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Química de Carboidratos

Molécula de glucose

Departamento de Solos e Recursos Naturais. Centro de Ciências Agroveterinárias Campus Lages – www.cav.udesc.br

Prof. André L. Fachini SouzaUniversidade do Estado de Santa Catarina - UDESC

Departamento de Solos e Recursos Naturais

Lages, SC

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ResumoResumo

2 Monossacarídeos e dissacarídeos Carboidratos (6) Estereoisomeria (8) Monossacarídeos (D-aldoses e D-cetoses) (9) Epímeros (11) Ciclização de monossacarídeos e conformação (12) Derivados de hexoses (15) Açúcares redutores (16) Ligação glicosídica (17) Exemplos de dissacarídeos (18) Hidrólise da ligação glicosídica (19)

3 Polissacarídeos Polissacarídeos (20) Homopolissacarídeos (amido, glicogênio, celulose e quitina) (21) Heteropolissacarídeos (peptídeoglicano, outros, fibras) (30)

1 Introdução Características gerais (4) Obesidade no Brasil (5)

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Introdução

Carboidratos

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Introdução

Características gerais

São as biomoléculas mais abundantes da Terra;

Fotossíntese: > 100 bilhões de toneladas de CO2 e H2O → celulose + produtos; Oxidação de carboidratos é a via central de obtenção de energia dos organismos não-fotossintetizantes; Também apresentam função estrutural (celulose em plantas) Funções diversas (determinam os grupos sanquíneos (A,B,O), tecido conectivo de animais, lubrificação das junções esqueléticas, etc); Complexos de carboidratos ligados covalentemente a proteínas ou lipídios podem atuar como sinalizadores intracelulares; A dieta do brasileiro é composta de alto nível de carboidratos

5FONTE: Instituto Brasileira de Geografia e Estatística (IBGE)

Obesidade no Brasil

70 %

O aumento da obesidade no Brasil é atribuído, entre outros fatores, ao aumento no consumo de carboidratos

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Monossacarídeos e dissacarídeos

Carboidratos

São polihidroxialdeídos e polihidroxicetonas e seus derivados, ou substâncias que, por hidrólise fornecem esses compostos.

Grupo funcional aldeído (aldose)

Grupo funcional cetona

(cetose)

Obs.: Podem conter N, P ou S

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Carboidratos

monossacarídeo

Dissacarídeo (2-20 = oligossacarídeo)

Polissacarídeo (> 20)

ribose, desoxirribose

CARBOIDRATOS MAIS COMUNS

oligossacarídeosmonossacarídeos polissacarídeos

pentoses hexosesglicose,

galactose, frutose manose

dissacarídeos

maltose, lactose, sacarose trealose

amido, glicogênio, celulose quitina

Monossacarídeos e dissacarídeos

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Estereoisomeria

Estereoisomeria: todos os monossacarídeos, exceto a diidroxicetona, contém um ou mais átomos de C assimétrico (quiral) e, assim, ocorrem em formas oticamente ativa

Número de estereoisômeros (N) = 2n onde n = número de C quirais

Monossacarídeos e dissacarídeos

9

MonossacarídeosD-aldoses

Monossacarídeos e dissacarídeos

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MonossacarídeosD-cetoses

Monossacarídeos e dissacarídeos

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EpímerosSão isômeros que diferem na configuração de apenas um C assimétrico (quiral). Se a configuração se modifica apenas no C quiral mais distante da carbonila, são isômeros, mas não epímeros

Monossacarídeos e dissacarídeos

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Ciclização de monossacarídeos

Monossacarídeos com 5 ou mais átomos de C ocorrem, em geral, na forma cíclica (em anel). A formação do anel ocorre em solução aquosa

OH do C-1 para baixo = α

OH do C-2 para cima = β

(6 átomos de C)

(36%) (64%)

C anomérico

Monossacarídeos e dissacarídeos

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Ciclização de monossacarídeos

Ciclização da frutose (5 átomos de C)

pirano

Anel piranose

6 átomos (5C + 1O) → Aldoses

Anel furanose

5 átomos (4C + 1O) → Cetoses

furano

C anomérico

Monossacarídeos e dissacarídeos

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Monossacarídeos e dissacarídeos

Ciclização de monossacarídeos

Conformação do anel

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Derivados de hexosesMonossacarídeos e dissacarídeos

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Açúcares redutores

Monossacarídeos podem ser oxidados por agentes oxidantes brandos como íons cúpricos (Cu2+). O grupo carboxil (C=O) é oxidado a um grupo carboxila (COOH)

