Carboidratos

Os Carboidratos são as biomoléculas mais abundantes na natureza. Para muitos Carboidratos, a fórmula geral é: [C(H2O)]n, daí o nome "Carboidratos", ou "Hidratos de Carbono". Alguns Carboidratos possuem em sua estrutura: Nitrogênio, Fósforo ou Enxofre, não se adequando, portando, à formula geral. 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.



Os Carboidratos são divididos em três grandes grupos: Monossacarídeos,Dissacarídeos e Polissacarídeos.


Monossacarídeos:


São os Carboidratos mais simples que não podem ser hidrolisados, dos quais derivam todas as outras classes. Possuem a fórmula geral dos Carboidratos, isto é, o número de átomos de oxigênio é igual ao número de átomos de carbono, e o número de átomos de hidrogênio é igual ao dobro do número de átomos de carbono.


Quimicamente è São Polihidroxialdeídos (ou Aldoses) - ou Polihidroxicetonas (ou Cetoses), ou seja, compostos orgânicos, com pelo menos três carbonos, onde todos os carbonos possuem uma hidroxila, com exceção de um que possui a carbonila primária (grupamento aldeídico) ou a carbonila secundária (grupamento cetônico).



Grupamento Aldeídico Grupamento Cetônico



Feita exceção à Dihidroxicetona, todos os outros Monossacarídeos , e por extensão, todos os outros Carboidratos, possuem centros de assimetria (ou quirais), e fazem isomeria óptica.

Carbono assimétrico é aquele que esta ligado a quatro radicais diferentes entre si.





O carbono assimétrico é o que está ligado a 4 radicais diferentes e representa o centro quiral da molécula.


A classificação dos Monossacarídeos também pode ser baseada no número de carbonos de suas moléculas. Esse número varia de três a oito, assim sendo, as TRIOSES são os Monossacarídeos mais simples, seguidos das TETROSES, PENTOSES, HEXOSES, HEPTOSES e OCTOSES. Desses, os mais importantes para os organismos vivos são as Pentoses e as Hexoses.

As Pentoses mais importantes são:
Ribose (ocorre no RNA e tem função estrutural)

Desoxirribose (ocorre no DNA e tem função estrutural)

Arabinose

Xilose

As Hexoses mais importantes são:

Glicose (ocorre no sangue e mel e tem função energética)

Galactose (ocorre no leite e tem função energética)

Manose

Frutose (ocorre nas frutas e tem função energética)

Em solução aquosa, os Monossacarídeos estão presentes na sua forma aberta (cadeia linear) em uma proporção de apenas 0,02% .O restante das moléculas está ciclizado na forma de um anel hemiacetal de 5 ou de 6 vértices. O anel de 5 vértices é chamado de anel furanosídico (ciclização feita através da ligação do grupamento aldeídico com o carbono 4). O anel de 6 vértices é chamado de anel piranosídico (ciclização feita através da ligação do grupamento aldeídico com o carbono 5).


Na estrutura do anel, o carbono onde ocorre a formação do hemiacetal (ciclização) é denominado "Carbono Anomérico", e sua hidroxila pode assumir 2 formas:

Alfa è Quando ela fica para baixo do plano do anel

Beta è Quando ela fica para cima do plano do anel


As outras hidroxilas da molécula, quando representadas na forma em anel, seguem a seguinte convenção:

Se estiverem para a direita, serão consideradas para baixo do plano do anel

Se estiverem para a esquerda, serão consideradas para cima do plano do anel.


A interconversão entre estas formas é dinâmica e denomina-se Mutarrotação.




Dissacarídeos:

São Carboidratos hidrolisáveis, ditos Glicosídeos, formados pela união de duas moléculas de Monossacarídeos através de uma ligação química especial denominada Ligação Glicosídica, com liberação de molécula de água.


A Ligação Glicosídica ocorre entre o carbono anomérico de um Monossacarídeo e qualquer outro carbono do Monossacarídeo seguinte, através de suas hidroxilas, e com a saída de uma molécula de água.


