Carboidratos: estrutura química, classificação e funções

Os hidratos de carbono , hidratos de carbono ou sacarídeos, são moléculas orgânicas que armazenam energia em seres vivos . São as biomoléculas mais abundantes e incluem: açúcares, amidos e celulose, entre outros compostos encontrados em organismos vivos.

Os organismos que realizam a fotossíntese (plantas, algas e algumas bactérias) são os principais produtores de carboidratos da natureza. A estrutura desses sacarídeos pode ser linear ou ramificada, simples ou composta e também pode ser associada a biomoléculas de outra classe.

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Por exemplo, carboidratos podem se ligar a proteínas para formar glicoproteínas. Eles também podem estar associados a moléculas lipídicas, formando glicolipídios, as biomoléculas que formam a estrutura das membranas biológicas. Os carboidratos também estão presentes na estrutura dos ácidos nucleicos.

Inicialmente, os carboidratos foram reconhecidos como moléculas de armazenamento de energia celular. Posteriormente, outras funções importantes que os carboidratos cumprem em sistemas biológicos foram determinadas.

Todos os seres vivos têm suas células cobertas por uma densa camada de carboidratos complexos. Os carboidratos são formados por monossacarídeos, pequenas moléculas formadas por três a nove átomos de carbono ligados a grupos hidroxila (-OH), que podem variar em tamanho e configuração.

Uma propriedade importante dos carboidratos é a enorme diversidade estrutural dentro dessa classe de moléculas, que lhes permite desempenhar uma ampla gama de funções, como gerar moléculas de sinalização celular, formar tecidos e gerar a identidade de diferentes grupos sanguíneos em humanos.

Além disso, a matriz extracelular nos eucariotos superiores é rica em carboidratos secretados, essencial para a sobrevivência e a comunicação celular. Esses mecanismos de reconhecimento celular são usados ​​por uma variedade de patógenos para infectar suas células hospedeiras.

Os monossacarídeos podem ser ligados por ligações glicosídicas para formar uma ampla variedade de carboidratos: dissacarídeos, oligossacarídeos e polissacarídeos. O estudo da estrutura e função dos carboidratos em sistemas biológicos é chamado glicobiologia.

Estrutura quimica

Os carboidratos são compostos de átomos de carbono, hidrogênio e oxigênio. A maioria delas pode ser representada pela fórmula empírica (CH2O) n, onde n é o número de carbonos na molécula. Em outras palavras, a proporção de carbono, hidrogênio e oxigênio é de 1: 2: 1 em moléculas de carboidratos.

Esta fórmula explica a origem do termo “carboidrato” porque os componentes são átomos de carbono (“carbo”) e átomos de água (portanto, “hidrato”). Embora os carboidratos sejam formados principalmente por esses três átomos, existem alguns carboidratos com nitrogênio, fósforo ou enxofre.

Em sua forma básica, os carboidratos são açúcares simples ou monossacarídeos. Esses açúcares simples podem ser combinados entre si para formar carboidratos mais complexos.

A combinação de dois açúcares simples é um dissacarídeo. Os oligossacarídeos contêm entre dois a dez açúcares simples e os polissacarídeos são os maiores carboidratos, formados por mais de dez unidades de monossacarídeos.

A estrutura dos carboidratos determina como a energia é armazenada em suas ligações durante a sua formação por fotossíntese, e também como essas ligações são quebradas durante a respiração celular.

Classificação

Monossacarídeos

Os monossacarídeos são as unidades elementares dos carboidratos, portanto são a estrutura mais simples de um sacarídeo. Fisicamente, os monossacarídeos são sólidos cristalinos incolores. A maioria tem um sabor doce.

Do ponto de vista químico, os monossacarídeos podem ser aldeídos ou cetonas, dependendo de onde o grupo carbonil (C = O) está localizado em carboidratos lineares. Estruturalmente, os monossacarídeos podem formar cadeias lineares ou anéis fechados.

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Como os monossacarídeos têm grupos hidroxila, a maioria é solúvel em água e insolúvel em solventes não polares.

Dependendo do número de carbonos que possui em sua estrutura, um monossacarídeo terá nomes diferentes, por exemplo: triosa (se tiver 3 átomos de C), pentose (se tiver 5C) e assim por diante.

Dissacarídeos

Os dissacarídeos são açúcares duplos que se formam juntando dois monossacarídeos em um processo químico chamado síntese de desidratação, porque uma molécula de água é perdida durante a reação. Também é conhecido como reação de condensação.

Assim, um dissacarídeo é qualquer substância que é composta de duas moléculas de açúcares simples (monossacarídeos) ligadas entre si por meio de uma ligação glicosídica.

