Quiralidade e açúcar raro – frutose e psicose

No post “Quiralidade e cotidiano”, nós vimos que existem moléculas que são como gêmeos idênticos, embora estruturalmente tenham a mesma quantidade de átomos, podem apresentar propriedades físico-quimicas completamente diferentes. Uma classe de compostos químicos presente no nosso cotidiano em que todas as moléculas são isômeros é o carboidrato. Por exemplo, a glicose, a frutose e a psicose são monossacarídeos que compartilham a mesma fórmula molecular C6H12O6.[1]

Essas moléculas de açúcar são chamadas de isômeros porque, embora tenham a mesma quantidade de átomos, eles podem diferir na conectividade entre os átomos e/ou no arranjo de seus átomos no espaço tridimensional (Figura 1).

Figua 1. Estruturas de Glicose ou glucose, frutose e psicose ou alulose.

Para ajudar a entender a idéia de isômeros, o par de mãos direita e esquerda é um exemplo clássico. Embora, sejam tão semelhante que são imagem um do outro no espelho, de fato, a superposição das mãos é impossível, assim como mostra o vídeo intitulado “Açúcar e quiralidade”, a seguir. Comparativamente, o mesmo acontece o par de açúcar D-psicose e a D-frutose – idênticos, porém impossível superpor devido uma diferença na posição da hidroxila ligado ao carbono C-3 (destacado na estrutura planar no video com um quadro tracejado). A psicose é dita um epímero de frutose, uma vez que são isômeros que diferem entre si, apenas quanto à posição da hidroxila ligada ao carbono quiral C-3 (C*). [2]

Açúcar e Quiralidade – Frutose e Psicose

Na Figura 2, observa-se nas estruturas bi e tridimensional desses açúcares que elas são idênticas, exceto pela específica posição do grupo OH ligado ao C* em destaque que pode ficar pra frente ou para trás do plano.

As estruturas da frutose e da psicose não podem ser sobrepostas harmoniosamente devido essa pequena diferença relativa da posição da hidroxila em C-3. Por consequência disso, o encaixe entre o açúcar e o seus receptores no nosso corpo é afetado.

Figura 2. Estruturas 1D e 2D da frutose e da psicose

Para se ter uma ideia da importância da posição dessa hidroxila, a simples sensação do sabor doce deve-se ao reconhecimento molecular do açúcar a um receptor específico de sabor que se encontra na língua. [3] Isso quer dizer que apesar da similaridades, apenas um específico isômero será encaixado perfeitamente ao seu receptor.

Esses receptores de sabor doce estão envolvidos na detecção de nutrientes, monitorando as mudanças nos estoques de energia e desencadeando respostas metabólicas e comportamentais para manter o equilíbrio energético. Na verdade, sabe-se que os receptores gustativos são expressos por todo o corpo, incluindo o epitélio nasal, sistema respiratório, células das ilhotas pancreáticas e até mesmo em espermatozóides e testículos [4].

O reconhecimento celular é a chave mestra desse complexo de reações bioquímicas. O encaixe entre o açúcar (micromolécula) e a biomacromolécula (receptor) é dependente do arranjo espacial dos grupamentos funcionais e das propriedades estruturais da micromolécula, que devem ser complementares ao sítio de ligação localizado na biomacromolécula, ou seja, o sítio receptor. Sendo assim, a grande diversidade tridimensional de estruturas de carboidratos resulta em uma infinidade de propriedades físicas, o que se reflete nas inúmeras opções de açúcares naturais e artificiais disponíveis na atualidade para o nosso consumo.

Atualmente, sabe-se que o consumo excessivo de açúcar contribui para vários problemas relacionados à saúde. Dessa forma, a tendência industrial deve ser a redução de quantidade de açúcar em produtos. [4] Dentro desse contexto, uma alternativa recente encontrada pela indústria de alimentos para formulações de adoçantes com baixa caloria foi à psicose, um típico açúcar raro também conhecida como alulose. [5]

A psicose é um açúcar natural encontrado em pequenas quantidades em frutas secas, figos, passas e trigo e, estar presente em diversos alimentos, incluindo calda de caramelo, xarope de bordo e açúcar mascavo. Ao contrário, a frutose também ocorre naturalmente em abundância nos frutos e em menor quantidade nos vegetais tuberosos, como cebolas e batatas. Só estas fontes contribuem com cerca de 40-60% da ingestão total de frutose de um indivíduo.

