Bioquimica i 02 carboidratos

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Bioquimica i 02 carboidratos

  1. 1. Arlindo Ugulino Netto – MEDICINA P1 – 2007.2FAMENENETTO, Arlindo Ugulino.BIOQUÍMICA METABÓLICA CARBOIDRATOS (Professor Homero Perazzo) Os carboidratos são as biomoléculas mais abundantes na face da Terra. A cada ano, a fotossíntese convertemais de 100 bilhões de toneladas de CO2 e H2O em celulose e outros produtos vegetais. Os carboidratos tambémpodem ser chamados de açucares, glicídeos, sacarídeos, oses, osídeos ou hidratos de carbono. Certos carboidratos (açúcar comum e amido) são a base da dieta na maior parte do mundo e a oxidação doscarboidratos é a principal via metabólica fornecedora de energia para a maioria das células não-fotossintéticas, como asdos seres humanos. Polímeros insolúveis de carboidratos funcionam tanto como elementos estruturais quanto de proteção nasparedes celulares bacterianas e de vegetais e nos tecidos conjuntivos de animais. Outros polímeros de carboidratosagem como lubrificantes das articulações esqueléticas e participam do reconhecimento e da coesão entre as células.Polímeros mais complexos de carboidratos, ligados covalentemente a proteínas ou lipídios, agem como sinais quedeterminam a localização intracelular ou o destino metabólico dessas moléculas híbridas, denominadasglicoconjugados. Os carboidratos são, predominantemente, poliidroxialdeídos ou poliidroxicetonas cíclicos, ou substâncias queliberam esses compostos por hidrólise. O grupo dos carboidratos abrange uma vasta gama de moléculas que possuemem comum o fato de apresentarem átomos de carbono na mesma proporção de moléculas de água, segundo a fórmulaempírica que segue. Alguns também contém nitrogênio, fósforo ou enxofre. Ex: Glicose C6H12O6 ou C6(H2O)6. É um poliidroxialdeído porque possui muitos radicais hidroxila (-OH) e um radical aldeído (-CHO). 2 Ex : Frutose C6H12O6. É um poliidroxicetona porque possui muitos radicais hidroxila (-OH) e um radical cetona (-CO). Ex3: Ramnose (carboidrato originado da desoxigenação do C6 de uma hexose) C6H12O5. 4 Ex : Ácido acético (menor carboidrato possível de se obter) C2H4O2 ou H3C – COOH.FUNÇÕES DOS CARBOIDRATOS Os carboidratos têm funções estruturais da membrana celular (construtora ou plástica), fornecimento de umafração significativa de energia, armazenamento energético nos animais, sob a forma de glicogênio e principalmente nosvegetais, sob a forma de amido. Também apresentam função anticoagulante (heparina), lubrificante, estrutural (quitina, que forma o exoesqueletodos artrópodes e constutui a parede celular dos fungos) e antigênica (ativa o sistema imunológico, por exemplo, a alergiacausada por crustáceos). Eles ainda constituem os ácidos nucleicos: DNA e RNA. De uma forma geral, as principais funções desempenhadas pelos carboidratos são: Função energética: como por meio da glicose (para as células do sistema nervoso, por exemplo) e frutose (para os espermatozóides, por exemplo). De fato, 1g de glicose é capaz de fornecer 4 Kcal de energia considerada “limpa”. Função estrutural: quitina no exoesqueleto de artrópodes e celulose na parede celular de vegetais. Reserva energética: função desempenhada pelo glicogênio e pelo amido. O glicogênio (forma de armazenamento de glicose no fígado e nos músculos) começa a ser metabolizado apenas quando a glicemia (níveis de glicose no sangue) chega a um nível mínimo. Caso o estoque de glicogênio no fígado esgote (que ocorre entre 12 e 24 horas depois do início de seu uso), passamos então a utilizar o metabolismo de gorduras (1g de gordura é capaz de fornecer 9 Kcal de energia considerada “suja” devido à liberação de corpos cetônicos).NOMENCLATURA DOS CARBOIDRATOS Os carboidratos são substâncias orgânicas também chamadas de hidratos de carbono. Esta nomenclatura foiatribuída por eles serem formados por, basicamente, 2 átomos de hidrogênio, 1 de carbono e 1 átomo de oxigênio. Suafórmula empírica, como já vimos anteriomente, é (CH2O)n. Daí o nome carbo (carbono) + hidrato (hidros = água). Os carboidratos são a maior reserva de energia de todo o reino vegetal, sendo produto do processofotossintético. Por outro lado, no reino animal, os carboidratos são encontrados em pequenas quantidades no sangue,sob a forma de glicose, e no fígado e músculos, sob a forma de glicogênio. 1
