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Metabolismo de Carboidratos

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Academic year: 2021

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Metabolismo de Carboidratos

Universidade Tecnológica Federal do Paraná Câmpus Medianeira

Disciplina: Fundamentos de Nutrição

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O que são carboidratos?

Os carboidratos são compostos orgânicos que contêm C, H e O em várias combinações.

Fórmula geral empírica: [CH2O]n em que n ≥ 3 (hidratos de carbono: definição inadequada).

Ocorrem compostos simples e complexos.

 Amplamente distribuídos na natureza: juntamente com as proteínas, representam os principais constituintes dos organismos vivos.

(3)

Introdução

O grupo da base da pirâmide alimentar é constituído pelos cereais,

tubérculos e raízes.

Em função dos principais grupos que a compõem é denominado

grupo do arroz, pão, massa, batata e mandioca.

Que tem como predominante o carboidrato, que é a principal

fonte de energia alimentar.

São as principais fontes alimentares para produção de energia,

além de exercerem inúmeras funções estruturais e metabólicas

nos organismos.

(4)

São compostos de função mista:

São polihidroxialdeídos, polihidroxialcoóis, polihidroxiácidos ou polihidroxicetonas ou compostos que por hidrólise liberam substâncias com estas características.

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Classificação

De acordo com o número de unidades de açúcares simples que

contêm:

Monossacarídeos: carboidratos que não sofrem hidrólise.  Glicose, frutose, galactose, etc.

Oligossacarídeos: até 10 unidades de monossacarídeos.  Lactose, maltose, sacarose, rafinose, etc.

Polissacarídeos: ↑ 10 monossacarídeos.  Amido, glicogênio, celulose.

(6)

De acordo com o número de carbonos:

Trioses ou triulose (3): gliceraldeído, dihidroxicetona.

Tetroses ou tetrulose (4): eritrulose, eritrose.

Pentoses ou pentulose (5): ribose, desoxirribose.

Hexoses ou hexulose (6): glicose, frutose, galactose.

Heptoses ou heptulose (7).

Octoses ou octulose (8).

Nonose e nonulose (9).

Mais comuns: 5 e 6

átomos de carbono.

(7)

ALDOSE:

poliálcool-aldeido

Ex: glicose, galactose, arabinose

e manose

CETOSE:

poliálcool-cetona

Ex: frutose

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Dihidroxiacetona

D-gliceraldeído L-gliceraldeído

D e L: posição da OH do C assimétrico mais distantes do C

anomérico.

Não possui carbonos

assimétricos

Isomeria óptica: representam

imagens espelhadas umas das outras.

(9)

A posição da -OH dá origem a diferentes carboidratos;

Pela diferença de posição de uma –OH, temos, p. exemplo, glicose ou manose;

4 C assimétricos Aldoses isômeras

Todos os monossacarídeos (exceção dihidroxicetona) possuem 1 ou mais carbonos assimétricos.

(10)

tetrose

pentose

(11)

Glicose

 Principal constituinte dos oligo e polissacarídeos (maltose, sacarose, lactose): aldose.

 Presente nas frutas, no mel, em xarope de milho, raízes e tubérculos.

 Grau de doçura inferior a sacarose e superior a lactose.

 Principal fonte de energia para o ser humano, armazenado no fígado e nos músculos na forma de glicogênio.

 É encontrada na corrente sanguínea: açúcar do sangue.

 Nos vegetais, podem ocorrer na forma livre ou fazendo parte dos polímeros como amido e celulose.

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Glicose

(13)

Glicose

Em solução aquosa: molécula não linear;

Forma cíclica: piranosídica.

CICLIZAÇÃO

Reação intramolecular do carbono anomérico (do grupo carbonilo)

com a

–OH do carbono assimétrico mais distante, formando um

hemiacetal ou hemicetal.

hemiacetais (se o grupo carbonilo é um aldeído)

hemicetais (se o grupo carbonilo é uma cetona)

A representação dos monossacarídeos em sua forma acíclica é utilizada apenas para facilitar a visualização.

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R

1

— C — H

+

R

1

— C

OH

|

H

— OR

2

OH— R

2

R

1

— C

OH

|

R

2

— OR

3

R

1

— C

+

OH— R

2

|

R

2 hemiacetal hemicetal

CICLIZAÇÃO

Grupo carbonilo: aldeído

(15)

MUTARROTAÇÃO

Interconversão simultânea entre as formasequando em solução;

Detectada por alterações na rotação óptica.

