Bioquimica Geral - Carboidratos Glicoconjugados e Polissacarideos

BIOQUÍMICA GERAL BIOQUÍMICA GERAL JOÃO LUIZ COELHO RIBAS Autoria Objetivos do capítulo Defi nir os conceitos básicos e características de carboidratos Conhecer as estruturas químicas dos monossacarídeos e suas propriedades Compreender a formação de moléculas mais complexas a partir de monossacarídeos e sua importância Identifi car a associação de moléculas de carboidratos com moléculas de outras classes para formação de glicoconjugados relevantes biologicamente Entender as propriedades estruturais e funções bioquímicas das moléculas estudadas GLICOCONJUGADOS Introdução Proteoglicanos Glicoproteínas Glicolipídios POLISSACARÍDEOS Introdução Características classifi cação e propriedades Polissacarídeos de armazenamento Polissacarídeos estruturais CARBOIDRATOS DE INTERESSE E FONTES Dissacarídeos Homopolissacarídeos Heteropolissacarídeos Métodos de obtenção purifi cação e caracterização de carboidratos TÓPICOS DE ESTUDO MONOSSACARÍDEOS E OLIGOSSACARÍDEOS Introdução aos carboidratos funções e classifi cação Monossacarídeos características químicas e estrutura Monossacarídeos ciclização propriedades redutoras e derivados Oligossacarídeos propriedades estrutura e aplicação BIOQUÍMICA GERAL 85 Os carboidratos são encontrados em uma grande variedade de alimentos considerados saudáveis e não saudáveis tais como pão feijão leite pipoca batatas biscoitos macar rão refrigerantes milho e torta Eles também vêm em uma variedade de formas sendo que as formas mais comuns e abundantes são açúcares fi bras e amidos Alimentos ri cos em hidratos de carbono são uma parte importante de uma dieta saudável visto que esses hidratos fornecem ao corpo a glicose que é convertida em energia utilizada para suportar as funções corporais e a atividade física Por isso o mais importante não é dei xar de comer carboidratos mas ter atenção ao tipo de carboidrato que ingerimos Sen do assim por que algumas fontes de carboidratos são mais saudáveis do que outras Contextualizando o cenário BIOQUÍMICA GERAL 86 Carboidratos e glicoconjugados 4 Os carboidratos conhecidos também como glicídios ou açúcares são importantes biomolé culas que constituem a base da nutrição dos organismos não fotossintetizantes Eles podem ser defi nidos como poliidroxialdeídos ou poliidroxicetonas ou ainda por substâncias que liberam esses compostos quando sofrem o processo de hidrólise quebra de uma molécula por água Monossacarídeos e oligossacarídeos 41 Os monossacarídeos são os compostos mais simples e que não podem ser hidrolisados Sua estrutura é uma cadeia de carbono linear e simples Como exemplo podemos citar a gli cose a frutose e a galactose Os oligossacarídeos são formados pela união de dois a 10 monossacarídeos Quando ocorre a união de apenas dois monossacarídeos eles recebem a denominação de dissacarídeo Como principais exemplos podemos citar a maltose glicose glicose a lactose galactose glicose e a sacarose glicose frutose Introdução 411 Os carboidratos são moléculas muito im portantes para todos os seres vivos pois apre sentam inúmeras funções desde energética até estrutural São as macromoléculas que es tão em maior quantidade na natureza e repre sentam mais da metade do carbono fi xado nas moléculas orgânicas Entre as funções biológicas encontradas nos carboidratos podemos citar Fonte de energia um bom exemplo é a molécula de glicose que é fundamental para a manutenção da vida Síntese de outros componentes celu lares muitos carboidratos como a própria glicose podem ser transformados em outros componentes celulares como ácidos graxos BIOQUÍMICA GERAL 87 lipídios aminoácidos e nucleotídeos e suas pentoses Armazenamento de energia o amido e o glicogênio representam as formas de armazena mento de energia em células vegetais e animais respectivamente uma vez que são macromo léculas formadas por glicose Elementos estruturais das células e dos tecidos a exemplo da celulose nos vegetais e da quitina nos animais além de carboidratos associados às proteínas os elementos estruturais das células e dos tecidos também são encontrados nos tecidos animais como as proteoglica nas e as glicoproteínas Todas essas atividades biológicas são possíveis devido à grande diversidade estrutural apre sentada pelos carboidratos que se organizam em moléculas únicas os monossacarídeos ca deias curtas denominadas oligossacarídeos ou cadeias longas denominadas polissacarídeos Essas três classes estruturais serão abordadas neste capítulo Veremos quais são suas carac terísticas e como são formadas nos próximos tópicos ESCLARECIMENTO Os carboidratos são as biomoléculas mais predominantes no planeta e exercem as mais variadas funções Dentre elas destacamse seu papel energético sua atuação na composição dos ácidos nucleicos das paredes celulares e da carapaça dos inse tos e a participação em processos de interação célulacélula mais variadas funções Dentre elas destacamse seu papel energético sua atuação Os carboidratos são as biomoléculas mais predominantes no planeta e exercem as mais variadas funções Dentre elas destacamse seu papel energético sua atuação mais variadas funções Dentre elas destacamse seu papel energético sua atuação na composição dos ácidos nucleicos das paredes celulares e da carapaça dos inse Os carboidratos são as biomoléculas mais predominantes no planeta e exercem as Os carboidratos são as biomoléculas mais predominantes no planeta e exercem as Os carboidratos são as biomoléculas mais predominantes no planeta e exercem as Os carboidratos são as biomoléculas mais predominantes no planeta e exercem as mais variadas funções Dentre elas destacamse seu papel energético sua atuação na composição dos ácidos nucleicos das paredes celulares e da carapaça dos inse mais variadas funções Dentre elas destacamse seu papel energético sua atuação mais variadas funções Dentre elas destacamse seu papel energético sua atuação mais variadas funções Dentre elas