Aula 8 Carboidratos - CCTA - Universidade Federal de Campina
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Aula 8 Carboidratos - CCTA - Universidade Federal de Campina
Prof. Dr. Franciscleudo B Costa UATA/CCTA/UFCG Aula 8 Carboidratos Universidade Federal de Campina Grande Centro de Ciências e Tecnologia Agroalimentar Unidade Acadêmica de Tecnologia de Alimentos “glicídios, glúcides ou hidratos de carbono” Definição Importância e aplicações BIOQUÍMICA GERAL Classificação dos carboidratos Campus de Pombal Pombal - PB Definição Classificação Compostos ricos em C, H e O, cuja fórmula [C(H2O)]n; representam as primeiras substâncias orgânicas formadas na natureza, graças à fotossíntese das plantas e quimiossíntese das bactérias, suas moléculas desempenham várias funções: Importância • Monossacarídeos – Açúcares Fundamentais. – Fórmula Geral: CnH2nOn n≥ 3 – Eles são: • solúveis em água e insolúveis em solventes orgânicos • brancos e cristalinos • maioria com saber doce. Fonte de energia Reserva de energia Estrutural Matéria prima para outras biomoléculas Monossacarídeos: Estrutura e Estereoquímica: São os carboidratos mais simples, dos quais derivam todas as outras classes. São polihidroxialdeídos (cetoses). São classificados de acordo com o número átomos de carbono que contêm. Açúcares de seis carbonos são mais abundantes na natureza, mas dois açúcares de cinco carbonos, a ribose e desoxirribose, ocorrem na estrutura do RNA e DNA. (aldoses) ou polihidroxicetonas Monossacarídeos • O nome genérico do monossacarídeo é dado baseado no número de carbonos mais a terminação “ose”. – 03 carbonos – trioses – 04 carbonos – tetroses – 05 carbonos – pentoses – 06 carbonos – hexoses – 07 carbonos – heptoses 1 Prof. Dr. Franciscleudo B Costa UATA/CCTA/UFCG Monossacarídeos Aldoses e Cetoses Gliceraldeído Monossacarídeos Monossacarídeos D-Ribose Diidroxiacetona 2-Desoxi-D-ribose D-Glucose uma aldoexose D-Frutose uma cetoexose O gliceraldeído possui um centro quiral espelho D- Gliceraldeído L- Gliceraldeído Fórmulas de projeção de Fischer D- Gliceraldeído L- Gliceraldeído Gliceraldeído Fórmulas em perspectiva 2 Prof. Dr. Franciscleudo B Costa UATA/CCTA/UFCG Uma molécula com n centros quirais = 2n estereoisômeros D-Aldoses 3 carbonos Aldoexose: 4 centros quirais = 24 = 16 estereoisômeros 4 carbonos 5 carbonos 2 grupos: D-isômeros e L-isômeros Configuração do centro quiral mais distante da carbonila D- Gliceraldeído L- Gliceraldeído Monossacarídeos D-Cetoses 3 carbonos 5 carbonos 6 carbonos 6 carbonos Os átomos de carbono são numerados a partir da extremidade mais próxima do grupo carbonila 4 carbonos Epímeros: açúcares que diferem na configuração de um átomo de carbono Formação da ligação hemiacetal das aldo-pentoses Estrutura Cíclicas: Anômeros Carboidratos possuem 2 grupos funcionais que podem reagir entre si: a carbonila e a hidroxila. A reação intramolecular destes dois grupos leva às formas cíclicas dos carboidratos. 3 Prof. Dr. Franciscleudo B Costa UATA/CCTA/UFCG Formação das estruturas cíclicas da D-glucose Formação de Glicosídeos D-Glucose Um açúcar com um grupo hidroxila (ROH) ligado a um carbono anomérico pode reagir com outra hidroxila (R’OH) para formar uma ligação glicosídica (R’-O-R). As ligações glicosídicas entre as unidades monossacarídicas são a base para formação de oligo e polissacarídeos. Oligossacarídeos Hemiacetal São polímeros compostos de resíduos de monossacarídeos unidos por ligações heniacetálicas, denominadas ligações glicosídicas, em números que variam de duas até dez unidades. Formação das estruturas cíclicas da D-glucose mutarrotação Estruturas cíclicas da D-frutose Carbono anomérico Carbono anomérico D-frutose -D-Glucopiranose Hemicetal -D-Glucopiranose Mutarrotação interconversão dos anômeros e -D-Frutofuranose -D-Frutofuranose Principais açúcares derivados das