Função

FACULDADE DE CIÊNCIAS HUMANAS E DA SAÚDE
IBES - Instituto Brasileiro de Educação e Saúde
Curso de licenciatura em Educação Física e Bacharelado em
Nutrição
BIOQUÍMICA
Laila Cristina de Souza Santos
Graduada em Biomedicina pela Faculdade Anhanguera de Anápolis
E-mail: [email protected]
Jussara-GO
2013
Bioquímica é a ciência que estuda os processos químicos que ocorrem
nos organismos vivos. De maneira geral, ela consiste do estudo da estrutura
e função
metabólica de componentes
celulares e virais,
como proteínas (proteômica), enzimas (enzimologia), carboidratos, lipídios, áci
dos nucléicos(biologia molecular) entre outros.
 PROTEINAS
As Proteínas são compostos orgânicos bioquímicos, constituídos por
um ou mais polipeptídeos tipicamente dobrada em uma forma globular ou
fibrosa, facilitando uma função biológica. São compostos de alto peso
molecular, sintetizadas pelos organismos vivos através da condensação de um
grande número de moléculas de alfa-aminoácidos, através de ligações
denominadas ligações peptídicas. São consideradas as macromoléculas mais
importantes das células e, para muitos organismos, constituem quase 50% de
suas massas. Uma proteína é um conjunto de no mínimo 20 aminoácidos, mas
sabemos que uma proteína possui muito mais que essa quantidade, sendo os
conjuntos menores denominados Polipeptídeos.
As proteínas podem ter 4 tipos de estrutura dependendo do tipo de
aminoácidos que possui, do tamanho da cadeia e da configuração espacial da
cadeia polipeptídica. As estruturas são:
Estrutura primária
É dada pela sequência de aminoácidos
ao longo da cadeia
polipeptídica. É o nível estrutural mais simples e mais importante, pois dele
deriva todo o arranjo espacial da molécula. São específicas para cada proteína,
sendo, geralmente, determinadas geneticamente. A estrutura primária da
proteína resulta em uma longa cadeia de aminoácidos, com uma extremidade
"amino terminal" e uma extremidade "carboxi terminal". Sua estrutura é
somente a sequência dos aminoácidos, sem se preocupar com a orientação
espacial da molécula. Suas ligações são ligações peptídicas e ligações
dissulfureto.
Estrutura secundária
É dada pelo arranjo espacial de aminoácidos próximos entre si na
sequência primária da proteína.
Ocorre graças à possibilidade de rotação das ligações entre os carbonos
alfa dos aminoácidos e os seus grupos amina e carboxilo. O arranjo secundário
de uma cadeia polipeptídica pode ocorrer de forma regular; isso acontece
quando os ângulos das ligações entre carbonos alfa e seus ligantes são iguais
e se repetem ao longo de um segmento da molécula.
A cadeia polipeptídica pode interagir consigo mesma de dois modos
principais: pela formação das alfa-hélices e das folhas-beta. Além destas
existem estruturas que não são nem hélices nem folhas chamadas laços
(loops).

alfa-hélice: presente na estrutura secundária dos níveis de organização
das proteínas. São estruturas cilindricas estabilizadas por pontes de
hidrogénio entre aminoácidos. As cadeias laterais dos aminoácidos
encontram-se viradas para fora. Existem várias formas de como as hélice
alfa podem organizar-se. Na alfa-hélice a espinha dorsal polipeptídica é
torcida em uma hélice virada à direita.

folha-beta: padrão estrutural encontrado em várias proteínas, nas quais
regiões vizinhas da cadeia polipeptídica associam-se por meio de ligações
de hidrogénio, resultando em uma estrutura achatada e rígida. Esta é
também uma estrutura estável na qual os grupos polares da cadeia
polipeptídica associam-se por meio de ligações de hidrogénio um ao outro.

laços: Laços são secções da sequência que se ligam aos outros dois
tipos de estrutura secundária. Em contraste com hélices e folhas, que
formam o núcleo da proteína, loops não são estruturas regulares e ficam
fora da proteína dobrada.