destacamse seu papel energético sua atuação mais variadas funções Dentre elas destacamse seu papel energético sua atuação na composição dos ácidos nucleicos das paredes celulares e da carapaça dos inse na composição dos ácidos nucleicos das paredes celulares e da carapaça dos inse na composição dos ácidos nucleicos das paredes celulares e da carapaça dos inse Monossacarídeos características químicas e estrutura 412 Os monossacarídeos são os carboidratos mais simples e apresentam a fórmula geral CnH2On Normalmente são sólidos cristalinos bastante solúveis em água e com sabor adocicado Nesta clas se de moléculas existem muitas hidroxilas OH que estão ligadas a carbonos quirais carbono que possui quatro ligantes diferentes fato que origina vários isômeros moléculas com mesma fórmula geral porém com mudança de posição de grupos hidroxilas em relação ao carbono quiral Os monossacarídeos são designados pela terminação ose São divididos em dois grupos aldoses e cetoses As aldoses são monossacarídeos polihidroxilados isto é apresentam duas ou mais hidro xilas e têm um grupo carbonila CO na forma de aldeído HCO já as cetoses também são polihi droxiladas e contêm um grupo carbonila na forma de cetona CO Um exemplo de aldoses e cetoses está mostrado na Fig 1 Observe que os carbonos da estrutura química dos monossacarídeos são numerados a partir da extremidade mais próxima ao grupo CO A caracterização da estrutura fi na dos monossacarídeos será apresentada adiante BIOQUÍMICA GERAL 88 Os monossacarídeos podem ter de três a nove carbonos Os que apresentam três carbonos são as trioses os com quatro são chamados de tetroses os de cinco são pentoses os compostos por seis são denominados hexoses os de sete são heptoses os de oito são octoses e os com nove carbonos nonoses As hexoses são as mais abundantes Nessa categoria encontrase a glicose o monossaca rídeo mais comum na natureza Com exceção da diidroxicetona mostrada na Fig 1 todos os outros monossacarídeos possuem centros quirais ou seja possuem carbonos quirais A menor das aldoses o gliceraldeído mostrado também na Fig 1 apresenta apenas um carbono quiral o C2 Com a presença dele observase que existem dois enantiômeros o Dgliceraldeído e o Lgliceraldeído Quando a hidroxila estiver do lado direito do carbono quiral da estrutura desenhada desta forma linear projeção de Fischer com o grupo carbonila para cima a molécula possui denominação D porém se estiver do lado esquerdo a molécula será L É importante perceber também que as moléculas de gliceraldeído triose mencionadas têm ape nas um centro quiral Por isso se você estiver estudando tetroses ou outro monossacarídeo com quantidade de carbonos maior observe que a quantidade de centros quirais aumenta Nesse caso para defi nir se a molécula é D ou L devese observar o carbono quiral mais distante do grupo CO carbonila fazendo a mesma analogia descrita anteriormente Agora analise na Fig 2 os carbonos de cor rosa nas duas pentoses Eles são carbonos quirais com os quatro ligantes diferentes A aldose à esquerda possui três carbonos quirais C2 C3 e C4 e a cetose à direita possui dois C3 e C4 Porém o carbono quiral mais distante do grupo CO C 4 apontado com fl echa nos dois casos está com a hidroxila para o lado direito Portanto as duas moléculas são D no caso Dribose aldose e Dribulose cetose Caso a hidroxila desse carbono apontado com fl echa estivesse do lado esquerdo seriam moléculas L Figura 1 Grupo aldeído x grupo cetona presentes nos carboidratos Fonte NELSON COX 2014 Adaptado gliceraldeído diidroxicetona ALDOSE CETOSE H H H H H H OH 3 3 2 2 1 1 C C C H OH C H OH C O C O BIOQUÍMICA GERAL 89 O exemplo da Fig 2 mostra que as duas pentoses são semelhantes entretanto como a cetose possui o grupo funcional CO no carbono 2 ela apresenta um carbono quiral a menos Esse dado é de grande relevância biológica tendo em vista que a maioria dos monossacarídeos utilizados pelo homem é do tipo D embora alguns poucos apresentemse na forma L É o caso por exemplo da Larabinose encontrada em associação com proteínas ou lipídios os chamados glicoconjugados Quando dois monossacarídeos diferem na posição da hidroxila de apenas um carbono quiral eles são chamados de epímeros Temos como exemplo os monossacarídeos Dglicose com Dgalactose que diferem apenas na confi guração do C4 sombreado em rosa e Dglicose com Dmanose que diferem apenas na confi guração do C2 sombreado em rosa conforme Fig 3 Figura 3 Epímeros Fonte NELSON COX 2002 Adaptado Figura 2 Pentoses Fonte NELSON COX 2014 Adaptado H H OH 3 4 2 1 C C O Dribose 5CH2OH H OH C H OH C 3 5 2 1 C C C O Dribulose CH2OH CH2OH 4 H H OH OH Dmanose 3C 4C 5C H H H 2C H HO HO OH OH 1CHO 6CH2OH Dglicose 3C 4C 5C H H H 2C H HO OH OH OH 1CHO 6CH2OH Dgalactose 3C 5C H H 2C H HO 4C H HO OH OH 1CHO 6CH2OH BIOQUÍMICA GERAL 90 Agora observe a Fig 4 na qual temos exemplos de monossacarídeos e tente identificar epímeros Figura 4 Aldoses e cetoses Fonte NELSON COX 2002 Adaptado Cada monossacarídeo apresenta uma função biológica porém alguns deles possuem funcionali dades mais importantes A glicose a manose e a galactose por exemplo fornecem energia para as células quando entram no processo de catabolismo Já a ribose pode permanecer dessa forma ou originar a desoxirribose após a retirada do oxigênio do carbono 2 da sua molécula Esses dois monossacarídeos têm a função de formar nucleotídeos para o transporte de energia funcionar como mensageiros químicos e também formar as moléculas de ácido ribonucleico ARN em inglês RNA e ácido desoxirribonucleico ADN em inglês DNA Os monossacarídeos também formam polímeros simples ou complexos por meio de ligações gli cosídicas Esses polímeros podem ser compostos somente de açúcares ou serem conjugados com ALDOSES Dgliceraldeído Três carbonos H H C C O CH2OH OH Quatro carbonos Deritrose OH H H C C OH H C O CH2OH Dtreose HO H H C C OH H C O CH2OH Cinco carbonos Dlixose HO HO H H H C C OH H C C O CH2OH Dxilose HO