livro Bioquimica basica e metabolismo

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<p>Indaial – 2019</p><p>MetabolisMo</p><p>Prof.ª Graziela dos Santos Barni</p><p>1a Edição</p><p>bioquíMica básica e</p><p>Copyright © UNIASSELVI 2019</p><p>Elaboração:</p><p>Prof.ª Graziela dos Santos Barni</p><p>Revisão, Diagramação e Produção:</p><p>Centro Universitário Leonardo da Vinci – UNIASSELVI</p><p>Ficha catalográfica elaborada na fonte pela Biblioteca Dante Alighieri</p><p>UNIASSELVI – Indaial.</p><p>Impresso por:</p><p>B262b</p><p>Barni, Graziela dos Santos</p><p>Bioquímica básica e metabolismo. / Graziela dos Santos Barni.</p><p>– Indaial: UNIASSELVI, 2019.</p><p>212 p.; il.</p><p>ISBN 978-85-515-0340-9</p><p>1. Bioquímica. - Brasil. 2. Metabolismo. – Brasil. II. Centro Universitário</p><p>Leonardo Da Vinci.</p><p>CDD 572</p><p>Prezado acadêmico, este livro didático reúne informações preciosas sobre</p><p>bioquímica e metabolismo. Mas questionamos: O que é a Bioquímica? Como podemos</p><p>definir Metabolismo?</p><p>A bioquímica é considerada uma ciência interdisciplinar que utiliza princípios e</p><p>métodos da química na investigação das transformações que ocorrem nas substâncias</p><p>e moléculas dos seres vivos, enquanto que o metabolismo são as transformações e</p><p>reações químicas relacionadas aos processos de síntese, degradação e decomposição</p><p>envolvendo nossas células.</p><p>Neste livro didático conheceremos os principais processos e conceitos que</p><p>envolvem essas ciências tão importantes para os seres vivos e que vivenciamos</p><p>diariamente. Para tornar este momento mais organizado e de fácil entendimento,</p><p>dividimos em três unidades.</p><p>Na Unidade 1, nosso foco inicialmente estará direcionado para as informações</p><p>relacionadas aos fundamentos da bioquímica. Esta unidade estará dividida em dois tópicos: a</p><p>lógica molecular da vida e célula eucarionte e procarionte.</p><p>Você lembra quais são as principais teorias para explicar o aparecimento da vida no</p><p>nosso planeta? O que significa ser eucarionte e procarionte?</p><p>Na Unidade 2 será abordado o tema biomoléculas. Afinal, o que são biomoléculas?</p><p>Como podemos imaginar, biomoléculas são moléculas essenciais à vida. Esta unidade</p><p>está dividida em sete tópicos, sendo eles: características gerais das biomoléculas; água;</p><p>aminoácidos; proteínas; enzimas; carboidratos; ácidos nucleicos; e lipídios.</p><p>E, por fim, na Unidade 3 iremos direcionar nossas informações para o</p><p>metabolismo que acontece no interior de nossas células. Esta unidade está dividida em</p><p>cinco tópicos: princípios de bioenergética; ciclo do ácido cítrico; metabolismo de ácidos</p><p>graxos e triglicerídeos; metabolismo de aminoácidos; e metabolismo de nucleotídeos.</p><p>Mas como nossas células obtêm energia para realizar todas as suas funções?</p><p>Por que acontecem erros no metabolismo de lipídios, podendo gerar doenças</p><p>como hipercolesterolemia e adrenoleucodistrofias, por exemplo? Esses são alguns</p><p>questionamentos que serão respondidos ao longo deste livro didático. Está curioso?</p><p>Vamos começar essa leitura cheia de informações que nos leva a compreender melhor</p><p>o funcionamento do nosso organismo?</p><p>Bons estudos!</p><p>Prof.ª Graziela dos Santos Barni</p><p>APRESENTAÇÃO</p><p>Olá, acadêmico! Para melhorar a qualidade dos materiais ofertados a</p><p>você – e dinamizar, ainda mais, os seus estudos –, a UNIASSELVI disponibiliza materiais</p><p>que possuem o código QR Code, um código que permite que você acesse um conteúdo</p><p>interativo relacionado ao tema que você está estudando. Para utilizar essa ferramenta,</p><p>acesse as lojas de aplicativos e baixe um leitor de QR Code. Depois, é só aproveitar essa</p><p>facilidade para aprimorar os seus estudos.</p><p>GIO</p><p>QR CODE</p><p>Você lembra dos UNIs?</p><p>Os UNIs eram blocos com informações adicionais – muitas</p><p>vezes essenciais para o seu entendimento acadêmico como</p><p>um todo. Agora, você conhecerá a GIO, que ajudará você</p><p>a entender melhor o que são essas informações adicionais</p><p>e o porquê você poderá se beneficiar ao fazer a leitura</p><p>dessas informações durante o estudo do livro. Ela trará</p><p>informações adicionais e outras fontes de conhecimento que</p><p>complementam o assunto estudado em questão.</p><p>Na Educação a Distância, o livro impresso, entregue a todos os</p><p>acadêmicos desde 2005, é o material-base da disciplina. A partir</p><p>de 2021, além de nossos livros estarem com um novo visual</p><p>– com um formato mais prático, que cabe na bolsa e facilita a</p><p>leitura –, prepare-se para uma jornada também digital, em que</p><p>você pode acompanhar os recursos adicionais disponibilizados</p><p>através dos QR Codes ao longo deste livro. O conteúdo</p><p>continua na íntegra, mas a estrutura interna foi aperfeiçoada</p><p>com uma nova diagramação no texto, aproveitando ao máximo</p><p>o espaço da página – o que também contribui para diminuir</p><p>a extração de árvores para produção de folhas de papel, por</p><p>exemplo. Assim, a UNIASSELVI, preocupando-se com o impacto</p><p>de ações sobre o meio ambiente, apresenta também este</p><p>livro no formato digital. Portanto, acadêmico, agora você tem a</p><p>possibilidade de estudar com versatilidade nas telas do celular,</p><p>tablet ou computador.</p><p>Junto à chegada da GIO, preparamos também um novo</p><p>layout. Diante disso, você verá frequentemente o novo visual</p><p>adquirido. Todos esses ajustes foram pensados a partir de</p><p>relatos que recebemos nas pesquisas institucionais sobre os</p><p>materiais impressos, para que você, nossa maior prioridade,</p><p>possa continuar os seus estudos com um material atualizado</p><p>e de qualidade.</p><p>ENADE</p><p>LEMBRETE</p><p>Olá, acadêmico! Iniciamos agora mais uma</p><p>disciplina e com ela um novo conhecimento.</p><p>Com o objetivo de enriquecer seu conheci-</p><p>mento, construímos, além do livro que está em</p><p>suas mãos, uma rica trilha de aprendizagem,</p><p>por meio dela você terá contato com o vídeo</p><p>da disciplina, o objeto de aprendizagem, materiais complementa-</p><p>res, entre outros, todos pensados e construídos na intenção de</p><p>auxiliar seu crescimento.</p><p>Acesse o QR Code, que levará ao AVA, e veja as novidades que</p><p>preparamos para seu estudo.</p><p>Conte conosco, estaremos juntos nesta caminhada!</p><p>Acadêmico, você sabe o que é o ENADE? O Enade é uma</p><p>dos meios avaliativos dos cursos superiores no sistema federal de</p><p>educação superior. Todos os estudantes estão habilitados a participar</p><p>do ENADE (ingressantes e concluintes das áreas e cursos a serem</p><p>avaliados). Diante disso, preparamos um conteúdo simples e objetivo</p><p>para complementar a sua compreensão acerca do ENADE. Confi ra,</p><p>acessando o QR Code a seguir. Boa leitura!</p><p>SUMÁRIO</p><p>UNIDADE 1 - FUNDAMENTOS DE BIOQUÍMICA ......................................................1</p><p>TÓPICO 1 - A LÓGICA MOLECULAR DA VIDA ......................................................... 3</p><p>1 INTRODUÇÃO ........................................................................................................ 3</p><p>2 A UNIDADE QUÍMICA DOS DIFERENTES ORGANISMOS VIVOS .........................4</p><p>2.1 A BIOQUÍMICA PROCURA EXPLICAR A VIDA EM TERMOS QUÍMICOS ......................6</p><p>2.2 MACROMOLÉCULAS CONSTRUÍDAS A PARTIR DE COMPOSTOS SIMPLES ......... 8</p><p>2.3 PRODUÇÃO DE ENERGIA E SEU CONSUMO NO METABOLISMO ..............................9</p><p>2.4 TRANSFERÊNCIA DA INFORMAÇÃO BIOLÓGICA ........................................................ 17</p><p>RESUMO DO TÓPICO 1 ..........................................................................................23</p><p>AUTOATIVIDADE ...................................................................................................24</p><p>TÓPICO 2 - CÉLULA EUCARIONTE E PROCARIONTE ..........................................25</p><p>1 INTRODUÇÃO ......................................................................................................25</p><p>2 COMPARTIMENTOS CELULARES ......................................................................25</p><p>3 DIMENSÕES CELULARES ..................................................................................32</p><p>4 CÉLULAS E TECIDOS USADOS EM ESTUDOS BIOQUÍMICOS ..........................34</p><p>5 EVOLUÇÃO E ESTRUTURA DAS CÉLULAS PROCARIÓTICAS..........................34</p><p>5.1 O ESTUDO DA Escherichia coli ....................................................................................... 36</p><p>6 EVOLUÇÃO DAS CÉLULAS EUCARIÓTICAS .....................................................39</p><p>como membrana nuclear</p><p>interna e externa, espaço perinuclear, poros nucleares, lâmina nuclear, nucleoplasma,</p><p>cromática e nucléolo. Cada uma dessas estruturas desempenha um papel importante</p><p>para o equilíbrio e bom funcionamento celular. Em geral, o núcleo é único, arredondado,</p><p>centralizado ou pode ser desviado do centro celular, tornando-se periférico.</p><p>Usuario</p><p>Sublinhado</p><p>Usuario</p><p>Realce</p><p>Usuario</p><p>Realce</p><p>Usuario</p><p>Sublinhado</p><p>Usuario</p><p>Realce</p><p>Usuario</p><p>Realce</p><p>30</p><p>FIGURA 20 – A) NÚCLEOS PERIFÉRICOS EM CÉLULAS MUSCULARES ESTRIADAS ESQUELÉTICAS. B) NÚ-</p><p>CLEO CENTRALIZADO EM UM CORPO CELULAR DE NEURÔNIO</p><p>FONTE: A autora</p><p>A B</p><p>Como citado anteriormente, o núcleo possui vários componentes. Esses</p><p>componentes são de fundamental importância para que ele desempenhe com efi cácia</p><p>sua função na célula.</p><p>O envoltório nuclear, por exemplo, é responsável pela separação do conteúdo</p><p>nuclear do citoplasma. Ele é constituído por duas membranas separadas por um espaço</p><p>de 40 a 70 nanômetros, chamadas de cisterna perinuclear. Esse envoltório também</p><p>apresenta poros cuja função é o transporte seletivo de moléculas para fora e para dentro</p><p>do núcleo. Essas membranas podem ser chamadas de: membrana interna e membrana</p><p>externa. A membrana interna possui como função dar estruturação ao núcleo. Ela possui</p><p>ligações das fi bras cromatínicas ao envoltório nuclear (ALBERTS et al., 1997).</p><p>Também verifi camos na membrana ou envoltório nuclear a presença de poros</p><p>nucleares, que são interrupções do envoltório nuclear que permite a troca citoplasma-</p><p>nucleoplasma. O transporte de substâncias no complexo de poros é dependente dos</p><p>receptores de importação ou exportação nuclear. Geralmente do núcleo das células</p><p>para o citoplasma, passam através do complexo de poros nucleares, metabólitos e</p><p>RNA mensageiro e ribossômico, enquanto do citoplasma para o interior do núcleo irão</p><p>atravessar proteínas, íons e nucleotídeos pelo complexo de poro.</p><p>Para Junqueira e Carneiro (2007), a importação de proteínas através do Complexo</p><p>do Poro Nuclear acontece de algumas maneiras. A primeira etapa envolve a proteína</p><p>com sequência de localização nuclear (NLS), que é identifi cada por outra proteína</p><p>presente, chamada importina, ligada ao GDP (Guanina Difosfato). O complexo proteína-</p><p>importina-RAN-GDP liga-se a uma proteína específi ca dos fi lamentos citoplasmáticos</p><p>do poro nuclear. O complexo é translocado através do poro nuclear. No núcleo, o GDP</p><p>(Guanina Difosfato) ligado a RAN é substituído por GTP (Guanina trifosfato), gerando</p><p>uma alteração conformacional, em seguida ocorre a liberação da proteína. O complexo</p><p>importina-RAN-GTP é exportado através do poro nuclear e o GTP é hidrolisado a GDP no</p><p>citoplasma, como mostra o esquema a seguir:</p><p>Usuario</p><p>Sublinhado</p><p>Usuario</p><p>Sublinhado</p><p>Usuario</p><p>Sublinhado</p><p>Usuario</p><p>Sublinhado</p><p>Usuario</p><p>Sublinhado</p><p>Usuario</p><p>Realce</p><p>31</p><p>FIGURA 21 – PROCESSO DE IMPORTAÇÃO ATRAVÉS DO COMPLEXO DE PORO NUCLEAR</p><p>FONTE: A autora</p><p>Curiosidade:</p><p>O que é Talassemia?</p><p>A talassemia é uma forma de anemia crônica, de origem genética (hereditária),</p><p>que faz parte de um grupo de doenças do sangue (hemoglobinopatias)</p><p>caracterizada por defeitos genéticos que resultam em diminuição da produção</p><p>de um dos tipos de cadeias que formam a molécula de hemoglobina. Alguns</p><p>desses defeitos envolvem uma disfunção na formação dos poros nucleares,</p><p>difi cultando a saída do RNAm do núcleo para ser traduzido no citoplasma das</p><p>células pelos polirribossomos em hemoglobina.</p><p>NOTA</p><p>Na fi gura a seguir podemos observar um esfregaço sanguíneo com hemácias</p><p>normais e outro esfregaço sanguíneo com hemácias alteradas (talassemia):</p><p>32</p><p>FIGURA 22 – ESFREGAÇO SANGUÍNEO EVIDENCIANDO HEMÁCIAS NORMAIS E HEMÁCIAS ALTERADAS</p><p>(TALASSEMIA)</p><p>FONTE: <https://www.abrasta.org.br/tipos/>. Acesso em: 26 mar. 2019.</p><p>3 DIMENSÕES CELULARES</p><p>A maioria das células é microscópica, invisível a olho nu. As células dos animais</p><p>e das plantas têm um diâmetro geralmente de 5 a 100 mm, e muitos microrganismos</p><p>unicelulares têm comprimento de 1 a 2 mm. Então, o que limita as dimensões de uma</p><p>célula? O limite inferior provavelmente é determinado pelo número mínimo de cada tipo</p><p>de biomolécula requerido pela célula. As menores células, certas bactérias conhecidas</p><p>como micoplasmas, têm diâmetro de 300 nm e volume de cerca de 10-14 mL. Um único</p><p>ribossomo bacteriano tem 20 nm na sua dimensão mais longa, de forma que poucos</p><p>ribossomos ocupam uma fração substancial do volume de uma célula de micoplasma</p><p>(NELSON; COX, 2002).</p><p>O limite superior de tamanho celular provavelmente é determinado</p><p>pela taxa de difusão das moléculas de soluto nos sistemas aquosos.</p><p>Por exemplo, uma célula bacteriana que depende de reações</p><p>de consumo de oxigênio para extração de energia deve obter</p><p>oxigênio molecular, por difusão, a partir do ambiente através de sua</p><p>membrana plasmática. A célula é tão pequena, e a relação entre</p><p>sua área de superfície e seu volume é tão grande, que cada parte</p><p>do seu citoplasma é facilmente alcançada pelo O2 que se difunde</p><p>para dentro dela. Com o aumento do tamanho celular, no entanto,</p><p>a relação área-volume diminui, até que o metabolismo consuma</p><p>O2 mais rapidamente do que o que pode ser suprido por difusão.</p><p>Assim, o metabolismo que requer O2 torna-se impossível quando</p><p>o tamanho da célula aumenta além de certo ponto, estabelecendo</p><p>um limite superior teórico para o tamanho das células. O oxigênio</p><p>é somente uma entre muitas espécies moleculares de baixo peso</p><p>que precisam difundir de fora para várias regiões do seu interior, e o</p><p>mesmo argumento da razão área-volume se aplica a cada uma delas</p><p>(NELSON; COX, 2014, p. 3).</p><p>https://www.abrasta.org.br/tipos/</p><p>Usuario</p><p>Sublinhado</p><p>33</p><p>Há exceções interessantes a essa generalização de que a célula deva ser</p><p>pequena. A alga verde Nitella possui células gigantes de vários centímetros de</p><p>comprimento. Para garantir a chegada de nutrientes, de metabólitos e de informação</p><p>genética (RNA) para todas as suas partes, cada célula é vigorosamente “agitada” por</p><p>correntes citoplasmáticas vivas. A forma da célula também pode ajudar a compensar o</p><p>seu longo tamanho. Uma esfera lisa possui a menor razão possível superfície/volume</p><p>para um dado volume (NELSON; COX, 2014).</p><p>Muitas células grandes, embora aproximadamente esféricas, possuem</p><p>superfície altamente convoluta (Figura 23), criando grandes áreas de superfície para o</p><p>mesmo volume e, portanto, facilitando a captação de combustíveis e nutrientes. A figura</p><p>mostra as vilosidades intestinais e suas microvilosidades, especializações da superfície</p><p>celular que aumentam a área de contato com os nutrientes, facilitando sua absorção</p><p>(NELSON; COX, 2002).</p><p>FIGURA 23 – CÉLULAS DA MUCOSA DE REVESTIMENTO INTESTINAL, EVIDENCIANDO SUAS VILOSIDADES</p><p>E A BORDA MAIS ESCURA, AS MICROVILOSIDADES INTESTINAIS</p><p>FONTE: <https://www.misodor.com/ANATOFISIOINTDELGADO.php>. Acesso em: 26 mar. 2019.</p><p>Células como os neurônios possuem uma elevada razão superfície/volume pelo</p><p>fato de serem longas e delgadas, em forma de estrela ou altamente ramificadas, em vez</p><p>de esféricas.</p><p>FIGURA 24 – NEURÔNIOS DO HIPOCAMPO</p><p>FONTE: <http://anatpat.unicamp.br/bineuhipocamponlmap2.html>. Acesso em: 27 mar. 2019.</p><p>https://www.misodor.com/ANATOFISIOINTDELGADO.php</p><p>http://anatpat.unicamp.br/bineuhipocamponlmap2.html</p><p>Usuario</p><p>Sublinhado</p><p>Usuario</p><p>Realce</p><p>Usuario</p><p>Sublinhado</p><p>Usuario</p><p>Realce</p><p>34</p><p>4 CÉLULAS E TECIDOS USADOS EM ESTUDOS BIOQUÍMICOS</p><p>Pelo fato de todas as células vivas terem se desenvolvido dos mesmos</p><p>progenitores, elas compartilham certas semelhanças fundamentais. Os métodos para</p><p>estudo das células são bastante diversificados e o conhecimento sobre elas progridem</p><p>com o aperfeiçoamento das técnicas de estudo. O estudo da célula começou através</p><p>do microscópio óptico e com o surgimento do microscópio eletrônico houve um grande</p><p>avanço no estudo das funções celulares.</p><p>Estudos bioquímicos cuidadosos de apenas alguns tipos de células devem</p><p>gerar</p><p>princípios gerais aplicáveis a todas as células e organismos (BAYNES, 2015).</p><p>O conhecimento em bioquímica é primariamente derivado de alguns</p><p>organismos e tecidos representativos como a bactéria Escherichia</p><p>coli, a levedura Sacharomyces cerevisiae, as algas fotossintetizantes,</p><p>tais como Chlamydomonas, as folhas de espinafre, o fígado de rato</p><p>e o músculo esquelético de vários vertebrados. Alguns estudos</p><p>bioquímicos focalizam o isolamento, a purificação e a caracterização</p><p>de componentes celulares; outras pesquisas investigam as vias</p><p>metabólicas e genéticas das células vivas (NELSON; COX, 2002, p. 18).</p><p>5 EVOLUÇÃO E ESTRUTURA DAS CÉLULAS PROCARIÓTICAS</p><p>Todos os organismos vivos se enquadram em três grandes grupos, que definem</p><p>os três ramos da árvore evolucionária da vida que se originou a partir de um ancestral</p><p>comum (Figura 25). Dois grandes grupos de microrganismos unicelulares podem ser</p><p>distinguidos em bases genéticas e bioquímicas: Bacteria e Archaea. As bactérias habitam</p><p>o solo, as águas superficiais e os tecidos de organismos vivos ou em decomposição.</p><p>Muitas das arqueas, reconhecidas na década de 1980 por Carl Woese como um grupo</p><p>distinto, habitam ambientes extremos – lagos de sais, fontes termais, pântanos</p><p>altamente ácidos e profundezas do oceano. As evidências disponíveis sugerem que</p><p>Bacteria e Archaea divergiram cedo na evolução. Todos os organismos eucariontes, que</p><p>formam o terceiro domínio, Eukarya, evoluíram a partir do mesmo ramo que deu origem</p><p>a Archaea; por isso, os eucariontes são mais proximamente relacionados às archaeas do</p><p>que às bactérias (JUNQUEIRA; CARNEIRO, 2007).</p><p>Algumas células primitivas evoluíram gradativamente na capacidade de fixar</p><p>CO2 e utilizar a energia radiante do sol para a produção das próprias moléculas nutritivas.</p><p>Antes ou durante a evolução dos seres unicelulares para os organismos autótrofos, um</p><p>evento evolutivo possibilitou o surgimento destes novos organismos unicelulares: os</p><p>pigmentos capazes de promover a captação da energia solar, fixação do CO2 e a produção</p><p>de moléculas mais complexas. Inicialmente, os primeiros doadores de elétrons utilizados</p><p>por organismos fotossintetizantes durante a rota fotossintética foi possivelmente o H2S.</p><p>Estes eliminavam, como resíduo, o enxofre elementar (S0) ou sulfato (SO4 -2). Este novo</p><p>tipo celular era bastante semelhante às algas azuis ou cianofíceas. Com o surgimento</p><p>Usuario</p><p>Realce</p><p>Usuario</p><p>Sublinhado</p><p>Usuario</p><p>Sublinhado</p><p>Usuario</p><p>Realce</p><p>35</p><p>da capacidade enzimática, as células começaram a utilizar a H2O como doador de</p><p>elétrons eliminando o O2 como subproduto. O oxigênio (O2) levou aproximadamente 1,5</p><p>bilhão de anos para atingir a concentração dos 21% atuais. O oxigênio é um agente</p><p>fortemente oxidante e tóxico para as células anaeróbicas. As células que existiam no</p><p>meio ambiente primitivo, não estavam adaptadas para sobreviver a um ambiente rico</p><p>em oxigênio (MAYWORM, 2014).</p><p>FIGURA 25 – FILOGENIA DOS TRÊS GRUPOS DA VIDA</p><p>FONTE: <http://sateuece.blogspot.com/2014/05/fi logenia-simplifi cadareino-animalia.html>.</p><p>Acesso em: 18 mar. 2019.</p><p>É possível classifi car os organismos pela maneira como obtêm a energia e o</p><p>carbono de que necessitam para sintetizar o material celular (conforme resumido na</p><p>Figura 26). Existem duas categorias amplas com base nas fontes de energia: fototrófi cos</p><p>(do grego trophe, “nutrição”), que captam e usam a luz solar, e quimiotrófi cos, que obtêm</p><p>sua energia pela oxidação de um combustível químico. Alguns quimiotrófi cos oxidam</p><p>combustíveis inorgânicos – por exemplo, HS – a S0 (enxofre elementar), S0 a SO4 – NO2</p><p>– a NO3 –, ou Fe21 a Fe31.</p><p>Usuario</p><p>Realce</p><p>Usuario</p><p>Realce</p><p>Usuario</p><p>Sublinhado</p><p>36</p><p>FIGURA 26 – CLASSIFICAÇÃO DOS ORGANISMOS DE ACORDO COM A FONTE</p><p>DE ENERGIA UTILIZADA</p><p>FONTE: Nelson e Cox (2014, p. 5)</p><p>5.1 O ESTUDO DA Escherichia coli</p><p>Escherichia coli, a bactéria mais estudada, é geralmente um habitante inofensivo</p><p>do trato intestinal humano. A célula de E. coli (Figura 27) é um ovoide com cerca de 2 mm</p><p>de comprimento e um pouco menos de 1 mm de diâmetro, mas outras bactérias podem</p><p>ser esféricas ou ter forma de bastonete. Ela tem uma membrana externa protetora e</p><p>uma membrana plasmática interna que envolve o citoplasma e o nucleoide. Entre a</p><p>membrana interna e a externa existe uma fi na, mas resistente, camada de um polímero</p><p>de alto peso molecular (peptidoglicano) que confere à célula sua forma e rigidez</p><p>(NELSON; COX, 20014). Essa camada mais espessa e resistente é chamada de cápsula,</p><p>uma estrutura gelatinosa, rica em glicoproteínas e diversos polissacarídeos.</p><p>Usuario</p><p>Sublinhado</p><p>37</p><p>FIGURA 27 – CARACTERÍSTICAS ESTRUTURAIS COMUNS DAS CÉLULAS DE</p><p>BACTÉRIAS E ARQUEAS</p><p>FONTE: Nelson e Cox (2014, p. 6)</p><p>Para Nelson e Cox (2014, p. 6):</p><p>A membrana plasmática e as camadas externas a ela constituem o</p><p>envelope celular. A membrana plasmática das bactérias consiste em</p><p>uma bicamada fi na de moléculas lipídicas impregnadas de proteínas.</p><p>As membranas plasmáticas arqueanas têm arquitetura similar, mas</p><p>os lipídios podem ser acentuadamente diferentes das bactérias.</p><p>Bactérias e arqueias têm especializações grupo-específi cas em seus</p><p>envelopes celulares. Algumas bactérias, chamadas gram-positivas</p><p>porque se coloram com o corante de Gram (desenvolvido por Hans</p><p>Peter Gram em 1882), têm uma camada espessa de peptidoglicanos</p><p>na parte externa da sua membrana plasmática, mas não apresentam</p><p>uma membrana externa. Já as bactérias gram-negativas têm uma</p><p>membrana externa composta de uma dupla camada lipídica na qual</p><p>se encontram inseridos lipopolissacarídeos e proteínas chamadas</p><p>porinas que proveem canais transmembrana para que compostos</p><p>de baixo peso molecular e íons possam se difundir através dessa</p><p>membrana externa. As estruturas na parte externa da membrana</p><p>plasmática das arqueias diferem de organismo para organismo, mas</p><p>eles também têm uma camada de peptidoglicanos ou proteínas que</p><p>conferem rigidez aos seus envelopes celulares.</p><p>O citoplasma da E. coli contém cerca de 15.000 ribossomos, várias cópias (de 10</p><p>a milhares) de cada uma das aproximadamente 1.000 diferentes enzimas, talvez 1.000</p><p>compostos orgânicos de massa molecular menor do que 1.000 (metabólitos e cofatores),</p><p>e uma variedade de íons inorgânicos. O nucleoide contém uma única molécula de</p><p>DNA circular, e o citoplasma (como na maioria das bactérias) contém um ou mais</p><p>segmentos de DNA circular chamados de plasmídeos (Figura 28). Na natureza, alguns</p><p>Usuario</p><p>Sublinhado</p><p>Usuario</p><p>Realce</p><p>38</p><p>plasmídeos conferem resistência a toxinas e antibióticos do ambiente. No laboratório,</p><p>esses segmentos de DNA circular são práticos para a manipulação experimental e são</p><p>ferramentas poderosas para a engenharia genética (JUNQUEIRA; CARNEIRO, 2007).</p><p>FIGURA 28 – PLASMÍDEO DE UMA CÉLULA BACTERIANA, EVIDENCIANDO SEUS</p><p>GENES DE RESISTÊNCIA</p><p>Bactéria</p><p>Plasmídeo circular</p><p>(cada um com</p><p>vários milhares de</p><p>pares de bases)</p><p>Cromossomo</p><p>circular principal</p><p>(quatro milhões</p><p>de pares de bases)</p><p>Gene de</p><p>resistência a</p><p>antibiótico</p><p>Gene necessário</p><p>para transferência</p><p>de DNA</p><p>Plasmídeo móvel</p><p>FONTE: <https://www.todoestudo.com.br/biologia/plasmideos>. Acesso em: 26 mar. 2019.</p><p>Quando falamos de bactérias, devemos lembrar que:</p><p>Outras espécies de Bacteria e também de Archaea contêm uma</p><p>coleção similar de moléculas, mas cada espécie tem especializações</p><p>físicas e metabólicas relacionadas ao nicho ambiental e fontes</p><p>nutricionais. Cianobactérias, por exemplo, têm membranas internas</p><p>especializadas em capturar energia da luz. Muitas arqueias vivem</p><p>em ambientes extremos e têm adaptações bioquímicas para</p><p>sobreviver em extremos de temperatura, pressão ou concentração</p><p>de sal. Diferenças observadas na estrutura dos ribossomos deram</p><p>a primeira indicação de que Bacteria e Archaea constituem grupos</p><p>diferentes. A maioria das bactérias (inclusive E. coli) existe na forma</p><p>de células individuais, mas muitas vezes associadas a biofilmes ou</p><p>películas, nas quais inúmeras células se aderem umas às outras</p><p>e ao</p><p>mesmo tempo ao substrato sólido que fica junto ou próximo de uma</p><p>superfície aquosa. Células de algumas espécies de bactérias (p. ex.,</p><p>mixobactéria) mostram um comportamento social simples, formando</p><p>agregados multicelulares em resposta a sinais entre células vizinhas</p><p>(NELSON; COX, 2014, p. 36).</p><p>https://www.todoestudo.com.br/biologia/plasmideos</p><p>Usuario</p><p>Realce</p><p>Usuario</p><p>Sublinhado</p><p>Usuario</p><p>Sublinhado</p><p>39</p><p>6 EVOLUÇÃO DAS CÉLULAS EUCARIÓTICAS</p><p>Fósseis mais antigos do que 1,5 bilhão de anos estão limitados àqueles</p><p>organismos pequenos e relativamente simples, semelhantes na forma e no tamanho</p><p>aos procariotos modernos. Iniciando-se há cerca de 1,5 bilhão de anos, os registros</p><p>fósseis começam a mostrar evidência de organismos mais complexos e maiores,</p><p>provavelmente as primeiras células eucarióticas.</p><p>Para Nelson e Cox (2002, p. 23):</p><p>Três alterações principais devem ter ocorrido quando os procariotos</p><p>deram origem aos eucariotos. Primeiro, as células adquiriram mais</p><p>DNA, surgiram mecanismos que o dobraram e o compactaram</p><p>em discretos complexos com proteínas específicas e dividiram-</p><p>no igualmente entre as células filhas durante a divisão celular.</p><p>Esses complexos DNA-proteína, os cromossomos, tornaram-</p><p>se especialmente compactados no instante da divisão celular,</p><p>quando podem ser observados ao microscópio óptico como fios de</p><p>cromatina. Segundo, à medida que as células se tornaram maiores,</p><p>um sistema de membranas intracelulares se desenvolveu, incluindo</p><p>a membrana dupla que envolve o DNA. E a terceira alteração, seria</p><p>quando as células eucarióticas primitivas, que eram incapazes de</p><p>realizar fotossíntese ou metabolismo anaeróbico, misturaram suas</p><p>vantagens com as das bactérias aeróbicas ou fotossintetizantes para</p><p>formar associações endossimbióticas que se tornaram permanentes.</p><p>Na Figura 29 podemos observar a evolução dos procariotos para os eucariotos.</p><p>Os organismos modernos podem ter surgido a partir de um ancestral procarioto comum</p><p>por uma série de associações endossimbióticas.</p><p>Acredita-se que algumas bactérias aeróbicas evoluíram para as mitocôndrias,</p><p>quando as condições do meio ambiente tornaram-se desfavoráveis e algumas cianobactérias</p><p>fotossintetizantes tornaram-se os plastídios, tais como os cloroplastos das algas verdes, os</p><p>prováveis ancestrais das modernas células das plantas (NELSON; COX, 2014).</p><p>FONTE: <http://1.bp.blogspot.com/-sXWYAODckOM/Vq5OOwmFcNI/AAAAAAAAD3w/ZvQygdTCrFI/</p><p>s1600/1.gif>. Acesso em: 30 mar. 2019.</p><p>FIGURA 29 – EVOLUÇÃO DOS PROCARIONTES PARA OS EUCARIONTES</p><p>40</p><p>As células procariontes e eucariontes possuem características bem distintas. O</p><p>Quadro 1 faz uma comparação de células procarióticas com eucarióticas:</p><p>Características Célula Procariótica Célula Eucariótica</p><p>Tamanho Geralmente pequeno (1-10</p><p>um).</p><p>Geralmente grande (5-100 um).</p><p>Genoma DNA com proteínas não</p><p>histonas, genoma no</p><p>nucleoide, não envolvido</p><p>por membrana.</p><p>DNA complexado com proteínas</p><p>histonas e não histonas em</p><p>cromossomos;</p><p>Cromossomos no núcleo com</p><p>envelope membranoso.</p><p>Divisão Celular Fissão ou brotamento, não</p><p>ocorre mitose.</p><p>Mitose, incluindo fuso mitótico,</p><p>centríolos em muitas espécies.</p><p>Organelas</p><p>ligadas a</p><p>membranas</p><p>Ausentes Mitocôndria, cloroplastos, retículo</p><p>endoplasmático, complexos de Golgi,</p><p>lisossomos.</p><p>Nutrição Absorção, alguns</p><p>fotossintetizantes.</p><p>Absorção, ingestão, fotossíntese em</p><p>algumas espécies</p><p>Citoesqueleto Nenhum Complexo, com Microtúbulos,</p><p>filamentos intermedipários e</p><p>filamentos de actina.</p><p>Movimento</p><p>intracelular</p><p>Não possui Citoplasma fluídico, endocitose,</p><p>fagocitose, mitose, vesícula de</p><p>transporte.