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Metabolismo de Carboidratos
Ministério da Educação
Universidade Tecnológica Federal do Paraná
Câmpus Medianeira
Disciplina: Fundamentos de Nutrição
Profa. Rosana Aparecida da Silva Buzanello
Introdução
O que são carboidratos?
Os carboidratos são compostos orgânicos que contêm C, H e O em
várias combinações.
Fórmula geral empírica: [CH2O]n em que n ≥ 3 (hidratos de
carbono: definição inadequada).
Ocorrem compostos simples e complexos.
Amplamente distribuídos na natureza: juntamente com as proteínas,
representam os principais constituintes dos organismos vivos.
Também denominados de sacarídeos (do
grego sakcharon, que quer dizer açúcar.
Introdução
O grupo da base da pirâmide alimentar é constituído pelos cereais,
tubérculos e raízes.
Em função dos principais grupos que a compõem é denominado
grupo do arroz, pão, massa, batata e mandioca.
Que tem como predominante o carboidrato, que é a principal
fonte de energia alimentar.
São as principais fontes alimentares para produção de energia,
além de exercerem inúmeras funções estruturais e metabólicas
nos organismos.
Definição
São compostos de função mista:
São polihidroxialdeídos, polihidroxialcoóis, polihidroxiácidos ou
polihidroxicetonas ou compostos que por hidrólise liberam substâncias
com estas características.
Polihidroxialdeído Polihidroxicetona Polihidroxiácido Polihidroxiálcool
Classificação
De acordo com o número de unidades de açúcares simples que
contêm:
Monossacarídeos: carboidratos que não sofrem hidrólise.
Glicose, frutose, galactose, etc.
Oligossacarídeos: até 10 unidades de monossacarídeos.
Lactose, maltose, sacarose, rafinose, etc.
Polissacarídeos: ↑ 10 monossacarídeos.
Amido, glicogênio, celulose.
Classificação
De acordo com o número de carbonos:
Trioses ou triulose (3): gliceraldeído, dihidroxicetona.
Tetroses ou tetrulose (4): eritrulose, eritrose.
Pentoses ou pentulose (5): ribose, desoxirribose.
Hexoses ou hexulose (6): glicose, frutose, galactose.
Heptoses ou heptulose (7).
Octoses ou octulose (8).
Nonose e nonulose (9).
Mais comuns: 5 e 6
átomos de carbono.
ALDOSE: poliálcool-aldeido
Ex: glicose, galactose, arabinose
e manose
CETOSE: poliálcool-cetona
Ex: frutose
Classificação
Gliceraldeído
Dihidroxiacetona
D-gliceraldeído L-gliceraldeído
D e L: posição da OH do C assimétrico mais distantes do C
anomérico.
Monossacarídeos mais simples
Não possui carbonos
assimétricos
Classificação
Isomeria óptica: representam
imagens espelhadas umas
das outras.
Projeção de Fisher-Tollens
A posição da -OH dá origem a diferentes carboidratos;
Pela diferença de posição de uma –OH, temos, p. exemplo, glicose ou
manose;
4 C assimétricos
Aldoses isômeras
Classificação
Todos os monossacarídeos (exceção
dihidroxicetona) possuem 1 ou mais
carbonos assimétricos.
tetrose
pentose
hexose
Classificação
Classificação
Glicose
Principal constituinte dos oligo e polissacarídeos (maltose, sacarose,
lactose): aldose.
Presente nas frutas, no mel, em xarope de milho, raízes e tubérculos.
Grau de doçura inferior a sacarose e superior a lactose.
Principal fonte de energia para o ser humano, armazenado no fígado
e nos músculos na forma de glicogênio.
É encontrada na corrente sanguínea: açúcar do sangue.
Nos vegetais, podem ocorrer na forma livre ou fazendo parte dos
polímeros como amido e celulose.
Glicose
Projeção de Fischer
Classificação
Glicose
Em solução aquosa: molécula não linear;
Forma cíclica: piranosídica.
CICLIZAÇÃO
Reação intramolecular do carbono anomérico (do grupo carbonilo)
com a –OH do carbono assimétrico mais distante, formando um
hemiacetal ou hemicetal.
hemiacetais (se o grupo carbonilo é um aldeído)
hemicetais (se o grupo carbonilo é uma cetona)
ClassificaçãoA representação dos monossacarídeos em sua forma
acíclica é utilizada apenas para facilitar a visualização.