H H H C C OH OH H C C O CH2OH Darabinose HO H H C C OH OH H H C C O CH2OH Dribose H C C OH OH OH H H H C C O CH2OH Seis carbonos Dtalose Dgalactose Didose Dgulose HO HO HO H H H H C C OH H C C C O CH2OH OH HO HO H H H H C C OH H C C C O CH2OH OH HO HO H H H H C C OH H C C C O CH2OH OH OH HO H H H H C C OH H C C C O CH2OH Dmanose HO HO H H H C C OH OH H H C C C O CH2OH Dglicose HO H H H C C OH OH OH H H C C C O CH2OH Daltrose HO H H H C C OH OH OH H H C C C O CH2OH Dalose H H H C C OH OH OH OH H H C C C O CH2OH CETOSES C O CH2OH CH2OH Dihidroxiacetona Três carbonos H C C O OH CH2OH CH2OH DEritrulose Quatro carbonos H H H C C C C O OH OH OH CH2OH CH2OH DPsicose H H H C C C C O OH OH HO CH2OH CH2OH DSorbose H H H C C C C O OH OH HO CH2OH CH2OH DFrutose H H H C C C C O OH HO HO CH2OH CH2OH DTagatose Seis carbonos H H C C C O OH HO CH2OH CH2OH DXilulose H H C C C O OH OH CH2OH CH2OH DRibulose Cinco carbonos BIOQUÍMICA GERAL 91 proteínas ou lipídios As diferentes conjugações modifi cam as funções biológicas Um exemplo são as proteoglicanas encontradas no tecido conjuntivo que possuem uma pequena quantidade de proteína ligada ao açúcar Os glicolipídios moléculas formadas pela associação de lipídios com açúcares possuem a função de reconhecimento celular Monossacarídeos ciclização propriedades redutoras e derivados 413 Você deve ter percebido que os carboidratos foram representados em cadeias lineares na forma aberta chamada de projeção de Fischer Porém em soluções aquosas as aldotetroses aldoses com 4 carbonos e os monossacarídeos com 5 ou mais carbonos ocorrem predominantemente com es trutura de cadeia cíclica em formato de anel A formação das estruturas em anel se dá por meio de uma reação intramolecular mostrada na Fig 5 Figura 5 Formação das estruturas cíclicas da DGlicose Fonte NELSON COX 2002 Adaptado DGlicose H H H H H 1C 2C 3C 4C 5C O OH OH OH HO 6CH2OH H O H H H H OH OH OH HO 1C 2C 3C 4C 5C 6CH2OH H O H H H H OH OH OH HO 1C 2C 3C 4C 5C 6CH2OH αDGlicopiranose H O H H H H OH OH OH HO 1C 2C 3C 4C 5C 6CH2OH βDGlicopiranose BIOQUÍMICA GERAL 92 A reação se deve à aproximação do carbono que possui a dupla ligação com a hidroxila do último carbono quiral para a Dglicose acima representada é o C1 com OH do C5 Essa aproximação proporciona uma reação na qual o oxigênio do grupo hidroxila faz um ataque nucleofílico no carbono da dupla ligação formando um anel na molécula do monossacarí deo Ao mesmo tempo o átomo de hidrogênio que estava ligado ao oxigênio da hidroxila do último carbono quiral é atraído para o oxigênio que tinha originalmente a dupla ligação for mando outra hidroxila Note que nesse caso o carbono que tinha a dupla ligação tornase outro carbono quiral Essa reação entre um aldeído e um álcool ou entre um grupo cetona e um álcool forma um hemiacetal ou hemicetal respectivamente sendo que o carbono participante desse grupo é chamado de carbono anomérico A formação do hemiacetal é importante para a construção da ligação glicosídica que será apresentada mais adiante ESCLARECIMENTO A presença do carbono anomérico livre nos monossacarídeos confere a estes pro priedades redutoras ou seja esse carbono pode reduzir íons metálicos como íons férrico Fe3 e cúprico Cu2 Por isso são chamados de açúcares redutores A presença do carbono anomérico livre nos monossacarídeos confere a estes pro A presença do carbono anomérico livre nos monossacarídeos confere a estes pro A presença do carbono anomérico livre nos monossacarídeos confere a estes pro priedades redutoras ou seja esse carbono pode reduzir íons metálicos como priedades redutoras ou seja esse carbono pode reduzir íons metálicos como Por isso são chamados de açúcares redutores A presença do carbono anomérico livre nos monossacarídeos confere a estes pro A presença do carbono anomérico livre nos monossacarídeos confere a estes pro A presença do carbono anomérico livre nos monossacarídeos confere a estes pro A presença do carbono anomérico livre nos monossacarídeos confere a estes pro A presença do carbono anomérico livre nos monossacarídeos confere a estes pro priedades redutoras ou seja esse carbono pode reduzir íons metálicos como A presença do carbono anomérico livre nos monossacarídeos confere a estes pro priedades redutoras ou seja esse carbono pode reduzir íons metálicos como priedades redutoras ou seja esse carbono pode reduzir íons metálicos como priedades redutoras ou seja esse carbono pode reduzir íons metálicos como priedades redutoras ou seja esse carbono pode reduzir íons metálicos como priedades redutoras ou seja esse carbono pode reduzir íons metálicos como priedades redutoras ou seja esse carbono pode reduzir íons metálicos como Como o carbono hemiacetal tornouse quiral a posição da hidroxila modifi ca a conformação da molécula formando dois isômeros chamados anômeros Nessa representação quando a hidroxila do hemiacetal fi ca para cima equivalente à esquerda na representação de Fischer a molécula está na forma β se estiver para baixo equivalente à direita na representação de Fischer a molécula está na forma α Os anômeros α e β quando se encontram em solução aquosa sofrem mutarrotação PAUSA PARA REFLETIR Em solução aquosa os anômeros α e β passam por mutarrotação Mas afi nal o que é a mutarrotação Quando o anel formado apresenta seis elementos como é o caso mostrado na Fig 5 a estrutura é chamada de piranose Esse nome se deve a sua semelhança com a molécula do pirano Por outro lado quando possui cinco elementos denominase furanose porque o anel é parecido com a molécula do furano Observe a diferença entre as duas estruturas na Fig 6 BIOQUÍMICA GERAL 93 Figura 6 Piranose x furanose Fonte NELSON COX 2002 Adaptado Em análises químicas é possível observar que anéis piranosídicos são mais estáveis que os furanosídicos devido ao ângulo das ligações químicas No caso da estrutura furanosídica o ângulo entre as ligações é mais agudo fazendo com que as ligações covalentes fiquem mais