Estrutura terciária
Resulta do enrolamento da hélice ou da folha pregueada, sendo
estabilizada por pontes de hidrogênio e ligações dissulfureto. Esta estrutura
confere a atividade biológica às proteicas. Ela descreve a conformação da
proteína inteira.
A estrutura terciária descreve o dobramento final de uma cadeia, por
interações de regiões com estrutura regular ou de regiões sem estrutura
definida, podendo haver interações de segmentos distantes de estrutura
primaria, por ligações não covalentes.
Enquanto a estrutura secundária é determinada pelo relacionamento
estrutural de curta distância, a terciária é caracterizada pelas interações de
longa distância entre aminoácidos, denominadas interações hidrofóbicas, pelas
interações eletrostáticas, pontes de hidrogênio e de sulfeto. Todas têm
seqüências de aminoácidos diferentes, refletindo estruturas e funções
diferentes. Efetua interações locais entre os aminoácidos que ficam próximos
uns dos outros.
Estrutura quaternária
Algumas proteínas podem ter duas ou mais cadeias polipeptídicas. Essa
transformação das proteínas em estruturas tridimensionais é a estrutura
quaternária, que são guiadas e estabilizadas pelas mesmas interações da
terciária.A junção de cadeias polipeptídicas pode produzir diferentes funções
para os compostos.
Um dos principais exemplos de estrutura quaternária é a hemoglobina.
Sua estrutura é formada por quatro cadeias polipeptídicas.
 ENZIMAS
Enzimas são catalisadores biológicos capazes de aumentar a
velocidade de reações não catalisadas da ordem de 106 a 1011. Exceto para
uma classe de ácidos ribonucléicos catalíticos (RNAs) chamados riboenzimas,
todas as enzimas são proteínas. Sua alta especificidade pelo substrato garante
a catálise da reação desejada ao mesmo tempo em que reduz efeitos
colaterais. As enzimas não são modificadas pelas reações que catalisam,
apesar de poderem ficar temporariamente alteradas durante a reação.
Atividade enzimática
As enzimas convertem uma substância, chamada de substrato, noutra
denominada produto, e são extremamente específicas para a reação que
catalisam. Isso significa que, em geral, uma enzima catalisa um e só um tipo de
reação química. Consequentemente, o tipo de enzimas encontradas numa
célula determina o tipo de metabolismo que a célula efetua.
A velocidade da reação catalisada por uma enzima é aumentada devido
ao abaixamento da energia de ativação necessária para converter o substrato
no produto. O aceleramento da reação pode ser da ordem dos milhões de
vezes: por exemplo, a enzima orotidina-5'-fosfato descarboxilase diminui o
tempo da reação por ela catalisada de 78 milhões de anos para 25
milissegundos.
Como são catalisadores, as enzimas não são consumidas na reação e
não alteram o equilíbrio químico dela.
A atividade enzimática pode depender da presença de determinadas
moléculas, genericamente chamadas cofatores. A natureza química dos
cofatores
é
muito
variável,
mais ions metálicos (como
podendo
o ferro),
ou
ser,
por
exemplo,
uma molécula
um
ou
orgânica (como
a vitamina B12). Estes cofatores podem participar ou não diretamente na reação
enzimática.
Determinadas substâncias, podem inibir a atividade de algumas
enzimas, diminuindo-a ou eliminando-a totalmente; são os chamados inibidores
enzimáticos.
Pelo fato de serem proteínas com estrutura terciária ou quaternária, os
enzimas são dotadas de dobramentos tridimensionais em suas cadeias
polipeptídicas, o que lhes confere uma forma característica e exclusiva. Assim,
diferentes enzimas têm diferentes formas e, portanto, diferentes papéis
biológicos. Para que um enzima atue, é necessário que os substratos "se
encaixem" na enzima. Esse "encaixe", porém, depende da forma, isto é, do
"contorno" da enzima. Por isso, substratos que se "encaixam" em uma
determinada enzima não se "encaixam" em outras diferentes, e a reação não
ocorre; daí a especificidade das enzimas quanto aos substratos em que atuam.
