INTRODUO Biomolculas O estudo dos fenmenos biolgicos a nvel molecular denomina-se bioqumica. um ramo da biologia e igualmente um ramo da qumica orgnica. A maioria das molculas envolvidas nestes fenmenos, as Biomolculas, so maiores e mais complicadas do que as estudadas at aqui e o ambiente em que existem um organismo vivo muito diferente da rude simplicidade da mistura reacional da qumica orgnica. Todavia as propriedades fsicas e qumicas destes compostos dependem da estrutura molecular exatamente da mesma maneira que as propriedades dos outros compostos orgnicos.

PROTENAS

Definio As protenas so macromolculas, constitudas pela reunio de vrios aminocidos. Os aminocidos componentes podem ser obtidos pela hidrlise das protenas. Embora os aminocidos isolados possam ser considerados semelhantes as monossacardeos da qumica dos carboidratos, e as protenas verdadeiras semelhantes aos polissacardios, deve-se chamar a ateno para uma grande diferena. Os polissacardios so polmeros de subuidades simples, ou de poucos tipos de subunidades no mximo, enquanto que as protenas contm, em geral, vinte e tantos aminocidos diferentes, presentes em propores caractersticas e ligados em uma seqncia especfica em cada protena. Os vinte aminocidos comumente encontrados em protenas esto ligados entre si por ligaes peptdicas. A seqncia linear dos aminocidos ligados contm a informao necessria para gerar uma molcula protica com uma estrutura tridimensional nica. Os pesos moleculares das protenas variam de cerca de 13000 a muitos milhes. A maioria das protenas, devido a seu tamanho molecular, no difusvel atravs de membranas tais como o celofane, algumas so solveis em gua pura; outras requerem a presena de sais ou pequenas quantidades de cido ou base para se dissolverem. Um grupo solvel em certas concentraes de lcool, embora as protenas sejam geralmente insolveis em solventes orgnicos. A protena, em geral, muito sensvel. Em resposta exposio ao calor, pH extremo, ou a vrios reagentes, a protena sofre uma srie de mudanas conhecida como desnaturao sua molcula se desenrola ,desorganizando sua estrutura e perdendo suas propriedades.

Funes das protenas Funo estrutural ou plstica: desempenhada pelas protenas que participam das estruturas celulares (membranas e organelas).

Funo de defesa ou de anticorpo: realizada por protenas especficas que bloqueiam e inativam certas substncias estranhas e nocivas ao organismo, conhecidas como antgenos. Funo de transporte: realizada pela protena do sangue, a hemoglobina, que se combina com o oxignio e transporta-o para todos os tecidos e rgos do corpo. A mesma hemoglobina, uma vez livre do oxignio, combina-se com o dixido de carbono (co2) e transporta-o aos pulmes. Desses rgos, o dixido de carbono sai para o exterior e a hemoglobina fica livre para de novo se combinar com o oxignio. Funo catalisadora ou enzimtica: desempenhada por protenas capazes de modificar a velocidade das reaes qumicas no interior das clulas. Tais protenas, denominadas enzimas, reduzem a quantidade de energia necessria para a clula desempenhar suas funes. Esse fato importante, pois as reaes qumicas ocorrem nos seres vivos sem neles determinar variao de temperatura. Sem as enzimas, as reaes qumicas s seriam ativadas a temperaturas superiores dos seres vivos.

Classificao das protenas I - PROTENAS SIMPLES A - Albuminas B - Globulinas C - Glutelinas D - Prolaminas E - Escleroprotenas II - PROTENAS CONJUGADAS A - Nucleoprotenas B - Fosfoprotenas C - Porfirinoprotenas 1 . Hemoprotenas 2. Clorofiloprotenas

D - Glicoprotenas E - Lipoprotenas F - Flavoprotenas G - Metaloprotenas diversas III - PROTENAS DERIVADAS A - Produtos de desdobramentos de protenas conjugadas 1. Protaminas 2. Histonas 3. Outras B - Protenas Desnaturadas C - Produtos de hidrlise 1. Proteoses e peptonas 2. Peptdios

As trs mais importantes classes de protena so as protenas simples, as protenas conjugadas e as protenas derivadas. Hidrolisadas, as protenas simples fornecem somente aminocidos, enquanto que as protenas conjugadas fornecem outra substncia ou substncias alm de aminocidos. As protenas derivadas so os produtos resultantes de vrias mudanas um tanto profundas na estrutura ou composio das protenas naturais pertencentes s duas primeiras classes.

ESTRUTURA PRIMRIA DAS PROTENAS A seqncia de aminocidos em uma protena denominada estrutura primria da protena. A determinao da ordem de aminocidos em uma cadeia polipeptdica requer a aplicao de vrias tcnicas experimentais. A compreenso da estrutura primria das protenas importante, pois muitas doenas genticas resultam em protenas com seqncias de aminocidos

anormais. Se a estrutura primria das protenas normais e mutantes so conhecidas, esta informao pode ser usada para diagnosticar ou estudar a doena. A.Ligao Peptdica Em protenas, os aminocidos so unidos covalentemente por ligaes peptdicas, as quais so ligadas amida entre o grupo alfa -amino e outro. Por exemplo, a valina e alanina podem formar o dipeptdeo valilalanina, atravs da formao de uma ligao peptdica. As ligaes peptdicas no so rompidas pelo manejo normal nem por condies que desnaturem as protenas, como o aquecimento ou altas concentraes de uria. A exposio prolongada a um cido ou base fortes em temperaturas elevadas requerida para hidrolisar estas ligaes de modo no-enzimtico.