</p><p>QUADRO 1 – COMPARAÇÃO ENTRE CÉLULAS PROCARIONTES E EUCARIONTES</p><p>FONTE: Nelson e Cox (2002, p. 23)</p><p>Acredita-se que as células eucariontes primitivas originaram diversos</p><p>protistas (organismos unicelulares eucarióticos). Alguns se assemelham aos protistas</p><p>fotossintetizantes modernos, como a Euglena; outros protistas não fotossintetizantes</p><p>eram mais parecidos com o Paramecium (COOPER, 2001).</p><p>6.1 PRINCIPAIS CARACTERÍSTICAS ESTRUTURAIS DAS</p><p>CÉLULAS EUCARIÓTICAS</p><p>As células eucarióticas típicas (Figura 30) são muito maiores do que as bactérias</p><p>– em geral de 5 a 100 mm de diâmetro, com um volume de mil a um milhão de vezes</p><p>maior do que o das bactérias. As características que distinguem os eucariotos são o</p><p>núcleo e uma grande variedade de organelas envoltas por membranas com funções</p><p>específicas.</p><p>41</p><p>FIGURA 30 – CÉLULA EUCARIONTE ANIMAL E SUAS ORGANELAS ESPECIALIZADAS</p><p>FONTE: <https://encrypted-tbn0.gstatic.com/images?q=tbn:ANd9GcQbGluPRVYq1A8nMGd1_St69Sg-</p><p>Q8ShSABrfeU8ybzdjCgyszKGk>. Acesso em: 26 mar. 2019.</p><p>A célula eucarionte possui organelas especializadas em diversas funções. A</p><p>mitocôndria é considerada a usina energética da célula, pois é onde ocorre o sítio ativo</p><p>na produção de energia (ATP). Além disso, a mitocôndria possui uma característica bem</p><p>peculiar. Ela possui material genético próprio, fazendo com que seja autorreplicativa,</p><p>ou seja, dá origem a outras mitocôndrias sempre que houver na célula um aumento</p><p>da necessidade de ATP. Geralmente as células que possuem um número maior de</p><p>mitocôndrias são justamente aquelas que têm uma demanda maior de energia, como</p><p>as células musculares, por exemplo. As mitocôndrias possuem na sua estrutura uma</p><p>membrana externa, membrana interna, espaço intermembranas, matriz mitocondrial,</p><p>ribossomos livres e DNA mitocondrial.</p><p>FIGURA 31 – (A) ESTRUTURA DAS MITOCÔNDRIAS. (B) ELETROMICROGRAFIA DE UMA MITOCONDRIAL</p><p>FONTE: A autora</p><p>(A) (B)</p><p>Usuario</p><p>Realce</p><p>Usuario</p><p>Realce</p><p>Usuario</p><p>Sublinhado</p><p>Usuario</p><p>Realce</p><p>Usuario</p><p>Sublinhado</p><p>42</p><p>Além das mitocôndrias, a célula eucarionte possui o retículo endoplasmático,</p><p>sendo este de dois tipos: granular ou rugoso e agranular ou liso (Figura 32). Os retículos</p><p>são formados a partir da invaginação da membrana plasmática, é constituído por uma</p><p>rede de túbulos e vesículas achatadas e interconectas. Essas vesículas no retículo</p><p>endoplasmático granular se comunicam com o envoltório nuclear.</p><p>O retículo endoplasmático granular possui ribossomos aderidos as suas</p><p>cisternas, o que o deixa com esse aspecto granular. Ele tem como função síntese,</p><p>segregação de proteínas. Já o retículo endoplasmático agranular (REA) é uma rede de</p><p>membranas de formato tubular e desorganizado. Uma das características do REA é a</p><p>ausência de ribossomos aderidos as suas vesículas e possui funções mais distintas:</p><p>síntese de lipídios, glicólise, reservatório de cálcio e destoxificação (geralmente converte</p><p>substâncias insolúveis em compostos solúveis).</p><p>Uma das funções do retículo endoplasmático liso é a síntese de lipídios de</p><p>membrana (fosfolipídios, glicolipídios e colesterol). Os fosfolipídios são sintetizados no</p><p>lado citosólico da membrana do REL, enquanto que os glicolipídios são sintetizados no</p><p>Complexo de Golgi a partir da ceramida.</p><p>Outra função importante atribuída ao retículo endoplasmático liso é a</p><p>destoxificação, onde drogas insolúveis, que tendem a se acumular no organismo, podem</p><p>chegar a níveis tóxicos. No retículo endoplasmático liso, essas drogas insolúveis são</p><p>transformadas em substâncias hidrossolúveis. No fígado, em suas células chamadas</p><p>de hepatócitos, ocorre o acúmulo de glicogênio. O retículo endoplasmático liso libera a</p><p>enzima glicose 6-fosfatase, que degrada essa molécula de glicogênio e devolve glicose</p><p>para circulação sanguínea, controlando a glicemia do organismo.</p><p>Nas células musculares, o retículo endoplasmático, recebe um nome especial –</p><p>retículo sarcoplasmático. No retículo sarcoplasmático ocorre o reservatório de cálcio, que</p><p>estará diretamente relacionado para a contração muscular.</p><p>FONTE: A autora</p><p>(A) (B)</p><p>FIGURA 32 – (A) RETÍCULO ENDOPLASMÁTICO GRANULAR (NOTE A PRESENÇA DE RIBOSSOMOS ADERI-</p><p>DOS EM SUAS VESÍCULAS). (B) RETÍCULO ENDOPLASMÁTICO AGRANULAR</p><p>Usuario</p><p>Realce</p><p>Usuario</p><p>Realce</p><p>Usuario</p><p>Realce</p><p>Usuario</p><p>Realce</p><p>Usuario</p><p>Realce</p><p>Usuario</p><p>Sublinhado</p><p>43</p><p>O Complexo de Golgi (Figura 33) é composto por cisternas envoltas por</p><p>membranas achatadas e empilhadas. Apresenta uma face cis (de entrada) e uma fase</p><p>trans (de saída). Ele é responsável pelo processamento e endereçamento de proteínas,</p><p>além de realizar a glicosilação de glicoproteínas e glicolipídios do retículo endoplasmático</p><p>granular. O complexo golgiense também é responsável pela formação do acrossomo</p><p>dos espermatozoides e possui dois tipos de secreção: constitutiva e regulada.</p><p>A secreção constitutiva acontece quando as vesículas finais golgianas são</p><p>secretadas diretamente, sem armazenamento no citosol, de forma constitutiva (sem</p><p>sinalização). Ex.: células produtoras de proteínas da matriz extracelular. Já a secreção</p><p>regulada ocorre quando as vesículas finais golgianas são primeiramente armazenadas,</p><p>podem fundir-se umas com as outras, formando grânulos de secreção que são estocados</p><p>perto do ápice da célula até haver um sinal (nervoso ou hormonal) para secreção. Ex.:</p><p>glândulas.</p><p>Junqueira e Carneiro (2007) relatam que, em muitas células, o complexo</p><p>golgiense localiza-se em posição constante, quase sempre ao lado do núcleo, podendo</p><p>ser encontrado disperso pelo citoplasma em outras células.</p><p>FONTE: A autora</p><p>FIGURA 33 – ELETROMICROGRAFIA EVIDENCIANDO AS CISTERNAS DO COMPLEXO DE GOLGI</p><p>Outra organela presente nas células eucariontes são os peroxissomos, que são</p><p>estruturas caracterizadas pela presença de enzimas oxidativas que transferem átomos</p><p>de hidrogênio de diversos substratos para o oxigênio (COOPER, 2001). Eles realizam a</p><p>desintoxicação celular e possuem uma quantidade de enzimas oxidativas, que realizam</p><p>oxidação formando o peróxido de hidrogênio, abundante nas células hepáticas (400</p><p>peroxissomos por célula).</p><p>Os peroxissomos surgem através de brotamentos do retículo endoplasmático</p><p>rugoso e contêm a maior parte da enzima catalase, que converte peróxido de hidrogênio</p><p>em água e oxigênio.</p><p>Usuario</p><p>Realce</p><p>44</p><p>Adrenoleucodistrofia é uma doença genética rara, autossômica recessiva,</p><p>ligada ao sexo (mulheres portadoras). Ocorre uma mutação na enzima ligase acil</p><p>CoA gordurosa (membrana dos peroxissomos), levando ao acúmulo de ácidos</p><p>graxos no citoplasma de células do tecido nervoso, gerando a degeneração</p><p>das bainhas de mielina e disfunção adrenal. O Filme: O Óleo de Lorenzo retrata</p><p>o surgimento, sinais e sintomas dessa patologia associada a essa disfunção</p><p>em enzimas do peroxissomos.</p><p>NOTA</p><p>Células eucariontes também possuem organelas derivadas do complexo</p><p>golgiense, chamadas de lisossomos. Os lisossomos são organelas em formato</p><p>arredondado, cheias de enzimas digestivas e envoltas por uma membrana lipoproteica.</p><p>Possui como funções a autofagia (eliminação de organelas citoplasmáticas); digestão de</p><p>partículas prejudiciais ao organismo e digestão intracelular. Possuem enzimas digestivas</p><p>que degradam substratos específicos, como por exemplo lipases e fosfolipases,</p><p>digerindo lipídios; as proteases que realizam a digestão de proteínas; as glicosidades,</p><p>digerindo polissacarídeos e as nucleases, que realizam a digestão de ácidos nucleicos.</p><p>As enzimas lisossômicas são produzidas no retículo endoplasmático granular,</p><p>passam pelo complexo golgiense, no qual são sintetizadas e liberadas sob a forma de</p><p>vesículas:</p><p>FONTE: A autora</p><p>FIGURA 34 – SÍNTESE DE ENZIMAS LISOSSÔMICAS</p><p>Os lisossomos são classificados em primários e secundários. Os lisossomos</p><p>primários não estão em atividade de digestão. São menores e homogêneos. Já os</p><p>lisossomos secundários estão em constante atividade de digestão, são maiores e</p><p>heterogêneos.</p><p>Usuario</p><p>Realce</p><p>Usuario</p><p>Realce</p><p>45</p><p>Além dessas organelas, as células vegetais também têm vacúolos (que</p><p>acumulam grandes quantidades de ácidos orgânicos) e cloroplastos (nos quais a luz solar</p><p>realiza a síntese de ATP no processo da fotossíntese). No citoplasma de muitas células</p><p>estão presentes também grânulos ou gotículas contendo nutrientes armazenados,</p><p>como amido e gordura (JUNQUEIRA; CARNEIRO, 2007).</p><p>7 ESTUDO DOS COMPONENTES CELULARES</p><p>Algumas técnicas foram desenvolvidas ao longo dos anos, para o estudo dos</p><p>componentes celulares. A seguir, você conhecerá algumas delas, suas características e</p><p>importância clínica.</p><p>7.1 ORGANELAS ISOLADAS POR CENTRIFUGAÇÃO</p><p>Em um avanço importante na bioquímica, Albert Claude, Christian de Duve e</p><p>George Palade desenvolveram métodos para separar as organelas do citosol e elas</p><p>entre si – etapa essencial na investigação de suas estruturas e funções (NELSON; COX,</p><p>2014). Em um processo típico de fracionamento (Figura 35), as células ou tecidos em</p><p>solução são suavemente rompidos por cisalhamento físico. Esse tratamento rompe a</p><p>membrana plasmática, mas deixa intacta a maioria das organelas. O homogeneizado</p><p>é então centrifugado; organelas como núcleo, mitocôndria e lisossomos diferem</p><p>em tamanho e por isso sedimentam em velocidades diferentes. Esses métodos</p><p>foram utilizados para estabelecer, por exemplo, que os lisossomos contêm enzimas</p><p>degradativas, as mitocôndrias contêm enzimas oxidativas e os cloroplastos contêm</p><p>pigmentos fotossintéticos. O isolamento de uma organela rica em determinada enzima</p><p>é, com frequência, a primeira etapa de purificação dessa enzima.</p><p>Nelson e Cox (2014) relatam que organelas, como os núcleos, as mitocôndrias e</p><p>os lisossomos, diferem em tamanho e, portanto, sedimentam com velocidades diferentes</p><p>durante a centrifugação. Elas também diferem na gravidade específica e “flutuam” em</p><p>diferentes níveis em um gradiente de densidade (Figura 35). A centrifugação diferencial</p><p>leva a um fracionamento grosseiro do conteúdo citoplasmático, que deve ser purificado</p><p>por centrifugação isopícnica (mesma densidade).</p><p>Usuario</p><p>Realce</p><p>Usuario</p><p>Realce</p><p>Usuario</p><p>Realce</p><p>46</p><p>FONTE: Nelson e Cox (2014, p. 8)</p><p>FIGURA 35 – FRACIONAMENTO SUBCELULAR DE TECIDOS</p><p>As técnicas de imunocitoquímica permitem o estudo da localização intracelular</p><p>de proteínas específi cas. Ela localiza, com precisão, um determinado tipo de molécula</p><p>proteica, excluindo todas as outras proteínas existentes nas células. A imunocitoquímica</p><p>se baseia na reação antígeno-anticorpo e pode ser classifi cada em Imunocitoquímica</p><p>Direta e Indireta (JUNQUEIRA; CARNEIRO, 2007).</p><p>Imunocitoquímica Direta: suponha-se que, de um determinado órgão</p><p>de rato, se possa extrair e purifi car quimicamente uma proteína,</p><p>que será chamada proteína X. O problema citoquímico consiste em</p><p>descobrir em que células ou parte da célula está localizada a proteína</p><p>X, pois ela foi isolada de um órgão inteiro. Injetando-se a proteína</p><p>X (antígeno) em um coelho, este formara uma gamaglobulina</p><p>(anticorpo) com a propriedade de se combinar exclusivamente com</p><p>a proteína X, não se combinando com qualquer outra. O anticorpo</p><p>aparece porque a proteína X pertence a um órgão de rato e, portanto,</p><p>estranha para o coelho no qual foi injetada (JUNQUEIRA; CARNEIRO,</p><p>2007, p. 30).</p><p>FIGURA 35 – FRACIONAMENTO SUBCELULAR DE TECIDOS</p><p>47</p><p>Na técnica de Imunocitoquímica Indireta, a marcação é colocada em um</p><p>anticorpo, isto é, uma antigamaglobulina. Por sua maior sensibilidade, permitindo a</p><p>demonstração de quantidades mínimas de antígeno, a técnica indireta é a mais usada</p><p>na prática.</p><p>7.2 ESTUDOS IN VITRO</p><p>In vitro (“em vidro”) é uma expressão que designa todos os processos biológicos</p><p>que têm lugar fora dos sistemas vivos, no ambiente controlado e fechado de um</p><p>laboratório e que normalmente são utilizadas as vidrarias. Em 1904, ocorreu o primeiro</p><p>cultivo  in vitro  de crucíferas observando a necessidade de suplementação do meio</p><p>mineral com sacarose para a germinação dos embriões, bem como mostrando o efeito</p><p>das diferentes fontes de nitrogênio sobre sua morfologia.</p><p>Uma abordagem para o entendimento de um processo biológico</p><p>é o estudo in vitro de moléculas purificadas (“no vidro” – no tubo</p><p>de ensaio), sem a interferência de outras moléculas presentes na</p><p>célula intacta – isto é, in vivo (“no vivo”). Embora</p><p>essa abordagem</p><p>seja muito esclarecedora, deve-se considerar que o interior de uma</p><p>célula é totalmente diferente do interior de um tubo de ensaio. Os</p><p>componentes “interferentes” eliminados na purificação podem ser</p><p>cruciais para a função biológica ou para a regulação da molécula</p><p>purificada. Por exemplo, estudos in vitro de enzimas puras são</p><p>comumente realizados com concentrações muito baixas da enzima</p><p>em soluções aquosas sob agitação. Na célula, uma enzima está</p><p>dissolvida ou suspensa no citosol com consistência gelatinosa junto</p><p>com milhares de outras proteínas, e algumas delas se ligam à enzima</p><p>e influenciam sua atividade. Algumas enzimas são componentes de</p><p>complexos multienzimáticos nos quais os reagentes passam de uma</p><p>enzima para a outra, sem interagir com o solvente. Quando todas as</p><p>macromoléculas conhecidas de uma célula são representadas em</p><p>suas dimensões e concentrações conhecidas (Figura 36), fica claro</p><p>que o citosol é bem ocupado e que a difusão de macromoléculas dentro</p><p>do citosol deve ser mais lenta devido à colisão com outras estruturas</p><p>grandes. Em resumo, certa molécula pode ter um comportamento</p><p>muito diferente na célula e in vitro. Um desafio central na bioquímica</p><p>é entender as influências da organização celular e das associações</p><p>macromoleculares sobre a função das enzimas individuais e outras</p><p>biomoléculas – para entender a função in vivo assim como in vitro</p><p>(NELSON; COX, 2002, p. 33).</p><p>48</p><p>FIGURA 36 – A CÉLULA LOTADA. ESTE DESENHO DE DAVID GOODSELL É UMA REPRESENTAÇÃO PRECISA</p><p>DOS TAMANHOS RELATIVOS E NÚMERO DE MACROMOLÉCULAS EM UMA REGIÃO PEQUENA DA CÉLULA</p><p>DE E. COLI</p><p>FONTE: Nelson e Cox (2014, p. 11)</p><p>8 EVOLUÇÃO DOS ORGANISMOS MULTICELULARES E A</p><p>DIFERENCIAÇÃO CELULAR</p><p>Todos os organismos eucariotos unicelulares modernos – os protistas – contêm</p><p>as organelas e os mecanismos que descrevemos anteriormente. Essas organelas e</p><p>mecanismos devem ter se originado relativamente cedo.</p><p>O Reino Protista é um dos reinos dos seres vivos, caracterizado por organismos</p><p>eucariontes, autótrofos (sintetizam seu próprio alimento) ou heterótrofos (ingerem</p><p>partículas alimentares do meio externo). Podem ser unicelulares (possuem apenas uma</p><p>célula) ou pluricelulares (formados por várias células). Os protistas compreendem os</p><p>protozoários e as algas. Existem também os mixomicetos, organismos semelhantes aos</p><p>fungos, mas classifi cados como Protistas (JUNQUEIRA; CARNEIRO, 2007).</p><p>Os protistas são muito versáteis. Um exemplo é o protista Paramecium (Figura</p><p>37), que move-se rapidamente com auxílio de uma especialização de membrana</p><p>chamada cílios. Ele percebe estímulos mecânicos, químicos e térmicos do seu ambiente</p><p>e responde alterando o seu caminho. Consegue realizar a fagocitose de diversas</p><p>substâncias, como as partículas alimentares, por exemplo. Possui a habilidade de</p><p>excretar os fragmentos não digeridos; elimina o excesso de água (NELSON; COX, 2014).</p><p>Em alguma etapa posterior da evolução, os organismos unicelulares</p><p>descobriram a vantagem de se agregar, adquirindo, portanto, maior motilidade,</p><p>efi ciência ou sucesso reprodutivo do que os seus competidores unicelulares de</p><p>Usuario</p><p>Realce</p><p>Usuario</p><p>Realce</p><p>Usuario</p><p>Realce</p><p>Usuario</p><p>Realce</p><p>Usuario</p><p>Realce</p><p>Usuario</p><p>Realce</p><p>Usuario</p><p>Realce</p><p>49</p><p>vida livre. A evolução posterior de tais organismos aglutinados levou às associações</p><p>permanentes entre células individuais e eventualmente à especialização da colônia –</p><p>a diferenciação celular (JUNQUEIRA; CARNEIRO, 2007).</p><p>FIGURA 37 – PARAMECIUM: PROTOZOÁRIO CILIADO</p><p>FONTE: <http://www.carloshotta.com.br/brontossauros/2009/4/16/paramecios-se-comunicam-por-luz.</p><p>html>. Acesso em: 11 jul. 2019.</p><p>Para Nelson e Cox (2002, p. 34):</p><p>As vantagens da especialização celular levaram a evolução de</p><p>organismos mais complexos e altamente diferenciados, nos quais</p><p>algumas células desempenham funções sensoriais, outras digestivas,</p><p>fotossintetizantes ou reprodutoras. Muitos organismos multicelulares</p><p>modernos contêm centenas de diferentes tipos celulares, cada um</p><p>especializado em alguma função que apoia o organismo inteiro.</p><p>Mecanismos fundamentais que surgiram anteriormente foram</p><p>refinados e completados durante a evolução. O mecanismo simples</p><p>responsável pela movimentação da miosina ao longo dos filamentos</p><p>de actina no mofo foi conservado e elaborado nas células musculares</p><p>dos vertebrados. A mesma estrutura básica e o mesmo mecanismo</p><p>que sustenta a movimentação do bater dos cílios do Paramecium</p><p>e dos flagelos na Chlamydomonas são empregados nas células</p><p>altamente diferenciadas dos vertebrados, o espermatozoide.</p><p>As células individuais de organismos multicelulares permaneceram delimitadas</p><p>por membranas plasmáticas, mas também desenvolveram estruturas especializadas</p><p>na superfície para a fixação e comunicação entre as células. As moléculas de adesão</p><p>celular permitem o contato entre células epiteliais, e este contato é estabilizado por</p><p>junções celulares especializadas (KIERSZENBAUM, 2008).</p><p>http://www.carloshotta.com.br/brontossauros/2009/4/16/paramecios-se-comunicam-por-luz.html</p><p>http://www.carloshotta.com.br/brontossauros/2009/4/16/paramecios-se-comunicam-por-luz.html</p><p>Usuario</p><p>Realce</p><p>50</p><p>Embora moléculas de adesão celular sejam responsáveis pela adesão do tipo</p><p>célula-célula, as junções celulares são importantes para fornecer estabilidade mais</p><p>intensa. As junções celulares podem ser de três tipos: junções de oclusão, junções de</p><p>ancoragem (adesão) e junções comunicantes (tipo gap).</p><p>As junções de oclusão promovem a vedação do trânsito de íons e moléculas</p><p>entre as células. Os folhetos externos da membrana plasmática das duas células se</p><p>fundem. São formadas pelas proteínas adesivas claudinas e ocludinas.</p><p>As junções de ancoragem ou adesão promovem a adesão entre as células. É</p><p>uma zônula que circunda a célula como um cinturão e possui como proteínas adesivas</p><p>as caderinas. Nas junções de adesão, devemos citar estruturas em forma de botões</p><p>chamadas de desmossomos, que também são responsáveis pela coesão celular e</p><p>dependentes das proteínas transmembranas, chamadas de caderinas.</p><p>Você sabia?</p><p>Existe uma doença autoimune chamada de Pênfi go Bolhoso (Figura 38),</p><p>em que ocorre uma produção de anticorpos contra a proteína caderina</p><p>dos desmossomos da epiderme. As pessoas desenvolvem bolhas grandes</p><p>e pruriginosas, com áreas de pele infl amada. Para diagnosticar o pênfi go</p><p>bolhoso são examinadas amostras da pele no microscópio e verifi cado se</p><p>existem depósitos de certos anticorpos. Ocorre com mais frequência nos</p><p>homens com mais de 60 anos, mas também podem ocorrer em crianças. É</p><p>uma doença menos séria que o pênfi go vulgar (que também provoca bolhas),</p><p>geralmente não é fatal, e não resulta em descamação generalizada da pele.</p><p>No entanto, pode envolver uma grande extensão da pele e causar muito</p><p>desconforto (JUNQUEIRA; CARNEIRO, 2007).</p><p>NOTA</p><p>FIGURA 38 – PÊNFIGO BOLHOSO NA EPIDERME</p><p>FONTE: <http://doencasautoimunes.com.br/noticias/penfi go-bolhoso-o-que-e-e-como-tratar/>.</p><p>Acesso: 29 mar. 2019.</p><p>Usuario</p><p>Realce</p><p>Usuario</p><p>Realce</p><p>Usuario</p><p>Sublinhado</p><p>Usuario</p><p>Sublinhado</p><p>Usuario</p><p>Sublinhado</p><p>Usuario</p><p>Realce</p><p>51</p><p>Os desmossomos mecanicamente fornecem resistência às conexões físicas</p><p>entre as células, mas não impedem a passagem de material através do espaço</p><p>extracelular entre as células conectadas (JUNQUEIRA; CARNEIRO, 2007).</p><p>As junções comunicantes ou do tipo gap (Figura 39) promovem a comunicação</p><p>entre as células através de um canal chamado de conexon. Cada conexon é formado por</p><p>seis proteínas chamadas de conexinas. Geralmente encontram-se abertas, provocando</p><p>um aumento no cálcio intracelular.</p><p>FIGURA 39 – JUNÇÕES COMUNICANTES OU DO TIPO GAP</p><p>FONTE: <https://transformandodoremamor.wordpress.com/2018/04/03/o-papel-das-juncoes-gap nas-sis-</p><p>toles-cardiacas/>. Acesso: 31 mar. 2019.</p><p>9 VÍRUS: PARASITAS DAS CÉLULAS</p><p>Devido as suas relações com as células e seus efeitos sobre estas, podendo</p><p>causar doenças de gravidade variável, abordaremos algumas informações importantes</p><p>sobre os vírus. Vírus</p><p>são acelulares, ou seja, não possuem célula e, portanto, não</p><p>podem ser considerados seres vivos. Eles não são capazes de se multiplicar, exceto</p><p>quando parasita uma célula e utiliza essa célula para sintetizar novas partículas virais.</p><p>São, portanto, parasitas intracelulares obrigatórios. Na verdade, os vírus são parasitas</p><p>nível molecular, pois induzem a maquinaria sintética das células parasitadas a trabalhar</p><p>para formar novos vírus, em vez de trabalhar para formar seus próprios componentes</p><p>(JUNQUEIRA; CARNEIRO, 2007).</p><p>Os vírus constituem de uma única molécula de ácido nucleico (DNA ou RNA). O</p><p>ácido nucléico é envolvido por uma capa proteica chamada capsídeo, onde encontramos</p><p>também no capsídeo, as proteínas virais, que determinam a célula que o vírus irá infectar.</p><p>Usuario</p><p>Realce</p><p>Usuario</p><p>Sublinhado</p><p>Usuario</p><p>Realce</p><p>Usuario</p><p>Realce</p><p>Usuario</p><p>Sublinhado</p><p>Usuario</p><p>Realce</p><p>Usuario</p><p>Sublinhado</p><p>Usuario</p><p>Realce</p><p>Usuario</p><p>Realce</p><p>Usuario</p><p>Sublinhado</p><p>Usuario</p><p>Realce</p><p>52</p><p>Nelson e Cox (2002, p. 34) relatam que:</p><p>Os vírus existem em dois estados. Fora das células hospedeiras que os</p><p>formam, os vírus são simplesmente partículas não vivas chamadas de</p><p>virions, os quais podem ser cristalizados. Assim que um vírus ou seu</p><p>componente ácido nucleico entra numa célula hospedeira específica,</p><p>ele se torna um parasita intracelular. O ácido nucleico viral transporta</p><p>a mensagem genética especificando a estrutura do vírion intacto.</p><p>Ele desvia os ribossomos e as enzimas das células hospedeiras das</p><p>suas funções celulares normais para a construção de muitas novas</p><p>partículas virais filhas. Em consequência, uma progênie de centenas</p><p>de vírus pode se originar de apenas um vírion que infecta a célula</p><p>hospedeira. Em alguns sistemas vírus-hospedeiro, a progênie do</p><p>vírion escapa através da membrana plasmática da célula hospedeira.</p><p>Outros vírus produzem a lise celular (quebra da membrana e morte</p><p>da célula hospedeira) quando são liberados. Muito da patologia</p><p>associada com as doenças virais resulta da lise da célula hospedeira.</p><p>Centenas de vírus diferentes são conhecidos, sendo cada um mais ou menos</p><p>específico para uma célula hospedeira. Geralmente os vírus que infectam as células</p><p>animais não infectam os vegetais, e vice-versa. Porém, existem alguns vírus vegetais</p><p>que invadem e multiplicam-se nas células de insetos disseminadores deste vírus de</p><p>uma planta para outra. Os vírus que infectam bactérias são chamados de bacteriófagos</p><p>ou, simplesmente, fagos.</p><p>A Bioquímica tem ganhado enormemente com o estudo dos vírus, que tem</p><p>fornecido informação nova sobre a estrutura do genoma, os mecanismos enzimáticos</p><p>da síntese dos ácidos nucleicos e de proteínas e a regulação do fluxo da informação</p><p>genética (NELSON; COX, 2002).</p><p>FIGURA 40 – ESTRUTURA VIRAL</p><p>FONTE: <https://horadaescola.com/biologia/433-virus-biologia>. Acesso em: 31 mar. 2019.</p><p>https://horadaescola.com/biologia/433-virus-biologia</p><p>Usuario</p><p>Realce</p><p>Usuario</p><p>Sublinhado</p><p>Usuario</p><p>Realce</p><p>Usuario</p><p>Sublinhado</p><p>Usuario</p><p>Sublinhado</p><p>53</p><p>A COMPARAÇÃO GENÔMICA APRESENTA IMPORTÂNCIA CRESCENTE NA</p><p>BIOLOGIA E NA MEDICINA HUMANA</p><p>Os genomas de chimpanzés e humanos são 99,9% idênticos; mesmo assim, as</p><p>diferenças entre as duas espécies são enormes. As poucas diferenças nos conteúdos</p><p>genéticos devem explicar o domínio da linguagem em humanos, a extraordinária</p><p>capacidade física dos chimpanzés e uma miríade de outras diferenças. A comparação de</p><p>genomas está permitindo aos pesquisadores identificar genes candidatos conectados</p><p>a divergências no programa de desenvolvimento de humanos e dos outros primatas</p><p>e a emergência de funções complexas como a linguagem. Tudo se tornará mais claro</p><p>somente quando o genoma de mais primatas se tornar disponível para comparação com o</p><p>genoma humano. Da mesma forma, as diferenças no conteúdo genético entre humanos</p><p>são extremamente pequenas se comparadas com as diferenças entre humanos e</p><p>chimpanzés. Mesmo assim, essas poucas diferenças são responsáveis pelas diferenças</p><p>dentro da espécie humana – incluindo diferenças na saúde e na suscetibilidade a</p><p>doenças crônicas. Há muito a aprender sobre a variabilidade na sequência entre</p><p>humanos, e a disponibilidade dessa informação genômica vai certamente transformar</p><p>o diagnóstico e o tratamento médico. Pode-se esperar que, para algumas doenças</p><p>genéticas, os tratamentos paliativos até agora utilizados serão substituídos por curas.</p><p>Pode-se esperar também que o alerta e a prevenção serão as medidas usadas quando</p><p>suscetibilidades a doenças são detectadas por marcadores genéticos específicos. O</p><p>atual “histórico médico” poderá ser substituído pelo “prognóstico médico”.</p><p>FONTE: NELSON, D. L.; COX, M. M. Princípios de bioquímica de Lehninger. 6. ed. Porto Alegre: Artmed,</p><p>2014.</p><p>LEITURA</p><p>COMPLEMENTAR</p><p>54</p><p>RESUMO DO TÓPICO 2</p><p>Neste tópico, você adquiriu certos aprendizados, como:</p><p>• As células, unidade da vida, são de dimensões microscópicas.</p><p>• Todas as células compartilham algumas características: DNA contendo a informação</p><p>genética, ribossomos e uma membrana plasmática que envolve o citoplasma.</p><p>• Certos organismos, tecidos e células oferecem vantagens para os estudos</p><p>bioquímicos.</p><p>• A E. coli pode ser muito utilizada para estudos bioquímicos, pois possui curto tempo</p><p>de geração sendo especialmente apropriada para a manutenção genética.</p><p>• As primeiras células vivas foram os procariotos e anaeróbicos.</p><p>• Com o passar do tempo, a evolução biológica conduziu as células capazes de produzir</p><p>fotossíntese, com o oxigênio como subproduto.</p><p>• Cerca de 1,5 bilhão de anos atrás surgiram as células eucarióticas.</p><p>• As células eucarióticas foram evoluindo e cada organela se especializou em uma</p><p>função específica.</p><p>• As células eucarióticas modernas possuem um sistema complexo de membranas</p><p>intracelulares.</p><p>• O material genético nas células eucarióticas está organizado nos cromossomos</p><p>complexos altamente organizados de DNA e proteínas histonas.</p><p>• O citoesqueleto é uma rede intracelular de filamentos de actina, filamentos</p><p>intermediários e microtúbulos.</p><p>• O citoesqueleto confere a forma da célula e geralmente essa forma está associada</p><p>com a função que a célula desempenha no organismo.</p><p>• As organelas intracelulares movem-se ao longo dos filamentos do citoesqueleto,</p><p>propelidas por proteínas como a cinesina, a dineína e a miosina, usando a energia do</p><p>ATP.</p><p>• Os vírus são parasitas intracelulares obrigatórios.</p><p>55</p><p>1 Leia o texto a seguir e responda ao que se pede:</p><p>Relatos de uma viagem</p><p>Finalmente conseguimos visitar a célula. É um mundo pequeno, totalmente</p><p>cercado por uma fronteira bem controlada, que regula tudo o que entra e o que sai.</p><p>O acesso pode ser feito por diferentes tipos de portões. Alguns são como as portas</p><p>giratórias de lojas ou bancos, que permitem atravessar a fronteira em um piscar de</p><p>olhos; em outros, um funcionário da alfândega de lá nos agarra e nos empurra para</p><p>dentro (ou para fora), mesmo que não queiramos.</p><p>Há um incrível trânsito de matéria-prima e de energia nas fronteiras dessa</p><p>cidadela, pois sua vida depende totalmente de produtos importados. É verdade também</p><p>que há alguns produtos internos que são exportados e muito requisitados no exterior. O</p><p>lugar é muito organizado, com túneis e canais que levam a todas as partes, garantindo</p><p>um trânsito rápido e fácil. Além disso, esses canais estão diretamente ligados às</p><p>fábricas, nas quais são produzidas matérias-primas necessárias ao dia a dia e também</p><p>produtos para exportação; estes são levados aos centros de armazenagem e de</p><p>estocagem onde ficam até a hora de serem exportados.