Uma vez ocorrido o "encaixe", forma-se o complexo enzima-substrato, que se
assemelha ao sistema "chave-fechadura". O local da enzima onde o substrato
se "encaixa" é denominado sítio ativo (ou centro ativo). No caso de substâncias
que reagem entre si, sob a ação catalisadora das enzimas, a reação é
facilitada, tornando-se mais rápida, pois a proximidade entre as moléculas
"encaixadas" acelera o processo reativo; após a reação, a enzima desliga-se
do substrato e permanece intacta.
 CARBOIDRATOS
Carboidratos,
também
conhecidos
como hidratos
de
carbono, glicídios, glucídeos, glúcidos, glúcides, sacarídeos ou açúcares,
são as biomoléculas mais abundantes na natureza, constituídas principalmente
por carbono, hidrogênio e oxigênio podendo
apresentar nitrogênio, fósforo ou enxofre na sua composição.
Dentre as diversas funções atribuídas aos carboidratos, a principal é
a energética. Também atuam como elementos estruturais e de proteção
na parede celular das bactérias, fungos e vegetais, bem como em tecidos
conjuntivos e
envoltório
celular
de animais.
Agem
como
lubrificantes
das articulações esqueléticas e fornecem coesão entre as células. Podem
funcionar como sinalizadores celulares. Alguns carboidratos, como a ribose e
a desoxirribose, fazem parte da estrutura de nucleotídeos e dos ácidos
nucleicos.
Conforme o tamanho, os carboidratos podem ser classificados
em monossacarídeos, oligossacarídeos e polissacarídeos.
Monossacarídeos
Os monossacarídeos são carboidratos com reduzido número de
átomos de carbono em sua molécula. O "n" da fórmula geral (CnH2nOn) pode
variar de 3 a 7 (trioses, tetroses, pentoses,hexoses e heptoses), sendo os mais
importantes as pentoses (C5H10O5) e as hexoses (C6H12O6). São relativamente
pequenos, solúveis em água e não sofrem hidrólise.
Carboidrato
Importância biológica
Gliceraldeído
Composto
Trioses
intermediário
da glicólise
(C3H6O3)
Diidroxiacetona
Participa da glicólise e do ciclo
de Calvin.
Ribose
Matéria-prima para a síntese
de ácido ribonucleico (RNA).
Pentoses
(C5H10O5)
Desoxirribose
Matéria-prima para a síntese
(C5H10O4)
de ácido
desoxirribonucleico (DNA).
Glicose
Molécula mais utilizada pelas
células para a
obtenção
de
energia.
Hexoses
(C6H12O6)
Frutose
Função energética.
Galactose
Constitui
a lactose do
Função energética.
leite.
Oligossacarídeos
Os Oligossacarídeos são carboidratos resultantes da união de duas a
dez moléculas de monossacarídeos. A ligação entre os monossacarídeos
ocorre por meio de ligação glicosídica, formada pela perda de uma molécula de
água. O grupo mais importante dos oligossacarídeos são os dissacarídeos,
formados pela união de apenas dois monossacarídeos.[4] Quando são
constituídos por três moléculas de monossacarídeos, recebem o nome
de trissacarídeos.
Os oligossacarídeos são solúveis em água, mas como não são
carboidratos simples como os monossacarídeos, necessitam ser quebrados
na digestão para que sejam aproveitados pelos organismos como fonte de
energia.
Carboidrato
Monossacarídeos
Importância
constituintes
biológica
Abundante na cana-
Sacarose
glicose + frutose
de-açúcar
e
beterraba.
Função
energética.
Lactose
glicose + galactose
Encontrada no leite.
Função energética.
Dissacarídeos
Encontrada
alguns
Maltose
glicose + glicose
em
vegetais,
provém também da
digestão do amido
pelos
animais.
Função energética.
Encontrada
principalmente
nas leguminosas,
Trissacarídeos
Rafinose
glicose
+ frutose + não é digerida pelos
galactose
seres
humanos.
Função energética.
