Os açúcares ou sacarídeos representam a transmutação da energia luminosa em energia química, da matéria inorgânica em matéria orgânica na etapa sintetizadora dos ecossistemas, voltando a formar matéria inorgânica e calor na etapa heterotrófica.A fonte de energia que movimenta a vida terrestre é o Sol através da radiação luminosa, mas para isso ela deve se transformar em energia química. Como heterótrofos, nossa fonte básica de energia são os carboidratos ou açúcares.
Até 1960 se acreditava que o papel deles era unicamente energético, uma vez que a obtenção de energia pelas células é realizada, principalmente, através da quebra da molécula de glicose. Atualmente, sabemos que, além de fornecer uma fração significativa de energia, permitindo o armazenamento energético nos animais, sob a forma de glicogênio e nos vegetais, principalmente, sob a forma de amido, os carboidratos têm funções estruturais.
Como exemplo do seu papel estrutural há o glicocálice das células, cuja função é construtora ou plástica aumentando a resistência da porção externa da membrana plasmática, bem como constitui a parede celular dos fungos e a celulose da parede de células vegetais e, em parte, das algas. No contexto do organismo, a quitina forma o exoesqueleto dos artrópodes - insetos e aranhas.
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Estas moléculas podem ser consideradas quimicamente simples por serem formadas apenas com três tipos de átomos: carbono, oxigênio e hidrogênio. Como sua fórmula geral pode ser resumida em nC(H2O), ou seja, para cada átomo de carbono, em geral, há o equivalente a uma molécula de água eles foram chamados de hidratos de carbono ou carboidratos.
A variação estrutural dos carboidratos é fundamental para atividade biológica. Alguns tipos de açúcar desempenham funções especiais, como a de anticoagulante (heparina), lubrificante, antigênica e reconhecimento celular. Além disso, fazem parte dos nucleotídeos, que constituem os ácidos nucleicos, DNA e RNA.
Tipos de carboidratos:
1- Monossacarídeos.
São moléculas lineares com, pelo menos, três átomos de carbono (trioses). Sua classificação depende da natureza química de seu grupo carbonila e do número de átomos.
Em relação ao tipo de carbonila podem ser aldoses (aldeído) ou cetoses (cetona).
Em relação ao número de carbonos podem ser: trioses (3C); tetroses (4C), pentoses (5C), hexoses (6C), heptoses (7C), etc.
Por exemplo, a D-glicose é uma aldose, enquanto a D-Frutose é uma cetose.
Porém a forma linear dessas moléculas é a menos frequente, porque no ambiente aquoso das células os monossacarídeos assumem uma conformação cíclica.
Glicose e Frutose são isômeros estruturais já que sua fórmula geral é idêntica C6H12O6, mas o arranjo dos átomos é diferente isso afeta suas reações. A molécula de glicose forma um anel de seis elementos, ou seja, uma piranose (alfa-D-glicopiranose): 1 oxigênio (da carbonila) e 5 carbonos (1,2,3,4,5).
Já a frutose, por ser uma cetona, forma anel com cinco elementos (1 oxigênio e 4 carbonos), ou seja, uma furanose transformando-se na alfa-D-frutofuranose.
Porém como as formas cíclicas são as mais abundantes costuma-se designar a D-glicopiranose apenas como Glicose e a D-frutofuranose como Frutose.
Conformações variáveis.
Os açúcares são conformacionalmente variáveis, hexoses ou pentoses podem assumir as formas de piranose ou furanose.
Além disso, tais anéis não são, necessariamente, planos podendo assumir a conformação de cadeira.
2- Polissacarídeos (ou glicanos)
Os polissacarídeos resultam da união de monossacarídeos através das ligações glicosídicas, formando polímeros ramificados ou, em sua maioria, lineares.
Podem ser homopolissacarídeos ou heteropolissacarídeos, caso sejam constituídos por um ou mais tipos de monossacarídeos, respectivamente.
2.1- Dissacarídeos (oligossacarídeos).
Os dissacarídeos são as formas mais comuns de oligossacarídeos, já que as moléculas com três ou mais resíduos são relativamente raras, ocorrendo, praticamente, só em plantas.
Os dissacarídeos mais representativos na dieta humana são a lactose (Galactose + Glicose) e a sacarose (Glicose + Frutose).
A lactose ocorre naturalmente apenas no leite, com concentração entre 0 a 7%. A ligação glicosídica ocorre entre o carbono 1 da galactose e 4 da glicose. Como a lactose possui um carbono anomérico (da carbonila) livre no seu resíduo de glicose, sendo por isso um açúcar redutor.
A sacarose é a principal forma como os carboidratos são transportados em plantas. Ela é o açúcar de mesa, no Brasil, produzido a partir da cana-de-açúcar. A ligação glicosídica ocorre entre o carbono 1 da glicose e o carbono 2 da frutose, portanto não resta nenhum carbono anomérico livre, sendo este um açúcar não redutor.2.2 POLISSACARÍDEOS DE CADEIAS LONGAS.
a) POLISSACARÍDEOS ESTRUTURAIS: CELULOSE e QUITINA
As plantas possuem paredes celulares rígidas para poder suportar as diferenças de pressão osmótica entre os espaços extra e intracelular, além de desempenhar função de sustentação. O componente principal da parede celular das plantas é um açúcar de cadeia longa: a celulose (abaixo: o aspecto da celulose em microscopia de varredura).