A hidroxila do carbono anomérico livre de ligação é o que permite esse tipo de fenômeno: Açúcar redutor.

TODO MONOSSACARÍDEO É UM AÇÚCAR REDUTOR!

(16)

Galactose

 Monossacarídeo presente na estrutura da lactose.

 Não é encontrada livre na natureza: obtida pela hidrólise química ou enzimática da lactose.

 Por fazer parte da constituição do tecido nervoso, também é conhecida como cerebrose.

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Frutose

 É a única cetose encontrada na natureza.

 Juntamente com a glicose: sacarose.

Pode ser obtida pela hidrólise da sacarose.

Grau de doçura superior ao da sacarose: cerca de 30% mais doce,

representando o açúcar mais doce entre os utilizados pelos seres

humanos.

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Oligossacarídeos

 Polímeros contendo 2 a 10 unidades de monossacarídeos;

 Os dissacarídeos são os mais importantes, podendo ser homogêneos ou heterogêneos;

Formados através de ligações glicosídicas entre monossacarídeos adjacentes;

Os oligossacarídeos resultantes podem ser redutores ou não redutores.

LIGAÇÃO GLICOSÍDICA: ligação entre duas moléculas de açúcar.

Ocorre entre o carbono anomérico e o grupo hidroxila de outra molécula de açúcar.

(19)

LIGAÇÃO GLICOSÍDICA

(20)

Maltose

Composta por duas moléculas de glicose unidas por ligação alfa

1→4 glicosídica.

 Como não é encontrada livre na natureza, pode ser obtida pela hidrólise do amido: ação da enzima diasase no grão germinado de cevada ou pela digestão do amido por ação das amilases.

 No intestino: hidrolisada pela maltase (alfa-glicosidase), liberando duas unidades de glicose.

(21)

Lactose

 Composta por uma unidade de glicose uma unidade de galactose unidas por

ligação beta 1→4 glicosídica.

 Encontrada no leite: leite de vaca contém de 4 a 6% de lactose e o leite humano pode conter 5 a 8% de lactose.

 Possui 16% da doçura da sacarose.

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Sacarose

 Constituída por uma unidade de glicose e uma unidade de frutose, unidas entre si por ligação beta 1→2 glicosídica.

 Cana-de-açúcar é a principal fonte.

 Beterraba ou algumas frutas (uva) também são fonte de obtenção.

 Forma de açúcar mais comum e acessível da dieta habitual.

 Facilmente hidrolisada por enzimas: invertase ou alfa-glicosidase.

(23)

Principais polióis de importância em nutrição:

Manitol: é um açúcar de álcool que possui metade da energia fornecida pela glicose e pode ser utilizado como edulcorante em alguns alimentos.

 Em tecnologia de alimentos, também é empregado como agente

secante em azeitonas, aspargos, batata-doce e cenouras.

Sorbitol: é um açúcar álcool encontrado naturalmente em frutas como pêra, maçã e ameixa.

(24)

Principais oligossacarídeos de importância em nutrição:

Maltodextrinas: compostos por unidades de glicose e obtidas enzimaticamente pela ação de amilases ou quimicamente a partir da hidrólise do amido, em tempo, temperatura e pH controlados.

 Presente em extratos de amido hidrolisados, em conjunto com

moléculas de glicose e maltose.

 São mais hidrossolúveis que o amido e formam soluções menos

viscosas.

 Alguns alimentos industrializados apresentam na sua composição

combinações de amido de maltodextrina cuja função é regular a viscosidade do produto.

(25)

Principais oligossacarídeos de importância em nutrição:

Frutooligossacarídeos (FOS): oligossacarídeos com número variado de moléculas de glicose associados à frutose.

 Geralmente apresentam ligações do tipo beta, as quais não são

digeridas pelo organismo humano.

Uso como aditivos: consistência a produtos lácteos, umectar bolos e

produtos de confeitaria, baixar o ponto de congelamento de sobremesas geladas, conferir crocância a biscoitos com teores reduzidos em gorduras associado a edulcorantes.

Destaque (prebiótico): empregados junto a dietas contendo probióticos. Redução de microrganismos patogênicos.