Polissacarídeos
Os polissacarídeos são carboidratos grandes, às vezes ramificados,
formados pela união de mais de dez monossacarídeos ligados em cadeia,
constituindo,
assim,
um polímero de
monossacarídeos,
geralmente
de
hexoses. São insolúveis em água e, portanto, não alteram o equilíbrio osmótico
das células. Os polissacarídeos possuem duas funções biológicas principais,
como forma armazenadora de combustível e como elementos estruturais.
Carboidrato
Monossacarídeos
Importância
constituintes
biológica
Armazenado
no
amiloplasto
de
raízes
do
tipo
tuberosa (mandioca,
batata doce, cará),
Amido
≈1.400 glicoses
caules
do
tipo
tubérculo
(batatinha), frutos e
sementes. Principal
reserva
energética
dos vegetais.
Armazenado
Polissacarídeos
fígado
e
no
nos
músculos. Principal
≈30.000 glicoses
Glicogênio
reserva
de
energética
animais
e
fungos.
Função
estrutural
na célula vegetal,
≈1.000 glicoses
Celulose
como
um
componente
da
parede celular.
Constitui
exoesqueleto
Quitina
o
dos
artrópodes e está
presente na parede
celular dos fungos.
Observação:
existem
outros
tipos
de
polissacarídeos
denominados
hetropolissacarídeos que originam, por hidrólise, vários tipos diferentes de
monossacarídeos. Como por exemplo, o ácido hialurônico, condroitinsulfato e
a heparina.
Função

Energética: constituem a primeira e principal substância a ser
convertida em energia calorífica nas células, sob a forma de ATP. Nas
plantas, o carboidrato é armazenado como amido nosamiloplastos; nos
animais, é armazenado no fígado e nos músculos como glicogênio. É o
principal combustível utilizado pelas células no processo respiratório a partir
do qual se obtém energia para ser gasta no trabalho celular.[5]

Estrutural: determinados
carboidratos
proporcionam
rigidez,
consistência e elasticidade a algumas células. A pectina, a hemicelulose e
a celulose compõem
a parede
celular dos
vegetais.[5]A quitina forma
o exoesqueleto dos artrópodes.
Os ácidos
nucléicos apresentam
carboidratos, como a ribose e a desoxirribose, em sua estrutura. Entram na
constituição de determinadas estruturas celulares funcionando como
reforço ou como elemento de revestimento.
De forma geral, os carboidratos desempenham um papel extremamente
importante em nosso organismo, pois é através deles que nossas células
obtêm energia para realizar suas funções metabólicas (movimentos).
 LIPIDIOS
Lipídios, lipídeos, lípides ou lípidos são biomoléculas compostas
por
carbono (C), hidrogênio (H) e oxigênio (O), fisicamente caracterizadas por
serem insolúveis em água, e solúveis em solventes orgânicos, como
o álcool, benzina, éter, clorofórmio e acetona.
Fonte energética
Fornecem mais energia que os carboidratos, porém estes são
preferencialmente utilizados pela célula. Toda vez que a célula eucarionte
necessita de uma substância energética, ela vai optar pelo uso imediato de
uma glicose, para depois consumir os lipídeos.
Estrutural
Os fosfolipídios são os principais componentes das membranas
celulares.
Isolante térmico
Auxiliam na manutenção da temperatura do corpo, por meios de uma
camada de tecido denominado hipoderme, a qual protege o indivíduo contra as
variações de temperatura mantendo a homeostasia corpórea.
Proteção mecânica
A gordura age como suporte mecânico para certos órgãos internos e sob
a pele de aves e mamíferos, protegendo-os contra choques e traumatismos.
 NUTRIÇÃO
Nutrientes e Requerimentos Energéticos
Os requerimentos dietéticos por proteínas, vitaminas, minerais e
oligoelementos são especificados em termos da dieta diária recomendada
(DDR). A DDR representa uma ingestão dietética ideal de nutrientes que
manterão uma população saudável. A DDR varia com idade, sexo, peso
corporal e estado fisiológico; ela aumenta durante a gestação e lactação, bem
como durante a infância.