</p><p>Há encarregados de limpeza e de consertos, que eliminam os resíduos e</p><p>mantêm limpo e em perfeito funcionamento. Mas o que chama a atenção são as usinas</p><p>de produção de energia. Aqui se adota um modelo descentralizado: em vez de uma</p><p>única usina grande, há dezenas ou centenas de pequenas usinas, distribuídas por toda</p><p>parte. A energia da matéria-prima que chega à usina é extraída e convertida em pacotes</p><p>energéticos rotulados de ATP, uma espécie</p><p>de moeda energética local, com a qual se</p><p>faz qualquer coisa. Dizem que o mais impressionante daqui é o núcleo de controle,</p><p>um prédio em formato esférico e estilo futurista, que utiliza os mais modernos sistemas</p><p>informatizados para organizar a vida dentro da célula. Isso nós não fomos visitar ainda,</p><p>vimos apenas de longe. Mais notícias em breve.</p><p>FONTE: A autora</p><p>Essa viagem, impossível na vida real, tornou-se possível graças às descobertas</p><p>que os pesquisadores têm feito sobre a estrutura e o funcionamento das células vivas.</p><p>a) Este texto deverá ser traduzido para a linguagem científica da Biologia Celular,</p><p>relatando quais são as estruturas celulares (sublinhadas no texto) correspondentes a</p><p>cada descrição.</p><p>AUTOATIVIDADE</p><p>56</p><p>b) Pela descrição dada no texto, trata-se de uma célula eucarionte ou procarionte?</p><p>Justifique sua resposta.</p><p>2 A microscopia eletrônica foi inicialmente criada para estudos de estrutura de</p><p>material bélico, sendo posteriormente utilizada para estudos de estruturas</p><p>e  organelas  celulares. As eletromicrografias I e II mostram organelas</p><p>citoplasmáticas distintas. Com base na identificação das organelas nas figuras I</p><p>e II, sabemos que a primeira participa na síntese de lipídios, enquanto a segunda é</p><p>responsável pela produção de proteínas. Essas organelas são, respectivamente:</p><p>FONTE: A autora</p><p>FIGURA – ORGANELAS</p><p>a) ( ) Retículo endoplasmático liso e retículo endoplasmático rugoso.</p><p>b) ( ) Retículo endoplasmático rugoso e retículo endoplasmático liso.</p><p>c) ( ) Mitocôndrias e lisossomos.</p><p>d) ( ) Complexo de Golgi e retículo endoplasmático liso.</p><p>e) ( ) Retículo endoplasmático rugoso e ribossomos.</p><p>3 Paciente branco, 47 anos, tabagista com história de tosse produtiva crônica,</p><p>expectoração purulenta abundante, cefaleia frontal e dor em região malar. Desde</p><p>a infância apresentou vários episódios de sinusite, pneumonia e otite média. Ao</p><p>exame: hipocratismo digital, sibilos difusos e estertores crepitantes em ambas as</p><p>bases pulmonares. Espirometria revelou moderada obstrução sem resposta à terapia</p><p>broncodilatadora. Radiografia de tórax com situs inversus, hiperinsuflação pulmonar.</p><p>Exame de sêmen mostrou mobilidade reduzida e/ou ausente dos espermatozoides.</p><p>Qual o diagnóstico do caso descrito?</p><p>b) Qual estrutura celular apresenta-se comprometida neste caso?</p><p>c) Descreva a composição da estrutura descrita.</p><p>d) Qual a relação existente entre a mobilidade reduzida dos espermatozoides e os</p><p>problemas respiratórios do paciente do caso e a estrutura celular acometida?</p><p>57</p><p>4 A membrana plasmática possui várias especializações, seja ela de um organismo</p><p>unicelular ou pluricelular, estas especializações são variadas em relação às</p><p>designações celulares. São especializações envolvidas com a união da célula à matriz</p><p>extracelular, adesão célula-célula, uniões transitórias e especializações da superfície</p><p>livre, como microvilosidades, cílios, flagelos, estereocílios. Sobre as especializações</p><p>de membrana, analise as frases a seguir:</p><p>I- Os hemidesmossomos têm como função unir a célula à matriz extracelular, através de</p><p>proteínas chamadas de integrinas.</p><p>II- A zônula de oclusão veda a passagem de substâncias entre as células e possui como</p><p>proteínas as claudinas e ocludinas.</p><p>III- Desmossomos são junções celulares, presentes no tecido muscular e possuem a</p><p>proteína caderina.</p><p>IV- As junções tipo GAP também são chamadas de junções comunicantes.</p><p>A alternativa que contém as afirmativas CORRETAS é:</p><p>a) ( ) I e III.</p><p>b) ( ) I, II e IV.</p><p>c) ( ) III e IV.</p><p>d) ( ) I, II e III.</p><p>e) ( ) II, III e IV.</p><p>58</p><p>59</p><p>BIOMOLÉCULAS</p><p>UNIDADE 2 —</p><p>OBJETIVOS DE APRENDIZAGEM</p><p>PLANO DE ESTUDOS</p><p>A partir do estudo desta unidade, você deverá ser capaz de:</p><p>• compreender a função biológica em termos químicos;</p><p>• identifi car as principais biomoléculas;</p><p>• estabelecer as características que diferenciam as biomoléculas;</p><p>• compreender que em cada organismo vivo as biomoléculas exercem funções que</p><p>permitem a manutenção da vida;</p><p>• estabelecer os princípios da bioquímica para explicar as biomoléculas em termos quí-</p><p>micos;</p><p>• identifi car os monômeros que formam as macromoléculas;</p><p>• compreender as funções das biomoléculas;</p><p>• estabelecer que o surgimento de algumas patologias está associado a disfunções</p><p>nas biomoléculas.</p><p>Esta unidade está dividida em sete tópicos. No decorrer dela, você encontrará autoati-</p><p>vidades com o objetivo de reforçar o conteúdo apresentado.</p><p>TÓPICO 1 – CARACTERÍSTICAS GERAIS DAS BIOMOLÉCULAS</p><p>TÓPICO 2 – ÁGUA</p><p>TÓPICO 3 – AMINOÁCIDOS, PEPTÍDEOS E PROTEÍNAS</p><p>TÓPICO 4 – ENZIMAS</p><p>TÓPICO 5 – CARBOIDRATOS E GLICOCONJUGADOS</p><p>TÓPICO 6 – NUCLEOTÍDEOS E ÁCIDOS NUCLEICOS</p><p>TÓPICO 7 – LIPÍDIOS</p><p>Preparado para ampliar seus conhecimentos? Respire e vamos em frente! Procure</p><p>um ambiente que facilite a concentração, assim absorverá melhor as informações.</p><p>CHAMADA</p><p>60</p><p>CONFIRA</p><p>A TRILHA DA</p><p>UNIDADE 2!</p><p>Acesse o</p><p>QR Code abaixo:</p><p>61</p><p>TÓPICO 1 —</p><p>CARACTERÍSTICAS GERAIS</p><p>UNIDADE 2</p><p>1 INTRODUÇÃO</p><p>Bioquímica não é nada menos que a “química da vida”; com essa ciência a</p><p>vida pode ser investigada, analisada e compreendida. O maior objetivo da bioquímica</p><p>é explicar a forma e a função biológica em termos químicos. Uma das formas mais</p><p>produtivas de abordar o entendimento dos fenômenos biológicos tem sido aquela de</p><p>purificar os componentes químicos individuais, tais como a proteína de um organismo,</p><p>e caracterizar a sua estrutura química ou sua atividade catalítica.</p><p>No início do estudo das biomoléculas e de suas interações, algumas questões</p><p>básicas merecem atenção. Quais espécies de moléculas estão presentes nos</p><p>organismos vivos e em quais proporções? Quais são as estruturas dessas moléculas?</p><p>Como interagem umas com as outras?</p><p>Neste tópico, faremos uma revisão dos princípios químicos que estão</p><p>relacionados com as propriedades das moléculas biológicas: ligação covalente entre os</p><p>átomos de carbono entre si e com outros elementos, grupos funcionais que ocorrem</p><p>nas biomoléculas, entre outras características.</p><p>2 COMPOSIÇÃO E LIGAÇÃO QUÍMICA</p><p>No final do século XVIII, ficou evidente para os químicos que a composição da matéria</p><p>viva era claramente diferente do mundo inanimado. Antoine Lavoisier (1743-1794) notou a</p><p>relativa simplicidade química do mundo mineral e comparou com a complexidade do mundo</p><p>dos animais e das plantas. Animais e plantas eram compostos por substâncias ricas nos</p><p>elementos carbono, oxigênio, nitrogênio e fósforo.</p><p>Dos mais de 90 elementos químicos que ocorrem naturalmente, apenas cerca</p><p>de 30 são essenciais para os organismos vivos. A maioria dos elementos químicos da</p><p>matéria viva tem números atômicos relativamente pequenos e apenas cinco deles têm</p><p>número atômico acima do selênio. Os quatro elementos químicos mais abundantes nos</p><p>organismos, em termos das porcentagens do número total de átomos, são o hidrogênio,</p><p>o oxigênio, o nitrogênio e o carbono, os quais, juntos, perfazem mais de 99% da massa</p><p>da maioria das células. Eles são os elementos mais leves, capazes formar uma, duas,</p><p>três e quatro ligações, respectivamente. Em geral, os elementos mais leves formam as</p><p>ligações químicas mais fortes (NELSON; COX, 2002).</p><p>Usuario</p><p>Realce</p><p>Usuario</p><p>Realce</p><p>Usuario</p><p>Realce</p><p>Usuario</p><p>Realce</p><p>Usuario</p><p>Realce</p><p>Usuario</p><p>Realce</p><p>Usuario</p><p>Realce</p><p>Usuario</p><p>Realce</p><p>Usuario</p><p>Realce</p><p>62</p><p>FIGURA 1 – ELEMENTOS ESSENCIAIS PARA A VIDA ANIMAL E PARA A MANUTENÇÃO DA SAÚDE</p><p>FONTE: Nelson e Cox (2002, p. 42)</p><p>3 BIOMOLÉCULAS SÃO COMPOSTOS DE CARBONO</p><p>A química dos organismos vivos está organizada ao redor do elemento carbono, o</p><p>qual representa mais da metade do peso seco das células. No metano (CH4), um átomo de</p><p>carbono compartilha quatro pares de elétrons compartilhados, formando uma ligação simples.</p><p>Bertuzzi et al. (2008) relatam que o carbono pode também estabelecer ligações simples e</p><p>duplas com os átomos de oxigênio e com o de nitrogênio.</p><p>De maior importância em biologia é a capacidade de os átomos de carbono</p><p>compartilharem pares de elétrons entre si para formar ligações simples</p><p>carbono-</p><p>carbono, as quais são muito estáveis. Cada átomo de carbono também pode formar</p><p>ligações simples com um, dois, três ou quatro átomos de carbono. Dois átomos de</p><p>carbono podem também compartilhar dois (ou três) pares de elétrons, formando assim</p><p>ligações duplas ou triplas carbono-carbono (Figura 2).</p><p>As quatro ligações simples que podem ser estabelecidas por um átomo de</p><p>carbono estão dispostas tetraedricamente. Os grupos participantes de cada ligação</p><p>simples carbono-carbono podem girar livremente ao redor dela; essa liberdade sofre</p><p>restrições somente quando essas ligações estão ocupadas por grupos muito grandes</p><p>ou quando são portadoras de cargas elétricas muito altas (NELSON; COX, 2002).</p><p>Os átomos de carbono unidos entre si covalentemente podem formar cadeias</p><p>lineares, cadeias ramificadas e estruturas cíclicas. Outros grupos de átomos, chamados</p><p>grupos funcionais, são adicionados a esses esqueletos carbônicos, o que confere</p><p>propriedades químicas específicas à molécula assim formada. As moléculas que contêm</p><p>esqueletos carbônicos são chamadas de compostos orgânicos; eles ocorrem em uma</p><p>variedade quase ilimitada. A maioria das biomoléculas são compostos orgânicos;</p><p>portanto, podemos inferir que a versatilidade de ligações do carbono foi um fator maior</p><p>12 DAV I D L . N E L S O N & M I C H A E L M . COX</p><p>Menos de 30 entre os mais de 90 elementos químicos</p><p>de ocorrência natural são essenciais para os organismos. A</p><p>maioria dos elementos da matéria viva tem um número atô-</p><p>mico relativamente baixo; somente três têm números atô-</p><p>micos maiores do que o selênio, 34 (Figura 1-13). Os qua-</p><p>tro elementos químicos mais abundantes nos organismos</p><p>vivos, em termos de porcentagem do total de número de</p><p>átomos, são hidrogênio, oxigênio, nitrogênio e carbono, que</p><p>juntos constituem mais de 99% da massa das células. Eles</p><p>são os elementos mais leves capazes de formar de maneira</p><p>eficiente uma, duas, três e quatro ligações; em geral, os ele-</p><p>mentos mais leves formam ligações mais fortes. Os elemen-</p><p>tos-traço (Figura 1-13) representam uma fração minúscula</p><p>do peso do corpo humano, mas todos são essenciais à vida,</p><p>geralmente por serem essenciais para a função de proteí-</p><p>nas específicas, incluindo muitas enzimas. A capacidade</p><p>de transporte de oxigênio da hemoglobina, por exemplo, é</p><p>totalmente dependente de quatro íons ferro, que somados</p><p>representam somente 0,3% da massa total.</p><p>Biomoléculas são compostos de carbono com uma</p><p>grande variedade de grupos funcionais</p><p>A química dos organismos vivos está organizada em torno</p><p>do carbono, que contribui com mais da metade do peso</p><p>seco das células. O carbono pode formar ligações simples</p><p>com átomos de hidrogênio, assim como ligações simples e</p><p>duplas com átomos de oxigênio e nitrogênio (Figura 1-14).</p><p>A capacidade dos átomos de carbono de formar ligações</p><p>simples estáveis com até quatro outros átomos de carbono</p><p>é de grande importância na biologia. Dois átomos de car-</p><p>bono também podem compartilhar dois (ou três) pares de</p><p>elétrons, formando assim ligações duplas (ou triplas).</p><p>As quatro ligações simples que podem ser formadas pelo</p><p>átomo de carbono se projetam a partir do núcleo formando</p><p>os quatro vértices de um tetraedro (Figura 1-15), com</p><p>ângulo de aproximadamente 109,5° entre duas ligações</p><p>quaisquer e comprimento médio de ligação de 0,154 nm. A</p><p>rotação é livre em torno de cada ligação simples, a menos</p><p>que grupos muito grandes ou altamente carregados estejam</p><p>ligados aos átomos de carbono. Nesse caso, a rotação pode</p><p>ser limitada. Já a ligação dupla é mais curta (cerca de 0,134</p><p>nm) e rígida, permitindo somente uma rotação limitada em</p><p>torno do seu eixo.</p><p>Átomos de carbono covalentemente ligados em biomo-</p><p>léculas podem formar cadeias lineares, ramificadas e estru-</p><p>turas cíclicas. Aparentemente, a versatilidade de ligação do</p><p>carbono com outro carbono e com outros elementos foi o</p><p>principal fator na seleção dos compostos de carbono para</p><p>a maquinaria molecular das células durante a origem e a</p><p>evolução dos organismos vivos. Nenhum outro elemento</p><p>químico consegue formar moléculas com tanta diversidade</p><p>de tamanhos, formas e composição.</p><p>A maioria das biomoléculas deriva dos hidrocarbonetos,</p><p>tendo átomos de hidrogênio substituídos por uma grande</p><p>variedade de grupos funcionais que conferem propriedades</p><p>químicas específicas à molécula, formando diversas famílias</p><p>de compostos orgânicos. Exemplos típicos dessas biomolé-</p><p>culas são os álcoois, que têm um ou mais grupos hidroxila;</p><p>aminas, com grupos amina; aldeídos e cetonas, com gru-</p><p>pos carbonila; e ácidos carboxílicos, com grupos carboxi-</p><p>la (Figura 1-16). Muitas biomoléculas são polifuncionais,</p><p>FIGURA 113 Elementos essenciais para a</p><p>vida e a saúde dos animais. Os elementos</p><p>principais (vermelho) são componentes estrutu-</p><p>rais das células e dos tecidos e são necessários na</p><p>dieta em uma quantidade de vários gramas por</p><p>dia. Para os elementos-traço (amarelo), as quan-</p><p>tidades requeridas são muito menores: para hu-</p><p>manos, alguns miligramas por dia de Fe, Cu e Zn</p><p>são suficientes, e quantidades ainda menores dos</p><p>demais elementos. As necessidades mínimas para</p><p>plantas e microrganismos são semelhantes às</p><p>mostradas aqui; o que varia são as maneiras pelas</p><p>quais eles adquirem esses elementos.</p><p>1 2</p><p>3 4 5 6 7 8 9 10</p><p>11 12 13 14 15 16 17 18</p><p>19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36</p><p>37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54</p><p>55 56 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86</p><p>87 88</p><p>H He</p><p>Li Be B C N O F Ne</p><p>Na Mg Al Si P S Cl Ar</p><p>K Ca Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga Ge As Se Br Kr</p><p>Rb Sr Y Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd In Sn Sb Te I Xe</p><p>Cs Ba Hf Ta W Re Os Ir Pt Au Hg Tl Pb Bi Po At Rn</p><p>Fr Ra</p><p>Lantanídeos</p><p>Actinídeos</p><p>Elementos principais</p><p>Elementos-traço</p><p>FIGURA 114 A versatilidade do</p><p>carbono em formar ligações. O</p><p>carbono pode formar ligações cova-</p><p>lentes simples, duplas e triplas (indi-</p><p>cadas em vermelho), particularmente</p><p>com outros átomos de carbono. Li-</p><p>gações triplas são raras em biomo-</p><p>léculas.</p><p>1 C NC N C N</p><p>H C HH HC1C</p><p>1 O C OC COO</p><p>1 C OC OO OC</p><p>1 C C CCC C</p><p>1 CC C CC C</p><p>1 NC N C N C</p><p>1 C C CC C C</p><p>Nelson_6ed_book.indb 12 Nelson_6ed_book.indb 12 02/04/14 18:4102/04/14 18:41</p><p>Usuario</p><p>Sublinhado</p><p>Usuario</p><p>Sublinhado</p><p>Usuario</p><p>Sublinhado</p><p>Usuario</p><p>Realce</p><p>Usuario</p><p>Sublinhado</p><p>Usuario</p><p>Sublinhado</p><p>Usuario</p><p>Realce</p><p>Usuario</p><p>Realce</p><p>Usuario</p><p>Realce</p><p>Usuario</p><p>Realce</p><p>Usuario</p><p>Realce</p><p>Usuario</p><p>Realce</p><p>Usuario</p><p>Realce</p><p>Usuario</p><p>Realce</p><p>63</p><p>na seleção dos compostos de carbono para a maquinaria molecular das células durante</p><p>a origem e a evolução dos organismos vivos. Nenhum outro elemento químico pode</p><p>formar moléculas com tanta diversidade de formas e de tamanhos ou com tal variedade</p><p>de grupos funcionais (RODWELL; MURRAY; GRANNER, 2017).</p><p>FIGURA 2 – OBSERVE A VERSATILIDADE DO ÁTOMO DE CARBONO EM FORMAR</p><p>LIGAÇÕES COVALENTES</p><p>FONTE: Bertuzzi et al. (2008, p. 36)</p><p>4 GRUPOS FUNCIONAIS DETERMINAM AS</p><p>PROPRIEDADES QUÍMICAS</p><p>A maioria das biomoléculas pode ser vista como derivada dos hidrocarbonetos,</p><p>os quais são compostos formados por um esqueleto de átomos de carbono ligados</p><p>covalentemente entre si e aos quais estão ligados apenas átomos de hidrogênio. Os</p><p>esqueletos carbônicos desses compostos são muito estáveis. Os átomos de hidrogênio</p><p>podem ser substituídos individualmente por uma grande variedade de grupos funcionais</p><p>para formar famílias diferentes dos compostos orgânicos. Famílias típicas de compostos</p><p>orgânicos são: os álcoois, os quais possuem um ou mais grupos hidroxila; as aminas,</p><p>possuidoras do grupo funcional amino; os aldeídos e as cetonas, os quais possuem o grupo</p><p>carbonila; e os ácidos carboxílicos, que exibem os grupos carboxilas (NELSON; COX, 2002).</p><p>Na Figura 3 podemos observar todos os grupos em sua forma neutra (não ionizada).</p><p>Nesta figura, e em toda parte deste livro didático, usamos R para representar</p><p>“qualquer substituinte”. Pode ser um simples átomo de H, mas tipicamente ele é uma</p><p>porção que contém carbono. Quando dois ou mais constituintes são</p><p>mostrados em uma</p><p>molécula, iremos designar R1, R2, e assim por diante.</p><p>Usuario</p><p>Realce</p><p>Usuario</p><p>Sublinhado</p><p>Usuario</p><p>Sublinhado</p><p>64</p><p>FIGURA 3 – ALGUNS DOS GRUPOS FUNCIONAIS COMUNS DE BIOMOLÉCULAS</p><p>FONTE: Nelson e Cox (2002, p. 43)</p><p>5 ESTRUTURA TRIDIMENSIONAL: CONFIGURAÇÃO E</p><p>CONFORMAÇÃO</p><p>Embora as ligações covalentes e os grupos funcionais das biomoléculas tenham</p><p>importância central para a função delas, eles não contam toda a história; o arranjo</p><p>espacial em três dimensões dos átomos de uma biomolécula – sua estereoquímica –</p><p>é também crucialmente importante. Os compostos de carbono podem existir como</p><p>estereoisômeros, moléculas nas quais a ordem das ligações é a mesma, mas a relação</p><p>espacial entre os átomos é diferente. Interações moleculares entre biomoléculas são</p><p>invariavelmente estereoespecífi cas; isto é, elas requerem estereoquímica específi ca nas</p><p>moléculas interativas (BERG; TYMOCZKO; STRYERT, 2015).</p><p>A Figura 4 mostra três maneiras de ilustrar a confi guração estereoquímica das</p><p>moléculas simples. O diagrama ilustra perspectivas específi cas de forma não ambígua</p><p>à confi guração (estereoquímica) de um composto. O modelo bola e bastão representa</p><p>melhor os ângulos entre as ligações e o comprimento da ligação centro a centro,</p><p>enquanto os contornos das moléculas são mais bem representados pelos modelos do</p><p>tipo espaço-cheio (NELSON; COX, 2002).</p><p>Usuario</p><p>Realce</p><p>Usuario</p><p>Sublinhado</p><p>Usuario</p><p>Sublinhado</p><p>Usuario</p><p>Realce</p><p>Usuario</p><p>Sublinhado</p><p>65</p><p>FIGURA 4 – MANEIRAS DE ILUSTRAR A CONFIGURAÇÃO ESTEREOQUÍMICA</p><p>FONTE: Nelson e Cox (2002, p. 44)</p><p>A configuração de uma molécula geralmente é mudada somente pela quebra</p><p>de uma ligação. Configuração é o arranjo espacial de uma molécula orgânica, que lhe é</p><p>conferido ou pela presença de duplas ligações, ao redor das quais não existe liberdade</p><p>de rotação, ou então por centros quirais, ao redor dos quais os grupos substituintes</p><p>estão arranjados em uma sequência específica. A característica identificadora dos</p><p>isômeros configuracionais é que eles podem ser convertidos um no outro sem a quebra</p><p>de uma ou mais ligações covalentes (BERG; TYMOCZKO; STRYERT, 2015).</p><p>Segundo Berg (2014), a conformação molecular é alterada pela rotação ao redor</p><p>das ligações simples. O termo conformação molecular refere-se ao arranjo espacial dos</p><p>grupos substituintes que são livres para assumir diferentes posições no espaço, sem a</p><p>quebra de qualquer ligação, devido à liberdade de rotação da ligação. Por exemplo, no</p><p>etano, um hidrocarboneto simples, existe uma liberdade de rotação quase completa ao</p><p>redor da ligação simples carbono-carbono. Muitas conformações moleculares do etano,</p><p>diferentes e interconvertíveis, são possíveis, dependendo do grau de rotação.</p><p>6 REATIVIDADE QUÍMICA</p><p>Os mecanismos das reações bioquímicas não são diferentes dos de outras</p><p>reações químicas. Eles podem ser entendidos e previstos a partir da natureza dos</p><p>grupos funcionais dos reagentes. Os grupos funcionais alteram a distribuição eletrônica</p><p>e a geometria dos átomos vizinhos e dessa maneira afetam a reatividade química de</p><p>toda a molécula. Embora um grande número de reações químicas diferentes ocorra</p><p>em uma célula típica, essas reações são de apenas alguns tipos gerais. Abordaremos</p><p>de forma geral e breve os aspectos fundamentais sobre ligação química e reatividade</p><p>(NELSON; COX, 2002).</p><p>Usuario</p><p>Sublinhado</p><p>Usuario</p><p>Realce</p><p>Usuario</p><p>Sublinhado</p><p>Usuario</p><p>Sublinhado</p><p>Usuario</p><p>Sublinhado</p><p>Usuario</p><p>Realce</p><p>Usuario</p><p>Realce</p><p>Usuario</p><p>Realce</p><p>66</p><p>Para Berg (2014), nas reações químicas, ligações são quebradas e novas são formadas.</p><p>A força de uma ligação química depende de eletronegatividades relativas – as afinidades relativas</p><p>por elétrons – dos elementos ligados (Tabela 1), da distância dos elétrons que participam da</p><p>ligação em relação a cada um dos núcleos e da carga nuclear de cada átomo.</p><p>Elemento Eletronegatividade Elemento Eletronegatividade</p><p>F 4,0 Fe 1,8</p><p>O 3,5 Co 1,8</p><p>Cl 3,0 Ni 1,8</p><p>N 3,0 Mo 1,8</p><p>Br 2,8 Zn 1,6</p><p>S 2,5 Mn 1,5</p><p>C 2,5 Mg 1,2</p><p>I 2,5 Ca 1,0</p><p>Se 2,4 Li 1,0</p><p>P 2,1 Na 0,9</p><p>H 2,1 K 0,8</p><p>TABELA 1 – A ELETRONEGATIVIDADE DE ALGUNS ELEMENTOS QUÍMICOS</p><p>FONTE: Berg (2014, p. 45)</p><p>É importante ressaltar que quanto maior for o número da eletronegatividade,</p><p>tanto mais eletronegativo é o elemento. O número de elétrons compartilhados também</p><p>influencia a força da ligação; ligações duplas são mais fortes que ligações simples,</p><p>e ligações triplas são ainda mais fortes. Na Tabela 2 podemos observar a energia de</p><p>dissociação das ligações mais frequentes nas biomoléculas. Podemos observar que</p><p>quanto maior a energia requerida para a dissociação da ligação (quebra), mais forte é</p><p>essa ligação (NELSON; COX, 2002).</p><p>Tipo de ligação Energia de dissociação da</p><p>ligação (kJ/mol)</p><p>Ligações Simples</p><p>O – H 461</p><p>H – H 435</p><p>P – O 419</p><p>C – H 414</p><p>N – H 389</p><p>C – O 352</p><p>Ligações Duplas</p><p>C=O 712</p><p>C=N 615</p><p>C=C 611</p><p>TABELA 2 – ENERGIA DE DISSOCIAÇÃO (RESISTÊNCIA) NAS BIOMOLÉCULAS</p><p>FONTE: Nelson e Cox (2002, p. 49)</p><p>Usuario</p><p>Realce</p><p>Usuario</p><p>Sublinhado</p><p>67</p><p>A força de uma ligação química é expressa em joules, e conhecida</p><p>como energia de ligação (em bioquímica, as calorias têm sido as</p><p>unidades de energia mais frequentemente empregadas, como</p><p>por exemplo, para expressar a força de ligação e a energia livre; o</p><p>joule é a unidade de energia no Sistema Internacional de Unidades</p><p>e será usado para conversões, 1 cal é igual a 4,184J). A energia de</p><p>ligação pode ser imaginada como a quantidade de energia ganha</p><p>pelo ambiente, quando os dois átomos formam essa ligação. Um</p><p>meio de se introduzir energia em um sistema é aquecê-lo, o que dá</p><p>às moléculas maior energia cinética; a temperatura é uma medida</p><p>da energia cinética média de uma população de moléculas. Quando</p><p>o movimento molecular é suficientemente violento, as vibrações</p><p>intramoleculares e as colisões intermoleculares podem, em algumas</p><p>ocasiões, quebrar as ligações químicas. O aquecimento aumenta</p><p>a fração de moléculas com energia suficientemente alta para</p><p>reagir. Quando o movimento molecular é suficientemente violento,</p><p>vibrações intramoleculares e colisões intermoleculares, algumas</p><p>vezes, quebram ligações e permitem a formação de novas (NELSON;</p><p>COX, 2002, p. 49).</p><p>Quando nas reações químicas as ligações são quebradas e novas ligações são</p><p>formadas, a diferença entre a energia do ambiente usada para romper as ligações e a</p><p>energia recebida pelo ambiente na formação de novas ligações é virtualmente idêntica</p><p>à variação da entalpia para a reação (NELSON; COX, 2002).</p><p>A maioria das células tem a capacidade de realizar milhares de reações</p><p>específicas e enzimaticamente catalisadas, como por exemplo, a transformação</p><p>de nutrientes simples, como a glicose em aminoácidos, nucleotídeos ou lipídios; a</p><p>extração de energia dos alimentos por oxidação ou a polimerização de subunidades em</p><p>macromoléculas (BAYNES, 2015).</p><p>As reações nas células vivas pertencem a um dos cinco tipos (ou categorias)</p><p>gerais: (1) oxidação-redução; (2) reações que formam ou quebram ligações carbono-</p><p>carbono; (3) reações que rearranjam a estrutura das ligações ao redor de um ou mais</p><p>átomos de carbono; (4) transferência de grupos funcionais; (5) reações nas quais duas</p><p>moléculas se condensam com a eliminação de uma molécula de água. As reações em</p><p>uma mesma categoria geral ocorrem por meio de mecanismos similares (BAYNES, 2015).</p><p>Quando os dois átomos que compartilham elétrons em uma ligação covalente</p><p>têm afinidade igual para os elétrons, como no caso de dois átomos de carbono, a ligação</p><p>resultante é não polar. Quando dois elementos diferem em afinidade por elétrons, ou</p><p>eletronegatividade, formam uma ligação covalente (por exemplo, C e O), a ligação é</p><p>polarizada, ou seja, os elétrons compartilhados estarão na região do átomo mais</p><p>eletronegativo (O) e não naquela do átomo menos eletronegativo (C). No caso extremo</p><p>de dois átomos de eletronegatividade muito diferente (Na e Cl, por exemplo), um dos</p><p>átomos cede os elétrons para o outro átomo, resultando na formação de íons e interações</p><p>iônicas,</p><p>como a existente no cloreto de sódio (NaCl) sólido (NELSON; COX, 2002).</p><p>Usuario</p><p>Realce</p><p>Usuario</p><p>Sublinhado</p><p>Usuario</p><p>Realce</p><p>Usuario</p><p>Realce</p><p>Usuario</p><p>Realce</p><p>Usuario</p><p>Sublinhado</p><p>Usuario</p><p>Realce</p><p>Usuario</p><p>Realce</p><p>Usuario</p><p>Realce</p><p>polar e não polar</p><p>68</p><p>Nas ligações carbono-hidrogênio, o carbono mais eletronegativo possui os dois</p><p>elétrons compartilhados com H, mas, nas ligações carbono-oxigênio, os dois elétrons</p><p>estão deslocados unicamente em favor do oxigênio. Então, na transformação de – CH3</p><p>(um alcano) para – CH2OH (um álcool), o átomo de carbono perde efetivamente elétrons,</p><p>o que é por definição: oxidação. A Figura 5 mostra que átomos de carbono encontrados</p><p>em bioquímica podem existir em cinco estados de oxidação (alcano, álcool, aldeído,</p><p>ácido carboxílico e dióxido de carbono), dependendo dos elementos com os quais o</p><p>carbono compartilha elétrons (NELSON; COX, 2002).</p><p>FIGURA 5 – ESTADO DE OXIDAÇÃO DO CARBONO EM BIOMOLÉCULAS</p><p>FONTE: <https://image.slidesharecdn.com/biomoleculas-121110173452-phpapp02/95/biomolecu-</p><p>las-23-638.jpg?cb=1352569229>. Acesso: 10 abr. 2019.</p><p>Em muitas oxidações biológicas, um composto perde dois elétrons e dois íons</p><p>de hidrogênio (isto é, dois átomos de hidrogênio); essas reações são comumentemente</p><p>chamadas de desidrogenações e as enzimas que as catalisam são chamadas de</p><p>desidrogenases. Em algumas, mas não em todas as oxidações biológicas, um átomo</p><p>de carbono torna-se covalentemente ligado a um átomo de oxigênio. As enzimas que</p><p>catalisam essas oxidações são geralmente chamadas de oxidases (BERTUZZI et al., 2008).</p><p>De acordo com Nelson e Cox (2002, p. 50):</p><p>Toda oxidação é acompanhada de redução, na qual um grupo que</p><p>recebe elétrons adquire os elétrons removidos pela oxidação. Reações</p><p>de oxidação geralmente liberam energia (imagine um incêndio no</p><p>campo, em que vários compostos da madeira são oxidados pelas</p><p>macromoléculas de oxigênio do ar). A maioria das células vivas obtém</p><p>a energia necessária para o trabalho celular oxidando combustíveis,</p><p>como carboidratos ou gorduras; organismos fotossintéticos podem</p><p>também usar a energia da luz solar. As vias catabólicas são reações</p><p>de oxidação-redução em cadeia que resultam na transferência de</p><p>elétrons das moléculas combustíveis por meio de uma série de</p><p>transportadores de elétrons até oxigênio. A afinidade alta do O2 por</p><p>elétrons torna todo processo de transferência de elétrons altamente</p><p>exergônico, fornecendo a energia que impulsiona a síntese de ATP –</p><p>o objetivo central do catabolismo.</p><p>Usuario</p><p>Realce</p><p>Usuario</p><p>Realce</p><p>Usuario</p><p>Sublinhado</p><p>Desidrogenações e Desidrogenases.</p><p>Usuario</p><p>Sublinhado</p><p>Usuario</p><p>Realce</p><p>Usuario</p><p>Realce</p><p>Usuario</p><p>Sublinhado</p><p>69</p><p>FIGURA 6 – ESQUEMA DE UMA REAÇÃO DE OXIDAÇÃO E REDUÇÃO</p><p>FONTE: A autora</p><p>7 MACROMOLÉCULAS E SUAS SUBUNIDADES</p><p>MONOMÉRICAS</p><p>Muitas moléculas encontradas no interior das células são macromoléculas,</p><p>polímeros de alto peso molecular construídos com precursores relativamente simples.