tensionadas diferentemente do que ocorre na estrutura piranosídica Também existem algumas maneiras de representar os monossacarídeos na forma cíclica A mais comum é a fórmula de perspectiva de Haworth como ilustra a Fig 6 As bordas do anel mais próximas de você são representadas por linhas grossas Nessa fórmula sugerese que o anel de seis elementos é plano porém esse fato não é verdadeiro Em solução aquosa a molécula pode variar entre dois extremos conformação em forma de cadeira ou de barco Ambas as conformações podem se interconverter sem haver quebra de ligações no entanto a mais estável é a de cadeira Os monossacarídeos podem também formar derivados Neste caso um dos grupos hidro xila de sua estrutura é trocado por outro substituinte ou pode haver oxidação de um átomo de carbono formando um grupo carboxílico Alguns derivados são ácidos urônicos como os ácidos glucurônico galacturônico e manurônico formados pela oxidação do C6 da glicose galactose ou manose respectivamente aminoaçúcares como a glucosamina a manosamina e a galactosamina que têm um gru po NH2 substituindo OH em C2 da glicose da manose e da galactose respectivamente O grupo amino presente normalmente está ligado com o ácido acético formando por exemplo a Nacetilglucosamina um polímero estrutural presente na parede celular de bactérias O HC H2C CH CH HC Pirano H H H H H OH OH OH HO CH2OH βDglicopiranose H H H H H OH OH OH HO 1 2 3 4 5 6CH2OH αDglicopiranose H H H 3 4 5 2 O OH OH OH HOC6H2 1CH2OH αDfrutofuranose H H H O OH OH CH2OH HO HOCH2 βDfrutofuranose O HC C C CH Furano BIOQUÍMICA GERAL 94 Oligossacarídeos propriedades estrutura e aplicação 414 Os oligossacarídeos são carboidratos que contêm entre duas e 10 unidades de monossa carídeos unidos por ligações glicosídicas ou seja ligações covalentes formadas entre a OH do carbono anomérico de um monossacarídeo e uma OH de outro monossacarídeo São denomi nados dissacarídeos quando apresentam duas unidades monossacarídicas trissacarídeos se apresentam três monossacarídeos e assim sucessivamente Para a formação da ligação Oglicosídica é necessária a presença de um grupo hemiacetal nos monossacarídeos como a glicopiranose que pode reagir com um álcool como um grupo hidroxila do outro monossacarídeo conforme podemos ver na Fig 7 desoxiaçúcares onde a OH de um carbono é substituída por outro grupo como por exem plo por H no C6 da LFucose e da LRamnose ácidos aldônicos onde o grupo aldeído de aldoses é oxidado a ácido carboxílico a exemplo do ácido glucônico a partir da glicose derivados fosforilados nos quais é formado um éster fosfórico por meio da condensação do ácido fosfórico com um dos grupos OH a exemplo de intermediários da síntese e degrada ção metabólica dos carboidratos Os monossacarídeos podem ser unidos por ligações glicosídicas para formar polímeros de estru tura e tamanho variável ou seja os oligossacarídeos e os polissacarídeos que veremos na sequência Figura 7 Formação da ligação Oglicosídica entre monossacarídeos Fonte NELSON COX 2002 Adaptado H H H H H O OH OH OH HO CH2OH H H H H H O OH OH OH HO CH2OH hemiacetal álcool αDGlicose βDGlicose H2O H2O hidrólise condensação Maltose hemiacetal acetal H H 2 2 3 3 4 4 5 5 H H H H H H H O O OH OH OH OH OH HO 6CH2OH 6CH2OH O αDGlicopiranosil 1 4 Dglicopiranose BIOQUÍMICA GERAL 95 Observe que o carbono anomérico do hemiacetal da αDGlicose é unido covalentemente à hidroxila da βDGlicose Essa reação é uma reação de condensação responsável pela remo ção de uma molécula de água e que resulta na formação de um acetal chamado de glicosídeo Para ocorrer a quebra da ligação glicosídica é necessário haver a hidrólise de modo a resta belecer os compostos originais A extremidade da αDGlicose que possuía o carbono anomérico participa agora da liga ção glicosídica e não age mais como um açúcar redutor Porém no exemplo da formação da maltose a partir de duas moléculas de glicose há outra extremidade com carbono anomérico livre hemiacetal Quando são formados dissacarídeos oligossacarídeos ou mesmo polissacarídeos a extremidade que apresenta um grupo hemiacetal é chamada de extremidade redutora É possível perceber que a ligação glicosídica é nomeada de acordo com a configuração do carbono anomérico envolvido na ligação e depois inserese o número dos carbonos dos monossacarídeos que estão ligados Por exemplo na maltose mostrada na Fig 7 a primeira molécula de glicose é α e seu carbono 1 foi ligado ao 4 da outra glicose Portanto a ligação é α1 4 Outras notações também podem ser usadas como α 14 ou α14 Para nomear os oligossacarídeos devese partir da extremidade não redutora Inicialmente colocase a configuração do átomo de carbono anomérico da primeira unidade α ou β se guida de seu nome com os sufixos piranosil ou furanosil se possui 6 ou 5 átomos no anel respectivamente Na sequência entre parênteses escrevese o número do primeiro átomo de carbono envolvido na ligação uma seta e o número do segundo átomo de carbono envol vido na ligação Por último colocase o nome da segunda unidade Havendo mais unidades as ligações e os nomes dos monossacarídeos envolvidos são descritos seguindo as mesmas regras Os nomes abreviados dos monossacarídeos também podem ser usados na nomencla tura Por exemplo glicose Glc galactose Gal Fucose Fuc etc Um detalhe interessante que deve ser observado é que quando um carbono anomérico de um carboidrato reage com um átomo de nitrogênio de outra molécula formase outro tipo de ligação glicosídica chamada Nglicosídica Se for com o nitrogênio do grupo amino de um aminoácido formase uma glicoproteína se for com uma base nitrogenada o resul tado é um nucleosídeo Os oligossacarídeos normalmente estão ligados a proteínas ou lipídios Existem poucos na forma livre na natureza Estão envolvidos na regulação do crescimento vegetal e reconheci mento de patógenos Dissacarídeos são os oligossacarídeos mais conhecidos a exemplo da lactose e da sacarose utilizados como energia por meio da