Caractersticas da Ligao Peptdica a . Falta de rotao em torno da ligao: a ligao peptdica tem um carter de dupla ligao parcial - isto , mais curta que uma ligao simples e, portanto, rgida e planar. Isto impede a rotao livre em torno do carbono da carbonila e o nitrognio da ligao peptdica. Entretanto, as ligaes entre os carbono alfa e os grupos alfa-amino ou alfa-carboxila podem rotar livremente (embora limitados pelo tamanho e carter do grupo R), permitindo assim cadeia polipeptdica assumir uma srie de configuraes possveis. b. Configurao trans: a ligao peptdica geralmente uma ligao trans, em grande parte devido a interferncia estrica dos grupos R quando em posio cis. c. Sem carga porm polar: assim como todas as ligaes amida, os grupos -C=O e -NH da ligao peptdica no aceitem nem fornecem prtons na faixa de pH de 2 a 12. Assim, os grupos carregados presentes nos polipeptdios consistem unicamente no grupo amino Nterminal, o grupo alfa-carboxila C-terminal e quaisquer grupos ionizados presentes nas cadeias laterais dos aminocidos constituintes.

B. Determinao da composio de aminocidos de um polipeptdeo

O primeiro passo para determinar a estrutura primria de um polipeptdeo identificar e quantificar seus aminocidos constituintes. Uma amostra pura do peptdeo deve ser usada. Se a amostra est contaminada com espcies adicionais de peptdeos, uma determinao acurada na composio de aminocidos do peptdeo de interesse no pode ser obtida. 1. Hidrlise cida: O polipeptdeo a ser analisado primeiramente hidrolisado por um cido forte a 110 C por 24 horas. Este tratamento cliva as ligaes peptdicas e libera os aminocidos individuais. 2. Cromatografia: Os aminocidos individuais obtidos por hidrlise cida da protena so separados por cromatografia de troca de ctions. Neste mtodo, uma mistura de aminocidos aplicada a uma coluna, que contm uma resina qual um grupo carregado negativamente est firmemente aderido. Cada aminocido seqencialmente liberado da coluna de cromatografia por eluio com solues de crescente fora inica e pH. A medida que o pH aumenta, o aminocido perde ons hidrognio, inicialmente dos grupos alfa-carboxila e a seguir das cadeias laterias e grupos alfa-amino, primeiro tornando-se neutro, depois negativamente carregado e sendo liberado da resina. Cada aminocido emerge da coluna em um pH e fora inica especficos. 3. Anlise quantitativa: Os aminocidos separados, contidos no lquido eludo da coluna so quantificados aquecendo-os com nihidrina, um reagente que forma um composto prpura com a maioria dos aminocidos, amnia e aminas. A quantidade de cada aminocido determinada espectrofotometricamente medindo a quantidade de luz absorvida pelo derivado da nihidrina. A absorbncia dos derivados aminocidos registrada continuamente em um grfico ou alimenta diretamente em um computador, para anlise quantitativa.o

C. Clivagem do polipeptdeo em fragmentos menores Muitos polipeptdeos tm uma estrutura primria composta de mais de 100 aminocidos. Estas molculas no podem ser seqenciadas diretamente de uma extremidade a outra por um seqenciador. Entretanto, estas molculas podem ser clivadas em stios especficos, e os

fragmentos resultantes seqenciados. Utilizando mais de um agente de clivagem (enzimas e/ou produtos qumicos) em amostras separadas do polipeptdeo purificado, fragmentos justapostos podem ser gerados para permitir o ordenamento correto dos fragmentos seqenciados, fornecendo assim uma seqncia completa de aminocidos do polipeptdeo grande. 1. Clivagem enzimtica: A tripsina uma enzima digestiva produzida pelo pncreas que comumente usada em laboratrio para clivar um polipeptdeo em fragmentos de tamanho adequado para anlise seqncial. A tripsina cliva ligaes peptdicas no lado da carbonila da lisina ou arginina. Os fragmentos produzidos so denominados peptdeos trpticos. 2. Clivagem qumica: O tratamento com brometo de cianognio tambm comumente empregado para clivar especificamente polipeptdeos. O brometo de cianognio quebra a cadeia polipeptdica no lado da carbonila dos resduos de metionina. Este reagente, assim como a tripsina, altamente especfico e usualmente leva produo de um nmero limitado de fragmentos peptdicos. 3. Protenas multimricas: Se uma protena composta por mais de um tipo de polipeptdeo, as cadeias devem primeiro ser separadas, antes que a anlise seqencial possa ser realizada. Os agentes desnaturantes, como a uria ou hidrocloreto de guanidina, rompem as ligaes no covalentes e servem para dissociar a protena em componentes de cadeia nica. As cadeias polipeptdicas individuais podem ser isoladas, e a seqncia de aminocidos de cada uma pode ser determinada.