Projeção de Haworth
R1 — C — H + R1 — C
—O
H
|H
— OR2OH— R2 ↔
R1 — C
—O
H
|R2
— OR3R1 — C + OH— R2 ↔|R2
hemiacetal
hemicetal
CICLIZAÇÃO
Classificação
Grupo carbonilo: aldeído
Grupo carbonilo: cetona
Classificação
MUTARROTAÇÃO
Interconversão simultânea
entre as formas e
quando em solução;
Detectada por alterações na
rotação óptica.A hidroxila do carbono
anomérico livre de ligação é o
que permite esse tipo de
fenômeno: Açúcar redutor.
TODO MONOSSACARÍDEO É
UM AÇÚCAR REDUTOR!
Classificação
Galactose
Monossacarídeo presente na estrutura da lactose.
Não é encontrada livre na natureza: obtida pela hidrólise
química ou enzimática da lactose.
Por fazer parte da constituição do tecido nervoso, também é
conhecida como cerebrose.
Frutose
É a única cetose encontrada na natureza.
Juntamente com a glicose: sacarose.
Pode ser obtida pela hidrólise da sacarose.
Grau de doçura superior ao da sacarose: cerca de 30% mais doce,
representando o açúcar mais doce entre os utilizados pelos seres
humanos.
Classificação
Oligossacarídeos
Polímeros contendo 2 a 10 unidades de monossacarídeos;
Os dissacarídeos são os mais importantes, podendo ser homogêneos
ou heterogêneos;
Formados através de ligações glicosídicas entre monossacarídeos
adjacentes;
Os oligossacarídeos resultantes podem ser redutores ou não
redutores.
Classificação
LIGAÇÃO GLICOSÍDICA: ligação entre duas moléculas de açúcar.
Ocorre entre o carbono anomérico e o grupo hidroxila de outra molécula
de açúcar.
Classificação
LIGAÇÃO GLICOSÍDICA
C anomérico
Maltose
Composta por duas moléculas de glicose unidas por ligação alfa
1→4 glicosídica.
Como não é encontrada livre na natureza, pode ser obtida pela
hidrólise do amido: ação da enzima diasase no grão germinado de
cevada ou pela digestão do amido por ação das amilases.
No intestino: hidrolisada pela maltase (alfa-glicosidase), liberando
duas unidades de glicose.
Classificação
Açúcar redutor
Lactose
Composta por uma unidade de glicose
uma unidade de galactose unidas por
ligação beta 1→4 glicosídica.
Encontrada no leite: leite de vaca contém
de 4 a 6% de lactose e o leite humano
pode conter 5 a 8% de lactose.
Possui 16% da doçura da sacarose.
Classificação
Açúcar redutor
Sacarose
Constituída por uma unidade de glicose e uma unidade de frutose,
unidas entre si por ligação beta 1→2 glicosídica.
Cana-de-açúcar é a principal fonte.
Beterraba ou algumas frutas (uva) também são fonte de obtenção.
Forma de açúcar mais comum e acessível da dieta habitual.
Facilmente hidrolisada por enzimas: invertase ou alfa-glicosidase.
Classificação
Açúcar não redutor
Principais polióis de importância em nutrição:
Manitol: é um açúcar de álcool que possui metade da energia
fornecida pela glicose e pode ser utilizado como edulcorante em
alguns alimentos.
Em tecnologia de alimentos, também é empregado como agente
secante em azeitonas, aspargos, batata-doce e cenouras.
Sorbitol: é um açúcar álcool encontrado naturalmente em frutas
como pêra, maçã e ameixa.
É utilizado na calda de compotas de frutas com teor reduzido de açúcar.
Classificação
Principais oligossacarídeos de importância em nutrição:
Maltodextrinas: compostos por unidades de glicose e obtidas
enzimaticamente pela ação de amilases ou quimicamente a partir da
hidrólise do amido, em tempo, temperatura e pH controlados.
Presente em extratos de amido hidrolisados, em conjunto com
moléculas de glicose e maltose.
São mais hidrossolúveis que o amido e formam soluções menos
viscosas.
Alguns alimentos industrializados apresentam na sua composição
combinações de amido de maltodextrina cuja função é regular a
viscosidade do produto.
Classificação
Principais oligossacarídeos de importância em nutrição:
Frutooligossacarídeos (FOS): oligossacarídeos com número
variado de moléculas de glicose associados à frutose.
Geralmente apresentam ligações do tipo beta, as quais não são
digeridas pelo organismo humano.