Os ácidos têm a capacidade de quebrar esses vínculos; por esse motivo, os dissacarídeos podem ser digeridos no estômago.

Os dissacarídeos são geralmente solúveis em água e doces quando ingeridos. Os três principais dissacarídeos são sacarose, lactose e maltose: a sacarose vem da união de glicose e frutose; a lactose provém da ligação da glicose e galactose; e maltose vem da união de duas moléculas de glicose.

Oligossacarídeos

Os oligossacarídeos são polímeros complexos formados por poucas unidades simples de açúcar, ou seja, entre 3 a 9 monossacarídeos.

A reação é a mesma que forma os dissacarídeos, mas eles também provêm da quebra de moléculas de açúcar mais complexas (polissacarídeos).

A maioria dos oligossacarídeos é encontrada nas plantas e atua como fibra solúvel, o que pode ajudar a prevenir a constipação. No entanto, os humanos não possuem enzimas para digeri-las principalmente, exceto a maltotriose.

Por esse motivo, os oligossacarídeos que não são digeridos inicialmente no intestino delgado podem ser degradados pelas bactérias que normalmente habitam o intestino grosso através de um processo de fermentação . Os prebióticos cumprem essa função, servem como alimento para bactérias benéficas.

Polissacarídeos

Os polissacarídeos são os maiores polímeros de sacarídeos, são formados por mais de 10 (até milhares) unidades de monossacarídeos dispostas de maneira linear ou ramificada. As variações no arranjo espacial é o que confere as múltiplas propriedades a esses açúcares.

Os polissacarídeos podem ser compostos do mesmo monossacarídeo ou de uma combinação de diferentes monossacarídeos. Se eles são formados por unidades repetidas do mesmo açúcar, são chamados de homopolissacarídeos, como glicogênio e amido, que são os carboidratos de armazenamento de animais e plantas, respectivamente.

Se o polissacarídeo é constituído por unidades de açúcares diferentes, eles são chamados heteropolissacarídeos. A maioria contém apenas duas unidades diferentes e geralmente está associada a proteínas (glicoproteínas, como globulina gama no plasma sanguíneo) ou lipídios (glicolipídios, como gangliosídeos).

Funções

As quatro principais funções dos carboidratos são: fornecer energia, armazenar energia, construir macromoléculas e impedir a degradação de proteínas e gorduras.

Os carboidratos são degradados pela digestão em açúcares simples. Estes são absorvidos pelas células do intestino delgado e transportados para todas as células do corpo, onde serão oxidados para obter energia na forma de trifosfato de adenosina (ATP).

As moléculas de açúcar que não são usadas na produção de energia em um dado momento são armazenadas como parte de polímeros de reserva, como glicogênio e amido.

Os nucleotídeos, as unidades fundamentais dos ácidos nucléicos, possuem moléculas de glicose em sua estrutura. Várias proteínas importantes estão associadas a moléculas de carboidratos, por exemplo: hormônio folículo-estimulante (FSH), envolvido no processo de ovulação.

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Como os carboidratos são a principal fonte de energia, sua rápida degradação impede que outras biomoléculas sejam degradadas por energia. Assim, quando os níveis de açúcar são normais, proteínas e lipídios são protegidos da degradação.

Alguns carboidratos são solúveis em água, funcionam como alimento básico em praticamente todo o mundo e a oxidação dessas moléculas é a principal via de produção de energia na maioria das células não fotossintéticas.

Os carboidratos insolúveis estão associados para formar estruturas mais complexas que servem como proteção. Por exemplo: a celulose forma a parede das células vegetais juntamente com hemiceluloses e pectina. A quitina forma a parede das células fúngicas e o exoesqueleto dos artrópodes.

Além disso, o peptidoglicano forma a parede celular de bactérias e cianobactérias. O tecido conjuntivo dos animais e as articulações esqueléticas são formados por polissacarídeos.

Muitos carboidratos estão ligados covalentemente a proteínas ou lipídios, formando estruturas mais complexas, chamadas coletivamente de glicoconjugados. Esses complexos atuam como marcadores que determinam a localização intracelular ou o destino metabólico dessas moléculas.

Alimentos que contêm carboidratos

Os carboidratos são um componente essencial de uma dieta saudável, pois são a principal fonte de energia. No entanto, alguns alimentos possuem carboidratos mais saudáveis ​​que oferecem uma quantidade maior de nutrientes, por exemplo:

Amidos e féculas

Alimentos que contêm amido são a principal fonte de carboidratos. Esses amidos são geralmente carboidratos complexos, ou seja, são formados por muitos açúcares ligados entre si, formando uma longa cadeia molecular. Por esse motivo, os amidos demoram mais tempo para serem digeridos.