D. Determinao da estrutura primria de uma protena por seqenciamento de DNA A seqncia de nucleotdeos em uma regio de codificao do DNA especifica a seqncia de aminocidos de um polipeptdeo. Assim, se a seqncia de nucleotdeos puder ser determinada possvel, atravs do conhecimento do cdigo gentico, traduzir a seqncia de aminocidos daquele polipeptdeo. Este processo, embora rotineiramente usado para obter as seqncias de aminocidos das protenas, tem as limitaes de no ser capaz de prever as posies das ligaes dissulfeto na cadeia dobrada e no identificar qualquer aminocido que seja

modificado aps sua incorporao no polipeptdeo. Assim, o seqenciamento direto de protenas uma ferramenta extremamente importante para determinar o verdadeiro carter da seqncia primria de muitos polipeptdeos.

ESTRUTURA SECUNDRIA DAS PROTENAS O esqueleto polipeptdico no assume uma estrutura tridimensional aleatria mas, ao invs, geralmente forma arranjos regulares de aminocidos que esto localizados prximos uns aos outros em seqncia linear. Estes arranjos so denominados estrutura secundria do polipeptdeo. A alfa-hlice, beta-lminas e beta-dobraduras so exemplos de estrutura secundria freqentemente encontrada em protenas.

A - Alfa-hlice Existem vrias hlices polipeptdicas diferentes encontradas na natureza, mas a alfa-hlice a mais comum. uma estrutura espiral, consistindo de um esqueleto polipeptdico central bem agrupado e espiralado, com as cadeias laterais dos aminocidos componentes estendendo-se para fora do eixo central, de modo a evitar a interferncia estrica entre si. Um grupo muito diverso de protenas contm alfa-hlices. Por exemplo, as queratinas so uma famlia de protenas fibrosas intimamente relacionadas, cuja estrutura quase totalmente constituda de alfa-hlices. Elas so um importante componente de tecidos como cabelo e pele, sua rigidez determinada pelo nmero de ligaes dissulfeto entre as cadeias polipeptdicas constituintes. Em contraste queratina, a hemoglobina, cuja estrutura aproximadamente 80% de alfa-hlices, uma molcula globular e flexvel. 1. Pontes de Hidrognio Uma alfa-hlice estabilizada por extensas pontes de hidrognio. As pontes de hidrognio estendem-se at a forma espiral, o oxignio da carbonila de um peptdeo ligado ao grupo -NH de uma ligao peptdica, quatro resduos adiante no polipeptdeo. Isto assegura que todos, exceto o primeiro e ltimo componentes da ligao peptdica, esto ligados uns ao outro atravs de pontes-

de hidrognio. Estas ligaes so individualmente fracas mas, coletivamente, servem para estabilizar a hlice.

2. Aminocidos que rompem uma alfa-hlice A prolina rompe uma alfa-hlice pois seu grupo imino no geometricamente compatvel com a espiral voltada para a direita da afa-hlice; ao invs, ela insere uma dobra na cadeia que rompe a estrutura suave helicoidal. Grande nmero de aminocidos carregados tambm rompe a hlice pela formao de ligaes inicas ou repelindo eletrostaticamente uns aos outros. Finalmente, os aminocidos com cadeias laterais volumosas, como o triptofnio, ou aminocidos que se ramificam no carbono beta, como a valina ou isoleucina, se presentes em grandes nmeros, podem interferir com a formao da alfa-hlice.

B. Beta-lmina A beta-lmina outra forma de estrutura secundria, na qual todos os componentes da ligao peptdica esto envolvidos nas pontes de hidrognio. As superfcies das beta-lminas parecem "dobradas", e, assim, estas estruturas so freqentemente denominadas "betadobraduras". 1. Comparao da beta-lmina e alfa-hlice Ao contrrio da alfa-hlice, as beta-lminas so compostas de duas ou mais cadeias peptdicas (beta-conformaes) ou segmentos de cadeias polipeptdicas que esto quase totalmente estendidas. 2. Lminas paralelas e antiparalelas Uma beta-lmina pode ser formada por duas ou mais cadeias polipeptdicas separadas ou segmentos de cadeias polipeptdicas, as quais so arranjadas em paralelo ou antiparalelo umas em relao s outras. Quando as pontes de hidrognio so formadas entre os esqueletos polipeptdicos de cadeias polipeptdicas separadas so denominadas ligaes intercadeia. Uma

beta-lmina tambm pode ser formada por uma nica cadeia polipeptdica dobrando-se sobre si mesma. Neste caso, as pontes de hidrognio so ligaes intracadeia. 3. Protenas Amilide Assim como a alfa-hlice, as beta-lminas so encontradas em protenas fibrosas e globulares. Uma srie de doenas resultam na deposio de protenas fibrosas, denominadas protenas amilides. Por exemplo, a protena amilide depositada no crebro de indivduos com doena de Alzheimer composta de fibrilas com beta-dobraduras cuja estrutura tridimensional virtualmente idntica das fibrilas da seda.

