Bioquímica I.indd - Universidade Castelo Branco

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COORDENAÇÃO DE EDUCAÇÃO A DISTÂNCIA
BIOQUÍMICA I
Rio de Janeiro / 2008
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Bioquímica I / Universidade Castelo Branco. – Rio de Janeiro: UCB, 2008.
- 64 p.: il.
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Responsáveis Pela Produção do Material Instrucional
Coordenadora de Educação a Distância
Prof.ª Ziléa Baptista Nespoli
Coordenador do Curso de Graduação
Maurício Magalhães - Ciências Biológicas
Conteudista
André Sias das Neves
Supervisor do Centro Editorial – CEDI
Joselmo Botelho
Apresentação
Prezado(a) Aluno(a):
É com grande satisfação que o(a) recebemos como integrante do corpo discente de nossos cursos de graduação,
na certeza de estarmos contribuindo para sua formação acadêmica e, conseqüentemente, propiciando oportunidade
para melhoria de seu desempenho profissional. Nossos funcionários e nosso corpo docente esperam retribuir a
sua escolha, reafirmando o compromisso desta Instituição com a qualidade, por meio de uma estrutura aberta e
criativa, centrada nos princípios de melhoria contínua.
Esperamos que este instrucional seja-lhe de grande ajuda e contribua para ampliar o horizonte do seu conhecimento teórico e para o aperfeiçoamento da sua prática pedagógica.
Seja bem-vindo(a)!
Paulo Alcantara Gomes
Reitor
Orientações para o Auto-Estudo
O presente instrucional está dividido em oito unidades programáticas, cada uma com objetivos definidos e
conteúdos selecionados criteriosamente pelos Professores Conteudistas para que os referidos objetivos sejam
atingidos com êxito.
Os conteúdos programáticos das unidades são apresentados sob a forma de leituras, tarefas e atividades complementares.
As Unidades 1, 2, 3 e 4 correspondem aos conteúdos que serão avaliados em A1.
Na A2 poderão ser objeto de avaliação os conteúdos das oito unidades.
Havendo a necessidade de uma avaliação extra (A3 ou A4), esta obrigatoriamente será composta por todo o
conteúdo de todas as Unidades Programáticas.
A carga horária do material instrucional para o auto-estudo que você está recebendo agora, juntamente com
os horários destinados aos encontros com o Professor Orientador da disciplina, equivale a 60 horas-aula, que
você administrará de acordo com a sua disponibilidade, respeitando-se, naturalmente, as datas dos encontros
presenciais programados pelo Professor Orientador e as datas das avaliações do seu curso.
Bons Estudos!
Dicas para o Auto-Estudo
1 - Você terá total autonomia para escolher a melhor hora para estudar. Porém, seja
disciplinado. Procure reservar sempre os mesmos horários para o estudo.
2 - Organize seu ambiente de estudo. Reserve todo o material necessário. Evite interrupções.
3 - Não deixe para estudar na última hora.
4 - Não acumule dúvidas. Anote-as e entre em contato com seu monitor.
5 - Não pule etapas.
6 - Faça todas as tarefas propostas.
7 - Não falte aos encontros presenciais. Eles são importantes para o melhor aproveitamento da disciplina.
8 - Não relegue a um segundo plano as atividades complementares e a auto-avaliação.
9 - Não hesite em começar de novo.
SUMÁRIO
Quadro-síntese do conteúdo programático ................................................................................................. 11
Contextualização da disciplina ................................................................................................................... 12
UNIDADE I
COMPOSIÇÃO QUÍMICA DOS SERES VIVOS
1.1 – Água ................................................................................................................................................... 13
1.2 – Produto iônico da água....................................................................................................................... 14
1.3 – Conceitos de ácidos e bases ............................................................................................................... 14
1.4 – pH....................................................................................................................................................... 14
1.5 – Tampão biológico ............................................................................................................................... 15
1.6 – Íons minerais e osmolaridade............................................................................................................. 16
1.7 – Aminoácidos ...................................................................................................................................... 17
1.8 – Proteínas............................................................................................................................................. 17
1.9 – Vitaminas e coenzimas ....................................................................................................................... 20
UNIDADE II
ENZIMOLOGIA
2.1 – Conceito ............................................................................................................................................. 24
2.2 – Regulação da atividade enzimática .................................................................................................... 25
2.3 – Cinética enzimática ............................................................................................................................ 25
UNIDADE III
ENERGÉTICA BIOQUÍMICA
3.1 – Princípios de termodinâmica.............................................................................................................. 28
3.2 – Papel de aceptores de energia ............................................................................................................ 28
UNIDADE IV
METABOLISMO DE CARBOIDRATOS
4.1 – Estrutura geral .................................................................................................................................... 30
4.2 – Respiração celular e fermentação ...................................................................................................... 30
4.3 – Fotossíntese ........................................................................................................................................ 34
4.4 – Shunt das pentoses ............................................................................................................................. 37
4.5 – Glicogenólise e glicogênese ............................................................................................................... 38
4.6 – Gliconeogênese .................................................................................................................................. 39
UNIDADE V
METABOLISMO DE LIPÍDIOS
5.1 – Estrutura geral .................................................................................................................................... 41
5.2 – Metabolismo de lipídios..................................................................................................................... 41
5.3 – Biossíntese de esteróides.................................................................................................................... 42
5.4 – Prostaglandinas, prostaciclinas e leucotrienos ................................................................................... 43
UNIDADE VI
METABOLISMO DE AMINOÁCIDOS E PROTEÍNAS
6.1 – Ciclo da uréia ..................................................................................................................................... 44
6.2 – Biossíntese de aminoácidos naturais .................................................................................................. 45
UNIDADE VII
REGULAÇÃO ENDÓCRINA DO METABOLISMO
7.1 – Insulina............................................................................................................................................... 46
7.2 – Glucagon e adrenalina........................................................................................................................ 46
UNIDADE VIII
METABOLISMO DE PURINAS E PIRIMIDINAS
8.1 – Bases nitrogenadas ............................................................................................................................. 50
8.2 – Biossíntese de nucleotídios ................................................................................................................ 50
8.3 – Metabolismo de nucleotídios ............................................................................................................. 51
8.4 – Importância biológica dos nucleotídios ............................................................................................. 52
Glossário ..................................................................................................................................................... 55
Gabarito....................................................................................................................................................... 57
Referências bibliográficas ........................................................................................................................... 61
Quadro-síntese do conteúdo
programático
UNIDADES DO PROGRAMA
OBJETIVOS
I – COMPOSIÇÃO QUÍMICA DOS SERES VIVOS
1.1 – Água
1.2 – Produto iônico da água
1.3 – Conceitos de ácidos e bases
1.4 – pH
1.5 – Tampão biológico
1.6 – Íons minerais e osmolaridade
1.7 – Aminoácidos
1.8 – Proteínas
1.9 – Vitaminas e coenzimas
• Indicar a composição dos organismos e as principais classes
de moléculas neles encontradas.
II – ENZIMOLOGIA
2.1 – Conceito
2.2 – Regulação da atividade enzimática
2.3 – Cinética enzimática
• Reconhecer as espécies de reações catalisadas por enzimas e
aspectos da especificidade enzimática.
III – ENERGÉTICA BIOQUÍMICA
3.1 – Princípios de termodinâmica
3.2 – Papel de aceptores de energia
• Entender a variação de energia que acompanha as reações
bioquímicas;
• A bioenergética fornece os princípios básicos que explicam
porque algumas reações bioquímicas podem ocorrer enquanto
outras não.
IV – METABOLISMO DE CARBOIDRATOS
4.1 – Estrutura geral
4.2 – Respiração celular e fermentação
4.3 – Fotossíntese
4.4 – Shunt das pentoses
4.5 – Glicogenólise e glicogênese
4.6 – Gliconeogênese
• Reconhecer os carboidratos como moléculas amplamente
distribuídas nas plantas e animais, onde desempenham tanto
funções estruturais quanto metabólicas.
V – METABOLISMO DE LIPÍDIOS
5.1 – Estrutura geral
5.2 – Metabolismo de lipídios
5.3 – Biossíntese de esteróides
5.4 – Prostaglandinas, prostaciclinas e leucotrienos
• Identificar os lipídeos como um grupo heterogêneo de
moléculas orgânicas;
• Perceber que os lipídeos são a principal fonte de energia
para o corpo, além de outras funções;
• Perceber que deficiências ou desequilíbrios no metabolismo dos lipídeos possam levar a alguns dos principais
problemas clínicos observados.
VI – METABOLISMO DE AMINOÁCIDOS E PROTEÍNAS
6.1 – Ciclo da uréia
6.2 – Biossíntese de aminoácidos naturais
• Entender que as proteínas são as moléculas mais importantes e com maior diversidade de funções nos sistemas
vivos.
VII – REGULAÇÃO ENDÓCRINA DO METABOLISMO
7.1 – Insulina
7.2 – Glucagon e adrenalina
• Entender como os hormônios atuam intracelularmente,
particularmente em relação à regulação do metabolismo
dos carboidratos.
VIII – METABOLISMO DE PURINAS E PIRIMIDINAS
8.1 – Bases nitrogenadas
8.2 – Biossíntese de nucleotídios
8.3 – Metabolismo de nucleotídios
8.4 – Importância biológica dos nucleotídios
• Entender a digestão, a biossíntese e o catabolismo
dos nucleotídeos de purinas e de pirimidinas, bem como
certas doenças associadas com defeitos genéticos nestes
processos.
11
12
Contextualização da Disciplina
Não se sabe exatamente quando a Bioquímica começou a emergir como disciplina independente. Na Alemanha
se estabeleceu o primeiro departamento de Química Fisiológica e o primeiro periódico de bioquímica. Hoje,
existem várias dezenas de periódicos, cada qual dando enfoque maior a determinada área da bioquímica.
É importante ressaltar a enorme influência que a bioquímica vem exercendo em todas as ciências biológicas,
tornando-se uma ciência básica por excelência.
A bioquímica se constitui numa tentativa de descrever vida em termos químicos. Não se limitando, no entanto,
a um simples relato das análises da matéria viva e das várias reações através das quais os componentes da vida
são metabolizados, mas a maneira pela qual as reações biológicas são controladas.
Considerando que a vida na célula depende de milhares de reações químicas diferentes, cada uma catalisada
por enzima específica, é de grande interesse saber como estão elas sincronizadas. A investigação dos mecanismos
reguladores constitui um dos capítulos mais atraentes da bioquímica.
Espera-se ainda que, à medida que os conhecimentos básicos de bioquímica se tornem maiores, seja
possível dirimir questões como a da transformação de células cancerosas e de diversas outras doenças.
UNIDADE I
13
COMPOSIÇÃO QUÍMICA DOS SERES VIVOS
1.1- Água
A água é a substância mais abundante nos sistemas vivos, perfazendo 70% ou mais da massa da maioria dos
organismos. A água permeia todas as porções de todas
as células e é o meio no qual ocorrem o transporte de
nutrientes, as reações metabólicas catalisadas enzimaticamente e a transferência de energia química. Todos
os aspectos da estrutura celular e de suas funções são
adaptados às propriedades físicas e químicas da água.
A molécula de água e seus produtos de ionização, H+
e OH-, influenciam profundamente a estrutura, a automontagem e as propriedades de todos os componentes
celulares, incluindo as enzimas e outras proteínas,
ácidos nucléicos e lipídios.
As pontes de hidrogênio entre as moléculas de água
fornecem as forças coesivas que fazem da água um
líquido à temperatura ambiente e que favorecem o ordenamento extremo das moléculas de água cristalizada
(gelo). As biomoléculas polares dissolvem-se facilmente na água porque elas podem substituir as interações
moleculares água-água energeticamente favoráveis por
interações ainda mais favoráveis, como água-soluto.
Diferentemente, as biomoléculas não polares interferem com as interações água-água e são muito pouco
solúveis na mesma água. Estas moléculas não-polares
tendem, quando em solução aquosa, a agregarem-se de
forma a minimizar os efeitos energeticamente desfavoráveis provocados por sua presença.
Quando comparada com a maioria dos outros líquidos
comuns, a água tem ponto de fusão, ponto de ebulição
e calor de vaporização maiores que todos. Estas propriedades incomuns da água são uma conseqüência da
existência de forças de atração fortes entre moléculas
de água adjacentes, e estas forças dão à água líquida
uma grande coesão interna.
As biomoléculas polares, porém não carregadas,
como os açúcares, dissolvem-se facilmente na água
devido ao efeito estabilizador das numerosas pontes de
hidrogênio que elas formam entre os grupos hidroxila
e o oxigênio do grupo carbonila do açúcar de um lado,
e as moléculas polares da água de outro. Os alcoóis,
aldeídos e cetonas formam, todos, pontes de hidrogênio
com a água, como também o fazem compostos con-
tendo ligações N - H, por isso, as moléculas contendo
tais grupos tendem a ser solúveis na água.
A água é um solvente polar. Ela dissolve facilmente
a maioria das biomoléculas, as quais são, geralmente, compostos carregados eletricamente ou polares;
compostos que se dissolvem facilmente na água são
hidrofílicos. Em contraste, solventes não-polares,
como o clorofórmio e o benzeno, são solventes muito
pobres para as biomoléculas polares, mas dissolvem
facilmente as biomoléculas não-polares como os lipídios
e as ceras.
A água dissolve sais como o NaCl por hidratação e
estabilização dos íons sódio e cloreto, enfraquecendo
suas interações eletrostáticas e, desta forma, contrapondo-se à tendência deles a se associarem, formando
uma rede cristalina.
Os gases biologicamente importantes CO2, O2 e N2
são não-polares. Esses gases são muito pouco solúveis
em água. Por isso, alguns organismos têm proteínas
solúveis na água que são transportadoras de O2 (hemoglobina e mioglobina) e que facilitam o transporte
do mesmo. Em solução aquosa, o dióxido de carbono
forma ácido carbônico (H2CO3) e este é transportado
na sua forma dissociada.
Outros dois gases, NH3 e H2S, também têm funções
biológicas em alguns organismos. Estes, entretanto, são
polares e se dissolvem facilmente na água.
Compostos anfipáticos têm regiões que são polares
(ou carregadas) e regiões que são não-polares. Quando
compostos anfipáticos são misturados com a água, as
duas regiões da molécula do soluto experimentam
tendências conflitantes; a região hidrofílica, polar ou
carregada, interage favoravelmente com o solvente
que tende a dissolver a molécula, entretanto a região
hidrofóbica não-polar tem a tendência oposta, ou seja,
a de evitar o contato com a água.
Muitas biomoléculas são anfipáticas, proteínas, pigmentos, algumas vitaminas, esteróides e fosfolipídios de membrana têm regiões superficiais polares e não-polares.
14
1.2 - Produto Iônico da Água
Embora muitas das propriedades solventes da água
possam ser explicadas em função das características da
molécula de H2O eletricamente não-carregada, é também
necessário levar em consideração o pequeno grau de
ionização da água em íons (H+) e íons hidroxila (OH-).
Quando ácidos ou bases fracos são dissolvidos na água,
eles podem produzir H+ por ionização (se forem ácidos)
ou consumir H+ ao serem protonizados (se forem bases);
esses processos são também governados pelas respectivas constantes de equilíbrio. A concentração total do íon
hidrogênio originário de todas as fontes é experimentalmente mensurável; ela é expressa como pH da solução.
1.3 - Conceitos de Ácidos e Bases
Os ácidos são compostos moleculares que, quando
em solução aquosa, se ionizam, formando uma solução eletrolítica, sendo que o cátion é sempre o hidrogênio. Essa é a definição de Arrhenius para ácidos.
postos químicos que se ionizam na água, como os ácidos; e o ânion formado é sempre OH-, conhecido como
radical hidroxila. O cátion, em geral, é um metal.
De modo geral, os ácidos têm sabor azedo, como pode
ser observado quando se experimenta o limão (ácido
cítrico) ou o vinagre (ácido acético). Embora esses dois
ácidos sejam orgânicos, essa propriedade também está
presente nos ácidos inorgânicos.
As bases têm gosto adstringente (que produz constrição, “amarra” a boca), como banana verde ou caju.
Na dissociação, o cátion é sempre hidrogênio, mas
o ânion pode ser composto de átomos de mais de um
elemento. Veja os exemplos abaixo:
Solução de ácido clorídrico – HCl
HCl
→
H+ +
Cl-
Solução de ácido sulfúrico – H2SO4
H2SO4 → 2 H+ +
SO4-2
Solução de ácido fosfórico – H3PO4
H3PO4 → 3 H+ +
PO4-3
Por formarem uma solução eletrolítica, em solução
aquosa, os ácidos conduzem eletricidade.
As bases, também chamadas de hidróxidos, são com-
Veja alguns exemplos:
Hidróxido de sódio (soda cáustica) – NaOH
NaOH → Na+ + OHHidróxido de cálcio – Ca(OH)2
Ca(OH)2 → Ca2+ + 2 OHHidróxido de potássio – KOH
KOH →
K+ + OHAssim como os ácidos, as bases formam soluções eletrolíticas, por isso conduzem corrente elétrica. Soluções
básicas também são chamadas de soluções alcalinas.
A grandeza que indica o quanto uma solução é ácida ou
alcalina chama-se pH. Envolve números que vão de 1 a
14. Soluções com pH inferior a 7 são ácidas, e com pH
superior a 7 são alcalinas. Soluções neutras, como a água,
têm pH 7. Quanto menor o pH de um ácido, mais forte ele
é. Quanto maior o pH de uma base, mais forte ela é.
1.4 - pH
As moléculas de água têm uma pequena tendência
para ionizar-se reversivelmente e liberar o íon hidrogênio e o íon hidroxila, dando o equilíbrio: H2O ↔
Η++ΟΗ−. Esta ionização reversível é crucial para o
papel da água nas funções celulares. Quando as concentrações de H+ e OH- são exatamente iguais, como
na água pura, a solução é dita estar em pH neutro.
A escala de pH designa a concentração de H+ e OH-. O
produto iônico da água é a base para a escala de pH. O
valor 7,0 para o pH de uma solução precisamente neutra
não é um número escolhido arbitrariamente; ele deriva
do valor absoluto do produto iônico da água a 25oC. As
soluções que têm pH maior que 7 são alcalinas ou básicas;
a concentração de OH- é maior que aquela de H+; por outro
lado, soluções que têm pH menor do que 7 são ácidas.
Figura 1
As medidas de pH são um dos procedimentos mais
importantes e mais freqüentes na prática bioquímica. O
pH afeta a atividade e a estrutura das macromoléculas
biológicas, como a atividade catalítica das enzimas. As
medidas do pH do sangue e da urina são comumente
empregadas no diagnóstico de doenças. O pH do plasma
sanguíneo de pessoas com diabetes severa, por exemplo,
é freqüentemente menor que o valor normal de 7,4; esta
condição é chamada de acidose. Em outros estados patológicos, o pH do sangue é maior que o normal e esta
condição é conhecida como alcalose.