“Açúcares raros são monossacarídeos que não ocorrem na natureza em grandes quantidades.”

Psicose é um açúcar raro.
Frutose é um açúcar não raro.

O que diferencia a psicose de um substituto típico do açúcar é o seu valor calórico insignificante de aproximadamente 0,2 kcal/g comparado com quatro kcal/ g de açúcar de mesa (dissacarídeo composto por uma molécula de glicose e uma de frutose). [6] Dessa forma, D-psicose apresenta como principal vantagem não ser metabolizado pelo organismo e, portanto não tem impacto na glicemia. No entanto, como é um “açúcar raro” apresenta-se de forma escassa na natureza. [7] Adicionalmente, embora seja uma molécula pequena, apresenta completa estereoquímica e, por essa razão torná-se dificil de sintetizá-la. [8]

Dado o seu potencial, anti-glicêmico esse pequeno açúcar tem sido alvo de pesquisa em todo mundo, tanto do ponto de vista biológico afim de comprovar sua eficácia terapêutica, quanto do ponto de vista sintético afim de viabilizar a produção em maior escala tendo em vista sua escassez na natureza.

Alimente seu cérebro com Quimikinha!

Ciência para todos!


REFERÊNCIAS

[1] Guiden, K. 2018, What is Allulose?: A Different Kind of Low-Calorie Sweetener. (2018). https://www.foodinsight.org/what-is-allulose-natural-low-calorie-sweetener-keto

[2] Zhang, W., Yu, S., Zhang, T., Jiang, B., & Mu, W. (2016). Recent advances in D-allulose: Physiological functionalities, applications, and biological production. Trends in Food Science & Technology, 54, 127–137. https://doi.org/10.1016/j.tifs.2016.06.004

[3] Zhang, W., Yu, S., Zhang, T., Jiang, B., & Mu, W. (2016). Recent advances in D-allulose: Physiological functionalities, applications, and biological production. Trends in Food Science & Technology, 54, 127–137. https://doi.org/10.1016/j.tifs.2016.06.004

[4] Lee, A. A., & Owyang, C. (2017). Sugars, Sweet Taste Receptors, and Brain Responses. Nutrients, 9(7). https://doi.org/10.3390/nu907065

[5] McCain, H. R., Kaliappan, S., & Drake, M. A. (2018). Sugar reduction in dairy products. Journal of Dairy Science, 101(10), 8619–8640. https://doi.org/10.3168/JDS.2017-14347.

[6] Allulose. 2018. https://caloriecontrol.org/allulose/

[7] Blanco, A., & Blanco, G. (2017). Carbohydrates. In Medical Biochemistry (pp. 73–97). Elsevier. https://doi.org/10.1016/B978-0-12-803550-4.00004-5

[8] Nagata, Y., Kanasaki, A., Tamaru, S., & Tanaka, K. (2015). d -Psicose, an Epimer of d -Fructose, Favorably Alters Lipid Metabolism in Sprague–Dawley Rats. Journal of Agricultural and Food Chemistry, 63(12), 3168–3176. https://doi.org/10.1021/jf502535p

Sobre Gisele Silvestre 11 Artigos
Atualmente, sou posdoc na área de inovação tecnológica no Laboratório Multiusuário de Química e Produtos Naturais sediado na Embrapa - CE. Doutora em Química pela Unicamp (2017). Bacharel em química pela Universidade Federal do Ceará (2011). Interessada na popularização da ciência, parcerias, trocas de conhecimentos científicos e culturais. Tenho como hobby o ato de "aprender" . O conhecimento sempre me surpreende e fascina. Minha missão é compartilhar conhecimento e descobertas científicas. Ciência para todos! Carpe Diem!

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