carboidratos

• Diagrama esquemático da estrutura ramificada do glicogênio. Observe que a molécula tem muitas extremidades não-redutoras, mas apenas uma extremidade redutora.

CarboidratosUnidades de glicose são mobilizadas por

meio da remoção seqüencial das extremidades não-redutoras do glicogênio (extremidades que não possuem um grupo (extremidades que não possuem um grupo C1-OH). Enquanto o glicogênio possui apenas uma extremidade redutora, há uma extremidade não-redutora em cada ramificação.

CarboidratosA estrutura altamente ramificada do glicogênio

permite, portanto, uma mobilização rápida de glicose por meio da liberação simultânea de unidades de glicose no final de cada unidades de glicose no final de cada ramificação.

Os grânulos de glicogênio nos músculos cardíacos e esquelético medem cerca de 50µm de diâmetro, associados, fundamentalmente, a filamentos de actina.

CarboidratosA quebra do glicogênio ou glicogenólise,

requer três enzimas:• Glicogênio-fosforilase;• Enzima de desramificação do glicogênio;• Enzima de desramificação do glicogênio;• Fosfoglicomutase.

Carboidratos• Celulose – componente estrutural principal

da parede celular das plantas. É responsável por mais da metade do carbono presente na biosfera: estima-se carbono presente na biosfera: estima-se que aproximadamente 1015 kg de celulose sejam sintetizados e degradados anualmente.

PolissacarídeosA celulose, é formada por unidade b-glicosetambém unidas por ligações do tipo 1-4, o que

lhes confere estrutura tridimensional e

propriedades físicas diferentes.

O

OH

O

OHOH

OH

A celulose apresenta as unidades monossacarídicas a 180° em relação às vizinhas, o que lhe confere

um rede estabilizadora de pontes de hidrogênio

O

OH

HO

HO

H

O

OH

O

HO

H

O

OH

O

HO

H

O

OH

O

HO

H

OH

CeluloseCeluloseCeluloseCelulose

CarboidratosCelulose – é um polímero linear de até 15 mil resíduos

de D-glicose ligados por ligações glicosídicas β(1→4).

Carboidratos• Micrografia eletrônica

da parede celular de alga. Essa estrutura altamente coesiva unida por liga;óes de unida por liga;óes de hidrogênio confere às fibras de celulose uma força excepcional, tornando-as insolúveis em água, apesar de sua hidrofilicidade.

Carboidratos• As fibras da celulose

consistem em aproximadamente 40 cadeias estendidas e paralelas de glicanos. A estrutura final é estabilizada por estabilizada por ligações de hidrogênio intermoleculares.

POLISSACARÍDEOS ESTRUTURAISHomopolissacarídeos: quitina

Estrutura: polímero de N-acetil-D-glicosaminaLigações (ββββ1→→→→4)

Principal componente do exoesqueleto de artrópodesinsetos, caranguejos, lagostas

Segundo + abundante polissacarídeo depois da celulose

Polissacarídeos

A quitina é outro polissacarídeo bastante comum, basicamente formada por por unidade de ββββ-N-acetilglicosamida, ou seja, possui um grupo aminoacetilado em C2 ao

O

N

HO

HO

H

OH

CO

CH CH

OH

Quitinaaminoacetilado em C2 ao invés de um grupo hidroxila.

A quitina é o principal componente dos

exoesqueletos dos insetos, escamas de

peixes, etc.

CH2 CH3Quitina

PolissacarídeosO amido é constituídos por unidades de a-glicoseunidas por ligações 1-4 e divididos em duas partes, a

amilose, que é uma cadeia linear não-ramificada,

e amilopectina, que apresenta pontos de ramificação, com ligações do tipo 1-6.

OH

O

OH

HO

HO

O

H

O

OH

HO H

OH

O

OH

O

HO

O

H

OH

O

OH

HO

OH

H

OH

AmidoAmidoAmidoAmido