C - Beta-curvaturas As beta-curvaturas revertem a direo de uma cadeia polipeptdica, auxiliando a formar uma estrutura compacta e globular. Elas usualmente so encontradas na superfcie das molculas proticas, e freqentemente incluem resduos carregados. As beta-curvaturas geralmente so compostas de quatro aminocidos, um dos quais pode ser a prolina - o aminocido que causa um "joelho" na ligao polipeptdica - glicina, o aminocido com o menor grupo R, tambm freqentemente encontrada nas beta-curvaturas. As beta-curvaturas so estabilizadas pela formao de pontes de hidrognio e ligaes inicas.

D - Estrutura secundria no-repetitiva Aproximadamente a metade de uma protena globular mdia organizada em estruturas repetitivas como a alfa-hlice e/ou beta-lmina. O restante da cadeia polipeptdica descrito como tendo uma conformao em ala ou em espiral. Estas estruturas secundrias no-repetitivas no so aleatrias", mas simplesmente possuem uma estrutura menos regular que aquelas descritas acima.

ESTRUTURA TERCIRIA DAS PROTENAS GLOBULARES A estrutura primria de uma cadeia polipeptdica determina sua estrutura terciria. A estrutura das protenas globulares em soluo aquosa compacta, com uma alta densidade (estrutura muito dobrada) de tomos no centro da molcula. Cadeias laterais hidrofbicas so enterradas no interior, enquanto grupos hidroflicos geralmente so encontrados na superfcie da molcula. Todos os grupos hidroflicos (incluindo os componentes da ligao peptdica) localizados no interior do polipeptdio esto envolvidos em pontes de hidrognio ou interaes eletrostticas. Uma funo das estruturas em alfa-hlice e beta-lmina fornecer mxima ligao de hidrognio aos componentes da ligao da ligao peptdica no interior dos polipeptdios, eliminando assim a possibilidade de que as molculas de gua possam ligar-se a esses grupos muito hidroflicos e romper a integridade da protena.

A . Domnios Domnios so as unidades fundamentais funcionais e de estrutura tridimensional de um polipeptdeo. As cadeias polipeptdicas maiores que 200 aminocidos de comprimento geralmente consistem de dois ou mais domnios. O centro de um domnio formado de combinaes de elementos estruturais supersecundrios (motivos). O dobramento da cadeia peptdica dentro de um domnio usualmente ocorre independentemente do dobramento em outros domnios. Assim, cada domnio tem as caractersticas de uma protena globular, pequena e compacta que estruturalmente independente de outros domnios na cadeia polipeptdica.

B. Interaes que estabilizam a estrutura terciria A estrutura tridimensional nica de cada polipeptdeo determinada por sua seqncia de aminocidos. Interaes das cadeias laterais dos aminocidos orientam o dobramento da cadeia

polipeptdica, para formar uma estrutura compacta. Quatro tipos de interaes cooperam para estabilizar a estrutura terciria das protenas globulares: 1. Pontes de Dissulfeto: Uma ponte dissulfeto uma ligao covalente formada pelo grupo sulfidrila (-SH) de cada um de dois resduos cistena, para produzir um resduo de cistina. Uma ponte dissulfeto contribui para a estabilidade da conformao tridimensional da molcula de protena. Por exemplo, muitas ligaes dissulfeto so encontradas em protenas que so secretadas pelas clulas. Acredita-se que estas fortes ligaes covalentes auxiliem a estabilizar a estrutura da protena e impedi-la de ser desnaturada no meio extracelular. 2. Interaes hidrofbicas: Aminocidos com cadeias laterais polares tendem a se localizar no interior da molcula polipeptdica, onde se associam a outros aminocidos hidrofbicos. Em contraste, os aminocidos com cadeias laterais carregadas ou polares tendem a estar localizados na superfcie da molcula, em contato com o solvente polar. 3. Pontes de Hidrognio: As cadeias laterais dos aminocidos contendo Hidrognio ligado ao Oxignio ou Nitrognio, como nos grupos alcolicos da serina e treonina, podem formar pontes de hidrognio com tomos ricos em eltrons , como o oxignio dos grupos carboxila ou carbonila das ligaes peptdicas. A formao de pontes de hidrognio entre grupos polares na superfcie de uma protena e o solvente aquoso aumentam a solubilidade da protena.

4. Interaes inicas: Grupos carregados negativamente como o grupo carboxila (COO-) na cadeia lateral do aspartato ou glutamato podem interagir com grupos carregados positivamente, como o grupo amino (-NH3 ) na cadeia lateral da lisina. C. Papel dos chaperones no dobramento da protena:+

Geralmente se aceita que a informao necessria para corrigir o dobramento da protena est contida na estrutura primria do polipeptdeo em si. Considerada essa premissa, difcil explicar porque a maioria das protenas, quando desnaturadas, no retoma sua conformao nativa sob condies ambientais favorveis. Uma resposta a esse problema que as protenas iniciam a se dobrar durante a sntese protica. Isso limita a competio entre conformao de dobramento , tornada possvel em bandas maiores do peptdeo nascente. Alm disso, um grupo especializado de protenas, denominadas "chaperones", requerido para o dobramento adequado de muitas espcies de protenas. Os chaperones atuam como catalisadores aumentando as velocidades dos estgios finais no processo de dobramento. Parece agora que muitas protenas incluem em suas seqncias de aminocidos um conjunto de sinais de dobramento que so interpretados pelas protenas PCB.