dieta humana e que serão abor dados de forma mais detalhada ainda neste capítulo BIOQUÍMICA GERAL 96 Polissacarídeos 42 Os polissacarídeos são formados por 10 ou mais monossacarídeos Como exemplo po demos citar o amido o glicogênio e a celulose três importantes macromoléculas O amido é uma importante reserva energética encontrada nos vegetais e nos fungos A reserva ener gética encontradas nos animais é o glicogênio que fi ca acumulado no fígado e nos múscu los Já a celulose é um importante componente da parede celular sendo o carboidrato mais abundante na natureza Introdução 421 Os polissacarídeos também chamados de glicanos são os açúcares em maior abundância na natureza possuindo média e alta massa molecular São polímeros formados por dez ou mais monossacarídeos unidos por ligação glicosídica que podem ser desdobrados em açúca res simples por meio de hidrólise seja enzimática ou química Características classifi cação e propriedades 422 Os polissacarídeos apresentam características que os diferenciam entre si sendo estas relacionadas à identidade de seus monossacarídeos tipos de ligações glicosídicas que os unem comprimento da cadeia e presença ou não de ramifi cações Eles são classifi cados de acordo com a identidade de monômeros encontrados em sua es trutura química Se apresentar sempre o mesmo monossacarídeo o polissacarídeo é chama do de homopolissacarídeo como é o caso do amido da celulose e do glicogênio formados de glicose Se por outro lado houver dois ou mais tipos de monossacarídeos o polissaca rídeo será denominado heteropolissacarídeo a exemplo de glicosaminoglicanas formadas por unidades de ácidos urônicos e aminoaçúcares A Fig 8 é um esquema dessa classifi cação Perceba que os homopolissacarídeos são ESCLARECIMENTO Assim como o tamanho do polissacarídeo a presença ou não de ramifi cações depende intrinsecamente das enzimas que catalisam a formação das ligações gli cosídicas Por esse motivo não existe um molde prévio para a organização desses polímeros que podem ter tamanhos bastante variáveis depende intrinsecamente das enzimas que catalisam a formação das ligações gli Assim como o tamanho do polissacarídeo a presença ou não de ramifi cações depende intrinsecamente das enzimas que catalisam a formação das ligações gli depende intrinsecamente das enzimas que catalisam a formação das ligações gli cosídicas Por esse motivo não existe um molde prévio para a organização desses Assim como o tamanho do polissacarídeo a presença ou não de ramifi cações Assim como o tamanho do polissacarídeo a presença ou não de ramifi cações depende intrinsecamente das enzimas que catalisam a formação das ligações gli cosídicas Por esse motivo não existe um molde prévio para a organização desses depende intrinsecamente das enzimas que catalisam a formação das ligações gli depende intrinsecamente das enzimas que catalisam a formação das ligações gli depende intrinsecamente das enzimas que catalisam a formação das ligações gli cosídicas Por esse motivo não existe um molde prévio para a organização desses cosídicas Por esse motivo não existe um molde prévio para a organização desses cosídicas Por esse motivo não existe um molde prévio para a organização desses cosídicas Por esse motivo não existe um molde prévio para a organização desses BIOQUÍMICA GERAL 97 Polissacarídeos de armazenamento 423 Os polissacarídeos de armazenamento servem como reserva energética sendo os mais importantes o amido nas células vegetais e o glicogênio nas células animais Devido à presença de elevado número de hidroxilas formam pontes de hidrogênio com a água e consequentemente são moléculas altamente hidratadas São encontrados como agrega dos ou grânulos intracelulares O amido apresenta dois componentes amilose e amilopectina cuja proporção varia de acordo com a fonte de amido A amilose se constitui na porção linear da molécula de amido de alta massa molecular formada por longas cadeias de unidades de Dglicose em ligação α1 4 Apresenta uma extremidade redutora e uma extremidade não redutora Tende a se enrolar em forma de hélice o que é importante em testes para identifi cação de amido como aqueles que utili zam iodo formando um complexo de coloração azul escura A amilopectina é a porção ramifi cada do amido e também apresenta elevada massa formados por monômeros de um único açúcar ilustrados na cor amarela Já os heteropo lissacarídeos possuem dois ou mais monômeros constituintes ilustrados nas cores verde rosa e azul Ambos podem ter estruturas lineares ou com ramifi cações Figura 8 Representação de hemopolissacarídeos e heteropolissacarídeos Fonte NELSON COX 2014 Adaptado Homopolissacarídeos Heteropolissacarídeos Linear Ramifi cado Linear Ramifi cado BIOQUÍMICA GERAL 98 molecular Ela possui unidades de Dglicose ligadas em α1 4 com pontos de ramifi cação de Dglicose em ligação α1 6 a cada 24 a 30 unidades de glicose Parte da estrutura dos dois polissacarídeos do amido é ilustrada na Fig 9 O inserto re presenta um agregado de amilose e amilopectina como se acredita que ocorra nos grânulos Figura 9 Representação das estruturas do amido Fonte NELSON COX 2014 Adaptado Já o glicogênio é o principal polissacarídeo de reserva animal sendo estruturalmente seme lhante à amilopectina com unidades de Dglicose ligadas em α1 4 com pontos de ramifi ca ção de Dglicose em ligação α1 6 Porém estes são mais frequentes ocorrendo a cada 8 a 12 unidades de glicose ou seja é mais ramifi cado e mais compacto do que a amilopectina Cada ramifi cação no glicogênio termina com uma unidade não redutora com o carbono anomérico envolvido na ligação glicosídica constituindo em muitos pontos para ação de enzimas meta bólicas responsáveis pela sua hidrólise e liberação da glicose para consumo PAUSA PARA REFLETIR Por que não armazenamos a glicose em sua forma monomérica mas sim como glicogênio Polissacarídeos estruturais 424 Polissacarídeos estruturais fazem parte da sustentação de um ser vivo Entre os polissacarí