</p><p>Os polissacarídeos, as proteínas e os ácidos nucleicos, os quais podem ter pesos</p><p>moleculares variando de dezenas de milhares até bilhões (DNA), são construídos pela</p><p>polimerização de subunidades relativamente pequenas, de peso molecular ao redor</p><p>de 500 ou menos. A síntese de macromoléculas é uma atividade celular que pode ser</p><p>classificada como forte consumidora de energia (RODWELL; MURRAY; GRANNER, 2017).</p><p>A Tabela 3 mostra as principais classes de biomoléculas em um organismo</p><p>unicelular típico, a Escherichia coli. A água é o composto simples mais abundante na E.</p><p>coli e em todas as outras células e organismos. Em todos os tipos de células, quase toda</p><p>a matéria sólida é substância orgânica e está presente em quatro formas principais:</p><p>proteínas, ácidos nucleicos, carboidratos e lipídios. Os sais inorgânicos e os elementos</p><p>minerais constituem apenas uma fração muito pequena do peso seco total (BERG;</p><p>TYMOCZKO; STRYERT, 2015).</p><p>Porcentagem</p><p>do peso total da</p><p>célula</p><p>Número aproximado</p><p>das diferentes espécies</p><p>moleculares</p><p>Água 70 1</p><p>Proteínas 15 3.000</p><p>Ácidos Nucleicos</p><p>DNA 1 1</p><p>RNA 6 > 3.000</p><p>Carboidratos 3 5</p><p>Lipídios 2 20</p><p>Íons inorgânicos 1 20</p><p>TABELA 3 – COMPONENTES MOLECULARES DE UMA CÉLULA DA E. COLI</p><p>FONTE: Adaptado de Berg, Tymoczko e Stryert (2015)</p><p>Usuario</p><p>Realce</p><p>Usuario</p><p>Sublinhado</p><p>Usuario</p><p>Realce</p><p>Usuario</p><p>Sublinhado</p><p>Usuario</p><p>Realce</p><p>Usuario</p><p>Sublinhado</p><p>70</p><p>As proteínas são polímeros de aminoácidos, constituem ao lado da água a</p><p>maior fração das células. Algumas proteínas têm atividade catalítica e funcionam</p><p>como enzimas, outras servem como elementos estruturais e ainda transportam</p><p>sinais específicos (no caso dos receptores) ou substâncias específicas (no caso das</p><p>proteínas de transporte) para o interior ou exterior das células. As proteínas podem ser</p><p>consideradas as mais versáteis das biomoléculas. Os ácidos nucleicos, DNA e RNA, são</p><p>polímeros de nucleotídeos. Eles armazenam, transmitem e transcrevem a informação</p><p>genética (NELSON; COX, 2014).</p><p>Os carboidratos, polímeros de açúcares ou hidratos de carbono, têm duas</p><p>principais funções: servem como armazenadores de energia (na forma de glicogênio</p><p>e amido) e como elementos estruturais (celulose e quitina, por exemplo). Carboidratos</p><p>(oligossacarídeos) ligados a proteínas ou lipídios na superfície celular servem como</p><p>receptores para sinalizadores específicos. Entre seus inúmeros papéis, os lipídios,</p><p>derivados oleaginosos dos hidrocarbonetos, servem principalmente como componentes</p><p>estruturais das membranas e como forma de armazenamento de alimentos ricos em</p><p>energia. Todas essas quatro classes de grandes biomoléculas são sintetizadas em</p><p>reações de condensação (NELSON; COX, 2002).</p><p>Cada uma dessas macromoléculas tem diferentes funções nos organismos</p><p>vivos. Os aminoácidos, por exemplo, não são apenas as subunidades monoméricas das</p><p>proteínas; alguns agem como neurotransmissores e como precursores de hormônios</p><p>e toxinas. A adenina serve tanto como subunidades na estrutura dos ácidos nucleicos</p><p>e do ATP, como neurotransmissora. Os ácidos graxos servem como componentes de</p><p>membranas lipídicas complexas, como gorduras ricas em energia e que funcionam</p><p>como reserva de alimentos e também como precursores de um grupo de moléculas</p><p>sinalizadoras potentes, os eicosanoides (BERG; TYMOCZKO; STRYERT, 2015).</p><p>Nos tópicos seguintes, conheceremos as principais características bioquímicas</p><p>das biomoléculas.</p><p>Usuario</p><p>Sublinhado</p><p>Usuario</p><p>Sublinhado</p><p>Usuario</p><p>Realce</p><p>Usuario</p><p>Realce</p><p>Usuario</p><p>Realce</p><p>Usuario</p><p>Realce</p><p>Usuario</p><p>Sublinhado</p><p>Usuario</p><p>Sublinhado</p><p>Usuario</p><p>Sublinhado</p><p>Usuario</p><p>Sublinhado</p><p>Usuario</p><p>Realce</p><p>Usuario</p><p>Realce</p><p>Usuario</p><p>Sublinhado</p><p>Usuario</p><p>Realce</p><p>Usuario</p><p>Realce</p><p>Usuario</p><p>Realce</p><p>Usuario</p><p>Sublinhado</p><p>Usuario</p><p>Realce</p><p>Usuario</p><p>Realce</p><p>71</p><p>RESUMO DO TÓPICO 1</p><p>Neste tópico, você adquiriu certos aprendizados, como:</p><p>• A maior parte do peso seco dos organismos vivos consiste de compostos orgânicos,</p><p>moléculas que contêm esqueletos ou estruturas de átomos de carbono ligados</p><p>covalentemente entre si.</p><p>• Átomos de carbono, nitrogênio, hidrogênio e oxigênio podem ser ligados.</p><p>• Aos esqueletos carbônicos são ligados diferentes tipos de grupos funcionais, o que</p><p>determina as propriedades químicas das moléculas orgânicas.</p><p>• As forças das ligações químicas covalentes, medidas em joules, dependem da</p><p>eletronegatividade e do tamanho dos átomos que compartilham elétrons.</p><p>• A variação da entalpia para uma reação química reflete o número e o tipo de ligações</p><p>que são quebradas ou sintetizadas.</p><p>• Para as reações endotérmicas, a variação da entalpia é positiva, para as reações</p><p>exotérmicas, negativa.</p><p>• As diferentes reações químicas que ocorrem no interior de uma célula pertencem</p><p>a cinco categorias gerais: reações de oxidação-redução, quebra ou formação de</p><p>ligações carbono-carbono, rearranjo de ligações ao redor de átomos de carbono,</p><p>transferência de grupos e condensações.</p><p>• A maior parte da matéria orgânica nas células vivas consiste em macromoléculas:</p><p>ácidos nucleicos, proteínas e carboidratos.</p><p>• Moléculas de lipídios, outro componente</p><p>6.1 PRINCIPAIS CARACTERÍSTICAS ESTRUTURAIS DAS CÉLULAS</p><p>EUCARIÓTICAS....................................................................................................................40</p><p>7 ESTUDO DOS COMPONENTES CELULARES .....................................................45</p><p>7.1 ORGANELAS ISOLADAS POR CENTRIFUGAÇÃO .........................................................45</p><p>7.2 ESTUDOS IN VITRO ........................................................................................................... 47</p><p>8 EVOLUÇÃO DOS ORGANISMOS MULTICELULARES E A DIFERENCIAÇÃO</p><p>CELULAR .............................................................................................................. 48</p><p>9 VÍRUS: PARASITAS DAS CÉLULAS ................................................................... 51</p><p>LEITURA COMPLEMENTAR ..................................................................................53</p><p>RESUMO DO TÓPICO 2 ..........................................................................................54</p><p>AUTOATIVIDADE ...................................................................................................55</p><p>UNIDADE 2 — BIOMOLÉCULAS.............................................................................59</p><p>TÓPICO 1 — CARACTERÍSTICAS GERAIS ............................................................ 61</p><p>1 INTRODUÇÃO ...................................................................................................... 61</p><p>2 COMPOSIÇÃO E LIGAÇÃO QUÍMICA .................................................................. 61</p><p>3 BIOMOLÉCULAS SÃO COMPOSTOS DE CARBONO ..........................................62</p><p>4 GRUPOS FUNCIONAIS DETERMINAM AS PROPRIEDADES QUÍMICAS ..........63</p><p>5 ESTRUTURA TRIDIMENSIONAL: CONFIGURAÇÃO E CONFORMAÇÃO ...........64</p><p>6 REATIVIDADE QUÍMICA .....................................................................................65</p><p>7 MACROMOLÉCULAS E SUAS SUBUNIDADES MONOMÉRICAS .......................69</p><p>RESUMO DO TÓPICO 1 ...........................................................................................71</p><p>AUTOATIVIDADE ................................................................................................... 72</p><p>TÓPICO 2 - ÁGUA .................................................................................................. 73</p><p>1 INTRODUÇÃO ...................................................................................................... 73</p><p>2 PONTES DE HIDROGÊNIO .................................................................................. 73</p><p>3 INTERAÇÕES DE VAN DER WAALS ................................................................... 76</p><p>4 IONIZAÇÃO DA ÁGUA, ÁCIDOS FRACOS E BASES FRACAS ............................ 76</p><p>5 AÇÃO TAMPONANTE CONTRA AS VARIAÇÕES DE PH NOS SISTEMAS</p><p>BIOLÓGICOS ..........................................................................................................78</p><p>LEITURA COMPLEMENTAR ..................................................................................82</p><p>RESUMO DO TÓPICO 2 ......................................................................................... 84</p><p>AUTOATIVIDADE ...................................................................................................85</p><p>TÓPICO 3 - AMINOÁCIDOS, PEPTÍDEOS E PROTEÍNAS......................................87</p><p>1 INTRODUÇÃO ......................................................................................................87</p><p>2 AMINOÁCIDOS ....................................................................................................88</p><p>2.1 CARACTERÍSTICAS ESTRUTURAIS................................................................................88</p><p>2.2 CLASSIFICAÇÃO PELO GRUPO R ..................................................................................89</p><p>2.3 PROPRIEDADES DOS AMINOÁCIDOS ........................................................................... 92</p><p>3 PEPTÍDEOS E PROTEÍNAS.................................................................................93</p><p>3.1 ASPECTOS GERAIS DA ESTRUTURA PROTEICA ........................................................ 94</p><p>3.2 ESTRUTURA SECUNDÁRIA DAS PROTEÍNAS ............................................................. 94</p><p>3.3 ESTRUTURAS TERCIÁRIAS E QUATERNÁRIAS DAS PROTEÍNAS .......................... 95</p><p>3.4 DESNATURAÇÃO PROTEICA E ENOVELAMENTO ...................................................... 95</p><p>3.5 FUNÇÕES DAS PROTEÍNAS .............................................................................................97</p><p>RESUMO DO TÓPICO 3 ..........................................................................................99</p><p>AUTOATIVIDADE ................................................................................................. 101</p><p>TÓPICO 4 - ENZIMAS ..........................................................................................103</p><p>1 INTRODUÇÃO ....................................................................................................103</p><p>2 FUNÇÃO ENZIMÁTICA .....................................................................................104</p><p>3 CINÉTICA ENZIMÁTICA ...................................................................................104</p><p>3.1 ENZIMAS REGULADORAS .............................................................................................. 105</p><p>RESUMO DO TÓPICO 4 ........................................................................................ 107</p><p>AUTOATIVIDADE .................................................................................................108</p><p>TÓPICO 5 - CARBOIDRATOS E GLICOCONJUGADOS ........................................ 111</p><p>1 INTRODUÇÃO ..................................................................................................... 111</p><p>2 MONOSSACARÍDEOS E DISSACARÍDEOS ...................................................... 112</p><p>3 POLISSACARÍDEOS ......................................................................................... 114</p><p>4 GLICOCONJUGADOS: PROTEOGLICANOS, GLICOPROTEÍNAS E</p><p>GLICOLIPÍDIOS.................................................................................................... 116</p><p>RESUMO DO TÓPICO 5 ........................................................................................120</p><p>AUTOATIVIDADE ................................................................................................. 121</p><p>TÓPICO 6 - NUCLEOTÍDEOS E ÁCIDOS NUCLEICOS ......................................... 123</p><p>1 INTRODUÇÃO .................................................................................................... 123</p><p>2 ESTRUTURA DOS NUCLEOTÍDEOS E NUCLEOSÍDEOS .................................. 123</p><p>3 LIGAÇÕES FOSFODIÉSTERES ......................................................................... 125</p><p>4 ESTRUTURA DOS ÁCIDOS NUCLEICOS .......................................................... 126</p><p>4.1 CARACTERÍSTICAS DO DNA .......................................................................................... 126</p><p>5 CARACTERÍSTICAS DOS RNAS ....................................................................... 126</p><p>6 A QUÍMICA DO ÁCIDO NUCLEICO .................................................................... 127</p><p>7 OUTRAS FUNÇÕES DOS NUCLEOTÍDEOS ......................................................128</p><p>RESUMO DO TÓPICO 6 ........................................................................................ 129</p><p>AUTOATIVIDADE .................................................................................................130</p><p>TÓPICO 7 - LIPÍDIOS ............................................................................................131</p><p>1 INTRODUÇÃO .....................................................................................................131</p><p>2 LIPÍDIOS DE ARMAZENAMENTO ......................................................................131</p><p>3 LIPÍDIOS ESTRUTURAIS DE MEMBRANA .......................................................133</p><p>4 LIPÍDIOS COMO SINAIS, COFATORES E PIGMENTOS ....................................134</p><p>5 SEPARAÇÃO E ANÁLISE DE LIPÍDIOS</p><p>importante das células, são moléculas</p><p>pequenas que formam grandes agregados.</p><p>• Cada tipo de macromolécula é composto de subunidades monoméricas pequenas</p><p>unidas por ligações covalentes.</p><p>• Ácidos nucleicos e proteínas são macromoléculas informacionais; as sequências</p><p>características de suas subunidades constituem a individualidade genética da</p><p>espécie.</p><p>• Os carboidratos simples funcionam como componentes estruturais, mas os mais</p><p>complexos também são macromoléculas informacionais.</p><p>72</p><p>1 No laboratório de bioquímica, primeiramente é necessário separar a molécula de</p><p>interesse de outras biomoléculas presentes em uma amostra – isto é, purificar</p><p>proteínas, ácidos nucleicos, carboidratos ou lipídios. Pela observação das subunidades</p><p>monoméricas das quais as biomoléculas grandes são formadas, você deve imaginar</p><p>quais características dessas biomoléculas permitem separá-las umas das outras.</p><p>a) Quais características do aminoácido e do ácido graxo permitiriam separá-los</p><p>facilmente um do outro?</p><p>b) Como os nucleotídeos devem ser separados das moléculas de glicose?</p><p>2 Alguns anos atrás, duas companhias farmacêuticas comercializaram um remédio</p><p>sob os nomes de Dexedrina e Benzedrina. A estrutura da droga é mostrada a seguir:</p><p>AUTOATIVIDADE</p><p>As propriedades físicas e químicas (elementos constitutivos como C, H,</p><p>N, ponto de fusão, solubilidade etc.) de ambas eram idênticas. A dosagem por via</p><p>oral recomendada da Dexedrina era 5 mg por dia, mas a dosagem recomendada da</p><p>Benzedrina era significativamente mais alta. Aparentemente, para um mesmo efeito, era</p><p>necessária uma dose muito menor de Dexedrina. Explique essa contradição.</p><p>FIGURA – ESTRUTURA QUÍMICA DA DEXEDRINA</p><p>FONTE: Nelson e Cox (2014, p. 53)</p><p>73</p><p>ÁGUA</p><p>1 INTRODUÇÃO</p><p>A água é a substância mais abundante nos sistemas vivos, constituindo mais</p><p>de 70% do peso da maioria dos organismos. O primeiro organismo vivo na Terra, sem</p><p>dúvida, nasceu em ambiente aquoso, e o curso da evolução tem sido moldado pelas</p><p>propriedades do meio aquoso no qual a vida começou (NELSON; COX, 2014).</p><p>Dentre as várias funções que a água desempenha nas células, podemos citar</p><p>algumas, como: solvente para compostos bioquímicos, recebe resíduo, absorve calor</p><p>e participa diretamente das reações químicas. Sem água, a vida como a conhecemos,</p><p>poderia não existir, pois nenhum organismo pode permanecer biologicamente ativo sem</p><p>água.</p><p>Neste tópico, conheceremos as propriedades físicas e químicas da água, às</p><p>quais são adaptados todos os aspectos da estrutura e função da célula, as forças de</p><p>atração entre as moléculas de água, ionização da água e ação do tamponamento contra</p><p>as variações de pH nos sistemas biológicos.</p><p>2 PONTES DE HIDROGÊNIO</p><p>As ligações de hidrogênio entre moléculas de água fornecem as forças coesivas</p><p>que fazem da água um líquido à temperatura ambiente e um sólido cristalino (gelo)</p><p>com arranjo altamente ordenado de moléculas em temperaturas frias. As biomoléculas</p><p>polares se dissolvem facilmente em água porque elas podem substituir interações entre</p><p>as moléculas de água (água-água) por interações energeticamente mais favoráveis</p><p>entre a água e o soluto (água-soluto). Em contrapartida, as biomoléculas apolares</p><p>são pouco solúveis em água porque interferem nas interações do tipo água-água,</p><p>mas são incapazes de formar interações do tipo água-soluto. Em soluções aquosas,</p><p>moléculas apolares tendem a formar agregados. Ligações de hidrogênio e interações</p><p>iônicas, hidrofóbicas (do grego, “medo de água”) e de Van der Waals são individualmente</p><p>fracas, mas coletivamente têm influência significativa nas estruturas tridimensionais</p><p>de proteínas, ácidos nucleicos, polissacarídeos e lipídios de membranas (NELSON; COX,</p><p>2014).</p><p>As ligações ou pontes de hidrogênio são responsáveis pelas propriedades</p><p>incomuns da água. A água tem ponto de fusão, ebulição e calor de vaporização mais alto</p><p>que os outros solventes comuns. Essas propriedades incomuns são uma consequência</p><p>UNIDADE 2 TÓPICO 2 -</p><p>Usuario</p><p>Realce</p><p>Usuario</p><p>Realce</p><p>Usuario</p><p>Realce</p><p>Usuario</p><p>Sublinhado</p><p>Usuario</p><p>Sublinhado</p><p>Usuario</p><p>Realce</p><p>Usuario</p><p>Sublinhado</p><p>Usuario</p><p>Realce</p><p>Usuario</p><p>Sublinhado</p><p>74</p><p>da atração entre as moléculas de água adjacentes que oferecem à água líquida grande</p><p>coesão interna. A visualização da estrutura eletrônica da molécula de H2O revela a</p><p>origem dessas atrações intermoleculares (NELSON; COX, 2014).</p><p>Ponto de fusão</p><p>(ºC)</p><p>Ponto de ebulição</p><p>(ºC)</p><p>Calor de Vaporização</p><p>J/g</p><p>Água 0 100 2.260</p><p>Metanol -98 65 1.100</p><p>Etanol -117 78 854</p><p>Propanol -127 97 687</p><p>Acetona -95 56 523</p><p>Hexano -98 69 423</p><p>Benzeno 6 80 394</p><p>Butano -135 -0,5 381</p><p>Clorofórmio -63 61 24</p><p>TABELA 4 – PONTO DE FUSÃO, PONTO DE EBULIÇÃO E CALOR DE VAPORIZAÇÃO DE</p><p>ALGUNS SOLVENTES COMUNS</p><p>FONTE: Adaptado de Nelson e Cox (2014)</p><p>Cada átomo de hidrogênio de uma molécula de água compartilha um par de</p><p>elétrons com o átomo central do oxigênio. A geometria da molécula é ditada pela forma</p><p>dos orbitais eletrônicos mais externos do átomo de oxigênio, que são similares aos</p><p>orbitais ligantes sp3 do carbono. Na Figura 7 observamos que esses orbitais descrevem</p><p>um formato aproximado de tetraedro, com um átomo de hidrogênio em cada um de dois</p><p>vértices e pares de elétrons não compartilhados nos outros dois. O núcleo do átomo de</p><p>oxigênio atrai elétrons mais fortemente que o núcleo de hidrogênio (um próton); ou seja,</p><p>o oxigênio é mais eletronegativo. Isso significa que os elétrons compartilhados estão</p><p>mais frequentemente nas vizinhanças do átomo de oxigênio que os de hidrogênio. O</p><p>resultado desse compartilhamento desigual de elétrons é a formação de dois dipolos</p><p>elétricos na molécula de água (COOPER, 2001).</p><p>Você sabia?</p><p>Que a quantidade de água é diretamente proporcional ao metabolismo da</p><p>célula?</p><p>Células com uma atividade metabólica intensa, como por exemplo, os</p><p>neurônios, possuem 80% de água no seu interior.</p><p>NOTA</p><p>Usuario</p><p>Sublinhado</p><p>Usuario</p><p>Realce</p><p>Usuario</p><p>Realce</p><p>Usuario</p><p>Sublinhado</p><p>Usuario</p><p>Sublinhado</p><p>Usuario</p><p>Realce</p><p>75</p><p>Na figura a seguir podemos observar a natureza dipolar da molécula de água</p><p>em modelo de esfera e bastão, em que as linhas tracejadas representam os orbitais não</p><p>ligantes. Existe um arranjo aproximadamente tetraédrico dos pares de elétrons mais</p><p>externos da camada ao redor do átomo de oxigênio; os dois átomos de hidrogênio têm</p><p>cargas parciais positivas e o átomo de oxigênio tem carga parcial negativa. Em (b) vê-se</p><p>duas moléculas de H2O unidas por ligações de hidrogênio, representada por três linhas</p><p>azuis.</p><p>FIGURA 7 – ESTRUTURA DA MOLÉCULA DE ÁGUA</p><p>FONTE: Nelson e Cox (2014, p. 48)</p><p>As ligações de hidrogênio não são exclusivas para a molécula de água. Elas</p><p>se formam prontamente entre um átomo eletronegativo (aceptor de hidrogênio,</p><p>geralmente oxigênio ou nitrogênio) e um átomo de hidrogênio ligado covalentemente</p><p>a outro átomo eletronegativo (doador de hidrogênio) na mesma molécula ou em outra</p><p>(Figura 8). Átomos de hidrogênio covalentemente ligados a átomos de carbono não</p><p>participam de ligações de hidrogênio, porque o átomo de carbono é somente um pouco</p><p>mais eletronegativo que o hidrogênio e, portanto, a ligação C-H é apenas levemente</p><p>polar (RODWELL; MURRAY; GRANNER, 2017).</p><p>FIGURA 8 – LIGAÇÕES DE HIDROGÊNIO COMUM EM SISTEMAS BIOLÓGICOS</p><p>FONTE: <https://player.slideplayer.com.br/46/11652478/data/images/img15.jpg>.</p><p>Acesso em: 11 abr. 2019.</p><p>Usuario</p><p>Sublinhado</p><p>Usuario</p><p>Realce</p><p>Usuario</p><p>Realce</p><p>Usuario</p><p>Sublinhado</p><p>Usuario</p><p>Sublinhado</p><p>Usuario</p><p>Realce</p><p>76</p><p>3 INTERAÇÕES DE VAN DER WAALS</p><p>Quando dois átomos não carregados são colocados bem próximos um do outro,</p><p>as suas nuvens eletrônicas influenciam uma à outra. Variações aleatórias nas posições</p><p>dos elétrons ao redor do núcleo podem criar um dipolo transitório elétrico, que induz</p><p>à formação de um dipolo transiente de carga oposta no átomo mais próximo a ele. Os</p><p>dois dipolos atraem-se fracamente um ao outro, aproximando os dois núcleos. Essas</p><p>atrações fracas são chamadas de interações de Van der Waals (também conhecidas</p><p>como forças de London). À medida</p><p>que os dois núcleos se aproximam, as nuvens</p><p>eletrônicas começam a repelir uma à outra. Nesse ponto, no qual a atração líquida é</p><p>máxima, diz-se que o núcleo está em contato de Van der Waals. Cada átomo tem um</p><p>raio de Van der Waals característico, uma medida do quão próximo um átomo permite</p><p>que outro se aproxime (NELSON; COX, 2014).</p><p>4 IONIZAÇÃO DA ÁGUA, ÁCIDOS FRACOS E BASES FRACAS</p><p>Embora muitas propriedades de solvente da água possam ser explicadas em</p><p>termos da molécula de água não carregada, o pequeno grau de ionização da água em</p><p>seus íons (H1) e (OH–) deve também ser levado em consideração.</p><p>Como todas as reações reversíveis, a ionização da água pode ser</p><p>descrita por uma constante de equilíbrio. Quando ácidos fracos</p><p>são dissolvidos na água, eles contribuem com um H1 por ionização;</p><p>bases fracas consomem um H1 se tornando protonadas. Esses</p><p>processos também são governados por constantes de equilíbrio. A</p><p>concentração total dos íons hidrogênio a partir de todas as fontes</p><p>é experimentalmente mensurável, sendo expressa como o pH da</p><p>solução. Para predizer o estado de ionização de solutos na água,</p><p>devem-se considerar as constantes de equilíbrio relevantes para</p><p>cada reação de ionização (NELSON; COX, 2014, p. 58).</p><p>Para Rodwel, Murry e Granner (2017), as moléculas de água têm a leve tendência</p><p>de sofrer uma ionização reversível, produzindo um íon hidrogênio (próton) e um íon</p><p>hidróxido, gerando o equilíbrio: H2O Δ H1 1 OH (2-1). Apesar de geralmente se mostrar</p><p>o produto de dissociação da água como H1, os prótons livres não existem em solução;</p><p>os íons hidrogênio formados em água são imediatamente hidratados para formar íons</p><p>hidrônio (H3O). As ligações de hidrogênio entre as moléculas de água fazem com que a</p><p>hidratação dos prótons dissociados seja praticamente instantânea.</p><p>A ionização da água pode ser medida pela sua condutividade elétrica; a água</p><p>pura carrega corrente elétrica enquanto o H3O1 migra para o cátodo e OH– para o</p><p>ânodo. O movimento dos íons hidrônio e hidróxido no campo elétrico é extremamente</p><p>rápido comparado com o de outros íons como Na1, K1 e Cl–. Essa alta mobilidade iônica</p><p>resulta do tipo de “salto de prótons”, mostrado na Figura 9. Os prótons individuais não se</p><p>movem para muito longe na solução, mas uma série de prótons salta entre as moléculas</p><p>Usuario</p><p>Sublinhado</p><p>Usuario</p><p>Realce</p><p>Usuario</p><p>Sublinhado</p><p>Usuario</p><p>Realce</p><p>Usuario</p><p>Realce</p><p>Usuario</p><p>Realce</p><p>Usuario</p><p>Realce</p><p>Usuario</p><p>Realce</p><p>Usuario</p><p>Sublinhado</p><p>Usuario</p><p>Sublinhado</p><p>Usuario</p><p>Sublinhado</p><p>77</p><p>de água ligadas por hidrogênio e gera um movimento líquido de prótons por uma longa</p><p>distância em um tempo extremamente curto (OH também se move rapidamente por</p><p>saltos, mas na direção oposta). Como resultado da alta mobilidade iônica do H1, reações</p><p>ácido/básicas em soluções aquosas são excepcionalmente rápidas.</p><p>FIGURA 9 – SALTO DE PRÓTONS</p><p>FONTE: Nelson e Cox (2014, p. 58)</p><p>O produto iônico da água, Kw, é a base para a escala de pH. É um meio</p><p>conveniente de designar a concentração de H1 (e, portanto, de OH–) em qualquer solução</p><p>aquosa no intervalo de 1,0 M H1 e 1,0 M OH–. O termo pH é defi nido pela expressão:</p><p>1pH log log H</p><p>H</p><p>+</p><p>+</p><p> = = −    </p><p>O símbolo p denota “logaritmo negativo de”. Para uma solução neutra a 25 ºC, na</p><p>qual a concentração de íons hidrogênio é exatamente 1,0 3 10–7 M. Quando temos uma</p><p>solução com pH 7, uma solução neutra não é um número escolhido arbitrariamente,</p><p>sendo derivado do valor absoluto do produto iônico da água a 25 ºC, que, por uma</p><p>coincidência conveniente, é um valor inteiro.</p><p>Usuario</p><p>Sublinhado</p><p>Usuario</p><p>Sublinhado</p><p>Usuario</p><p>Realce</p><p>78</p><p>Soluções com pH maior que 7 são alcalinas ou básicas; a concentração de OH–</p><p>é maior que a de H1. Inversamente, soluções tendo pH menor que 7 são ácidas. Lembre-</p><p>se de que a escala de pH é logarítmica e não aritmética. Se duas soluções diferem em pH</p><p>por uma (1) unidade, isso significa que uma solução tem dez vezes mais a concentração</p><p>de íons H1 que a outra, mas isso não indica a magnitude absoluta da diferença. Um</p><p>refrigerante de cola (pH 3,0) ou um vinho tinto (pH 3,7) têm uma concentração de íons</p><p>H1 de aproximadamente 10.000 vezes a do sangue (pH 7,4) (NELSON; COX, 2014).</p><p>O pH de uma solução aquosa pode ser medido por aproximação, usando vários</p><p>tipos de indicadores coloridos, incluindo tornassol, fenolftaleína e vermelho de fenol.</p><p>Essas substâncias passam por uma mudança de cor quando um próton se dissocia da</p><p>molécula. Determinações precisas do pH em laboratórios químicos ou clínicos são feitas</p><p>com um eletrodo de vidro que é seletivamente sensível à concentração dos íons H1,</p><p>mas insensível à concentração de Na1, K1 e outros cátions. Em um pH-metro, o sinal do</p><p>eletrodo de vidro colocado em uma solução de teste é amplificado e comparado com o</p><p>sinal gerado por uma solução de pH conhecido (NELSON; COX, 2014).</p><p>A medida do pH é um dos procedimentos mais importantes e usados com mais</p><p>frequência na bioquímica. O pH afeta a estrutura e a atividade de macromoléculas</p><p>biológicas; por exemplo, a atividade catalítica das enzimas é extremamente dependente</p><p>do pH. As medidas do pH do sangue e da urina são comumentemente usadas em</p><p>diagnóstico médico. O pH do plasma sanguíneo das pessoas com diabetes grave e não</p><p>controlado é comumentemente abaixo do valor normal de 7,4; essa condição é chamada</p><p>de acidose. Em outras doenças, o pH sanguíneo é mais alto que o normal, uma condição</p><p>conhecida como alcalose. A acidose ou a alcalose extrema podem ameaçar a vida.</p><p>5 AÇÃO TAMPONANTE CONTRA AS VARIAÇÕES DE PH</p><p>NOS SISTEMAS BIOLÓGICOS</p><p>Quase todos os processos biológicos são dependentes do pH; uma pequena</p><p>mudança no pH produz uma grande mudança na velocidade do processo. Os grupos</p><p>amino e carboxila protonados de aminoácidos e os grupos fosfato de nucleotídeos, por</p><p>exemplo, agem como ácidos fracos; o seu estado iônico é determinado pelo pH do meio</p><p>circundante. As interações iônicas estão entre as forças que estabilizam a molécula da</p><p>proteína e permitem que uma enzima reconheça e se ligue ao seu substrato (BERG;</p><p>TYMOCZKO; STRYERT, 2015).</p><p>Células e organismos mantêm um pH citosólico específico e constante, em geral,</p><p>perto de pH 7, mantendo biomoléculas em seu estado iônico otimizado. Em organismos</p><p>multicelulares, o pH dos fluidos extracelulares também é rigorosamente regulado. A</p><p>constância do pH é atingida principalmente por tampões biológicos: misturas de ácidos</p><p>fracos e suas bases conjugadas (NELSON; COX, 2014).