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5carboid, Notas de estudo de Enfermagem

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Tipologia: Notas de estudo

Antes de 2010

Compartilhado em 04/04/2008

adriana-santos-8
adriana-santos-8 🇧🇷

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Baixe 5carboid e outras Notas de estudo em PDF para Enfermagem, somente na Docsity! Y E Autolab 4 ANÁLISES CLÍNICAS E VALTER T. MOTTA BIOQUÍMICA BÁSICA Carboidratos 5 Carboidratos Objetivos 1. Classificar um monossacarídeo por meio do número de carbonos de sua molécula. 2. Identificar se um monossacarídeo pertence à série D ou L pela sua estrutura acíclica. 3. Identificar os isômeros a e p na estrutura cíclica dos monossacarídeos. 4. Compreender a estrutura da glicose na sua forma monomérica e polimérica. 5. Identificar os tipos de ligações existentes entre os monossacarídeos nos oligossacarídeos e polissacarídeos. 6. Identificar as estruturas da maltose, sacarose e lactose, indicando-lhes a nomenclatura. Os carboidratos (glicídeos ou sacarídeos) são as principais fontes alimentares para produção de energia além de exercerem inúmeras funções estruturais e metabólicas nos organismos vivos. São substâncias que contêm carbono, hidrogênio e oxigênio de acordo com a fórmula geral [CH,0], onde n > 3 e ocorrem como compostos simples e complexos. São poliidroxialdeídos ou poliidroxicetonas, ou ainda, substâncias que por hidrólise formam aqueles compostos. São classificados como: monossacarídeos, dissacarídeos, oligossacarídeos e polissacarídeos de acordo com o número de unidades de açúcares simples que contém Os carboidratos ligados covalentemente a proteínas e lipídeos são denominados glicoconjugados e estão distribuídos em todos os seres vivos, mais notadamente entre os eucariontes. Alguns carboidratos (ribose e desoxirribose) fazem parte da estrutura dos nucleotídeos e dos ácidos nucléicos. 119 122 e Motta e Bioquímica H—c=0 H—C—oH cH,0H D-Gliceraldeído H-c=0 E-c=o —€—0H Ho-G—H (0H o cHoH cH,oH D-Eritrose D-Treose E-ç=o E-ç=o H—c=0 H—c=0 H—ç—oH HO—C—H H—C—oH HO—C—H Hquon H—C—oH HO—C—H HO—C—H H-ç—oH H—C—oH H—Ç—oH H—C—oH CH,OH CH,0H CH,0H cHoH D-Ribose D-Arabinose D-Xilose D-Lixose H—-c=0 H—c—o =o H—c—0 H—c—o H—c—o H—c—o I ] I H-C—oH | HO-C—H H—C—oH a H—C—oH H-C—OH | HO-C—H I I H—C—0H H—C—OH Ho Ho-G—H H-C—OH | H-C—-oH HO-C—-H | HO-C—-H | —oH H-C—OH | H-C—-0OH | H-C—-OH HO-C—-H | HO-C—-H | HO-C—-H | HO-C—H I a i F-ç—on H-C—0H | H-C—oH Hoç—oH H-C—-O0H | H-C-OH | H-C-OH | H-C-oH cH,0H cH,0H cH,0H cH,0H cHOH cH,0H cH,0H cHOH D-Alose D-altrose | D-Glicose D-Manose — D-Gulose D-Idose D-Galactose | D-Talose Figura 5.1 Relações estereoquímicas das D-aldoses com três a seis átomos de carbono. As D-aldoses contêm grupamentos aldeido no C1 e têm a configuração do D-gliceraldeido no seu centro assimétrico mais afastado do grupo carbonila. A configuração em torno do C2 distingue os membros de cada par. cHoH f=o cHOH Diidroxiacetona cH,0H | I H—C—oH cH,0H D-Eritrulose Da cH,0H cHoH t=o c=o nd-on not n-d-on nl-on dmom don D-Ribulose D-Xilulose rá Na LA Na c=o d=o d=o d=o H—C—0H no-d— n-d-on HO—C—H H—C—0H n-d-on no-d— not H—C—0H n-d-on n-d-on dom cHOH du.on dm.om du.on D-Psicose D-Frutose D-Sorbose D-Tagatose Figura 5.2 Relações estereoquímicas das D-cetoses com três a seis átomos de carbono. As D-cetoses contêm grupamentos cetônicos no C2 e têm a configuração do D-gliceraldeido no seu centro assimétrico mais afastado do grupo carbonila. A configuração em torno do C3 distingue os membros de cada par. B. Ciclização de monossacarídeos Em solução aquosa menos de 1% das aldoses e cetoses se apresentam como estruturas de cadeia