  2. 2. Arlindo Ugulino Netto – MEDICINA P1 – 2007.2CLASSIFICAÇÃO DOS CARBOIDRATOS Segundo a ocorrência ou não de hidrólise, os carboidratos podem ser classificados em: • Monossacarídeos: são constituídos por apenas unidades monoméricas. Ex: glicose, frutose, galactose. • Oligossacarídeos: possuem entre 2 (dissacarídeos) a 10 monossacarídeos. Os principais dissacarídeos são: lactose (glicose+galactose), maltose (glicose+glicose), sacarose (glicose+frutose). • Polissacarídeos: podem ser subclassificados em homopolissacarídeos e heteropolissacarídeos. o Homopolissacarídeos: composto por mais de 10 monossacarídeos, sendo formado pela mesma unidade monomérica. Ex: quitina, celulose, glicogênio, amido. o Heteropolissacarídeo: formados por estruturas diferentes. Dentro deste grupo, podemos destacar os peptidoglicanos e os glicosaminoglicanos (ácido hialurônico, líquido sinovial, humor vítreo, etc).MONOSSACARÍDEOS Os carboidratos mais simples, os monossacarídeos, são aldeídos ou cetonas que contêm um ou mais gruposhidroxila na molécula. Os monossacarídeos com seis átomos de carbono, glicose e frutose, tem, por exemplo, cincogrupos hidroxila. Os átomos de carbono, nos quais os grupos hidroxilas estão ligados, são geralmente centros quirais, osquais originam numerosos açúcares estereoisômeros encontrados na natureza. São compostos incolores, sólidos cristalinos, naturalmente solúveis em água, porém insolúveis nos solventesnão-polares. A maior parte deles tem sabor doce. Por definição, os monossacarídeos são carboidratos simples que apresentam como protótipo a fórmula Cn(H2)n,de modo que “n” pode variar entre 3 e 7 (isto é: 3 ≥ n ≥ 7). Deste modo, temos os seguintes tipos de monossacarídeos adepender do “n”: trioses, tetroses, pentoses, hexoses e heptoses, sendo os mais importantes as pentoses e as hexoses. O esqueleto molecular dos monossacarídeos comuns é constituído por uma cadeia carbonica não-ramificada naqual todos os átomos de carbono estão unidos entre si por ligações covalentes simples. Na forma de cadeia aberta, umdos átomos de carbono é unido por uma ligação dupla a um átomo de oxigênio para formar um grupo carbonila; cada umdos outros átomos de carbono tem um grupo hidroxila. Se o grupo carbonila está em uma das extremidades da cadeiacarbonica (isto é, em um aldeído), o monossacarídeos é uma aldose; se o grupo carbonila está em qualquer outraposição (como uma cetona), o monossacarídeo é uma cetose. Existem aldoses e cetoses correspondentes a cada um dos comprimentos de cadeia “n”: aldotetroses ecetotetroses, aldopentoses e cetopentoses, e assim por diante. As hexose, que incluem a aldoexose D-glicose e acetoexose D-frutose, são os monossacarídeos mais comuns na natureza. As aldopentoses D-ribose e 2-desoxi-D-ribosesão componentes dos nucleotídeos e dos ácidos nucléicos.Trioses. Os monossacarídeos mais simples são as duas trioses com três átomos de carbono: o gliceraldeído (umaaldotriose) e a diidroxiacetona (uma cetotriose).Pentoses. Pentoses são monossacarídeos de 5 carbonos. Para os seres vivos, as pentoses mais importantes são a ribosee a 2-desoxirribose, que entram na composição química dos ácidos nucleícos, os quais comandam e coordenam asfunções celulares e genéticas. 2
  3. 3. Arlindo Ugulino Netto – MEDICINA P1 – 2007.2Hexoses. Hexoses são monossacarídeos de 6 carbonos, que obedecem à fórmula geral CnH2n0n (sendo n=6). As hexosesmais importantes são a glicose, a frutose e a galactose, principais fontes de energia para os seres vivos. Ricas emenergia, as hexoses constituem os principais combustíveis das células. São naturalmente sintetizadas por fotossíntese,processo de absorção de energia da luz. 1OBS : Isômeros. Isomeria é o fenômeno caracterizado pela existência de duas ou mais substâncias que apresentamfórmulas moleculares idênticas, mas que diferem em suas fórmulas estruturais. Este fenômeno também ocorre com oscarboidratos. A depender da posição da hidroxila ligada ao carbono referência da cadeia do monossacarídeo, isto é, openúltimo carbono da cadeia (o C4 para as pentoses e o C5 para as hexoses), podemos classificá-los em isômerodexotrógero (D) ou isômero levógiro (L). Quando o grupo hidroxila no carbono referência está do lado direito na fórmulade projeção (isto é, cadeia aberta), o açúcar é o D-isômero (Ex: D-arabinose). Quando ele está à esquerda, é o L-isômero (L-arabinose). As hexoses encontradas nos organismos vivos são, na maioria, D-isômeros.OBS2: Forma cíclica das hexoses. Para simplificar, representamos previamente as estruturas de várias aldoses ecetoses em forma de cadeia linear. Na realidade, em soluções aquosas, as aldotetreoses e todos os monossacarídeoscom cinco ou mais átomos de carbono na cadeia ocorrem, predominantemente, como estruturas cílicas (anel) nas quaiso grupo carbonila forma uma ligação covalente com o oxigênio de um grupo hidroxila ao longo da cadeia. As hexoses eas pentoses também podem se apresentar na forma cíclica. Para isso, devemos ligar o C1 com o penúltimo Carbono desua cadeia. No caso das hexoses, em especial, devemos realizar a ligação entre o C1 e o C5. As hidroxilas localizadas àdireta da cadeia linear, deverão ficar voltadas para baixo da cadeia cíclica; as hidroxilas localizadas à esquerda dacadeia linear, deverão ficar voltadas para cima.Desta maneira, as aldoses formam anéis de seis elementos conhecidos como piranoses, por se assemelharem ao anelde seis elementos do pirano. As cetoses, por sua vez, formam, mais comumente, anéis com cinco átomos de carbonoque, devido à semelhança com o composto cíclico furano, são chamadas de furanoses. 3