deos estruturais mais abundantes temos a celulose e a quitina Ambos são homopolissacarídeos CH2OH SEGMENTO DE AMILOSE CH2OH Extremidade não redutora Extremidade redutora CH2OH CH2OH H H H H 4 4 4 4 1 1 1 1 6 6 6 6 5 3 2 H H H H O O O O H H H H H H H H a a a a H H H H OH OH OH OH OH OH OH OH O O O O O PONTO DE RAMIFICAÇÃO DA AMILOPECTINA CH2OH Ramifi cação Ponto de ramifi cação Cadeia principal CH2 H H 4 4 1 1 5 6 6 H H O O O H H H H a1 6 H H OH OH OH OH O O O AMILOSE AMILOPECTINA EXTREMIDADES NÃO REDUTORAS EXTREMIDADES REDUTORAS BIOQUÍMICA GERAL 99 responsáveis por características como rigidez e resistência e não são digeríveis pelo homem A celulose é o polissacarídeo mais abundan te da natureza sendo encontrada na parede celular de vegetais especialmente nas porções lenhosas com características fibrosas e de re sistência Como a amilose é composta por lon gas cadeias lineares de Dglicose 10 a 15 mil unidades porém as ligações glicosídicas que conectam as unidades são do tipo β1 4 e não do tipo α como na amilose fator responsável por diferenças na estrutura tridimensional e em propriedades físicas Assim sendo os grupos OH presentes formam pontes de hidrogênio inter e intramoleculares com grupos OH de outras glico ses e não com a água conferindo a conhecida insolubilidade da celulose em água Já a quitina está presente no exoesqueleto duro de insetos e crustáceos Tratase de um polissacarídeo linear formado por unidades de NacetilDglucosamina ligadas β1 4 Forma fibras semelhantes às da celulose e sua diferença em relação a esta é a presença de um grupo amino acetilado substituindo a hidroxila em C2 das unidades de glicose Depois da celulose é provavelmente o polissacarídeo mais abundante na natureza Outros polímeros estruturais incluem heteropolissacarídeos como os peptideoglicanos e os glicosaminoglicanos Os peptideoglicanos são polímeros lineares que constituem as pare des celulares de bactérias São formados por unidades intercaladas de Nacetilglucosamina e ácido Nacetil murâmico unidas por meio de ligação β1 4 As cadeias lineares se justapõem e são interligadas por peptídeos formando uma camada rígida e resistente que reveste a célu la bacteriana protegendoa de lise osmótica Os glicosaminoglicanos são heteropolissacarídeos presentes na matriz extracelular de ver tebrados São polímeros lineares que alternam um dissacarídeo formado de um monossacarí deo aminado substituído por um grupo acetila podendo ser a Nacetilglucosamina ou a Nace tilgalactosamina e um ácido urônico geralmente o ácido Dglucurônico ou o ácido Lidurônico As ligações são do tipo β O açúcar aminado pode ainda apresentar grupamentos éstersulfato em uma ou mais hidroxilas Pela presença de alta densidade de cargas negativas grupos car boxilatos dos ácidos urônicos e grupos sulfato as moléculas de glicosaminoglicanos assumem uma posição estendida em solução O ácido hialurônico a condroitinasulfato e a queratana sulfato são exemplos de glicosaminoglicanos Os glicosaminoglicanos estão ligados a proteí nas extracelulares formando proteoglicanos um tipo de glicoconjugado BIOQUÍMICA GERAL 100 Glicoconjugados 43 Os glicoconjugados são compostos formados pela ligação de moléculas de carboidratos a lipídios e proteínas Quando unidos a proteínas recebem o nome de glicoproteínas e quando se unem a lipídios são chamados de glicolipídios Essas formas são bastante comuns nas membra nas das células onde atuam como receptores e sinalizadores Introdução 431 Os glicoconjugados são moléculas que contêm carboidratos associados por meio de ligações covalentes a moléculas não glicídicas como proteínas e lipídios São moléculas biologicamente ativas nas quais a porção glicídica serve como sinalizador ou mediador de diferentes processos Muitos dos oligossacarídeos celulares estão presentes nessa forma A seguir veremos com mais detalhes alguns glicoconjugados Proteoglicanos 432 Os proteoglicanos são macromoléculas constituídas por uma proteína ligada covalentemen te a uma ou mais cadeias de glicosaminoglicanos Estão presentes na matriz extracelular são se cretados ou nas membranas celulares seja na superfície da célula ou como proteínas integrais A porção de glicosaminoglicano normalmente predomina na molécula sendo geralmente o sítio da atividade biológica que é possibilitada pela presença de vários sítios de ligação que permitem interações eletrostáticas e pontes de hidrogênio seja com outras proteínas de superfície celular ou presentes na matriz extracelular Assim estão envolvidos em sinalizações celulares ou res posta a certos fatores Proteoglicanos são os principais componentes dos tecidos conjuntivos como é o caso das car tilagens onde interagem com outros proteoglicanos proteínas e glicosaminoglicanos formando agregados de proteoglicanos e fornecendo rigidez e elasticidade Glicoproteínas 433 Assim como os proteoglicanos as glicoproteínas são formadas por uma porção glicídica e uma porção proteica Porém se diferenciam porque o carboidrato é menor mais variado e mais rico em informações do que os glicosaminoglicanos formando sítios bastante específi cos para reconhecimento e ligação com outras proteínas BIOQUÍMICA GERAL 101 Normalmente as glicoproteínas apresentam um ou vários oligossacarídeos ligados covalente mente à proteína sendo encontradas no lado externo da membrana plasmática no sangue na matriz extracelular no complexo de Golgi nos lisossomos e em grânulos secretores Exemplos incluem a glicoproteína de membrana denominada glicoforina A e glicoproteínas secretadas como anticorpos hormônios folículoestimulantes e luteinizantes TSH e lactoalbumina A porção glicídica de glicoproteínas é importante para o reconhecimento e ligação por proteí nas denominadas lectinas indispensáveis para adesão e reconhecimento célulacélula como no caso de vírus e bactérias mediando o fl uxo de informações célulacélulaalvo Glicolipídios 434 Os glicolipídios são formados por lipídios ligados a cadeias de