aberta (acíclica) mostradas nas Figuras 5.1 e 5.2. Os monossacarídeos com cinco ou mais átomos de carbono ciclizam-se, formando anéis pela reação de grupos alcoólicos com os grupos carbonila dos aldeídos e das cetonas para formar hemiacetais e hemicetais, respectivamente. A reação de ciclização intramolecular torna os monossacarídeos espécies mais estáveis Por ciclização, os monossacarídeos com mais de cinco átomos de carbono não apresentam o grupo carbonila livre, mas ligado 5 Carboidratos e 123 124 e Motta e Bioquímica covalentemente com uma das hidroxilas presentes ao longo da sua cadeia. O aldeído em C1 na forma em cadeia aberta da glicose reage com a hidroxila em C5, produzindo um anel com seis átomos (5 carbonos e 1 oxigênio), denominado de piranose devido à sua analogia ao pirano. As aldopentoses (ribose) e cetohexoses (frutose) formam anéis pentagonais (4 carbonos e 1 oxigênio) chamados de Juranose em analogia com o furano (Figura 5.3 e 5.4). As estruturas piranose e furanose são hexágonos e pentágonos regulares conhecidas como fórmulas em perspectiva de Haworth. O anel heterocíclico é representado perpendicular ao plano do papel, enquanto os grupos presentes nas fórmulas lineares à direita estão projetados “abaixo” do plano do anel e os que estão à esquerda ficam “acima”. Ocorrem exceções, como a observada com o H do C5 que está abaixo do plano do anel devido à torção necessária para fechá-lo. 5 Carboidratos e 127 Tanto as hexoses como as pentoses podem assumir as formas de piranose ou de furanose nas fórmulas em perpectiva de Haworth. No entanto, o anel da piranose pode assumir uma corformação de cadeira ou de barco: H 0H Projeção de haworth Conformação de cadeira Conformação de barco C. Derivados de monossacarídeos Os açúcares simples podem ser convertidos em compostos químicos derivados. Muitos deles são componentes metabólicos e estruturais dos seres vivos. 1. Ácidos urônicos. Os ácidos urônicos são formados quando o grupo terminal CH;0H dos monossacarídeos são oxidados. Dois ácidos Jurônicos são importantes nos mamíferos: o ácido d-glicurônico e seu epímero, o ácido L-idurônico. Nos hepatócitos, o ácido glicurônico combina-se com moléculas de esteróides, certos fármacos e bilirrubina (um produto de degradação da hemoglobina) para aumentar a solubilidade em água. O processo permite a remoção de produtos do corpo. Tanto o ácido glicurônico como o ácido L— idurônico são carboidratos abundantes no tecido conjuntivo. oo ; H £—0 H H Co H ão MM 17 boom MI e H Cc Cc H Cc INTO AI INE 4] OH C— OH OH “Com OH [ol rol H oH H 0H Ácido a-D-glicurônico Ácido P-L-idurônico 2. Aminoaçúcares. Nos aminoaçúcares um grupo hidroxila (mais comumente no carbono 2) é substituído por um grupo amino. Esses compostos são constituintes comuns dos carboidratos complexos encontrados associados a lipídeos e proteínas celulares. Os mais frequentes são: a D-glicosamina e a D-galactosamina. Os aminoaçúcares muitas vezes estão acetilados. O ácido N-acetilneuramínico (a forma mais comum de ácido siálico) é um produto de condensação da N-acetilmanosamina e do ácido pirúvico. Os ácidos siálicos são cetoses contendo nove átomos de carbonos que podem ser amidados com ácido acético ou glicolítico (ácido hidroxiacético). São componentes das glicoproteínas e glicolipídeos. 