  4. 4. Arlindo Ugulino Netto – MEDICINA P1 – 2007.2 Ex1: Forma cíclica da D-glicose. Ex2: Forma cíclica da D-galactose. Ex3: Forma cíclica da D-frutose 3OBS : Observe que, ao construir a forma cíclica dos monossacarídeos, além de nomeá-los como piranoses (quandoformarem anéis com 6 carbonos) ou furanoses (quando formarem anéis com 5 carbonos), ainda os designamos comoanômeros α ou β. Chamamos o monossacarídeo de anômero α quando a hidroxila apresenta-se em um plano mais baixo que o carbono 1 das piranoses ou do carbono 2 das furanoses; Chamamos o monossacarídeo de anômero β quando a hidroxila apresenta-se em um plano mais alto que o carbono 1 das piranoses ou carbono 2 das furanoses.Os anômeros α e β da D-glicose interconvertem-se, quando em solução aquosa, por meio de um processo chamado demutarrotação. Assim, uma solução que inicialmente contém apenas α-D-glicose e uma outra solução que contémapenas β-D-glicose formarão, quando atingirem o equilíbrio, misturas idênticas, exibindo propriedades ópticas idênticas. 4
  5. 5. Arlindo Ugulino Netto – MEDICINA P1 – 2007.2OBS4: Derivados das aldohexoses. Os organismos vivos contêm uma variedade de derivados das hexoses. Em adiçãoàs hexoses simples como a glicose, a galactose e a manose, existe um grande número de seus derivados, nos quais umgrupo hidroxila no composto original é substituído por um outro grupo substituinte, um átomo de carbono é oxidado aácido carboxílico ou reduzido. As seguintes reações são bastantes comuns para a origem de derivados de aldohexoses: 1. Redução do C1 da glicose, galactose e manose. A redução do C1 das hexoses ocorre com o recebimento de + 2 íons H e cada monossacarídeo passa a receber uma nomenclatura específica (titol). Glicose + 2H+ Sorbitol + Galactose + 2H Galactitol + Manose + 2H Manitol 2. Oxidação do C1 da glicose. A oxidação (adição de um átomo de oxigênio) do primeiro carbono da cadeia da glicose forma o ácido glicônico. 3. Oxidação do C6 da glicose, galactose e manose. A adição de um átomo de oxigênio ao sexto carbono da cadeia de monossacarídeos simples como a glicose, galactose e manose forma, respectivamente, ácido glicurônico, ácido galacturônico e ácido manurônico. Glicose + ½O2 Ácido glicurônico Galactose + ½O2 Ácido galacturônico Manose + ½O2 Ácido manurônico 4. Substituição da hidroxila do C2 por NH2. Na glicosamina (ou glucosamina), na galactosamina e na manosamina, a hidroxila (OH) em C2 do açúcar original é substituída por um grupo amino (NH2). Glicose + NH2 Glicosamina Galactose + NH2 Galactosamina 5. Condensação do NH2 com acetato. O grupo amino (NH2) ligado ao C2 dos monossacarídeos quase sempre está condensado com o ácido acético, como no N-acetilgalactosamina ou na N-acetilglicosamina. 5
  6. 6. Arlindo Ugulino Netto – MEDICINA P1 – 2007.26. Desoxigenação do C6. A substituição de um grupo hidroxila por um hidrogênio em C6 da galactose ou da manose produz fucose ou a ramnose, respectivamente, ambas com fórmulas C6H12O5. Esses desoxiaçucares são encontrados em polissacarídeos de plantas e oligossacarídeos complexos componentes de glicoproteínas e glicolipídios. Fisiopatologia da catarata por aumento da glicemia. O aumento da glicemia, isto é, aumento da quantidade de glicose no sangue é uma consequência, por exemplo, da diabetes melitus, doença em que a insulina é incapaz de mobilizar glicose para a sua quebra. Existem células que precisam de receptores e/ou da ação da insulina para receber e assimilar a glicose. Contudo, algumas outras como as células ovarianas, células da vesícula seminal, do cristalino, da retina, as hemácias, entre outras, não necessitam da ação de hormônios ou de demais receptores, de modo que a glicose entra facilmente em seu citoplasma, de um modo passivo. Nestas células, a glicose é convertida em frutose, monossacarídeo mais preferível para elas para a obtenção de energia. Para isso, a glicose sofre primeiro a ação da enzima aldose redutase para ser convertida em sorbitol por meio de uma reação rápida e, logo depois, por meio da ação sorbitol desidrogenase, é convertido em frutose através de uma reação mais lenta. No diabético, a glicemia aumentada no sangue circulante faz com que a glicose entre em excesso nas células do cristalino, sendo imediatamente convertido em sorbitol através de uma reação rápida. Em grandes quantidades, o sorbitol não sai do cristalino e nem é metabolizado tão efetivamente como a frutose, a qual para ser obtida, é necessária uma reação mais duradoura. O acúmulo de sorbitol no citoplasma das células do cristalino gera um aumento da pressão osmótica, o que favorece à entrada de água para dentro destas células. A turgência das células causada pelo acúmulo de água predispõe à formação de edema de cristalino e a consequente precipitação de proteínas, gerando uma opacificação generalizada da estrutura do cristalino, o que explica o desenvolvimento de catarata pela maioria dos diabéticos. Frutose e sequestro de fosfato. No fígado, as células que utilizam frutose para obtenção de energia realizam a seguinte reação: Em resumo, em algumas células (como as do fígado), a frutose do sangue é captada e recebe um átomo de fósforo responsável por manter este açúcar dentro da célula. Esta reação, catalisada pela frutoquinase, se dá de maneira rápida. Ao receber um átomo de frutose no primeiro carbono, esta se converte em frutose 1-fosfato (molécula que não deve ser confundida com a frutose 1,6-bifosfato ou com a frutose 6-fosfato, intermediários da 6