oligossacarídeos complexos Em membranas de células eucarióticas temos um exemplo clássico de glicolipídio os gangliosí deos formados por um oligossacarídeo complexo que contém ácido siálico Normalmente os lipídios de membrana estão presentes na face externa da membrana plasmática Oligossaca rídeos presentes em gangliosídeos são também encontrados em determinadas glicoproteínas que contribuem para a determinação dos tipos de grupos sanguíneos Além dos glicolipídios temos também outras moléculas formadas de lipídios e glicídios os li popolissacarídeos que são os principais constituintes da membrana externa de bactérias gram negativas sendo os alvos dos anticorpos produzidos por nosso organismo em resposta à infec ção por tais bactérias como no caso de Salmonella typhimurium e Eschericchia coli Carboidratos de interesse e fontes 44 Os carboidratos podem ser divididos essencialmente em dois grupos denominados carboi dratos simples e carboidratos complexos Os carboidratos simples são mais facilmente quebrados no processo digestivo e assim forne cem energia imediata São encontrados em frutas e sucos mas difi cultam a perda de peso pois como são digeridos rapidamente pelo organismo fazem com que os níveis de glicose no sangue aumentem rapidamente ocorrendo a liberação da insulina que consegue colocar os carboidratos para dentro das células de gordura e músculos Essa liberação de insulina previne que o corpo utilize a gordura armazenada por causa do excesso de açúcar presente no sangue difi cultando a perda de gordura Já os carboidratos complexos são mais lentamente digeridos evitando as grandes elevações e quedas dos níveis glicêmicos São eles o arroz a aveia o feijão as massas a batata o milho e o pão por exemplo BIOQUÍMICA GERAL 102 Dissacarídeos 441 Alguns dissacarídeos encontrados na natureza são muito importantes para os seres huma nos e também para outros seres vivos Um exemplo importante é a sacarose um dissacarídeo formado de glicose e frutose em ligação α1 2β Nela os dois carbonos anoméricos estão ligados sendo portanto um açúcar não redutor Esse dissacarídeo é formado como produ to intermediário da fotossíntese e nas plantas tem a função de chegar a outras partes para nutrição ou armazenamento A sacarose para as células animais é uma fonte importante de energia e por possuir um sabor adocicado é muito utilizada na preparação de alimentos O consumo excessivo desse carboidrato favorece o desenvolvimento de cáries dentárias além de estar associado à obesidade Outro exemplo de dissacarídeo é a lactose que é formada por galactose em ligação β1 4 com a glicose Está presente no leite e é fonte de energia para os mamíferos Além disso fornece car bono para vários tipos de bactérias Em pessoas com defi ciência da enzima lactase encontrada no intestino delgado a lactose não é degradada razão pela qual as bactérias intestinais utilizam esse açúcar como fonte de carbono e proliferamse O resultado é o aumento do peristaltismo intes tinal ocasionando sintomas como cólica intestinal e diarreia É a conhecida intolerância à lactose Homopolissacarídeos 442 Polissacarídeos comuns como o amido o glicogênio e a celulose são importantes para a saúde hu mana A celulose presente nos vegetais não é digerida pelos seres humanos porque é um polímero linear formado por moléculas de glicose em ligações β1 4 mas é utilizada como fi bra insolúvel Essa fi bra juntamente com outras como as pectinas aumenta o trânsito intestinal facilitando a eliminação das fezes O glicogênio por sua vez é o homopolissacarídeo utilizado para armazenamento de moléculas de glicose nos tecidos animais servindo também para a manutenção da taxa de glicose no sangue a gli cemia O amido encontrado por exemplo em tubérculos como a batata e em grãos como milho e arroz é a maior fonte alimentar de glicose disponível e é usado para nutrição humana e aumento da glicemia EXEMPLO Um exemplo clássico é o arroz com feijão o arroz apresenta um alto índice glicê mico mas o feijão por apresentar fi bras e proteínas consegue diminuir o índice glicêmico da combinação Um exemplo clássico é o arroz com feijão o arroz apresenta um alto índice glicê mico mas o feijão por apresentar fi bras e proteínas consegue diminuir o índice Um exemplo clássico é o arroz com feijão o arroz apresenta um alto índice glicê mico mas o feijão por apresentar fi bras e proteínas consegue diminuir o índice Um exemplo clássico é o arroz com feijão o arroz apresenta um alto índice glicê mico mas o feijão por apresentar fi bras e proteínas consegue diminuir o índice Um exemplo clássico é o arroz com feijão o arroz apresenta um alto índice glicê Um exemplo clássico é o arroz com feijão o arroz apresenta um alto índice glicê Um exemplo clássico é o arroz com feijão o arroz apresenta um alto índice glicê mico mas o feijão por apresentar fi bras e proteínas consegue diminuir o índice BIOQUÍMICA GERAL 103 Heteropolissacarídeos 443 Heteropolissacarídeos de diferentes origens como de animais algas invertebrados fun gos e plantas apresentam variadas estruturas e portanto atividades biológicas distintas A heparina é o polímero mais conhecido sendo um carboidrato de origem bovina ou suína usa do há muito tempo em tratamentos de coagulação e disseminado devido à sua atividade anti coagulante e antitrombótica Outros polissacarídeos são interessantes para o estudo de tratamento de patologias Exem plos incluem algumas heterofucanas de algas marinhas envolvidas em processos de reco nhecimento e de adesão celular ou na mostra de atividade antiviral pectinas de diferentes fontes vegetais com atividades imunomoduladoras descritas heterofucanas e glucomananas na mostra de atividade antitumoral Métodos de obtenção purifi cação e caracterização de carboidratos 444 Carboidratos de interesse para estudo podem ser obtidos de diferentes fontes e por dife rentes métodos baseandose nas características físicoquímicas do material de origem e do carboidrato de interesse