ESTRUTURA QUATERNRIA DAS PROTENAS Muitas protenas consistem em uma nica cadeia polipeptdica; estas so protenas monomricas. Muitas outras, porm, consistem em duas ou mais cadeias polipeptdicas que podem ser estruturalmente idnticas ou totalmente diferentes. O arranjo destas subunidades polipeptdicas denominado estrutura quaternria da protena. Se existem duas subunidades, a protena chamada "dimrica"; se so trs subunidades, "trimrica"; e se existem vrias subunidades, "multimrica". As subunidades so mantidas juntas por interaes no-covalentes (por exemplo, interaes hidrofbicas, pontes de hidrognio, ligaes inicas) como na hemoglobina. As subunidades podem funcionar independentemente uma das outras ou trabalhar cooperativamente, como na hemoglobina, onde a ligao do oxignio a uma subunidade do tetrmero aumenta a afinidade das outras subunidades ao oxignio.

DESNATURAO DAS PROTENAS A desnaturao protica resulta no desdobramento e desorganizao da estrutura da protena, o que no se acompanha de hidrlise das ligaes das ligaes peptdicas. Os agentes

desnaturantes incluem o calor, solventes orgnicos, agitao mecnica, cidos ou bases fortes, detergentes e metais pesados como o chumbo e mercrio. A desnaturao pode, em casos raros, ser reversvel; nesta situao, a protena dobra-se novamente em sua estrutura original quando o agente desnaturante removido. Porm, a maioria das protenas, uma vez desnaturadas, ficam permanentemente alteradas. Isto pode ser atribudo a vrios fatores, sntese da protena isto , antes de existir uma longa seqncia de aminocidos para complicar o processo de dobramento. As protenas desnaturadas freqentemente so insolveis, e, assim, precipitam em soluo. Se uma protena desnaturada pelo aquecimento em um pH relativamente bem distanciado de seu ponto isoeltrico e na ausncia virtual de sais, a soluo pode no sofrer modificao muito evidente, embora os testes qumicos e fsicos revelem a presena de protena desnaturada. O ajuste do pH da soluo ao ponto isoeltrico da protena causar sua precipitao, processo para o qual usado o termo especfico de "floculao". A floculao de uma protena desnatura reversvel sob o ponto de vista de que o ajustamento do pH a algum valor acima ou abaixo do limite isoeltrico resulta na dissociao do precipitado.

CARBOIDRATOS

Definio Os carboidratos receberam este nome pelo fato da frmula emprica geral de muitos deles ser Cn(H2O)n, carbono hidratado. Os acares, amidos e a celulose compostos muito importantes nas funes de energia e estrutura da matria viva so todos carboidratos. difcil superestimar a importncia que tm os carboidratos para o ser humano. Ns nos alimentamos desses compostos, quando comemos po, batatas e ervilhas e, de certa forma, quando comemos a carne, os ovos e as gorduras de animais que se alimentam de carboidratos na forma de gros e capim. O algodo e o linho, fibras tradicionais da manufatura de tecidos, so compostos quase exclusivamente de carboidratos. Apenas muito recentemente os polmeros

sintticos comearam a substituir as fibras naturais. A madeira consiste principalmente de celulose, de modo que muitos objetos que nos cercam so feitos de carboidratos; finalmente, o papel tambm feito de carboidratos. A importncia que tem o papel na civilizao moderna enorme, e a vida seria complicada sem ele. Na natureza, a produo de carboidratos ocorre nas plantas verdes, pela fotossntese. As plantas contm clorofila, que catalisa a converso de dixido de carbono e gua em acares. A reao termodinamicamente desfavorvel, mas ocorre porque a energia necessria fornecida pela luz solar. Enquanto as plantas sintetizam carboidratos, a partir de dixido de carbono e gua, os animais degradam os carboidratos a dixido de carbono e gua. Os animais comem as plantas e combinam os carboidratos com o oxignio do ar para executar reao inversa da fotossntese. A oxidao dos carboidratos d ao animal a energia necessria para manter os processos vitais e regenera o dixido de carbono que a planta utilizar na fotossntese. Os carboidratos so poli-hidroxi-aldedos, poli-hidroxi-cetonas ou molculas que, hidrolisadas, do estes compostos. Os monossacardeos so os carboidratos mais simples e incluem os acares de quatro, cinco e seis tomos de carbono. A sacarose, o acar domstico, um dos dissacardeos, estes podem ser hidrolisados a dois monossacardeos. Os polissacardeos, que incluem o amido e a celulose, do muitos monossacardeos por hidrlise.

Funes dos Carboidratos Energia A principal funo dos carboidratos na nutrio a de fornecer combustvel para a produo de energia.Gordura tambm um combustvel, mas o organismo necessita to somente de uma pequena quantidade de gordura alimentar, principalmente para suprir os cidos graxos essenciais. Para que funcionem adequadamente, no entanto, os tecidos do organismo exigem um suprimento alimentar dirio de carboidratos suficiente para oferecer de 50% a 55% das quilocalorias totais.