  7. 7. Arlindo Ugulino Netto – MEDICINA P1 – 2007.2 fase de investimento da via glicolítica; a frutose 1-fosfato não é intermediária da via glicolítica), sendo quebrada, por meio da enzima aldolase B em duas moléculas com 3 carbonos cada: diidroxiacetona-fosfato e gliceraldeído. Esta segunda reação enzimática acontece de maneira lenta. A quebra da frutose em duas moléculas de 3 carbonos aumenta o rendimento energético desta reação. Uma ingestão excessiva de frutose faz com que as concentrações de Frutose 1-Fosfato aumentem no organismo, uma vez que a primeira reação acontece de maneira mais rápida. Este excesso causa um consumo muito alto de fosfato, átomo responsável por importantes papéis no metabolismo, gerando uma carência geral deste elemento no organismo (sequestro de fosfato).DISSACARÍDEOS Os dissacarídeos são um tipo específico de oligossacarídeos formados por dois monossacarídeos unidoscovalentemente entre si por meio de uma ligação glicosídica (do tipo O-glicosil). Esta é formada quando um grupohidroxila de uma molécula de açúcar reage com o átomo de carbono anomérico da outra molécula de açúcar. As ligações glicosídicas são facilmente hidrolisadas por ácido, mas resistem à clivagem por ácido. Assim, osdissacarídeos podem ser hidrolisados para liberar os seus componentes monossacaridicos livres por aquecimento comácido diluído. Um outro tipo de ligação glicosídica reúne o átomo de carbono anomérico de um açúcar a um átomo denitrogênio em uma glicoproteína. Essas ligações glicosídicas do tipo N-glicosil são também encontradas em todos osnucleotídeos. Os mais importantes dissacarídeos são: • Lactose: Galactose + Glicose (ligação glicosídica β1,4) • Sacarose: Frutose + Glicose (ligação glicosídica α1,2) • Maltose: Glicose + Glicose (ligação glicosídica α1,4) • Celobiose: Glicose + Glicose (ligação glicosídica β1,4) • Trealose: Glicose + Glicose (ligação glicosídica α1,1) • Isomaltose: Glicose + Glicose (ligação glicosídica α1,1) 1 Ex : Lactose Ex2: Sacarose Ex3: Maltose (Glicose + Glicose) 4 Ex : Trealose (Glicose + Glicose) 7
  8. 8. Arlindo Ugulino Netto – MEDICINA P1 – 2007.2OBS5: Nomenclatura dos dissacarídeos. Várias regras devem ser seguidas para nomear os dissacarídeos, como asacarose, a lactose, a maltose e a trealose, de forma clara de precisa e, especilamente, para designar osoligossacarídeos mais complexos. Por convenção, o nome descreve o composto a partir de seu terminal não-redutorcolocado à esquerda, sendo, então, construído na seguinte ordem: 1. A configuração (α ou β) do átomo de carbono anomérico que reúne a primeira unidade de monossacarídeo (à esquerda) à segunda unidade deve ser determinada; 2. É escrito o nome da unidade da extremidade não-redutora. Para distinguir as estruturas dos anéis, cinco ou seis átomos, adiciona-se ao nome os termos “furano” ou “pirano”. Para a primeira unidade de monossacarídeo, devemos adicionar a terminação osil; 3. Os dois átomos de carbono reunidos pela ligação glicosídica devem ser indicados entre parênteses, com uma seta conectando os dois números (1→4) ou separados por vírgula (1,4). No exemplo, observamos a indicação de que o C-1 da primeira unidade de açúcar está unido ao C-4 da segunda. 4. Escreve-se o nome da segunda unidade, designando por meio das terminações ose ou osídeo quando ela for um açúcar redutor ou não-redutor, respectivamente. Para melhor entendimento, temos: • Açúcar redutor: é o dissacarídeo que possui uma hidroxila livre no C-1 (nas aldoses, por exemplo) ou no C-2 (nas cetoses, por exemplo). Para eles, faz-se uso da terminação ose. Deste modo, receberão o sufixo ose os dissacarídeos que apresentarem a ligação glicosídica 1→4 ou 1→6, uma vez que os carbonos 1 e 2 apresentarão suas hidroxilas livres. Ex1: β-D-Galactopiranosil-(1,4)-α-D-Glicopiranose ou Lactose. • Açúcar não-redutor: é o dissacarídeo que não possui hidroxila livre no C-1 ou no C-2. Para eles, faz-se uso da terminação osídeo. Deste modo, receberão o sufixo osídeo os dissacarídeos que apresentarem a ligação glicosídica 1→1 ou 1→2, uma vez que as hidroxilas dos carbonos 1 e 2 estarão envolvidos na ligação glicosídica e, portanto, não estarão livres. Ex2: α-D-Glicopiranosil-(1,1)-α-D-Glicopiranosídeo ou Trealose. 