O tipo de ligação Glicosídica é definido pelos carbonos envolvidos e pelas configurações de suas hidroxilas. Exemplos:

Na Maltose è Gli a (1,4)-Gli . A maltose é formada pela união de duas moléculas de glicose. Apresenta função energética, estando presente no trigo e na batata.

Na Sacarose è Gli a (1,2)- b -Fru . A sacarose é formada pela união de uma molécula de glicose e uma de frutose. Apresenta função energética, estando presente na cana-de-açúcar e na beterraba.


Na Lactose è Gal b (1,4)-Gli . A lactose é formada pela união de uma molécula de glicose e uma de galactose. Apresenta função energética, estando presente no leite.

Na Celobiose è Gli b (1,4)-Gli . A celobiose é formada pela união de duas moléculas de glicose. Apresenta função estrutural, já que é um produto de degradação parcial da celulose, polissacarídeo integrante da parede celular dos vegetais.

Trealose è glicose + glicose a (1-1).


Polissacarídeos:


São os Carboidratos complexos, também chamados de Glicanas, constituídos de macromoléculas formadas por milhares de unidades monossacarídicas (Hexoses) ligadas entre si por ligações Glicosídicas na forma a ou b.

Alguns funcionam como reserva de carboidratos, outros atuam na morfologia celular.

Os Polissacarídeos mais importantes são os formados pela polimerização da Glicose, em número de três:

1- Amido è É o Polissacarídeo de reserva energética da célula vegetal . É formado por moléculas de glicose ligadas entre si através de numerosas ligações a (1,4) e poucas ligações a (1,6), ou "pontos de ramificação" da cadeia. A molécula sem pontos de ramificação é denominada amilose, enquanto aquela que se apresenta com ramificação recebe o nome de amilopectina. Sua molécula é muito linear, e forma hélice em solução aquosa. Encontra-se armazenado em grandes proporções em raízes tuberosas como a mandioca, caules, tubérculos, como a batata inglesa, e em certas sementes como o milho. A hidrólise total do amido forma moléculas de glicose, enquanto a hidrólise parcial produz moléculas de maltose.


2- Glicogênio è É o Polissacarídeo de reserva energética da célula animal .Muito semelhante ao amido, possui um número bem maior de ligações a (1,6), o que confere um alto grau de ramificação à sua molécula. Os vários pontos de ramificação constituem um importante impedimento à formação de uma estrutura em hélice. Encontra-se armazenado sobretudo no fígado e nos músculos. A hidrólise total do glicogênio forma moléculas de glicose, enquanto que a hidrólise parcial produz moléculas de maltose.



3- Celulose:

É o Carboidrato mais abundante na natureza. Possui função estrutural, sendo o principal componente da parede celular dos vegetais, responsável pela extrema resistência de alguns caules. .Possui um tipo de ligação glicosídica b (1- 4), que confere à molécula uma estrutura espacial muito linear, o que possibilita a formação de fibras insolúveis em água e não digeríveis pelo homem. Somente os animais que possuem bactérias e protozoários simbióticos em seus aparelhos digestivos (herbívoros) são capazes de digeri-la. A hidrólise total da celulose forma moléculas de glicose, enquanto a hidrólise parcial produz moléculas de celobiose.

Além dos três exemplos de Polissacarídeos mencionados, podem ainda ser citados:

a)-Heparina:

Substância de ação anti-coagulante nos vasos sanguíneos dos animais, produzida por células do tecido conjuntivo propriamente dito, denominadas mastócitos.

b)-Quitina

Substância nitrogenada com função estrutural, presente na parede celular dos fungos e no exoesqueleto dos artrópodes.

c)-Ácido Hialurônico

Substância presente no material intracelular dos tecidos conjuntivos, com função estrutural importante na parede celular.


Os Glicosídeos podem ser formados também pela ligação de um carboidrato a uma estrutura não-carboidrato, como uma proteína, um lipídio ou um ácido, recebendo os nomes de glicoproteínas, lipoproteínas e polissacarídeos ácidos, respectivamente.

