UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA CATARINA

DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA QUÍMICA

DISCIPLINA DE ENGENHARIA BIOQUÍMICA

Glicícios

Conceitos Gerais:
 

Ø       Os carboidratos são as biomoléculas mais abundantes na natureza.

Ø       Para muitos carboidratos, a fórmula geral é: [C(H2O)]n, daí o nome "carboidrato", ou "hidratos de carbono"

Ø       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

Monossacarídeos:
 

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

Ø       Quimicamente è São polihidroxialdeídos (ou aldoses) - ou polihidroxicetonas (ou cetoses), sendo os mais simples monossacarídeos compostos com no mínimo 3 carbonos:

§         O Gliceraldeído

§         A Dihidroxicetona

 

 

 

 

Ø       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.

Ø       A classificação dos monossacarídeos também 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.

Ø       Destes, os mais importantes são as Pentoses e as Hexoses.

Ø       As pentoses mais importantes são:

§         Ribose

§         Arabinose

§         Xilose

Ø       As hexoses mais importantes são:

§         Glicose

§         Galactose

§         Manose

§         Frutose

Monossacarídeos em Solução Aquosa:
 

Ø       Os monossacarídeos em solução aquosa estão presentes na sua forma aberta em uma proporção de apenas 0,02%

Ø       O restante das moléculas está ciclizada na forma de um anel hemiacetal de 5 ou de 6 vértices.

Ø       O anel de 5 vértices é chamado de anel furanosídico

Ø       O anel de 6 vértices é chamado de anel piranosídico

Ø       Na estrutura do anel, o carbono onde ocorre a formação do hemiacetal 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

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

Ø       Exemplo: Para a molécula da glicose, em solução aquosa, temos as seguintes proporções:

§         b - D - Glicopiranose: 62%

§         a - D - Glicopiranose: 38%

§         a - D - Glicofuranose: menos de 0,5%

§         b - D - Glicofuranose: menos de 0,5%

§         Forma aberta: menos de 0,02%

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

 

§         Se estavam para a direita è Para baixo do plano do anel

§         Se estavam para a esquerda è para cima do plano do anel.

Ø       Existe ainda a possibilidade de se dividir as estruturas em anel em 2 grupos, conforme sua configuração espacial:

§         Estrutura em cadeira è mais comum

§         Estrutura em barco

Ø       Monossacarídeos Epímeros è São monossacarídeos que diferem entre si na posição de apenas uma hidroxila. Exs:

§         Glicose e Galactose são epímeros em C4

§         Glicose e Manose são epímeros em C2

 

Dissacarídeos:
 

Ø       São carboidratos ditos Glicosídeos, pois são formados a partir da ligação de 2 monossacarídeos através de ligações especiais denominadas "Ligações Glicosídicas"

Ø       A Ligação Glicosídica è 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.

Ø       Os glicosídeos podem ser formados também pela ligação de um carboidrato a uma estrutura não-carboidrato, como uma proteína, por exemplo.

Ø       O tipo de ligação glicosídica é definido pelos carbonos envolvidos e pelas configurações de suas hidroxilas. Exs:

§         Na Maltose è Gli a (1,4)-Gli

§         Na Sacarose è Gli a (1,2)-b -Fru

§         Na Lactose è Gal b (1,4)-Gli

§         Na Celobiose è Gli b (1,4)-Gli

 

 

 

Polissacarídeos:
 

Ø       São os carboidratos complexos, macromoléculas formadas por milhares de unidades monossacarídicas ligadas entre si por ligações glicosídicas.

Ø       Os polissacarídeos mais importantes são os formados pela polimerização da glicose, em número de 3:

1.       1.      O Amido:

Ø       É o polissacarídeo de reserva da célula vegetal

Ø       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

Ø       Sua molécula é muito linear, e forma hélice em solução aquosa.

 

1.       2.      O Glicogênio:

Ø       É o polissacarídeo de reserva da célula animal

Ø       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

Ø       Os vários pontos de ramificação constituem um importante impedimento à formação de uma estrutura em hélice

3         3        . A Celulose:

Ø       É o carboidrato mais abundante na natureza

Ø       Possui função estrutural na célula vegetal, como um componente importante da parede celular

Ø       Semelhante ao amido e ao glicogênio em composição, a celulose também é um polímero de glicose, mas formada por ligações tipo b (1,4).