hexoses Fórmulas em perspectiva de Haworth Família da glucose Aminoaçúcares Desoxiaçúcares -D-Glucopiranose D-Glucose bordas com linhas grossas projetam-se para frente Açúcares ácidos grupos hidroxila abaixo do plano do anel = lado direito na projeção de Fisher 4 Prof. Dr. Franciscleudo B Costa UATA/CCTA/UFCG Oxidação de Carboidratos MONOSSACARÍDEO FUNÇÃO RIBOSE (PENTOSE) ESTRUTURAL (RNA) DESOXIRRIBOSE (PENTOSE) ESTRUTURAL (DNA) GLICOSE (HEXOSE) FRUTOSE ENERGIA Aldeídos podem ser oxidados aos ácidos carboxílicos correspondentes. ENERGIA (HEXOSE) GALACTOSE ENERGIA (HEXOSE) Redução Dois tipos de reagentes são utilizados para identificação de açúcares redutores: Reagente de Tollen, Licor de Felling. Os monossacarídeos são açúcares redutores Grupos carbonilas podem ser reduzidos à álcoois (hidrogenação catalítica). São doces, mas lentamente absorvidos Glicose é reduzida a sorbitol (glicitol) -D-Glucose D-Glucose D-Gluconato Xilose pode ser reduzida a xilitol Uma vez reduzido- não absorvido A configuração é o arranjo tridimensional dos grupos em torno de um carbono quiral, e os estereoisômeros diferem um do outro na sua configuração. Estereoisômeros (Isômeros ópticos): moléculas que não se superpõem em suas imagens especulares. Um átomo de carbono quiral(assimétrico) é usualmente o responsável pela isomeria óptica, como no caso dos aminoácidos. Dissacarídeos: São carboidratos ditos Glicosídeos, pois são formados a partir da ligação de dois monossacarídeos por meio de ligações especiais denominadas "Ligações Glicosídicas“ que, ocorre entre o C anomérico de um monossacarídeo e qualquer outro C do monossacarídeo seguinte, a partir de suas OH e com a saída de uma H2O. Gliceraldeído – carboidrato mais simples – carbono quiral. As duas formas do gliceraldeído (D e L) são enantiômeros. Na projeção de Fischer da configuração D, o grupo hidroxila está à direita do carbono quiral e na configuração L o grupo hidroxila está à esquerda. 5 Prof. Dr. Franciscleudo B Costa UATA/CCTA/UFCG Dissacarídeos – Ligação O-glicosídica Dissacarídeos mais comuns + álcool hidrólise Lactose (forma ) -D-galactopiranosil-(14)--D-glucopiranose Gal (14) Glc condensação Maltose -D-glucopiranosil-(14)-D-glucopiranose Sacarose -D-glucopiranosil -D-frutofuranosídeo Glc (12) Fru Trealose -D-glucopiranosil -D-glucopiranosídeo Glc (11) Glc Carboidratos Exemplos de Dissacarídeos Maltose Açúcar principal do malte, obtido também por degradação do amido. Sabor levemente adocicado característico Duas unidades de glicose ligada por ligações a-1-4 Açúcar redutor Exemplos de Dissacarídeos Sacarose Açúcar de mesa α-glicopiranose e β-frutofuranose em ligação , α 1-1 Açúcar não redutor: NÃO CONTÉM ÁTOMO DE CARBONO ANOMÉRICO LIVRE, POIS ESTÃO LIGADOS ENTRE SI. DESTA FORMA É UM DISSACARÍDEO NÃO REDUTOR. Facilmente hidrolisável Usada para caramelizar Polissacarídeos: carboidratos complexos, macromoléculas formadas por milhares de unidades monossacarídicas ligadas entre si por ligações glicosídicas. A maior parte de carboidrato encontrado na natureza ocorrem na forma de polissacarídeo de alto peso molecular. Alguns polissacarídeos são formas biológicas de reserva de monossacarídeos, outros são elementos estruturais de paredes celulares. Pela hidrólise, por ácido ou enzimas, são liberados os monossacarídeos. Os polissacarídeos se dividem em: Homopolissacarídeos – contém apenas um tipo de unidade monomérica. Ex. Amido – formado unicamente por moléculas de glicose. Heteropolissacarídeos – contém dois ou mais tipos de unidades monoméricas. Ex. Ácido hialurônico – encontrado no tecido conjuntivo – formado por resíduos alternados de dois açúcares diferentes. 