Polímeros Naturais
Glicídios
Essa classe de moléculas compreende diversos tipos de estruturas, desde o açúcar que usamos nos alimentos a polímeros naturais como celulose (note que o termo “glicos” vem do grego e significa doce). Outrora, também eram chamados de açúcares, uma vez que o açúcar comum é um dos seus representantes. Também podem ser chamados de hidratos de carbono ou carboidratos.
Em quase tudo que produzimos ou comemos, podemos encontrar pelo menos um glicídio envolvido em sua síntese. Entre os mais simples, porém essenciais aos seres vivos, estão as moléculas de glicose e frutose:
Quimicamente, glicídios são compostos que cumprem pelo menos um dos pré-requisitos abaixo:
► Possuem uma das seguintes funções químicas: do tipo poliálcool aldeído e do tipo poliálcool – cetona
► Originam moléculas com uma das funções descritas acima, após sofrerem hidrólise.
Ou seja, possuem ou originam compostos com no mínimo uma das funções:
Lembre-se: reações de hidrólise podem envolver compostos orgânicos e inorgânicos. Nelas, a molécula de água efetua uma dupla troca com outro composto de acordo com a fórmula geral:
XY + H2O → HY + XOH
Reações Envolvendo Glicídios
Por apresentam as funções poliálcool – aldeído ou poliálcool – cetona, a reatividade de glicídios será a correspondente a dessas funções, conforme já foi estudado nas aulas de orgânica. Costuma-se dividir essas moléculas em redutoras (aldeídos, que sofrem oxidação, formando ácidos carboxílicos) e não redutoras (cetonas, que não sofrem oxidação) quando se estuda a reatividade de açúcares.
Monossacarídeos
Os monossacarídeos são açúcares que possuem de 3 a 7 carbonos e que não sofrem hidrólise. Por conta dessa propriedade, são também chamados de monômeros. Sua nomenclatura sempre é terminada pelo termo “ose”. Entre os glicídios, eles representam as moléculas mais simples.
Por conta da função poliálcool, monossacarídeos podem apresentar diversos carbonos assimétricos em sua estrutura, por isso, muitos deles possuem isômeros ópticos. Além disso, podem apresentar outros tipos de isomeria, tanto plana quanto espacial.
Usualmente, monossacarídeos são encontrados na natureza como moléculas de cadeia carbônica fechada (cíclica); não na forma mostrada anteriormente em que a cadeia carbônica está aberta. Esse fenômeno ocorre devido a uma reação intramolecular entre os grupos funcionais hidroxila e carbonila de uma mesma molécula de monossacarídeo. As estruturas cíclicas da glicose (α-glicose e β-glicose) estão ilustradas abaixo:
Uma maneira com a qual são classificados é de acordo com o número de carbonos que possuem em suas estruturas. Nessa classificação, estão inseridas as trioses (C3H6O3), tetroses (C4H8O4), pentoses (C5H10O5), hexoses (C6H12O6) e heptoses (C7H14O7). Falaremos das hexoses e das pentoses mais importantes mais adiante.
Monossacarídeos podem ser também divididos tendo em vista seu grupo funcional. Enquanto as aldoses possuem o grupo aldeído em sua estrutura, como é o caso da glicose; as cetoses têm o grupo cetona em sua molécula, como a frutose. Desse modo, é dito que a glicose é uma aldo-hexose, pois possui seis carbonos e um grupo aldeído.
Glicose, Glucose, Dextrose ou Açúcar de Uva
Conforme já comentado anteriormente, a glicose é aldo-hexose de fórmula C6H12O6. Na natureza, pode ser encontrada nas uvas e em vários outros frutos. Também pode ser produzida industrialmente pela hidrólise do amido, um polissacarídeo que veremos mais adiante.
Ela é usada na fabricação de açúcar e de alimentos doces. Usualmente, é chamada de “açúcar do sangue”, pois é o glicídio mais simples que circula em nossas veias. Sua concentração em nossa corrente sanguínea é controlada pelos hormônios secretados por nosso pâncreas. O excesso (hiperglicemia, diabetes) ou falta (hipoglicemia) de açúcar crônicos no sangue configuram doenças. No primeiro caso, o tratamento é feito com uso de medicamentos como a insulina; no segundo, com aplicação de soro glicosado.
Frutose ou Levulose
Também mostrada anteriormente, a frutose é a ceto-hexose mais comum, de fórmula molecular C6H12O6. Assim como a glicose, é usada na fabricação de alimentos. Por ser encontrada na natureza no mel e em muitos frutos, é também chamada de “açúcar de frutas”. Pode também ser obtida a partir da hidrólise do polissacarídeo inulina.