128 e Motta e Bioquímica a-D-Glicosamina a-D-Galactosamina coou c=o H—C—H o H—c—oH e HO—C—H H—C—oH H—C—oH cHoH Ácido siálico (ácido N-acetilneuramínico) 3. Desoxiaçúcares. Nos desoxiaçúcares um grupo -OH é substituído por H. Dois importantes desoxiaçúcares encontrados nas células são: a L-fucose (formado a partir da D-manose por reações de redução) e a 2-desoxi-D-ribose. A fucose é encontrada nas glicoproteíinas que determinam os antígenos do sistema ABO de grupos sangúíneos na superfície dos eritrócitos. A desoxirribose é componente do DNA. H | cHogO. oH Hu £—o H Dl em nl o NA Dc! OH" Coma” OH I l í [ o” HH oH H B-L-Fucose B-D-Desoxirribose 5.2 Dissacarídeos e oligossacarídeos Quando ligados entre si por uma ligação O-glicosídica, (formada por um grupo hidroxila de uma molécula de açúcar com o átomo de carbono anomérico de outra molécula de açúcar) os monossacarídeos formam uma grande variedade de moléculas. Os dissacarídeos são glicosídeos compostos por dois monossacarídeos (como a maltose, a lactose e a sacarose). Os oligossacarídeos são polímeros relativamente pequenos que consistem de dois a dez (ou mais) monossacarídeos. Os átomos de carbonos anoméricos quando participantes de ligações glicosídicas não são oxidados pelos íons cúpricos. 5 Carboidratos e 129 A. Dissacarídeos 1. Maltose. A maltose é obtida de hidrólise do amido e consiste de dois resíduos de glicose em uma ligação glicosídica a(1-»4) onde o Cl de uma glicose liga-se ao C4 de outra glicose. O segundo resíduo de glicose da maltose contém um átomo de carbono anomérico livre (C1), capaz de existir na forma a ou B-piranosídica, sendo assim, um açúcar redutor, além de apresentar atividade óptica (mutarrotação). cH,oH o, “OH oH oH Maltose, ligação a(1-4) A isomaltose é um dissacarídio onde a ligação é formada entre o C1 de um resíduo de glicose e o C6 de outra, constituindo uma ligação glicosídica a(1-+6). A isomaltose também contém átomo de carbono anomérico livre. cHoH o H oH o o oH Sh o, oH oH oH Isomaltose, ligação a(156) 2. Sacarose. A sacarose (açúcar comum extraído da cana) é constituída pela união de uma a-D-glicose com a p-D-frutose, pela ligação glicosídica a,B(1>2) indicando que a ligação ocorre entre os carbonos anoméricos de cada açúcar (Cl na glicose e C2 na frutose). A sacarose é um açúcar não-redutor por não ter terminação redutora livre. Não apresenta, também, atividade óptica (mutarrotação), pois não contém carbono anomérico livre. “cHoH Glicose Frutose Sacarose 3. Lactose. A lactose é encontrada apenas no leite, sendo formada pela união do Cl da p-D-galactose com o C4 da D-glicose, numa 132 e Motta e Bioquímica Tabela 5.1 - Comparação da amilose, amilopectina e glicogênio Amilose Amilopectina Glicogênio Unidades monoméricas D-glicose D-glicose D-glicose Peso molecular 4.000 > 500.000 50.000 > 16x 109 50.000 > nx 10º Tipo de polimero Linear Ramificado Ramificado Pontos de ramificação Ligações glicosídicas - 24-30 residuos de glicose 8-12 resíduos de glicose a(14) (154), (156) a(154), a(1-6) 3. Celulose. É uma sequência linear de unidades de D-glicose unidas por ligações glicosídicas B(1-4). É o principal componente das paredes celulares nos vegetais e um dos compostos orgânicos mais abundantes na biosfera. A hidrólise parcial da celulose produz o dissacarídio redutor celobiose: Glicose Glicose n Celulose Os vertebrados não têm celulases e, portanto, não podem hidrolisar as ligações B(1>4) da celulose presentes na madeira e fibras vegetais. Entretanto, alguns herbívoros contêm microrganismos produtores de celulases, razão pela qual podem digerir celulose. 4. Quitina. É o principal componente estrutural do exoesqueleto de invertebrados como insetos e crustáceos. A quitina é constituída de resíduos de N-acetilglicosamina em ligações B(1>4) e forma longas cadeias retas que exerce papel estrutural. Se diferencia quimicamente da celulose quanto ao substituinte em C2, que é um grupamento amina acetilado em lugar de uma hidroxila. 