A quantidade de carboidratos no organismo, ainda que relativamente pequena, importante para manter as reservas energticas. Por exemplo, em um homem adulto, cerca de 300 a 325g est armazenada no fgado e nos tecidos do organismo, como glicognio, e cerca de 10g est presente na glicose sangunea em circulao. Essa quantidade total de glicognio e glicose disponvel oferece energia suficiente para apenas cerca de metade de um dia de atividade moderada. De modo que alimentos com carboidratos devem ser ingeridos regularmente e a intervalos moderadamente freqentes de modo a ser satisfeita a demanda energtica do organismo.

Funes Especiais dos Carboidratos nos Tecidos do Organismo Como parte de sua funo geral, uma vez que so a principal fonte energtica do organismo, os carboidratos atendem a funes especiais em vrios tecidos corporais.

Armazenamento de Carboidratos Ps-absoro no Homem Adulto Normal (70kg ) Glicognio Fgado (peso de 1.800g) Msculo (peso de massa 35kg) Fluidos extracelulares (10L) 72 245 ____ 10 Glicose

Totais de componentes Armazenamento total

317 327

10

Reservas de Glicognio Conforme indicado, as reservas de glicognio no fgado e msculos oferecem uma troca constante com o sistema de equilbrio total de energia do organismo. Dessa forma, essas reservas protegem as clulas, evitando a funo metablica diminuda e injrias. Ao de Poupana de Protenas

Os carboidratos auxiliam na regulao do metabolismo das protenas. A presena de carboidratos suficientes para as demandas energticas do organismo evita a canalizao de protena em demasia para esse fim. Essa ao de poupana protica dos carboidratos permite que a maior poro das protenas seja utilizada para seu propsito estrutural bsico de construo de tecidos. Efeito Anticetognico Os carboidratos esto tambm associados ao metabolismo das gorduras. A quantidade de carboidratos presente na dieta determina o quanto de gordura ser fragmentado, dessa forma afetando as taxas de formao e de disponibilidade das cetonas, que so produtos intermedirios do metabolismo das gorduras, normalmente produzidos em baixo nvel durante a oxidao das gorduras. No entanto, em condies extremas como inanio e diabete no-controlado, bem como quando do uso indevido de dietas com reduzidssimo teor de carboidratos, os carboidratos so inadequados ou no esto disponveis para as necessidades energticas, de modo que gorduras em demasia so oxidadas. As cetonas acumulam-se, e o resultado a cetoacidose. Carboidratos suficientes evitam esse excesso prejudicial de cetonas. Ao Cardaca um exerccio muscular que mantm a vida. Embora os cidos graxos sejam o combustvel regular preferido do msculo cardaco, a reserva de glicognio nesse mesmo msculo constitui uma importante fonte emergencial de energia contrtil. Em um corao prejudicado, insuficientes reservas de glicognio ou uma baixa ingesto de carboidratos pode ocasionar sintomas cardacos e angina. Funo do Sistema Nervoso Central H necessidade de um fornecimento constante de carboidratos para o correto funcionamento do sistema nervoso central (SNC). O centro regulador do SNC, o crebro, no contm suprimento armazenado de glicose, sendo, conseqentemente, dependente de um suprimento a cada minuto de glicose do sangue. Um choque hipoglicmico prolongado e

profundo pode ocasionar danos cerebrais graves e irreversveis. Em todo o tecido nervoso, os carboidratos so indispensveis para a integridade funcional. MONOSSACARDEOS Os compostos que possuem a mesma frmula qumica so denominados ismeros, por exemplo, a frutose, glicose, manose e galactose so todos ismeros uns dos outros, tendo a mesma frmula qumica C6H12O6. Um tipo especial de isomeria encontrado nos pares de estruturas que so imagens espelhadas uma da outra, so enantimeros, e os dois membros do par so designados uma acar D e um acar L. A grande maioria dos acares em seres humanos so acares D. Duas excees notveis so a L-fucose (encontrada, nas glicoprotenas) e cido L-idurnico (encontrado nos glicosaminoglicanos). Se dois monossacardeos diferem na configurao em torno de um tomo de carbono especfico (exc: carbono da cabonila), so definidos como epmeros uns dos outros.(sendo tambm ismeros) . Por exemplo: a glicose e galactose so epmeros C-4 suas estruturas diferem somente na posio do grupo OH no carbono 4. A glicose e manose so epmeros C-2. Mas a galactose e manose NO so epmeros eles diferem na posio dos grupos OH em dois carbonos (2 e 4) e assim so definidos somente como ismeros. Ciclizaao de monossacardeos : menos de 1% de cada um dos monossacardeos com cinco ou mais carbonos existem na forma de cadeia aberta (acclica). Ao contrrio, eles so encontrados predominantemente em forma de anel, onde o grupo aldedo (ou cetona) reagiu com um grupo lcool no mesmo acar para formar um anel hemiacetal ou hemicetal. Se o anel resultante possui seis membros (5 C e 1 O), um anel piranose. Se possui cinco membros (4 C e 1 O), denominado um anel furanose. Exemplos de monossacardeos encontrados em seres humanos, classificados de acordo com o numero de carbonos que eles contm. Nomes Genricos 3 carbonos: trioses Exemplos gliceraldedo