3 Ex : α-D-Glicopiranosil-(1,2)-β-D-Frutofuranosídeo. Açúcar Ligação glicosídica Sufixo Açúcar redutor (1→4) e (1→6) Ose Açúcar não-redutor (1→1) e (1→2) OsídeoTRISSACARÍDEOS E NOMENCLATURA GERAL DOS OLIGOSSACARÍDEOS De uma forma geral, os oligossacarídeos são carboidratos que possuem entre 2 a 10 monossacarídeos. Por suaimportância, os principais dissacarídeos foram previamente descritos neste capítulo. Contudo, existe ainda em nossoorganismo um importante trissacarídeo denominado rafinose (C18H32O16). Os trissacarídeos são exemplos decarboidratos que, por hidrólise, produzem três monossacarídeos. A regra de nomenclatura dos dissacarídeos (ver OBS5) aplica-se aos trissacarídeos e aos demaisoligossacarídeos. Como por exemplo, temos o α-D-Galactopiranosil-(1,6)-α-D-Galactopiranosil-(1,2)-β-D-Frutofuranosídeo.POLISSACARÍDEOS A maioria dos carboidratos encontrados na natureza são encontrados na forma de polissacarídeos, isto é,polímeros de média até alta massa molecular formados com a união de mais de 10 unidades monoméricas demonossacarídeos. Os polissacarídeos, também chamados de glicanos, diferem entre si na identidade das suas unidadesmonossacarídicas e nos tipos de ligação que os unem, no comprimento de suas cadeias e no grau de ramificaçãodestas. Desta forma, eles podem ser classificados em homopolissacarídeos e heteropolissacarídeos: • Homopolissacarídeos: contêm apenas um único tipo de unidade monomérica. • Heteropolissacarídeos: contêm dois ou mais tipos diferentes de unidades monoméricas. 8
  9. 9. Arlindo Ugulino Netto – MEDICINA P1 – 2007.2 Alguns homopolissacarídeos servem como forma de armazenamento de monossacarídeos empregados comocombustíveis pelas células; o amido e o glicogênio são homopolissacarídeos desse tipo. Outros homopolissacarídeos,como a celulose e a quitina, são utilizados como elementos estruturais das paredes celulares vegetais e deexoesqueletos de animais, respectivamente. Os heteropolissacarídeos fornecem suporte extracelular nos organismos detodos os reinos naturais. Por exemplo, a camada rígida do envoltório das células bacterianas (peptidoglicanos) éconstruída por uma parte que é um heteropolissacarídeo formado por duas unidades monossacarídicas alternantes. Nos tecidos animais, o espaço extracelular é ocupado por vários heteropolissacarídeos, que formam uma matrizque mantém as células individuais unidas, fornecendo-lhes proteção, forma e suporte, funções que se estendem aostecidos e órgãos. De forma diferente das proteínas, os polissacarídeos em geral não têm massas moleculares definidas. Essadiferença é uma consequência dos mecanismos de montagem dos dois tipos de polímeros. As proteínas sãosintetizadas a partir de um molde (RNA mensageiro) com sequência de bases e tamanhos definidos, por meio da açãode enzimas que copiam, de modo exato, o molde. Para a síntese de polissacarídeos não há nenhum molde; em vezdisso, o programa para a síntese de polissacarídeos é intrínseco às enzimas que catalisam a polimerização dasunidades monoméricas. Os polissacarídeos de armazenamento mais importantes são o amido nas células vegetais e o glicogênio nascélulas animais. Esses dois polissacarídeos ocorrem intracelularmente como grandes agregados ou grânulos. Asmoléculas de amido e glicogênio são altamente hidratadas, porque elas têm muitos grupos hidroxila expostos e capazesde formar pontes de hidrogênio com a água. A maioria das células vegetais tem a habilidade de sintetizar o amido,porém ele é especialmente abundante nos tubérculos, como as batatas, e nas sementes, como o grão de milho. • Amido: é formado por várias moléculas de glicose que podem se apresentar na forma de duas frações: a amilose e a amilopectina. O amido apresenta nos vegetais uma função energética análoga ao glicogênio para os animais. o Amilose: consiste de cadeias de longas, não-ramificadas de unidades de D-glicose conectadas por ligações α1→4 que se apresentam na forma helicoidal. Tais cadeias variam em massa molecular de uns poucos milhares até mais de um milhão. Em outras palavras, a amilose é uma macromolécula constituida de 250 a 300 resíduos de D- glicopiranose, ligadas por pontes glicosídicas α-1→4, que conferem à molécula uma estrutura helicoidal. o Amilopectina: também apresenta uma alta massa molecular (até 100 milhões), porém, ao contrário da amilose, é altamente ramificada. As ligações glicosídicas encontradas entre as unidades de glicose nas cadeias da amilopectina são α1→4, mas os pontos de ramificação (cerca de 1 a cada 24 a 30 unidades) são do tipo α1→6. Em outras palavras, a amilopectina é uma macromolécula, menos hidrossolúvel que a amilose, constituída de aproximadamente 1400 resíduos de α-glicose ligadas por pontes glicosidicas α-1→4, ocorrendo também ligações α- 1→6, que dão a ela uma estrutura ramificada. A amilopectina constitui, aproximadamente, 80% dos polissacarídeos existentes no grão de amido. O agregado de amilose e amilopectina como se acredita que ocorra nos grânulos de amido estão representados pelo esquema ao lado. As fibras de amilopectina (em vermelho) formam estruturas em dupla hélice umas com as outras ou com as fibras de amilose (em azul). As unidades de glicose, na extremidade não-redutora das ramificações externas, são retiradas enzimaticamente, uma de cada vez, durante a mobilização intracelular do amido para produção de energia. O glicogênio tem uma estrutura similar, mas é muito mais ramificado e mais compacto. 9