</p><p>Usuario</p><p>Realce</p><p>Usuario</p><p>Realce</p><p>Usuario</p><p>Sublinhado</p><p>Usuario</p><p>Sublinhado</p><p>Usuario</p><p>Realce</p><p>Usuario</p><p>Realce</p><p>Usuario</p><p>Realce</p><p>79</p><p>Tampões são sistemas aquosos que tendem a resistir a mudanças de pH quando</p><p>pequenas quantidades de ácido (H1) ou base (OH–) são adicionadas. Um sistema tampão</p><p>consiste em um ácido fraco (o doador de prótons) e sua base conjugada (o aceptor de</p><p>prótons). Como um exemplo, uma mistura de concentrações iguais de ácido acético</p><p>e íons acetato, encontradas no ponto central da titulação na Figura 10, é um sistema</p><p>tampão. Observe que a curva de titulação do ácido acético tem uma zona relativamente</p><p>plana que se estende por cerca de uma unidade de pH em ambos os lados do seu pH</p><p>do ponto central de 4,76. Nessa zona, uma dada quantidade de H1 ou OH– adicionada</p><p>ao sistema tem muito menos efeito no pH que a mesma quantidade adicionada fora da</p><p>zona. Essa zona relativamente plana é a região de tamponamento do par tampão ácido</p><p>acético/acetato (RODWELL; MURRAY; GRANNER, 2017).</p><p>No ponto central da região de tamponamento, no qual a concentração do</p><p>doador de prótons (ácido acético) é exatamente igual à do aceptor de prótons (acetato),</p><p>a força de tamponamento do sistema é máxima; isto é, seu pH muda menos pela</p><p>adição de H1 ou OH–. O pH do sistema tampão acetato muda levemente quando uma</p><p>pequena quantidade de H1 ou OH– é adicionada, mas essa mudança é muito pequena</p><p>comparada com a mudança de pH que resultaria se a mesma quantidade de H1 ou OH–</p><p>fosse adicionado à água pura ou a uma solução salina de um ácido forte</p><p>e de uma base</p><p>forte, como NaCl, que não tem poder tamponante (NELSON; COX, 2014).</p><p>FIGURA 10 – CURVA DE TITULAÇÃO DO ÁCIDO ACÉTICO</p><p>FONTE: Nelson e Cox (2014, p. 62)</p><p>Usuario</p><p>Sublinhado</p><p>Usuario</p><p>Sublinhado</p><p>80</p><p>Sackheim (2001) relata que o tamponamento resulta do equilíbrio entre duas</p><p>reações reversíveis ocorrendo em uma solução de concentrações quase iguais de doador</p><p>de prótons e de seu aceptor de prótons conjugado. A Figura 11 explica como um sistema</p><p>tampão funciona. Sempre que H1 ou OH– é adicionado em um tampão, o resultado é</p><p>uma pequena mudança na razão das concentrações relativas dos ácidos fracos e seus</p><p>ânions e, portanto, uma pequena mudança no pH. O decréscimo na concentração de</p><p>um componente do sistema é equilibrado exatamente pelo aumento do outro. A soma</p><p>dos componentes do tampão não muda somente a sua razão.</p><p>FIGURA 11 – ACÉTICO/ACETATO COMO SISTEMA TAMPÃO</p><p>FONTE: Nelson e Cox (2014, p. 64)</p><p>Os fl uidos intracelulares ou extracelulares de organismos multicelulares têm</p><p>como característica um pH quase constante. A primeira linha de defesa dos organismos</p><p>contra mudanças internas de pH é proporcionada por sistemas tampão. O citoplasma da</p><p>maioria das células contém altas concentrações de proteínas e, estas, contêm muitos</p><p>aminoácidos com grupos funcionais que são ácidos fracos ou bases fracas. Por exemplo,</p><p>a cadeia lateral da histidina tem um pKa de 6,0 e, por isso, pode existir tanto nas formas</p><p>protonadas quanto nas desprotonadas, próximo ao pH neutro. Proteínas contendo</p><p>resíduos de histidina, portanto, são tampões efetivos próximo ao pH neutro. Nucleotídeos</p><p>como ATP, assim como muitos metabólitos de baixa massa molecular, contêm grupos</p><p>ionizáveis que podem contribuir para o poder tamponante do citoplasma. Algumas</p><p>organelas altamente especializadas e compartimentos extracelulares apresentam altas</p><p>concentrações de compostos que contribuem para a capacidade de tamponamento:</p><p>ácidos orgânicos tamponam os vacúolos das células das plantas; amônia tampona a</p><p>urina (RODWELL; MURRAY; GRANNER, 2017).</p><p>Dois tampões biológicos especialmente importantes são o sistema fosfato e o</p><p>bicarbonato. O tampão fosfato, que age no citoplasma de todas as células, consiste em</p><p>H2PO4 – como doador de prótons e HPO como aceptor de prótons. O sistema tampão</p><p>fosfato é mais efetivo em um pH perto de seu pKa de 6,86 e, portanto, tende a resistir</p><p>Usuario</p><p>Realce</p><p>Usuario</p><p>Sublinhado</p><p>Usuario</p><p>Realce</p><p>Usuario</p><p>Realce</p><p>Usuario</p><p>Sublinhado</p><p>Usuario</p><p>Sublinhado</p><p>Usuario</p><p>Realce</p><p>Usuario</p><p>Sublinhado</p><p>Usuario</p><p>Realce</p><p>81</p><p>a mudanças de pH em um intervalo de 5,9 e 7,9. Esse é, então, um tampão efetivo em</p><p>fluidos biológicos; em mamíferos, por exemplo, fluidos extracelulares e a maioria dos</p><p>compartimentos citoplasmáticos têm pH no intervalo de 6,9 a 7,4 (BERG et al., 2008).</p><p>Curiosidades:</p><p>• Sob desidratação: as pessoas observam que realmente começam a reter</p><p>água nas pernas, pés, braços e face. Os rins começam a “economizar” água,</p><p>reduzindo a produção de urina e levando à retenção de produtos tóxicos</p><p>potencialmente danosos.</p><p>• A diminuição da água no cérebro acarreta a diminuição da energia e deprime</p><p>muitas funções vitais. Com baixo nível de energia cerebral, ficamos incapazes</p><p>de lidar com o medo, a ansiedade, a raiva e muitas outras emoções.</p><p>Fique Ligado!</p><p>Posso substituir a ingestão de água por chá, café, sucos, vinho e</p><p>cerveja?</p><p>Quanto mais destas bebidas se consome, mais desidratado o corpo se torna.</p><p>Bebidas contendo cafeína, por exemplo, disparam resposta de estresse</p><p>devido ao forte efeito diurético, aumentando as micções. Bebidas com açúcar</p><p>aumentam rapidamente os níveis de açúcar sanguíneo (> diurese).</p><p>NOTA</p><p>IMPORTANTE</p><p>Usuario</p><p>Realce</p><p>Usuario</p><p>Sublinhado</p><p>82</p><p>SENDO SUA PRÓPRIA COBAIA (NÃO TENTE ISSO EM CASA!)</p><p>Este é um relato de J. B. S. Haldane dos experimentos fisiológicos sobre o</p><p>controle do pH sanguíneo, do livro Mundos Possíveis (HARPER; BROTHERS, 1928).</p><p>“Eu queria descobrir o que aconteceria com um homem se ele fosse mais ácido ou</p><p>mais alcalino... Poder-se-ia, claro, fazer experimentos em um coelho primeiro, e</p><p>alguns trabalhos haviam sido feitos nesse sentido; mas é difícil, de qualquer forma, ter</p><p>certeza como um coelho se sente. Na verdade, alguns coelhos não levavam a sério a</p><p>possibilidade de cooperar comigo.</p><p>“[...] Um colega e eu então começamos a fazer experimentos em nós mesmos</p><p>[...]. Meu colega Dr. H. W. Davies e eu nos tornamos alcalinos pela respiração e pela</p><p>ingestão de tudo que contivesse mais de 85,05 g de bicarbonato de sódio. Tornamo-</p><p>nos ácidos ficando sentados em uma sala apertada contendo entre 6 e 7% de dióxido</p><p>de carbono no ar. Isso faz a respiração ficar como se recém-tivéssemos terminado uma</p><p>regata de remo, e também dá uma tremenda dor de cabeça... Duas horas foi o máximo de</p><p>tempo que alguém conseguiu permanecer sob dióxido de carbono, mesmo se a câmara</p><p>de gás à nossa disposição não tivesse retido um odor irremovível de gás mostarda de</p><p>alguns experimentos de guerra, o qual faz lacrimejar quem quiser que entre nela. A coisa</p><p>mais óbvia a fazer foi tentar beber ácido clorídrico. Se tomássemos concentrado, isso</p><p>dissolveria os dentes e queimaria a garganta, razão pela qual eu quis deixá-lo difundir-</p><p>se suavemente em meu corpo. A concentração maior que tive a coragem de ingerir foi</p><p>aproximadamente uma parte do ácido comercial em cem partes de água, mas meio</p><p>litro foi o suficiente para mim, pois irritou minha garganta e estômago, enquanto meus</p><p>cálculos mostravam que eu precisaria de um galão e meio para obter o efeito que eu</p><p>desejava... Argumentei que se cloreto de amônio fosse ingerido, ele poderia se dissociar</p><p>parcialmente no corpo, liberando ácido clorídrico. Isso provaria estar correto... o fígado</p><p>transforma amônia em uma substância inofensiva chamada ureia antes que alcance o</p><p>coração e o cérebro depois de absorvida pelo intestino. O ácido clorídrico que foi deixado</p><p>para trás combina-se com o bicarbonato de sódio, que existe em todos os tecidos,</p><p>produzindo cloreto de sódio e dióxido de carbono. Esse gás foi produzido em mim dessa</p><p>forma na taxa de 6,6 L por hora (embora não por uma hora inteira nessa taxa).</p><p>“Eu estava bem satisfeito de reproduzir em mim o tipo de respiração curta que</p><p>ocorre nos estágios terminais de doenças dos rins e diabetes. Sabe-se, há muito tempo,</p><p>que isso é devido ao envenenamento por ácido, mas em cada caso o envenenamento é</p><p>complicado por outras anormalidades químicas, e não se tem certeza quais os sintomas</p><p>são decorrentes do ácido em si.</p><p>LEITURA</p><p>COMPLEMENTAR</p><p>Usuario</p><p>Sublinhado</p><p>83</p><p>“A cena agora muda para Heidelberg, onde Freudenberg e György estavam</p><p>estudando o tétano em bebês... ocorreu a eles que poderia ser bastante válido tentar</p><p>o efeito de aumentar de forma incomum a acidez do corpo. Visto que o tétano havia</p><p>sido ocasionalmente observado em pacientes que foram tratados, por outras queixas,</p><p>pela administração de doses muito altas de bicarbonato de sódio, ou perderam grande</p><p>quantidade de ácido clorídrico por constantes vômitos; e se alcalinidade dos tecidos</p><p>produzisse tétano, a acidez poderia ser uma expectativa de cura. Infelizmente, dificilmente</p><p>se curaria um bebê moribundo colocando-o em uma sala cheia de ácido carbônico,</p><p>e ainda menos com a indicação de ingestão de ácido clorídrico; então, nada poderia</p><p>resultar dessa ideia, e eles estavam usando sais de lima, não facilmente absorvidos no</p><p>organismo, os quais perturbam a digestão, mas certamente foram benéficos em muitos</p><p>casos de tétano. Entretanto, no momento em que leram o meu artigo sobre os efeitos</p><p>do cloreto de amônio, eles começaram a administrá-lo aos bebês, e ficaram encantados</p><p>ao descobrir que o tétano era eliminado em poucas horas. Desde então, tem sido usado</p><p>com sucesso na Inglaterra e na América, tanto em crianças como em adultos. Ele não</p><p>remove a causa, mas coloca o paciente em melhores condições de recuperação”.</p><p>FONTE: NELSON, D. L.; COX, M. M. Princípios de bioquímica de Lehninger. 6. ed. Porto Alegre: Artmed,</p><p>2014. (Adaptado)</p><p>84</p><p>RESUMO DO TÓPICO 2</p><p>Neste tópico, você adquiriu certos aprendizados, como:</p><p>• A diferença entre a eletronegatividade do H e a do O torna a água uma molécula</p><p>muito polar, capaz de formar ligações de hidrogênio entre suas moléculas e com</p><p>solutos.</p><p>• As ligações de hidrogênio são curtas, basicamente eletrostáticas e mais fracas que</p><p>as ligações covalentes.</p><p>• A água é um bom solvente para solutos polares (hidrofílicos), com os quais forma</p><p>ligações de hidrogênio, e para solutos carregados, com os quais forma interações</p><p>eletrostáticas.</p><p>• Compostos apolares (hidrofóbicos) se dissolvem fracamente em água; eles</p><p>não formam ligações de hidrogênio com o solvente, e a sua presença força um</p><p>ordenamento energeticamente desfavorável de moléculas de água nas suas</p><p>superfícies hidrofóbicas.</p><p>• Interações fracas e não covalentes, em grande número, influenciam decisivamente o</p><p>enovelamento de macromoléculas como proteínas e ácidos nucleicos.</p><p>• As conformações mais estáveis são aquelas nas quais as ligações de hidrogênio são</p><p>maximizadas dentro da molécula e entre a molécula e o solvente, e nas quais as</p><p>partes hidrofóbicas se agregam no interior das moléculas, longe do solvente aquoso.</p><p>• A água é tanto o solvente no qual as reações metabólicas ocorrem quando um</p><p>reagente em muitos processos bioquímicos, incluindo hidrólise, condensação e</p><p>reações de oxidação-redução.</p><p>• A água pura se ioniza levemente, formando número igual de íons hidrogênio (íons</p><p>hidrônio, H3O1) e íons hidróxido.</p><p>• Uma mistura de um ácido fraco (ou base) e seus sais resiste a mudanças de pH</p><p>causadas pela adição de H1 ou OH–. A mistura, portanto, funciona como tampão.</p><p>• Em células e tecidos, tampões de fosfatos e bicarbonatos mantêm os fluidos</p><p>intracelulares e extracelulares em seu pH ótimo (fisiológico), que em geral é próximo</p><p>de 7. As enzimas costumam ter atividade ótima nesse pH.</p><p>• Condições de saúde que diminuem o pH sanguíneo, causando acidose, ou aumentam,</p><p>causando alcalose, podem ameaçar a vida.</p><p>85</p><p>1 O sistema de tamponamento biológico é muito importante, pois permite que sangue</p><p>mantenha seu pH em torno de 7,40/7,45 independentemente da chegada de</p><p>substâncias ácidas ou alcalinas. Para que isso aconteça de forma correta, sabemos</p><p>que existe uma ação conjunta do sistema respiratório, urinário e o sistema químico,</p><p>que envolve o mais importante componente. O componente químico responsável em</p><p>manter o pH sanguíneo constante é:</p><p>a) ( ) Cloreto de Sódio.</p><p>b) ( ) Azul de Bromotimol.</p><p>c) ( ) Bicarbonato.</p><p>d) ( ) Ninidrina.</p><p>e) ( ) Ácido Clorídrico.</p><p>2 Quimicamente, os ácidos referem-se a compostos capazes de transferir íons H+ numa</p><p>reação química, podendo gerar a queda do pH. Sendo que o pH se refere justamente</p><p>à concentração destes íons, que quanto maior, mais ácido se torna o meio. As bases</p><p>são “análogos” opostos aos “ácidos”, que têm em sua composição OH, conhecidas</p><p>como hidroxilas. As hidroxilas consomem os íons H+ presentes no meio, diminuindo</p><p>então a concentração de íons H+, aumentando o pH. Neste caso, dizemos que o pH</p><p>é mais alcalino. De acordo com o que foi estudado, observe a seguinte equação e</p><p>analise as afirmativas que seguem:</p><p>AUTOATIVIDADE</p><p>I- A equação é um exemplo hipotético de uma solução aquosa.</p><p>II- Na equação: o A representa o ácido e o H3O representa a base.</p><p>III- A equação demonstra uma dissociação parcial.</p><p>IV- A água teve comportamento de base nesta equação, mas pode se comportar como</p><p>ácido, pois se trata de uma molécula anfótera.</p><p>A alternativa que apresenta a sequência CORRETA é:</p><p>a) ( ) I, II, III e IV.</p><p>b) ( ) Apenas I, II e IV.</p><p>c) ( ) Apenas I, II e III.</p><p>d) ( ) Apenas II e III.</p><p>e) ( ) Apenas I, III e IV.</p><p>Usuario</p><p>Sublinhado</p><p>Usuario</p><p>Sublinhado</p><p>86</p><p>3 Analise o gráfico que segue:</p><p>FONTE: A autora</p><p>Com relação ao gráfico, analise as afirmativas e marque V para as afirmativas que são</p><p>verdadeiras e F para as falsas.</p><p>( ) A solução inicial na qual está representado o gráfico se trata de uma solução ácida,</p><p>com um pH aproximado de 7,0.</p><p>( ) À medida que se adiciona base, representada por OH, o pH sobe.</p><p>( ) No momento em que se adicionou 25 mL de base (OH), o pH sobe bruscamente.</p><p>( ) No gráfico está representada uma solução contendo tampão.</p><p>Assinale a alternativa CORRETA:</p><p>a) ( ) V – V – V – V.</p><p>b) ( ) F – F – V – V.</p><p>c) ( ) V – V – F – F.</p><p>d) ( ) F – V – V – F.</p><p>e) ( ) F – V – F – F.</p><p>Usuario</p><p>Realce</p><p>Usuario</p><p>Sublinhado</p><p>87</p><p>TÓPICO 3 -</p><p>AMINOÁCIDOS, PEPTÍDEOS E</p><p>PROTEÍNAS</p><p>1 INTRODUÇÃO</p><p>Proteínas controlam praticamente todos os processos que ocorrem em uma</p><p>célula, exibindo uma quase infinita diversidade de funções. Para explorar o mecanismo</p><p>molecular de um processo biológico, um bioquímico estuda quase que inevitavelmente</p><p>uma ou mais proteínas. Proteínas são as macromoléculas biológicas mais abundantes,</p><p>ocorrendo em todas as células e em todas as partes das células. As proteínas também</p><p>ocorrem em grande variedade; milhares de diferentes tipos podem ser encontrados em</p><p>uma única célula. Como os árbitros da função molecular, as proteínas são os resultados</p><p>mais importantes e são os instrumentos moleculares pelos quais a informação genética</p><p>é expressa.</p><p>Subunidades monoméricas, relativamente simples, fornecem a chave da</p><p>estrutura de milhares de proteínas diferentes. As proteínas de cada organismo, da</p><p>mais simples das bactérias aos seres humanos, são construídas a partir do mesmo</p><p>conjunto onipresente de 20 aminoácidos. Como cada um desses aminoácidos tem uma</p><p>cadeia lateral com propriedades químicas características, esse grupo de 20 moléculas</p><p>precursoras pode ser considerado o alfabeto no qual a linguagem da estrutura proteica</p><p>é lida (NELSON; COX, 2014).</p><p>Para gerar uma determinada proteína, os aminoácidos se ligam de modo</p><p>covalente em uma sequência linear característica. O mais marcante é que as células</p><p>produzem proteínas com propriedades e atividades completamente diferentes, ligando</p><p>os mesmos 20 aminoácidos em combinações e sequências muito diferentes. A partir</p><p>desses blocos de construção, diferentes organismos podem gerar produtos tão diversos</p><p>como enzimas, hormônios, anticorpos, transportadores, fibras musculares, proteínas</p><p>das lentes dos olhos, penas, teias de aranha, chifres de rinocerontes, proteínas do leite,</p><p>antibióticos, venenos de cogumelos e uma miríade de outras substâncias com atividades</p><p>biológicas distintas. Entre esses produtos de proteínas, as enzimas são as mais variadas</p><p>e especializadas. Como catalisadoras de quase todas as reações celulares, as enzimas</p><p>são uma das chaves para compreensão da química da vida e, assim, fornecem um ponto</p><p>central para qualquer curso de bioquímica (BERTUZZI et al., 2008).</p><p>UNIDADE 2</p><p>Usuario</p><p>Sublinhado</p><p>Usuario</p><p>Sublinhado</p><p>Usuario</p><p>Sublinhado</p><p>Usuario</p><p>Realce</p><p>Usuario</p><p>Realce</p><p>Usuario</p><p>Realce</p><p>Usuario</p><p>Sublinhado</p><p>88</p><p>2 AMINOÁCIDOS</p><p>Proteínas são polímeros de aminoácidos, com cada resíduo de aminoácido unido</p><p>ao seu vizinho por um tipo específi co de ligação covalente (o termo “resíduo” refl ete</p><p>a perda de elementos de água quando um aminoácido é unido a outro). As proteínas</p><p>podem ser degradadas (hidrolisadas) em seus aminoácidos constituintes por vários</p><p>métodos, e os estudos mais iniciais de proteínas naturalmente se concentraram nesses</p><p>aminoácidos livres delas derivados. Vinte aminoácidos diferentes são comumentemente</p><p>encontrados em proteínas. O primeiro a ser descoberto foi a asparagina, em 1806. O</p><p>último dos 20 a ser descoberto (treonina) não havia sido identifi cado até 1938. Todos</p><p>os aminoácidos têm nomes comuns ou triviais, em alguns casos derivados da fonte da</p><p>qual foram primeiramente isolados. A asparagina foi descoberta pela primeira vez no</p><p>aspargo e o glutamato no glúten do trigo; a tirosina foi isolada a primeira vez a partir</p><p>do queijo (seu nome é derivado do grego tyros, “queijo”); e a glicina (do grego glykos,</p><p>“doce”) foi assim denominada devido ao seu sabor adocicado (NELSON; COX, 2014).</p><p>2.1 CARACTERÍSTICAS ESTRUTURAIS</p><p>Todos os 20 tipos de aminoácidos comuns são a-aminoácidos.</p><p>Eles têm um grupo</p><p>carboxila e um grupo amino ligados ao mesmo átomo de carbono (o carbono a):</p><p>FIGURA 12 – ESTRUTURA GERAL DE UM AMINOÁCIDO</p><p>FONTE: <https://pt.wikipedia.org/wiki/Amino%C3%A1cido>. Acesso em: 11 jul. 2019.</p><p>Para Nelson e Cox (2014, p. 43), os aminoácidos:</p><p>Diferem uns dos outros em suas cadeias laterais ou grupos R, que variam</p><p>em estrutura, tamanho e carga elétrica, e que infl uenciam a solubilidade</p><p>dos aminoácidos em água. Além desses 20 aminoácidos, há muitos outros</p><p>menos comuns. Alguns são resíduos modifi cados após a síntese de uma</p><p>proteína; outros são aminoácidos presentes em organismos vivos, mas</p><p>não como constituintes de proteínas. Foram atribuídas aos aminoácidos</p><p>comuns das proteínas abreviações de três letras e símbolos de uma letra,</p><p>utilizados como abreviaturas para indicar a composição e a sequência de</p><p>aminoácidos polimerizados em proteínas.</p><p>Usuario</p><p>Sublinhado</p><p>Usuario</p><p>Realce</p><p>89</p><p>O código de três letras é transparente (Figura 13); as abreviações em geral</p><p>consistem nas três primeiras letras do nome do aminoácido. O código de uma letra</p><p>foi concebido por Margaret Oakley Dayhoff, considerada por muitos a fundadora do</p><p>campo da bioinformática. O código de uma letra reflete uma tentativa de reduzir o</p><p>tamanho dos arquivos de dados (em uma época da computação de cartões perfurados)</p><p>utilizados para descrever as sequências de aminoácidos. Foi desenvolvido para ser</p><p>facilmente memorizado, e a compreensão de sua origem pode ajudar os estudantes</p><p>a fazer exatamente isso. Para seis aminoácidos (CHIMSV), a primeira letra do nome do</p><p>aminoácido é única e, portanto, utilizada como o símbolo. Para cinco outros (AGLPT),</p><p>a primeira letra não é única, mas é atribuída ao aminoácido mais comum em proteínas</p><p>(por exemplo, leucina é mais comum do que lisina). Para todos os aminoácidos comuns,</p><p>exceto a glicina, o carbono a está ligado a quatro grupos diferentes: um grupo carboxila,</p><p>um grupo amino, um grupo R e um átomo de hidrogênio (RODWELL; MURRAY; GRANNER,</p><p>2017).</p><p>FIGURA 13 – CÓDIGO GENÉTICO</p><p>FONTE: A autora</p><p>2.2 CLASSIFICAÇÃO PELO GRUPO R</p><p>O conhecimento das propriedades químicas dos aminoácidos comuns é</p><p>fundamental para a compreensão da bioquímica. O tópico pode ser simplificado</p><p>agrupando-se os aminoácidos em cinco classes principais com base nas propriedades</p><p>dos seus grupos R, particularmente sua polaridade ou tendência para interagir</p><p>com a água em pH biológico (próximo do pH 7,0). A polaridade dos grupos R varia</p><p>amplamente, de apolar e hidrofóbico (não hidrossolúvel) ao altamente polar e hidrofílico</p><p>(hidrossolúvel). Alguns aminoácidos são um pouco difíceis de caracterizar ou não se</p><p>Usuario</p><p>Realce</p><p>Usuario</p><p>Sublinhado</p><p>Usuario</p><p>Sublinhado</p><p>Usuario</p><p>Realce</p><p>Usuario</p><p>Sublinhado</p><p>Usuario</p><p>Realce</p><p>Usuario</p><p>Realce</p><p>Usuario</p><p>Sublinhado</p><p>90</p><p>encaixam perfeitamente em qualquer grupo, particularmente glicina, histidina e cisteína.</p><p>Suas atribuições a determinados grupos são o resultado de avaliações ponderadas em</p><p>vez de absolutas (NELSON; COX, 2014).</p><p>Os aminoácidos são classificados em relação às gradações de polaridade,</p><p>tamanho e forma dos grupos R: Grupos R apolares, alifáticos (Figura 14) – Os grupos</p><p>R nesta classe de aminoácidos são apolares hidrofóbicos. As cadeias laterais de</p><p>alanina, valina, leucina e isoleucina tendem a se agrupar no interior de proteínas,</p><p>estabilizando a estrutura proteica por meio de interações hidrofóbicas. A glicina tem</p><p>a estrutura mais simples. Embora seja mais facilmente agrupada com os aminoácidos</p><p>apolares, sua cadeia lateral muito pequena não contribui realmente para interações</p><p>hidrofóbicas. A metionina, um dos dois aminoácidos que contém enxofre, tem um</p><p>grupo tioéter ligeiramente apolar em sua cadeia lateral. A prolina tem cadeia lateral</p><p>alifática com estrutura cíclica distinta. O grupo amino secundário (imino) de resíduos</p><p>de prolina é mantido em uma configuração rígida que reduz a flexibilidade estrutural de</p><p>regiões polipeptídicas contendo prolina (NELSON; COX, 2014).</p><p>FIGURA 14 – GRUPOS R APOLARES, ALIFÁTICOS</p><p>FONTE: Nelson e Cox (2014, p. 79)</p><p>Grupos R aromáticos – Fenilalanina, tirosina e triptofano, com suas</p><p>cadeias laterais aromáticas, são relativamente apolares (hidrofóbicos). Todos podem</p><p>participar em interações hidrofóbicas. O grupo hidroxila da tirosina pode formar ligações</p><p>de hidrogênio e é um importante grupo funcional em algumas enzimas. A tirosina e</p><p>o triptofano são significativamente mais polares do que a fenilalanina (NELSON; COX,</p><p>2014).</p><p>P R I N C Í P I O S D E B I O Q U Í M I C A D E L E H N I N G E R 79</p><p>muito pequena não contribui realmente para interações</p><p>hidrofóbicas. A metionina, um dos dois aminoácidos que</p><p>contém enxofre, tem um grupo tioéter ligeiramente apolar</p><p>em sua cadeia lateral. A prolina tem cadeia lateral alifática</p><p>com estrutura cíclica distinta. O grupo amino secundário</p><p>(imino) de resíduos de prolina é mantido em uma configu-</p><p>ração rígida que reduz a flexibilidade estrutural de regiões</p><p>polipeptídicas contendo prolina.</p><p>Grupos R aromáticos Fenilalanina, tirosina e triptofano,</p><p>com suas cadeias laterais aromáticas, são relativamente</p><p>apolares (hidrofóbicos). Todos podem participar em in-</p><p>terações hidrofóbicas. O grupo hidroxila da tirosina pode</p><p>formar ligações de hidrogênio e é um importante grupo fun-</p><p>cional em algumas enzimas. A tirosina e o triptofano são sig-</p><p>nificativamente mais polares do que a fenilalanina, devido</p><p>ao grupo hidroxila da tirosina e ao nitrogênio do anel indol</p><p>do triptofano.</p><p>O triptofano, a tirosina e, em menor extensão, a fenilala-</p><p>nina, absorvem a luz ultravioleta (Figura 3-6; ver também</p><p>Quadro 3-1). Isso explica a forte absorbância de luz com</p><p>comprimento de onda de 280 nm característica da maior</p><p>parte das proteínas, propriedade explorada por pesquisa-</p><p>dores na caracterização de proteínas.</p><p>Grupos R apolares, alifáticos</p><p>Glicina Alanina Valina</p><p>Grupos R aromáticos</p><p>Fenilalanina Tirosina</p><p>Prolina</p><p>Triptofano</p><p>Grupos R polares, não carregados</p><p>Serina</p><p>Grupos R carregados positivamente</p><p>Lisina Arginina Histidina</p><p>Grupos R carregados negativamente</p><p>Aspartato GlutamatoGlutaminaAsparagina</p><p>Cisteína</p><p>H3N</p><p>1</p><p>C</p><p>COO2</p><p>H</p><p>H H3N</p><p>1</p><p>C</p><p>COO2</p><p>CH3</p><p>H H3N</p><p>1</p><p>C</p><p>COO2</p><p>C</p><p>CH3 CH3</p><p>H</p><p>H</p><p>Leucina</p><p>H3N</p><p>1</p><p>C</p><p>COO2</p><p>C</p><p>C</p><p>CH3 CH3</p><p>H</p><p>H2</p><p>H</p><p>Metionina</p><p>H3N</p><p>1</p><p>C</p><p>COO2</p><p>C</p><p>C</p><p>S</p><p>CH3</p><p>H2</p><p>H2</p><p>H</p><p>H3N</p><p>1</p><p>C</p><p>COO2</p><p>CH2</p><p>H</p><p>OH</p><p>Treonina</p><p>H3N</p><p>1</p><p>C</p><p>COO2</p><p>H C</p><p>CH3</p><p>OH</p><p>H H3N</p><p>1</p><p>C</p><p>COO2</p><p>C</p><p>SH</p><p>H2</p><p>H</p><p>H 2N</p><p>1</p><p>H 2C</p><p>C</p><p>COO2</p><p>H</p><p>C</p><p>CH2</p><p>H 2</p><p>H3N</p><p>1</p><p>C</p><p>COO2</p><p>C</p><p>COO2</p><p>H2</p><p>H H3N</p><p>1</p><p>C</p><p>COO2</p><p>C</p><p>C</p><p>COO2</p><p>H2</p><p>H2</p><p>H</p><p>1N</p><p>C</p><p>C</p><p>C</p><p>C</p><p>H3N</p><p>1</p><p>C</p><p>COO2</p><p>H</p><p>H2</p><p>H2</p><p>H2</p><p>H2</p><p>H3 C</p><p>N</p><p>C</p><p>C</p><p>C</p><p>H3N</p><p>1</p><p>C</p><p>COO2</p><p>H</p><p>H2</p><p>H2</p><p>H2</p><p>H</p><p>NH2</p><p>N</p><p>1</p><p>H2</p><p>H3N</p><p>1</p><p>C</p><p>COO2</p><p>C</p><p>C</p><p>C</p><p>H2N O</p><p>H2</p><p>H2</p><p>HH3N</p><p>1</p><p>C</p><p>COO 2</p><p>C</p><p>C</p><p>H2N O</p><p>H2</p><p>H</p><p>H3N</p><p>1</p><p>C</p><p>COO2</p><p>CH</p><p>C NH</p><p>2</p><p>H</p><p>C</p><p>H</p><p>N</p><p>CH</p><p>H3N</p><p>1</p><p>C</p><p>COO2</p><p>CH2</p><p>H H3N</p><p>1</p><p>C</p><p>COO2</p><p>C</p><p>C CH</p><p>H2</p><p>H</p><p>NH</p><p>Isoleucina</p><p>H3</p><p>1</p><p>C</p><p>COO2</p><p>H C</p><p>C</p><p>CH3</p><p>H2</p><p>H</p><p>HN</p><p>C 3</p><p>H3N</p><p>1</p><p>C</p><p>COO2</p><p>CH2</p><p>H</p><p>OH</p><p>FIGURA 35 Os 20 aminoácidos comuns de proteínas. As fórmulas es-</p><p>truturais mostram o estado de ionização que predomina em pH 7,0. As por-</p><p>ções não sombreadas são aquelas comuns a todos os aminoácidos; aquelas</p><p>sombreadas são os grupos R. Embora o grupo R da histidina seja mostrado</p><p>sem carga, seu pKa (ver a Tabela 3-1) é tal que uma pequena mas significativa</p><p>fração desses grupos seja positivamente carregada em pH 7,0. A forma pro-</p><p>tonada da histidina é mostrada acima do gráfico na Figura 3-12b.</p><p>Nelson_6ed_book.indb 79 Nelson_6ed_book.indb 79 02/04/14 18:4202/04/14 18:42</p><p>Usuario</p><p>Realce</p><p>Usuario</p><p>Sublinhado</p><p>Usuario</p><p>Sublinhado</p><p>Usuario</p><p>Sublinhado</p><p>Usuario</p><p>Sublinhado</p><p>Usuario</p><p>Realce</p><p>91</p><p>FIGURA 15 – GRUPOS R AROMÁTICOS</p><p>FONTE: Nelson e Cox (2014, p. 79)</p><p>Grupos R polares, não carregados – Os grupos R desses aminoácidos são</p><p>mais solúveis em água, ou mais hidrofílicos do que aqueles dos aminoácidos apolares,</p><p>porque eles contêm grupos funcionais que formam ligações de hidrogênio com a</p><p>água. Essa classe de aminoácidos inclui a serina, treonina, cisteína, asparagina e</p><p>glutamina. Os grupos hidroxila</p><p>da serina e treonina e os grupos amida da asparagina e</p><p>glutamina contribuem para suas polaridades (NELSON; COX, 2014).</p><p>FIGURA 16 – GRUPOS R POLARES, NÃO CARREGADOS</p><p>FONTE: Nelson e Cox (2014, p. 79)</p><p>P R I N C Í P I O S D E B I O Q U Í M I C A D E L E H N I N G E R 79</p><p>muito pequena não contribui realmente para interações</p><p>hidrofóbicas. A metionina, um dos dois aminoácidos que</p><p>contém enxofre, tem um grupo tioéter ligeiramente apolar</p><p>em sua cadeia lateral. A prolina tem cadeia lateral alifática</p><p>com estrutura cíclica distinta. O grupo amino secundário</p><p>(imino) de resíduos de prolina é mantido em uma configu-</p><p>ração rígida que reduz a flexibilidade estrutural de regiões</p><p>polipeptídicas contendo prolina.</p><p>Grupos R aromáticos Fenilalanina, tirosina e triptofano,</p><p>com suas cadeias laterais aromáticas, são relativamente</p><p>apolares (hidrofóbicos). Todos podem participar em in-</p><p>terações hidrofóbicas. O grupo hidroxila da tirosina pode</p><p>formar ligações de hidrogênio e é um importante grupo fun-</p><p>cional em algumas enzimas. A tirosina e o triptofano são sig-</p><p>nificativamente mais polares do que a fenilalanina, devido</p><p>ao grupo hidroxila da tirosina e ao nitrogênio do anel indol</p><p>do triptofano.