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Química de Carboidratos
Os carboidratos constituem a mais abundante classe de biomoléculas presentes no planeta Terra, além de encerrarem uma gama de funções biológicas, sendo a principal fonte energética da maioria das células não fotossintéticas. Sua oxidação é o principal meio de abastecimento energético da maioria das células não fotossintéticas. Além do suprimento energético, os carboidratos atuam como elementos estruturais da parede celular e como sinalizadores no organismo.
Carboidratos são compostos aldeídicos ou cetônicos ou substâncias que liberam tais compostos por hidrólise. O termo sacarídeo é derivado do grego sakcharon que significa açúcar. Por isso, são assim denominados, embora nem todos apresentem sabor adocicado. O termo carboidratos denota hidratos de carbono, designação oriunda da fórmula geral (CH2O)n apresentada pela maioria dessas moléculas. Podem ser divididos em três classes principais de acordo com o número de ligações glicosídicas: monossacarídeos, oligossacarídeos e polissacarídeos.
- Importância
- Pertencem ao grupo dos nutrientes básicos (têm função nutricional);
- São encontrados em grande quantidade na maioria dos alimentos;
- São alimentos baratos e de fácil digestão;
- Principal fonte de fornecimento de energia na dieta da maioria dos organismos;
- Alimentos de reserva (amido/plantas, glicogênio/humanos);
- Atuam como componentes das membranas celulares;
- Arcabouço estrutural (DNA e RNA)
- Servem como componente estrutural (sustentação) de muitos organismos (ex: paredes celulares de bactérias, esqueleto de insetos, celulose fibrose de plantas);
- Participam dos mecanismos de defesa (glicoproteinas e imunoglobulinas);
- Nos alimentos exercem uma série de funções: edulcorantes, geleificantes, espessantes, precursores de compostos de aroma e cor;
- Nos alimentos são responsáveis pela maioria das reações de escurecimento.
- Funções
- Lubrificantes das articulações esqueléticas;
- Reconhecimento e adesão entre as células;
- Sinalizadores intracelulares;
- Defesa e proteção.
Monossacarídeos: São carboidratos simples, consistem somente de uma unidade de poliidroxialdeídos ou cetonas, as quais podem ter de três a sete átomos de carbono. Possuem cadeia não ramificada, na qual um dos átomos de carbono é unido por meio de uma dupla ligação a um átomo de oxigênio, constituindo assim um grupo carbonila e não podem ser hidrolisados; Devido à alta polaridade, são sólidos cristalinos em temperatura ambiente, solúveis em água e insolúveis em solventes não polares. Fórmula geral dos monossacarídeos: Cn (H 2 O)m onde n=m; São chamados de polihidroxialdeídos (aldoses), ou polihidroxicetonas (cetoses) conforme o grupo funcional que apresentam (aldeído: O=C-H, cetona: C=O).
Outra importante característica dos monossacarídeos é a presença de pelo menos um carbono assimétrico (com exceção da diidroxicetona), fazendo com que eles ocorram em formas isoméricas oticamente ativas (isômeros D e L). Uma importante propriedade dos monossacarídeos é a capacidade de serem oxidados por íons cúpricos (Cu2+) e férricos (Fe3+). Os açúcares com tal propriedade são denominados açúcares redutores. O grupo carbonila é oxidado a carboxila com a concomitante redução, por exemplo, do íon cúprico (Cu2+) a cuproso (Cu+). Tal princípio é útil na análise de açúcares e, por muitos anos, foi utilizado na determinação dos níveis de glicose no sangue e na urina como diagnóstico da diabetes melito.
São classificados de acordo com o número de átomos de carbono que contém. Exemplos de monossacarídeos comumente encontrados:
- 3 carbonos: trioses (gliceraldeído);
- 4 carbonos: tetroses (eritrose e treose);
- 5 carbonos: pentoses (ribose, xilose);
- 6 carbonos: hexoses (glicose, frutose, galactose, etc.);
- 7 carbonos: heptoses (heptulose).
Alguns dos estereoisômeros ou enantiómeros são muito mais comuns na natureza que outros. (ex: açúcares D são mais abundantes que açúcares L). Um caso especial de diasteroisómeros são os epímeros , que diferem entre si apenas na configuração de um dos carbonos.
Os monossacarídeos são podem ser mostrados em uma estrutura aberta, dada pela projeção de Fisher, esta projeção mostra os monossacarídeos no espaço bidimensional. Através das estruturas mostradas nesta projeção, observa-se que a glicose e a frutose possuem mesma fórmula molecular (C6H12O6 – com m=n=6). No entanto, apresentam grupos funcionais diferentes, enquanto a glicose é uma aldose (com um grupo aldeído), a frutose é uma cetose (com um grupo cetona). Em ambas as estruturas o átomo de carbono da carbonila (C=O) é chamado de carbono anomérico , é o carbono que reage com a hidroxila formando a estrutura cíclica, na glicose: C1 e na frutose: C2.
A ciclização acontece como resultado de interação entre carbonos distantes, tais como C-1 e C-5, para formar um hemiacetal. Outra possibilidade é a interação entre C-2 e C-5 para formar um hemicetal. Na realidade, a carbonila dos monossacarídeos não é encontrada livre, mas sim combinada com uma das hidroxilas da mesma molécula em uma ligação hemiacetálica, formando os anéis representados por estruturas cíclicas. Portanto, a ligação hemiacetálica é uma ligação intramolecular que ocorre entre o carbono da carbonila (carbono anomérico) com uma das hidroxilas nos monossacarídeos, formando uma estrutura cíclica.
Nas estruturas cíclicas são normalmente formados anéis com 5 ou 6 membros (átomos), estes anéis são denominados furanose e piranose, respectivamente, em virtude de suas semelhanças com o furano e pirano. Os monossacarídeos em anel do tipo piranose (com 6 C) ocorrerem em quantidades mais expressivas na natureza, no entanto, a frutose da sacarose (que é uma glicose + frutose) é uma furanose (com 5 carbonos).
A ligação hemiacetálica que forma o anel (estrutura cíclica) converte o átomo de carbono da carbonila (que faz a ligação hemiacetálica) em um centro quiral, ou seja, o carbono passa a ser assimétrico, já que pode se ligar com quatro substituintes diferentes. A forma cíclica ocorre, portanto, com um par de isômeros óticos, chamados de α e β anômeros, e sua configuração depende da posição da hidroxila (OH) no carbono quiral, quando estiver para baixo, será α e quando estiver para cima, β. Estes isômeros são de suma importância no estudo dos carboidratos e recebem o nome de anômeros.
Oligossacarídeos: Os oligossacarídeos são formados por cadeias curtas de monossacarídeos. Os mais comuns são os dissacarídeos. São dois monossacarídeos unidos por ligações glicosídicas. Ex: sacarose (glicose + frutose), maltose (glicose + glicose), lactose (glicose + galactose). A Ligação glicosídica é formada entre o grupo hidroxila (anomérico ou redutor) de um átomo de carbono anomérico com um grupo hidroxila de outra molécula, com eliminação de uma molécula de água (H2O), elas são, portanto, ligações intermoleculares (ocorre entre duas moléculas diferentes). O produto resultante da ligação glicosídica é um glicosídeo. Quando o glicosídeo é formado por 2 monossacarídeos temos os dissacarídeos.
Os mais comuns são os dissacarídeos, dos quais se destacam a sacarose (açúcar da cana) e a lactose (açúcar do leite).