4 carbonos: tetroses 5 carbonos: pentoses 6 carbonos: hexoses 7 carbonos: heptoses 9 carbonos: monoses

eritrose ribose glicose sedoeptulose cido neuramnico

Carbono anmero : A formao de um anel hemiacetal (ou hemicetal) resulta na criao de um carbono anmero no carbono 1 de uma aldose, ou no carbono 2 de uma cetose. Estas estruturas so designadas as configuraes alfa ou beta de um acar, por exemplo, a D-glicose e b-D-glicose. Estes dois acares so ambos glicose, mas so anmeros um do outro. As enzimas so capazes de distinguir entre estas duas estruturas e utilizam preferencialmente uma ou outra. Por exemplo, o glicognio sintetizado a partir da a-D-glicopiranose, enquanto a celulose sintetizada a partir da b-D-glicopiranose. Mutarrotao : Os anmeros cclicos alfa e beta de um acar em soluo esto em equilbrio um com o outro, e podem facilmente ser interconvertidos. Por exemplo, uma soluo de D-glicose pura em gua produz espontaneamente uma mistura em equilbrio de cerca de 64% de beta-piranose e 36% de alfa-piranose. Este processo requer que a estrutura em anel abra-se na forma linear durante a interconverso. Este processo denominado mutarrotao porque resulta em alteraes caractersticas na rotao ptica da luz polarizada. Representao da conformao do acar: O anel hemiacetal denominado uma projeo de Fischer. A cadeia carbonada escrita verticalmente, com o carbono 1 no topo, e os substituintes hidroxila e hidrognio escritos esquerda ou direita. Uma segunda forma de representar as formas cclicas do acar a projeo de Haworth, onde o carbono 1 desenhado no extremo direito, o plano do anel achatado no papel e os grupos H,-OH e CH2OH projetam-se acima ou abaixo do plano do papel. Uma terceira opo para representar as conformaes de monossacardeos: as formas em bote e em cadeira fornecem uma representao mais exata da conformao tridimensional de acares na natureza.

DISSACARDEOS Um dissacardeo um composto que pode se hidrolisado a dois monossacardeos ou duas molculas do mesmo monossacardeo. Sacarose Poucos artigos de uso domstico so compostos puros. gua um deles e esperemos que permanea relativamente pura. Acar ou sacarose outro.Obtida da cana-de-acar ou da beterraba, o composto orgnico puro conseguido em maior quantidade. A sacarose um dissacardeo. A hidrlise cida d uma mistura equimolar dos dois monossacardeos dos quais composto: D-glicose e D-frutose. O fato de que a sacarose no sofre mutarrotao, no redutora e no d osazona, indica que os grupos carbonila monossacardeos esto presentes nas formas acetal e cetal. A hidrlise cida da sacarose pode se acompanhada com um polarmetro. A rotao especfica aproximadamente aditiva. Como a sacarose tem rotao de +66 e a mistura dos anmeros da glicose no equilbrio +52, enquanto que a frutose tem 92, no fim do processo de hidrlise a mistura equimolar de glicose e frutose ter um valor de rotao fortemente negativo. A reao, portanto, ocorre com inverso de rotao , de um valor positivo a um valor negativo. Historicamente a hidrlise chamada de inverso do acar, e a mistura de produtos, acar invertido. A ao da enzima invertase de leveduras a mesma. Comercialmente a glicose chamada dextrose, e a frutose, levulose, de acordo com os respectivos sinais da rotao. A reao importante comercialmente, porque os dois monossacardeos misturados tm sabor mais doce do que a sacarose e so mais teis em certos processos, principalmente na preparao de sorvetes, refrigerantes e balas. A glicose livre ocorre em frutos maduros, sendo, s vezes, chamado acar da uva por se o adoante principal das uvas. Frutose, por outro lado, o adoante principal do mel. A converso parcial da glicose em frutose para imitar o gosto doce do produto de hidrlise da sacarose tem sido tentada pela indstria. Existe atualmente no mercado um produto derivado exclusivamente da isomerizao enzimtica da glicose. dos

Maltose A maltose ou o acar do malte o dissacardeo resultante da hidrlise parcial do amido em meio cido. A enzima diastase obtida do malte de cevada capaz de converter amido de diversas fontes, tais como milho, trigo, centeio ou batata, em maltose, uma etapa essencial na fermentao de amido a lcool. A maltose composta por duas unidades de D-glicose. diferente da sacarose porque redutora, sofre mutarrotao e o grupo hidroxila em C-4 de uma das unidades est envolvida na ligao glicosdica. A maltose pode ser hidrolisada em meio cido a D-glicose. Uma enzima chamada maltase, obtida de levedutas, capaz de fazer a mesma coisa, sendo usada comercialmente na indstria de fermentao. Uma aglicona natural interessante a benzaldedo-cianoidrina. Muitas plantas, tais como as do damasco, amndoas amargas, ameixa e pssego, contm grande quantidade de gentiobioseglicosdeo nas frutas e nas cascas e folhas das rvores. Este composto o precursor do leo de amndoas amargas. A hidrlise do gentobiose-glicosdeo produz cianeto de hidrognio, alm de benzaldedo e gentobiose. Celobiose e lactose A hidrlise cida parcial da celulose (do algodo) d o dissacardeo celobiose. Este redutor e sofre mutarrotao. A estrutura feita de duas unidades de glicose em ligao 1-4 do mesmo modo que a maltose. A diferena que a ligao 1,4--glicosdica na celobiose e 1,4-glicosdica na maltose. Esta diferena muito importante porque as enzimas capazes de hidrolisar a ligao no podem hidrolisar a e vice-versa. A enzima -glicosidase (maltase) catalisa a hidrlise da ligao alfa da glicose, enquanto que a -glicosidase(emulsina, na literatura antiga) catalisa a hidrlise apenas da ligao da glicose. A lactose ou acar do leite um dissacardeo formado por duas unidades de galactose e glicose, que ocorre no leite de todos os animais na proporo de 5% aproximadamente.

