|
|
|
|
|
|
||||
|
|
Estrutura e Função dos Carboidratos Fernanda Ferreira Corrêa1, Patrícia Graça Leite Speridião2, Ulysses Fagundes Neto3 1 Nutricionista especializanda do Programa
de Especialização em Saúde, Alimentação e Nutrição Infantil - Enfoque
Multidisciplinar da Escola Paulista de Medicina - Universidade Federal
de São Paulo. Introdução Metabolismo é a soma de muitos processos químicos em um organismo vivo, pelos quais a energia se torna disponível ao funcionamento do organismo como um todo 1. Dessa forma, o organismo depende da quebra de substâncias alimentares para obtenção de energia afim de manter seus processos vitais, ou seja, as proteínas são quebradas em aminoácidos, as gorduras em ácidos graxos e os carboidratos em monossacarídeos. Nesta revisão abordaremos a estrutura e função dos carboidratos no metabolismo. Os carboidratos são as biomoléculas mais abundantes na natureza e para muitos carboidratos, sua fórmula geral é: [C(H2O)]. Daí, o nome carboidrato ou hidrato de carbono. São moléculas que desempenham uma ampla variedade de funções, entre elas: fonte e reserva de energia, papel estrutural e matéria prima para biossíntese de outras moléculas2. Classificação dos carboidratos
São carboidratos não hidrolisáveis, sendo os mais simples monossacarídeos compostos por no mínimo 3 carbonos 2,3, por exemplo, aldoses e cetoses. Também podem ser classificados de acordo com o número de carbonos de suas moléculas, assim, as trioses são os monossacarídeos mais simples seguidos das tetroses, pentoses, hexoses, heptoses, etc 2,3. Destes, os mais importantes são as pentoses e as hexoses. As pentoses mais importantes são: ribose, arabinose e xilose. As hexoses mais importantes são: glicose, galactose, manose e frutose2.
São carboidratos ditos glicosídeos, pois são formados a partir da ligação de 2 monossacarídeos através de ligações denominadas “Ligações Glicosídicas” 3. A ligação glicosídica ocorre entre o carbono anomérico de um monossacarídeo e qualquer outro carbono do monossacarídeo seguinte, através de suas hidroxilas e com a saída de uma molécula de água2. O tipo de ligação glicosídica é definido pelos carbonos envolvidos e pelas configurações de suas hidroxilas2.
Oligossacarídeos são carboidratos que por hidrólise originam dois ou mais monossacarídeos, por exemplo, dissacarídeos, quando por hidrólise produzem dois monossacarídeos ou trissacarídeos, quando por hidrólise produzem três monossacarídeos (ex.: rafinose = glicose + frutose + galactose)4. Exemplo: Maltose - Gli α (1,4)-Gli
Sacarose - Gli α (1,2)-β - Fru
Lactose - Gal β (1,4)-Gli
Celobiose - Gil β (1,4)-Gli
São os carboidratos complexos, macromoléculas formadas por milhares de unidades monossacarídicas ligadas entre si por ligações glicosídicas2, 4. A diversidade estrutural dos polissacarídeos deve-se ao fato de neles haver grande quantidade de diferentes açúcares e derivados, como os ácidos urônicos, e porque cada açúcar pode ligar-se covalentemente a outros açúcares através de várias posições diferentes no anel3. Os representantes dos polissacarídeos mais estudados são: amido, glicogênio, inulina e celulose, que em geral podem ser hidrolisados, convertendo-se em um componente de açúcar hexose2. a) Amido: O amido, que produz glicose, é um glicosano; a inulina, que produz frutose, é um frutano ou frutosano. Os açúcares e o amido são produtos importantes na economia da humanidade. São muito usados para fins alimentares e farmacêuticos2. O amido é o polissacarídeo de reserva da célula vegetal. É formado por moléculas de glicose ligadas entre si através de numerosas ligações α (1,4) e poucas ligações α (1,6), ou “pontos de ramificação” da cadeia2. Constitui 50% a 65% do peso das sementes de cereais secos, e até 80% da substância seca dos tubérculos2. b) Glicogênio: é o polissacarídeo de reserva da célula animal. Muito semelhante ao amido, possui um número bem maior de ligações α (1,6), o que confere alto grau de ramificação à sua molécula3. c) Inulina: é usada em meios de cultura como agente identificador fermentativo para certas bactérias e em especial em métodos laboratoriais para avaliação da função renal (“clearence de inulina”)5. È filtrada apenas pelos glomérulos, não sendo excretada nem reabsorvida pelos túbulos2. d) Celulose: é o carboidrato mais abundante na natureza. Possui função estrutural na célula vegetal e desempenha papel importante da parede celular. Semelhante ao amido e ao glicogênio em composição, a celulose também é um polímero de glicose, mas, formada por ligações tipo β (1,4). Este tipo de ligação glicosídica confere à molécula uma estrutura espacial muito linear capaz de formar fibras insolúveis em água e não digeríveis pelo ser humano2. Metabolismo dos carboidratos O principal substrato oxidável quantitativamente para a maioria dos organismos é a glicose. Esta é indispensável para células e tecidos (ex.: hemácias e tecido nervoso) por constituir o único substrato que estes tecidos são capazes de oxidar para obter energia 5. A glicose é ingerida na forma de sacarose, amido e lactose. O amido é digerido no trato digestivo até glicose, já a sacarose e lactose, originando glicose, frutose e galactose5.