As células animais têm um revestimento externo (glicocálix) macio e flexível formado por cadeias oligossacarídicas ligadas a lipídios (lipoproteínas) e proteínas (glicoproteínas). As glicoproteínas possuem um ou mais carboidrato em sua composição molecular, sendo que a maioria das proteínas da superfície celular são glicoproteínas.


Podemos citar como um polissacarídeo ácido importante, a heparina, formada por glicosamina + ácido urônico + os aminoácidos serina ou glicina.

Após a hidrólise e absorção dos carboidratos nos intestinos, a veia porta hepática fornece ao fígado uma quantidade enorme de glicose que vai ser liberada para o sangue e suprir as necessidades energéticas de todas as células do organismo.

As concentrações normais de glicose plasmática (glicemia) situam-se em torno de 70 a 110 mg/dl, sendo que situações de hiperglicemia tornam o sangue concentrado, alterando os mecanismos de troca da água do Líquido Intracelular com o Líquido Extracelular, além de ter efeitos degenerativos no Sistema Nervoso Central. Sendo assim, um sistema hormonal apurado entra em ação para evitar que o aporte sangüíneo de glicose exceda os limites de normalidade.

Os hormônios pancreáticos, insulina e glucagon, possuem ação regulatória sobre a glicemia plasmática. Não são os únicos envolvidos no metabolismo dos carboidratos, os hormônios sexuais, epinefrina, glicocorticóides, tireoidianos, etc. também têm influencia na glicemia, porém, sem dúvida, são os mais importantes.

A Insulina é produzida nas células b das ilhotas de Langerhans e é armazenada em vesículas do Aparelho de Golgi em uma forma inativa (pró-insulina). Nessas células existem receptores celulares que detectam níveis de glicose plasmáticas (hiperglicemia) após uma alimentação rica em carboidratos. A insulina é ativada e liberada na circulação sangüínea. Como efeito imediato, a insulina possui três efeitos principais:

1. Estimula a captação de glicose pelas células (com exceção dos neurônios e hepatócitos)

2. Estimula o armazenamento de glicogênio hepático e muscular (Glicogênese).

3. Estimula o armazenamento de aminoácidos no fígado e músculos) e, ácidos graxos nos adipócitos.

Como resultado dessas ações, ocorre a queda gradual da glicemia (hipoglicemia) que estimula as células b-pancreáticas a liberar o Glucagon. Esse hormônio possui ação antagônica à insulina, com três efeitos básicos:

1. Estimula a mobilização dos depósitos de aminoácidos e ácidos graxos;

2. Estimula a Glicogenólise

3. Estimula a Neoglicogênese.

Esses efeitos hiperglicemiantes possibilitam nova ação insulínica, o que deixa a glicemia de um indivíduo normal em torno de 70 a 110 mg/dl .

A captação de glicose pela célula se dá pelo encaixe da insulina com um receptor específico existente na membrana celular. Esse complexo sofre endocitose, permitindo a entrada de glicose, eletrólitos e água para a célula. A glicose é, então, metabolizada (através da Glicólise e Ciclo de Krebs). A insulina sofre degradação pelos enzimas intracelulares e o receptor é regenerado, reiniciando-se o processo.

Quanto mais o complexo insulina/receptor é endocitado, mais glicose entra na célula, até que o plasma fique hipoglicêmico. Essa hipoglicemia, entretanto, não é imediata, pois a regeneração do receptor é limitante da entrada de glicose na célula, de forma a possibilitar somente a quantidade de glicose necessária, evitando, assim, o excesso de glicose intracelular.

Nos músculos, a glicose em excesso é convertida em glicogênio, assim como a glicose que retorna ao fígado.

A grande maioria das células do organismo são dependentes da insulina para captar glicose (o neurônio e os hepatócitos são exceções, pois não têm receptores específicos para insulina, sendo a glicose absorvida por difusão).

A deficiência na produção ou ausência total de insulina ou dos receptores caracteriza uma das doenças metabólicas mais comuns, o Diabetes Mellitus