(26)

Polissacarídeos

 São formados por longas cadeias de monossacarídeos unidos entre si por ligações glicosídicas.

 Não tem poder redutor.

Funções variadas na natureza que vão desde a reserva de energia à

estruturação das células vegetais ou carapaças de animais.

Alguns polissacarídeos tem a capacidade de reter água e em situações específicas podem formar gel ou uma solução viscosa com aplicação na indústria de alimentos.

Amido: principal polissacarídeo de origem vegetal.

Glicogênio: principal polissacarídeo de origem animal.

Cadeia ramificada

(27)

Polissacarídeos: classificação

Homopolissacarídeos (Homoglicano)

 Ex: amido, glicogênio e celulose

Heteropolissacarídeos (Heteroglicano)

 Ex: pectina, ácido hialurônico

 Cadeias lineares (celulose, amilose)

 Cadeias ramificadas (amilopectina, glicogênio)

 Variadas posições de ramificação e longitude das cadeias laterais.

(28)

Amido

 Importante fonte de energia da alimentação: milho, batata, mandioca, trigo.

 Formado pela combinação de dois polissacarídeos → amilose e amilopectina: polímeros organizados na forma de grânulos densos e insolúveis em água fria e sofrem leve hidratação em água fria.

(29)

Amilose

 Polissacarídeo linear (200 a 10 mil unidades de glicose unidas por ligação glicosídica alfa 1→4).

Pode assumir uma estrutura helicoidal, o que permite a acomodação

de átomos de iodo formando um complexo de coloração azul (princípio da determinação de amilose e presença de amido em alimentos).

 Amido com alto teor de amilose: cora-se mais facilmente.

Quanto maior o teor de amilose do amido, maior será a sua viscosidade.  Teor de amilose do milho (28%) é superior ao da batata (23%): maior viscosidade

de um mingau de milho do que um purê de batata.

(30)

Amilose

Amidos com alto teor de amilose: requer maior temperatura de geleificação e são mais resistentes a retrogradação.

Amidos com alto teor de amilopectina: tem sua capacidade de formação de gel reduzida.

(31)

Amilopectina

 Porção ramificada do amido.

 20 a 25 unidade de glicose unidas por ligações glicosídicas alfa 1→4.

 Essas cadeias são unidas entre si por ligações alfa 1 → 6.

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(33)

Amido

 O amido bruto da batata crua ou de grãos é mal digerido.

O cozimento a vapor faz com que os grânulos inchem, o amido seja gelatinizado, amacie e rompa a parede celular.

Assim, o amido torna-se mais digestível pela amilase pancreática.

Amido resistente: permanece intacto durante o cozimento, recristaliza após o resfriamento, resiste à repartição enzimática e produz quantidades limitadas de glicose para a absorção.

Amido modificado: modificado química ou fisicamente para alterar a sua viscosidade, capacidade de formar gel, e outras propriedades de textura (substituto da gordura).

Amido pré-gelatinizado: dispersáveis em água fria e foram géis sem aquecimento.

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Glicogênio

 O glicogênio é armazenado hidratado com a água: tornando uma molécula grande e inadequada para armazenamento de energia em longo prazo.

 Homem de 70 kg, por exemplo, armazena energia sob a forma de glicogênio por apenas 18 horas. Em comparação ao suprimento de gordura: dois meses armazenado.

 Se todo o estoque de energia dos seres humanos fosse de glicogênio, todos precisariam pesar mais 27 kg.

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Glicogênio

 ~ 150 g de glicogênio são armazenados no músculo: pode ser aumentada em cinco vezes com o treinamento físico (não disponível para manter a glicemia).

É o estoque de glicogênio no fígado do ser humano (cerca de 90 g) que está envolvido no controle hormonal de glicemia.

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Celulose

Não é digerida pelo trato gastrointestinal: componente das fibras alimentares.

Presente nas paredes celulares das plantas, associadas a lignina e hemicelulose → polissacarídeo de sustentação dos vegetais.

Homoglicano constituído de cadeias lineares de glicose unidas por ligações beta 1→4.

 As moléculas são estabilizadas por pontes de hidrogênio intramoleculares.

Essas cadeias colocam-se paralelamente umas às outras, o que chamamos de conformação em fita, formando regiões de ordem cristalina elevada, contribuindo para a insolubilidade e baixa reatividade da celulose.