Quase todos os processos biológicos são dependentes
do pH; uma pequena variação no pH do meio produz uma
grande variação na velocidade da maioria dos processos
biológicos que se desenvolvem neste mesmo meio.
1.5 - Tampão Biológico
As células e os organismos matam um pH citosólico
constante e específico, geralmente próximo de pH 7,0,
o que mantém as biomoléculas em seu estado iônico
ótimo. Em organismos multicelulares, o pH dos fluidos extracelulares (sangue, por exemplo) é também
estreitamente regulado. A constância do pH é conseguida primariamente através da existência de tampões
biológicos; estes são misturas de ácidos fracos e suas
bases conjugadas. O tamponamento biológico pode ser
ilustrado pela descrição do funcionamento dos sistemas
tampões fosfato e carbonato em seres humanos.
de CO2 (g) nos espaços aéreos pulmonares aumente
(reação 3); o CO2 extra é expirado.
Por sua vez, quando adicionamos ao plasma sangüíneo
ocorrem os eventos opostos: a concentração de H+
diminui, provocando a dissociação do H2CO3 em H+
e HCO3- , isto causa uma maior dissolução de CO2 (g)
no plasma sangüíneo. A velocidade respiratória, quer
dizer, a velocidade com que o CO2 é inalado e expirado, pode ajustar rapidamente esses equilíbrios com
a finalidade de manter o pH do sangue praticamente
constante.
Tampões são substâncias que em solução aquosa
dão a estas soluções a propriedade de resistir às variações do seu pH quando às mesmas são adicionadas
quantidades relativamente pequenas de ácido (H+) ou
base (OH-).
O plasma sangüíneo é tamponado, em parte, pelo sistema tampão bicarbonato que consiste de ácido carbônico
(H2CO3) como doador de prótons e do (HCO3-) como
receptor de próton H2CO3 ↔ H++HCO3- .
O pH do sistema tampão bicarbonato depende da
concentração do H2CO3 e do H2CO3-, os compostos
que doam e recebem os prótons, respectivamente. A
concentração de H2CO3, por sua vez, depende da concentração do CO2 dissolvido, o qual depende da concentração ou da pressão parcial do CO2 na fase gasosa;
desta forma, o pH do tampão bicarbonato exposto a
uma fase gasosa é, em última análise, determinado pela
concentração de HCO3- na fase aquosa e pela pressão
parcial de CO2 na fase gasosa.
Nos animais com pulmões, o sistema tampão bicarbonato é um sistema tampão fisiológico efetivo em valores de pH próximos a 7,4 porque o H2CO3 do plasma
sanguíneo está em equilíbrio com um reservatório de
CO2 (g) de grande capacidade localizado nos espaços
aéreos dos pulmões. Este sistema tampão envolve três
equilíbrios reversíveis entre o CO2 gasoso nos pulmões
e o bicarbonato HCO3- no plasma sanguíneo. Quando
H+ é adicionado ao sangue, como ocorre quando ele
atravessa os tecidos, a reação 1 desloca-se para um
novo equilíbrio, no qual a concentração de H2CO3 está
aumentada. Isto aumenta a concentração de CO2 (d)
no sangue (reação 2), o que faz com que a pressão
O pH do sangue humano tem um valor próximo a
7,40. Sempre que os mecanismos reguladores do pH
falham ou são sobrepujados, como pode acontecer em
casos de diabetes grave, não-controlada, quando uma
superprodução metabólica de ácidos causa acidose, o
pH do sangue pode cair para 6,80 ou menos, provocando danos celulares irreparáveis e, por conseqüência, a
morte. Em outras doenças o pH pode elevar-se a níveis
mortais. Embora muitos aspectos de estrutura celular e
de seu funcionamento sejam influenciados pelo pH, é
a atividade catalítica das enzimas que é especialmente
sensível. As enzimas mostram, tipicamente, atividade
catalítica máxima em um valor de pH característico,
chamado pH ótimo. Em cada um dos lados do pH
ótimo a atividade enzimática declina rapidamente.
Assim, uma pequena variação do pH pode provocar
uma grande diferença na velocidade de algumas reações cruciais catalisadas enzimaticamente. O controle
biológico do pH das células e dos fluidos corporais é,
portanto, de importância central em todos os aspectos
das atividades celulares e do metabolismo.
15
16
Figura 2
Os organismos têm se adaptado efetivamente aos
seus ambientes aquosos e têm desenvolvido maneiras
de explorar as propriedades incomuns da água. O alto
calor específico da água (a energia calórica necessária
para aumentar de 1ºC a temperatura de um grama
de água) é útil para as células e organismos porque
possibilita que a água atue como “tampão de calor”,
permitindo que a temperatura de um organismo
permaneça relativamente constante, mesmo que a
temperatura do ar flutue e que calor seja gerado em
quantidades relativamente grandes como um produto
colateral do metabolismo. Além disso, alguns vertebrados exploram o alto valor do calor de vaporização
da água usando (e, portanto, perdendo) o excesso de
calor corporal para evaporar o suor. O alto grau de
coesão interna da água líquida, devido às pontes de
hidrogênio, é explorado pelas plantas como um meio
de, durante o processo de transpiração, transportar
nutrientes dissolvidos das raízes até as folhas. Mesmo
a densidade mais baixa do gelo que a da água líquida
tem conseqüências biológicas importantes nos ciclos
vitais de muitos organismos aquáticos. Poços e lagoas
congelam da superfície para o fundo, e a camada de
gelo na superfície isola a água imediatamente abaixo
dela do ar muito mais frio, impedindo que a lagoa, e os
organismos que nela vivem, congelem totalmente. De
fundamental importância para todos os organismos
vivos é o fato de que muitas das propriedades físicas
e biológicas das macromoléculas celulares, particularmente das proteínas e dos ácidos nucléicos, derivam
da sua interação com as moléculas de água do meio
ambiente em que se encontram. A influência da água
no curso da evolução biológica tem sido profunda e
determinante. Se alguma forma de vida evoluiu em
alguma outra parte do universo, é improvável que
ela se assemelhe àquelas da Terra, a menos que seu
lugar de origem também seja um local no qual existe
grande quantidade de água líquida como um solvente
acessível.
1.6 - Íons Minerais e Osmolaridade
Os eletrólitos mais importantes encontrados nos
fluidos biológicos são Na+, K+, Ca++, Mg++ e H+, entre
os cátions, e Cl-, fosfatos, bicarbonatos e ácidos orgânicos, entre os ânions.
A apresentação da distribuição dos eletrólitos em
compartimentos baseia-se no fato de que os cátions
não são capazes de atravessar as membranas celulares,
senão lentamente, já que só a água passa livremente,
de um compartimento para outro. Assim, os ajustes
osmóticos entre os compartimentos fazem-se à custa
dos movimentos livres da água.
A composição do líquido intersticial é próxima do
plasma sanguíneo, exceto quanto às proteínas, que
existem em pequena quantidade. No sangue, a distribuição dos cátions e ânions é diferente, mas suas
cargas elétricas estão em equilíbrio, isto é, a soma dos
ânions é igual à dos cátions, quando são expressos em
miliequivalente por litro.
O sódio, na concentração de 142 mEq/litro, e os demais (K+, Ca++, Mg++) perfazem o total de 153 mEq/litro
de fluido extracelular; o ânion principal é o cloreto,
acompanhado de bicarbonato, fosfato, sulfato, ânions
de ácidos orgânicos (piruvato e outros).
Osmolaridade (Efeito Gibbs-Donnan)
Quando duas soluções de concentrações diferentes
estão separados por uma membrana, o movimento
dos líquidos faz-se do ambiente menos concentrado
para o mais concentrado. Esse é o processo da osmose, e as substâncias dissolvidas exercem pressão
osmótica, que motiva a passagem dos líquidos. A
pressão osmótica é função do número de partículas dissolvidas e não depende nem do peso, nem
da valência, e nem da carga elétrica das mesmas.
O equilíbrio osmótico faz-se pela entrada e saída
de água entre os compartimentos, podendo os sais
acompanhar o movimento da água.
Os animais superiores têm a prioridade de manter
constante, dentro de certos limites, sua composição em
eletrólitos e a percentagem de água do meio interno.
A existência de um meio interno foi estabelecida por
Claude Bernard, que lançou a “constância ou a fixidez do meio interno é a própria condição da vida”. A
manutenção dessa constância foi denominada de homeostase, e depende das forças osmóticas dos líquidos
biológicos e da sua regulação por meio de glândulas
endócrinas e pela excreção renal.
1.7 - Aminoácidos
17
Os aminoácidos têm características estruturais
comuns. Todos os 20 aminoácidos encontrados nas
proteínas têm um grupo carboxila e um grupo amino
ligados ao mesmo átomo de carbono (o carbono α).
Eles diferem um dos outros através de suas cadeias
laterais ou grupos R, os quais variam em estrutura,
tamanho e carga, e influenciam a solubilidade do aminoácido em água. Os aminoácidos em soluções aquosas
estão ionizados e podem agir como ácidos ou bases.
Três aminoácidos podem ser reunidos por duas ligações peptídicas para formar um tripeptídio, da mesma
maneira, os aminoácidos podem ser reunidos para
formar tetra e pentapeptídios. Quando um pequeno
número de aminoácidos é reunido desta forma, a estrutura é chamada de oligopeptídio e quando muitos
aminoácidos são reunidos, o produto é chamado de
polipeptídio. As proteínas podem ter milhares de
unidades de aminoácidos. Embora os termos “proteína” e “polipeptídios” possam ser, algumas vezes,
intercambiáveis.
As ligações peptídicas podem ser hidrolisadas por
aquecimento tanto com ácido forte quanto com base
forte, para liberar os aminoácidos, para liberar os
aminoácidos unidos por elas.
Aproximadamente 300 aminoácidos adicionais foram encontrados nas células e têm uma grande variedade de funções,
mas eles nunca aparecem em proteínas. A ornitina e a citrulina
merecem uma nota especial, porque são intermediárias importantes na biossíntese da arginina e no ciclo da uréia.
Os peptídeos que ocorrem biologicamente variam
muito de tamanho, desde moléculas pequenas contendo
dois ou três aminoácidos até grandes macromoléculas
contendo milhares de aminoácidos.
Duas moléculas de aminoácidos podem ser unidas covalentemente através de uma ligação amida substituída, chamada
ligação peptídica, para formar um dipeptídio. Tal ligação é
formada por remoção dos elementos da água de um grupo αcarboxila de um aminoácido e do grupo α-amino de outro.
R1
H3N
+
CH
C
OH + H
H
R2
N
CH
COO
-
O
H2O
R
H3N+
1
CH
C
2
H
R
N
CH
COO
-
O
As ligações peptídicas podem também ser hidrolisadas por determinadas enzimas chamadas proteases.
Elas são enzimas proteolíticas e são encontradas
em todas as células e tecidos, onde elas degradam
proteínas que se tornaram desnecessárias ou danificadas, além de ajudarem na digestão dos alimentos
protéicos.
Existem muitos oligopeptídios e polipeptídios
pequenos que ocorrem naturalmente, possuem
atividades biológicas importantes e pronunciadas
e, por isso, exercem seus efeitos em concentrações
muito pequenas. Por exemplo, um certo número
de hormônios de vertebrados são polipeptídios pequenos. O hormônio insulina contém duas cadeias
polipeptídicas, uma com 30 resíduos de aminoácidos
e a outra com 21. Outros hormônios polipeptídios
são o glucagon, um hormônio pancreático de 29
resíduos que tem ação oposta àquela da insulina, e
a corticotrofina, um hormônio com 39 resíduos de
aminoácidos, secretado pela hipófise anterior e que
estimula o córtex adrenal.
1.8 - Proteínas
Quase tudo que ocorre nas células envolve uma ou mais
proteínas. As proteínas fornecem a estrutura, catalisam as
reações celulares e executam milhares de outras tarefas.
O papel central ocupado por elas é evidenciado no fato de
que a informação genética é, em última instância, expressa
como proteínas. Para cada proteína existe um segmento de
DNA (um gene) que guarda a informação, especificando
sua seqüência de aminoácidos. Em uma célula típica
existem milhares de diferentes tipos de proteínas, cada
uma delas codificada por um gene e, cada uma delas,
executando uma função específica. As proteínas estão
entre as macromoléculas biológicas mais abundantes e
também são extremamente versáteis em suas funções.
Funções biológicas das proteínas
1. Enzimas – o grupo de proteínas mais variado e
mais altamente especializado é aquele cujos compo-
18
nentes exibem atividade catalítica – as enzimas. São
virtualmente catalisadas por enzimas todas as reações
químicas nas quais participam as biomoléculas orgânicas das células. Muitos milhares de enzimas diferentes, cada uma capaz de catalisar um tipo de reação
química diferente, foram descobertos em diferentes
organismos.
2. Proteínas transportadoras – proteínas transportadoras existentes no plasma sanguíneo ligam-se a íons
ou a moléculas específicas os quais são transportados
de um órgão para outro. A hemoglobina dos eritrócitos
liga-se ao oxigênio à medida que o sangue atravessa
os pulmões, transporta-os até os tecidos periféricos e,
aí, libera-o para que possa participar da oxidação dos
nutrientes, com concomitante liberação de energia. O
plasma sanguíneo também contém lipoproteínas que
transportam lipídios do fígado para outros órgãos.
Outros tipos de proteínas de transporte estão presentes
nas membranas plasmáticas e nas membranas intracelulares de todos os organismos; elas estão aptas a
ligarem-se, por exemplo, à glicose, aos aminoácidos
ou às outras substâncias e transportá-las através dessas
membranas.
3. Proteínas nutrientes e de armazenamento – as
sementes de muitas plantas armazenam proteínas nutrientes necessárias para a germinação e o crescimento
do broto. Exemplos particularmente bem estudados
são as proteínas das sementes do trigo, milho e arroz.
A ovoalbumina, a principal proteína da clara do ovo,
e a caseína, a principal proteína do leite, são outros
exemplos de proteínas nutrientes. A ferritina encontrada em algumas bactérias e em tecidos animais e
vegetais armazena átomos de ferro.
4. Proteínas contráteis ou de motilidade – algumas
proteínas habilitam células e organismos com a capacidade de contraírem-se, de mudarem de forma, ou de
se deslocarem no meio ambiente. A actina e a miosina
funcionam no sistema contrátil do músculo esquelético e também em muitas células não musculares. A
tubulina é a proteína com a qual os microtúbulos são
construídos. Os microtúbulos agem de forma concentrada com a proteína dineína nos cílios e flagelos para
propelir as células.
a) Proteínas estruturais – muitas proteínas servem
como filamentos de suporte, cabos ou lâminas para
fornecer proteção ou resistência a estruturas biológicas.
O principal componente das cartilagens e dos tendões
é a proteína fibrosa colágeno, a qual tem alta resistência à tensão. O couro é quase que colágeno puro. Os
ligamentos contêm elastina, uma proteína estrutural
capaz de distender-se em duas dimensões. O cabelo, as
unhas e as penas consistem principalmente da proteína
resistente e insolúvel denominada queratina. O maior
componente das fibras da seda e da teia das aranhas é
a fibroína. Os ligamentos “em dobradiça” das asas de
certos insetos são feitos de resilina, uma proteína que
tem propriedades elásticas próximas da perfeição.
5. Proteínas de defesa – muitas proteínas defendem
os organismos contra a invasão de outras espécies ou
os protegem de ferimentos. As imunoglobulinas ou
anticorpos, proteínas especializadas sintetizadas pelos
linfócitos dos vertebrados, podem reconhecer e precipitar, ou neutralizar, invasores como bactérias, vírus
ou proteínas estranhas oriundas de outras espécies. O
fibrinogênio e a trombina são proteínas que participam
da coagulação do sangue que previne a perda de sangue
quando o sistema vascular é lesado. Venenos de serpente, toxinas bacterianas e proteínas vegetais tóxicas,
como a ricina, também parecem ter funções defensivas.
Algumas destas proteínas, incluindo o fibrinogênio, a
trombina e alguns venenos também são enzimas.
6. Proteínas reguladoras – algumas proteínas ajudam a regular a atividade celular ou fisiológica. Entre
elas estão muitos hormônios. Alguns exemplos incluem
a insulina, a qual regula o metabolismo dos açúcares
e o hormônio do crescimento da hipófise. A resposta
celular a muitos sinais hormonais é freqüentemente
regulada por uma classe de proteínas que se ligam ao
GTP e são chamadas proteínas G (o GTP é estreitamente relacionado ao ATP com a guanina substituindo
a adenina). Outras proteínas reguladoras ligam-se ao
DNA e regulam a biossíntese de enzimas e das moléculas de RNA envolvidas na divisão celular, tanto em
procariotos como em eucariotos.
7. Outras proteínas – existem numerosas outras
proteínas cujas funções podem ser ditas exóticas e de
difícil classificação. A monelina, uma proteína de uma
planta africana, tem um sabor intensamente doce. Ela
está sendo estudada como um adoçante não-tóxico e
quase sem calorias para uso humano. O plasma sanguíneo de alguns peixes da Antártica contém proteínas
anticoagulantes, as quais protegem do congelamento
o sangue destes animais.
É extraordinário que todas estas proteínas, com suas
propriedades e funções tão diferentes, sejam construídas com o mesmo grupo de 20 aminoácidos.
Algumas proteínas contêm grupos químicos diferentes dos aminoácidos. Muitas proteínas, como as
enzimas ribonuclease e quimotripsina, contêm apenas
aminoácidos e nenhum outro grupo químico; elas são
consideradas proteínas simples. Entretanto, algumas
proteínas contêm componentes químicos em adição aos
aminoácidos; elas são chamadas proteínas conjugadas.
A parte não-aminoácido de uma proteína conjugada é
geralmente chamada de seu grupo prostético. As proteínas conjugadas são classificadas com base na natureza
química dos seus grupos prostéticos; por exemplo:
lipoproteínas contêm lipídios, glicoproteínas contêm
moléculas de açúcares e metaloproteínas contêm um
metal específico. Um certo número de proteínas contém
mais do que um grupo prostético. Geralmente o grupo
prostético desempenha um papel importante na função
biológica da proteína.
e o desenvolvimento de técnicas para o isolamento
de genes tornam possível deduzir a seqüência de
um polipeptídio pela determinação da seqüência de
nucleotídeos em seu gene. As duas técnicas são complementares.
Existem quatro níveis na arquitetura das proteínas:
Proteínas Conjugadas
Classe
Grupo
prostético
Exemplo
Lipoproteínas
Lipídios
Β1-lipoproteína
do sangue
Glicoproteínas
Carboidratos
ImunoglobulinaG
Fosfoproteínas
Grupo fosfato
Caseína do leite
Hemeproteínas
Heme
(ferro- porfirina)
Hemoglobina
Flavoproteínas
Nucleotídeos
de flavina
Succinato
desidrogenase
Ferro
Ferritina
Zinco
Álcool
desidrogenase
Metaloproteína
Calmodulina
Cálcio
Dinitrogenase
Molibdênio
Plastocianina
Cobre
Função de uma proteína depende da sua seqüência
de aminoácidos
A bactéria E. coli produz perto de 3.000 proteínas diferentes. Um ser humano produz de 50.000 a 100.000 proteínas
diferentes. Em ambos os casos, cada tipo separado de
proteína tem uma estrutura única e esta estrutura confere a
ela uma função única. Mais de 1.400 doenças genéticas humanas têm sido identificadas como resultantes da produção
de proteínas defeituosas. Talvez um terço dessas proteínas
defeituosas assim o são, porque um único aminoácido da
seqüência foi mudado; portanto, se a estrutura primária é
alterada, a função da proteína também pode mudar.