  10. 10. Arlindo Ugulino Netto – MEDICINA P1 – 2007.2 • Glicogênio: é o principal polissacarídeo de armazenamento energético das células animais. Como a amilopectina, o glicogênio é um polímero de subunidades de glicose unidas por meio de ligações α1→4, com ligações α1→6 nas ramificações, mas o glicogênio é mais extensamente ramificado (em média, uma ramificação a cada 8 a 12 unidades) e mais compacto que o amido. O glicogênio é especialmente abundante no fígado (onde constitui até 7% do peso úmido do órgão) e no músculo esquelético. Nos hepatócitos, o glicogênio é encontrado em grandes grânulos. Esses grânulos de glicogênio contêm ainda, numa forma intimamente unida, as enzimas responsáveis pela sua síntese e degradação. O glicogênio é quebrado em glicose quando por um processo denominado glicogenólise quando a taxa de glicose no sangue é baixa. Quando as moléculas de glicose são quebradas dentro da célula, são convertidas em glicose-6-fosfato pela enzima glicoquinase, sendo um processo necessário para a sua manutenção dentro da célula. Contudo, este processo é crucial para determinar a demanda de glicose para o organismo a partir de suas principais reservas (ver OBS6). Devido a cada ramificação no glicogênio terminar com uma unidade de açúcar não-redutor (uma unidade sem o carbono anomérico livre), esse polímero tem tantos terminais não-redutores quantas ramificações, porém apenas um único terminal redutor. Desta forma, quando o glicogênio é utilizado como fonte de energia, as unidades de glicose são removidas uma a uma, a partir dos terminais não-redutores, isto é, das extremidades das ramificações. As enzimas de degradação, que agem somente nos terminais não-redutores, podem agir simultaneamente em muitos terminais, acelerando a conversão do polímero em monossacarídeo. O fato de as células armazenarem uma reserva nutritiva na forma de polissacarídeo (glicogênio) e não na forma de monossacarídeo (glicose) se dá por uma questão de osmolaridade, de forma que a glicose livre em abundância no citoplasma celular aumenta a osmolaridade do citoplasma, o que pode levar ao rompimento celular.OBS6: O glicogênio estocado nos músculos só pode ser metabolizado pelas próprias células musculares, uma vez queelas não apresentam a enzima glicose-6-fosfatase, responsável por retirar o átomo de fósforo da glicose-6-fosfatoestocada dentro da célula. Como vimos anteriormente, apenas a glicose fosforilada pode ser mantida dentro da célula,sendo, desta forma, capaz de gerar energia. Com a ausência da enzima glicose-6-fosfatase, as células musculares sãoincapazes de lançar glicose para o sangue quando necessário.Diferentemente das células musculares, os hepatócitos (células do fígado), além de utilizar glicose para o seu próprioconsumo energético, podem enviar glicose para a circulação sanguínea e, deste modo, para todas as outras células docorpo por possuírem a enzima glicose-6-fosfatase. Por esta razão, apenas o glicogênio hepático pode ser utilizado peloorganismo de uma maneira geral como reserva nutricional (inclusive pelas próprias células musculares). 10
  11. 11. Arlindo Ugulino Netto – MEDICINA P1 – 2007.2 Além dos polissacarídeos de reserva energética (amido e glicogênio), existem ainda os polissacarídeosestruturais que participam na formação de estruturas orgânicas, estando entre os mais importantes a celulose, queparticipa na estrutura de sustentação dos vegetais, a qutina e a mureína. • Celulose: a celulose, uma substância fibrosa, resistente e insolúvel em água, é encontrada na parede celular dos vegetais, particularmente em troncos, galhos e em todas as partes lenhosas, sendo assim, o polissacarídeo mais abundante no mundo. A celulose constitui a maior parte da massa da madeira, e o algodão é celulose quase que pura. Como a amilose e as cadeias principais da amilopectina e do glicogênio, a molécula de celulose é um homopolissacarídeo linear e não-ramificado, de 10 a 15 mil unidades de D-glicose. Mas há uma diferença muito importante: na celulose, as unidades de glicose têm a configuração β, enquanto na amilose, na amilopectina e no glicogênio, a glicose está na configuração α. As unidades de glicose na celulose estão unidas por ligações glicosídicas do tipo β1→4. Essa diferença confere à celulose e à amilose estruturas tridimensionais e propriedades muito diferentes entre si. A estrutura linear da celulose (diferentemente da estrutura helicoidal dos demais polissacarídeos já estudados) garante a formação de uma cadeia reta e estendida, propiciando uma estrutura mais rígida e consistente. Com várias cadeias estendidas lado a lado, uma rede estabilizadora de pontes de hidrogênio inter e intracadeias produz fibras supramoleculares retas, estáveis e de grande resistência à tensão. A resistência à tensão da celulose tem feito dela uma substância muito útil para as civilizações através dos milênios. Muitos produtos manufaturados, incluindo o papel, papelão, placas