Taxa Metabólica Basal
A taxa metabólica basal (BMR) é a taxa despendida por uma pessoa em
repouso para eliminar os efeitos variáveis da atividade física. A BMR responde
por aproximadamente 60 % do consumo diário de energia. Assim, isto inclui a
energia usada para homeostasia celular do corpo normal, função cardíaca,
cerebral e outras funções nervosas, e assim por diante. Ela está relacionada
com o peso corporal pelo seguinte cálculo:
BMR(Cal/d) = 24 X PESO CORPORAL (Kg)
Um aumento passivo no gasto de energia ocorre durante a digestão dos
alimentos. Isto é referido como efeito térmico ou, na literatura antiga, ação
dinâmica específica dos alimentos; tal dispêndio responde por cerca de 105 do
gasto energético diário.
O Total de dispêndio energético diário é calculado a partir do
conhecimento da BMR e um fatos de atividade física. O fator de atividade física
é uma função do tipo de atividade para um indivíduo (i.é., 1,3 para sedentário,
1,5 para a atividade moderada e 1,7 para atividade excessiva). Quando
multiplicada pela BMR, obtém-se uma estimativa do dispêndio diário de
energia.
Exemplo: Uma pessoa com 220 Ib (220/2,2 = 100 kg) com dispêndio moderado
de energia (i. é., um escriturário):
BMR = 24 x 100 = 2.400 Kcal/dia
Energia gasta = 2.400 x 1,5 = 3.600 kcal/dia
Índice de Massa Corporal
O índice de massa corporal (IMC) é usado como um índice de peso
corporal saudável. Ele presume uma distribuição normal entre os tecidos
adiposos e muscular e, desta forma, não seria apropriado para indivíduos
musculosos, como os atletas. O IMC é calculado pela fórmula
IMC (kg/m2) = peso em kg/ altura em m2
Valores de referência:
Peso corporal saudável: IMC entre 20 e 25
Excesso de peso: IMC de 25 a 30
Obesidade: IMC de 30 a 40
Obesidade mórbida: IMC maiores que 40.
DIGESTÃO E ABSORÇÃO DE CARBOIDRATOS
Para eu os carboidratos da dieta sejam utilizados pelo corpo, eles devem
ser convertidos, durante a digestão, até monossacarídeos. Além do amido, os
outros principais carboidratos da dieta são os dissacarídeos lactose e
sacarose, além do monossacarídeo frutose. Os monossacarídeos produzidos
por digestão completa desses carboidratos dietéticos são a glicose, a galactose
e a frutose.
O processo digestivo começa com a amilase salivar, que cliva
aleatoriamente, as ligações α-1,4 do amido. Embora a digestão pela amilase
comece pela saliva, a alfa-amilase pancreática é mais importante para a
digestão completa do amido (Figura 1). O amido é degradado, primeiramente,
em maltose e isomaltose (contendo a ligação α-1,6 que não são digeridas pela
amilase)
As principais dissacaridases, localizadas na borda em escova do lúmen
intestinal, são
- Maltase – hidrolisa a maltose
- Sacarose-isomaltase – hidrolisa a sacarose e isomaltose.
- Lactase – hidrolisa a lactose
Figura 1. Digestão da amilose e amilopectina pela α-amilase.
Sempre que a lactose não é digerida, ela não é absorvida e passa pêra
o intestino grosso. Aqui a lactose é atacada pela microbiota intestinal que
promove sua fermentação, produzindo grande quantidade de CO2, hidrogênio,
metano e ácidos orgânicos; este ultimo irrita os intestinos, aumentando sua
motilidade. Todos esses produtos têm uma única via de saída. Assim, os
sintomas que caracterizam a intolerância a lactose são aumento abdominal e
flatulência e, em casos extremos, uma diarréia espumosa.