</p><p>O triptofano, a tirosina e, em menor extensão, a fenilala-</p><p>nina, absorvem a luz ultravioleta (Figura 3-6; ver também</p><p>Quadro 3-1). Isso explica a forte absorbância de luz com</p><p>comprimento de onda de 280 nm característica da maior</p><p>parte das proteínas, propriedade explorada por pesquisa-</p><p>dores na caracterização de proteínas.</p><p>Grupos R apolares, alifáticos</p><p>Glicina Alanina Valina</p><p>Grupos R aromáticos</p><p>Fenilalanina Tirosina</p><p>Prolina</p><p>Triptofano</p><p>Grupos R polares, não carregados</p><p>Serina</p><p>Grupos R carregados positivamente</p><p>Lisina Arginina Histidina</p><p>Grupos R carregados negativamente</p><p>Aspartato GlutamatoGlutaminaAsparagina</p><p>Cisteína</p><p>H3N</p><p>1</p><p>C</p><p>COO2</p><p>H</p><p>H H3N</p><p>1</p><p>C</p><p>COO2</p><p>CH3</p><p>H H3N</p><p>1</p><p>C</p><p>COO2</p><p>C</p><p>CH3 CH3</p><p>H</p><p>H</p><p>Leucina</p><p>H3N</p><p>1</p><p>C</p><p>COO2</p><p>C</p><p>C</p><p>CH3 CH3</p><p>H</p><p>H2</p><p>H</p><p>Metionina</p><p>H3N</p><p>1</p><p>C</p><p>COO2</p><p>C</p><p>C</p><p>S</p><p>CH3</p><p>H2</p><p>H2</p><p>H</p><p>H3N</p><p>1</p><p>C</p><p>COO2</p><p>CH2</p><p>H</p><p>OH</p><p>Treonina</p><p>H3N</p><p>1</p><p>C</p><p>COO2</p><p>H C</p><p>CH3</p><p>OH</p><p>H H3N</p><p>1</p><p>C</p><p>COO2</p><p>C</p><p>SH</p><p>H2</p><p>H</p><p>H 2N</p><p>1</p><p>H 2C</p><p>C</p><p>COO2</p><p>H</p><p>C</p><p>CH2</p><p>H 2</p><p>H3N</p><p>1</p><p>C</p><p>COO2</p><p>C</p><p>COO2</p><p>H2</p><p>H H3N</p><p>1</p><p>C</p><p>COO2</p><p>C</p><p>C</p><p>COO2</p><p>H2</p><p>H2</p><p>H</p><p>1N</p><p>C</p><p>C</p><p>C</p><p>C</p><p>H3N</p><p>1</p><p>C</p><p>COO2</p><p>H</p><p>H2</p><p>H2</p><p>H2</p><p>H2</p><p>H3 C</p><p>N</p><p>C</p><p>C</p><p>C</p><p>H3N</p><p>1</p><p>C</p><p>COO2</p><p>H</p><p>H2</p><p>H2</p><p>H2</p><p>H</p><p>NH2</p><p>N</p><p>1</p><p>H2</p><p>H3N</p><p>1</p><p>C</p><p>COO2</p><p>C</p><p>C</p><p>C</p><p>H2N O</p><p>H2</p><p>H2</p><p>HH3N</p><p>1</p><p>C</p><p>COO 2</p><p>C</p><p>C</p><p>H2N O</p><p>H2</p><p>H</p><p>H3N</p><p>1</p><p>C</p><p>COO2</p><p>CH</p><p>C NH</p><p>2</p><p>H</p><p>C</p><p>H</p><p>N</p><p>CH</p><p>H3N</p><p>1</p><p>C</p><p>COO2</p><p>CH2</p><p>H H3N</p><p>1</p><p>C</p><p>COO2</p><p>C</p><p>C CH</p><p>H2</p><p>H</p><p>NH</p><p>Isoleucina</p><p>H3</p><p>1</p><p>C</p><p>COO2</p><p>H C</p><p>C</p><p>CH3</p><p>H2</p><p>H</p><p>HN</p><p>C 3</p><p>H3N</p><p>1</p><p>C</p><p>COO2</p><p>CH2</p><p>H</p><p>OH</p><p>FIGURA 35 Os 20 aminoácidos comuns de proteínas. As fórmulas es-</p><p>truturais mostram o estado de ionização que predomina em pH 7,0. As por-</p><p>ções não sombreadas são aquelas comuns a todos os aminoácidos; aquelas</p><p>sombreadas são os grupos R. Embora o grupo R da histidina seja mostrado</p><p>sem carga, seu pKa (ver a Tabela 3-1) é tal que uma pequena mas significativa</p><p>fração desses grupos seja positivamente carregada em pH 7,0. A forma pro-</p><p>tonada da histidina é mostrada acima do gráfico na Figura 3-12b.</p><p>Nelson_6ed_book.indb 79 Nelson_6ed_book.indb 79 02/04/14 18:4202/04/14 18:42</p><p>P R I N C Í P I O S D E B I O Q U Í M I C A D E L E H N I N G E R 79</p><p>muito pequena não contribui realmente para interações</p><p>hidrofóbicas. A metionina, um dos dois aminoácidos que</p><p>contém enxofre, tem um grupo tioéter ligeiramente apolar</p><p>em sua cadeia lateral. A prolina tem cadeia lateral alifática</p><p>com estrutura cíclica distinta. O grupo amino secundário</p><p>(imino) de resíduos de prolina é mantido em uma configu-</p><p>ração rígida que reduz a flexibilidade estrutural de regiões</p><p>polipeptídicas contendo prolina.</p><p>Grupos R aromáticos Fenilalanina, tirosina e triptofano,</p><p>com suas cadeias laterais aromáticas, são relativamente</p><p>apolares (hidrofóbicos). Todos podem participar em in-</p><p>terações hidrofóbicas. O grupo hidroxila da tirosina pode</p><p>formar ligações de hidrogênio e é um importante grupo fun-</p><p>cional em algumas enzimas. A tirosina e o triptofano são sig-</p><p>nificativamente mais polares do que a fenilalanina, devido</p><p>ao grupo hidroxila da tirosina e ao nitrogênio do anel indol</p><p>do triptofano.</p><p>O triptofano, a tirosina e, em menor extensão, a fenilala-</p><p>nina, absorvem a luz ultravioleta (Figura 3-6; ver também</p><p>Quadro 3-1). Isso explica a forte absorbância de luz com</p><p>comprimento de onda de 280 nm característica da maior</p><p>parte das proteínas, propriedade explorada por pesquisa-</p><p>dores na caracterização de proteínas.</p><p>Grupos R apolares, alifáticos</p><p>Glicina Alanina Valina</p><p>Grupos R aromáticos</p><p>Fenilalanina Tirosina</p><p>Prolina</p><p>Triptofano</p><p>Grupos R polares, não carregados</p><p>Serina</p><p>Grupos R carregados positivamente</p><p>Lisina Arginina Histidina</p><p>Grupos R carregados negativamente</p><p>Aspartato GlutamatoGlutaminaAsparagina</p><p>Cisteína</p><p>H3N</p><p>1</p><p>C</p><p>COO2</p><p>H</p><p>H H3N</p><p>1</p><p>C</p><p>COO2</p><p>CH3</p><p>H H3N</p><p>1</p><p>C</p><p>COO2</p><p>C</p><p>CH3 CH3</p><p>H</p><p>H</p><p>Leucina</p><p>H3N</p><p>1</p><p>C</p><p>COO2</p><p>C</p><p>C</p><p>CH3 CH3</p><p>H</p><p>H2</p><p>H</p><p>Metionina</p><p>H3N</p><p>1</p><p>C</p><p>COO2</p><p>C</p><p>C</p><p>S</p><p>CH3</p><p>H2</p><p>H2</p><p>H</p><p>H3N</p><p>1</p><p>C</p><p>COO2</p><p>CH2</p><p>H</p><p>OH</p><p>Treonina</p><p>H3N</p><p>1</p><p>C</p><p>COO2</p><p>H C</p><p>CH3</p><p>OH</p><p>H H3N</p><p>1</p><p>C</p><p>COO2</p><p>C</p><p>SH</p><p>H2</p><p>H</p><p>H 2N</p><p>1</p><p>H 2C</p><p>C</p><p>COO2</p><p>H</p><p>C</p><p>CH2</p><p>H 2</p><p>H3N</p><p>1</p><p>C</p><p>COO2</p><p>C</p><p>COO2</p><p>H2</p><p>H H3N</p><p>1</p><p>C</p><p>COO2</p><p>C</p><p>C</p><p>COO2</p><p>H2</p><p>H2</p><p>H</p><p>1N</p><p>C</p><p>C</p><p>C</p><p>C</p><p>H3N</p><p>1</p><p>C</p><p>COO2</p><p>H</p><p>H2</p><p>H2</p><p>H2</p><p>H2</p><p>H3 C</p><p>N</p><p>C</p><p>C</p><p>C</p><p>H3N</p><p>1</p><p>C</p><p>COO2</p><p>H</p><p>H2</p><p>H2</p><p>H2</p><p>H</p><p>NH2</p><p>N</p><p>1</p><p>H2</p><p>H3N</p><p>1</p><p>C</p><p>COO2</p><p>C</p><p>C</p><p>C</p><p>H2N O</p><p>H2</p><p>H2</p><p>HH3N</p><p>1</p><p>C</p><p>COO 2</p><p>C</p><p>C</p><p>H2N O</p><p>H2</p><p>H</p><p>H3N</p><p>1</p><p>C</p><p>COO2</p><p>CH</p><p>C NH</p><p>2</p><p>H</p><p>C</p><p>H</p><p>N</p><p>CH</p><p>H3N</p><p>1</p><p>C</p><p>COO2</p><p>CH2</p><p>H H3N</p><p>1</p><p>C</p><p>COO2</p><p>C</p><p>C CH</p><p>H2</p><p>H</p><p>NH</p><p>Isoleucina</p><p>H3</p><p>1</p><p>C</p><p>COO2</p><p>H C</p><p>C</p><p>CH3</p><p>H2</p><p>H</p><p>HN</p><p>C 3</p><p>H3N</p><p>1</p><p>C</p><p>COO2</p><p>CH2</p><p>H</p><p>OH</p><p>FIGURA 35 Os 20 aminoácidos comuns de proteínas. As fórmulas es-</p><p>truturais mostram o estado de ionização que predomina em pH 7,0. As por-</p><p>ções não sombreadas são aquelas comuns a todos os aminoácidos; aquelas</p><p>sombreadas são os grupos R. Embora o grupo R da histidina seja mostrado</p><p>sem carga, seu pKa (ver a Tabela 3-1) é tal que uma pequena mas significativa</p><p>fração desses grupos seja positivamente carregada em pH 7,0. A forma pro-</p><p>tonada da histidina é mostrada acima do gráfico na Figura 3-12b.</p><p>Nelson_6ed_book.indb 79 Nelson_6ed_book.indb 79 02/04/14 18:4202/04/14 18:42</p><p>92</p><p>Grupos R carregados positivamente (básicos) – Os grupos R mais hidrofílicos</p><p>são aqueles carregados positiva ou negativamente. Os aminoácidos nos quais os grupos R</p><p>têm uma carga positiva significativa em pH 7,0 são a lisina, a arginina e a histidina, seus</p><p>resíduos facilitam muitas reações catalisadas por enzimas, funcionando como doadores/</p><p>aceptores de prótons (NELSON; COX, 2014).</p><p>FIGURA 17 – GRUPOS CARREGADOS POSITIVAMENTE (BÁSICOS)</p><p>FONTE: Nelson e Cox (2014, p. 79)</p><p>Grupos R carregados negativamente (ácidos) – Os dois aminoácidos</p><p>que apresentam grupos R com carga negativa final em pH 7,0 são o aspartato e o</p><p>glutamato, cada um tem um segundo grupo carboxila (NELSON; COX, 2014).</p><p>FIGURA 18 – GRUPOS R CARREGADOS NEGATIVAMENTE (ÁCIDOS)</p><p>FONTE: Nelson e Cox (2014, p. 79)</p><p>2.3 PROPRIEDADES DOS AMINOÁCIDOS</p><p>As propriedades compartilhadas de muitos aminoácidos permitem algumas</p><p>generalizações simplificadas sobre seu comportamento acido-básico. Em primeiro</p><p>lugar, todos os aminoácidos com um único grupo a-amino, um único grupo a-carboxila</p><p>e um grupo R não ionizável têm curvas de titulação semelhantes à da glicina. Esses</p><p>aminoácidos têm valores de pKa muito semelhantes, mas não idênticos (BERG;</p><p>TYMOCZKO; STRYERT, 2015).</p><p>P R I N C Í P I O S D E B I O Q U Í M I C A D E L E H N I N G E R 79</p><p>muito pequena não contribui realmente para interações</p><p>hidrofóbicas. A metionina, um dos dois aminoácidos que</p><p>contém enxofre, tem um grupo tioéter ligeiramente apolar</p><p>em sua cadeia lateral. A prolina tem cadeia lateral alifática</p><p>com estrutura cíclica distinta. O grupo amino secundário</p><p>(imino) de resíduos de prolina é mantido em uma configu-</p><p>ração rígida que reduz a flexibilidade estrutural de regiões</p><p>polipeptídicas contendo prolina.</p><p>Grupos R aromáticos Fenilalanina, tirosina e triptofano,</p><p>com suas cadeias</p><p>laterais aromáticas, são relativamente</p><p>apolares (hidrofóbicos). Todos podem participar em in-</p><p>terações hidrofóbicas. O grupo hidroxila da tirosina pode</p><p>formar ligações de hidrogênio e é um importante grupo fun-</p><p>cional em algumas enzimas. A tirosina e o triptofano são sig-</p><p>nificativamente mais polares do que a fenilalanina, devido</p><p>ao grupo hidroxila da tirosina e ao nitrogênio do anel indol</p><p>do triptofano.</p><p>O triptofano, a tirosina e, em menor extensão, a fenilala-</p><p>nina, absorvem a luz ultravioleta (Figura 3-6; ver também</p><p>Quadro 3-1). Isso explica a forte absorbância de luz com</p><p>comprimento de onda de 280 nm característica da maior</p><p>parte das proteínas, propriedade explorada por pesquisa-</p><p>dores na caracterização de proteínas.</p><p>Grupos R apolares, alifáticos</p><p>Glicina Alanina Valina</p><p>Grupos R aromáticos</p><p>Fenilalanina Tirosina</p><p>Prolina</p><p>Triptofano</p><p>Grupos R polares, não carregados</p><p>Serina</p><p>Grupos R carregados positivamente</p><p>Lisina Arginina Histidina</p><p>Grupos R carregados negativamente</p><p>Aspartato GlutamatoGlutaminaAsparagina</p><p>Cisteína</p><p>H3N</p><p>1</p><p>C</p><p>COO2</p><p>H</p><p>H H3N</p><p>1</p><p>C</p><p>COO2</p><p>CH3</p><p>H H3N</p><p>1</p><p>C</p><p>COO2</p><p>C</p><p>CH3 CH3</p><p>H</p><p>H</p><p>Leucina</p><p>H3N</p><p>1</p><p>C</p><p>COO2</p><p>C</p><p>C</p><p>CH3 CH3</p><p>H</p><p>H2</p><p>H</p><p>Metionina</p><p>H3N</p><p>1</p><p>C</p><p>COO2</p><p>C</p><p>C</p><p>S</p><p>CH3</p><p>H2</p><p>H2</p><p>H</p><p>H3N</p><p>1</p><p>C</p><p>COO2</p><p>CH2</p><p>H</p><p>OH</p><p>Treonina</p><p>H3N</p><p>1</p><p>C</p><p>COO2</p><p>H C</p><p>CH3</p><p>OH</p><p>H H3N</p><p>1</p><p>C</p><p>COO2</p><p>C</p><p>SH</p><p>H2</p><p>H</p><p>H 2N</p><p>1</p><p>H 2C</p><p>C</p><p>COO2</p><p>H</p><p>C</p><p>CH2</p><p>H 2</p><p>H3N</p><p>1</p><p>C</p><p>COO2</p><p>C</p><p>COO2</p><p>H2</p><p>H H3N</p><p>1</p><p>C</p><p>COO2</p><p>C</p><p>C</p><p>COO2</p><p>H2</p><p>H2</p><p>H</p><p>1N</p><p>C</p><p>C</p><p>C</p><p>C</p><p>H3N</p><p>1</p><p>C</p><p>COO2</p><p>H</p><p>H2</p><p>H2</p><p>H2</p><p>H2</p><p>H3 C</p><p>N</p><p>C</p><p>C</p><p>C</p><p>H3N</p><p>1</p><p>C</p><p>COO2</p><p>H</p><p>H2</p><p>H2</p><p>H2</p><p>H</p><p>NH2</p><p>N</p><p>1</p><p>H2</p><p>H3N</p><p>1</p><p>C</p><p>COO2</p><p>C</p><p>C</p><p>C</p><p>H2N O</p><p>H2</p><p>H2</p><p>HH3N</p><p>1</p><p>C</p><p>COO 2</p><p>C</p><p>C</p><p>H2N O</p><p>H2</p><p>H</p><p>H3N</p><p>1</p><p>C</p><p>COO2</p><p>CH</p><p>C NH</p><p>2</p><p>H</p><p>C</p><p>H</p><p>N</p><p>CH</p><p>H3N</p><p>1</p><p>C</p><p>COO2</p><p>CH2</p><p>H H3N</p><p>1</p><p>C</p><p>COO2</p><p>C</p><p>C CH</p><p>H2</p><p>H</p><p>NH</p><p>Isoleucina</p><p>H3</p><p>1</p><p>C</p><p>COO2</p><p>H C</p><p>C</p><p>CH3</p><p>H2</p><p>H</p><p>HN</p><p>C 3</p><p>H3N</p><p>1</p><p>C</p><p>COO2</p><p>CH2</p><p>H</p><p>OH</p><p>FIGURA 35 Os 20 aminoácidos comuns de proteínas. As fórmulas es-</p><p>truturais mostram o estado de ionização que predomina em pH 7,0. As por-</p><p>ções não sombreadas são aquelas comuns a todos os aminoácidos; aquelas</p><p>sombreadas são os grupos R. Embora o grupo R da histidina seja mostrado</p><p>sem carga, seu pKa (ver a Tabela 3-1) é tal que uma pequena mas significativa</p><p>fração desses grupos seja positivamente carregada em pH 7,0. A forma pro-</p><p>tonada da histidina é mostrada acima do gráfico na Figura 3-12b.</p><p>Nelson_6ed_book.indb 79 Nelson_6ed_book.indb 79 02/04/14 18:4202/04/14 18:42</p><p>P R I N C Í P I O S D E B I O Q U Í M I C A D E L E H N I N G E R 79</p><p>muito pequena não contribui realmente para interações</p><p>hidrofóbicas. A metionina, um dos dois aminoácidos que</p><p>contém enxofre, tem um grupo tioéter ligeiramente apolar</p><p>em sua cadeia lateral. A prolina tem cadeia lateral alifática</p><p>com estrutura cíclica distinta. O grupo amino secundário</p><p>(imino) de resíduos de prolina é mantido em uma configu-</p><p>ração rígida que reduz a flexibilidade estrutural de regiões</p><p>polipeptídicas contendo prolina.</p><p>Grupos R aromáticos Fenilalanina, tirosina e triptofano,</p><p>com suas cadeias laterais aromáticas, são relativamente</p><p>apolares (hidrofóbicos). Todos podem participar em in-</p><p>terações hidrofóbicas. O grupo hidroxila da tirosina pode</p><p>formar ligações de hidrogênio e é um importante grupo fun-</p><p>cional em algumas enzimas. A tirosina e o triptofano são sig-</p><p>nificativamente mais polares do que a fenilalanina, devido</p><p>ao grupo hidroxila da tirosina e ao nitrogênio do anel indol</p><p>do triptofano.</p><p>O triptofano, a tirosina e, em menor extensão, a fenilala-</p><p>nina, absorvem a luz ultravioleta (Figura 3-6; ver também</p><p>Quadro 3-1). Isso explica a forte absorbância de luz com</p><p>comprimento de onda de 280 nm característica da maior</p><p>parte das proteínas, propriedade explorada por pesquisa-</p><p>dores na caracterização de proteínas.</p><p>Grupos R apolares, alifáticos</p><p>Glicina Alanina Valina</p><p>Grupos R aromáticos</p><p>Fenilalanina Tirosina</p><p>Prolina</p><p>Triptofano</p><p>Grupos R polares, não carregados</p><p>Serina</p><p>Grupos R carregados positivamente</p><p>Lisina Arginina Histidina</p><p>Grupos R carregados negativamente</p><p>Aspartato GlutamatoGlutaminaAsparagina</p><p>Cisteína</p><p>H3N</p><p>1</p><p>C</p><p>COO2</p><p>H</p><p>H H3N</p><p>1</p><p>C</p><p>COO2</p><p>CH3</p><p>H H3N</p><p>1</p><p>C</p><p>COO2</p><p>C</p><p>CH3 CH3</p><p>H</p><p>H</p><p>Leucina</p><p>H3N</p><p>1</p><p>C</p><p>COO2</p><p>C</p><p>C</p><p>CH3 CH3</p><p>H</p><p>H2</p><p>H</p><p>Metionina</p><p>H3N</p><p>1</p><p>C</p><p>COO2</p><p>C</p><p>C</p><p>S</p><p>CH3</p><p>H2</p><p>H2</p><p>H</p><p>H3N</p><p>1</p><p>C</p><p>COO2</p><p>CH2</p><p>H</p><p>OH</p><p>Treonina</p><p>H3N</p><p>1</p><p>C</p><p>COO2</p><p>H C</p><p>CH3</p><p>OH</p><p>H H3N</p><p>1</p><p>C</p><p>COO2</p><p>C</p><p>SH</p><p>H2</p><p>H</p><p>H 2N</p><p>1</p><p>H 2C</p><p>C</p><p>COO2</p><p>H</p><p>C</p><p>CH2</p><p>H 2</p><p>H3N</p><p>1</p><p>C</p><p>COO2</p><p>C</p><p>COO2</p><p>H2</p><p>H H3N</p><p>1</p><p>C</p><p>COO2</p><p>C</p><p>C</p><p>COO2</p><p>H2</p><p>H2</p><p>H</p><p>1N</p><p>C</p><p>C</p><p>C</p><p>C</p><p>H3N</p><p>1</p><p>C</p><p>COO2</p><p>H</p><p>H2</p><p>H2</p><p>H2</p><p>H2</p><p>H3 C</p><p>N</p><p>C</p><p>C</p><p>C</p><p>H3N</p><p>1</p><p>C</p><p>COO2</p><p>H</p><p>H2</p><p>H2</p><p>H2</p><p>H</p><p>NH2</p><p>N</p><p>1</p><p>H2</p><p>H3N</p><p>1</p><p>C</p><p>COO2</p><p>C</p><p>C</p><p>C</p><p>H2N O</p><p>H2</p><p>H2</p><p>HH3N</p><p>1</p><p>C</p><p>COO 2</p><p>C</p><p>C</p><p>H2N O</p><p>H2</p><p>H</p><p>H3N</p><p>1</p><p>C</p><p>COO2</p><p>CH</p><p>C NH</p><p>2</p><p>H</p><p>C</p><p>H</p><p>N</p><p>CH</p><p>H3N</p><p>1</p><p>C</p><p>COO2</p><p>CH2</p><p>H H3N</p><p>1</p><p>C</p><p>COO2</p><p>C</p><p>C CH</p><p>H2</p><p>H</p><p>NH</p><p>Isoleucina</p><p>H3</p><p>1</p><p>C</p><p>COO2</p><p>H C</p><p>C</p><p>CH3</p><p>H2</p><p>H</p><p>HN</p><p>C 3</p><p>H3N</p><p>1</p><p>C</p><p>COO2</p><p>CH2</p><p>H</p><p>OH</p><p>FIGURA 35 Os 20 aminoácidos comuns de proteínas. As fórmulas es-</p><p>truturais mostram o estado de ionização que predomina em pH 7,0. As por-</p><p>ções não sombreadas são aquelas comuns a todos os aminoácidos; aquelas</p><p>sombreadas são os grupos R. Embora o grupo R da histidina seja mostrado</p><p>sem carga, seu pKa (ver a Tabela 3-1) é tal que uma pequena mas significativa</p><p>fração desses grupos seja positivamente carregada em pH 7,0. A forma pro-</p><p>tonada da histidina é mostrada acima do gráfico na Figura 3-12b.</p><p>Nelson_6ed_book.indb 79 Nelson_6ed_book.indb 79 02/04/14 18:4202/04/14 18:42</p><p>Usuario</p><p>Sublinhado</p><p>Usuario</p><p>Sublinhado</p><p>93</p><p>Os aminoácidos com um grupo R ionizável têm curvas de titulação mais</p><p>complexas, com três estágios correspondendo às três etapas possíveis de ionização;</p><p>assim, eles possuem três valores de pKa. O estágio adicional para a titulação do grupo</p><p>R ionizável se funde, em algum grau, com aquele para a titulação do grupo a-carboxila,</p><p>para a titulação do grupo a-amino, ou ambos (NELSON; COX, 2002).</p><p>3 PEPTÍDEOS E PROTEÍNAS</p><p>Agora o foco passa a ser os polímeros de aminoácidos, os peptídeos e as proteínas.</p><p>Os polipeptídeos que ocorrem biologicamente variam em tamanho de pequenos a muito</p><p>grandes, consistindo em dois ou três a milhares de resíduos de aminoácidos ligados.</p><p>Duas moléculas de aminoácidos podem ser ligadas de modo covalente por meio</p><p>de uma ligação amida substituída, denominada ligação peptídica, a fim de produzir um</p><p>dipeptídio. Tal ligação é formada pela remoção de elementos de água (desidratação) do</p><p>grupo a-carboxila de um aminoácido e do grupo a-amino do outro (Figura 19). A formação</p><p>da ligação peptídica é um exemplo de uma reação de condensação, uma classe comum</p><p>de reações nas células vivas. Em condições bioquímicas padrão, o equilíbrio para a</p><p>reação mostrada favorece os aminoácidos em relação ao dipeptídio. Para tornar a reação</p><p>mais favorável termodinamicamente, o grupo carboxila deve ser modificado ou ativado</p><p>quimicamente, de modo que o grupo hidroxila possa ser mais rapidamente eliminado</p><p>(NELSON; COX, 2014).</p><p>FIGURA 19 – LIGAÇÃO PEPTÍDICA</p><p>FONTE: Nelson e Cox (2014, p. 86)</p><p>Três aminoácidos podem ser unidos por duas ligações peptídicas</p><p>para formar um tripeptídeo; do mesmo modo, quatro aminoácidos</p><p>podem ser unidos para formar um tetrapeptídeo, cinco para formar</p><p>um pentapeptídeo, e assim por diante. Quando alguns aminoácidos se</p><p>ligam desse modo, a estrutura é chamada de oligopeptídeo. Quando</p><p>muitos aminoácidos se ligam, o produto é chamado de polipeptídeo.</p><p>As proteínas podem ter milhares de resíduos de aminoácidos.</p><p>Embora os termos “proteína” e “polipeptídeo” sejam algumas vezes</p><p>intercambiáveis, as moléculas chamadas de polipeptídeos têm</p><p>massas moleculares abaixo de 10.000, e as chamadas de proteínas</p><p>têm massas moleculares mais elevadas (BERTUZZI et al., 2008, p. 27).</p><p>86 DAV I D L . N E L S O N & M I C H A E L M . COX</p><p>uma reação de condensação, uma classe comum de rea-</p><p>ções nas células vivas. Em condições bioquímicas padrão,</p><p>o equilíbrio para a reação mostrada na Figura 3-13 favore-</p><p>ce os aminoácidos em relação ao dipeptídeo. Para tornar a</p><p>reação mais favorável termodinamicamente, o grupo car-</p><p>boxila</p><p>deve ser modificado ou ativado quimicamente, de</p><p>modo que o grupo hidroxila possa ser mais rapidamente</p><p>eliminado. Uma abordagem química para esse problema</p><p>será destacada posteriormente neste capítulo. A aborda-</p><p>gem biológica para a formação de ligações peptídicas é o</p><p>tópico principal do Capítulo 27.</p><p>Três aminoácidos podem ser unidos por duas ligações</p><p>peptídicas para formar um tripeptídeo; do mesmo modo,</p><p>quatro aminoácidos podem ser unidos para formar um te-</p><p>trapeptídeo, cinco para formar um pentapeptídeo, e assim</p><p>por diante. Quando alguns aminoácidos se ligam desse</p><p>modo, a estrutura é chamada de oligopeptídeo. Quando</p><p>muitos aminoácidos se ligam, o produto é chamado de po-</p><p>lipeptídeo. As proteínas podem ter milhares de resíduos</p><p>de aminoácidos. Embora os termos “proteína” e “polipep-</p><p>tídeo” sejam algumas vezes intercambiáveis, as moléculas</p><p>chamadas de polipeptídeos têm massas moleculares abaixo</p><p>de 10.000, e as chamadas de proteínas têm massas molecu-</p><p>lares mais elevadas.</p><p>A Figura 3-14 mostra a estrutura de um pentapeptí-</p><p>deo. Como já observado, uma unidade de aminoácido em</p><p>um peptídeo é frequentemente chamada de resíduo (a par-</p><p>te restante após a perda de elementos de água – um áto-</p><p>mo de hidrogênio de seu grupo amino e a metade hidroxi-</p><p>la de seu grupo carboxila). Em um peptídeo, o resíduo de</p><p>aminoácido na extremidade com um grupo a-amino livre</p><p>é chamado de resíduo aminoterminal (ou N-terminal); o</p><p>resíduo na outra extremidade, que tem um grupo carboxila</p><p>livre, é o resíduo carboxiterminal (C-terminal).</p><p>CONVENÇÃOCHAVE: Quando uma sequência de aminoáci-</p><p>dos de um peptídeo, polipeptídeo ou proteína é exibida,</p><p>a extremidade aminoterminal é localizada à esquerda e a</p><p>extremidade carboxiterminal à direita. A sequência é lida</p><p>da esquerda para a direita, começando com a extremidade</p><p>aminoterminal. ■</p><p>Embora a hidrólise de uma ligação peptídica seja uma</p><p>reação exergônica, ela só ocorre lentamente porque tem</p><p>uma elevada energia de ativação (p. 27). Como resultado,</p><p>as ligações peptídicas em proteínas são muito estáveis, com</p><p>meia-vida média (t1/2) de cerca de 7 anos na maioria das</p><p>condições intracelulares.</p><p>Peptídeos podem ser diferenciados por seus</p><p>comportamentos de ionização</p><p>Peptídeos contêm apenas um grupo a-amino e um gru-</p><p>po a-carboxila livres, em extremidades opostas da cadeia</p><p>(Figura 3-15). Esses grupos se ionizam como nos ami-</p><p>noácidos livres, embora as constantes de ionização sejam</p><p>diferentes porque um grupo de carga oposta não é mais</p><p>ligado ao carbono a. Os grupos a-amino e a-carboxila de</p><p>todos os aminoácidos não terminais são ligados covalen-</p><p>temente nas ligações peptídicas, que não se ionizam e,</p><p>portanto, não contribuem para o comportamento acido-</p><p>básico total dos peptídeos. Entretanto, os grupos R de</p><p>H3N</p><p>1</p><p>C</p><p>R1</p><p>H C</p><p>O</p><p>OH 1 H N</p><p>H</p><p>C</p><p>R2</p><p>H COO2</p><p>H2OH2O</p><p>H3N</p><p>1</p><p>C</p><p>R1</p><p>H C</p><p>O</p><p>N</p><p>H</p><p>C</p><p>R2</p><p>H COO2</p><p>FIGURA 313 Formação de uma ligação peptídica por condensação.</p><p>O grupo a-amino de um aminoácido (com grupo R2) atua como nucleófi-</p><p>lo para deslocar o grupo hidroxila de outro aminoácido (com grupo R1),</p><p>formando uma ligação peptídica (sombreada). Os grupos amino são bons</p><p>nucleófilos, mas o grupo hidroxila é um grupo de saída fraco e não pronta-</p><p>mente deslocado. No pH fisiológico, a reação mostrada aqui não ocorre em</p><p>grau apreciável.</p><p>H3N</p><p>1</p><p>C</p><p>CH2OH</p><p>H</p><p>C</p><p>O</p><p>N</p><p>H</p><p>C</p><p>H</p><p>H</p><p>C</p><p>O</p><p>N</p><p>H</p><p>C</p><p>CH2</p><p>H</p><p>C</p><p>O</p><p>N</p><p>H</p><p>C</p><p>CH3</p><p>H</p><p>C</p><p>OH</p><p>N</p><p>H</p><p>C</p><p>C</p><p>C</p><p>CH3 CH3</p><p>H</p><p>H2</p><p>COO2</p><p>Extremidade</p><p>aminoterminal</p><p>Extremidade</p><p>carboxiterminal</p><p>O H</p><p>FIGURA 314 O pentapetídeo seril-glicil-tirosil-alanil-leucina, Ser–</p><p>Gly–Tyr–Ala–Leu, ou SGYAL. Os peptídeos são nomeados a partir do resí-</p><p>duo aminoterminal, que por convenção é colocado à esquerda. As ligações</p><p>peptídicas são sombreadas; os grupos R estão em cor-de-rosa.</p><p>Ala</p><p>C</p><p>COO2</p><p>NH</p><p>O C</p><p>C</p><p>NH</p><p>O C</p><p>C</p><p>NH</p><p>O C</p><p>C</p><p>N</p><p>1</p><p>H3</p><p>H CH3</p><p>H CH2 CH2 COO2</p><p>H2</p><p>H CH2 CH2 CH2 CH2 N</p><p>1</p><p>H3Lys</p><p>Gly</p><p>Glu</p><p>FIGURA 315 Alanil-glutamil-glicil-lisina. Este tetrapeptídeo tem um</p><p>grupo a-amino livre, um grupo a-carboxila livre e dois grupos R ionizáveis.</p><p>Os grupos ionizados em pH 7,0 estão em cor-de-rosa.</p><p>Nelson_6ed_book.indb 86 Nelson_6ed_book.indb 86 02/04/14 18:4202/04/14 18:42</p><p>Usuario</p><p>Sublinhado</p><p>Usuario</p><p>Sublinhado</p><p>94</p><p>3.1 ASPECTOS GERAIS DA ESTRUTURA PROTEICA</p><p>A purifi cação de uma proteína é geralmente apenas um prelúdio para uma</p><p>dissecção bioquímica detalhada de sua estrutura e função. O que torna uma proteína</p><p>uma enzima, outra um hormônio, outra uma proteína estrutural e, ainda, outra um</p><p>anticorpo? Como elas diferem quimicamente? As distinções mais óbvias são estruturais,</p><p>e agora será abordada a estrutura das proteínas.</p><p>A estrutura de grandes moléculas, tais como proteínas, pode ser descrita em</p><p>vários níveis de complexidade, arranjada em um tipo de hierarquia conceitual. Quatro</p><p>níveis de estrutura proteica são comumente defi nidos. Uma descrição de todas as</p><p>ligações covalentes (principalmente ligações peptídicas e ligações dissulfeto) ligando</p><p>resíduos de aminoácidos em uma cadeia polipeptídica é a sua estrutura primária.</p><p>O elemento mais importante da estrutura primária é a sequência de resíduos de</p><p>aminoácidos (NELSON; COX, 2014).</p><p>As diferenças na estrutura primária podem ser especialmente informativas.</p><p>Cada proteína tem um número e uma sequência de resíduos de aminoácidos distintos.</p><p>FIGURA 20 – NÍVEIS DE ESTRUTURA NAS PROTEÍNAS</p><p>FONTE: Nelson e Cox (2014, p. 96)</p><p>3.2 ESTRUTURA SECUNDÁRIA DAS PROTEÍNAS</p><p>A estrutura secundária se refere a arranjos particularmente estáveis de resíduos</p><p>de aminoácidos dando origem a padrões estruturais recorrentes. O termo estrutura</p><p>secundária se refere a qualquer segmento de uma cadeia polipeptídica e descreve o</p><p>arranjo espacial de seus átomos na cadeia principal, sem considerar a posição de suas</p><p>cadeias laterais ou sua relação com outros segmentos.</p><p>Usuario</p><p>Sublinhado</p><p>Usuario</p><p>Sublinhado</p><p>Usuario</p><p>Sublinhado</p><p>Usuario</p><p>Realce</p><p>Usuario</p><p>Sublinhado</p><p>Usuario</p><p>Sublinhado</p><p>95</p><p>3.3 ESTRUTURAS TERCIÁRIAS E QUATERNÁRIAS DAS</p><p>PROTEÍNAS</p><p>O arranjo tridimensional total de todos os átomos de uma proteína é chamado</p><p>de estrutura terciária. Enquanto o termo “estrutura secundária” se refere ao arranjo</p><p>espacial dos resíduos de aminoácidos adjacentes em um segmento polipeptídico, a</p><p>estrutura terciária inclui aspectos de alcance mais longo da sequência de aminoácidos.</p><p>Aminoácidos que estão bem distantes na sequência polipeptídica e em diferentes tipos</p><p>de estruturas secundárias podem interagir na estrutura da proteína completamente</p><p>dobrada. O arranjo das subunidades proteicas em complexos tridimensionais constitui a</p><p>estrutura quaternária. Considerando esses níveis mais altos de estrutura, é conveniente</p><p>designar dois grandes grupos nos quais muitas proteínas podem ser classificadas:</p><p>proteínas fibrosas, com cadeias polipeptídicas arranjadas em longos filamentos ou</p><p>folhas, e proteínas globulares, com cadeias polipeptídicas dobradas em forma esférica</p><p>ou globular (BERG, 2014).</p><p>3.4 DESNATURAÇÃO PROTEICA E ENOVELAMENTO</p><p>Para Nelson e Cox (2014, p. 148):</p><p>O enovelamento dos polipeptídeos é sujeito a uma série de limitações</p><p>físicas e químicas, e várias regras foram propostas a partir de estudos</p><p>de padrões comuns de enovelamento proteico. 1. As interações</p><p>hidrofóbicas dão uma grande contribuição para a estabilidade da</p><p>estrutura de proteínas. O ocultamento dos grupos R dos aminoácidos</p><p>hidrofóbicos, de modo a excluir a água, necessita de pelo menos duas</p><p>camadas de estrutura secundária. 2. Quando ocorrem juntas em</p><p>uma proteína, as hélices a e as folhas b geralmente são encontradas</p><p>em camadas estruturais diferentes. 3. Segmentos adjacentes na</p><p>sequência de aminoácidos normalmente se posicionam de forma</p><p>adjacente na estrutura dobrada. Segmentos distantes do polipeptídeo</p><p>podem se aproximar na estrutura terciária, mas não é a regra.</p><p>As proteínas têm uma existência surpreendentemente precária. A conformação de</p><p>uma proteína nativa é apenas marginalmente estável. Além disso, a maioria das proteínas</p><p>deve manter</p><p>certa flexibilidade conformacional para funcionar. A manutenção contínua</p><p>do grupo ativo de proteínas celulares, necessárias em um dado conjunto de condições,</p><p>é chamada proteostase. A proteostase celular requer a atividade coordenada de vias</p><p>para síntese e enovelamento de proteínas, o redobramento de proteínas parcialmente</p><p>desdobradas e o sequestro e degradação de proteínas irreversivelmente desdobradas. Em</p><p>todas as células, essas redes envolvem centenas de enzimas e proteínas especializadas.</p><p>Na Figura 21 podemos observar que a vida de uma proteína engloba muito mais</p><p>do que sua síntese e degradação. A estabilidade marginal da maioria das proteínas pode</p><p>produzir um balanço tênue entre os estados dobrados e desdobrados (NELSON; COX,</p><p>2014).</p><p>Usuario</p><p>Sublinhado</p><p>Usuario</p><p>Realce</p><p>Usuario</p><p>Sublinhado</p><p>Usuario</p><p>Sublinhado</p><p>Usuario</p><p>Realce</p><p>Usuario</p><p>Realce</p><p>Usuario</p><p>Realce</p><p>Usuario</p><p>Sublinhado</p><p>96</p><p>FIGURA 21 – VIAS QUE CONTRIBUEM PARA PROTEOSTASE</p><p>FONTE: Rodwell, Murray e Granner (2017, p. 108)</p><p>À medida que as proteínas são sintetizadas nos ribossomos, elas devem dobrar-</p><p>se em sua conformação nativa. Algumas vezes isso ocorre de forma espontânea,</p><p>porém, mais frequentemente com a assistência de enzimas e complexos especializados</p><p>chamados chaperonas. Muitos desses mesmos auxiliares do enovelamento atuam</p><p>para redobrar proteínas que se tornaram transitoriamente desdobradas. As proteínas</p><p>inapropriadamente dobradas frequentemente expõem superfícies hidrofóbicas que as</p><p>tornam “pegajosas”, conduzindo à formação de agregados inativos. Esses agregados</p><p>podem perder suas funções normais, mas não são inertes; seu acúmulo nas células</p><p>situa-se no centro de doenças que vão de diabetes a doenças de Parkinson e Alzheimer.