5 Carboidratos e 133 B. Heteropolissacarídeos São polímeros de carboidratos formados por mais de um tipo de carboidratos. Os principais exemplos são os glicosaminoglicanos e os peptídeoglicanos. 1. Glicosaminoglicanos (GAG). São polissacarídeos lineares constituídos por resíduos repetitivos de dissacarídeos de ácido urônico (geralmente o ácido D-glicurônico ou o ácido L-idurônico) e de N-acetilglicosamina ou N-acetilgalactosamina. Em alguns glicosaminoglicanos uma ou mais das hidroxilas do açúcar aminado estão esterificadas com sulfatos. Os grupos carboxilato e os grupos sulfato contribuem para a alta densidade de cargas negativas dos glicosaminoglicanos. Tanto a carga elétrica como a estrutura macromolecular, colabora para o seu papel biológico de lubrificar e manter tecido conjuntivo. Esses compostos formam soluções de alta viscosidade e elasticidade pela absorção de grandes quantidades de água. Atuam assim, na estabilização e suporte dos elementos fibrosos e celulares dos tecidos, também como contribuem na manutenção do equilíbrio da água e sal do organismo. qro qHoR H H—O H oH CH—O, H oa om no Dal di al ds ha Eta o=t-cm, o=e-cm, N-Acetil-D-glicosamina N-Acetil-D- galactosamina Na síntese dos glicosaminoglicanos, os grupos sulfato são introduzidos em posições específicas da cadeia polissacarídica por um doador de sulfato ativo, o 3'-fosfoadenosilfosfosulfato (PAPS) em reação catalisada por sulfotransferases. Os glicosaminoglicanos estão presentes nos espaços extracelulares como uma matriz gelatinosa que embebem o colágeno e outras proteínas, particularmente nos tecidos conjuntivos (cartilagens, tendões, pele, parede de vasos sangiúíneos). O glicosaminoglicano 134 e Motta e Bioquímica heparina não está presente no tecido conjuntivo, mas ocorre como grânulos nas células das paredes arteriais e tem função anticoagulante — inibe a coagulação evitando a formação de coágulos. Tabela 5.2 — Estrutura dos principais dissacarídeos repetidos de alguns glicosaminoglicanos da matriz extracelular Principais dissacarídeos repetidos Glicosaminoglicano — >>>) —>—— Ligação s Ligação glicosídica Componente 1 | glicosídic Componente 2 a Hialuronato D-Glicuronato Ba =3) N-Acetilglicosamina Ba 4) Condroitina sulfato D-Glicuronato Ba =3) N-Acetilgalactosamina Ba 4) Dermatana sulfato L-Iduronato a(153) N-Acetilgalactosamina Ba 4) Queratona sulfato D-Galactose Ba 4) N-Acetilglicosamina Ba 3) Várias enfermidades genéticas denominadas mucopolissacaridoses são causadas por defeitos no metabolismo dos glicosaminoglicanos. As desordens são caracterizadas pelo acúmulo nos tecidos e a excreção na urina de produtos oligossacarídicos derivados do seu desdobramento incompleto, devido a deficiência de uma ou mais hidrolases lisossomais (Tabela 5.3). Tabela 5.3 — Enfermidades genéticas envolvendo o metabolismo dos glicosaminoglicanos (mucopolissacaridoses). Síndrome e sinais clínicos Enzima deficiente Produtos acumulados Hurler: defeitos ósseos, a-L-Iduronidase Dermatana sulfato retardamento mental, embaçamento da córnea, morte prematura Heparana sulfato Scheie: embaçamento da cómea, q-L-Iduronidase Dermatana sulfato articulações rígidas Heparana sulfato Hunter: semelhante aos de Hurler Iduronatosulfatase Heparana sulfato sem efeitos sobre a córnea Dermatana sulfato Sanfilippo A: grave retardamento Heparan sulfatase Heparana sulfato mental Sanfilippo B: defeitos ósseos, N-Acetilglicosaminidase Heparana sulfato retardamento psicomotor o Maroteaux-Lamy: graves defeitos N-Acetilgalactosamina — Dermatana sulfato esqueléticos sulfatase Morquio: defeitos graves dos Galactosamina-sulfatase Queratana sulfato ossos, da córnea Condroitina sulfato Sly: retardamento mental B-D-Glicuronidase Dermatana sulfato Heparana sulfato