Uso como aditivos: consistência a produtos lácteos, umectar bolos e
produtos de confeitaria, baixar o ponto de congelamento de sobremesas
geladas, conferir crocância a biscoitos com teores reduzidos em
gorduras associado a edulcorantes.
Destaque (prebiótico): empregados junto a dietas contendo
probióticos. Redução de microrganismos patogênicos.
Classificação
Polissacarídeos
São formados por longas cadeias de monossacarídeos unidos entre
si por ligações glicosídicas.
Não tem poder redutor.
Funções variadas na natureza que vão desde a reserva de energia à
estruturação das células vegetais ou carapaças de animais.
Alguns polissacarídeos tem a capacidade de reter água e em
situações específicas podem formar gel ou uma solução viscosa
com aplicação na indústria de alimentos.
Amido: principal polissacarídeo de origem vegetal.
Glicogênio: principal polissacarídeo de origem animal.
Classificação
Cadeia
ramificada
Polissacarídeos: classificação
Homopolissacarídeos (Homoglicano)
Ex: amido, glicogênio e celulose
Heteropolissacarídeos (Heteroglicano)
Ex: pectina, ácido hialurônico
Cadeias lineares (celulose, amilose)
Cadeias ramificadas (amilopectina, glicogênio)
Variadas posições de ramificação e longitude das cadeias laterais.
Classificação
Pectina
Amido
Importante fonte de energia da alimentação: milho, batata, mandioca,
trigo.
Formado pela combinação de dois polissacarídeos → amilose e
amilopectina: polímeros organizados na forma de grânulos densos e
insolúveis em água fria e sofrem leve hidratação em água fria.
Diferentes tipos: quantidade de amilose e amilopectina.
Classificação
Amilose
Polissacarídeo linear (200 a 10 mil
unidades de glicose unidas por
ligação glicosídica alfa 1→4).
Classificação
Pode assumir uma estrutura helicoidal, o que permite a acomodação
de átomos de iodo formando um complexo de coloração azul (princípio
da determinação de amilose e presença de amido em alimentos).
Amido com alto teor de amilose: cora-se mais facilmente.
Quanto maior o teor de amilose do amido, maior será a sua viscosidade.
Teor de amilose do milho (28%) é superior ao da batata (23%): maior viscosidade
de um mingau de milho do que um purê de batata.
Teor de amilose em amidos: trigo (26%), arroz (17%) e mandioca (8%).
Amilose
Classificação
Amidos com alto teor de
amilose: requer maior
temperatura de geleificação e
são mais resistentes a
retrogradação.
Amidos com alto teor de
amilopectina: tem sua
capacidade de formação de
gel reduzida.
Amilopectina
Porção ramificada do amido.
20 a 25 unidade de glicose unidas por
ligações glicosídicas alfa 1→4.
Essas cadeias são unidas entre si por
ligações alfa 1 → 6.
Não forma estrutura helicoidal.
Classificação
Amilopectina
Classificação
Amido
O amido bruto da batata crua ou de grãos é mal digerido.
O cozimento a vapor faz com que os grânulos inchem, o amido seja
gelatinizado, amacie e rompa a parede celular.
Assim, o amido torna-se mais digestível pela amilase pancreática.
Amido resistente: permanece intacto durante o cozimento, recristaliza após o
resfriamento, resiste à repartição enzimática e produz quantidades limitadas de
glicose para a absorção.
Amido modificado: modificado química ou fisicamente para alterar a sua
viscosidade, capacidade de formar gel, e outras propriedades de textura
(substituto da gordura).
Amido pré-gelatinizado: dispersáveis em água fria e foram géis sem
aquecimento.
Classificação
Glicogênio
O glicogênio é armazenado hidratado com a água: tornando uma
molécula grande e inadequada para armazenamento de energia em
longo prazo.
Homem de 70 kg, por exemplo, armazena energia sob a forma de glicogênio
por apenas 18 horas. Em comparação ao suprimento de gordura: dois
meses armazenado.
Se todo o estoque de energia dos seres humanos fosse de glicogênio, todos
precisariam pesar mais 27 kg.
Classificação
Glicogênio
~ 150 g de glicogênio são armazenados no músculo: pode ser aumentada em
cinco vezes com o treinamento físico (não disponível para manter a glicemia).
É o estoque de glicogênio no fígado do ser humano (cerca de 90 g) que
está envolvido no controle hormonal de glicemia.