A celulose e outros polissacarídeos de origem vegetariana com ligações
β-1,4 não são digeridos por seres humanos devido a falta da enzima β-1,4
glicosidase. Eles constituem a parte fibrosa da dieta humana. Durante os
estágios iniciais que se seguem a uma refeição, as concentrações de
monossacarídeos nos fluidos intestinais podem exceder àquela do corpo;
assim, o transporte de açúcar pode ser passivo e facilitado. Nos últimos
estágios, e na maior parte do processo digestivo, o transporte de
mossacarídeos do intestino para a corrente circulatória ocorre contra o
gradiente de concentração; a absorção de carboidratos é, primariamente, um
processo ativo. A glicose e galactose são transportadas por uma ATPase-Na+
do lúmen para as células epiteliais. Como as concentrações de glicose são
estocadas nas células epiteliais, ela se move no sentido da corrente sanguínea
por transporte passivo facilitado. A frutose, que normalmente não está presente
em concentrações significativas no sangue, é transportada por difusão
facilitada.
DIGESTÃO E ABSORÇÃO DE LIPÍDIOS
Os principais Lipídios da dieta são os triglicerídeos, colesterol e
fosfolipídios. As fontes vegetais suprem as gorduras que são primariamente
insaturadas, enquanto que as de origem animal são primariamente saturadas.
- As gorduras saturadas são predominantes em óleos de coco, óleo de dendê,
em laticínios e em gorduras animais.
- As gorduras poliinsaturadas são predominantes em óleo de soja e de milho.
- As gorduras monoinsaturadas estão enriquecidas no óleo de canola e no de
oliva.
A emulsificação dos lipídios pelos sais biliares aumenta a área de
superfície das partículas lipídicas para a interação com as lípases intestinais e
aumenta sua taxa de digestão. Há diversos tipos de lípases:
- A α-lipase pancreática hidrolisa ligações ésteres nas posições 1 e 3 em
triacilgliceróis. Os ácidos graxos livres (AGL) e 2-monoglicerídios, então,
entram na célula da mucosa epitelial por difusão passiva. Um gradiente de
concentração é mantiodo pela rápida ressíntese de triacilgliceróis na célula da
mucosa (Figura 2).
- A fosfolipase A2 hidrolisa o carbono-2 (β) do ácido graxo da lecitina, formando
lisolecitina.
- Os ésteres de colesterol são hidrolisados a colesterol mais ácidos graxos pela
colesterol esterase.
Figura 2. Digestão e absorção de lipídios da dieta e organização de quimiomícrons nascentes
(novos). O colesterol e 2-monoglicerídeos são retificados e acondicionados em quilomícrons.
DIGESTÃO E ABSORÇÃO DE PROTEÍNAS
Para que a proteína dietética possa ser utilizada pelo organizmo, ela
deve ser hidrolisada até aminoácidos para sua absorção. Este processo
começa no estômago e é ajudado pelo baixo pH. Embora a acidez do
estomago não seja suficientemente concentrada para hidrolizar as proteínas, é
ele quem promove sua desnaturação, permitindo maior facilidade de acesso
pela enzima proteolítica pepsina. Esta possui uma ampla especificidade, mas
age, preferencialmente, sobre ligações peptídicas de aminoácidos aromáticos,
como leucina e metionina, para gerar pequenos peptídeos, mas relativamente
poucos aminoácidos livres. No intesteino delgado, a acidez gástrica é
neutralizada pelo suco pancreático, que é rico em bicarbonato, e a digetão
péptica é, posteriormente, hidrolisada pelas proteases alcalinas pancreáticas –
tripsina e quimotripsina – e peptidases para liberar aminoácidos livres. A
tripisina promove clivagem no lado carboxil da arginina e lisina, enquanto a
quimiotripsina cliva no lado carboxil dos aminoácidos aromáticos. A peptidase
do tipo carboxipeptidase A é uma exopeptidase que remove aminoácidos, um
de cada vez, do terminal carboxil de um peptídio.
A absorção de aminoácidos do lúmen intestinal e sua liberação para a
circulação porta dependem de gasto de energia.
Bibliografia
Pelley, John W., Bioquímica / John W. Pelley; [tradutores Antonio Cláudio
Mendes Ribeiro e outros] – Rio de Janeiro : Elsevier, 2007.