DiFerrante: retardamento mental Gyicosamina-6-sulfato | Queratan sulfato sulfatase Heparana sulfato 2. Peptideoglicanos (mureínas). As paredes celulares de muitas bactérias são formadas por peptídeosglicanos, que são cadeias de 5 Carboidratos e 137 A ligação covalente entre os açúcares e a cadeia peptídica é a parte central da estrutura das glicoproteínas. As principais são: (1) ligações N-glicosídicas entre a N-acetilglicosamina (GlcNAc) e o aminoácido asparagina (Asn), (2) ligações O-glicosídicas entre a N-acetilgalactosamina (GalNAc) e o grupo OH da serina (Ser) ou treonina (Thr). As glicoproteínas são moléculas constituintes da maioria dos organismos vivos. Ocorrem nas células na forma solúvel ou ligada às membranas, e nos líquidos extracelulares. Os vertebrados são particularmente ricos em glicoproteínas. Exemplos dessas substâncias incluem a proteína transferrina (transportadora de ferro), a ceruloplasmina (transportadora de cobre), fatores da coagulação sanguínea e muitos componentes do complemento (proteínas envolvidas em reações do sistema imune). Vários hormônios são glicoproteínas, por exemplo, o hormônio folículo estimulante (FSH), produzido pela hipófise anterior que estimula o desenvolvimento dos ovários na mulher e a espermatogênese no homem. Além disso, muitas enzimas são glicoproteínas. A ribonuclease (RNase), a enzima que degrada o ácido ribonucléico, é um exemplo bem estudado. Outras glicoproteínas são proteínas integrais de membrana. Entre elas, a (Na'-K')-ATPase (proteína que bombeia Na! para fora e K' para dentro da célula) e o complexo de histocompatibilidade principal (MHC) (marcador da superfície celular externa que reconhece os antígenos protéicos dos hospedeiros) são exemplos especialmente interessantes.. As moléculas de proteínas são protegidas da desnaturação em presença de glicoproteínas. Por exemplo, a RNase A bovina é mais susceptível a desnaturação pelo calor que sua contrapartida glicosilada, a RNase B. Vários estudos têm demonstrado que as glicoproteínas ricas em açúcares são relativamente resistentes à proteólise (quebra de polipeptídeos por reações hidrolíticas catalisadas por enzimas). Como o carboidrato está sobre a superfície da molécula, pode formar uma cápsula envolvendo a cadeia polipeptídica das enzimas proteolíticas. Os carboidratos nas glicoproteínas parecem afetar a função biológica. Em algumas glicoproteínas, essa função é mais facilmente discernida que em outras. Por exemplo, o elevado conteúdo de resíduos de ácido siálico é responsável pela alta viscosidade das mucinas salivares (as glicoproteínas lubrificantes da saliva). Outro exemplo é são as glicoproteínas anticongelamento dos peixes da Antártica. Aparentemente, os resíduos dissacarídicos formam pontes de hidrogênio com as moléculas de água. O processo retarda a formação de cristais de gelo. As glicoproteínas também são importantes como mediadores para os eventos célula-molécula, célula-vírus e célula-célula. Um dos exemplos do envolvimento glicoprotéico nas interações célula- molécula incluem o receptor de insulina, o qual liga a insulina para facilitar o transporte de glicose para o interior de numerosas células. Em parte, isso é realizado pelo recrutamento de transportadores de glicose para a membrana plasmática. Além disso, o transportador de glicose que atua no deslocamento da glicose para dentro da célula também é uma glicoproteína. A interação entre gp120, a glicoproteína ligadora na célula-alvo do vírus da imunodeficiência humana (HIV, o agente causador da AIDS) e as células hospedeiras é um exemplo da interação célula-vírus. O acoplamento do gp120 ao receptor CD4 138 e Motta e Bioquímica (glicoproteína transmembrana) encontrado na superfície de vários células hospedeiras é considerada a primeira etapa no processo infeccioso. As glicoproteínas estruturais da célula, componentes do glicocálix, exercem papel fundamental na adesão celular. O processo é um evento crítico nas interações do crescimento e diferenciação célula-célula. As substâncias denominadas moléculas de adesão celular (CAMSs) estão envolvidas no desenvolvimento embrionário do sistema nervoso do rato. Os resíduos de ácido siálico nos oligossacarídeos N-ligados de várias CAMs são importantes nesse fenômeno. Atualmente, o conteúdo de carboidratos nas glicoproteínas está sendo empregado na investigação de processos normais como o desenvolvimento de nervos e de certos processos patológicos. Por exemplo, as variações nos conteúdos de galactose nos anticorpos IgG estão diretamente relacionadas com a severidade (o grau de inflamação) da artrite juvenil. Além disso, a distribuição dos carboidratos de superfície em células cancerosas pode contribuir no processo diagnóstico de tumores e metástases. B. Proteoglicanos Os proteoglicanos são macromoléculas presentes na matriz extracelular, constituídas pala união covalente e não-covalente de proteínas e glicosaminoglicanos (GAG). As cadeias GAG estão ligadas às proteínas por ligações N- e O-glicosídicas. São substâncias polianiônicas formadas por cadeias de unidades diolosídicas repetidas como a queratona-sulfato e o condroitina-sulfato que estão covalentemente ligadas ao esqueleto polipeptídico chamado proteína central. Essas proteínas estão ligadas não-covalentemente a um longo filamento de ácido hialurônico. A cartilagem, que é formada por uma rede de fibrilas de colágeno preenchida por proteoglicanos, pode amortecer forças compressivas porque esses polianíons são altamente hidratados e expulsam a água durante a compressão. Quando a cessa a pressão, a água retorna aos proteoglicanos que voltam a ter a estrutura inicial. 5 Carboidratos e 139 HI Oligossacarídeos N-ligados Proteína central — — Queratona sulfato [7 Condroitina sulfato Ácido hialurônico Figura 5.5 Estrutura do proteoglicano. Existem várias proteinas centrais ligadas de modo não-covalente ao filamento central de ácido hialurônico. Resumo 1.0s carboidratos, as moléculas mais abundantes na natureza, são classificados como monossacarídeos, dissacarídeos, oligossacarídeos e polissacarídeos de acordo com o número de unidades de açúcar que contêm. Os carboidratos também ocorrem como componentes de outras biomoléculas. Glicoconjugados são moléculas de proteinas e lipídeos covalentemente ligados a grupos carboidratos. Incluem proteoglicanos, glicoproteinas e glicolipídeos. 2.0s monossacarideos com grupos funcionais aldeido são aldoses; aqueles com grupos cetona são cetoses. Açúcares simples pertencem à família D L, de acordo com a configuração do carbono assimétrico mais distante dos grupos funcionais aldeído e cetona semelhantes ao D e L isômero do gliceraldeido. A familia D contém os açúcares biologicamente mais importantes. 3.Açúcares que contêm cinco ou seis carbonos existem nas formas cíclicas que resultam da reação entre grupos hidroxila e aldeido (produto hemiacetal) ou grupos cetonas (produto hemicetal). Tanto nos anéis com cinco membros (furanoses) como os anéis com seis membros (piranoses), o grupo hidroxila ligado ao carbono anomérico está abaixo (a) ou acima (B) do plano do anel. A interconversão espontânea entre as formas a e é chamada mutarrotação. 4.0s açúcares simples sofrem vários tipos de rações químicas. Derivados dessas moléculas, como os ácidos urônicos, aminoaçúcares,
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