de isolamento e outros materiais de empacotamento e construção são derivados da celulose. A quantidade de água contida nesses materiais é baixa, porque as ligações de ponte de hidrogênio intercadeias de celulose saturam sua capacidade de formação desse tipo de ligação.OBS7: O glicogênio e o amido, ingeridos na dieta, são hidrolisados por α-amilases, enzimas da saliva e das secreçõesintestinais que rompem as ligações glicosídicas α1→4. Contudo, o nosso sistema de secreções gastrointestinais nãoapresenta enzimas capazes de quebrar a ligação glicosídica β1→4. Por esta razão, a celulose não pode ser utilizadacomo fonte de energia pela maioria dos animais. Os térmitas, ou cupins, digerem facilmente a celulose (e, portanto, amadeira), mas isso só ocorre porque o seu trato intestinal abriga um organismo simbiótico – Trichonympha – que secretauma enzima chamada celulase, a qual hidrolisa as ligações β1→4 entre as unidades de glicose. Os fungos e asbactérias da madeira em decomposição também produzem celulase. Os únicos vertebrados que conseguem utilizar acelulose como alimento são os bovinos e outros animais ruminantes (ovelhas, cabras, camelos, girafas). O estômagoextra desses animais (rúmen) contém protistas e bactérias que secretam celulase. • Quitina: a quitina é um homopolissacarídeo linear composto por unidades monoméricas de N-acetil-D- glicosamina em ligações β1→4. Portanto, a sua única diferença química com a celulose é a substituição de um grupo hidroxila em C-2 por um grupo amino acetilado. A quitina forma fibras estendidas similares àquelas da celulose e, como a celulose, não é digerível por animais vertebrados. A quitina é o principal componente do exoesqueleto duro de aproximadamente 1 milhão de espécies de artrópodes, por exemplo, insetos, lagostas e caranguejos. Provavelmente, depois da celulose, é o polissacarídeo mais abundante na natureza. 11
  12. 12. Arlindo Ugulino Netto – MEDICINA P1 – 2007.2 OBS8: A quitosana é um medicamento produzido através da deacetilação da quitina, um polissacarídeo encontrado no exoesqueleto de crustáceos, através de um processo de alcalinização sob altas temperaturas. Com isso, a quitosana apresenta uma estrutura semelhante à quitina, diferenciando-se pela ausência do grupo N-acetil. A quitosana tem sido usada em cicatrização de ferimentos, remoção de proteínas alergênicas de alimentos, liberação controlada de drogas (nanopartículas) e como suplemento alimentar com efeito hipocolesterômico (absorvendo glicose e colesterol para si). Sua ação anti-obesidade é ainda discutida na literatura podendo agir de duas formas: (1) Complexação com lipídeos no trato intestinal, sendo excretado diretamente através das fezes, impedindo a assimilação da glicose e do colesterol pelo organismo; (2) Retardamento da ação de lipases digestivas. Sua ação e uso terapêutico tem como principais objetivos: Liga-se diretamente às gorduras da dieta alimentar; Auxilia em dietas de emagrecimento; Elimina o colesterol LDL nocivo; Absorve de 4 a 8 vezes o seu peso em gorduras; Serve de fonte natural de fibra que regula o intestino; Mantém o balanço ácido natural do sistema digestivo; Elimina o excesso de apetite. • Mureína: o componente rígido das paredes celulares bacterianas é um heteropolímero constituído por unidades alternantes, unidas por ligação β1→4, de N-acetilglicosamina e N-acetilmurâmico (ácido murâmico), estando este útilmo ligado a um oligopeptídeo formado por 4 aminoácidos (alanina, glutamato, lisina e alanina). Os polímeros lineares justapõem-se na parede celular e são interligados por peptídeos pequenos, as suas estruturas exatas dependem das espécies bacterianas consideradas. As ligações cruzadas do peptídeo unem as cadeias polissacarídicas a um revestimento forte que envolve inteiramente a célula e a protege de lise devido à entrada de água por osmose. A interposição de N-acetilglicosamina e N-acetilmurâmico (que ligado aos aminoácidos, forma um tipo de peptidoglicano, isto é, a união de um carboidrato com um peptídeo) classifica a mureína como um heteropolissacarídeo.OBS9: A enzima lisozima, que hidrolisa as ligações glicosídicas β1→4 entre a N-acetilglicosamina e o ácido N-acetilmurâmico, mata as células bacterianas. A lisozima está presente nas lágrimas, presumulvelmente como umadefesa contra as infecções bacterianas nos olhos. Ela também é produzida por certos vírus bacterianos para assegurar asua liberação da célula da bactéria hospedeira, um passo essencial no ciclo da infecção viral.OBS10: A penicilina e os antibióticos relacionados matam as bactérias, impedindo a síntese das ligações cruzadas, o quetorna a parede celular muito fraca para resistir à lise por osmose. 12