Com a entrada de glicose nas células inicia-se a glicólise. A glicose entra na célula com a ajuda de proteínas trans-membranares, as GLUT's. Após a entrada, a glicose é fixada por uma enzima de grande importância, a hexoquinase, e no fígado como glicoquinase para formar glicose -6- fosfato (G6P), com gasto de 1 ATP. Estas enzimas são moduladoras do metabolismo, pois, elas são irreversíveis. A próxima enzima de importante papel que agirá na via glicolítica será a PFK1 (fosfofrutoquinase 1) , que transformará frutose 6 fosfato em frutose 1,6 bifosfato, com gasto de mais 1 ATP 6,7. Na formação de 1,3 bifosfoglicerato, temos a formação de 2 NADH+H+ que será de extrema importância na fosforilação oxidativa (cadeia respiratória) 6,7. A primeira formação de ATP ocorre na transformação de 1,3 bifosfoglicerato em 3 fosfoglicerato. Depois de mais duas transformações temos a conversão de fosfoenol piruvato em piruvato formando então 2 móleculas de ATP 6,7. Após o final da via glicolítica temos um saldo total de dois ATPs. Se o organismo estiver com uma quantidade adequada de oxigênio, o piruvato entrará na via do ciclo do ácido cítrico, já com falta de oxigênio nos músculos e o piruvato será transformado em lactato, finalizando seu papel metabólico 6,7.
O ciclo de Krebs ou ciclo do ácido cítrico, constitui a via final comum de oxi -redução, onde compostos carboxílicos sofrem interconversão com objetivo principal de liberar elétrons que serão utilizados na cadeia respiratória. O ciclo de Krebs ocorre na matriz mitocondrial visto que suas enzimas se encontram nesse espaço utilizando co-fatores derivados do complexo B vitamínico, especialmente a coenzima A, FAD, NAD, TTP e o acido lipóico na forma de lipoamida, além de liberar CO2 e guanosina tri fosfato - GTP6,7. O NAD e o FAD entram no ciclo oxidado e ao se ligar aos eletrons sai do ciclo reduzido3,4. Existe uma fase intermediária em que há uma descarboxilação oxidativa do piruvato transformando em acetil coa 6,7. O piruvato mais o acetil Coa e o NAD juntam-se com o oxaloacetato para iniciar as inúmeras reações enzimáticas do ciclo de Krebs 3. O ciclo de Krebs irá formar: 6 NADH + H+ , 2 FADH, 1 GTP, 4 CO2. Esse saldo de NAD e FAD reduzido será utilizado na fosforilação oxidativa (cadeia respiratória). É importante lembrar que o ciclo de Krebs pode ter sua velocidade diminuída, porém ele nunca cessa 6,7. Os pontos reguladores do ciclo de Krebs são: complexo piruvato desidrogenase, isocitrato desidrogenase, complexo αcetoglutarato desidrogenase, citrato sintase. Os pontos reguladores fazem com que as reações fiquem irreversíveis, ou seja, o ciclo de Krebs ocorre somente em um sentido 6,7.
A fosforilação oxidativa ou cadeia respiratória, ocorre na matriz mitocondrial, ou seja, no espaço intramembranar. Ela se resume basicamente em transporte de elétrons e também em uma diferença de gradiente de concentração, onde os elétrons são usados como “fonte de energia” para a enzima ATPase. Os elétrons são transportados por cinco complexos diferentes 6,7. O NAD desidrogenase ou complexo I é uma proteína transmembranar que apresenta na sua estrutura íons ferro (Fe), enxofre (S) e flavina mononucleotídeo (FMN) 6,7. O complexo II ou succinato desidrogenase é o grupo prostético da proteína NADH desidrogenase e não é transmembranar, esta voltada para a matriz e também apresenta Fe e S na sua estrutura. A coenzima Q ou ubiquinona é uma molécula de origem lipídica, por isso, se encontra no interior da membrana que tem semelhança com esta estrutura 6,7 . O citocromo redutase ou complexo III é uma proteína transmembranar composta por dois tipos de citocromo: B e C1. O citocromo C não é transmembranar e está em contato com o espaço intramembranar 3. O complexo IV ou proteína citocromo A1 e A3 (possui Fe) oxidase apresenta Cu na sua estrutura e é transmembranar, este complexo possui oxigênio ligado a ele 6,7 . A cadeia respiratória, funciona com transferência de elétrons - energia de uma substância reduzida para outra oxidada. O NAD reduzido ao entrar em contato com o complexo I, cede seus elétrons e então se oxida consequentemente, o complexo I se reduz (primeiro o grupamento prostético e o Fe), este reduz a coenzima Q e fica oxidado, a coenzima Q cede elétrons para o complexo III que se reduz 6. Os elétrons do FAD (gerado no ciclo de Krebs) vão direto para a coenzima Q, ela pode receber elétrons do complexo I ou II. Existem também lançadeiras de moléculas capazes de transportar