Ø       Este tipo de ligação glicosídica confere á molécula uma estrutura espacial muito linear, que forma fibras insolúveis em água e não digeríveis pelo ser humano.


 Algumas Estruturas Citadas Acima:

 
 

 


                                                                        Maltose


Celobiose

 

AÇÚCARES: Algumas propriedades importantes.

Os açúcares são uma classe de substâncias químicas cuja denominação mais precisa é carboidratos. Como o próprio nome sugere estas substâncias são hidratos de carbono, cuja formulação geral para muitos deles é Cn(H2O)m. Uma propriedade importante dos açúcares é a solubilidade em água, ao contrário de outros carboidratos como o amido e a celulose que são insolúveis. A importância dos carboidratos para os seres vivos é evidente. Basta lembrar de um processo que ocorre nos organismos portadores de clorofila:

6CO2 + 6H2O =========> C6H12O6 + 6O2

Este processo é chamado de fotossíntese, que aqui aparece representado através de uma reação química, onde o carboidrato e o oxigênio são produzidos a partir de gás carbônico e água. A clorofila age como um catalisador da reação acima, tornando-a possível em condições ambientes e na presença de luz.

Numa outra ponta da cadeia alimentar, existem os seres vivos que sobrevivem através do consumo de alimentos, onde podem ser incluídos os carboidratos. Não exatamente como um processo inverso, mas assim representado através de uma reação química, a combustão dos carboidratos fornece energia para os seres chamados heterótrofos, além de gás carbônico e água, que retornam ao ambiente. Simplificadamente, a energia solar obtida pelos seres clorofilados no processo de fotossíntese é transmitida para os seres heterótrofos, utilizando-se como “meio de transporte” os carboidratos, além é claro de outras classes de alimentos.

Esta é talvez a propriedade mais importante que vale destacar para o desenvolvimento do Projeto FRUTAS. Vamos procurar compreender a importância dos carboidratos, especialmente dos açúcares, para a alimentação humana, tendo como ponto de partida o acompanhamento da sua concentração nas frutas. Para tanto, é necessário observar algumas outras propriedades químicas importantes dos açúcares.

Inicialmente, cabe apontar que os açúcares são carboidratos solúveis em água. Portanto, numa constatação simples pode-se observar que o açúcar mais comum utilizado no dia-a-dia das pessoas dissolve na água. Entre os açúcares presentes no cotidiano das pessoas, destacam-se a glicose, frutose e galactose, que são classificados como monossacarídeos. Um outro açúcar muito conhecido é a sacarose, encontrada na cana-de açúcar e na beterraba, que é classificado como dissacarídeo, assim como a maltose, encontrada no malte. Para se compreender melhor a classificação dos carboidratos em mono e dissacarídeos, deve-se considerar que a hidrólise de dissacarídeos em meio ácido produz dois monossacarídeos. A sacarose, por exemplo, hidrolisa-se produzindo a glicose e a frutose; já a lactose, dissacarídeo encontrado no leite, produz a glicose e a galactose.

OS TANINOS

Depois da descoberta da vitamina C muita literatura, leia-se pesquisa, tem sido e continua sendo produzida sobre essa vitamina e sua contribuição para o bem estar da saúde do ser humano. Dessas pesquisas descobriu-se que o teor de vitamina C (mg/100g) diminui durante o amadurecimento da grande maioria dos frutos, uma das fontes de vitamina C junto com os vegetais.

Se pensarmos apenas na vitamina C, a primeira idéia seria de consumirmos frutos verdes por estes possuírem maior teor de vitamna C que o mesmo fruto maduro; A Natureza porém é mais sábia que o homem... Os frutos não alimentam só os seres humanos, eles servem de alimento para animais de todas as espécies, de morcegos a mosquitos. Eles também tem uma função fundamental que é manter as condições ideais para que as sementes dessas plantas frutíferas cresçam e, no momento certo, possam produzir novas plantas.

Por conta da depredação nociva à planta, que seria ter o seu fruto consumido antes do tempo, e por vários outros motivos, a planta também produz uma classe de compostos conhecidos como taninos que, por suas características adstringentes, tornam os frutos verdes pouco agradáveis de serem consumidos. Os taninos também podem ser muito perigosos para os animais superiores, portanto para os seres humanos. O consumo crônico de grandes quantidades de certos taninos pode gerar danos às superfícies gastrointestinais. Durante o amadurecimento, o teor desses taninos (mg/100g), na maioria dos frutos, diminui e a perda da adstringência tem sido associada com a interação de taninos solúveis com outros componentes dos frutos. Alguns tipos de taninos podem agir como antioxidantes, por exemplo, a degradação da vitaminaC.