A celulose é um polímero linear de até 15 mil resíduos de Glicose, ligados por ligação glicosídica beta-1-4. Esta estrutura é altamente coesiva, tornando a celulose insolúvel em água, apesar de ser hidrofílica. |
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Na parede celular, as fibras de celulose estão embebidas em uma matriz que contém lignina e outros polissacarídeos. A matriz permite que a parede celular suporte grandes pressões, uma vez que ela distribui a pressão de forma igual entre os elementos que reforçam a celulose.
A quitina é um açúcar tão abundante quanto a celulose, uma vez que ela é o principal elemento do exoesqueleto dos artrópodes mais numerosos (crustáceos, aracnídeos e insetos), além de fazer parte da parede celular de fungos e de muitas algas.
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A figura ao lado representa o exoesqueleto de artrópodes. A quitina é encontrada na procutícula. Na camada da exocutícula ela está associada a proteínas e na endocutícula existe muito mais quitina do que proteínas.
A molécula de quitina (figura abaixo) é um polímero de resíduos de N-acetil-glicosaminas unidos por ligações beta-1-4. As estruturas da quitina e da celulose são similares, pois a glicose (D-glicopiranose) se diferencia da N-acetil glicosamida apenas no Carbono 2 do anel: na glicose este carbono está ligado a um grupo oxidrila (OH) enquanto na glicosamina ele se liga a uma função acetamida (NHCOCH3).
b) POLISSACARÍDEOS DE RESERVA: AMIDO e GLICOGÊNIO
O amido é uma mistura de amilose e amilopectina.
A Amilose é um polímero formado por resíduos de glicose unidos por ligações glicosídicas alfa-1-4 que confere à molécula uma forma em espiral.
A Amilopectina consiste, principalmente, em resíduos de glicose unidos por ligações alfa-1-4, sendo, porém ramificada em pontos com ligação alfa-1-6 a cada 24 a 30 resíduos.
O amido é uma das maiores moléculas presentes na natureza, servido para armazenar a Glicose de forma a permitir a redução da pressão osmótica nas plantas. Ele é um açúcar redutor, embora possua apenas um resíduo com um carbono anódico sem ligação glicosídica, a chamada ‘extremidade redutora’.O AMIDO é a principal fonte de glicose da dieta humana. Seu processo de digestão depende da presença de amilase e, por ser lento, inicia na boca, pois a secreção de algumas glândulas salivares contém essa enzima.
A enzima amilase salivar hidrolisa, aleatoriamente, as ligações glicosídicas alfa-1-4 do amido. A digestão continua no intestino na presença de amilase secretada pelo pâncreas, que também hidrolisa as ligações glicosídicas alfa-1-4 formando uma mistura de dissacarídeos (maltose), trissacarídeos (maltotriose) e oligossacarídeos que contém as ligações alfa-1-6 (dextrinas).
Para disgetão completa do amido estes sacarídeos devem ser hidrolisados por outras enzimas como a alfa-glicosidade, que remove os resíduos um a um, hidrolisando as ligações alfa-1-4, mais uma enzima desramificadora que também remove os resíduos um a um, hidrolisando tanto as ligações 1-4 quanto 1-6. Os monossacarídeos resultantes deste processo, ou seja, a glicose é absorvida pelo epitélio intestinal e transportada para a corrente sanguínea.
O GLICOGÊNIO é o polissacarídeo de reserva dos animais. Está presentes em todas as células, mas é mais abundante no músculo estriado esquelético e no fígado, onde ocorre sob a forma de grânulos citoplasmáticos.
A estrutura do glicogênio é semelhante a amilopectina, porém ele é mais ramificado porque possui ligações alfa-1-6 a cada 8 ou 14 resíduos de glicose.A transformação do glicogênio em glicose depende da presença de duas enzimas a glicogênio-fosforilase que cliva as ligações 1-4 por adição de fosfatos em direção à estremidade não redutora e a enzima desramificadora do glicogênio que cliva as ligações 1-6.
A forma ramificada do glicogênio, que possui muitas pontas não redutoras, permite uma rápida disponibilização da glicose para as células, sempre que necessária.
Entre os polissacarídeos há outros de grande importância estrutural para os animais os GLICOSAMINOGLICANOS, presentes na matriz dos tecidos conjuntivos, por isso merecerão um post próprio. Também as interconversões entre glicose e glicogênio serão exploradas numa postagem própria.
Leituras complementares:
Aspectos gerais do metabolismo.
O transporte de hidrogênios e os carreadores de elétrons.
Links:
dia a dia educação
a célula vegetal
Referências:
1- RUPPERT, E.E. ; FOX, R.S.; BARNES, R.D. Zoologia dos Invertebrados: uma abordagem funcional-evolutiva. 7ed. São Paulo : Roca, 2005.
2- SOUZA, K. A.F.D. ; NEVES, V. A. Pesquisa de polissacarídeos: reação com o iodo. Experimentos de Bioquímica. Disponível em: http://www.fcfar.unesp.br/alimentos/bioquimica/praticas_ch/teste_amido.htm
3- VOET, D. ; VOET, J. ; PRATT, J.W. Fundamentos de Bioquímica: a vida em nível molecular. 2ed. Porto Alegre : ARTMED, 2008.
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