o NAD do citosol para a matriz 6,7. No complexo III as substancias são reduzidas, estas depois se oxidam e reduzem o complexo IV, que depois se oxida e reduz o oxigênio ao transferir para a matriz, são também transferidos prótons para a matriz, que assim gera água metabólica 3 . A mitocôndria produz radical livre quando o oxigênio não é reduzido por completo, os mecanismos antioxidantes (ex.: superoxido desmutase) destroem os radicais livres 6,7. Os complexos I, III e IV ao cederem elétrons para a coenzima Q, para o citocromo C e para o oxigênio liberam para o meio (crista mitocondrial) energia livre e esta é utilizada para as proteínas transmembranares (ex.: complexo IV) conseguirem bombear prótons (H+) da matriz mitocodrial para o espaço intramembranar à medida que são transportados 6,7 . Durante a corrente de elétrons foi criado um gradiente de prótons, ou seja, um local onde tem mais cargas positivas do que o outro (espaço intramembranar), porém é necessário que haja um equilíbrio eletrônico, nesse equilíbrio vai ocorrer então o transporte de prótons 6. A proteína F0 F1 - ATPase ou complexo V, possui uma porção catalítica, a qual está inserida na membrana interna e forma um canal para prótons, está em contato com o espaço intramembranar transfere os prótons do espaço intramembranar pelo canal de F0 e vai para a porção F1, esta estimula a fosforilação do ADP + Pi formando ATP que sai e vai suprir a célula como um todo e por isso o ATP sai da mitocôndria através de um transportador que à medida que leva ATP para fora da mitocôndria trás ADP para dentro da matriz mitocôndrial 6,7 . A cadeia respiratória não é tão dependente da fosforilação quando ocorre o inverso porque existem outros canais para ocorrer a estabilização do gradiente de concentração de ATP e ADP dentro e fora da célula. Uma parte da energia produzida na célula é transformada em calor para ajudar na homeostase térmica 6,7.
O carboidrato fornece primariamente combustível para o cérebro, medula, nervos periféricos e células vermelhas do sangue. Dessa forma, a ingestão alimentar insuficiente desse nutriente energético implica em danos ao sistema nervoso central, além da produção concomitante de corpos cetônicos, com graves prejuízos ao organismo, além de permitir o catabolismo dos ácidos graxos em água e Acetil Coa1. Os carboidratos são nutrientes energéticos cujos maiores representantes pertencem ao reino vegetal sejam na forma de carboidrato complexo ou na forma de açúcar1.
A inulina e as oligofrutoses, respectivamente, polímero e oligômeros de D-frutose, são importantes como carboidratos de reserva em plantas8. Seus nomes derivam de oligossacarídeos (carboidratos com menos de 10 subunidades de monossacarídeos) compostos predominantemente de frutose9. A inulina e as oligofrutoses são utilizadas para enriquecer com fibras produtos alimentares. Diferentemente de outras fibras, não tem sabores adicionais, e podem enriquecer os alimentos sem contribuir muito com a viscosidade. Estas propriedades permitem a formulação de alimentos com alto teor de fibras mantendo a aparência e o gosto das formulações padrão8. As oligofrutoses são comumente utilizadas em cereais, preparações de frutas para iogurtes, sobremesas congeladas e produtos lácteos8. As propriedades nutricionais da inulina e oligofrutose são similares, assim a decisão de formular com inulina ou oligofrutoses se dá em função dos atributos desejados no produto final8. Referências 1- Oliveira JED; Marchini JS; Ciências Nutricionais. São Paulo. 1ª edição. Editora Sarvier; 1998. 2-http://members.tripod.com/medworks/Bioquímica 3- http://www.geocities.com/bioquimicaplicada 5- Marzzoco A; Torres BB; Bioquímica Básica. Rio de Janeiro. 2ª edição. Editora Guanabara, 1999. 6- Lehninger AL; Nelson DL; Cox MM; Princípios de Bioquímica, 2ª edição. Editora Sarvier, 1995. 7- Stryer L.;Tymoczko JL;Berg JM; Bioquímica editora. Rio de Janeiro. 5ª edição. Editora Guanabara Koogan, 2004. 8- Hauly MCO; Moscatto JA. Inulina e Oligofrutoses: uma revisão sobre propriedades funcionais, efeito prebiótico e importância na indústria de alimentos. Ciências Exatas e Tecnológica, Londrina, v. 23, n. 1, p. 105-118, dez. 2002. 9- Saad SMI. Probióticos e prebióticos: o estado da arte. Revista Brasileira de ciências farmacêuticas, v. 42, n. 1, mar. 2006
|
||||
|
June 2006 Volume 10 Number 2 |
|||||
|
Copyright ©2006 Sociedad Latinoamericana de Gastroenterología
Pediátrica y Nutrición |
Proofreader: Juliana
Fagundes |