  13. 13. Arlindo Ugulino Netto – MEDICINA P1 – 2007.2DIGESTÃO E ASSIMILAÇÃO DOS CARBOIDRATOS Os carboidratos correspondem à principal fonte de energia do corpo, sendo então de extrema importância a suainclusão ideal na nossa dieta. A Sociedade Brasileira de Medicina do Esporte recomenda uma ingestão entre 5 a 10g/kg/dia de carboidratos,isto é, para um indivíduo de 70kg, cerca de 300 a 350g por dia. É importante ressaltar que além da quantidade, aescolha do tipo, forma e dos horários dos carboidratos ingeridos é importante na melhora do desempenho físico e doprocesso de recuperação. Destes 300g de carboidratos que devem ser ingeridos diariamente, 50% deve ser amido, 40% sacarose e 10%lactose. Com isso, sabendo que 1g de carboidrato rende 4 Kcal (ou 4 Cal), temos: 50% Amido 150g x 4 Kcal = 600 Kcal. 40% Sacarose 150g x 4 Kcal = 480 Kcal. 10% Lactose 30g x 4 Kcal = 120 Kcal. TOTAL = 1200 Kcal. Este é o valor diário de energia que deve ser obtido através dos carboidratos para evitar a quebra de gordura e uma consequente cetoacidose metabólica. Na ingestão dos carboidratos, várias enzimas em diferentes órgãos entram em ação para a degradaçãofracionada de cada tipo de carboidrato. Com isso, temos, em cada segmento do tubo digestivo: • Boca: apenas o amido sofre a ação da amilase salivar, enzima ativada pelo pH alto da boca. A lactose, a sacarose e a celulose passam intactos por este segmento. O amido é então convertido em subunidades denominadas dextrinas, isomaltose e maltose. • Estômago: por apresentar um pH baixo, a amilase salivar é desnaturada e desativada no estômago. Com isso, não há digestão de carboidratos em nível estomacal. • Duodeno: na primeira porção do intestino delgado, ocorre a completa degradação dos carboidratos ingeridos na dieta. As dextrinas sofrem ação da amilase pancreática, enquanto a isomaltose, a maltose, a lactose e a sacarose sofrem ação de enzimas da mucosa intestinal (isomaltase, glicoamilase, lactase e sacarase), sendo convertidas nas unidades monoméricas fundamentais: glicose, galactose e frutose. • Intestino: nas demais porções dos intestinos, ocorre a absorção dos monossacarídeos. A glicose e a galactose 11 é transportada por meio de um co-transporte junto ao sódio (ver OBS ), enquanto que a frutose é transportada 12 para os enterócitos por meio do GLUT-5 (ver OBS ). Uma vez dentro dos enterócitos, os monossacarídeos são transportados para o sangue graças à ação do GLUT-2 (ver OBS12) e daí, para o fígado. Neste, serão destinados para as células do corpo caso seja necessário ou serão estocados na forma de glicogênio. 11OBS : A absorção intestinal de glicose e galactose se dá por meio de um co-transporte, isto é, entrada de glicose egalactose no enterócito simultaneamente ao transporte de Na+ para dentro desta célula, segundo o gradiente deconcentração deste íon. O simporte é o co-transporte de duas moléculas e o uniporte é o co-transporte de apenas uma.Este co-transporte de carboidrato devido à concentração de sódio represente o fundamento do soro caseiro: para evitara desidratação e a diarréia osmótica, faz-se uso da ingestão de um copo de água com 2 colheres de açúcar e umacolher pequena com sal (cloreto de sódio). O sal administrado junto aos açúcares favorece a sua absorção em nívelintestinal. 12OBS : O GLUT é a abreviação para o termo glucose transporter, isto é, transportadores de glicose presentes nasmembranas celulares. Cinco tipos diferentes de GLUT foram diferenciados no organismo humano, apresentando funçõesdiferentes: • GLUT-1: responsável pela captação de glicose nas hemácias, rins e cérebro. • GLUT-3: responsável pela captação de glicose nos neurônios e na placenta. A constante de funcionamento (Km) do GLUT-3 é de aproximadamente 1mM, uma concentração bem menor que a de glicose no sangue (4 – 8 mM), o que significa que este GLUT-3 capta glicose bastante facilmente para dentro da célula, mesmo em concentrações mínimas. Também pode ser encontrado nas demais células do corpo, com exceção das células musculares, de células do fígado e de células pancreáticas. • GLUT-2: responsável pela entrada de glicose nos hepatócitos e nas células pancreáticas. O Km do GLUT-2 é de 15 – 20 mM, o que significa que é necessária uma glicemia elevada para a entrada de glicose em tais células. Tanto é que, quando o pâncreas começa a receber glicose via o GLUT-2, a liberação reflexa de insulina por este 13
  14. 14. Arlindo Ugulino Netto – MEDICINA P1 – 2007.2 órgão é iminente. Podemos encontrar GLUT-2 na membrana basal dos eritrócitos, sendo responsável por lançar monossacarídeos para o sangue. • GLUT-4: é dependente de insulina e realiza o transporte de glicose para as células musculares e adiposas. A presença de insulina eleva o número de GLUT-4 na membrana citoplasmática destas células, o que aumenta a quebra de glicose e diminui a glicemia. O Km do GLUT-4 é de cerca de 5mM. Exercícios físicos também aumentam a quantidade de GLUT-4 nas células musculares. • GLUT-5: presente na membrana luminal dos enterócitos, sendo responsável pelo transporte de frutose.OBS13: O SGLT, abreviação para o termo Sodium Glucose Transporter, é responsável pelo transporte de sódio paradentro das células. • SGLT-1: presente no intestino e nos rins. • SGLT-2: presente nos rins. 14

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