Monossacarídeos e dissacarídeos

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Ligação glicosídica

É a ligação entre a hidroxila (OH) do C anomérico de um monossacarídeo e um grupo OH qualquer de outro monossacarídeo

C anomérico livre = açúcar redutor

Monossacarídeos e dissacarídeos

18

Exemplos de dissacarídeosMonossacarídeos e dissacarídeos

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Hidrólise da ligação glicosídica

1- Química: ácida H2SO4 0,5 mol/L /5 horas / 100°C, ou

TFA 2 mol/L /5 horas / 100°C

2- Enzimática: glicosidases Amido = amilase

Celulose = celulase

Lactose = lactase

Monossacarídeos e dissacarídeos

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Polissacarídeos

Polissacarídeos

1 único tipo de monossacarídeo

2 ou mais tipos de monossacarídeos

Linear LinearRamificado Ramificado

HOMOPOLISSACARÍDEOS HETEROPOLISSACARÍDEOS

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Homopolissacarídeos

1- Polissacarídeos de armazenamento

2- Polissacarídeos estruturais

Amido (células de plantas)

Glicogênio (células de animais)

Celulose (células de plantas)

Quitina (exoesqueleto)

Polissacarídeos

Grânulos de amido em um cloroplasto

Grânulos de glicogênio em um hepatócito

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Amido

Amilopectina

Polissacarídeos

Amido = amilose + amilopectina

= (D-glicose (α1→4) D-glicose)n

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AmidoPolissacarídeos

Em sua conformação mais estável apresenta cadeia curva (A). As ligações do tipo (α1→4) forçam a amilose, a amilopectina e o glicogênio a assumirem uma estrutura helicoidal (B) e estreitamente compacta

(A) (B)

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AmidoPolissacarídeos

Amilose

(linear)

Amilopectina

(ramificada)

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Glicogênio

8-12 resíduos

Mesma estrutura da amilopectina [cadeia principal de D-glicose ligada em (α1→4) com pontos de ramificação em (α1→6)], porém é mais ramificado.

Polissacarídeos

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Celulose

(β1→4) (β1→4)

Polissacarídeos

Cadeia linear = (D-glicose β(1→4) D-glicose)n

Fazem pontes de H entre si, por isso são insolúveis

em água

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CelulosePolissacarídeos

A conformação mais estável é aquela na qual um monossacarídeo é rodado 180° relativamente ao monossacarídeo precedente, formando uma cadeia reta e estendida. Várias cadeias estendidas lado a lado podem formar uma rede estabilizada por pontes de H inter- e intracadeia

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Protozoário Tryconinpha possui a enzima celulase que auxilia no

metabolismo da celulose que serve de alimento para ambos

Polissacarídeos

Celulose

Fungos da madeira possuem celulase

Bactérias presentes no rúmen também possuem celulase

Organismos capazes de metabolizar celulose

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Quitina

(β1→4) (β1→4) (β1→4)

(N-acetil-glucosamina)n

Polissacarídeos

Cadeias lineares. Forma fibras estendidas similares à da celulose. Não é digerível por vertebrados

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HeteropolissacarídeosPolissacarídeos

Peptídeoglicano – parede celular bacteriana. É o que define bactérias Gram positivas e Gram negativas

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Outros heteropolissacarídeos importantesPolissacarídeos

OrigemAlgas (carragenana, alginato, ágar)

Microrganismos (xantana)

Plantas Sementes (leguminosas) guar, alfarroba, locusta, jataí

Frutos - pectina

Exsudados – goma arábica, goma karaya

Bulbos – glucomanana (fins dietéticos)

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Outros heteropolissacarídeos importantesPolissacarídeos

Alfarrobeira Alfarroba = manose:galactose (4:1)

Planta nativa da Índia (Cyamopsis Tetragonolobus ou Cyamopsis Psoraloides)

Goma guar = manose:galactose (2:1)

Chocolate de alfarroba

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Outros heteropolissacarídeos importantesPolissacarídeos

Goma Karaya – extraída de exsudado de Sterculia urens e Cochlospermum gossypium

Goma arábica – extraída de Acacia senegal

Glucomanana – extraída de plantas orientais (Amorphophallus konjac - Konjac)

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Polissacarídeos

Outros heteropolissacarídeos importantes

Fibras dietéticas: são heteropolissacarídeos que não são metabolizados pelo organismo. São capazes de reduzir a taxa de colesterol, ligando-se à ele e eliminando-o. Também são capazes de se ligarem à cátions importantes, por isso sua ingestão deve ser moderada.

Recomendação: 20-35 g/dia

Fibras solúveis: aveia, laranja, maça, leguminosas Fibras insolúveis: folhas e cereais