Estrutura química, classificação e funções dos carboidratos

O carboidratos, carboidratos ou sacarídeos, são moléculas orgânicas que armazenam energia nos 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 na natureza. A estrutura desses sacarídeos pode ser linear ou ramificada, simples ou composta e também pode estar associada a biomoléculas de outra classe.

Por exemplo, os carboidratos podem se ligar às 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 nucléicos.

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

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

Uma importante propriedade dos carboidratos é a tremenda diversidade estrutural dentro dessa classe de moléculas, o que lhes permite realizar uma ampla gama de funções, como gerar moléculas sinalizadoras celulares, formar tecidos e gerar a identidade de diferentes grupos sanguíneos em humanos.

Da mesma forma, a matriz extracelular em eucariotos superiores é rica em carboidratos secretados, essenciais para a sobrevivência e comunicação celular. Esses mecanismos de reconhecimento celular são aproveitados por uma variedade de patógenos para infectar suas células hospedeiras.

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

Índice

• 1 estrutura química
• 2 Classificação
  • 2.1 Monossacarídeos
  • 2.2 Dissacarídeos
  • 2.3 Oligossacarídeos
  • 2.4 Polissacarídeos
• 3 funções
• 4 Alimentos que contêm carboidratos
  • 4.1 Os amidos
  • 4.2 Frutas e Vegetais
  • 4.3 Leite
  • 4.4 Os doces
• 5 Metabolismo dos carboidratos
• 6 referências

Estrutura química

Carboidratos são compostos de átomos de carbono, hidrogênio e oxigênio. A maioria destes 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. Estes açúcares simples podem ser combinados para formar carboidratos mais complexos.

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

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

Classificação

Monossacarídeos

Os monossacarídeos são as unidades elementares de carboidratos, então eles são a estrutura mais simples de um sacarídeo. Fisicamente, os monossacarídeos são sólidos cristalinos sem cor. A maioria tem um sabor doce.

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

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

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

Dissacarídeos

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

Assim, um dissacarídeo é qualquer substância que é composta de duas moléculas de açúcares simples (monossacarídeos) ligados através de uma ligação glicosídica.

Os ácidos têm a capacidade de quebrar essas ligações, 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 ligação de glicose e frutose; a lactose vem da união de glicose e galactose; e maltose vem da união de duas moléculas de glicose.

Oligossacarídeos 

Oligossacarídeos são polímeros complexos formados por poucas unidades de açúcares simples, isto é, entre 3 a 9 monossacarídeos.

A reação é a mesma que forma os dissacarídeos, mas também vem 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 as enzimas para digeri-los principalmente, exceto a maltotriose.

Por esta razão, 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 as bactérias benéficas.

Polissacarídeos

Polissacarídeos são maiores polímeros de sacáridos são constituídos por mais de 10 (até milhares) unidades de monossacárido dispostas de uma forma linear ou ramificada. As variações no arranjo espacial é o que confere as múltiplas propriedades a esses açúcares.

Os polissacáridos podem ser compostos pelo mesmo monossacárido ou por combinação de diferentes monossacáridos. Se formada de unidades de repetição do mesmo açúcar são chamados homopolissacáridos tais como amido e glicogénio são hidratos de carbono de armazenamento de plantas e de animais, respectivamente.

Se o polissacarídeo é composto de unidades de diferentes açúcares, eles são chamados heteropolissacarídeos. A maioria contém apenas duas unidades diferentes e muitas vezes associada com proteínas (glicoproteínas, tais como globulina gama de plasma de sangue) ou lípidos (glicolípidos, como gangliósidos).

Funções

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

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

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

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: o hormônio folículo estimulante (FSH) que intervém no processo de ovulação.

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

Alguns hidratos de carbono são solúveis em água, actuam como grampo em virtualmente todos e oxidação destas moléculas é a produção de energia principal na maioria das células não fotossintetizantes.

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 de animais e articulações do esqueleto são formados por polissacarídeos.

Muitos carboidratos são ligados covalentemente a proteínas ou lipídios, formando estruturas mais complexas, coletivamente chamadas de glicoconjugados. Estes 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, uma vez que são a principal fonte de energia. No entanto, alguns alimentos têm carboidratos mais saudáveis ​​que oferecem uma quantidade maior de nutrientes, por exemplo:

Os amidos

Alimentos que contêm amido são a principal fonte de carboidratos. Estes amidos são em geral hidratos de carbono complexos, isto é, são formados por muitos açúcares ligados entre si formando uma longa cadeia molecular. Por esse motivo, os amidos levam mais tempo para serem digeridos.

Existe uma vasta gama de alimentos que contêm amidos. Os grãos incluem alimentos com alto teor de amido, por exemplo: feijão, lentilha e arroz.Grãos também contêm esses carboidratos, por exemplo: aveia, cevada, trigo e seus derivados (farinhas e massas).

Legumes e nozes também contêm carboidratos na forma de amidos. Além disso, vegetais como batata, batata-doce, milho e abóbora também são ricos em conteúdo de amido.

É importante notar que muitos carboidratos são uma fonte de fibra. Ou seja, a fibra é basicamente um tipo de carboidrato que o corpo só pode digerir parcialmente.

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

Frutas e vegetais

Frutas e legumes têm alto teor de carboidratos. Em contraste com amidos, frutas e legumes contêm carboidratos simples, ou seja, carboidratos com um ou dois sacarídeos ligados uns aos outros.

Esses carboidratos, sendo 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 o alimento possui.

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 beringelas.

O leite

Semelhante aos vegetais e frutas, os produtos lácteos 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 iogurte no mercado. Independentemente de você estar consumindo uma versão completa ou reduzida de gordura de um determinado laticínio, a quantidade de carboidratos será a mesma.

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 notar que os carboidratos refinados não são tão nutritivos quanto os carboidratos em frutas e vegetais.

Metabolismo dos carboidratos

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

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

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

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

Por seu lado, as células animais e fúngicas decompõem os 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 pelo corpo através do sangue. Se os estoques de energia celular são 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 no músculo, através de um processo chamado glicogênese.

Alguns carboidratos simples têm seus próprios caminhos 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 serem degradados ou armazenados 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, isso é conhecido como homeostase interna.

Referências

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