A seqüência de aminoácidos pode ser deduzida da
seqüência de bases no DNA
O desenvolvimento rápido dos métodos de seqüenciamento do DNA, a elucidação do código genético
1. Estrutura primária – inclui todas as ligações
covalentes entre os aminoácidos que compõem uma
proteína e é definida pela seqüência dos aminoácidos
unidos por ligações peptídicas e pela localização das
pontes dissulfeto. O arranjo espacial relativo dos aminoácidos não é especificado.
2. Estrutura secundária – refere-se aos arranjos
regulares e recorrentes no espaço de resíduos de aminoácidos adjacentes em uma cadeia polipeptídica.
3. Estrutura terciária – refere-se ao relacionamento
espacial entre todos os aminoácidos em um polipeptídio.
4. Estrutura quaternária – especifica a relação
espacial dos polipeptídios, ou subunidades, no interior
de uma dada proteína.
19
20
Figura 3
As proteínas perdem a estrutura e a função, quando desnaturadas
A maneira de demonstrar a importância da estrutura
específica das proteínas para a função biológica que
exercem é alterar esta estrutura e determinar o efeito
que isto causa nesta função. Uma alteração extrema
é a perda total da sua estrutura tridimensional, um
processo chamado desnaturação. Este é o processo
familiar que ocorre quando um ovo é cozido. A clara
do ovo, a qual contém a proteína solúvel albumina
do ovo, ou ovoalbumina, coagula pelo aquecimento
para formar uma substância branca e sólida. Esta
substância não redissolverá, quando resfriada, para
reproduzir a solução límpida de proteína que era,
antes do aquecimento, a clara do ovo original. O
aquecimento da albumina do ovo produziu, portanto,
uma mudança irreversível. Este efeito do calor ocorre
em, virtualmente, todas as proteínas globulares, independentemente do seu tamanho ou da sua função
biológica, embora, a temperatura precisa, na qual
o processo ocorre, possa variar e o seu efeito nem
sempre será irreversível. Algumas proteínas globulares desnaturadas pelo calor, extremos de pH, ou
reagentes desnaturantes, recuperarão a sua estrutura
nativa e sua atividade biológica, um processo chamado renaturação. Quando estes agentes são retirados
da solução em que as proteínas se encontram, esta
mesma solução retorna às condições nas quais a
conformação protéica nativa é possível e estável. A
mudança na estrutura produzida pela desnaturação é
quase invariavelmente associada à perda de função.
Isto é uma conseqüência esperada do princípio de que
a estrutura tridimensional específica das proteínas é
crítica para o exercício de suas funções.
As proteínas podem ser desnaturadas não somente
pelo aquecimento, mas também por valores extremos
de pH, por alguns solventes orgânicos miscíveis com
a água, como o etanol e a acetona, por algumas substâncias em solução como a uréia, ou por exposição da
proteína a substâncias detergentes.
1.9 - Vitaminas e Coenzimas
Vitaminas são compostos orgânicos não-relacionados quimicamente, que não podem ser sintetizados por humanos e,
portanto, devem ser suprimidos pela dieta. Nove vitaminas
(ácido fólico, cobalamina, ácido ascórbico, piridoxina,
tiamina, niacina, riboflavina, biotina e ácido pantotênico)
são classificados como hidrossolúveis, enquanto quatro
vitaminas (vitaminas A, D, K e E) são ditas lipossolúveis.
As vitaminas são requeridas para a execução de funções
celulares específicas. Por exemplo, muitas das vitaminas
hidrossolúveis são precursores de coenzimas para as enzimas do metabolismo intermediário. Em contraste com as
vitaminas hidrossolúveis, somente uma vitamina lipossolúvel (vitamina K) tem função de coenzima.
Ácido Fólico
O ácido fólico (ou folato), o qual desempenha um papel chave no metabolismo dos grupos de um carbono,
é essencial para a biossíntese de vários compostos.
Cobalina (Vitamina B12)
A vitamina B12 é necessária em humanos para duas
reações enzimáticas essenciais: a síntese de metionina
e a isomerização da metilmalonil-CoA, que é produ-
zida durante a degradação de alguns aminoácidos e
de ácidos graxos com número impar de átomos de
carbonos. Quando a vitamina é deficiente, ácidos
graxos anormais acumulam-se e são incorporados nas
membranas celulares, incluindo as do sistema nervoso.
Isso pode contribuir para algumas das manifestações
neurológicas da deficiência da vitamina B12.
Ácido Ascórbico (Vitamina C)
A forma ativa da vitamina C é o ácido ascórbico. A
principal função do ascorbato é como agente redutor
em diversas reações diferentes. A vitamina C tem
um papel muito bem-documentado como coenzima
nas reações de hidroxilação, como por exemplo na
hidroxilação dos resíduos prolil- e lisil- do colágeno.
A vitamina C é, dessa forma, necessária para a manutenção normal do tecido conectivo, assim como para
recompor tecidos danificados. A vitamina C também
facilita a absorção do ferro da dieta no intestino.
Piridoxina (Vitamina B6)
Vitamina B6 é um termo coletivo para piridoxina, piridoxal e piridoxamina, todos derivados da piridina. A
piridoxina ocorre principalmente nas plantas, enquanto
o piridoxal e a piridoxamina são encontrados em alimentos obtidos de animais. Todos os três compostos
podem servir como precursores da coenzima biologicamente ativa, o piridoxal-fosfato. O piridoxal-fosfato
funciona como uma coenzima para um grande número
de enzimas, particularmente aquelas que catalisam
reações envolvendo aminoácidos.
Tiamina (Vitamina B1)
O pirofosfato de tiamina (TPP) é a forma biologicamente ativa da vitamina, formada pela transferência
do grupo pirofosfato da ATP para a tiamina. O pirofosfato de tiamina serve como coenzima na formação
ou na degradação de α-cetóis pela transcetolase e na
descarboxilação oxidativa dos α-cetoácidos. A beribéri é uma grave síndrome de deficiência de tiamina
observada em áreas onde o arroz polido é o principal
componente da dieta.
Niacina
Niacina, ou ácido nicotínico, é um derivado substituído da piridina. As formas biologicamente ativas
da coenzima são nicotinamida-adenina-dinucleotídeo
(NAD+) e seu derivado fosforilado, nicotinamidaadenina-dinucleotídeo-fosfato (NADP+). O NAD+
e o NADP+ servem como coenzimas nas reações de
oxidação-redução nas quais a coenzima sofre redução
do anel piridina, pela incorporação de um íon hidreto
(átomo de hidrogênio + um elétron). As formas reduzidas do NAD+ e do NADP+ são NADH e NADPH,
respectivamente.
Riboflavina (Vitamina B2)
As duas formas biologicamente ativas são flavina
mononucleotídeo (FMN) e flavina adenina dinucleotídeo (FAD), formadas pela transferência de um AMP
do ATP para FMN. O FMN e o FAD são capazes de
aceitar reversivelmente dois átomos de hidrogênio,
formando FMNH2 ou FADH2. O FMN e o FAD são
fortemente ligados – algumas vezes covalentemente – a
flavoenzimas que catalisam a oxidação ou a redução
de um substrato.
Biotina
A biotina é uma coenzima nas reações de carboxilação, nas quais ela serve como carregador do dióxido
de carbono ativado. A biotina liga-se covalentemente
ao grupo ε-amino de resíduos de lisina nas enzimas
dependentes de biotina. A deficiência de biotina não
ocorre naturalmente porque a vitamina está amplamente distribuída nos alimentos. Além disso, uma grande
porcentagem da biotina necessária para os humanos
é suprimida por bactérias intestinais. Entretanto, a
adição de claras de ovos cruas à dieta como uma fonte
de proteína induz sintomas de deficiência de biotina,
isto é, dermatite, glossite, perda de apetite e náusea.
As claras de ovos cruas contém uma glicoproteína, a
avidina, a qual se liga fortemente à biotina e impede
a sua absorção a partir do intestino. No entanto, com
uma dieta normal, estima-se que seriam necessários 20
ovos por dia para induzir uma síndrome da deficiência.
Assim, a inclusão ocasional de ovos crus à dieta não
leva à deficiência de biotina.
Ácido Pantotênico
O ácido pantotênico é um componente da coenzima
A, a qual atua na transferência de grupos acila. A coenzima A contém um grupo tiol que transporta compostos
acila como ésteres de tiol ativados. Exemplos de tais
estruturas são a succinil-CoA, a acil-CoA e a acetilCoA. O ácido pantotênico é também um componente
da sintetase dos ácidos graxos. Os ovos, o fígado e
as leveduras são as mais importantes fontes de ácido
pantotênico, embora a vitamina seja amplamente
distribuída.
Vitamina A
Os retinóides, uma família de moléculas relacionadas
ao retinol (vitamina A), são essenciais para a visão, a
reprodução, o crescimento e a manutenção dos tecidos
epiteliais. O ácido retinóico, derivado da oxidação do
retinol da dieta, medeia a maioria das ações dos retinóides, exceto para a visão, a qual depende do retinal, o
derivado aldeídico do retinol. O ácido retinóico liga-se
com alta afinidade a proteínas receptoras específicas,
no núcleo de células-alvo, tais como as células epiteliais. O complexo ativado receptor-ácido retinóico
interage com a cromatina nuclear, estimulando a
síntese de RNA retinóide-específico, resultando na
produção de proteínas específicas, as quais medeiam
várias funções fisiológicas. Por exemplo, os retinóides
controlam a expressão do gene da queratina na maior
parte dos tecidos epiteliais do corpo. As proteínas
receptoras específicas do ácido retinóico são parte
da superfamília dos reguladores transcricionais que
incluem os hormônios esteróides e da tireóide, e o
1,25-diidroxicolecalciferol, os quais funcionam de
maneira similar.
Vitamina D
As vitaminas D são um grupo de esteróides que
apresentam uma função do tipo hormonal. A molécula
ativa, 1,25-diidroxicolecalciferol (1,25-diOH-D3), ligase a proteínas receptoras intracelulares. O complexo
1,25-diOH-D3-receptor interage com o DNA no núcleo
21
22
de células-alvo de modo semelhante à vitamina A e
estimula seletivamente ou reprime de modo específico a transcrição gênica. A ação mais proeminente do
1,25-diOH-D3 é a regulação dos níveis plasmáticos de
cálcio e fósforo.
exemplo, nas plantas ela existe como filoquinona
(ou vitamina K1) e nas bactérias da flora intestinal
como menaquinona (ou vitamina K2). Para a terapia,
está disponível um derivado sintético da vitamina
K, a menadiona.
Vitamina K
Vitamina E
O principal papel da vitamina K é exercido na
modificação pós-traducional de vários fatores de
coagulação sangüínea, quando essa vitamina serve
como uma coenzima na carboxilação de certos
resíduos de ácido glutâmico presentes nessas proteínas. A vitamina K existe em diversas formas. Por
As vitaminas E consistem em oito tocoferóis de ocorrência natural, dos quais o α-tocoferol é o mais ativo. A
principal função da vitamina E é como antioxidante na
prevenção da oxidação não-enzimática de componentes
celulares (por exemplo, ácidos graxos poliinsaturados)
pelo oxigênio molecular e por radicais livres.
Exercícios de Auto-Avaliação
1. A fenilcetonúria é uma doença que resulta de um defeito na enzima fenilalanina hidroxilase, que participa
do catabolismo do aminoácido fenilalanina. A falta de hidroxilase produz o acúmulo de fenilalanina que, por
transaminação, forma ácido fenilpirúvico. Quando em excesso, o ácido fenilpirúvico provoca retardamento mental
severo. Por outro lado, o portador desse defeito enzimático pode ter uma vida normal desde que o defeito seja
diagnosticado imediatamente após o nascimento e que sua dieta seja controlada. A fenilcetonúria é tão comum
que mesmo nas latas de refrigerantes dietéticos existe o aviso:
“Este produto contém fenilalanina!”.
Qual o principal cuidado a tomar com a dieta alimentar de um portador desse defeito enzimático? Por quê?
2. O gato siamês é um animal de rara beleza, pois a pelagem de seu corpo é clara com extremidades – orelhas,
focinho, pés e cauda – pretas. A presença do pigmento que dá a cor negra a essas extremidades é o resultado
da atividade de uma enzima que fica inativada acima de 34°C. Explique por que esses animais têm a pelagem
negra nas extremidades do corpo.
3. O gene A é responsável pela produção do polipeptídeo X. Seu alelo a não produz o polipeptídeo X. Assim,
indivíduos de genótipos AA ou Aa produzem o polipeptídeo X, que está ausente nos indivíduos aa. Os dois
gráficos, I e II, referem-se à velocidade de formação de um determinado produto (VFP), em mg/hora, em dois
indivíduos da mesma espécie, quando suas temperaturas variam.
Sabendo que a velocidade de formação do produto (VFP) está relacionada à presença ou ausência do polipeptídeo X, responda:
a) Qual dos gráficos se refere a indivíduo AA ou Aa e qual se refere a indivíduo aa?
b) Pelos dados dos gráficos, qual seria a função mais provável do polipeptídeo X no processo de formação do
produto? Como você explicaria o comportamento da curva no gráfico correspondente ao indivíduo AA ou Aa?
4. Quais são os principais sinais que surgem no organismo humano como resultado da falta das seguintes
vitaminas: B1, B12‚ e K, respectivamente.
5. Dê exemplos de alimentos que possuem grande quantidade de água.
6. A vitamina A, conhecida como beta caroteno e retinol, é importante para o bom funcionamento da visão e
para a integridade da pele. Cite um alimento de origem animal e um de origem vegetal ricos nesta vitamina.
7. Qual é a vitamina cuja falta acarreta o escorbuto, avitaminose que se manifesta como sangramento nas
gengivas, queda dos dentes e rachaduras na pele?
8. Por que a vitamina D (esteróide) é importante para o crescimento?
9. Uma prática corriqueira na preparação de comida é colocar um pouco de “leite” de mamão ou suco de abacaxi
para amaciar a carne. Hoje em dia, os supermercados já vendem um amaciante de carne industrializado.
a) Explique o amaciamento da carne promovido pelo componente presente no mamão, no abacaxi ou no amaciante industrializado e compare esse processo com a digestão.
b) Se o amaciante, natural ou industrializado, for adicionado durante o cozimento, qual será o efeito sobre a
carne? Por quê?
10. É muito comum que mulheres apresentem um quadro de anemia durante a gravidez. As mulheres anêmicas queixam-se de cansaço constante, além de uma acentuada “falta de ar”. Essa condição, em geral, pode ser
tratada por meio da ingestão de sais de ferro, ou de uma dieta rica em ferro. Explique de que forma a dose extra
de ferro alivia os sintomas de falta de ar.
11. Em condições normais, nem todo o gás oxigênio transportado pelo sangue é liberado nos tecidos corporais;
um pouco dele continua retido nas moléculas de hemoglobina. No entanto, um aumento da temperatura ou uma
queda do pH faz com que a hemoglobina libere uma quantidade adicional de gás oxigênio.
a) Explique a relação entre atividade muscular e aumento de temperatura.
b) Explique a relação entre atividade muscular e queda de pH.
c) Explique de que maneira o comportamento da hemoglobina, descrito no texto, pode ser benéfico para
músculos em atividade intensa.
Atividades Complementares
Depois de ler a Unidade I, sublinhe os termos que você não conhece pesquisando sobre eles.
23
24
UNIDADE II
ENZIMOLOGIA
2.1 - Conceito
Praticamente todas as reações no corpo são mediadas por
enzimas, as quais são proteínas catalisadoras que aumentam a
velocidade das reações, sem sofrerem alterações no processo
global. Dentre as muitas reações biológicas que são energicamente possíveis, as enzimas seletivamente canalizam
reatantes (chamados substratos) para rotas úteis. As enzimas
direcionam, assim, todos os eventos metabólicos.
Os nomes de enzimas mais comumente usados têm o
sufixo “-ase” adicionado ao nome do substrato da reação
(por exemplo, glicosidase, urease, sacarase) ou à descrição da ação realizada (por exemplo, lactato-desidrogenase
e adenilato-ciclase). Algumas enzimas mantêm seu nome
trivial original, o qual não tem qualquer associação com a
reação enzimática, por exemplo, tripsina e pepsina.
As enzimas são catalisadores protéicos que aumentam a
velocidade de uma reação química e não são consumidos
durante a reação que catalisam. Alguns tipos de RNA podem atuar como enzimas, geralmente catalisando a quebra e
a síntese de ligações fosfo-diéster. Os RNAs com atividade
catalítica são chamados ribozimas e são encontrados com
muito menos freqüência que as proteínas catalisadoras.
As moléculas de enzimas contêm uma região específica
formando uma fenda que é chamada sítio ativo. O sítio ativo
contém cadeias laterais de aminoácidos, as quais criam
uma superfície tridimensional complementar ao substrato. O sítio ativo liga o substrato, formando um complexo
enzima-substrato (ES). O complexo ES é convertido em
enzima-produto (EP), o qual subseqüentemente se dissocia
em enzima e produto. As enzimas são altamente específicas, interagindo com um ou alguns poucos substratos e
catalisando apenas um tipo de reação química.
Praticamente todas as reações têm uma barreira de
energia separando os reatantes dos produtos. Essa
barreira, denominada energia livre de ativação, é a
diferença entre a energia dos reatantes e aquela de um
intermediário de alta energia, que ocorre durante a formação do produto. Por exemplo, a figura abaixo mostra
as alterações na energia durante a conversão de uma
molécula do reatante A no produto B, passando pelo
estado de transição (intermediário de alta energia).
Energia livre de ativação: O pico de energia é a
diferença na energia livre entre os reatantes e T, onde
um intermediário rico em energia é formado durante
a conversão do reatante em produto. Devido à grande
energia de ativação, as velocidades das reações químicas não-catalisadas são freqüentemente lentas.
Velocidade da reação: Para as moléculas reagirem,
devem conter energia suficiente para superar a barreira
de energia do estado de transição. Na ausência de uma
enzima, somente uma pequena proporção da população de moléculas pode possuir energia suficiente para
atingir o estado de transição entre reatante e produto. A
velocidade da reação é determinada pelo número dessas
moléculas “energizadas”. Em geral, quanto menor a
energia livre de ativação, mais moléculas têm energia
suficiente para superar o estado de transição e, assim,
mais rápida é a velocidade da reação.
Fatores que afetam a velocidade da reação
As diferentes enzimas mostram diferentes respostas
às alterações de concentração de substrato, temperatura e pH.