Classificação
Celulose
Não é digerida pelo trato gastrointestinal: componente das fibras alimentares.
Presente nas paredes celulares das plantas, associadas a lignina e
hemicelulose → polissacarídeo de sustentação dos vegetais.
Homoglicano constituído de cadeias lineares de glicose unidas por
ligações beta 1→4.
As moléculas são estabilizadas por pontes de hidrogênio intramoleculares.
Essas cadeias colocam-se paralelamente umas às outras, o que
chamamos de conformação em fita, formando regiões de ordem cristalina
elevada, contribuindo para a insolubilidade e baixa reatividade da celulose.
Classificação
Celulose
Classificação
Fonte: Santos (2014): Produção e caracterização de
celulases e hemicelulases por linhagens fúngicas
mesófilas isoladas do cerrado sul-mato-grossense.
Classificação
Fibras alimentares
Componentes que não são digeridos pelas enzimas do trato
gastrointestinal.
Polímeros estruturais para as células vegetais: celulose, hemicelulose,
pectina, hidrocolóides.
Funções fisiológicas benéficas no trato gastrointestinal e na redução do
risco de certas doenças: prebióticos.
Metabolismo de Carboidratos
Digestão e absorção
Digestão do amido: inicia na boca → ação da ptialina (alfa
amilase salivar).
Conversão em fragmentos menores: amilose e amilopectina e alta
concentração de maltose e maltodextrina.
Intestino delgado: continuação do processo de digestão pela amilase
pancreática.
Maltose e maltodextrina: ação de hidrolases (alfa glicosidases) liberando
moléculas de glicose.
Dissacarídeos: digestão a partir de hidrolases → sacarose será digerida
pela sacarase (invertase) liberando glicose e frutose; lactose pela lactase,
liberando glicose e galactose.
Metabolismo de Carboidratos
Digestão e absorção (continuação)
Após digeridos, os monossacarídeos obtidos (glicose, frutose e
galactose) deverão ser absorvidos por processos distintos.
Glicose e galactose: processo ativo, com gasto de ATP.
Frutose: absorvida por transporte facilitado.
Após absorção: monossacarídeos livres na corrente sanguínea.
Glicose circulante: será remetida para o interior das células pela ação da
insulina. Glicose utilizada na respiração celular na mitocôndria (energia).
Fígado e músculos: armazenada na forma de glicogênio → glicogênese.
Galactose e frutose: incorporadas a via glicolítica → conversão glicose.
Metabolismo de Carboidratos
Hormônio liberado pelo pâncreas (glândula mista, função endócrina).
Digestão e absorção (continuação)
A digestão da sacarose e maltose é rápida:
Monossacarídeos liberados são prontamente absorvidos, causando
resposta glicêmica rápida.
Diferente dos monossacarídeos e dissacarídeos como:
Manitol e sorbitol: serão pouco absorvidos, justificando seu uso como
edulcorantes.
Podem servir de substrato para microrganismos fermentadores no
intestino e cólon: metabólitos podem causar flatulência e diarreia
dependendo da quantidade.
Metabolismo de Carboidratos
Principais reguladores da glicemia após uma refeição: quantidade e a
digestibilidade do carboidrato ingerido; a absorção e o grau de captação hepática e; a
secreção de insulina e a sensibilidade dos tecidos periféricos à ação da insulina.
Índice Glicêmico (IG) e Carga Glicêmica (CG)
Efeito das concentrações de glicose no sangue: podem apresentar
rápida ou lenta resposta glicêmica.
Índice Glicêmico (IG): classificação proposta para quantificar a glicose
sanguínea após a ingestão de um alimento com carboidratos.
Medida da velocidade em que o carboidrato é digerido.
Expressa o aumento da glicemia após duas horas da ingestão de um
alimento-teste, com 50 g de carboidratos disponíveis.
Alimentos com baixo IG têm consistentemente demonstrado efeitos
benéficos no controle da glicemia tanto em curto como em longo
prazo em pacientes diabéticos.
Metabolismo de Carboidratos
Índice Glicêmico (IG) e Carga Glicêmica (CG)
Dados publicados sobre índice glicêmico dos alimentos individuais:
Pão branco e glicose usados como alimentos de referência →
consolidados para a conveniência dos consumidores.
O uso do índice glicêmico para modificar as dietas e para prevenir e
controlar a doença crônica ainda está sob pesquisa.