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Celulose

Fonte: Santos (2014): Produção e caracterização de celulases e hemicelulases por linhagens fúngicas mesófilas isoladas do cerrado sul-mato-grossense.

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Fibras alimentares

 Componentes que não são digeridos pelas enzimas do trato gastrointestinal.

Polímeros estruturais para as células vegetais: celulose, hemicelulose, pectina, hidrocolóides.

 Funções fisiológicas benéficas no trato gastrointestinal e na redução do risco de certas doenças: prebióticos.

(39)
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Digestão e absorção

Digestão do amido: inicia na boca → ação da ptialina (alfa amilase salivar).

 Conversão em fragmentos menores: amilose e amilopectina e alta concentração de maltose e maltodextrina.

Intestino delgado: continuação do processo de digestão pela amilase pancreática.

Maltose e maltodextrina: ação de hidrolases (alfa glicosidases) liberando moléculas de glicose.

Dissacarídeos: digestão a partir de hidrolases → sacarose será digerida pela sacarase (invertase) liberando glicose e frutose; lactose pela lactase, liberando glicose e galactose.

(41)

Digestão e absorção (continuação)

 Após digeridos, os monossacarídeos obtidos (glicose, frutose e galactose) deverão ser absorvidos por processos distintos.

Glicose e galactose: processo ativo, com gasto de ATP.

Frutose: absorvida por transporte facilitado.

Após absorção: monossacarídeos livres na corrente sanguínea.

Glicose circulante: será remetida para o interior das células pela ação da insulina. Glicose utilizada na respiração celular na mitocôndria (energia).

Fígado e músculos: armazenada na forma de glicogênio → glicogênese.

Galactose e frutose: incorporadas a via glicolítica → conversão glicose.

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Digestão e absorção (continuação)

 A digestão da sacarose e maltose é rápida:

Monossacarídeos liberados são prontamente absorvidos, causando resposta glicêmica rápida.

 Diferente dos monossacarídeos e dissacarídeos como:

Manitol e sorbitol: serão pouco absorvidos, justificando seu uso como edulcorantes.

Podem servir de substrato para microrganismos fermentadores no intestino e cólon: metabólitos podem causar flatulência e diarreia dependendo da quantidade.

Principais reguladores da glicemia após uma refeição: quantidade e a digestibilidade do carboidrato ingerido; a absorção e o grau de captação hepática e; a secreção de insulina e a sensibilidade dos tecidos periféricos à ação da insulina.

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Índice Glicêmico (IG) e Carga Glicêmica (CG)

 Efeito das concentrações de glicose no sangue: podem apresentar rápida ou lenta resposta glicêmica.

Índice Glicêmico (IG): classificação proposta para quantificar a glicose sanguínea após a ingestão de um alimento com carboidratos.

Medida da velocidade em que o carboidrato é digerido.

 Expressa o aumento da glicemia após duas horas da ingestão de um alimento-teste, com 50 g de carboidratos disponíveis.

Alimentos com baixo IG têm consistentemente demonstrado efeitos benéficos no controle da glicemia tanto em curto como em longo prazo em pacientes diabéticos.

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Índice Glicêmico (IG) e Carga Glicêmica (CG)

 Dados publicados sobre índice glicêmico dos alimentos individuais:

Pão branco e glicose usados como alimentos de referência → consolidados para a conveniência dos consumidores.

O uso do índice glicêmico para modificar as dietas e para prevenir e controlar a doença crônica ainda está sob pesquisa.

Qualidade e a quantidade de carboidratos presentes em uma porção.

A carga glicêmica e as fibras também têm implicações importantes para os indivíduos que manifestam a síndrome metabólica.

Carga glicêmica de um alimento: é o IG do carboidrato dividido por 100 e multiplicado pelo seu teor de carboidratos disponíveis (ou seja, carboidratos menos fibras) em gramas.

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Índice Glicêmico (IG) e Carga Glicêmica (CG)

Padrão: glicose

Padrão: pão branco IG ≤ 75: baixo

(46)

Índice Glicêmico (IG) e Carga Glicêmica (CG)

(47)
(48)
(49)
(50)
(51)

Carboidratos: utilizados como fonte energética pelas células, na

forma de glicose.

O excesso pode ser convertido em glicogênio ou ácidos graxos e,

também, utilizado para a síntese de aminoácidos.

Controle glicêmico: hormônios

→ Insulina.