Concentração do substrato: A velocidade de uma
reação (v) é o número de moléculas de substrato
convertidas em produto por unidade de tempo. A
velocidade de uma reação catalisada por enzima aumenta conforme a concentração do substrato, até uma
velocidade máxima (Vmax) ser atingida.
Figura 4
Figura 5
Temperatura: A velocidade de reação aumenta com
a temperatura, até um pico de velocidade ser atingido.
Esse aumento é devido ao aumento do número de
moléculas com energia suficiente para atravessar a barreira de energia e formar os produtos da reação. Uma
elevação maior da temperatura resulta em redução na
velocidade de reação, como resultado da desnaturação
da enzima, induzida pela temperatura.
pH: Valores extremos de pH também podem levar à desnaturação da enzima, pois a estrutura da
molécula protéica cataliticamente ativa depende do
caráter iônico das cadeias laterais dos aminoácidos.
O pH no qual a atividade máxima da enzima é atingida difere para cada enzima e, geralmente, reflete
a [H+] na qual a enzima funciona no organismo.
Figura 7
Figura 6
2.2 - Regulação da Atividade Enzimática
A regulação da velocidade das reações enzimáticas é essencial para o organismo coordenar seus
numerosos processos metabólicos. As velocidades
da maioria das enzimas respondem a mudanças na
concentração dos substratos, pois, o nível intracelular
de muitos dos substratos se encontra na faixa do KM
(constante de Michaelis). Dessa forma, um aumento
na concentração do substrato é refletido no aumento
da velocidade de reação, o que tende a fazer a concentração do substrato retornar ao valor normal. Além
disso, algumas enzimas com funções reguladoras
especializadas respondem a efetores alostéricos ou a
modificações covalentes, ou ainda, possuem a velocidade de sua síntese alterada quando as condições
fisiológicas são alteradas.
Sítios alostéricos de ligação: As enzimas alostéricas
são reguladas por moléculas chamadas efetores (também chamados de modificadores ou moduladores), os
quais ligam-se de forma não-covalente a outro sítio
que não o sítio catalítico.
Regulação de enzimas por modificação covalente:
Muitas enzimas podem ser reguladas pela adição ou
pela remoção de grupos fosfato de resíduos específicos.
A fosforilação de proteínas é reconhecida como uma
das principais formas pelas quais os processos celulares
são regulados.
Indução a repressão da síntese de enzimas: Os mecanismos reguladores descritos previamente modificam
a atividade de moléculas enzimáticas existentes. Entretanto, as células também podem regular a quantidade de
enzima presente – em geral alterando a velocidade da
síntese da enzima. O aumento (indução) ou a diminuição
(repressão) da síntese da enzima leva a uma alteração nas
população total de sítios ativos (nesse caso, a eficiência
das moléculas existentes na enzima não é afetada).
2.3 - Cinética Enzimática
Michaelis e Menten propuseram um modelo simples, que explica a maioria das características das
reações catalisadas por enzimas. Nesse modelo, a
enzima combina-se reversivelmente com o substrato,
formando um complexo ES que, subseqüentemente,
degrada-se em produto, regenerando a enzima livre.
O modelo, envolvendo uma molécula de substrato, é
representado a seguir:
E
+
S
K1
↔ ES
K-1
K2
→
E + P
onde S é o substrato
E é a enzima
ES é o complexo enzima-substrato
K1, K - 1 e K2 são as constantes de velocidade
Equação de Michaelis-Menten
A equação de Michaelis-Menten descreve como a velocidade da reação varia com a concentração do substrato:
VO = VMAX [S]
Km + [S]
25
26
Onde VO = velocidade inicial de reação
VMAX = velocidade máxima
KM = constante de Michaelis = (K- 1 + K2 )/ K 1
[S] = concentração de substrato
Ao derivar-se a equação de velocidade de MichaelisMenten, são feitas as considerações a seguir.
1. Concentrações relativas de E e S: A concentração
de substrato ([S]) é muito maior do que a concentração
da enzima ([E]), de modo que a porcentagem de substrato ligado à enzima em qualquer tempo é pequena.
a. Km baixo – Um Km numericamente pequeno
reflete uma alta afinidade da enzima pelo substrato,
pois uma baixa concentração de substrato é necessária para atingir a metade da saturação da enzima
– isto é, atingir a velocidade que é ½ Vmax (figura
ao lado).
b. Km alto – Um Km numericamente grande (elevado) reflete uma baixa afinidade da enzima pelo
substrato, pois é necessária uma alta concentração
de substrato para atingir a metade da saturação da
enzima.
2. Hipótese do estado de equilíbrio: A [ES] não varia com
o tempo hipótese do estado de equilíbrio), isto é, a velocidade
de formação de ES é igual àquela da degradação de ES (para
E + S e para E + P). Em geral, um intermediário em uma série
de reações é dito estar em estado de equilíbrio quando sua velocidade de síntese é igual a sua velocidade de degradação.
3. Velocidade inicial: Somente as velocidades iniciais da
reação (VO) são utilizadas na análise das reações enzimáticas.
Isso significa que a velocidade de reação é medida assim que
a enzima e o substrato são misturados. Nesse momento, a
concentração de produto é muito pequena e, assim sendo, a
velocidade de reação inversa de P para S pode ser ignorada.
Figura 9
2. Relação entre a velocidade e a concentração
da enzima – a velocidade da reação é diretamente
proporcional à concentração da enzima em qualquer concentração de substrato. Por exemplo, se
a concentração da enzima é reduzida pela metade,
a velocidade inicial da reação (V O), assim como
V max, são reduzidas à metade da velocidade original.
Figura 8
Conclusões importantes sobre a cinética de Michaelis-Menten
1. Características do KM. KM - a constante de Michaelis – é característico de uma enzima e de determinado
substrato seu, e reflete a afinidade da enzima para aquele
substrato. O KM é numericamente igual à concentração do
substrato na qual a velocidade da reação é igual a ½ VMAX..
O KM não varia com a concentração da enzima.
3. Ordem de reação – quando a [S] é muito menor
que o Km, a velocidade da reação é aproximadamente proporcional à concentração do substrato. A velocidade da reação é então dita de primeira ordem com
relação ao substrato. Quando a [S] é muito maior do
que o Km, a velocidade é constante e igual à VMAX.
A velocidade da reação, nesse caso, é independente
da concentração de substrato e é dita de ordem zero
em relação à concentração de substrato.
Exercícios de Auto-Avaliação
1. As estatinas, por seu grande êxito na prevenção da doença coronariana, estão entre os medicamentos mais
prescritos no mundo. Essas substâncias atuam sobre a enzima que regula a síntese de colesterol pelo fígado,
denominada, simplificadamente, de HMG-CoA redutase.
Para testar a eficiência de vários derivados de estatinas, utilizou-se uma preparação de HMG-CoA redutase
isolada de tecido hepático. A velocidade de reação dessa preparação enzimática foi medida em função de concentrações crescentes de seu substrato HMG-CoA, na ausência e na presença de uma concentração fixa de três
derivados de estatina. Nesses experimentos, o pH, a temperatura, a concentração da enzima e a concentração
dos co-fatores necessários foram sempre mantidos constantes. O gráfico a seguir representa os resultados encontrados; a curva 1 foi obtida na ausência de estatinas.
a) Nomeie o tipo de mecanismo de ação das estatinas sobre a enzima HMG-CoA redutase hepática e justifique
sua resposta.
b) Aponte uma substância sintetizada a partir do colesterol em nosso organismo, não caracterizada como
hormônio, e sua respectiva função.
2. A glicoquinase e a hexoquinase são duas enzimas que reagem com o mesmo substrato, a glicose. Ambas
são enzimas intracelulares que fosforilam a glicose formando glicose 6-fosfato (G6P). Dependendo da enzima
produtora, a G6P pode ou ser degradada na via da glicólise para gerar energia ou então ser usada para síntese
de glicogênio.
A glicólise ocorre nos tecidos em geral e a síntese de glicogênio ocorre principalmente no fígado. A síntese
do glicogênio somente acontece quando existe excesso de glicose no sangue. Essa é uma forma de armazenar
esse açúcar.
Observe a figura a seguir, que apresenta as velocidades de reação dessas duas enzimas em função da concentração da glicose. Níveis normais de glicose no sangue estão ao redor de 4mM.
Qual das duas enzimas gera G6P para síntese de glicogênio hepático? Justifique sua resposta.
Atividades Complementares
Depois de ler a Unidade II, sublinhe os termos que você não conhece pesquisando sobre eles.
27
28
UNIDADE III
ENERGÉTICA BIOQUÍMICA
3.1 - Princípios de Termodinâmica
A bioenergética descreve a transferência e a utilização
da energia em sistemas biológicos. Ela utiliza algumas
idéias básicas da termodinâmica, em especial o conceito de energia livre. Mudanças na energia livre (ΔG)
fornecem uma medida da possibilidade, em termos
energéticos, de que uma reação química ocorra e nos
permitem, portanto, prever se uma reação ou processo
pode acontecer.
O sinal de ΔG prediz o sentido da reação
A variação na energia livre, ΔG, pode ser utilizada
para predizer o sentido de uma reação em condições de
pressão e temperatura constantes. Considere a reação:
A ↔ B.
1. ΔG negativo. Se ΔG é um valor negativo, há uma
perda líquida de energia, e a reação anda espontaneamente no sentido em que está escrita, ou seja, A é
convertido em B. A reação é dita exergônica.
2. ΔG positivo. Se ΔG é um valor positivo, há ganho
líquido de energia e a reação não anda espontaneamente
de B para A. A reação é dita endergônica, e alguma
energia deve ser adicionada ao sistema para fazer com
que a reação ande de A para B.
3. ΔG igual a zero. Se ΔG = 0, os reatantes estão
em equilíbrio (quando uma reação ocorre espontaneamente – ou seja, alguma energia livre está sendo
perdida – a reação então continua, até que ΔG atinja
o zero e o equilíbrio seja estabelecido).
ΔG de reações no sentido direto e inverso
A energia livre de uma reação (A´B) no sentido
direto (aquele em que está escrita) é de igual magnitude, mas de sinal oposto àquela da reação no sentido
inverso (B´A). Por exemplo, se o ΔG da reação no
sentido direto é -5.000 cal/mol, então o ΔG da reação
no sentido inverso é +5.000 cal/mol.
3.2 - Papel de Aceptores de Energia
ATP como um Carregador de Energia
Reações ou processos que apresentam ΔG muito
maior que zero, como íons movendo-se contra um
gradiente de concentração através de uma membrana celular, podem ocorrer pelo acoplamento do
movimento endergônico dos íons com um segundo
processo espontâneo que apresente um ΔG bastante
negativo, como a hidrólise de trifosfato de adenosina
(ATP). A figura abaixo mostra um modelo mecânico
de acoplamento de energia. Uma engrenagem à qual
está amarrado um peso gira espontaneamente no
sentido de alcançar o estado de menor energia, nesse
caso com o peso na posição mais baixa (figura A).
O movimento contrário (figura B) é energeticamente
desfavorecido e não ocorre espontaneamente. A figura
C mostra que o movimento energeticamente favorável
de uma engrenagem pode ser utilizado para girar uma
segunda engrenagem em um sentido para o qual ela
não giraria espontaneamente. O exemplo mais simples
de acoplamento energético em reações biológicas
ocorre quando as reações que requerem energia e
as reações que produzem energia compartilham um
intermediário comum.
Figura 10
O ATP consiste em uma molécula de adenosina
(adenina + ribose) à qual estão ligados três grupos de
fosfato. Se um fosfato for removido, será produzido o
difosfato de adenosina (ADP); se dois fosfatos forem
removidos, teremos como resultado monofosfato de
adenosina (AMP). A energia livre padrão para a hidrólise do ATP, ΔG0, é aproximadamente -7.300 cal/mol
para cada um dos dois grupos fosfato terminais. Em
função desse ΔG0 grande e negativo, o ATP é denominado um composto fosfatado de alta energia.
29
30
UNIDADE IV
METABOLISMO DE CARBOIDRATOS
4.1 - Estrutura Geral
Os carboidratos são as moléculas orgânicas mais
abundantes na natureza. Eles possuem uma grande
variedade de funções, as quais incluem o fornecimento de uma fração significativa da energia na
dieta da maioria dos organismos e a atuação como
uma forma de armazenamento de energia no corpo e
como componentes da membrana celular, mediando
algumas formas de comunicação intracelular. Os
carboidratos também servem como componentes
estruturais de muitos organismos, incluindo a parede celular de bactérias, o exoesqueleto de muitos
insetos e as fibras de celulose das plantas. A fórmula
empírica para muitos dos carboidratos mais simples
é (CH2O)n, daí o nome “hidratos de carbono”.
raldeído é uma aldose, enquanto a diidroxiacetona é
uma cetose. Os carboidratos que apresentam um grupo
carbonila livre recebem o sufixo “-ose”. (As cetoses [com
algumas exceções, como a frutose] recebem duas letras
adicionais no seu sufixo; “-ulose”, como xilulose). Os
monossacarídeos podem ligar-se por ligações glicosídicas, criando estruturas maiores. Os dissacarídeos contêm
duas unidades de monossacarídeos, os oligossacarídeos
contêm cerca de 3 a 12 unidades de monossacarídeos e
os polissacarídeos contêm mais de 12 unidades de monossacarídeos, podendo chegar a centenas de unidades
de açucares em sua estrutura.
A
Os monossacarídeos (açucares simples) podem ser
classificados de acordo com o número de átomos de
carbono que contêm. Exemplos de alguns monossacarídeos comumente encontrados em humanos estão
listados na figura A. Os carboidratos com um aldeído
como seu grupo funcional mais oxidado são denominados aldoses, enquanto aqueles com um grupo
cetona como seu grupo funcional mais oxidado são
chamados cetoses (figura B). Por exemplo, o glice-
B
Figura 11
4.2 - Respiração Celular e Fermentação
Respiração Aeróbica
O metabolismo oxidativo nas mitocôndrias é alimentado não só pelo piruvato produzido a partir da glicólise
de açúcares no citosol, mas também a partir de ácidos graxos.
31
Figura 12
O piruvato e os ácidos graxos são seletivamente
transportados do citosol para a matriz mitocondrial
onde são quebrados a grupamentos acetílicos de dois
carbonos da acetil coenzima A (acetil CoA); o grupamento acetílico é então introduzido no ciclo do ácido
cítrico para futura degradação, e o processo termina
com a passagem dos elétrons de alta energia derivados
do acetil para a cadeia respiratória.
Para assegurar um suprimento contínuo de combustível para o metabolismo oxidativo, as células animais
armazenam ácidos graxos, na forma de gorduras, e
glicose, na forma de glicogênio.
O glicogênio é um polímero de glicose grande e
ramificado contido em grânulos no citoplasma; a sua
síntese e degradação são altamente reguladas de acordo
com a necessidade. Quando tal necessidade aumenta,
as células degradam o glicogênio para liberar glicose
1-fosfato, a qual é então submetida à glicólise.
As reações de glicólise convertem a molécula de
glicose de seis carbonos (e açúcares relacionados) a
duas moléculas de piruvato de três carbonos.
Figura 13
O piruvato é transportado do citoplasma para a
matriz mitocondrial, onde ele encontra um complexo multienzimático gigante, o complexo piruvato
desidrogenase. Este complexo – que contém múltiplas cópias de três enzimas, cinco coenzimas e
duas proteínas regulatórias – rapidamente converte
o piruvato em acetil CoA, liberando CO 2 como
produto lateral.
O ciclo do ácido cítrico responde por cerca de dois
terços da oxidação total dos compostos de carbono
da maioria das células, e os seus produtos finais
são CO2 e elétrons de alta energia, os quais passam
via NADH e FADH2, para a cadeia respiratória. O
CO2 é liberado pelas células como produto residual
desprezível, enquanto os elétrons de alta energia são
movidos ao longo da cadeia respiratória e finalmente
combinados com o O2 para produzir H2O.
32
O ciclo do ácido cítrico se inicia quando a acetil CoA,
formada a partir de ácidos graxos ou piruvato, reage
com o composto de quatro carbonos oxalacetato para
produzir o ácido cítrico de seis carbonos, de onde o
nome do ciclo é derivado. A seguir, como resultado
de sete reações seqüenciais mediadas por enzimas,
dois átomos de carbono são removidos na forma de
CO2 e o oxalacetato é regenerado. Cada volta do ciclo
produz duas moléculas de CO2 a partir dos dois átomos
de carbono que entraram nos ciclos prévios. Porém, o
resultado líquido, no que concerne o grupamento acetílico da acetil CoA, é CH3COOH (como acetil CoA)
+ 2H2O + 3NAD+ + FAD ligado à proteína → 2CO2
+ 3H+ + 3NADH + FADH2 ligado à proteína.
Figura 14
A mais importante contribuição do ciclo do ácido
cítrico para o metabolismo é a extração de elétrons
de alta energia durante a oxidação dos dois átomos
de carbono do acetil para o CO2. Estes elétrons, transitoriamente sustentados pelo NADH e pelo FADH2,
são rapidamente transferidos à cadeia respiratória na
membrana mitocondrial interna.
Embora o ciclo do ácido cítrico seja parte do metabolismo aeróbico, nenhuma das reações que levam à
produção de NADH e FADH2 faz uso direto do oxigênio
molecular; somente nas reações catabólicas finais, que
ocorrem na membrana mitocondrial interna, é que o
oxigênio é consumido diretamente. Nos estágios iniciais
da oxidação, aproximadamente toda a energia disponível
pela queima de carboidratos, gorduras e outros produtos
alimentares é primeiramente salva na forma de elétrons
de alta energia removidos dos substratos por NAD+ e
FAD. Estes elétrons, carregados por NADH e FADH2,
são então combinados com o oxigênio molecular através
da cadeia respiratória. Devido ao fato da grande quantidade de energia liberada ser empregada pelas enzimas
da membrana interna para a conversão de ADP + Pi o
termo fosforilação oxidativa é usado para descrever esta
última série de reações.
De acordo com a hipótese quimiosmótica, os intermediários químicos de alta energia são substituídos por
uma ligação entre os processos químicos (“quimi”) e os
processos de transporte (“osmótico”- do grego osmos,
empurrar) por isso, acoplamento quimiosmótico. À
medida que os elétrons de alta energia, derivados dos
hidrogênios de NADH e FADH2, são transportados
pela cadeia respiratória na membrana mitocondrial
interna, a energia liberada pelas suas passagens de uma
molécula carreadora para a próxima é utilizada para
bombear prótons (H+) da matriz mitocondrial para o
espaço intermembranas, através da membrana interna.
Isto gera um gradiente eletroquímico de prótons através
da membrana mitocondrial interna, e o refluxo de H+
a favor desse gradiente é, por sua vez, utilizado para
dirigir a enzima ATP sintase ligada à membrana, a qual
catalisa a conversão de ADP +Pi em ATP, completando
o processo de fosforilação oxidativa.