 

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Açúcares redutores : são carboidratos doadores de elétrons (reduzem os agentes oxidantes) por possuírem grupos aldeidicos ou cetonicos livres ou potencialmente livres, capazes de reduzir os agentes oxidantes. Se oxidam em meio alcalino. Esta propriedade É empregada para a analise e quantificação dos carboidratos.

 

Exemplos de alguns testes:

           

 

reativo

detecta

coloração

 

1 - Tese de Fehling sol. Cupro alcalina

.redutores

vermelho

 

2 - Teste de Benedict

glicose

azul

 

3 - Reação de Molish

geral AR

anel púrpura

 

4 -            de Bial

pentoses

azul

 

5 -            de Tollens

pentoses

rosa

 

6 -       de Seliwanoff

frutose

vermelho

 

 

LIGAÇÃO GLICOSIDICA                                   DISSACARÍDEOS

 

MALTOSE                    2 D Gli              (a 1,4 glicosídica)

 

SACAROSE                  D Fru + D Glic (a 1,2 glicosídica)

 

CELOBIOSE                 2 D Gli              (b 1,4 glicosídica)

 

LACTOSE                     D Gal  +  D Gli  (b 1,4 glicosídica)

 

TREALOSE                   2 D Gli              (a 1,1 glicosídica)

 

 

Os carboidratos (também chamados sacarídeos, glicídios, oses, hidratos de carbono ou açúcares), são definidos, quimicamente, como poli-hidróxi-cetonas (cetoses) ou poli-hidróxi-aldeídos (aldoses), 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).

Possuem fórmula empírica Cn(H2O)m desde os mais simples (os monossacarídeos, onde n = m) até os maiores (com peso molecular de até milhões de daltons). Alguns carboidratos, entretanto, possuem em sua estrutura nitrogênio, fósforo ou enxofre não se adequando, portanto, à fórmula geral.

A grande informação embutida por detrás desta fórmula geral é a origem fotossintéticos dos carboidratos nos vegetais, podendo-se dizer que os carboidratos contém na intimidade de sua molécula a água, o CO2 e a energia luminosa que foram utilizados em sua síntese. A conversão da energia luminosa em energia química faz com que esses compostos fotossintetizados funcionem como um verdadeiro combustível celular, liberando uma grande quantidade de energia térmica quando quebrada as ligações dos carbonos de suas moléculas, liberando, também, a água e o CO2 que lá se encontravam ligados.

A relação entre a fotossíntese e a função energética dos carboidratos é indiscutível. De fato, a clorofila presente nas células vegetais é a única molécula da natureza que não emite energia em forma de calor após ter tido seus elétrons excitados pela luz: ela utiliza esta energia para unir átomos de carbono do CO2 absorvido, "armazenando-a" nas moléculas de glicose sintetizadas neste processo fotossintético.

Os vegetais são auto-suficientes na produção de carboidratos. Os animais precisam alimentar-se de células vegetais (ou de animais herbívoros) para obter glicose e O2 para produzir energia para suas reações metabólicas.

Os animais não são capazes de sintetizar carboidratos a partir de substratos simples não energéticos, precisando obtê-los através da alimentação, produzindo CO2 (excretado para a atmosfera), água e energia (utilizados nas reações intracelulares).

Nos animais, há um processo chamado neoglicogênese que corresponde a uma síntese de glicose a partir de percursores não glicídicos. Um outro processo de síntese endógena de glicose se dá através da glicogenólise do glicogênio sintetizado no fígado e músculos (glicogênese). Esses processos, entretanto, só são possíveis a partir de substratos provenientes de um prévio metabolismo glicídico, o que obriga a obtenção de carboidratos pela alimentação, fato que torna os animais dependentes dos vegetais em termos de obtenção 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 ATP (adenosina tri-fosfato) durante o processo de respiração celular (fosforilação oxidativa). As duas primeiras ligações liberam alta energia (± 10 Kcal) quando quebradas, ao contrário da primeira que possui baixa energia de ligação em relação às primeiras (± 6 Kcal). Note que o ATP corresponte, então, a um verdadeiro armazém da energia solar que foi conservada durante todo esse fantástico processo biológico.