Monossacarídeos e o Metabolismo dos Seres Vivos
Monossacarídeos têm um papel importante nos processos metabólicos que completam o chamado “ciclo da energia”:
Na natureza, seres autótrofos são seres capazes de sintetizar matéria orgânica a partir da inorgânica (através do processo da fotossíntese ou da quimiossíntese). Por isso, são chamados também de produtores dentro da cadeia alimentar. A equação geral da fotossíntese está abaixo, na qual a hexose gerada pode sofrer condensação, produzindo então dissacarídeos e polissacarídeos, que estudaremos em seguida:
Já seres heterótrofos não conseguem produzir matéria orgânica, motivo pelo qual precisam dela previamente criada pelos produtores para gerar energia. Seres heterótrofos podem ocupar a posição de consumidores ou decompositores dentro da cadeia alimentar. Os consumidores são aqueles que se alimentam de outros seres vivos para produzir energia (carnívoros, herbívoros e onívoros). Já os decompositores degradam a matéria orgânica de cadáveres (de vegetais ou animais) para obter energia.
Ambos consumidores e produtores realizam o processo da respiração celular para obter energia. A equação abaixo representa o processo. A hexose em geral consumida é a glicose, mas outras também podem sofrer oxidação nas células, como a frutose e a galactose (açúcar presente no leite e derivados):
Note que o processo geral pode ser visto como uma reação de combustão. Porém, quando é contemplado o mecanismo de reação da respiração dentro das células, nota-se maior complexidade. Na verdade, ela passa por três fases, como é estudado nas aulas de biologia: glicólise, ciclo de Krebs e cadeia respiratória.
Por fim, note que os decompositores desempenham o importante papel de “reciclar” nutrientes. Dentro desse grande grupo, encontram-se fungos, bactérias e protozoários, que utilizam rotas metabólicas distintas para gerar energia. Dentro destas, destaca-se a fermentação alcoólica, realizada por leveduras (fungos unicelulares), que pode consumir diversos monossacarídeos, como as hexoses, para gerar energia:
É a partir da cultura de microrganismos que utilizam essa rota metabólica que é produzido o etanol (álcool comum) a partir da cana-de-açúcar. Existem ainda muitas outras aplicações biotecnológicas envolvendo a manipulação dos decompositores, como a produção de iogurtes, salames, molho shoyo, entre outras.
Dissacarídeos
Dissacarídeos são glicídios formados pela união de dois monossacarídeos. Os monômeros ligam-se através de uma ligação covalente, também chamada de ligação glicosídica.
Ao contrário dos seus antecessores, os dissacarídeos podem sofrer hidrólise. Nesse caso, eles produzem seus monossacarídeos originais. Exemplos de dissacarídeos importantes são:
Generalizando, pode se dizer que:
A reação direta é chamada de reação de condensação*, enquanto que a inversa é dita de hidrólise do dissacarídeo.
* Reações de condensação são aquelas em que duas moléculas se combinam para gerar uma única molécula maior. Durante o processo, também ocorre a liberação de outra molécula menor. No caso em que a molécula menor é a água, a reação é também chamada de desidratação.
Polissacarídeos
Polissacarídeos são glicídios formados pela união de vários moléculas de monossacarídeos. Entre eles, destaca-se o amido, a celulose e o glicogênio, ambos produtos de condensação de monômeros de glicose:
As propriedades diferentes do amido e da celulose são atribuídas às distintas estruturas tridimensionais deles. Enquanto o amido é um polissacarídeo formado a partir da condensação da α-glicose, a celulose é polissacarídeo resultante da condensação da β-glicose. Já o glicogênio apresenta conformação diferenciada, com diversas ramificações.
Tornando o conceito abrangente, podemos dizer que:
Amido
O amido tem papel de polissacarídeo de reserva em plantas, ou seja, é uma das formas usadas por eles para armazenar alimento (na forma de glicose) para ser usado quando houver necessidade. Sementes, caules e raízes, como feijão, batata e mandioca, respectivamente, são ricas em amido. O organismo humano é capaz de digeri-lo através da hidrólise, que gera glicose. Ela é feita em nosso intestino, com ajuda de enzimas.
Celulose
Estima-se que em torno de 50 % de toda a matéria orgânica que existe em nosso planeta está sob a forma de celulose. Ela é o polímero de estrutura das plantas, forma a parede de suas células e está presente em diversos vegetais e frutas (alimentos fibrosos). Diversos produtos do nosso cotidiano são obtidos a partir da celulose, como tecidos (celulose do algodão) e papel (celulose da madeira de pinheiros, eucaliptos, entre outros).
Ainda que contribuam para o bom funcionamento do intestino humano, o nosso organismo não possui as enzimas necessárias para digerir a celulose. Seu papel, nesse caso, é garantir boa consistência e movimentação às fezes, uma vez que ela passa pelo nosso intestino sem sofrer alteração. Já animais herbívoros, como o boi e o cavalo, são capazes de digerir celulose porque possuem, em seu sistema digestório, bactérias e protozoários que os ajudam nesse processamento.
Glicogênio
Também formado pela condensação de moléculas de glicose, esse polissacarídeo é a reserva alimentar dos animais, encontrada nos músculos e no fígado. Quando o organismo necessita de glicose, converte o glicogênio em glicose. Por tal razão, o glicogênio é também chamado de “amido animal”.