Figura 15
A reação energeticamente favorável H2 + ½ O2 →
H2O é realizada em várias pequenas etapas, de tal
forma que grande parte da energia liberada pode ser
convertida em uma forma estocável de energia, ao invés de ser perdida para o meio ambiente como calor.
O processo de transporte de elétrons inicia quando
o íon hidreto é removido do NADH, para regenerar
NAD+, e é convertido em um próton e dois elétrons
(H: -→ H+ + 2e-).
Os dois elétrons são passados para o primeiro de uma
série de mais de 15 carreadores de elétrons diferentes
da cadeia respiratória. Os elétrons iniciam com energias muito altas e gradativamente as perdem, à medida
que fluem ao longo da cadeia. Na sua maior parte, os
elétrons passam de um átomo metal para outro, sendo
que cada átomo encontra-se fortemente ligado a uma
molécula protéica que altera a afinidade eletrônica do
átomo de metal.
É importante salientar que as várias proteínas envolvidas estão agrupadas em três grandes complexos
enzimáticos respiratórios. Cada complexo da cadeia
tem uma afinidade maior para elétrons do que o seu
predecessor, e os elétrons fluem seqüencialmente de
um complexo para o outro até que sejam finalmente
transferidos para o oxigênio, o qual tem, entre os
componentes da cadeia, a mais alta afinidade pelos
elétrons.
A fosforilação oxidativa só é viável graças à íntima
associação entre os carreadores de elétrons e moléculas
protéicas. As proteínas guiam os elétrons através da
cadeia respiratória, de tal forma que estes se movem
seqüencialmente de um complexo enzimático para
outro.
À medida que um elétron de alta energia passa ao
longo da cadeia transportadora de elétrons, parte
da energia liberada é utilizada para direcionar três
complexos enzimáticos respiratórios que bombeiam
H+ para fora da matriz mitocondrial. O resultante gradiente eletroquímico de prótons, através da membrana
interna, dirige H+ de volta através da ATP sintase, um
complexo protéico transmembrana que utiliza a energia
do fluxo de H+ para sintetizar ATP a partir de ADP e
Pi na matriz.
Devido ao fato do oxigênio ter grande afinidade
por elétrons, uma grande quantidade de energia livre
é liberada quando ele é reduzido para formar água.
Portanto, a evolução da respiração celular, onde o O2
é convertido em água, permitiu aos organismos pro-
33
34
cessar muito mais energia do que poderia ser obtida
pelo metabolismo anaeróbico.
Fermentação
é acumulado na glicólise anaeróbica de mamíferos)
e os ácidos fórmico, acético, propiônico, butírico e
succínico. Duas rotas de fermentação presentes em
bactérias de hoje estão ilustradas abaixo.
No processo de fermentação, o ATP é fabricado
por um evento de fosforilação que utiliza energia
liberada quando uma molécula orgânica rica em
hidrogênios, tal como a glicose, é parcialmente
oxidada. Sem o O2 para servir como aceptor final de
elétrons, os elétrons perdidos pela molécula orgânica oxidada devem ser transferidos (via NADH ou
NADPH) para uma molécula orgânica diferente (ou
para uma porção diferente da mesma molécula), a
qual, conseqüentemente, se torna mais reduzida. Ao
final do processo de fermentação, uma (ou mais) das
moléculas orgânicas produzidas é excretada no meio
como produto final do metabolismo; outras, tal como
o piruvato, são retidas na célula para biossíntese.
Os produtos finais excretados são diferentes para
cada organismo, mas tendem a ser ácidos orgânicos
(compostos de carbono que contêm um grupamento
COOH). Em células bacterianas, entre os mais importantes desses produtos estão o ácido lático (que também
Figura 16
4.3 - Fotossíntese
As muitas reações que ocorrem durante a fotossíntese
podem ser agrupadas em duas grandes categorias. Nas
reações fotossintetizantes de transferência de elétrons
(também chamadas de reações da “fase clara” ou da “fase
luminosa”), a energia derivada da luz solar energiza um
elétron da clorofila, capacitando-o a se mover através de
uma cadeia transportadora de elétrons da membrana tilacóide de uma maneira muito semelhante ao movimento
de elétrons na cadeia respiratória das mitocôndrias. A
clorofila obtém os seus elétrons da água com a liberação
de O2. Durante o processo de transporte de elétrons, H+
é bombeado através da membrana tilacóide e a força
próton-motriz resultante direciona a síntese de ATP
no estroma. Como fase final desta série de reações, os
elétrons de alta energia são carregados (juntamente com
H+) no NADP+, convertendo-o em NADPH. Todas estas
reações estão confinadas ao cloroplasto. Nas reações de
fixação do carbono (também chamadas de reações da fase
escura), o ATP e o NADPH produzidos pelas reações fotossintetizantes de transferência de elétrons servem como
fonte de energia e como força redutora, respectivamente,
para dirigir a conversão de CO2 em carboidratos. As
reações de fixação do carbono, que iniciam no estroma
cloroplástico e continuam no citosol, produzem sacarose
nas folhas do vegetal; deste local, o açúcar é exportado
para outros tecidos como fonte da moléculas orgânicas e
energia para o crescimento.
Figura 17
Complexos multiprotéicos, chamados de fotossistemas, catalisam a conversão da energia luminosa capturada em moléculas excitadas de clorofila em formas
de energia utilizável.
O complexo da antena é importante para a captação da
luz. Nos cloroplastos, ele consiste de um aglomerado
de várias centenas de moléculas de clorofila unidas
por proteínas que as sustentam firmemente sobre a
membrana tilacóide.
Fase Clara
A fotossíntese em plantas e cianobactérias produz
ATP e NADPH diretamente por um processo de duas
etapas, chamado fotofosforilação acíclica. Como dois
fotossistemas em série são utilizados para energizar
um elétron, o elétron pode ser transferido por todo
o caminho entre a água e o NADPH. Na medida em
que os elétrons de alta energia passam através dos
fotossistemas, acoplados para gerar NADPH, parte
da sua energia é desviada para a síntese de ATP.
No primeiro dos dois fotossistemas – chamado de fotossistemas II por razões históricas –, os oxigênios de duas
moléculas de água ligam-se a um agrupamento de átomos
de manganês de uma enzima pouco conhecida, capaz de
romper a molécula de água, o que permite que os elétrons
sejam removidos um de cada vez para preencher os espaços
criados pela luz nas moléculas de clorofila do centro de
reação. Logo que os quatro elétrons das duas moléculas de
água tenham sido removidos (o que requer quatro quanta de
energia luminosa), O2 é liberado; o fotossistema II, portanto,
catalisa a reação 2H2O + 4 prótons → 4H+ + 4e- + O2.
Figura 18
As quinonas passam os seus elétrons a uma bomba de
H+ chamada complexo b6-ƒ. O complexo b6-f bombeia
H+ para o espaço tilacóide, através da membrana tilacóide (ou para o citosol, através da membrana plasmática
em cianobactérias), e o gradiente eletroquímico resultante dirige a síntese de ATP pela ATP sintase. O aceptor
final de elétrons, nesta cadeia transportadora de elétrons,
é o segundo fotossistema (fotossistema Ι), que aceita
um elétron no espaço criado pela luz em uma molécula
de clorofila do seu centro de reação. Cada elétron que
entra no fotossistema I é excitado em um nível muito
alto de energia, o que permite que este seja transferido
para o centro de ferro-enxofre da ferredoxina e, então, ao
NADP+ para gerar NADPH; esta última etapa envolve
a captura de um H+ do meio.
Para produzir ATP extra, os cloroplastos de algumas
espécies vegetais podem converter o fotossistema I
para um modo cíclico, de forma que produza ATP, ao
invés de NADPH. Neste processo, chamado de fotofosforilação cíclica, os elétrons de alta energia do fotossistema I são transferidos de volta para o complexo b6-f,
ao invés de seguirem o seu caminho para o NADP+, e
o elétron é então reciclado para o fotossistema I com
uma baixa energia. O único resultado líquido, além
da conversão de parte da energia luminosa em calor,
é que H+ é bombeado através da membrana tilacóide
pelo complexo b6-f para aumentar, assim, o gradiente
eletroquímico de prótons que propulsiona a síntese
de ATP.
Em resumo, a fotofosforilação cíclica envolve somente o fotossistema I e produz ATP sem formação de
NADPH ou O2. Portanto, as atividades relativas dos
fluxos cíclico e acíclico de elétrons podem determinar
quanto de energia luminosa é convertida em força
redutora (NADPH) e quanto é convertida nas altas
energias das ligações de fosfato (ATP).
35
36
Fase Escura
Na reação central de fixação do carbono, na qual um
átomo de carbono inorgânico é convertido em carbono
orgânico, o CO2 da atmosfera combina-se com o composto ribulose 1,5- bifosfato de cinco carbonos mais
água para resultar em duas moléculas do composto
3- fosfoglicerato de três carbonos. Esta reação de “fixação do carbono”, descoberta em 1948, é catalisada
no estroma cloroplástico por uma grande enzima de
ribulose bifosfato carboxilase.
Porém, para produzir um suprimento suficiente de
ribulose 1,5- bifosfato, é necessário uma série de reações que consomem grandes quantidades de NADPH
e ATP. Três moléculas de CO2 são fixadas pela ribulose
bifosfato carboxilase para produzir 6 moléculas de 3fosfoglicerato (contendo 6x3=18 átomos de carbono no
total: 3 do CO2 e 15 da ribulose 1,5- bifosfato). Os 18
átomos de carbono, então, sofrem um ciclo de reações
que regeneram as 3 moléculas de ribulose 1,5 bifosfato
utilizadas na etapa inicial de fixação do carbono (3x5 =
15 átomos de carbono).
Isso deixa uma molécula de gliceraldeído 3- fosfato
(3 átomos de carbono) como ganho líquido. Neste ciclo
de fixação do carbono (ou ciclo de Calvin-Benson),
três moléculas de ATP e duas moléculas de NADPH
são consumidas para cada molécula de CO2 contida em
carboidrato. A reação simplificada é:
3CO2 + 9ATP + 6NADPH + água → gliceraldeído
3-fosfato + 8Pi + 9ADP + 6NADP+
O gliceraldeído 3-fosfato produzido nos cloroplastos
pelo ciclo de fixação do carbono é um açúcar de três
carbonos que serve como intermediário central na
glicólise. Grande parte dele é exportado para o citosol,
onde pode ser convertido em frutose 6-fosfato e glicose
1-fosfato, pela inversão de várias reações da glicose.
A glicose 1-fosfato é então convertida no nucleotídeoaçúcar UDP- glicose, e este combina-se com a glicose
6-fosfato para formar sacarose-fosfato, o precursor
imediato do dissacarídeo sacarose. A sacarose é a
principal forma de transportar açúcar entre as células
vegetais; assim como a glicose é transportada no sangue dos animais, fornecendo o carboidrato necessário
pelo resto do vegetal.
A maior parte do gliceraldeído 3-fosfato que permanece no cloroplasto é convertido em amido no estroma.
Assim como o glicogênio em células animais, o amido
é um grande polímero de glicose que serve como carboidrato de reserva. À noite, o amido é quebrado para
auxiliar no suprimento das necessidades metabólicas
do vegetal.
Figura 19
4.4 - Shunt das Pentoses
37
A via das pentoses-fosfato ocorre no citosol da
célula. Nenhum ATP é consumido ou produzido
diretamente no ciclo. O carbono 1 da lactose-6-fosfato é liberado na forma de CO2, e dois NADPHS são
produzidos para cada molécula de glicose-6-fosfato
que entra na parte oxidante da via. A velocidade e o
sentido das reações reversíveis da via são determinados pela oferta e demanda de intermediários do ciclo.
A via proporciona a maior quantidade de NADPH
do organismo, sendo que esse nucleotídio tem como
função agir como redutor bioquímico. A via produz
também a ribose-5-fosfato, necessária para a biossíntese de nucleotídeos, e proporciona um mecanismo
para o uso metabólico de açúcares de 5 carbonos,
obtidos da dieta ou da degradação de carboidratos
estruturais do organismo.
A coenzima NADP+ difere da coenzima NAD+ apenas
pela presença de um grupo fosfato (- PO2-4) em uma das
unidades da ribose. Essa mudança aparentemente pequena
permite que o NADP+ interaja com as enzimas específicas
para NADP+, que cumprem papéis únicos na célula.
O NADPH pode ser considerado uma molécula de
alta energia, da mesma forma que o NADH. Contudo,
os elétrons do NADPH são destinados à biossíntese
redutora, em vez da transferência para o oxigênio,
como é o caso dos elétrons do NADH.
Figura 20
O peróxido de hidrogênio é um membro da família
das espécies reativas de oxigênio, formado a partir
da redução parcial do oxigênio molecular. Esses
compostos são formados continuadamente como
subprodutos do metabolismo aeróbico, por meio de
reações com drogas e toxinas do ambiente e quando o
nível de antioxidantes é reduzido, situações que criam
condições para o estresse oxidativo. Os intermediários
altamente reativos de oxigênio podem causar danos
químicos graves ao DNA, às proteínas e aos lipídios
insaturados, podendo levar à morte celular. Essas
espécies reativas de oxigênio tem sido implicadas
em uma série de processos patológicos, entre os quais
câncer, doenças inflamatórias e envelhecimento. A
célula possui diversos mecanismos protetores, que
minimizam o potencial tóxico desses compostos.
Deficiência da Glicose-6-fosfato-desidrogenase
Figura 21
38
A deficiência da glicose-6-p-desidrogenase (G6PD) é uma
doença hereditária que se caracteriza por anemia hemolítica,
causada pela incapacidade de destoxificar agentes oxidantes.
A deficiência na G6PD é a mais comum anormalidade enzimática que produz doenças em seres humanos, afetando mais
de 200 milhões de indivíduos no mundo inteiro. A sua mais
alta incidência está no Oriente Médio, na África tropical e na
Ásia, além de partes do mediterrânio. A deficiência de G6PD
é ligada ao cromossomo X. A vida de muitos indivíduos com
deficiência de G6PD é, de certo modo, reduzida por complicações resultantes da hemolise crônica. Esse efeito negativo
da deficiência de G6PD foi contrabalançado, ao longo da
evolução, por uma vantagem na sobrevivência – uma maior
resistência à malária falcípara, apresentada por mulheres
portadoras da mutação (o traço falciforme e a β-talassemia
menor também conferem resistência).
A diminuição da G6PD prejudica a capacidade
da célula de formar NADPH. Isso resulta em uma
queda na destoxificação celular de radicais livres
e peróxidos, formados no interior da célula. A
oxidação leva à desnaturação de proteínas, que
formam massas insolúveis (chamadas de corpos
de HEINZ) que se associam às membranas do
eritrócito. A oxidação adicional das proteínas das
membranas faz com que os eritrócitos se tornem
rígidos e não deformáveis, sendo removidos da
circulação por macrófagos no baço e no fígado.
Embora a deficiência da G6PD ocorra em todas
as células do indivíduo afetado, ela é mais grave
nos eritrócitos, onde a via das pentoses-fosfato
corresponde a única forma de gerar NADPH.
Outros tecidos têm fontes alternativas para a produção de NADPH. Os eritrócitos não tem núcleo
ou ribossomos e não pode renovar seu suprimento
da enzima, sendo assim os eritrócitos são especialmente vulneráveis a variantes da enzima com
estabilidade reduzida.
4.5 - Glicogenólise e Glicogênese
A glicose é fonte preferencial de energia para o encéfalo
e fornece energia necessária para células com poucas ou
nenhuma mitocôndria, como os eritrócitos maduros, ela
também é essencial como fonte de energia para o músculo em exercício. A glicose sangüínea pode ser obtida de
três fontes principais: dieta, degradação do glicogênio e
Gliconeogênese. A ingestão da glicose e de seus precursores é esporádica e, dependendo do tipo de alimentação,
nem sempre representa uma fonte segura de glicose para
o sangue. Em contraste, a gliconeogênese pode fornecer
uma síntese sustentada de glicose, mas é um tanto lenta
para responder a uma redução no nível sangüíneo dessa
substância. Sendo assim, o corpo desenvolveu mecanismos
para armazenar um suprimento de glicose em uma forma
rapidamente mobilizável, o glicogênio. Na ausência de uma
fonte de glicose na alimentação, esse composto é rapidamente liberado a partir do glicogênio hepático e renal.
Os principais estoques de glicogênio no corpo se encontram nos músculos esqueléticos e no fígado, embora
a maioria das outras células armazena pequenas quantidades para uso próprio. A função do glicogênio muscular é
servir como reserva de combustível para a síntese de ATP
durante a contração muscular. A função do glicogênio
hepático é manter a concentração de glicose sangüínea,
especialmente durante o início do jejum.
Síntese de Glicogênio (Glicogênese ou Glicogenogênese)
O glicogênio é sintetizado a partir das moléculas de
α–D–glicose. O processo ocorre no citosol e requer
energia fornecida pelo ATP (para a fosforilação da
glicose) e trifosfato de uridina (UTP).
Degradação do Glicogênio (Glicogenólise)
A via de degradação, que mobiliza o glicogênio
armazenado no fígado e no músculo esquelético, não
é o inverso das reações de síntese. Em vez disso, um
conjunto de enzimas citosólicas diferentes é necessário. Os passos para a degradação do glicogênio são:
encurtamento de cadeias, remoção das ramificações,
conversão de glicose-1-fosfato em glicose-6-fosfato
e degradação lisossômica do glicogênio.
Regulação da Síntese e da Degradação do
Glicogênio
A síntese e a degradação do glicogênio são firmemente reguladas. No fígado, a síntese do glicogênio
é acelerada quando o corpo está bem alimentado,
enquanto a degradação do glicogênio é acelerada
em períodos de jejum. No músculo esquelético, a
degradação do glicogênio ocorre durante o exercício e a síntese começa assim que o músculo entra
novamente em descanso. A regulação da síntese e
da degradação do glicogênio ocorre em dois níveis.
Em primeiro lugar, a glicogênio-síntase e a glicogênio-fosforilase são controladas alostericamente.
Em segundo, as vias de síntese e de degradação do
glicogênio são reguladas hormonalmente.
4.6 - Gliconeogênese
Alguns tecidos como o encéfalo, os eritrócitos, a
medula renal, o cristalino e a córnea, os testículos e
o músculo em exercício, requerem um suprimento
contínuo de glicose como combustível metabólico. O
glicogênio hepático pode satisfazer essas necessidades
por apenas 10 a 18 horas na ausência de ingestão de
carboidratos. Durante um jejum prolongado os depósitos de glicogênio hepático são depletados. E a glicose
é formada a partir de precursores como o lactato, o
piruvato, o glicerol e os α-cetoácidos (catabolismo de
aminoácidos). Durante um jejum de uma noite, cerca
de 90% da gliconeogênese ocorre no fígado, com os
rins fornecendo 10% das moléculas de glicose recémsintetizadas. Durante o jejum prolongado, no entanto,
os rins contribuem com aproximadamente 40% da
produção total de glicose.
