Autor: Gabriel Renato
No estudo de bioquímica do Curso NOIC de Química Orgânica, começaremos a abordagem de macromoléculas biológicas pelos carboidratos, moléculas compostas comumente pela fórmula 
, porém, podendo ter outros elementos em fórmulas diferentes. Carboidratos são uma grande classe de aldeídos e cetonas poliidroxidrados que levam o nome de açúcares.
Classificação e Nomenclatura
Considera-se que uma unidade de açúcar como um monossacarídeo. Estes podem se unir a outras unidades de açúcares por meio de ligações glicosídicas formando dissacarídeos (duas unidades de açúcares), oligossacarídeos (entre duas e vinte unidades de açúcares) e polissacarídeos (mais de vinte unidades de açúcares).
Além da divisão pelo tamanho da molécula, carboidratos também podem ser discriminados de acordo com seu grupo funcional em aldoses e cetoses, respectivamente, com grupos funcionais aldeídos e cetonas.
Para a nomenclatura de um carboidrato, existem três partes:
1) Prefixo aldo- ou ceto- de acordo com o grupo funcional;
2) Prefixo indicativo do número de carbonos tri-, tetr-, pent-, hex-, …;
3) Sufixo -ose que se refere a carboidratos.
Projeções de Fischer e Haworth
As projeções de Fischer são uma forma de representação convencionada para moléculas com centros quirais, representando o carbono em uma superfície plana. Na projeção, um ponto de interseção de linhas é um carbono quaternário. As linhas horizontais representam ligações que saem do plano e as verticais ligações que entram no plano. Tendo, por convenção, o carbono da carbonila na parte superior da projeção.
Açúcares também podem ser divididos entre açúcares D e açúcares L, que consideram a posição da hidroxila do centro de quiralidade inferior, respectivamente, açúcares D possuem a hidroxila para a direita e açúcares L para a esquerda. Essa classificação diferencia os enantiômeros de uma molécula.
As projeções de Fischer representam carboidratos em cadeia aberta, mas pela maior abundância de ciclos em cadeias longas, como as de 6 carbonos, usa-se também a projeção de Haworth, como representada a seguir.
A conversão de uma projeção de Fischer para uma de Haworth ocorre com o desenho de um hexágono, com o oxigênio na parte superior direita e o carbono à sua direita é numerado como número 1, seguindo em sentido horário. Quanto aos grupos ligados aos carbonos, se estiverem para a direita na projeção de Fischer, são desenhados para baixo, e se estiverem na esquerda, para cima. O grupo terminal, por sua vez, está para cima no enantiômero D, e para baixo no L.
Aldoses
Aldoses com 3 carbonos, e portanto 1 centro de quiralidade formam exclusivamente a D-(+)-gliceraldeído. Com 4 carbonos, e 2 centros quirais, há D-(-)-eritrose e D-(-)-treose. Com 5 carbonos, e 3 centros quirais, há: D-(-)-ribose, D-(-)-arabinose, D-(+)-xilose e D-(-)-lixose.
Para a construção das 8 aldohexoses possíveis temos as seguintes etapas:
1) Disposição das projeções com -CHO na parte superior e 
na parte inferior;
2) Dispor todas as hidroxilas do carbono 5 para a direita;
3) Dispor as quatro primeira hidroxilas do carbono 4 para a direita e as próximas 4 para a esquerda;
4) Dispor as hidroxilas do carbono 3 para a direita e para a esquerda em pares;
5) Dispor as hidroxilas do carbono 2 alternadamente para a direita e esquerda;
6) Nomear a partir de técnica mnemônica.
Estruturas cíclicas de monossacarídeos
Estruturas cíclicas de monossacarídeos são formadas a partir da reação de adição nucleofílica entre aldeídos e cetonas com álcoois, que, com a presença dos grupos funcionais na mesma molécula, leva à formação de um hemiacetal, ou hemicetal, cíclico. Geralmente, carboidratos de 5 ou 6 carbonos tendem a formar hemiacetais estáveis, gerando um equilíbrio entre as formas de cadeia aberta e fechada, sendo chamadas de “furanoses” e “piranoses”, respectivamente.
Estes possuem um centro de quiralidade a mais do que os carboidratos de cadeia aberta, onde se localiza o carbono da antiga carbonila, deste modo, surgem dois novos diastereoisômeros, chamados de anômeros.
Reações de Monossacarídeos
1) Esterificação e Formação de Éteres: pela presença de grupo hidroxilas, podem se comportar como álcoois e serem convertidos em ésteres e éteres. A primeira delas ocorre com o tratamento com cloreto ou anidrido de ácido na presença de uma base, com a reação de todas as hidroxilas, inclusive a anomérica. Já na segunda ocorre o tratamento com haleto de alquila na presença de uma base.
2) Formação de Glicosídeo: tratamento de hemiacetal com álcool e catalisador ácido, formando acetal chamado de glicosídeo, com substituição do -OH anomérico por um -OR. Recebem nome com sufixo -osídeo no lugar de -ose.
3) Fosforilação: formação de glicoconjugados, carboidratos ligados à proteínas ou lipídios por meio dos centros anoméricos. A reação ocorre pela fosforilação entre o lipídio ou proteína com um difosfato nucleosídeo de glicosila.
4) Redução: tratamento com NaBH4 a reduzindo a alditol, um poliálcool, ocorrendo com a cadeia aberta do equilíbrio.
5) Oxidação: produção de ácido aldônico a partir de uma aldose, oxidado pelo reagente de Tollens (Ag+ em NH3 aquoso), reagente de Fehling (Cu2+ em tartrato de sódio aquoso) e o reagente de Benedict (Cu2+ em citrato de sódio aquoso).
6) Síntese de Kiliani-Fischer: prolongamento de cadeia de uma aldose em um átomo de carbono envolvendo a hidrólise para um ácido carboxílico, fechamento de anel em lactona e redução.
7) Degradação de Wohl: encurtamento de cadeia, oposto da síntese, com a conversão da carbonila em nitrito e perda de HCN.
Dissacarídeos
Dissacarídeos contém ligação de acetal glicosídeo entre um carbono anomérico, C1, e um grupo hidroxila do segundo açúcar, comumente, o C4, recebendo o nome de ligação 1→4. Podendo ser classificada em 𝛂 e 𝛃. Um dissacarídeo composto por duas glicoses, como exemplo, 1→4-𝛂-glicosídeo ou um 1→4-𝛃-glicosídeo, respectivamente, uma maltose ou celobiose.
Outros dissacarídeos relevantes são a lactose e a sacarose. A lactose é um 1→4-𝛃-glicosídeo formado por uma glicose e uma galactose. Enquanto a sacarose é um 1→2-𝛃-glicosídeo formado por uma glicose e uma frutose, não sendo um açúcar redutor.
Polissacarídeos
Podem ser divididos em homopolissacarídeos e heteropolissacarídeos, de acordo com a variedade de açúcares que os compõem, contando, respectivamente, com um tipo exclusivo de açúcar e mais de um tipo. Ademais, também podem ser divididos quanto à cadeia simples ou ramificada, com a imagem da sequência demonstra.
Os dois principais polissacarídeos são a celulose e o amido. O primeiro deles é composto por unidades de D-glicose conectadas por ligações 1→4-𝛃-glicosídicas.
Por sua vez, o amido é formado por ligações 1→4-𝛂-glicosídicas, podendo ser dividido em amilose e amilopectina, respectivamente, insolúvel e solúvel em água fria. Assim como o amido possui função de armazenamento em vegetais, o glicogênio possui a mesma função em animais, este possui ramificações com estruturas de ligação 1→4 e 1→6.