POLISSACARDEOS Um polissacardeo qualquer molcula que pode ser hidrolisaada a um grande nmero de monossacardeos. Se as molculas de monossacardeos obtidas por hidrlise so hexoses, o polmero chamado um hexosano. Existem dois hexosanos importanes na natureza: os amidos, que representam o reservatrio de energia em organismos vivos, e a celilose, o material estrutural bsico da maior parte dos vegetais. Os polissaacardeos naturais contendo unidaades de polipentose (C5H8O4)n ocorrem em grandes quantidades em certas matrias vegetais, tais como a pelcula da aveia ou a espiga de milho, e so chamados pentosano.as estruturas destes polissacardeos no so bem conhecidas, mas so uma fonte conveniente de derivados do furano. Amido Os amidos so polmeros compostos de muitas unidades de glicose repetidas. As plantas utilizam o amido como principal reserva de energia, armazenando carboidratos na forma de grnulos nas sementes, frutos, tubrculos e razes, dependendo da planta. Amidos de plantas diferentes divergem em estrutura, e amidos de uma mesma planta podem ser diferentes. Uma forma de amido, a amilose, composta de cerca de 250-300 unidades de glicose em ligaes 1,4-dissaacardicas. Celulose A celulose outro dos polmeros da glicose encontrados nas plantas. Este polmero insolvel em gua e tem funo estrutural nas plantas. A madeira contm cerca de 50% de celulose e as fibras do algodo so praticamente celulose pura. As propriedades fsicas deste material resultam do peso molecular muito alto (cerca de 3000 unidades de glicose) e do fato de que no h ramificaes. O aspecto estrutural mais importante a ligao 1,4- das unidades de glicose. O ser humano no possui em seu organismo nenhuma enzima capaz de transformar a celulose em D-glicose. Se a tivssemos, poderamos comer madeira ou capim. Os prprios cupins

no tem enzimas adequadas quebra da ligao . Eles tm microorganismos, no sistema digestivo, que hidrolisam essas ligaes. Os grupos hidroxila da celulose posem ser esterificados por cidos orgnicos e inorgnicos de modo a alterar as propriedades do polissacardeo. A nitrao parcial da celulose deu o primeiro plstico de importncia comercial, o celulide. A maior vantagem do celuide sua alta flamabilidade. O acetato de celulose, produzido pela acetilao parcial da celulose d algodo ou polpa de madeira, pode ser transformado em em fio conhecido como acetato de rayon. O acetato de celulose utilizado em plsticos e filmes fotogrficos. Quando a celulose tratada com hidrxido de sdio aquoso e dissulfeto de carbono, obtm-se uma disperso coloidal viscosa de xantato de celulose chamado viscose. Quando a vicose forada atravs de um orifcio em banho de cido sulfrico, a celulose regenera-se dando uma fibra de rayon. Se a viscose forada atravs de uma fenda longa fina, obtm-se um filme transparente chamado celofane. Amino-acares Os amino-acares so bastante comuns na natureza. Neles, um ou mais de um

grupohidroxila do carboidrato so substitudos por um grupo amino. At poucos anos atrs, entretanto, apenas a 2-amino-2-deoxi-D-galactose tinha sido isoladas de fontes naturais. O derivado de amino-acares mais comuns a quitina, um polissacardeo feita de unidades de 2acetamino-2-deoxiglicose em ligaes -1,4, de maneira semelhante s ligaes da celulose. Na verdade , este polmero apresenta muitas propriedades semelhantes s da celulose, sendo usado como material estrutural e defensivo, no mundo dos animais invertebrados. Os exo-esqueletos de insetos e crustceos contm grande quantidade deste amino-polissacardeo. A 2-amino-2deoxiglicose (glicosamina) pode ser preparada com rendimento de 60-70% pela hidrlise das carapaas de siris com cido clordrico concentrado.

Referncias Bibliogrficas ALLINGER, Norman L., et.al , Qumica Orgnica. 2 edio. Rio de Janeiro, LTCLivros Tcnicos e Cientficos Editora S.A , 1976 MORRISON, Robert T. , BOYD, Robert N. , Qumica Orgnica. 12 edio. Lisboa, Fundao Calouste Gulbenkian, 1983. CHAMPE, Pamela C., et.al, Bioqumica Ilustrada. 2 edio. Porto Alegre, Artes Mdicas, 1996.