Substratos para a gliconeogênese são moléculas que
podem ser usadas na produção líquida de glicose. Incluem todos os intermediários da glicólise e do ciclo
39
do ácido cítrico, glicerol, lactato e α-cetoácidos, são
os mais importantes precursores gliconeogênicos.
O glicerol é liberado durante a hidrólise de triacilgliceróis, no tecido adiposo, e é levado ao fígado pelo
sangue. O glicerol é fosforilado pela glicerol-cinase,
resultando em glicerol-fosfato, que é oxidado pela
glicerol-fosfato-desidrogenase, produzindo diidroxiacetona-fosfato, um intermediário da glicólise (os
adipócitos não podem fosforilar o glicerol, pois não
apresentam a glicerol-cinase).
O lactato é liberado no sangue pelo músculo esquelético em exercício e pelas células que não possuem
mitocondrias, como os eritrócitos. Esse lactato é
captado pelo fígado e reconvertido em glicose, que é
liberada de volta para a circulação.
Os aminoácidos obtidos pela hidrólise de proteínas
teciduais são fontes de glicose no jejum.
Exercícios de Auto-Avaliação
1. Algumas etapas metabólicas encontradas na citoplasma das células hepáticas de mamíferos.
Cite as duas etapas, dentre as representadas, que são estimuladas pela ação da insulina.
2. O esquema abaixo representa um processo bioquímico utilizado na fabricação de pães, vinhos, cervejas e
outros produtos de grande importância para o ser humano.
a) Que processo bioquímico está representado no esquema?
b) Qual o papel desse processo no funcionamento das células que são capazes de realizá-lo?
c) Em células musculares é responsável a ocorrência desse processo bioquímico? Explique.
3. Existem seres vivos, ou mesmo células de um organismo, que são chamados de anaeróbicos facultativos.
Estes respiram aerobicamente enquanto há oxigênio disponível. No entanto, se o oxigênio faltar, esses seres ou
essas células podem degradar a glicose anaerobicamente, realizando a fermentação. Pergunta-se:
a) Na fermentação, o consumo de glicose é maior ou menor do que o usado no processo aeróbico?
b) Justifique sua resposta.
40
4. Os açúcares complexos, resultantes da união de muitos monossacarídeos, são denominados polissacarídeos.
a) Cite dois polissacarídeos de reserva energética, sendo um de origem animal e outro de origem vegetal.
b) Indique um órgão animal e um órgão vegetal, onde cada um destes açúcares pode ser encontrado.
5. Analise os gráficos seguintes.
a) Considerando P, Q e Z, qual deles corresponde a água, a carboidratos e a fibras?
b) Com base no gráfico da semente, explique sucintamente qual a vantagem adaptativa de se apresentar tal
proporção de carboidratos, lipídios, proteínas e água na composição de seus tecidos.
Atividades Complementares
Depois de ler a Unidade IV, sublinhe os termos que você não conhece pesquisando sobre eles.
UNIDADE V
41
METABOLISMO DE LIPÍDIOS
5.1 - Estrutura Geral
Os lipídios biológicos constituem um grupo de compostos que, apesar de quimicamente diferentes entre si,
exibem a sua insolubilidade em água como característica
definidora e comum a todos. As funções biológicas dos
diferentes lipídios são igualmente diversas. Em muitos
organismos, óleos e gorduras são as formas principais
de armazenar energia, enquanto os fosfolipídios e os
esteróis representam perto de metade da massa das membranas biológicas. Outros lipídios, embora presentes
em quantidades relativamente pequenas, desempenham
papéis cruciais como cofatores enzimáticos, transportadores de elétrons, pigmentos que absorvem radiações
luminosas, âncoras hidrofóbicas, agentes emulsificantes,
hormônios e mensageiros intracelulares.
triglicerídios, gorduras ou gorduras neutras. Os triacilgliceróis são moléculas hidrofóbicas e não-polares, essencialmente insolúveis em água. Na maioria
das células eucarióticas os triacilgliceróis formam
uma fase separada de gotículas microscópicas oleosas no citosol aquoso, servindo como depósitos de
combustível metabólico. Nos animais vertebrados
as células especializadas chamadas adipócitos, ou
células gordurosas, armazenam grandes quantidades
de triacilgliceróis como gotas de gordura, as quais
preenchem quase toda a célula. Os triacilgliceróis
também são armazenados nas sementes de muitos
tipos de plantas, fornecendo energia e precursores
biossintéticos quando da germinação da semente.
Óleos e gorduras, empregados quase universalmente
como formas de armazenamento de energia nos organismos vivos, são compostos, do ponto de vista químico,
altamente reduzidos e derivados dos ácidos graxos.
Como combustíveis estocados os triacilgliceróis
têm duas vantagens significativas sobre os polissacarídios, como o glicogênio e o amido. Os átomos
de carbono dos ácidos graxos são quimicamente
mais reduzidos que aqueles dos açúcares e, portanto, a oxidação dos triacilgliceróis libera, grama
por grama, uma quantidade de energia mais do que
duas vezes maior que a liberada pelos carboidratos.
Como os triacilgliceróis são hidrofóbicos e por isso
desidratados, o organismo que transporta gordura
como combustível não tem que carregar o peso extra
da água de hidratação que está sempre armazenada
aos polissacarídios armazenados.
Os ácidos graxos são ácidos carboxílicos com cadeias
hidrocarbonadas de 4 a 36 átomos de carbono. Em
alguns ácidos graxos esta cadeia é totalmente saturada
(não contém duplas ligações) e não é ramificada; outros
contêm uma ou mais duplas ligações.
Os lipídios mais simples constituídos de ácidos graxos são os triacilgliceróis, também referidos como
5.2 - Metabolismo de Lipídios
Os ácidos graxos existem no organismo na forma livre
e também como moléculas mais complexas, tais como
os triacilglicerol. Em todos os tecidos, existem níveis
baixos de ácidos graxos livres, entretanto, algumas
vezes, pode-se encontrar quantidades substanciais no
plasma, em especial durante o jejum. Ácidos graxos
livres no plasma estão circulando a partir da origem
(triacilgliceróis do tecido adiposo ou das lipoproteínas da circulação) para o sítio de consumo (outros
tecidos).
Estrutura
Um ácido graxo consiste em uma cadeia hidrofóbica
de hidrocarboneto com um grupo carboxila terminal
que tem afinidade com a água, conferindo ao ácido
graxo natureza anfipática (apresenta uma região hidro-
fóbica e outra hidrofílica). Nos ácidos graxos de cadeia
longa, a porção hidrofóbica é predominante. Essas
moléculas são altamente insolúveis em água e precisam ser transportadas pela circulação associadas às
proteínas. Mais de 90% dos ácidos graxos encontrados
no plasma estão em forma de ésteres de ácidos graxos
(triacilgliceróis, ésteres de colesterol e fosfolipídeos),
contidos nas partículas de lipoproteínas da circulação.
Ácidos graxos não-esterificados são transportados na
circulação associados com a albumina.
42
Síntese
Uma grande proporção de ácidos graxos usados pelo
organismo é suprida pela dieta. Carboidratos, proteínas
e outras moléculas, quando obtidas da dieta em excesso
em relação às necessidades desses compostos, podem
ser convertidos em ácidos graxos, que são armazenados
como triacilgliceróis. Em humanos, a síntese dos ácidos
graxos ocorre principalmente no fígado e nas glândulas
mamárias em lactação e, em menor extensão, no tecido
adiposo. O processo incorpora carbonos a partir da
acetil-CoA na cadeia de ácido graxo em crescimento,
usando ATP e NADPH.
Armazenamento
Mono-, Di - e triacilgliceróis consistem em uma, duas
ou três moléculas de ácidos graxos esterificando uma
molécula de glicerol (se uma molécula de acilglicerol
é sólida à temperatura ambiente, é chamada de “gordura”, se é líquida, é chamada de “óleo”). Como os TAGS
são fracamente solúveis em água e não formam micelas
estáveis, eles coalescem dentro dos adipócitos, formando gotas oleosas. Essas gotas lipídicas citosólicas são
a maior reserva energética do organismo.
No tecido adiposo, o TAG é armazenado no citosol
das células. Ele serve como um “depósito de gordura”,
prontamente mobilizado como combustível quando o
organismo necessitar. Pouco TAG é armazenado no
fígado. Por outro lado, muitos TAGS são exportados,
agrupados com ésteres de colesterol, fosfolipídeos e
proteínas para formar partículas lipoprotéicas chamadas de lipoproteínas de muito baixa densidade
(VLDLS). A VLDL nascente é secretada para o sangue,
onde amadurece e funciona entregando lipídeos endógenos para os tecidos periféricos.
Corpos cetônicos: um combustível alternativo
para as células
A mitocôndria do fígado tem a capacidade de converter acetil-CoA proveniente da β-oxidação de ácidos
graxos em corpos cetônicos. Os compostos classificados como corpos cêtonicos são o acetoacetato, o
3-hidroxibutirato e a acetona (um produto colateral
não-metabolizável). O acetoacetato e o 3-hidroxibutirato são transportados pelo sangue aos tecidos periféricos. Ali, eles podem ser convertidos novamente em
acetil-CoA, que é oxidada no ciclo do ácido cítrico.
Os corpos cetônicos são importantes fontes de energia
para os tecidos periféricos, porque: 1) são solúveis
em meio aquoso e não necessitam ser incorporados a
lipoproteínas ou transportados pela albumina, como
outros lipídeos; 2) são produzidos no fígado durante
períodos em que a quantidade de acetil-CoA excede a
capacidade oxidativa do fígado e 3) são usados pelos
tecidos extra-hepáticos, como os músculos esquelético
e cardíaco e o córtex renal, em quantidade proporcional
a sua concentração no sangue. Mesmo o cérebro pode
usar corpos cetônicos como fonte de energia, se os
níveis sangüíneos aumentarem suficientemente (isso
é importante durante o jejum prolongado).
5.3 - Biossíntese de Esteróides
O colesterol é o esteróide característico dos tecidos
animais e desempenha várias funções essenciais no
organismo. Por exemplo, o colesterol é componente de
todas as membranas celulares, modulando sua fluidez e,
em tecidos especializados, e o precursor de ácidos biliares, hormônios esteróides e da vitamina D. Portanto,
é muito importante para o organismo manter um suprimento contínuo de colesterol. Um complexo sistema
de transporte, biossíntese e mecanismos regulatórios
está envolvido no atendimento dessa necessidade. O
fígado desempenha um papel central na regulação da
homeostasia do colesterol.
A maior parte do colesterol plasmático está na forma
esterificada, que é uma molécula ainda mais hidrofóbica que o colesterol livre. Os ésteres de colesterol não
são encontrados nas membranas celulares, existindo,
normalmente, em pequena quantidade na maioria das
células. Devido a sua hidrofobicidade, o colesterol e
seus ésteres são transportados associados a proteínas,
como componentes das lipoproteínas, ou são solubilizados por fosfolipídeos e sais biliares na bile.
O colesterol é sintetizado por praticamente todos
os tecidos humanos, embora fígado, intestino, córtex
adrenal e os tecidos reprodutivos, incluindo ovários,
testículos e placenta, sejam os maiores contribuintes
do “conjunto” de colesterol. A síntese acontece no
citoplasma, sendo as enzimas encontradas no citosol
e nas membranas do retículo endoplasmático.
Em humanos, a estrutura cíclica do colesterol não
pode ser degradada até CO2 e H2O. O núcleo esterol
é eliminado intacto pela conversão em ácidos e sais
biliares, que são excretados nas fezes, e pela secreção
de colesterol na Bile, a qual o transporta até o intestino
para eliminação. Bactérias intestinais podem modificar
o colesterol antes da excreção.
Hormônios Esteróides
O colesterol é o precursor de todas as classes de
hormônios esteróides: glicocorticóides (por exemplo,
cortisol), mineralocorticóides (por exemplo, aldosterona) e hormônios sexuais – andrógenos, estrógenos e
progestágenos (glicocorticóides e mineralocorticóides
são coletivamente chamados de corticosteróides). A
síntese e a secreção do cortisol, da aldosterona e dos
andrógenos ocorrem no córtex adrenal, a síntese dos
estrógenos, nos ovários e na placenta e da testosterona,
nos testículos. Os hormônios esteróides são transportados pelo sangue de seus sítios de síntese até o local
de ação. Devido a sua hidrofobicidade, eles devem
ser complexados com uma proteína plasmática. A
albumina plasmática pode atuar como transportador
inespecífico, por exemplo, para a aldosterona. Entretanto, proteínas plasmáticas específicas para transportar esteróides ligam os esteróides mais fortemente
que a albumina, como a globulina transportadora de
corticosteróides (transcortina) e a proteína ligadora de
hormônios sexuais.
5.4 - Prostaglandinas, Prostaciclinas e Leucotrienos
As prostaglandinas (PGS) e os compostos relacionados tromboxanos (TXS) e leucotrienos (LTS) são coletivamente conhecidos como eicosanóides, refletindo sua
origem a partir de ácidos graxos poliinsaturados com
20 carbonos. São compostos extremamente potentes,
que provocam uma ampla faixa de respostas fisiológicas e patológicas. Embora tenham sido comparados
com hormônios em termos de suas ações, os eicosanóides diferem dos hormônios verdadeiros porque são
produzidos em quantidade muito pequenas por quase
todos os tecidos em vez de serem produzidos por um
determinado tecido ou uma glândula especializada.
Eles também atuam mais localmente, e não em alvos
distantes, atingidos por meio da corrente circulatória,
como fazem os hormônios. Os eicosanóides não são
armazenados e têm uma meia-vida extremamente
curta, sendo rapidamente metabolizados a compostos
inativos no seu local de síntese. Suas ações biológicas
são mediadas por receptores nas membranas plasmática
e nuclear, que variam nos diferentes tecidos.
Exercícios de Auto-Avaliação
1. Com relação às substâncias químicas dos seres vivos resolva os itens a seguir:
a) Qual é a forma de armazenamento dos carboidratos nos tecidos animais e vegetais, respectivamente?
b) Qual é a unidade monomérica dos ácidos nucléicos?
c) Em qual tipo de lipídeo são classificados os óleos e gorduras?
d) Cite um dos aspectos que permite distinguir as diversas proteínas.
2. Os esteróides são lipídios bem diferentes dos glicerídeos e das ceras, apresentando uma estrutura composta
por quatro anéis de átomos de carbono interligados. O colesterol é um dos esteróides mais conhecidos, devido à
sua associação com as doenças cardiovasculares. No entanto, este composto é muito importante para o homem,
uma vez que desempenha uma série de funções. Com base no que estudou, diga:
a) Duas principais funções do colesterol.
b) Duas origens do colesterol sangüíneo.
3. Os lipídios têm papel importante na estocagem de energia, estrutura de membranas celulares, visão, controle
hormonal, entre outros. São exemplos de lipídios: fosfolipídios, esteróides e carotenóides.
a) Como o organismo humano obtém os carotenóides? Que relação têm com a visão?
b) A quais das funções citadas no texto acima os esteróides estão relacionados? Cite um esteróide importante
para uma dessas funções.
c) Cite um local de estocagem de lipídios em animais e um em vegetais.
Atividades Complementares
Depois de ler a Unidade V, sublinhe os termos que você não conhece pesquisando sobre eles.
43
44
UNIDADE VI
METABOLISMO DE AMINOÁCIDOS E PROTEÍNAS
6.1 - Ciclo da Uréia
A uréia é a principal forma de eliminação dos grupos amino
oriundos dos aminoácidos e perfaz cerca de 90% dos componentes nitrogenados da urina. Um átomo de nitrogênio da
molécula de uréia é fornecido por NH3 livre e o outro pelo
aspartato. O carbono e o oxigênio da uréia são derivados do
CO2. A uréia é produzida pelo fígado e então transportada
pelo sangue até os rins, para ser excretada na urina.
Formação da citrulina ´ As duas primeiras reações
que levam à síntese de uréia ocorre na mitocôndria,
enquanto as demais enzimas do ciclo estão localizadas
no citosol. A ornitina e a citrulina são aminoácidos
básicos, que participam do ciclo da uréia.
Clivagem da arginina, resultando em ornitina
e uréia ´ A arginase cliva a arginina em ornitina
e uréia. Essa enzima ocorre quase que exclusivamente no fígado.
Destino da uréia ´ A uréia sai do fígado por difusão e é transportada no sangue até os rins, onde é
filtrada e excretada na urina. Parte da uréia difunde
do sangue para o intestino, onde é clivada em CO2 e
NH3 pela urease bacteriana. Essa amônia é parcialmente perdida nas fezes e parcialmente reabsorvida
para o sangue.
Figura 22
6.2 - Biossíntese de Aminoácidos Naturais
O catabolismo dos aminoácidos encontrados nas proteínas
envolve a remoção dos grupos amino, seguindo-se a quebra
dos esqueletos carbonados resultantes. Essas vias convergem para formar sete produtos intermediários: oxalacetato,
α–cetoglutarato, piruvato, fumarato, succinil-CoA, acetil-Coa
e acetoacetil-CoA. Esses produtos entram diretamente nas vias
do metabolismo intermediário, resultando na síntese de glicose
ou lipídeos, ou na produção de energia livre por sua oxidação a
CO2 e H2O no ciclo do ácido cítrico. Os aminoácidos não–essenciais podem ser sintetizados em quantidades suficientes a
partir de intermediários do metabolismo ou, como no caso da
cisteína e da tirosina, a partir de aminoácidos essenciais. Em
contraste, os aminoácidos essenciais não podem ser sintetizados
(ou produzidos em quantidades suficientes) pelo organismo e,
portanto, devem ser obtidos a partir da dieta, afim de que ocorra
uma síntese protéica normal. Defeitos genéticos nas vias do
metabolismo de aminoácidos podem causar doenças graves.
Os aminoácidos cujo catabolismo produz acetoacetato ou um dos seus precursores (acetil-CoA
ou acetoacetil-CoA) são denominados cetogênicos. Leucina e lisina são os únicos aminoácidos
exclusivamente cetogênicos encontrados nas
proteínas. Seus esqueletos carbonados não são
substratos para a gliconeogênese e não podem,
portanto, originar a produção líquida de glicose
ou de glicogênio no fígado, ou de glicogênio no
músculo.
Os aminoácidos podem ser classificados em glicogênicos e cetogênicos, em função do intermediário
produzido durante seu catabolismo.
A asparagina é hidrolisada pela asparaginase,
produzindo amônia e aspartato. Algumas células
leucêmicas de divisão rápida são incapazes de sintetizar asparagina em quantidade suficiente para seu
crescimento. Isso torna a asparagina um aminoácido
essencial para aquelas células, as quais captarão
asparagina do sangue. A asparaginase, que hidrolisa
a asparagina dando aspartato, pode ser administrada
sistematicamente para tratar pacientes com leucemia.
A asparaginase diminui o nível de asparagina no
plasma e, assim, priva as células cancerosas de um
nutriente essencial.
Os aminoácidos cujo catabolismo produz piruvato ou um dos
intermediários do ciclo do ácido cítrico são denominados glicogênicos. Esses intermediários são substratos para a gliconeogênese e podem, portanto, originar a formação líquida de glicose
ou de glicogênio no fígado e de glicogênio no músculo.