Qualidade e a quantidade de carboidratos presentes em uma porção.
A carga glicêmica e as fibras também têm implicações importantes
para os indivíduos que manifestam a síndrome metabólica.
Carga glicêmica de um alimento: é o IG do carboidrato dividido por
100 e multiplicado pelo seu teor de carboidratos disponíveis (ou seja,
carboidratos menos fibras) em gramas.
Metabolismo de Carboidratos
Metabolismo de Carboidratos
Índice Glicêmico (IG) e Carga Glicêmica (CG)
Padrão: glicose
Padrão: pão branco
IG ≤ 75: baixoIG > 95: alto
Metabolismo de Carboidratos
Índice Glicêmico (IG) e Carga Glicêmica (CG)
Frutas: apresentam IG de médio a baixo.
Metabolismo de Carboidratos
Índice Glicêmico (IG) e Carga Glicêmica (CG)
Metabolismo de Carboidratos
Índice Glicêmico (IG) e Carga Glicêmica (CG)
Metabolismo de Carboidratos
Índice Glicêmico (IG) e Carga Glicêmica (CG)
Metabolismo de Carboidratos
Índice Glicêmico (IG) e Carga Glicêmica (CG)
Carboidratos: utilizados como fonte energética pelas células, na
forma de glicose.
O excesso pode ser convertido em glicogênio ou ácidos graxos e,
também, utilizado para a síntese de aminoácidos.
Controle glicêmico: hormônios → Insulina.
Após a refeição: pâncreas libera insulina para propiciar a ativação dos
receptores celulares de captação e também estimular a glicogênese e
lipogênese.
Metabolismo de Carboidratos
Conjunto de reações metabólicas
que ocorre no fígado.
Glicogênio sintetizado a partir de
carboidratos simples (glicose).
Formação metabólica dos lipídios pela
transformação de materiais não
gordurosos em gordura corporal.
Durante jejum:
Baixa taxa de glicose no sangue.
Pâncreas libera o hormônio glucagon para promover a
glicogenólise, tanto em níveis hepáticos como musculares.
E se a glicose obtida pela glicogenólise não for suficiente?
Obtenção de glicose pela gliconeogênese: a partir de ácidos graxos e
aminoácidos.
Metabolismo de Carboidratos
Consumo de glicogênio
para obtenção de glicose.
Metabolismo de Carboidratos
Metabolismo da glicose:
Primeiras etapas:
Fosforilação e Clivagem
Fosforilação inorgânica
Produção de ATP
02 moléculas Piruvato
Respiração celular e glicólise
Glicose: rica em energia
Objetivo: produção de ATP
Ocorre no citossol
Metabolismo de Carboidratos
Metabolismo da glicose:
Piruvato
CO2
Cômputo energético:
1. Glicólise: 6 ATPs.
2. Descarboxilação do Piruvato:
6 ATPs.
3. Ciclo de Krebs: 24 ATPs.
Total: 38 ATPs = 380.000 cal.
Ocorre na matriz
mitocondrial
Descarboxilação do piruvato
Os carbonos da glicose já
foram consumidos até
essa etapa:
Objetivo → transformar
em oxaloacetato.
Metabolismo de Carboidratos
Conversão do carboidrato em gordura: permite a formação de
reservas mesmo que sua alimentação contenha pouca gordura.
Consumo de carboidratos em excesso: conversão da glicose e síntese
de glicogênio.
Expansão dos estoques de glicogênio: uso quase que exclusivo da glicose
como fonte de energia, reduzindo temporariamente o acúmulo de glicogênio.
A síntese de lipídios a partir de glicose “lipogênese de novo” ocorre
somente após o consumo de quantidade excessiva de carboidratos e
depois do preenchimento dos estoques de glicogênio no organismo.
Excesso de carboidratos: termogênese (oxidação para produção de
energia liberada na forma de calor).
Gordura: estocada no tecido adiposo.
EAR: Necessidade média estimada
RDA: Quantidade Dietética Recomendada
AI: Ingestão Adequada
Recomendações nutricionais
Quantidade facilmente ultrapassada pelo
consumo habitual de alimentos fontes de
carboidratos pela população brasileira.
AMDR (Acceptable Macronutrient
Distribuition Ranges): percentual
aceitável no valor energético total (VET).
- Adultos: de 45 a 65% do VET.
- Baixo consumo de lipídios e alto de
carboidratos: redução de doenças
cardiovasculares.
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REFERÊNCIAS