</p><p>Não surpreendentemente, todas as células elaboraram vias de reciclagem e/ou</p><p>degradação de proteínas irreversivelmente deformadas (NELSON; COX, 2014).</p><p>As estruturas proteicas evoluíram para atuar em determinados ambientes</p><p>celulares. Condições diferentes daquelas da célula podem resultar em mudanças</p><p>estruturais grandes ou pequenas na proteína. A perda de estrutura tridimensional</p><p>sufi ciente para causar a perda de função é chamada de desnaturação. O estado</p><p>desnaturado não necessariamente corresponde ao desdobramento completo da</p><p>proteína e à randomização da conformação. Na maioria das condições, as proteínas</p><p>desnaturadas existem como um conjunto de estados parcialmente dobrados (BERG;</p><p>TYMOCZKO; STRYERT, 2015).</p><p>Usuario</p><p>Sublinhado</p><p>Usuario</p><p>Realce</p><p>Usuario</p><p>Sublinhado</p><p>97</p><p>A maioria das proteínas pode ser desnaturada pelo calor, que tem efeitos</p><p>complexos nas muitas interações fracas da proteína (principalmente sobre as ligações</p><p>de hidrogênio).</p><p>3.5 FUNÇÕES DAS PROTEÍNAS</p><p>As proteínas são fundamentais para qualquer ser vivo, pois grande parte dos</p><p>processos orgânicos que acontecem nas células são mediados por proteínas (enzimas).</p><p>Toda manifestação genética é dada por meio de proteínas, pois os genes são fragmentos</p><p>de DNA que codificam proteínas.</p><p>As proteínas podem ter função estrutural, participando na composição de</p><p>várias estruturas do organismo, sustentando e promovendo rigidez, como a queratina,</p><p>colágeno e elastina. Existem proteínas que promovem a defesa do organismo contra</p><p>microrganismos e substâncias estranhas, como os macrófagos e as imunoglobulinas.</p><p>Outras funções desempenhadas pelas proteínas envolvem a ação catalítica,</p><p>transportadora (hemoglobina transportando os gases respiratórios), nutritiva, energética,</p><p>promovem a contração e podem atuar como mensageiros químicos (hormônios).</p><p>NOTA</p><p>A anemia falciforme é causada por uma mutação homozigota (aa) de um único</p><p>nucleotídeo que codifica para a cadeia B da hemoglobina fazendo com que a forma da</p><p>hemácia seja modificada, provocando um transporte ineficiente de O</p><p>2</p><p>.</p><p>A anemia falciforme é causada por uma mutação homozigota (aa) de um</p><p>único nucleotídeo que codifica para a cadeia B da hemoglobina fazendo</p><p>com que a forma da hemácia seja modificada, provocando um transporte</p><p>ineficiente de O2.</p><p>NOTA</p><p>Usuario</p><p>Realce</p><p>Usuario</p><p>Sublinhado</p><p>98</p><p>Morte por enovelamento errado: as doenças priônicas</p><p>Uma proteína cerebral dobrada de forma errada parece ser o agente causador de doenças</p><p>cerebrais neurodegenerativas raras em mamíferos. Talvez a mais conhecida seja a</p><p>encefalopatia espongiforme bovina (EEB, ou BSE, do inglês bovine spongiform encephalopathy;</p><p>também conhecida como doença da vaca louca). Doenças relacionadas incluem a kuru</p><p>e a doença de Creutzfeldt-Jakob em humanos, scrapie em ovinos, e doença debilitante</p><p>crônica em cervos e alces. Essas doenças também são conhecidas como encefalopatias</p><p>espongiformes porque o cérebro doente frequentemente se torna cheio de buracos. A</p><p>deterioração progressiva do cérebro leva a um espectro de sintomas neurológicos, incluindo</p><p>perda de peso, comportamento errático, problemas de postura, equilíbrio e coordenação, e</p><p>perda da capacidade cognitiva. Essas doenças são fatais. Nos anos de 1960, pesquisadores</p><p>descobriram que amostras de agentes causadores de doença pareciam não conter ácidos</p><p>nucleicos. Naquela época, Tikvah Alper sugeriu que o agente fosse uma proteína. Inicialmente,</p><p>a ideia pareceu uma heresia. Todos os agentes causadores de doenças conhecidos até</p><p>aquele momento – vírus, bactérias, fungos, e assim por diante – continham ácidos nucleicos,</p><p>e sua virulência estava relacionada à reprodução genética e propagação.</p><p>Os agentes infecciosos foram identificados como uma única</p><p>proteína (Mr 28.000), que Prusiner apelidou de proteína</p><p>príon (PrP). O nome foi derivado de proteinaceous infectious</p><p>(proteína infecciosa), mas Prusiner achou que “príon” soava</p><p>melhor do que “proin”. A proteína príon é um constituinte</p><p>normal do tecido cerebral em todos os mamíferos. Seu</p><p>papel não é conhecido em detalhes, mas deve ter uma</p><p>função de sinalização molecular. Várias outras condições</p><p>neurodegenerativas envolvem agregação intracelular</p><p>de proteínas com enovelamento errado. Na doença de</p><p>Parkinson, a forma mal dobrada da proteína a-sinucleína</p><p>se agrega em massas esféricas filamentosas, chamadas de</p><p>corpos de Lewy. A doença de Huntington envolve a proteína</p><p>huntingtina, que tem uma longa repetição de poliglutaminas.</p><p>Em alguns indivíduos, essa repetição é maior do que o</p><p>normal, ocorrendo um tipo de agregação intracelular mais</p><p>sutil. Notavelmente, quando proteínas mutantes humanas</p><p>envolvidas nas doenças de Parkinson e Huntington</p><p>são expressas em Drosophila melanogaster, as moscas</p><p>demonstram degeneração expressa como deterioração dos</p><p>olhos, tremores e morte precoce. Todos esses sintomas são</p><p>altamente suprimidos se a expressão da chaperona Hsp70</p><p>também estiver aumentada.</p><p>FONTE: Nelson e Cox (2014, p. 150)</p><p>NOTA</p><p>99</p><p>RESUMO DO TÓPICO 3</p><p>Neste tópico, você adquiriu certos aprendizados, como:</p><p>• Os vinte aminoácidos comumentemente encontrados como resíduos em proteínas</p><p>contêm um grupo a-carboxila, um grupo a-amino e um grupo R característico</p><p>substituído no átomo do carbono a.</p><p>• Os aminoácidos podem ser classificados em cinco tipos com base na polaridade e</p><p>carga (em pH 7) de seus grupos R.</p><p>• Aminoácidos podem ser unidos de modo covalente por meio de ligações peptídicas</p><p>para formar peptídeos e proteínas.</p><p>• As células geralmente contêm milhares de proteínas diferentes, cada uma com uma</p><p>atividade biológica diferente.</p><p>• Proteínas podem ser cadeias peptídicas muito longas, de 100 a muitos milhares de</p><p>resíduos de aminoácidos. Entretanto, alguns peptídeos que ocorrem naturalmente</p><p>possuem apenas alguns poucos resíduos de aminoácidos.</p><p>• Algumas proteínas são compostas por várias cadeias polipeptídicas associadas de</p><p>modo não covalente, chamadas de subunidades.</p><p>• Proteínas simples produzem, por hidrólise, apenas aminoácidos; proteínas conjugadas</p><p>contêm além deles, outros componentes, tais como um metal ou um grupo prostético.</p><p>• Peptídeos e proteínas pequenas (até cerca de 100 resíduos) podem ser sintetizados</p><p>quimicamente.</p><p>• Sequências proteicas são uma fonte rica de informação</p><p>sobre a estrutura e a função</p><p>da proteína, bem como sobre a evolução da vida na Terra.</p><p>• Estrutura secundária é o arranjo espacial dos átomos da cadeia principal em um</p><p>determinado segmento da cadeia polipeptídica.</p><p>• A estrutura terciária é a estrutura tridimensional da cadeia polipeptídica. Muitas</p><p>proteínas se encaixam em uma ou duas classes de proteínas em geral, com base na</p><p>estrutura terciária: fibrosa e globular.</p><p>100</p><p>• A estrutura quaternária resulta de interações entre as subunidades de proteínas</p><p>com múltiplas subunidades ou grandes associações de proteínas. A estrutura</p><p>tridimensional e a função da maioria das proteínas podem ser destruídas pela</p><p>desnaturação, demonstrando uma relação entre estrutura e função. Algumas</p><p>proteínas desnaturadas podem renaturar espontaneamente para formar proteínas</p><p>biologicamente ativa.</p><p>101</p><p>1 A  proteína  é a mais importante das macromoléculas biológicas, compondo</p><p>mais da metade do peso seco de uma célula. Está presente em todo ser vivo e</p><p>tem as mais variadas funções. Ela é um polímero de aminoácidos que pode atuar</p><p>como  enzimas,  catalisando  reações químicas, podem transportar pequenas</p><p>moléculas ou íons; podem ser motoras para auxiliar no movimento em células e</p><p>tecidos; participam na regulação gênica, ativando ou inibindo; estão no  sistema</p><p>imunológico, entre outras centenas de funções. Praticamente, todas as funções</p><p>celulares necessitam de proteínas para intermediá-las. A formação das proteínas</p><p>acontece através de ligações peptídicas. A ligação peptídica resulta da união entre o</p><p>grupo:</p><p>a) ( ) Carboxila de um aminoácido e o grupo carboxila do outro.</p><p>b) ( ) Carboxila de um aminoácido e o grupo amina do outro.</p><p>c) ( ) Amina de um aminoácido e o grupo amina do outro.</p><p>d) ( ) Amina de um aminoácido e o radical (R) do outro.</p><p>e) ( ) Carboxila de um aminoácido e o radical (R) do outro.</p><p>2 As proteínas, formadas pela união de aminoácidos, são componentes químicos</p><p>fundamentais na fisiologia e na estrutura celular dos organismos. Em relação às</p><p>proteínas, assinale a alternativa correta:</p><p>a) ( ) O colágeno é a proteína menos abundante no corpo humano, sendo classificado</p><p>como uma proteína globular.</p><p>b) ( ) A ligação peptídica entre dois aminoácidos acontece pela reação do grupo</p><p>carboxila de um aminoácido com o grupo amino de outro aminoácido.</p><p>c) ( ) A testosterona, hormônio sexual masculino, é um hormônio proteico.</p><p>d) ( ) A proteína albumina é amplamente encontrada nos vegetais.</p><p>e) ( ) A vitamina sódio é importante para regular a pressão arterial.</p><p>AUTOATIVIDADE</p><p>https://www.infoescola.com/quimica/polimeros/</p><p>https://www.infoescola.com/bioquimica/aminoacidos/</p><p>https://www.infoescola.com/bioquimica/enzimas/</p><p>https://www.infoescola.com/quimica/catalisadores/</p><p>https://www.infoescola.com/biologia/sistema-imunologico/</p><p>https://www.infoescola.com/biologia/sistema-imunologico/</p><p>Usuario</p><p>Realce</p><p>Usuario</p><p>Realce</p><p>Usuario</p><p>Realce</p><p>Usuario</p><p>Sublinhado</p><p>Usuario</p><p>Realce</p><p>102</p><p>103</p><p>TÓPICO 4 -</p><p>ENZIMAS</p><p>1 INTRODUÇÃO</p><p>Boa parte da história da bioquímica é a história da pesquisa sobre enzimas.</p><p>A catálise biológica foi reconhecida e descrita no final dos anos de 1700 em estudos</p><p>da digestão de carne por secreções do estômago. A pesquisa continuou no século</p><p>seguinte, examinando a conversão do amido em açúcar pela saliva e por vários extratos</p><p>de plantas. Por volta de 1850, Louis Pasteur concluiu que a fermentação de açúcar em</p><p>álcool por leveduras é catalisada por “fermentos”. Ele postulou que esses fermentos eram</p><p>inseparáveis da estrutura das células de levedura vivas. Esse ponto de vista, chamado</p><p>de vitalismo, prevaleceu por décadas. Então, em 1897, Eduard Buchner descreveu que</p><p>extratos de levedura podiam fermentar açúcar em álcool, provando que a fermentação</p><p>era feita por moléculas que continuavam ativas mesmo após removidas das células.</p><p>Os experimentos de Buchner, ao mesmo tempo, marcaram o final da visão vitalista e</p><p>o alvorecer da ciência bioquímica. Posteriormente, Frederick W. Kühne deu o nome de</p><p>enzimas para as moléculas detectadas por Buchner (NELSON; COX, 2014).</p><p>Exceto por um pequeno grupo de moléculas de RNA catalíticas (ribozimas),</p><p>todas as enzimas são proteínas. A atividade catalítica depende da integridade das</p><p>suas conformações nativas. Se uma enzima for desnaturada ou dissociada nas suas</p><p>subunidades, geralmente a atividade catalítica é perdida.</p><p>Algumas enzimas não necessitam de outros grupos químicos além dos seus</p><p>próprios resíduos de aminoácidos. Outras, necessitam de um componente químico</p><p>adicional denominado cofator, que pode ser um ou mais íons inorgânicos como</p><p>Fe21, Mg21, Mn21 ou Zn21) ou uma molécula orgânica ou metalorgânica complexa,</p><p>denominada coenzima. As coenzimas agem como carreadores transitórios de grupos</p><p>funcionais específicos. A maioria deles é derivada das vitaminas, nutrientes orgânicos</p><p>cuja presença na dieta é necessária em pequenas quantidades. Algumas enzimas</p><p>necessitam tanto de uma coenzima quanto de um ou mais íons metálicos para terem</p><p>atividade. Uma coenzima ou um íon metálico que se ligue muito firmemente, ou</p><p>mesmo covalentemente, a uma enzima é denominado grupo prostético. Uma enzima</p><p>completa, cataliticamente ativa junto a sua coenzima e/ou íons metálicos é denominada</p><p>holoenzima. A parte proteica de uma dessas enzimas é denominada apoenzima</p><p>ou apoproteína. Finalmente, algumas enzimas são modificadas covalentemente</p><p>por fosforilação, glicosilação e outros processos. Muitas dessas modificações estão</p><p>envolvidas na regulação da atividade enzimática (BERTUZZI et al., 2008).</p><p>UNIDADE 2</p><p>Usuario</p><p>Realce</p><p>Usuario</p><p>Realce</p><p>Usuario</p><p>Realce</p><p>Usuario</p><p>Realce</p><p>Usuario</p><p>Realce</p><p>Usuario</p><p>Sublinhado</p><p>Usuario</p><p>Sublinhado</p><p>Usuario</p><p>Sublinhado</p><p>Usuario</p><p>Realce</p><p>Usuario</p><p>Sublinhado</p><p>Usuario</p><p>Sublinhado</p><p>Usuario</p><p>Realce</p><p>Usuario</p><p>Sublinhado</p><p>Usuario</p><p>Sublinhado</p><p>Usuario</p><p>Sublinhado</p><p>Usuario</p><p>Sublinhado</p><p>104</p><p>2 FUNÇÃO ENZIMÁTICA</p><p>A catálise enzimática das reações é essencial para os sistemas vivos. Nas</p><p>condições biológicas relevantes, as reações não catalisadas tendem a ser lentas – a</p><p>maioria das moléculas biológicas é muito estável nas condições internas das células</p><p>com pH neutro, temperaturas amenas e ambiente aquoso. Além disso, muitos processos</p><p>químicos corriqueiros, como a formação transitória de intermediários instáveis</p><p>carregados ou a colisão de duas ou mais moléculas na orientação exata necessária</p><p>para que as reações ocorram, são desfavoráveis ou improváveis no ambiente celular</p><p>(NELSON; COX, 2014).</p><p>As reações necessárias para digerir os alimentos, enviar sinais nervosos ou</p><p>contrair os músculos simplesmente não ocorrem em velocidades adequadas sem</p><p>catálise. As enzimas contornam esses problemas ao proporcionarem um ambiente</p><p>específico adequado para que uma dada reação possa ocorrer mais rapidamente. A</p><p>propriedade característica das reações catalisadas por enzimas é que a reação ocorre</p><p>confinada em um bolsão da enzima denominado sítio ativo (Figura 22). A molécula que</p><p>se liga no sítio ativo e sobre a qual a enzima age é denominada substrato.</p><p>FIGURA 22 – ESQUEMA DE FUNCIONAMENTO DE UMA ENZIMA</p><p>FONTE: <https://www.infoescola.com/bioquimica/complexo-chave-e-fechadura/>. Acesso em: 25 abr.</p><p>2019.</p><p>3 CINÉTICA ENZIMÁTICA</p><p>Normalmente os bioquímicos utilizam várias abordagens para estudar o</p><p>mecanismo de ação de enzimas purificadas. A estrutura tridimensional das proteínas</p><p>fornece informações importantes, que são incrementadas pela química de proteínas</p><p>e por modernos métodos de mutagênese sítio dirigida (mudança na sequência de</p><p>aminoácidos de uma proteína por engenharia genética). Essas tecnologias permitem</p><p>que os enzimologistas examinem o papel de aminoácidos individualmente na estrutura</p><p>e na atividade de uma enzima. Entretanto, a abordagem mais antiga para entender o</p><p>mecanismo das enzimas, e que permanece ainda entre as mais importantes, é determinar</p><p>a velocidade da reação e como ela se modifica em resposta às mudanças nos parâmetros</p><p>experimentais, disciplina conhecida como cinética enzimática</p><p>............................................................ 135</p><p>RESUMO DO TÓPICO 7 ........................................................................................138</p><p>AUTOATIVIDADE ................................................................................................. 139</p><p>UNIDADE 3 — METABOLISMO ............................................................................. 141</p><p>TÓPICO 1 — PRINCÍPIOS DA BIOENERGÉTICA ..................................................143</p><p>1 INTRODUÇÃO ....................................................................................................143</p><p>2 SERES AUTOTRÓFICOS, HETEROTRÓFICOS E VIAS METABÓLICAS ...........144</p><p>3 GLICÓLISE E VIA PENTOSE-FOSFATO ...........................................................148</p><p>3.1 A FASE PREPARATÓRIA DA GLICÓLISE REQUER ATP ..............................................152</p><p>3.2 A FASE DE PAGAMENTO DA GLICÓLISE PRODUZ ATP E NADH .......................... 153</p><p>4 A CAPTAÇÃO DA GLICOSE É DEFICIENTE NO DIABETES MELITO TIPO 1 .... 153</p><p>5 VIAS ALIMENTADORAS DA GLICÓLISE .......................................................... 155</p><p>5.1 OS POLISSACARÍDEOS E OS DISSACARÍDEOS DA DIETA ...................................... 156</p><p>5.2 O GLICOGÊNIO ENDÓGENO E O AMIDO SÃO DEGRADADOS POR</p><p>FOSFORÓLISE ....................................................................................................................157</p><p>6 GLICONEOGÊNESE ..........................................................................................158</p><p>LEITURA COMPLEMENTAR ................................................................................160</p><p>RESUMO DO TÓPICO 1 .........................................................................................161</p><p>AUTOATIVIDADE ................................................................................................. 162</p><p>TÓPICO 2 - CICLO DO ÁCIDO CÍTRICO ............................................................... 163</p><p>1 INTRODUÇÃO .................................................................................................... 163</p><p>2 PRODUÇÃO DE ACETATO ................................................................................164</p><p>3 REAÇÕES DO CICLO DO ÁCIDO CÍTRICO ........................................................ 166</p><p>4 O CICLO DO GLIOXILATO .................................................................................168</p><p>RESUMO DO TÓPICO 2 .........................................................................................171</p><p>AUTOATIVIDADE ................................................................................................. 172</p><p>TÓPICO 3 - METABOLISMO DE ÁCIDOS GRAXOS E TRIGLICERÍDEOS ............ 173</p><p>1 INTRODUÇÃO .................................................................................................... 173</p><p>2 DIGESTÃO, MOBILIZAÇÃO E TRANSPORTE DE GORDURAS ......................... 174</p><p>2.1 AS GORDURAS DA DIETA SÃO ABSORVIDAS NO INTESTINO DELGADO .............175</p><p>2.2 HORMÔNIOS ATIVAM A MOBILIZAÇÃO DOS TRIACILGLICERÓIS</p><p>ARMAZENADOS .................................................................................................................176</p><p>2.2.1 Oxidação dos ácidos graxos .................................................................................178</p><p>2.2.2 Corpos cetônicos ....................................................................................................179</p><p>2.2.3 Corpos cetônicos são produzidos em excesso no diabetes e durante o</p><p>jejum ........................................................................................................................... 180</p><p>RESUMO DO TÓPICO 3 ........................................................................................182</p><p>AUTOATIVIDADE .................................................................................................183</p><p>TÓPICO 4 - METABOLISMO DE AMINOÁCIDOS .................................................185</p><p>1 INTRODUÇÃO ....................................................................................................185</p><p>2 DESTINOS METABÓLICOS DOS GRUPOS AMINOS......................................... 187</p><p>2.1 AS PROTEÍNAS DA DIETA SÃO ENZIMATICAMENTE DEGRADADAS ATÉ</p><p>AMINOÁCIDOS ................................................................................................................... 188</p><p>2.2 O GLUTAMATO LIBERA SEU GRUPO AMINO NA FORMA DE AMÔNIA .................. 191</p><p>2.3 A GLUTAMINA TRANSPORTA A AMÔNIA NA CORRENTE SANGUÍNEA ................192</p><p>2.4 A ALANINA TRANSPORTA A AMÔNIA DOS MÚSCULOS ESQUELÉTICOS PARA O</p><p>FÍGADO ................................................................................................................................ 194</p><p>2.5 A AMÔNIA É TÓXICA PARA OS ANIMAIS .................................................................... 195</p><p>2.6 EXCREÇÕES DE NITROGÊNIO E CICLO DA UREIA ................................................... 196</p><p>2.7 A UREIA É PRODUZIDA A PARTIR DA AMÔNIA ......................................................... 196</p><p>2.8 DEFEITOS GENÉTICOS DO CICLO DA UREIA PODEM SER FATAIS ...................... 198</p><p>2.9 VIAS DE DEGRADAÇÃO DOS AMINOÁCIDOS ............................................................ 198</p><p>2.10 O CATABOLISMO DA FENILALANINA / FENILCETONÚRIA .................................. 199</p><p>RESUMO DO TÓPICO 4 ........................................................................................201</p><p>AUTOATIVIDADE ................................................................................................ 202</p><p>TÓPICO 5 - METABOLISMO DE NUCLEOTÍDEOS .............................................. 203</p><p>1 INTRODUÇÃO ................................................................................................... 203</p><p>2 BIOSSÍNTESE DE NUCLEOTÍDEOS ................................................................ 203</p><p>2.1 A SÍNTESE DE NOVO DE NUCLEOTÍDEOS PÚRICOS ...............................................204</p><p>2.2 BASES PÚRICAS E PIRIMÍDICAS SÃO RECICLADAS POR VIAS DE SALVAÇÃO 207</p><p>RESUMO DO TÓPICO 5 ....................................................................................... 208</p><p>AUTOATIVIDADE ................................................................................................ 209</p><p>REFERÊNCIAS ..................................................................................................... 211</p><p>1</p><p>UNIDADE 1 -</p><p>FUNDAMENTOS DE</p><p>BIOQUÍMICA</p><p>OBJETIVOS DE APRENDIZAGEM</p><p>PLANO DE ESTUDOS</p><p>A partir do estudo desta unidade, você deverá ser capaz de:</p><p>• compreender a lógica molecular da vida;</p><p>• identifi car as principais evidências para o surgimento da vida;</p><p>• estabelecer as características que diferenciam os seres vivos dos inanimados;</p><p>• compreender que cada organismo vivo tem uma função específi ca;</p><p>• estabelecer os princípios da bioquímica para explicar a vida em termos químicos;</p><p>• identifi car que as macromoléculas são construídas a partir de compostos simples;</p><p>• compreender como ocorre a produção de energia e o seu consumo no metabolismo;</p><p>• refl etir acerca da transferência da informação biológica.</p><p>Esta unidade está dividida em dois tópicos. No decorrer dela, você encontrará autoati-</p><p>vidades com o objetivo de reforçar o conteúdo apresentado.</p><p>TÓPICO 1 – A LÓGICA MOLECULAR DA VIDA</p><p>TÓPICO 2 – CÉLULA EUCARIONTE E PROCARIONTE</p><p>Preparado para ampliar seus conhecimentos? Respire e vamos em frente! Procure</p><p>um ambiente que facilite a concentração, assim absorverá melhor as informações.</p><p>CHAMADA</p><p>2</p><p>CONFIRA</p><p>A TRILHA DA</p><p>UNIDADE 1!</p><p>Acesse o</p><p>QR Code abaixo:</p><p>3</p><p>A LÓGICA MOLECULAR DA VIDA</p><p>1 INTRODUÇÃO</p><p>Há mais de três bilhões e meio de anos, sob condições não inteiramente</p><p>claras, elementos com carbono, hidrogênio, oxigênio, nitrogênio, enxofre e fósforo</p><p>formaram compostos químicos simples. Esses compostos simples foram chamados</p><p>de coacervados e representaram a primeira forma proteica descrita. Eles combinaram-</p><p>se, dispersaram-se e recombinaram-se, formando várias moléculas maiores, até surgir</p><p>uma combinação capaz de se autorreplicar (NELSON; COX, 2002).</p><p>(NELSON; COX, 2014).</p><p>Usuario</p><p>Sublinhado</p><p>Usuario</p><p>Sublinhado</p><p>Usuario</p><p>Realce</p><p>Usuario</p><p>Sublinhado</p><p>Usuario</p><p>Sublinhado</p><p>105</p><p>Um fator-chave que afeta a velocidade das reações catalisadas por enzimas é</p><p>a concentração do substrato [S]. Entretanto, o estudo dos efeitos da concentração do</p><p>substrato é complicado pelo fato de [S] modificar-se durante o curso de uma reação in</p><p>vitro à medida que o substrato é convertido em produto (NELSON; COX, 2014).</p><p>As enzimas têm um pH (ou uma faixa de pH) ótimo no qual a atividade catalítica</p><p>é máxima; a atividade decresce em pH maior ou menor. Isso não surpreende. As cadeias</p><p>laterais dos aminoácidos do sítio ativo podem funcionar como ácidos ou bases fracas</p><p>em funções críticas que dependem da manutenção de certo estado de ionização, e em</p><p>outras partes da proteína, as cadeias laterais ionizáveis podem ter uma participação</p><p>essencial nas interações que mantêm a estrutura proteica (RODWELL; MURRAY;</p><p>GRANNER, 2017).</p><p>3.1 ENZIMAS REGULADORAS</p><p>No metabolismo celular, grupos de enzimas trabalham conjuntamente em vias</p><p>sequenciais para realizar um determinado processo metabólico, como a degradação</p><p>da glicose a lactato por uma série de reações ou as muitas reações da síntese de</p><p>aminoácidos a partir de precursores simples. Nesses sistemas enzimáticos, o produto</p><p>da reação de uma enzima é o substrato da enzima seguinte. Para Nelson e Cox (2014,</p><p>p. 190):</p><p>A maioria das enzimas das vias metabólicas segue os padrões</p><p>cinéticos que foram descritos. Cada via, entretanto, inclui uma ou mais</p><p>enzimas que influenciam em muito a velocidade de toda a sequência</p><p>de reações. Essas enzimas regulatórias têm a atividade catalítica</p><p>aumentada ou diminuída em resposta a certos sinais. Ajustes na</p><p>velocidade das reações catalisadas por enzimas regulatórias e,</p><p>portanto, ajustes na velocidade da sequência metabólica inteira</p><p>permitem que as células atendam às necessidades de energia e das</p><p>biomoléculas de que precisam para crescer e se manter. As atividades</p><p>das enzimas regulatórias são moduladas de várias maneiras. Enzimas</p><p>alostéricas agem por meio de ligações reversíveis e não covalentes</p><p>com compostos regulatórios denominados moduladores alostéricos</p><p>ou efetores alostéricos, que geralmente são metabólitos pequenos ou</p><p>cofatores. Outras enzimas são reguladas por modificações covalentes</p><p>reversíveis. As duas classes de enzimas regulatórias tendem a ser</p><p>proteínas com subunidades múltiplas e, em alguns casos, o(s) sítio(s)</p><p>regulatório(s) e o sítio ativo se encontram em subunidades separadas.</p><p>Os sistemas metabólicos têm ao menos dois outros mecanismos de</p><p>regulação enzimática. Algumas enzimas são estimuladas ou inibidas</p><p>quando estão ligadas a proteínas regulatórias distintas. Outras são</p><p>ativadas quando segmentos peptídicos são removidos por proteólise.</p><p>Diferentemente da regulação mediada por efetores, a regulação por</p><p>proteólise é irreversível.</p><p>106</p><p>Exemplos importantes desses mecanismos são encontrados em processos</p><p>fisiológicos como digestão, coagulação do sangue, ação hormonal e visão. O crescimento</p><p>e a sobrevivência das células dependem do uso eficiente dos recursos disponíveis,</p><p>e essa eficiência é possibilitada pelas enzimas regulatórias. Não há uma regra única</p><p>para governar os diferentes tipos de regulação dos diferentes sistemas. Em certo</p><p>grau, a regulação alostérica (não covalente) talvez possibilite os ajustes finos das vias</p><p>metabólicas que constantemente são necessários e em níveis, variando em decorrência</p><p>das mudanças da atividade e das condições das células. A regulação por modificações</p><p>covalentes pode ser do tipo “tudo ou nada”, normalmente no caso de proteólise, ou</p><p>então possibilitar mudanças sutis na atividade. Vários tipos de regulação podem ocorrer</p><p>em uma única enzima regulatória (BERG; TYMOCZKO; STRYERT, 2015).</p><p>107</p><p>RESUMO DO TÓPICO 4</p><p>Neste tópico, você adquiriu certos aprendizados, como:</p><p>• A vida depende de catalisadores poderosos e específicos: as enzimas.</p><p>• Praticamente todas as reações bioquímicas são catalisadas por enzimas.</p><p>• Com a exceção de poucos RNA catalíticos, todas as enzimas conhecidas são</p><p>proteínas.</p><p>• Muitas proteínas necessitam de coenzimas ou cofatores não proteicos para exercerem</p><p>a atividade catalítica.</p><p>• As enzimas são classificadas segundo o tipo de reação que catalisam.</p><p>• As reações catalisadas por enzimas são caracterizadas pela formação de um</p><p>complexo entre o substrato e a enzima (complexo ES). A ligação ao substrato ocorre</p><p>em um bolsão da enzima denominado sítio ativo.</p><p>• A maioria das enzimas tem algumas propriedades cinéticas em comum.</p><p>• Cada enzima tem um pH ótimo (ou um intervalo de pH), no qual a atividade é máxima.</p><p>• A atividade das vias metabólicas nas células é regulada pelo controle da atividade de</p><p>determinadas enzimas.</p><p>• Outras enzimas regulatórias são moduladas por modificações covalentes de grupos</p><p>funcionais específicos que são necessários para a atividade. A fosforilação de resíduos</p><p>de determinados aminoácidos é uma maneira muito comum de regular a atividade de</p><p>enzimas.</p><p>108</p><p>1 Nos dias atuais, sabemos que as moléculas de proteínas são formadas por dezenas,</p><p>centenas ou milhares de outras moléculas, ligadas em sequência como os elos</p><p>de uma corrente. Assinale a alternativa que menciona quais moléculas formam as</p><p>proteínas:</p><p>a) ( ) Moléculas de proteínas.