 Após a refeição: pâncreas libera insulina para propiciar a ativação dos receptores celulares de captação e também estimular a glicogênese e lipogênese.

Conjunto de reações metabólicas que ocorre no fígado.

Glicogênio sintetizado a partir de

carboidratos simples (glicose). Formação metabólica dos lipídios pela

transformação de materiais não gordurosos em gordura corporal.

(52)

Durante jejum:

Baixa taxa de glicose no sangue.

Pâncreas

libera

o

hormônio

glucagon

para

promover

a

glicogenólise, tanto em níveis hepáticos como musculares.

E se a glicose obtida pela glicogenólise não for suficiente?

Obtenção de glicose pela gliconeogênese: a partir de ácidos graxos e aminoácidos.

Consumo de glicogênio

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Metabolismo da glicose:

Primeiras etapas: Fosforilação e Clivagem Fosforilação inorgânica Produção de ATP 02 moléculas Piruvato Respiração celular e glicólise

Glicose: rica em energia Objetivo: produção de ATP

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Metabolismo da glicose:

Piruvato CO2 1. Glicólise: 6 ATPs. 2. Descarboxilação do Piruvato: 6 ATPs.

3. Ciclo de Krebs: 24 ATPs. Total: 38 ATPs = 380.000 cal.

Ocorre na matriz mitocondrial

Descarboxilação do piruvato

Os carbonos da glicose já foram consumidos até essa etapa:

Objetivo → transformar

(55)

Conversão do carboidrato em gordura: permite a formação de

reservas mesmo que sua alimentação contenha pouca gordura.

Consumo de carboidratos em excesso: conversão da glicose e síntese de glicogênio.

 Expansão dos estoques de glicogênio: uso quase que exclusivo da glicose

como fonte de energia, reduzindo temporariamente o acúmulo de glicogênio.

A síntese de lipídios a partir de glicose “lipogênese de novo” ocorre somente após o consumo de quantidade excessiva de carboidratos e depois do preenchimento dos estoques de glicogênio no organismo.

Excesso de carboidratos: termogênese (oxidação para produção de

energia liberada na forma de calor).

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EAR: Necessidade média estimada

RDA: Quantidade Dietética Recomendada AI: Ingestão Adequada

Quantidade facilmente ultrapassada pelo consumo habitual de alimentos fontes de carboidratos pela população brasileira.

AMDR (Acceptable Macronutrient Distribuition Ranges): percentual aceitável no valor energético total (VET). - Adultos: de 45 a 65% do VET.

- Baixo consumo de lipídios e alto de carboidratos: redução de doenças cardiovasculares.

(57)

 DAMODARAN, Srinivasan; PARKIN, Kirk L.; FENNEMA, Owen R. Quimica de alimentos de Fennema. 4. ed. Porto Alegre, RS: Artmed, 2010. 900 p. (Biblioteca Artmed. Nutrição e técnologia de alimentos). ISBN 9788536322483.

 KRAUSE, Marie V.; MAHAN, L. Kathleen; ESCOTT-STUMP, Sylvia. Alimentos, nutrição e dietoterapia. 13. ed. São Paulo, SP: Elsevier, 2013. 1227 p. ISBN 978-85-352-7220-8.

 NELSON, David L.; COX, Michael M.; LEHNINGER, Albert L. Princípios de bioquímica de Lehninger. 6. ed. Porto Alegre, RS: Artmed, 2014. xxx, 1298 p. ISBN 9788582710722.

 OLIVEIRA, Ana F.; ROMAN, Janesca A. Nutrição para tecnologia e engenharia de alimentos. 1 ed. Curitiba, PR: Editora CRV, 2013. 190 p. ISBN 978-85-8042-605-2.

 SANTOS, Flávia R. S. Produção e caracterização de celulases e hemicelulases por linhagens fúngicas mesófilas isoladas do cerrado sul-mato-grossense. Dissertação de mestrado. Universidade Federal da Grande Dourados. 2014.

 NASCIMENTO, Viviane B. Emprego do índice glicêmico e carga glicêmica dos alimentos: uma alternativa nas dietas de pacientes com doenças crônicas. Revista da Associação Brasileira de Nutrição – RASBRAN, n. 1, 2012.

 Figuras: Google imagens https://www.google.com/imghp?hl=pt-pt

Referências

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