Existe uma grande variedade de alimentos que contêm amidos. Os grãos incluem alimentos ricos em amido, por exemplo: feijão, lentilha e arroz. Os cereais também contêm esses carboidratos, por exemplo: aveia, cevada, trigo e seus derivados (farinha e macarrão).

Leguminosas e nozes também contêm carboidratos na forma de amidos. Além disso, vegetais como batata, batata doce, milho e abóboras também são ricos em amido.

Importante, muitos carboidratos são uma fonte de fibra. Ou seja, a fibra é basicamente um tipo de carboidrato que o corpo pode digerir apenas parcialmente.

Semelhante aos carboidratos complexos, as fibras de carboidratos tendem a ser digeridas lentamente.

Frutas e vegetais

Frutas e vegetais têm um alto teor de carboidratos. Ao contrário dos amidos, frutas e vegetais contêm carboidratos simples, ou seja, carboidratos com um ou dois sacarídeos ligados entre si.

Esses carboidratos, por serem simples em sua estrutura molecular, são digeridos com mais facilidade e rapidez do que os complexos. Isso dá uma idéia dos diferentes níveis e tipos de carboidratos que os alimentos possuem.

Assim, algumas frutas têm mais conteúdo de carboidratos por porção, por exemplo: bananas, maçãs, laranjas, melões e uvas têm mais carboidratos do que alguns vegetais, como espinafre, brócolis e couve, cenoura, Cogumelos e berinjelas.

Leite

Semelhante aos legumes e frutas, os laticínios são alimentos que contêm carboidratos simples. O leite tem seu próprio açúcar chamado lactose, um dissacarídeo de sabor doce. Uma xícara disso equivale a cerca de 12 gramas de carboidratos.

Existem muitas versões de leite e iogurtes no mercado. Independentemente de uma versão inteira ou reduzida de gordura de um determinado laticínio estar sendo consumida, a quantidade de carboidratos será a mesma.

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Os doces

Doces são outra fonte bem conhecida de carboidratos. Estes incluem açúcar, mel, doces, bebidas artificiais, biscoitos, sorvetes, entre muitas outras sobremesas. Todos esses produtos contêm altas concentrações de açúcares.

Por outro lado, alguns alimentos processados ​​e refinados contêm carboidratos complexos, por exemplo: pão, arroz e macarrão branco. É importante observar que os carboidratos refinados não são nutritivos, como os carboidratos que as frutas e os legumes possuem.

Metabolismo de carboidratos

Metabolismo de carboidratos é o conjunto de reações metabólicas que envolvem a formação, degradação e conversão de carboidratos nas células.

O metabolismo de carboidratos é altamente conservado e pode ser observado mesmo a partir de bactérias, sendo o principal exemplo o Lac Operon de E. coli.

Os carboidratos são importantes em muitas vias metabólicas, como a fotossíntese, a reação de formação de carboidratos mais importante da natureza.

A partir de dióxido de carbono e água, as plantas usam a energia do sol para sintetizar moléculas de carboidratos.

Por outro lado, células animais e fúngicas decompõem carboidratos, consumidos nos tecidos vegetais, para obter energia na forma de ATP através de um processo chamado respiração celular.

Nos vertebrados, a glicose é transportada por todo o corpo através do sangue. Se os estoques de energia celular forem baixos, a glicose é degradada por uma reação metabólica chamada glicólise para produzir um pouco de energia e alguns intermediários metabólicos.

As moléculas de glicose não necessárias para a produção imediata de energia são armazenadas como glicogênio no fígado e nos músculos, através de um processo chamado glicogênese.

Alguns carboidratos simples têm suas próprias vias de degradação, como alguns dos carboidratos mais complexos. A lactose, por exemplo, requer a ação da enzima lactase que rompe suas ligações e libera seus monossacarídeos fundamentais, glicose e galactose.

A glicose é o principal carboidrato consumido pelas células, constituindo aproximadamente 80% das fontes de energia.

A glicose é distribuída às células, onde pode entrar através de transportadores específicos para ser degradada ou armazenada como glicogênio.

Dependendo dos requisitos metabólicos de uma célula, a glicose também pode ser usada para sintetizar outros monossacarídeos, ácidos graxos, ácidos nucléicos e certos aminoácidos.

A principal função do metabolismo dos carboidratos é manter o controle dos níveis de açúcar no sangue, conhecido como homeostase interna.

Referências

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