As vias pelas quais os aminoácidos são catabolizados são divididas, por conveniência, de acordo
com o intermediário (ou intermediários) produzido
a partir de um determinado aminoácido.
Aminoácidos que produzem oxalacetato
Aminoácidos que produzem fumarato
1. Fenilalanina e tirosina ´ A hidroxilação
da fenilalanina leva à formação de tirosina. O
metabolismo da fenilalanina e da tirosina confluem, levando por fim à formação de fumarato
e acetoacetato. A fenilalanina e a tirosina são,
portanto, aminoácidos tanto glicogênicos quanto
cetogênicos.
Figura 23
2. Deficiências herdadas ´ Deficiências herdadas nas enzimas do metabolismo da fenilalanina e
da tirosina levam às doenças fenilcetonúria e alcaptonúria, e a condição denominada albinismo.
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46
UNIDADE VII
REGULAÇÃO ENDÓCRINA DO METABOLISMO
Quatro tecidos principais exercem função dominante
no metabolismo energético: fígado, tecido adiposo,
músculo e encéfalo. Esses tecidos contêm conjuntos
exclusivos de enzimas, de forma que cada órgão é
especializado no estoque, no uso e na formação de
combustíveis específicos. Esses tecidos não funcionam
isoladamente, ao contrário, eles formam uma comunidade, na qual um tecido pode fornecer substrato a outro,
ou processar compostos produzidos por outros órgãos.
A comunicação entre os tecidos é mediada pelo sistema
nervoso, pela disponibilidade de substratos circulantes
e pela variação nos níveis de hormônios plasmáticos.
A integração do metabolismo energético é controlada
principalmente pelas ações de dois hormônios: a insulina e o glucagon, com as catecolaminas adrenalina e
noradrenalina exercendo uma função de apoio.
7.1 - Insulina
A insulina é um hormônio polipeptídico produzido pelas
células β das ilhotas pancreáticas (langerhans) – grupos
de células que fazem parte da porção endócrina do pâncreas. As ilhotas pancreáticas compreendem somente cerca de
1 a 2% do total de células pancreáticas. A insulina é um dos
mais importantes hormônios que coordenam a utilização
de combustíveis pelos tecidos. Seus efeitos metabólicos
são anabólicos, favorecendo, por exemplo, a síntese de
glicogênio, de triacilgliceróis e de proteínas.
Efeitos Metabólicos da Insulina
1. Efeitos sobre o metabolismo de carboidratos ´ Os efeitos da insulina no metabolismo da
glicose são mais proeminentes em três tecidos:
fígado, músculo e tecido adiposo. No fígado, a
insulina diminui a produção de glicose por inibir
a gliconeogênese e a degradação de glicogênio. No
músculo e no fígado, a insulina aumenta a síntese
de glicogênio. No músculo e no tecido adiposo,
a insulina aumenta a captação de glicose por au-
mentar o número de transportadores de glicose na
membrana celular. Assim, administração intravenosa de insulina causa uma diminuição imediata
na concentração de glicose no sangue.
2. Efeitos sobre o metabolismo de lipídeos ´ O tecido
adiposo responde dentro de minutos à administração de
insulina, a qual causa uma importante redução na liberação de ácidos graxos:
a. Diminuição na degradação de triacilgliceróis ´ A insulina diminui os níveis de ácidos
graxos circulantes por inibir a atividade da lipase
sensível a hormônio no tecido adiposo.
b. Aumento na síntese de triacilgliceróis ´ A insulina aumenta o transporte e o metabolismo da glicose
nos adipócitos, fornecendo o substrato glicerol-3-fosfato para a síntese de triacilgliceróis. A insulina também
aumenta a atividade da lipase lipoprotéica no tecido
adiposo, por aumentar a síntese da enzima, fornecendo,
assim, ácidos graxos para esterificação.
7.2 - Glucagon e Adrenalina
O glucagon é um hormônio polipeptídico secretado
pelas células α das ilhotas pancreáticas (Langerhans).
O glucagon, juntamente com a adrenalina, o cortisol e
o hormônio do crescimento (os “hormônios contrareguladores”), se opõe a muitas das ações da insulina.
Em especial, o glucagon age na manutenção dos níveis
de glicose sangüínea, pela ativação da glicogenólise e
da gliconeogênese hepáticas.
Efeitos Metabólicos do Glucagon
1. Efeitos sobre o metabolismo de carboidratos ´ A
administração intravenosa de glucagon leva a um aumento
imediato na glicemia. Isso resulta de um aumento na de-
gradação do glicogênio hepático (não muscular) e de um
aumento da gliconeogênese.
2. Efeitos sobre o metabolismo de lipídeos ´ O glucagon
favorece a oxidação hepática de ácidos graxos e a subseqüente formação de corpos cetônicos a partir de acetil-CoA.
O efeito lipolítico do glucagon no tecido adiposo é mínimo
em humanos.
3. Efeitos sobre o metabolismo protéico ´ O
glucagon aumenta a captação de aminoácidos pelo fígado, resultando em aumento na disponibilidade de
esqueletos carbonados para a gliconeogênese. Como
conseqüência, os níveis plasmáticos de aminoácidos
estão diminuídos.
Adrenalina
Níveis elevados de adrenalina circulante produzida
pela medula adrenal ou de noradrenalina produzida
pela intervenção simpática do pâncreas, ou de ambas,
estimulam a liberação de glucagon. Assim, durante
períodos de estresse, trauma ou exercício intenso, os
níveis elevados de adrenalina podem impedir o efeito
dos substratos circulantes sobre as células α. Nessas
situações – independentemente da concentração de
glicose no sangue – os níveis de glucagon se elevam
em antecipação ao aumento na utilização de glicose.
Em contraste, os níveis de insulina são reduzidos.
O glucagon e a adrenalina são os hormônios mais importantes na regulação aguda e a curto prazo de glicemia.
O glucagon estimula a glicogenólise e a gliconeogênese
hepáticas. A adrenalina promove a glicogenólise e a lipólise, inibe a secreção de insulina e inibe a captação de
glicose mediada por insulina nos tecidos periféricos. A
adrenalina normalmente não é essencial para combater a
hipoglicemia, mas pode assumir um papel crítico quando
a secreção do glucagon está deficiente, por exemplo, nos
estágios tardios do diabetes melito tipo I (dependente
de insulina). A prevenção ou correção da hipoglicemia
falha quando a secreção de ambos, adrenalina e glucagon, estão deficientes.
Exercícios de Auto-Avaliação
1. Os seguintes eventos ocorrem em células das Ilhotas de Langerhans do pâncreas:
I. Secreção de hormônio no sangue.
II. Produção de proteína pelos ribossomos.
III. Transporte de proteína ao aparelho de Golgi.
a) Em que ordem esses eventos ocorrem?
b) Que hormônios são produzidos nessas células?
2. Uma conquista recente no campo da biotecnologia é o uso de bactérias para a produção de proteína animal
de interesse comercial. Por exemplo, hoje já estão sendo comercializadas insulina e somatotrofina (ou somatropina) humanas produzidas por bactérias.
a) Em que locais do corpo humano são produzidas essas proteínas e qual é a principal função de cada uma
delas no organismo?
b) Explique sucintamente o processo por meio do qual se modificam bactérias para que elas passem a produzir
proteínas humanas.
3. Uma jovem que sempre foi saudável chegou a um hospital em estado de coma. O histórico da paciente
revelou que ela recebera erroneamente injeção de uma dose excessiva de insulina.
a) Por que a injeção de insulina induziu o coma na jovem?
b) A insulina é normalmente administrada a pacientes com disfunção de que órgão? Qual é a doença causada
pela deficiência de insulina?
4. Qual é o papel da insulina, hormônio produzido nas Ilhotas de Langerhans do pâncreas?
5. O que é diabetes mellitus? Qual sua causa?
6. O esquema abaixo representa a ação de alguns hormônios na captação ou na liberação de glicose pela célula
hepática.
47
48
Cite:
a) um hormônio que atua como mostrado em A e a molécula que, após decomposta, resulta no liberação da glicose.
b) um hormônio que atua como mostrado em B e a alteração no sangue que estimula a secreção deste hormônio
pela glândula endócrina.
7. Já no início do século passado, demonstrava-se, experimentalmente, que a retirada do pâncreas alterava o
metabolismo dos glicídios em animais, provocando hiperglicemia não-reversível, mesmo com a administração
de extratos integrais pancreáticos.
Os cientistas Banting e Best realizaram, em 1921, uma experiência que consistiu em obstruir o duto excretor
principal do pâncreas de um cão. Tal manobra destrói a parte exócrina do órgão, mas não altera as ilhotas pancreáticas responsáveis pela atividade endócrina dessa glândula.
Semanas após, os cientistas retiraram o pâncreas, assim degenerado, e injetaram seu extrato integral em um
outro cão pancreatectomizado, medindo suas alterações glicêmicas ao longo de três dias.
No gráfico abaixo, elaborado pelos próprios cientistas, as setas indicam os momentos das injeções.
Observe que o extrato de pâncreas de uma das injeções foi previamente incubado com suco pancreático.
Variação da glicemia de cão pancreatectomizado após injções de extrato de pâncreas degenerado
(Adaptado de BARRINGTON, E. J. W. “The chemical basis of physiological regulation”. Glenview: Scott, Foresman and Company, 1968.)
(*) extrato de pâncreas degenerado previamente incubado com suco pancreático.
a) Explique as causas das alterações da glicemia notadas no cão após as injeções de extrato de pâncreas e a
injeção de extrato de pâncreas previamente incubado com suco pancreático.
b) Indique a conseqüência da ação do hormônio pancreático envolvido neste experimento, tanto sobre a síntese
quanto sobre a degradação de gorduras.
8. A diabete é uma doença que resulta da falta de produção da insulina, um hormônio produzido no pâncreas.
A insulina, um hormônio protéico, é necessária para o transporte da glicose para o interior das células, onde é
eventualmente catabolizada.
Freqüentemente utiliza-se o teste de tolerância à glicose para diagnosticar a diabete. Neste teste, o paciente
ingere uma solução açucarada e, a intervalos regulares de tempo, é medida a concentração de glicose sangüínea.
As curvas a seguir mostram o teste realizado em um indivíduo normal e outro diabético.
a) Qual das curvas representa o indivíduo diabético, A ou B? Justifique sua resposta.
b) Por que este hormônio é necessariamente injetado na corrente sangüínea e não administrado por via oral?
9. Até recentemente, a terapia para os diabéticos dependentes de insulina (DDI) dependia da injeção de doses
de insulina suína, que possui uma estrutura muito parecida com a insulina humana. Um problema associado com
essa terapia era usar a dose correta, pois o tratamento crônico obrigava os diabéticos a aplicar doses crescentes
da insulina suína, para compensar o aumento da reação do organismo contra o hormônio.
Atualmente, com as técnicas de engenharia genética, é possível obter insulina humana para o tratamento
dos DDI. No entanto, para os DDI que mudaram da insulina suína para a insulina humana, doses menores do
hormônio foram suficientes.
Explique por que são administradas doses menores de insulina humana em relação à insulina suína.
10. Em menos de uma hora, Magali tomou um litro de sorvete de chocolate. Sua mãe repreendeu-a e a proibiu
de tomar sorvete por um mês. Revoltada, Magali resolveu fazer greve de fome e passou todo o dia seguinte
sem se alimentar. Explique como os hormônios do pâncreas atuaram para manter a concentração de glicose
sangüínea em níveis constantes, quando Magali:
a) consumiu o sorvete.
b) fez greve de fome.
11. Em 1920, F. Banting e C. Best, na Universidade de Toronto, obtiveram a cura de cães que apresentavam
altos níveis de glicose no sangue, tratando-os com o extrato de uma glândula. Indique o hormônio e a glândula
envolvidos no tratamento dos cães.
Atividades Complementares
Depois de ler a Unidade VII, sublinhe os termos que você não conhece pesquisando sobre eles.
49
50
UNIDADE VIII
METABOLISMO DE PURINAS E PIRIMIDINAS
8.1 - Bases Nitrogenadas
As bases nitrogenadas são derivadas de dois compostos ancestrais, as pirimidinas e as purinas.
Tanto o DNA quanto o RNA contêm duas base púricas
principais, adenina (A) e guanina (G). O DNA e o
RNA possuem também duas pirimidinas principais;
em ambos os tipos de ácidos nucléicos, uma delas é
a citosina (C). A única diferença importante entre as
bases do DNA e as do RNA é a natureza da segunda
pirimidina: timina (T) no DNA e uracila (U) no RNA.
Apenas, raramente, a timina ocorre no RNA ou a uracila no DNA. As estruturas das cinco principais bases
estão mostradas abaixo.
8.2 - Biossíntese de Nucleotídios
Nucleosídeos
A adição de um açúcar pentose a uma base produz um
nucleosídeo. Se o açúcar for a ribose, será produzido
um ribonucleosídeo; se o açúcar for a 2-desoxirribose,
será produzido um desoxirribonucleosídeo. Os ribonucleosídeos de A, G, C e U são denominados adeno-
sina, guanosina, citidina e uridina, respectivamente.
Os desoxirribonucleosídeos de A,G,C e T recebem a
adição do prefixo “desoxi-”, como desoxiadenosina (o
composto desoxitimidina é freqüentemente chamado
de timidina, ficando o prefixo “desoxi” subentendido).
Os átomos de carbono e nitrogênio dos anéis da base e
do açúcar são numerados separadamente. Os átomos
dos anéis das bases são numerados de 1 a 6 nas pirimidas e de 1 a 9 nas purinas, enquanto os carbonos
da pentose são numerados de 1’ a 5’. Dessa forma,
quando nos referimos ao carbono 5’ de um nucleosídeo
(ou nucleotídeo), estamos especificando um átomo de
carbono presente na pentose, e não na base.
Figura 24
Nucleotídeos
Nucleotídeos são ésteres mono, di ou trifosfatados
dos nucleosídeos. O primeiro grupo fosfato é ligado
por uma ligação éster à hidroxila 5’ da pentose. Se
um grupo fosfato é ligado no carbono 5’ da pentose,
a estrutura será um nucleosídeo monofosfato (NMP),
como AMP ou CMP. Se um segundo ou terceiro fosfato forem adicionados ao mesmo nucleosídeo, serão
formados um nucleosídeo difosfato (por exemplo,
ADP) ou trifosfato (por exemplo ATP). O segundo e o
terceiro fosfato são ligados ao nucleotídeo por ligação
de “alta energia”. Os grupos fosfato são responsáveis
pelas cargas negativas associadas aos nucleotídeos e
também são o motivo pelo qual o DNA e o RNA são
chamados “ácidos nucléicos”.
Figura 25
8.3 - Metabolismo de Nucleotídios
A degradação dos ácidos nucléicos da dieta ocorre no
intestino delgado, onde um grupo de enzimas pancreáticas hidrolisa os nucleotídeos a nucleosídeos e bases
livres. Dentro das células, os nucleotídeos púricos são
seqüencialmente degradados por enzimas específicas,
sendo que o produto final da via é o ácido úrico. Os
mamíferos, com exceção dos primatas, oxidam a seguir
o ácido úrico a alantoína, que, em alguns animais que
não os mamíferos, pode ser seqüencialmente degradada
a uréia ou amônia.
As ribonucleases e as desoxirribonucleases, secretadas
pelo pâncreas, hidrolisam o RNA e o DNA, produzindo
principalmente oligonucleotídeos. Os oligonucleotídeos
são, a seguir, hidrolisados pelas fosfodiesterase pancreáticas, produzindo uma mistura de mononucleotídeos
3’ e 5’. Uma família de nucleotidases remove hidroliticamente os grupos fosfato, liberando nucleosídeos
que podem ser absorvidos pelas células da mucosa
intestinal ou podem ser degradados em bases livres,
antes da absorção. As purinas e as pirimidinas da dieta
não são usadas em larga escala para a síntese de ácidos
nucléicos teciduais. Em vez disso, as purinas da dieta
são geralmente convertidas em ácido úrico pelas células
da mucosa intestinal. A maior parte do ácido úrico entra
no sangue e é excretada pela urina. Por esta razão, indivíduos com tendência a desenvolver gota devem ser cautelosos quanto ao consumo de alimentos que contenham
altas quantidades de ácidos nucléicos, como miúdos de
animais, anchovas, sardinhas ou leguminosas, como o
feijão. O restante das purinas da dieta é metabolizado
pela microbiota intestinal.
51
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8.4 - Importância Biológica dos Nucleotídios
Os ribonucleosídeos e os desoxirribonucleosídeos
fosfatados (nucleotídeos) são essenciais para todas
a células. Sem eles, nem o DNA nem o RNA poderiam ser produzidos e, dessa forma, as proteínas não
poderiam ser sintetizadas, nem as células poderiam
proliferar. Os nucleotídeos também são utilizados
como carreadores de intermediários ativados na
síntese de alguns carboidratos, lipídeos e proteínas
e são componentes estruturais de várias coenzimas
essenciais, como, por exemplo, a coenzima A, o
FAD, o NAD+ e o NADP+. Nucleotídeos, tais como
o AMP cíclico (AMPC) e o GMP cíclico (GMPC),
também são utilizados como segundos mensageiros
em cascata de sinalização celular. Além disso, os
nucleotídeos desempenham um papel importante
como “moedas” de energia na célula. Finalmente, os
nucleotídeos são importantes compostos reguladores
para muitas das rotas do metabolismo intermediário,
inibindo ou ativando enzimas-chave. As bases púricas
e pirimídicas encontradas em nucleotídeos podem ser
sintetizadas de novo ou podem ser obtidas por vias de
salvação, as quais permitem a reutilização das bases
pré-formadas resultantes do metabolismo normal da
célula ou da dieta.
Exercícios de Auto-Avaliação
1. Os ácidos nucléicos são moléculas formadas pelo encadeamento de um grande número de unidades chamadas
nucleotídeos. Cada nucleotídeo é formado por uma base nitrogenada, uma pentose e um radical fosfato.
Em relação às substâncias químicas que formam os nucleotídeos, considere as assertivas:
I. Existem cinco tipos principais de bases nitrogenadas: adenina (A), guanina (G), citosina (C), timina (T) e
uracila (U).
II. A adenina e a guanina são bases pirimídicas por possuírem em comum um anel da substância conhecida
como pirimidina.
III. O açúcar presente nos ácidos nucléicos pode ser a ribose ou desoxirribose.
IV. O RNA aparece associado à proteína nos cromossomos, possuindo filamento de nucleotídeos duplo.
Indique o(s) iten(s) correto(s) e justifique.
2. Os organismos vivos requerem energia para o crescimento e manutenção do seu metabolismo. Moléculas
orgânicas como a apresentada no esquema a seguir conservam a energia que é utilizada para a biossíntese dos
componentes celulares, a partir de precursores simples. Analise a figura e descreva a composição molecular
deste importante transportador de energia.