Podem ser empregadas enzimas ou diferentes solventes em diferen tes pHs e temperaturas Os extratos obtidos são analisados e normalmente são constituídos de uma mistura de componentes e para separação destes são utilizados diferentes métodos de purifi cação para posterior determinação estrutural e estudo de possíveis aplicações Os métodos de purifi cação baseiamse em propriedades dos carboidratos tais como so lubilidade massa molecular e afi nidade química ou remoção de componentes indesejados A solubilidade pode ser trabalhada por meio de modifi cação de temperatura precipitação se letiva com etanol e fracionamento com sais A separação por diferenças na massa molecular envolve diálise ultrafi ltração e cromatografi a de gelpermeação A purifi cação por afi nidade faz uso da carga positiva ou negativa das moléculas de carboidratos Podese ainda utilizar enzimas ou compostos químicos para remover os contaminantes do extrato Após purifi cação partese para a caracterização incluindo a composição em monossacarí deos além de determinação da massa molecular e da estrutura química Para a determinação qualitativa e quantitativa dos monossacarídeos presentes submetese o carboidrato a um processo de hidrólise ácida derivatização e análise por cromatografi a líquida ou líquidogaso sa tendo como base de comparação padrões de monossacarídeos Para elucidação da posição das ligações glicosídicas podem ser empregados processos de metilação Espectrometria de BIOQUÍMICA GERAL 104 massa e espectrometria de ressonância magnética nuclear são usadas para determinar as sequências de monossacarídeos e estabelecer as configurações das ligações glicosídicas e dos carbonos anoméricos Proposta de atividade Agora é a hora de pôr em prática tudo o que você aprendeu nesse capítulo Elabore um qua dro comparativo entre os tipos de carboidratos indicando onde eles podem ser encontrados e sua função e destacando as principais ideias abordadas ao longo do capítulo Ao produzir seu quadro comparativo considere as leituras básicas e complementares realizadas Recapitulando Nesse capítulo observamos que os carboidratos são as principais moléculas encontradas na natureza na forma de monossacarídeos oligossacarídeos e polissacarídeos Os monos sacarídeos são os carboidratos mais simples podendo ser cetoses ou aldoses além de for marem derivados apresentarem carbono quiral e ter isômeros e formar anéis piranosídicos ou furanosídicos quando possuem quatro ou mais carbonos em sua estrutura formando os anômeros α e β interconversíveis por meio da mutarrotação A presença do carbono anomérico livre permite que os monossacarídeos sejam capazes de re duzir íons metálicos e por isso são denominados açúcares redutores Vimos também que os mo nossacarídeos podem ser unidos entre si por meio de ligações Oglicosídicas formando oligossa carídeos com dois a 10 monossacarídeos ou polissacarídeos com mais de 10 monossacarídeos Os dissacarídeos são os oligossacarídeos mais conhecidos tais como a sacarose a lactose e a maltose Já os polissacarídeos mais conhecidos são o amido a celulose a quitina e o glicogê nio todos pertencendo à classe dos homopolissacarídeos com cadeias formadas por monos sacarídeos iguais Já os glicosaminoglicanos são heteropolissacarídeos formados por mais de um tipo de monossacarídeo Por fim ressaltamos que os carboidratos podem também estar ligados a moléculas não glicídicas formando os glicoconjugados com importantes funções biológicas relacionadas es pecialmente ao reconhecimento e sinalização celular dos organismos Cabe lembrar que neste contexto quando falamos em estrutura química vimos que mui tos carboidratos possuem centros quirais que auxiliam em sua diferenciação Os centros qui rais ou carbonos quirais são os carbonos que possuem quatro ligantes diferentes levando à presença de isômeros BIOQUÍMICA GERAL 105 Também comentamos ao longo do capítulo sobre mutarrotação que é uma proprie dade dos monossacarídeos com carbono anomérico livre quando em solução fazem in terconversão entre as formas α e β passando pela estrutura linear A predominância da forma α ou β leva a diferentes rotações ópticas ou seja há desvio de forma diferente de um feixe de luz polarizada Uma última contextualização válida não armazenamos a glicose em sua forma monoméri ca mas sim como glicogênio Isso se dá em razão de seu efeito osmótico pois se armazenás semos em forma de monômero muitas moléculas de água seriam armazenadas juntas o que não ocorre com polímeros BIOQUÍMICA GERAL 106 Referências bibliográficas CAMPBELL M K Bioquímica 3 ed Porto Alegre Artmed 2000 CAMPBELL M K FARRELL S O Bioquímica combo 5 ed São Paulo Thomson Cengage Learning 2007 DEVLIN T M Manual de Bioquímica com correlações clínicas 7 ed São Paulo Blucher 2011 DONN S M SINHA S K Neonatal Respiratory Care 2 ed Philadelphia Mosby Elsevier 2006 HALL J E Guyton Hall Tratado de Fisiologia Médica 12 ed Rio de Janeiro Elsevier 2011 HARVEY R A FERRIER D R Bioquímica ilustrada 5 ed Porto Alegre ArtMed 2012 HENEINE I F Biofísica básica 2 ed São Paulo Atheneu 2010 KOEPPEN B M STANTON B A Berne Levy Fisiologia 6 ed Rio de Janeiro Elsevier 2009 MURRAY R K et al Bioquímica ilustrada de Harper 29 ed Porto Alegre AMGH Artmed 2013 NELSON D L COX M M Princípios de Bioquímica de Lehninger 6 ed Porto Alegre Artmed 2014 RODWELL V W et al Bioquímica ilustrada de Harper 30 ed Porto Alegre AMGH 2017 SADAVA D et al Vida a ciência da biologia 8 ed Porto Alegre Artmed 2009 v 1 Célula e hereditariedade SILVERTHORN D U Fisiologia Humana uma abordagem integrada 5 ed Porto Alegre Artmed 2010 SMITH C MARKS A D LIEBERMAN M Bioquímica Médica Básica de Marks uma aborda gem clínica 2 ed Porto Alegre Artmed 2007 TOY E C et al Casos clínicos em bioquímica 3 ed Porto Alegre AMGH 2016 VOET D VOET J G Bioquímica 4 ed Porto Alegre ArtMed 2013 VOET D VOET J G PRATT C W Fundamentos de Bioquímica a vida em nível molecular 2 ed Porto Alegre Artmed 2008 BIOQUÍMICA GERAL 107