6 Prof. Dr. Franciscleudo B Costa UATA/CCTA/UFCG Polissacarídeos Homopolissacarídeos Homopolissacarídeos Linear Heteropolissacarídeos Ramificado Dois tipos de monômeros lineares Múltiplos monômeros ramificados Amido: polímero de D-glucose polissacarídeo de armazenamento em células vegetais Amilose e amilopectina Amilose (14) Ponta não redutora Homopolissacarídeos Ponta redutora Agregado de amilose e amilopectina Amilopectina Amilose Ramificação Pontas redutoras Ponto de ramificação (16) Pontas não redutoras Amilopectina Cadeia Principal (14) Estrutura do Amido (amilose) Polissacarídeos Unidades de D-Glucose ligadas (14) – 6 resíduos por volta Glicogênio: polímero de D-glucose polissacarídeos de armazenamento em células animais Cadeia principal (14) Ramificações (16) Mais ramificado e mais compacto que o amido Grânulos de glicogênio: moléculas de glicogênio + enzimas de síntese e degradação 7 Prof. Dr. Franciscleudo B Costa UATA/CCTA/UFCG Homopolissacarídeos Homopolissacarídeos Quitina: polímero linear de N-acetil-D-glucosamina (14) Celulose: polímero linear de D-glucose (14) principal componente do exoesqueleto de artrópodos Fibrosa, resistente e insolúvel em água Alguns polissacarídeos atuam como reserva de combustível celular Os polissacarídeos mais importantes de reserva são o amido, encontrado nas células vegetais, e o glicogênio, encontrado nas células animais. Amilopectina As entre as unidades de glicose são do tipo (1 as ramificações onde temos ligações de tipo (1 4), mas existem 6). Amido – encontrado em raízes, como batatas, e em algumas sementes, como o milho. O amido contém dois tipos de polímeros da glicose: o A –amilose e amilopectina. o amilose – têm cadeias linear longas não ramificadas de unidades de D-glicose unidas por ligações (1 4). O Glicogênio É o principal polissacarídeo de reserva nas células animais, e é semelhante a amilopectina. É um polissacarídeo ramificado constituído de resíduo de d-glicose unidos por ligações (1 4), e nas ramificações as ligações são do tipo (1 6). É encontrado principalmente no fígado, mas também nos músculos esqueléticos. Junto ao glicogênio encontram-se as enzimas responsáveis pela síntese e degradação do glicogênio. As ligações (1→4) hidrolisadas pelas enzimas da saliva e do suco pancreático – à -amilase. 6 HO CH2 O 4 OH H 3 1 O 2 H O A ação em conjunto destas duas enzimas [-amilase e (1→ 6) glicosidase], faz a degradação completa do glicogênio e da amilopectina à glicose. OH 6C H2 HO C H 2 O H As ligações (1→6) das ramificações, hidrolisadas pelas enzimas de desramificação, a (1→6) glicosidase. O H 5 H H 1 OH H H OH O H O 4 H 1 OH H H OH O O glicogênio nos animais podem ser degradados pela enzima fosforilase do glicogênio, fornecendo glicose 1-fosfato. 8 Prof. Dr. Franciscleudo B Costa UATA/CCTA/UFCG Celulose Glicoproteínas Substância fibrosa resistente e insolúvel na água, encontrada na parede celular das plantas, principalmente de hastes, caules, troncos e em todas as partes lenhosas dos tecidos vegetais. São proteínas que contém carboidratos ligados covalentemente. Podem ter um ou vários grupos de carboidratos. Tipo de ligação da celulose – é (1 4) A glicoproteína mais notável é a proteína anticongenlante “treonina” encontrada em espécie de peixes que vivem nos pólos ártico e antártico. Mucopolissacarídeos ácidos São um grupo de heteropolissacarídeos contendo, em geral, dois tipos de unidades monossacarídicas alternadas, das quais pelo menos uma possui um grupamento ácido. A maioria dos vertebrados não tem a enzima (celulase) que hidrolisa a celulose. POLISSACARÍDEO FUNÇÃO E FONTE Glicogênio Açúcar de reserva energética de animais e fungos Açúcar de reserva energética de vegetais e algas Função estrutural. Compõe a parede celular das células vegetais e algas Amido Celulose Quitina Ácido hialurônico Quando elas aparecem complexadas com proteínas específicas são chamadas de mucoproteínas. Função estrutural. Compõe a parede celular de fungos e exoesqueleto de artrópodes Função estrutural. Cimento celular em células animais 9