3. Considerando que na figura tem-se uma representação plana de um segmento da molécula de DNA, analise
as proposições a seguir.
1) Um nucleotídeo é formado por um grupo fosfato (I), uma molécula do açúcar desoxirribose (II) e uma
molécula de base nitrogenada.
2) Um nucleotídeo com Timina (T) em uma cadeia pareia com um nucleotídeo com Adenina (A) em outra
cadeia.
3) Um nucleotídeo com Guanina (G) em uma cadeia pareia com um nucleotídeo com Citosina (C) em outra
cadeia.
4) Pontes de hidrogênio se estabelecem entre as bases nitrogenadas T e A e entre as bases nitrogenadas C e G.
Qual(is) informação(ões) está(ão) correta(s)?
Atividades Complementares
Depois de ler a Unidade VIII, sublinhe os termos que você não conhece pesquisando sobre eles.
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54
Se você:
1)
2)
3)
4)
concluiu o estudo deste guia;
participou dos encontros;
fez contato com seu tutor;
realizou as atividades previstas;
Então, você está preparado para as avaliações.
Parabéns!
Glossário
Acetil – grupo químico derivado do ácido acético. Grupos acetil são importantes no metabolismo e freqüentemente são adicionados a proteínas como modificações covalentes.
Acetil-CoA – pequena molécula hidrossolúvel que transporta os grupos acetil nas células. Consiste do grupo
acetil ligado à coenzima A (CoA) por uma ligação tioéster facilmente hidrolisável.
Ácido graxo – composto como o ácido palmítico que possui um ácido carboxílico ligado a uma longa cadeia
de hidrocarboneto. Usado como uma importante fonte de energia durante o metabolismo, e o ponto de partida
para a síntese de fosfolipídeos.
Ácido nucléico – RNA ou DNA; consiste de uma cadeia de nucleotídeos unidos por ligações fosfodiéster.
Adrenalina (epinefrina) – hormônio liberado pelas células “chromaffins” (na glândula adrenal) e por alguns
neurônios em resposta ao estresse. Produz uma resposta “lute ou fuja”, que inclui aumento dos batimentos
cardíacos e do nível de açúcar no sangue.
Aeróbico – descreve um processo que necessita ou que ocorre na presença de oxigênio gasoso (O2).
Álcool – molécula orgânica polar que contém um grupo hidroxila funcional (-OH) ligado a um átomo de
carbono não pertencente a um anel aromático. Um exemplo é o álcool etílico.
Alteração da energia livre (DG) – alteração da energia livre durante uma reação: resultado da energia livre
das moléculas produzidas subtraído da energia livre das moléculas que iniciaram a reação. Um valor maior e
negativo de DG indica que a reação tem uma forte tendência de ocorrer.
Amido – polissacarídeo composto exclusivamente por unidades de glicose, usado como um estoque de energia
nas células vegetais.
Anaeróbico – descreve uma célula, organismo, ou processo metabólico que funciona na ausência de ar, ou,
mais precisamente, na ausência de oxigênio molecular.
Anfipátia – que possui regiões hidrofílicas e hidrofóbicas, como um fosfolipídio ou uma molécula detergente.
ATP (5’-trifosfato de adenosina) – nucreosídeo trifosfatado composto de adenina, ribose e três grupos fosfato,
é o principal carreador celular de energia química. Os grupos fosfato terminais são altamente reativos e sua
hidrólise, ou transferência a outra molécula, liberam uma grande quantidade de energia livre.
Carboidrato – termo geral para designar açúcares e compostos relacionados contendo carbono, hidrogênio e
oxigênio, geralmente com a fórmula empírica ((CH2O)n.
Catabolismo – termo geral utilizado para as reações catalisadas por enzimas em uma célula, na qual moléculas complexas são degradadas a moléculas mais simples com liberação de energia. Os produtos intermediários
destas reações são algumas vezes chamados de catabólitos.
Catalisador – substância que acelera uma reação química sem sofrer alterações. Enzimas são proteínas catalíticas.
Coenzima – pequena molécula fortemente associada com uma enzima que participa na reação catalisada pela
enzima, freqüentemente pela formação de uma ligação covalente temporária ao substrato. Exemplos incluem
a biotina, NAD+ e coenzima A.
Cofator – coenzima ou íon inorgânico que é necessária para a atividade de uma enzima.
Colesterol – molécula lipídica com uma estrutura característica de quatro anéis esteróides, componente importante das membranas plasmáticas de células animais.
Enzima – proteína que catalisa uma reação química específica.
Fosfolipídio – a principal categoria de moléculas lipídicas utilizadas na construção de membranas biológicas.
Normalmente composta de dois ácidos graxos ligados por um fosfato de glicerol a um grupo polar, um dentre
uma variedade de tipos.
Glicogênio – polissacarídeo composto exclusivamente por unidades de glicose, usados para armazenar energia
nas células animais. Grandes grânulos de glicogênio são especialmente abundantes nas células dos músculos
e fígado.
Glicólise – via metabólica universal no citosol, na qual açúcares são parcialmente degradados com produção
de ATP. Literalmente, “divisão do açúcar”.
Glicoproteína – qualquer proteína contendo uma ou mais cadeias de oligossacarídeo ligadas covalentemente.
Glicose - açúcar de seis carbonos com papel fundamental no metabolismo das células vivas. Armazenada na
forma polimérica como glicogênio nas células animais, e como amido nas células vegetais.
Ligação Iônica - ligação entre dois átomos, um com carga positiva e outro com carga negativa. Um dos tipos
de ligação não covalente.
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Ligação não covalente – ligação química na qual, ao contrário da ligação covalente, não há compartilhamento
de elétrons. Ligações não covalentes são relativamente fracas, mas podem ser somadas, produzindo uma interação forte e altamente específica entre moléculas.
Ligação peptídica – ligação química entre o grupo carbonila de um aminoácido e o amino grupo de um segundo aminoácido – uma forma especial de ligação amídica.
Lipase – enzima que catalisa a clivagem dos ácidos graxos da molécula de glicerol em um triglicerídeo.
Lipídio – molécula orgânica, insolúvel em água, que se dissolve prontamente em solventes orgânicos apolares.
Uma classe, os fosfolipídios, formam a base estrutural das membranas biológicas.
Metabolismo – a soma total de processos químicos que ocorrem em uma célula viva.
NAD+ (Nicotina Adenina Dinucleotídeo) – coenzima que participa em uma reação de oxidação, aceitando
um íon hidreto (H-) de uma molécula doadora. O NADH formado é um transportador de elétrons importante
para a oxidação fosforilativa.
NADP+ (Nicotina Adenina Dinucleotídeo Fosfato) – coenzima muito relacionada ao NAD+ que é amplamente
utilizada em vias biossintéticas, ao invés de vias catabólicas.
Oxidação (verbo oxidar) – perda da densidade de elétrons de um átomo, como ocorre durante a adição de
oxigênio a uma molécula ou quando um hidrogênio é removido. Contrário de redução.
pH – medida comum da acidez de uma solução: “p” refere-se à potência de 10. “H”, a hidrogênio. É definido
como o logaritmo negativo da concentração dos íons hidrogênio em moles por litro (M). Então, pH 3 (10-3 M
H+) é ácido e pH 9 (10-9 M H+) é alcalino.
Polímero – grande molécula formada por uma série de ligações covalentes, que unem várias unidades idênticas
ou semelhantes (monômeros).
Polipeptídeo – polímero linear composto por múltiplos aminoácidos. Proteínas são grandes polipeptídeos, e
os dois termos podem ser usados como sinônimos.
Proteína – o principal componente macromolecular das células. Um polímero linear de aminoácidos unidos
por ligações peptídicas em uma seqüência específica.
Respiração – termo genérico para qualquer processo em uma célula, na qual a incorporação de moléculas de
O2 é acoplada à produção de CO2.
Sítio ativo – região da superfície de uma enzima na qual a molécula de substrato deve ligar-se para sofrer
uma reação catalítica.
Gabarito
Unidade I
1. Evitar a ingestão de alimentos que contenham o aminoácido fenilalanina pois os “fenilcetonúricos” são
incapazes de metabolizar essa substância e correm risco de apresentar graves distúrbios metabólicos com conseqüências irreversíveis.
2. As extremidades do corpo perdem calor para o meio ambiente com mais facilidade e costumam, portanto,
apresentar uma temperatura inferior à do restante do corpo. Como a enzima só é ativa abaixo de 34°C, a síntese
do pigmento que confere cor negra só ocorrerá nas extremidades do corpo.
3.
a) O gráfico I refere-se a um indivíduo AA ou Aa, capazes de produzir o polipeptídeo. O gráfico II representa
a formação da substância no indivíduo aa.
b) O polipeptídeo X é uma enzima. A análise do gráfico I revela que a velocidade da formação do produto é
dependente da temperatura, o que indica tratar-se de uma reação catalisada.
4. A vitaminose B2 é Beribéri.
A vitaminose B12 – Anemia perniciosa.
Avitaminose K é a dificuldade de coagulação sangüínea e hemorragias.
5. Leite, sopas, refrigerantes, frutas etc.
6. Gema de ovo, ova de peixe, cenoura, tomate, beterraba etc.
7. Vitamina C (ácido ascórbico).
8. Auxilia a absorção de cálcio no intestino.
9.
a) Os amaciantes naturais e industrializados contêm proteases, enzimas relacionadas com a hidrólise das
proteínas fibrosas que “endurecem” a carne. No corpo humano, a digestão das proteínas da carne tem início na
cavidade gástrica, por ação da enzima pepsina. Prossegue no duodeno, onde atua a tripsina presente no suco
pancreático e é finalizada pela atividade das peptidases existentes no suco entérico.
b) O cozimento causará a desnaturação das enzimas presentes nos amaciantes. Desta forma, a carne não sofrerá
qualquer efeito, pois as enzimas desnaturadas não poderão desempenhar seu papel como catalisadores biológicos.
10. A mulher grávida possui uma demanda maior de oxigênio devido à presença do feto. Uma dieta rica em
ferro aumenta a disponibilidade do complexo ferro-hemoglobina e portanto, permite o transporte de mais oxigênio, o que reduz a sensação de “falta de ar”.
11.
a) Quanto mais intensa for a atividade muscular maior será a taxa respiratória e, conseqüentemente, maior
será a liberação de calor.
b) A respiração celular aeróbia intensificada na atividade muscular resulta no aumento da produção de CO,
este combina-se com a água produzindo ácido carbônico. Este fato reduz o pH do meio facilitando a liberação
do oxigênio pela hemoglobina.
c) Em atividade muscular intensa há maior produção de calor e diminuição do pH. Maior quantidade de oxigênio
é liberado pela hemoglobina o que resulta em maior disponibilidade de ATP necessário à contração muscular.
Unidade II
1. a) Inibição competitiva.
Na inibição enzimática do tipo competitivo, o inibidor, mantido em concentração constante, exerce seu efeito
com maior intensidade em concentrações baixas de substrato. Com o aumento da concentração do substrato,
57
58
devido ao efeito competitivo, a inibição tende a diminuir. Dessa forma, em excesso de substrato, a velocidade
máxima de reação é a mesma na ausência ou na presença do inibidor.
b) Uma dentre as substâncias e respectiva função:
- sais biliares – emulsificação de gorduras durante a digestão.
- vitamina D (Dƒ) – metabolismo do cálcio e desenvolvimento do tecido ósseo.
2. A hexoquinase possui uma grande afinidade pela glicose, ou seja, ela atinge a velocidade máxima com uma
concentração muito pequena de glicose. A glicoquinase exibe uma afinidade bem menor pois somente atinge
sua velocidade máxima em concentrações bem mais altas do substrato. Logo, a enzima que contribui para a
formação de glicogênio hepático é a glicoquinase, pois esta somente produz G6P com máxima eficiência quando
há excesso de glicose no sangue.
Unidade IV
1. A insulina, hormônio produzido pelo pâncreas, estimula a glicogenogênese e glicólise.
2.
a) Respiração celular anaeróbia ou fermentação.
b) Produção de energia química (ATP) a partir de compostos orgânicos.
c) Fibras musculares esqueléticas submetidas a esforços podem entrar em débito de oxigênio. Nesta situação,
a produção energética ocorre anaerobicamente através da fermentação láctica. O ácido láctico, subproduto deste
processo, é tóxico para os músculos e causa a fadiga muscular.
3.
a) Na fermentação, o consumo de glicose é maior.
b) O rendimento energético da fermentação é menor do que a produção energética obtida na respiração aeróbica.
4.
a) Polissacarídeo de reserva animal: Glicogênio.
Polissacarídeo de reserva vegetal: Amido.
b) Glicogênio é armazenado nos músculos esqueléticos e no fígado. Amido pode ser armazenado na raiz
(mandioca), no caule (batata-inglesa) e nas sementes (milho).
5.
a) Q - água
P - carboidratos
Z - fibras.
b) Durante a germinação ocorre utilização de água e ativação enzimática. Carboidratos e lipídios fornecem
energia para a multiplicação e as proteínas fornecem nitrogênio para formação dos ácidos nucléicos.
Unidade V
1.
a) Animais: glicogênio
Vegetais: amido
b) Nucleotídeos.
c) Glicerídeos.
d) Estrutura terciária
Grupo prostético
2.
a) As duas principais funções do colesterol são: participar da composição estrutural das membranas dos animais
e ser precursor de hormônios sexuais (estrógenos, andrógenos e progesterona).
b) O colesterol sangüíneo tem origem endógena ou exógena (proveniente da dieta).
3.
a) Cenoura, tomate, mamão e outros vegetais são ricos em carotenóides. A vitamina A é essencial para a síntese
dos pigmentos visuais.
b) Controle hormonal. Testosterona, estrógenos e progesterona são exemplos.
c) Animais: tecido conjuntivo adiposo subcutâneo.
Vegetais: sementes.
Unidade VII
1.
a) II - III - I
b) Insulina e glucagon.
2.
a) A insulina é hormônio produzido nas Ilhotas pancreáticas e é responsável pela manutenção da taxa glicêmica
constante. A somatropina é produzida na adenohipófise e é responsável pelo crescimento ósseo e muscular.
b) Segmentos de DNA (genes) contendo as informações para a produção destas proteínas são enxertados em
bactérias em laboratório. As bactérias “transgênicas” passam então a produzir estas substâncias.
3.
a) A injeção de insulina causou um quadro grave de hipoglicemia que conduziu a jovem ao coma.
b) Insulina é administrada a pacientes que apresentam disfunção na porção endócrina do pâncreas (Ilhotas
pancreáticas). A falta deste hormônio causa a diabete melito.
4. Regulação da glicemia, ou seja, da taxa de glicose na corrente sangüínea. A insulina remove o excesso de
glicose do sangue promovendo seu armazenamento no fígado, na forma de glicogênio.
5. Hiperglicemia causada por deficiência de insulina, hormônio produzido pelas ilhotas pancreáticas.
6.
a) Glucagon ou Adrenalina (epinefrina).
Glicogênio
b) Insulina
Aumento da taxa de glicose sangüínea circulante.
7.
a) Após as injeções de extrato de pâncreas degenerado, a glicemia foi mantida baixa algum tempo, por ação
da insulina. Quando, porém, foi injetado extrato de pâncreas degenerado pré-incubado com suco pancreático, a
insulina, sendo um hormônio polipeptídico, foi degradada pela ação das enzimas proteolíticas deste suco, não
havendo resposta hipoglicêmica.
b) Aumento da síntese e diminuição da degradação de gorduras.
8.
a) Curva A porque a taxa de glicose no sangue permanece alta com o passar do tempo.
b) A insulina é uma proteína e seria digerida pelas enzimas proteolíticas do suco gástrico e pancreático, antes
de ser absorvida.
9. Mesmo exibindo uma discreta diferença estrutural, a insulina suína não é reconhecida como uma molécula
própria do organismo humano e, portanto, induzia a formação de anticorpos. Assim, nos doentes crônicos, parte
da dose injetada era neutralizada pelos anticorpos, o que os obrigava a aumentar a dose gradualmente. No entanto,
ao mudar para a insulina humana era necessário diminuir a dose, já na ausência de anticorpos bloqueadores, era
possível administrar a dose fisiológica do hormônio.
10.
a) Ao consumir o sorvete, rico em glicose, o pâncreas de Magali secretou a insulina, hormônio hipoglicemiante.
b) Na greve de fome haverá secreção do glucagon pelas células do pâncreas. Esse hormônio estimula a quebra
do glicogênio hepático, ou seja, apresenta função hiperglicemiante.
11. Insulina, hormônio produzido pela Ilhotas de Langerhans do Pâncreas.
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Unidade VIII
1. Os itens I e III estão corretos, pois as bases nitrogenadas encontradas nos ácidos nucléicos são: DNA, adenina, timina, guanina e citosina e no RNA, adenina uracila, guanina e citosina.
2.
1- Base Nitrogenada: Adenina.
2- Açúcar: Ribose.
3- Constituinte inorgânico: Fosfato.
4- Energia de ligação: Alta.
5- Ácido nucléico: Ribonucléico.
3. 1, 2, 3 e 4.
Referências Bibliográficas
ALBERTS, Bruce. Biologia Molecular da Célula. 4. ed. Porto Alegre: Artmed, 2004.
LULLMANN, Heinz. Farmacologia: texto e atlas. 4. ed. Porto Alegre: Artmed, 2004.
MURRAY, Robert K. Harper: Bioquímica. 8. ed. São Paulo: Atheneu, 1998.
NELSON, D. L. & COX, LEHNINGER, M. Princípios de bioquímica. 3. ed. São Paulo: Sarvier, 2002.
PETER H. Raven. Biologia Vegetal. 6. ed. Rio de Janeiro: Guanabara Koogan, 2001.
STRYER, L.; TYMOCZKO, J.L. & BERG, J.M. Bioquímica. 5. ed. Rio de Janeiro: Guanabara Koogan,
2004.
VILLELA, Gilberto Guimarães. Bioquímica. 4. ed. Rio de Janeiro: Guanabara Koogan, 1984.
VOET, Donald; VOET, Judith & PRATT, Charlotte. Fundamentos de bioquímica. Porto Alegre: Artes Médicas,
2000.
Fonte das Figuras
Figura 1: Disponível em: http://www.springway.com.br/diversos/escala_ph.gif
Figura 2: VILLELA, Gilberto Guimarães. Bioquímica. Rio de Janeiro: Guanabara Koogan, [s/d].
Figura 3: Disponível em: http://profs.ccems.pt/OlgaFranco/10ano/biomoleculas.htm
Figura 4 a 10 e 20 a 25: HARVEY, Richard A. Bioquímica ilustrada. Porto Alegre: Artmed, [s/d].
Figura 11: Disponível em: http://www.geocities.com/capecanaveral/launchpad/9071/cetoses.gif
Figura 12 e 16: ALBERTS, Bruce. Biologia molecular da célula. Porto Alegre: Artmed, [s/d].
Figura 13 a 15 e 17 a 19: RAVEN, Peter H. Biologia vegetal. Rio de Janeiro: Guanabara Koogan, [s/d].
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