</p><p>b) ( ) Moléculas de aminoácidos.</p><p>c) ( ) Moléculas de glicose.</p><p>d) ( ) Moléculas de polissacarídeos.</p><p>e) ( ) Moléculas de quitina.</p><p>2 A figura ilustra a ligação que ocorre entre dois aminoácidos. Analise e preencha as</p><p>lacunas da frase que segue:</p><p>AUTOATIVIDADE</p><p>FIGURA – LIGAÇÃO QUE OCORRE ENTRE DOIS AMINOÁCIDOS</p><p>FONTE: A autora</p><p>A formação de proteínas ocorre devido à ligação da amina de um aminoácido com o</p><p>________________ de outro aminoácido. Esta ligação está circulada na figura</p><p>apresentada e é denominada _______________. Para que esta ligação ocorra</p><p>é necessária a saída de uma molécula de ____________.</p><p>3 Com o título Boca livre, a revista Veja, edição 1298, ano 26, nº 30, de 28 de julho de</p><p>1993, página 55, publicou um artigo sobre uma nova droga ainda em testes, o Orlistat,</p><p>desenvolvida pelo laboratório Hoffmann-La Roche. A reportagem diz que essa droga</p><p>“[...] bloqueia (uma fatia dessas) enzimas, impedindo que elas desdobrem as enormes</p><p>109</p><p>moléculas de gordura em fragmentos menores. Assim, a gordura não tem como</p><p>atravessar as paredes do intestino e não chega à corrente sanguínea”. As enzimas</p><p>que o Orlistat bloqueia correspondem às:</p><p>a) ( ) Proteases.</p><p>b) ( ) Lipases.</p><p>c) ( ) Amilases.</p><p>d) ( ) Lactases.</p><p>e) ( ) Peptidases.</p><p>4 Enzimas são moléculas orgânicas de natureza proteica e agem nas reações químicas</p><p>das células como catalisadoras, ou seja, aceleram a velocidade dos processos sem</p><p>alterá-los. Geralmente são os catalisadores mais eficazes, por sua alta especificidade.</p><p>Sua estrutura quaternária é quem determinará sua função, a que substrato ela se</p><p>acoplará para acelerar determinada reação. Nosso corpo é mantido vivo por uma</p><p>série de reações químicas em cadeia que chamamos de vias metabólicas, nas quais</p><p>o produto de uma reação serve como reagente posteriormente. Todas as fases de</p><p>uma via metabólica são mediadas por enzimas. Muitas enzimas podem ser utilizadas</p><p>como marcadores biológicos para auxiliar no diagnóstico de algumas patologias.</p><p>Pesquise a importância clínica das seguintes enzimas:</p><p>a) AMILASE:</p><p>b) LIPASE:</p><p>c) FOSFATASE ALCALINA:</p><p>d) AMINOTRANSFERASE:</p><p>e) GGT:</p><p>f) ALT:</p><p>g) AST:</p><p>h) CREATINA QUINASE:</p><p>i) TGO:</p><p>j) TGP:</p><p>https://www.infoescola.com/bioquimica/proteinas/</p><p>https://www.infoescola.com/quimica/catalisadores/</p><p>https://www.infoescola.com/bioquimica/vias-metabolicas/</p><p>110</p><p>111</p><p>CARBOIDRATOS E GLICOCONJUGADOS</p><p>1 INTRODUÇÃO</p><p>Os carboidratos são as biomoléculas mais abundantes na Terra. A cada ano,</p><p>a fotossíntese converte mais de 100 bilhões de toneladas métricas de CO2 e H2O em</p><p>celulose e outros produtos vegetais. Alguns carboidratos (açúcar e amido) são os</p><p>principais elementos da dieta</p><p>em muitas partes do mundo, e sua oxidação é a principal</p><p>via de produção de energia na maioria das células não fotossintéticas. Polímeros de</p><p>carboidratos (também chamados de glicanos) agem como elementos estruturais e</p><p>protetores nas paredes celulares bacterianas, vegetais e nos tecidos conectivos animais.</p><p>Outros polímeros de carboidratos lubrificam as articulações e auxiliam o reconhecimento</p><p>e a adesão intercelular. Polímeros de carboidratos complexos covalentemente ligados a</p><p>proteínas ou lipídios atuam como sinais que determinam a localização intracelular ou o</p><p>destino metabólico dessas moléculas híbridas, chamadas de glicoconjugados.</p><p>Existem três classes principais de carboidratos: monossacarídeos, dissacarídeos</p><p>e polissacarídeos (a palavra “sacarídeo” é derivada do grego sakcharon, que significa</p><p>“açúcar”). Os monossacarídeos, ou açúcares simples, são constituídos por uma única</p><p>unidade poli-hidroxicetona ou poli-hidroxialdeído. O monossacarídeo mais abundante</p><p>na natureza é o açúcar de seis carbonos D-glicose, algumas vezes chamado de dextrose.</p><p>Monossacarídeos de quatro ou mais carbonos tendem a formar estruturas cíclicas.</p><p>Os oligossacarídeos consistem em cadeias curtas de unidades de monossacarídeos,</p><p>ou resíduos, unidas por ligações características chamadas de ligações glicosídicas</p><p>(NELSON; COX, 2014).</p><p>Os mais abundantes são os dissacarídeos, com duas unidades de</p><p>monossacarídeos. Um dissacarídeo típico é a sacarose (açúcar de cana), constituído</p><p>pelos açúcares de seis carbonos D-glicose e D-frutose. Todos os monossacarídeos e</p><p>dissacarídeos comuns têm nomes terminados com o sufixo “-ose”. Em células, a maioria</p><p>dos oligossacarídeos constituídos por três ou mais unidades não ocorre como moléculas</p><p>livres, mas sim ligada a moléculas que não são açúcares (lipídios ou proteínas), formando</p><p>glicoconjugados. Os polissacarídeos são polímeros de açúcar que contêm mais de 20</p><p>unidades de monossacarídeo; alguns têm centenas ou milhares de unidades. Alguns</p><p>polissacarídeos, como a celulose, têm cadeias lineares; outros, como o glicogênio, são</p><p>ramificados. Ambos são formados por unidades repetidas de D-glicose, mas diferem no</p><p>tipo de ligação glicosídica e, em consequência, têm propriedades e funções biológicas</p><p>notavelmente diferentes (NELSON; COX, 2014).</p><p>Neste tópico estudaremos as características e a importância dos diferentes</p><p>grupos de carboidratos.</p><p>UNIDADE 2 TÓPICO 5 -</p><p>112</p><p>2 MONOSSACARÍDEOS E DISSACARÍDEOS</p><p>Os mais simples dos carboidratos, os monossacarídeos, são aldeídos ou cetonas,</p><p>com dois ou mais grupos hidroxila; os monossacarídeos de seis carbonos, glicose e</p><p>frutose, têm cinco grupos hidroxila. Muitos dos átomos de carbono aos quais os grupos</p><p>hidroxila estão ligados são centros quirais, o que origina os muitos estereoisômeros</p><p>de açúcares encontrados na natureza. Esse estereoisomerismo é biologicamente</p><p>importante, porque as enzimas que agem sobre os açúcares são absolutamente</p><p>estereoespecíficas, normalmente preferindo um estereoisômeros a outro por três ou</p><p>mais ordens de magnitude (NELSON; COX, 2014).</p><p>Os monossacarídeos são sólidos cristalinos e incolores plenamente solúveis em</p><p>água, mas insolúveis em solventes apolares. Baynes (2015) relata que os esqueletos</p><p>dos monossacarídeos comuns são compostos por cadeias de carbono não ramificadas,</p><p>nas quais todos os átomos de carbono estão unidos por ligações simples. Nessa forma</p><p>de cadeia aberta, um dos átomos de carbono está ligado duplamente a um átomo de</p><p>oxigênio, formando um grupo carbonil; os outros átomos de carbono estão ligados, cada</p><p>um, a um grupo hidroxila. Quando o grupo carbonil está na extremidade da cadeia de</p><p>carbonos (isto é, em um grupo aldeído), o monossacarídeo é uma aldose; quando o</p><p>grupo carbonil está em qualquer outra posição (em um grupo cetona), o monossacarídeo</p><p>é uma cetose. Os monossacarídeos mais simples são as duas trioses de três carbonos:</p><p>gliceraldeídos (aldotrioses) e di-hidroxiacetonas (cetotrioses, ver Figura 23).</p><p>FIGURA 23 – MONOSSACARÍDEOS REPRESENTATIVOS</p><p>FONTE: Nelson e Cox (2014, p. 244)</p><p>244 DAV I D L . N E L S O N & M I C H A E L M . COX</p><p>xila que é parte da mesma molécula, gera formas cíclicas</p><p>com esqueletos de quatro ou mais carbonos (as formas que</p><p>predominam em solução aquosa). O fechamento desse anel</p><p>cria um novo centro quiral, adicionando ainda mais comple-</p><p>xidade a essa classe de compostos. A nomenclatura para es-</p><p>pecificar sem ambiguidades a configuração de cada átomo</p><p>de carbono em uma forma cíclica e os meios para represen-</p><p>tar essas estruturas no papel são, portanto, descritos com</p><p>alguns detalhes; essas informações serão úteis quando for</p><p>discutido o metabolismo dos monossacarídeos na Parte II</p><p>deste livro. São apresentados também alguns importantes</p><p>derivados de monossacarídeos encontrados em capítulos</p><p>posteriores.</p><p>As duas famílias de monossacarídeos são</p><p>aldoses e cetoses</p><p>Os monossacarídeos são sólidos cristalinos e incolores</p><p>plenamente solúveis em água, mas insolúveis em solven-</p><p>tes apolares. A maioria tem sabor adocicado (ver Quadro</p><p>7-2, p. 254). Os esqueletos dos monossacarídeos comuns</p><p>são compostos por cadeias de carbono não ramificadas,</p><p>nas quais todos os átomos de carbono estão unidos por</p><p>ligações simples. Nessa forma de cadeia aberta, um dos</p><p>átomos de carbono está ligado duplamente a um áto-</p><p>mo de oxigênio, formando um grupo carbonil; os outros</p><p>átomos de carbono estão ligados, cada um, a um grupo</p><p>hidroxila. Quando o grupo carbonil está na extremidade</p><p>da cadeia de carbonos (isto é, em um grupo aldeído), o</p><p>monossacarídeo é uma aldose; quando o grupo carbonil</p><p>está em qualquer outra posição (em um grupo cetona), o</p><p>monossacarídeo é uma cetose. Os monossacarídeos mais</p><p>simples são as duas trioses de três carbonos: gliceralde-</p><p>ídos (aldotrioses) e di-hidroxiacetonas (cetotrioses, ver</p><p>Figura 7-1a).</p><p>Monossacarídeos com quatro, cinco, seis e sete átomos</p><p>de carbono no esqueleto são chamados, respectivamente,</p><p>de tetroses, pentoses, hexoses e heptoses. Existem aldoses</p><p>e cetoses para cada um desses comprimentos de cadeia: al-</p><p>dotetroses e cetotetroses, aldopentoses e cetopentoses, e</p><p>assim por diante. As hexoses, que incluem a aldo-hexose</p><p>D-glicose e a ceto-hexose D-frutose (Figura 7-1b), são os</p><p>monossacarídeos mais comuns na natureza – os produtos</p><p>da fotossíntese e os intermediários-chave das sequências</p><p>de reações produtoras de energia centrais da maioria dos</p><p>organismos. As aldopentoses D-ribose e 2-desóxi-D-ribose</p><p>(Figura 7-1c) são componentes dos nucleotídeos e dos áci-</p><p>dos nucleicos (Capítulo 8).</p><p>Monossacarídeos têm centros assimétricos</p><p>Todos os monossacarídeos, com exceção da di-hidroxiace-</p><p>tona, contêm um ou mais átomos de carbono assimétricos</p><p>(quirais) e, portanto, ocorrem em formas isoméricas op-</p><p>ticamente ativas (p. 17-18). A aldose mais simples, o gli-</p><p>ceraldeído, contém um centro quiral (o átomo de carbono</p><p>central) e assim tem dois isômeros ópticos diferentes, ou</p><p>enantiômeros (Figura 7-2).</p><p>CONVENÇÃOCHAVE: Um dos dois enantiômeros do gliceral-</p><p>deído é, por convenção, designado isômero D, e o outro</p><p>é isômero L. Assim como para outras biomoléculas com</p><p>centros quirais, as configurações absolutas dos açúcares</p><p>são conhecidas a partir de cristalografia por raios X. Para</p><p>representar estruturas tridimensionais de açúcares no</p><p>papel, em geral são utilizadas as fórmulas de projeção</p><p>de Fischer (Figura 7-2). Nas fórmulas de projeção de</p><p>Fischer, as ligações horizontais se projetam para fora do</p><p>plano do papel, em direção ao leitor; as ligações verticais</p><p>se projetam para trás do plano do papel, distanciando-se</p><p>do leitor. ■</p><p>Geralmente, uma molécula com n centros quirais pode</p><p>ter 2n estereoisômeros. O gliceraldeído tem 21 5 2; as aldo-</p><p>-hexoses, com quatro centros quirais, têm 24 5 16. Para</p><p>cada um dos comprimentos de cadeia carbônica, os este-</p><p>reoisômeros dos monossacarídeos podem ser divididos em</p><p>dois grupos, os quais diferem quanto à configuração do</p><p>centro quiral mais distante do carbono do carbonil. Aque-</p><p>les</p><p>nos quais a configuração desse carbono de referência é</p><p>a mesma daquela do D-gliceraldeído são designados isôme-</p><p>ros D, e aqueles com a mesma configuração do L-gliceral-</p><p>deído são isômeros L. Em outras palavras, quando o grupo</p><p>H C</p><p>O</p><p>OH</p><p>Di-hidroxiacetona,</p><p>cetotriose</p><p>OHC</p><p>C</p><p>H</p><p>H</p><p>H</p><p>H C OH</p><p>OHCH</p><p>H</p><p>D-Gliceraldeído,</p><p>aldotriose</p><p>O</p><p>C</p><p>H</p><p>(a) (b)</p><p>D-Frutose,</p><p>ceto-hexose</p><p>C</p><p>O</p><p>OH</p><p>C</p><p>C</p><p>H</p><p>C</p><p>H</p><p>H</p><p>HO</p><p>CH2OH</p><p>H</p><p>OH</p><p>OHCH</p><p>D-Glicose,</p><p>aldo-hexose</p><p>C OH</p><p>C</p><p>C</p><p>H</p><p>H</p><p>HO</p><p>CH2OH</p><p>H</p><p>OH</p><p>OHCH</p><p>O</p><p>C</p><p>H</p><p>(c)</p><p>2-Desóxi-D-ribose,</p><p>aldopentose</p><p>C OH</p><p>O</p><p>C</p><p>H</p><p>H</p><p>CH2</p><p>OHCH</p><p>D-Ribose,</p><p>aldopentose</p><p>C OH</p><p>CH</p><p>H</p><p>CH2OH</p><p>OH</p><p>OHCH</p><p>CH2OH</p><p>O</p><p>C</p><p>H</p><p>FIGURA 71 Monossacarídeos representativos. (a) Duas trioses,</p><p>uma aldose e uma cetose. O grupo carbonil em cada molécula está som-</p><p>breado. (b) Duas hexoses comuns. (c) As pentoses componentes de áci-</p><p>dos nucleicos. A D-ribose é um componente do ácido ribonucleico (RNA)</p><p>e a 2-desóxi-D-ribose é um componente do ácido desoxirribonucleico</p><p>(DNA).</p><p>Nelson_6ed_07.indd 244Nelson_6ed_07.indd 244 07/04/14 14:3007/04/14 14:30</p><p>A nomenclatura dos monossacarídeos é baseada na quantidade de átomos de</p><p>carbono, então onde existem monossacarídeos com quatro, cinco, seis e sete átomos</p><p>de carbono no esqueleto eles são chamados, respectivamente, de tetroses, pentoses,</p><p>hexoses e heptoses. Existem aldoses e cetoses para cada um desses comprimentos de</p><p>cadeia: aldotetroses e cetotetroses, aldopentoses e cetopentoses, e assim por diante.</p><p>As hexoses, que incluem a aldo-hexoseD-glicose e a ceto-hexose D-frutose (Figura</p><p>24) são os monossacarídeos mais comuns na natureza – os produtos da fotossíntese e</p><p>os intermediários-chave das sequências de reações produtoras de energia centrais da</p><p>maioria dos organismos. As aldopentoses ribose e desoxirribose são componentes dos</p><p>nucleotídeos e dos ácidos nucleicos (será discutido no próximo tópico).</p><p>113</p><p>Observe o esquema a seguir sobre a nomenclatura dos monossacarídeos:</p><p>FIGURA 24 – NOMENCLATURA DOS MONOSSACARÍDEOS</p><p>FONTE: A autora</p><p>Podemos perceber que a nomenclatura dos monossacarídeos envolve três</p><p>etapas:</p><p>1. Verificar se é uma aldose ou uma cetose.</p><p>2. Verificar a quantidade de átomos de carbono.</p><p>3. Acrescentar o sufixo Ose.</p><p>Por simplicidade, até este momento foram representadas as estruturas de</p><p>aldoses e cetoses como moléculas de cadeia aberta. Na verdade, em solução aquosa,</p><p>as aldotetroses e todos os monossacarídeos com cinco ou mais átomos de carbono no</p><p>esqueleto ocorrem predominantemente como estruturas cíclicas (em anel), nas quais o</p><p>grupo carbonil está formando uma ligação covalente com o oxigênio de um grupo hidroxila</p><p>presente na cadeia. A formação dessas estruturas em anel é o resultado de uma reação</p><p>geral entre álcoois e aldeídos ou cetonas para formar derivados chamados de hemiacetais</p><p>ou hemicetais (NELSON; COX, 2014).</p><p>Muito frequentemente, durante a síntese e o metabolismo de carboidratos,</p><p>os intermediários não são os próprios açúcares, mas os seus derivados fosforilados. A</p><p>condensação do ácido fosfórico com um dos grupos hidroxila de um açúcar forma um</p><p>éster de fosfato, como na glicose-6-fosfato, o primeiro metabólito da rota por meio da</p><p>qual a maioria dos organismos oxida a glicose para energia. Os açúcares fosforilados</p><p>são relativamente estáveis em pH neutro e têm carga negativa. Um dos efeitos da</p><p>fosforilação intracelular de açúcares é o confinamento do açúcar dentro da célula; a</p><p>maioria das células não tem transportadores para açúcares fosforilados na membrana</p><p>plasmática. A fosforilação também ativa açúcares para subsequente transformação</p><p>química. Alguns derivados de açúcares fosforilados importantes são componentes dos</p><p>nucleotídeos (BERG, 2008).</p><p>114</p><p>Os monossacarídeos podem ser oxidados por agentes oxidantes</p><p>relativamente suaves, como o íon cúprico (Cu21). O carbono do</p><p>carbonil é oxidado a um grupo carboxil. A glicose e outros açúcares</p><p>capazes de reduzir o íon cúprico são chamados de açúcares</p><p>redutores. O íon cúprico oxida a glicose e certos outros açúcares</p><p>a uma complexa mistura de ácidos carboxílicos. Essa é a base da</p><p>reação de Fehling, teste semiquantitativo para a presença de açúcar</p><p>redutor, que por muitos anos foi utilizado para detectar e dosar níveis</p><p>elevados de glicose em pessoas com diabetes melito. Hoje, utilizam-</p><p>se métodos mais sensíveis, que envolvem uma enzima imobilizada</p><p>em uma tira de teste e requerem apenas uma única gota de sangue</p><p>(NELSON; COX, 2014, p. 251).</p><p>Os dissacarídeos (como maltose, lactose e sacarose) consistem em dois</p><p>monossacarídeos unidos covalentemente por uma ligação O-glicosídica, a qual é</p><p>formada quando um grupo hidroxila de uma molécula de açúcar, normalmente cíclica,</p><p>reage com o carbono anomérico de outro. Ligações glicosídicas são prontamente</p><p>hidrolisadas por ácido, mas resistem à clivagem por base. Assim, os dissacarídeos podem</p><p>ser hidrolisados para originar seus componentes monossacarídicos livres por fervura</p><p>em ácido diluído. Ligações N-glicosídicas unem o carbono anomérico de um açúcar a</p><p>um átomo de nitrogênio em glicoproteínas e nucleotídeos (NELSON; COX, 2014).</p><p>3 POLISSACARÍDEOS</p><p>A maioria dos carboidratos encontrados na natureza ocorre como</p><p>polissacarídeos, polímeros de média a alta massa molecular. Os polissacarídeos,</p><p>também chamados de glicanos, diferem uns dos outros na identidade das unidades</p><p>de monossacarídeos repetidas, no comprimento das cadeias, nos tipos de ligações</p><p>unindo as unidades e no grau de ramificação. Os homopolissacarídeos contêm</p><p>somente uma única espécie monomérica; os heteropolissacarídeos contêm dois ou</p><p>mais tipos. Alguns homopolissacarídeos, como o amido e o glicogênio, servem como</p><p>formas de armazenamento para monossacarídeos utilizados como combustíveis.</p><p>Outros homopolissacarídeos, como a celulose e a quitina, atuam como elementos</p><p>estruturais em paredes celulares de plantas e em exoesqueletos de animais. Os</p><p>heteropolissacarídeos fornecem suporte extracelular para organismos de todos os</p><p>reinos. Por exemplo, a camada rígida do envelope celular bacteriano (o peptidoglicano)</p><p>é parcialmente composta por um heteropolissacarídeo construído por duas unidades</p><p>alternadas de monossacarídeo. Nos tecidos animais, o espaço extracelular é preenchido</p><p>por alguns tipos de heteropolissacarídeos, os quais formam uma matriz que conecta</p><p>células individuais e fornece proteção, forma e suporte para células, tecidos e órgãos</p><p>(RODWELL; MURRAY; GRANNER, 2017).</p><p>Os polissacarídeos de armazenamento mais importantes são o amido, em</p><p>células vegetais, e o glicogênio, em células animais. Ambos ocorrem intracelularmente</p><p>em grandes agrupamentos ou grânulos. As moléculas de amido e glicogênio são</p><p>115</p><p>extremamente hidratadas, pois têm muitos grupos hidroxila expostos e disponíveis para</p><p>formarem ligações de hidrogênio com a água. A maioria das células vegetais possui a</p><p>capacidade de sintetizar amido, e o seu armazenamento é especialmente abundante em</p><p>tubérculos – como a batata – e em sementes. O amido contém dois tipos de polímero de</p><p>glicose, amilose e amilopectina (NELSON; COX, 2014).</p><p>O glicogênio é o principal polissacarídeo de armazenamento das células animais.</p><p>Como a amilopectina, o glicogênio é um polímero formado pela união de várias moléculas</p><p>de glicose. O glicogênio é especialmente abundante no fígado, podendo constituir até</p><p>7% do peso líquido; ele também está presente no músculo esquelético. Nos hepatócitos,</p><p>o glicogênio é encontrado em grandes grânulos, os quais são agrupamentos de grânulos</p><p>menores compostos por moléculas únicas de glicogênio, altamente ramificadas, com</p><p>massa molecular média de alguns milhões. Esses grânulos de glicogênio também</p><p>apresentam, firmemente ligadas, as enzimas responsáveis pela síntese e degradação</p><p>do glicogênio (NELSON; COX, 2014). Alguns homopolissacarídeos estão presentes como</p><p>componentes estruturais na parede celular de vegetais (celulose) e no exoesqueleto de</p><p>insetos e crustáceos (quitina).</p><p>O espaço extracelular dos tecidos dos animais multicelulares é preenchido</p><p>com um material semelhante a gel, a matriz extracelular (MEC), também chamada de</p><p>substância fundamental, que mantém as células unidas e provê um meio poroso para a</p><p>difusão de nutrientes e oxigênio para cada célula. A MEC, que circunda fibroblastos e outras</p><p>células do tecido conectivo, é composta por uma rede entrelaçada de polissacarídeos</p><p>e proteínas fibrosas, como colágenos, elastinas e fibronectinas fibrilares. A membrana</p><p>basal é uma MEC especializada sobre a qual se assentam as células epiteliais; ela é</p><p>constituída por colágenos especializados, laminas e heteropolissacarídeos (NELSON;</p><p>COX, 2014).</p><p>Os heteropolissacarídeos, os glicosaminoglicanos, formam uma família</p><p>de polímeros lineares compostos por unidades de dissacarídeo repetidas. Os</p><p>glicosaminoglicanos são exclusivos de animais e bactérias, não sendo encontrados</p><p>em plantas. O glicosaminoglicano ácido hialurônico (hialuronana) forma soluções</p><p>claras, altamente viscosas, que funcionam como lubrificantes no líquido sinovial das</p><p>articulações e geram a consistência gelatinosa do humor vítreo nos olhos dos vertebrados</p><p>(a palavra grega hyalos significa “vidro”; o ácido hialurônico pode ter aparência vítrea ou</p><p>translúcida). O ácido hialurônico também é um componente da matriz extracelular de</p><p>cartilagens e tendões, em que auxilia na resistência à tensão e elasticidade, devido a</p><p>sua forte interação não covalente com outros componentes da matriz. A hialuronidase,</p><p>enzima secretada por certas bactérias patogênicas, hidrolisa as ligações glicosídicas</p><p>do ácido hialurônico, tornando os tecidos mais suscetíveis à infecção bacteriana. Em</p><p>muitas espécies animais, uma enzima similar presente no espermatozoide hidrolisa o</p><p>revestimento de glicosaminoglicano que envolve o ovócito, permitindo a penetração do</p><p>espermatozoide.</p><p>116</p><p>Você sabia?</p><p>O condroitin-sulfato, um heteropolissacarídeo, é um dos principais</p><p>componentes estruturais da cartilagem. Colírios oftalmológicos, em sua</p><p>maioria, são soluções de condroitin-sulfato que permitem uma melhor</p><p>lubrificação do globo ocular.</p><p>NOTA</p><p>4 GLICOCONJUGADOS: PROTEOGLICANOS,</p><p>GLICOPROTEÍNAS E GLICOLIPÍDIOS</p><p>Além dos importantes papéis como armazenadores de combustível (amido,</p><p>glicogênio, dextrana) e como material estrutural (celulose, quitina, peptidoglicanos),</p><p>os polissacarídeos e oligossacarídeos são transportadores de informação. Alguns</p><p>fornecem comunicação entre as células e a matriz extracelular circundante; outros</p><p>sinalizam proteínas para o transporte e a localização em organelas específicas ou para</p><p>degradação, quando a proteína é malformada ou supérflua; e outros atuam como</p><p>pontos de reconhecimento para moléculas de sinalização extracelulares (fatores de</p><p>crescimento, por exemplo) ou parasitas extracelulares (bactérias e vírus).</p><p>Em praticamente todas as células eucarióticas, cadeias de oligossacarídeos</p><p>específicos ligadas a componentes da membrana plasmática formam uma camada</p><p>de carboidratos (o glicocálice) com alguns nanômetros de espessura, que serve como</p><p>uma superfície rica em informações que a célula expõe para o meio exterior. Esses</p><p>oligossacarídeos são componentes centrais para reconhecimento e adesão entre</p><p>células, migração celular durante o desenvolvimento, coagulação sanguínea, resposta</p><p>imune, cicatrização de ferimentos e outros processos celulares. Na maioria desses casos,</p><p>o carboidrato que carrega a informação está covalentemente ligado a uma proteína ou</p><p>lipídio, formando um glicoconjugado (Figura 25), molécula biologicamente ativa.</p><p>117</p><p>FIGURA 25 – ESTRUTURA DE ALGUNS GLICOCONJUGADOS</p><p>FONTE: Nelson e Cox (2014, p. 263)</p><p>P R I N C Í P I O S D E B I O Q U Í M I C A D E L E H N I N G E R 263</p><p>RESUMO 7.2 Polissacarídeos</p><p>c Os polissacarídeos (glicanos) servem para o armazena-</p><p>mento de combustível e como componentes estruturais</p><p>da parede celular e da matriz extracelular.</p><p>c Os homopolissacarídeos amido e glicogênio armazenam</p><p>combustível em células vegetais, animais e bacterianas.</p><p>São constituídos por D-glicose com ligações (a1S4), e</p><p>ambos contêm algumas ramificações.</p><p>c Os homopolissacarídeos celulose, quitina e dextrana</p><p>têm funções estruturais. A celulose, composta por resí-</p><p>duos de D-glicose em ligações (b1S4), garante força e</p><p>rigidez à parede celular de plantas. A quitina, um polí-</p><p>mero de N-acetilglicosamina com ligações (b1S4), for-</p><p>talece o exoesqueleto de artrópodes. A dextrana forma</p><p>um revestimento aderente ao redor de certas bactérias.</p><p>c Os homopolissacarídeos se dobram em três dimensões.</p><p>A forma em cadeira do anel piranose é essencialmen-</p><p>te rígida, de modo que a conformação dos polímeros é</p><p>determinada pela rotação das ligações entre os anéis e</p><p>o átomo de oxigênio na ligação glicosídica. O amido e o</p><p>glicogênio formam estruturas helicoidais com ligações</p><p>de hidrogênio dentro da própria cadeia; a celulose e a</p><p>quitina formam fitas longas e retas que interagem com</p><p>as fitas vizinhas.</p><p>c As paredes celulares de algas e bactérias são fortaleci-</p><p>das por heteropolissacarídeos – peptidoglicano em bac-</p><p>térias, ágar em algas. O dissacarídeo que se repete no</p><p>peptidoglicano é GlcNAc(b1S4)Mur2Ac; no ágar, é D-</p><p>-Gal(b1S4)3,6-anidro-L-Gal.</p><p>c Os glicosaminoglicanos são heteropolissacarídeos ex-</p><p>tracelulares nos quais uma das duas unidades de mo-</p><p>nossacarídeo é um ácido urônico (o queratan-sulfato</p><p>é uma exceção) e a outra é um aminoaçúcar N-aceti-</p><p>lado. Ésteres de sulfato em alguns dos grupos hidro-</p><p>xila e em alguns dos grupos amino de certos resíduos</p><p>de glicosamina na heparina e no heparan-sulfato dão a</p><p>esses polímeros uma alta densidade de cargas negati-</p><p>vas, forçando-os a adotarem conformações estendidas.</p><p>Esses polímeros (ácido hialurônico, sulfato de condroi-</p><p>tina, dermatan-sulfato e queratan-sulfato) garantem à</p><p>matriz extracelular viscosidade, adesão e resistência à</p><p>compressão.</p><p>7.3 Glicoconjugados: proteoglicanos,</p><p>glicoproteínas e glicoesfingolipídeos</p><p>Além dos importantes papéis como armazenadores de com-</p><p>bustível (amido, glicogênio, dextrana) e como material es-</p><p>trutural (celulose, quitina, peptidoglicanos), os polissacarí-</p><p>deos e oligossacarídeos são transportadores de informação.</p><p>Alguns fornecem comunicação entre as células e a matriz</p><p>extracelular circundante; outros sinalizam proteínas para o</p><p>transporte e a localização em organelas específicas, ou para</p><p>degradação, quando a proteína é malformada ou supérflua;</p><p>e outros atuam como pontos de reconhecimento para molé-</p><p>culas de sinalização extracelulares (fatores de crescimento,</p><p>por exemplo) ou parasitas extracelulares (bactérias e ví-</p><p>rus). Em praticamente todas as células eucarióticas, cadeias</p><p>de oligossacarídeos específicos ligadas a componentes da</p><p>membrana plasmática formam uma camada de carboidratos</p><p>(o glicocálice) com alguns nanômetros de espessura, que</p><p>serve como uma superfície rica em informações que a cé-</p><p>lula expõe para o meio exterior. Esses oligossacarídeos são</p><p>componentes centrais para reconhecimento e adesão entre</p><p>células, migração celular durante o desenvolvimento, coa-</p><p>gulação sanguínea, resposta imune, cicatrização de ferimen-</p><p>tos e outros processos celulares. Na maioria desses casos, o</p><p>carboidrato que carrega a informação está covalentemente</p><p>ligado a uma proteína ou lipídeo, formando um glicoconju-</p><p>gado, molécula biologicamente ativa (Figura 7-24).</p><p>Os proteoglicanos são macromoléculas da superfície</p><p>celular ou da matriz extracelular nas quais uma ou mais</p><p>cadeias de glicosaminoglicanos sulfatados estão covalen-</p><p>temente unidas a uma proteína de membrana ou a uma</p><p>proteína secretada. A cadeia de glicosaminoglicano pode</p><p>ligar-se a proteínas extracelulares por meio de interações</p><p>eletrostáticas entre a proteína e os açúcares negativamente</p><p>carregados do proteoglicano. Os proteoglicanos são os prin-</p><p>cipais componentes de todas as matrizes extracelulares.</p><p>As glicoproteínas têm um ou alguns oligossacarídeos</p><p>de complexidades variadas, unidos covalentemente a uma</p><p>proteína. Costumam ser encontradas na superfície externa</p><p>da membrana plasmática (como parte</p><p>do glicocálice), na</p><p>matriz extracelular e no sangue. Nas células, são encon-</p><p>tradas em organelas específicas, como aparelho de Golgi,</p><p>grânulos de secreção e lisossomos. As porções oligossaca-</p><p>rídicas das glicoproteínas são muito heterogêneas e, assim</p><p>como os glicosaminoglicanos, são ricas em informação, for-</p><p>Sulfato de condroitina</p><p>N-glicano</p><p>O-glicano</p><p>Fora</p><p>Proteoglicanos</p><p>Glicoproteínas</p><p>Glicoesfingolipídeos</p><p>Dentro</p><p>Membrana</p><p>Heparan-sulfato</p><p>COO–COO–</p><p>| |</p><p>+NH3</p><p>+NH3</p><p>GlcA</p><p>IdoA</p><p>GlcNAc</p><p>Man</p><p>Gal</p><p>Glc</p><p>Neu5Ac</p><p>Fuc</p><p>GalNAc</p><p>Xilose</p><p>Ser</p><p>Ser/Thr</p><p>Ser/Thr</p><p>Asn</p><p>Asn</p><p>Ser</p><p>|</p><p>|</p><p>FIGURA 724 Glicoconjugados. As estruturas de alguns proteoglicanos,</p><p>glicoproteínas e glicoesfingolipídeos típicos descritos no texto.</p><p>Nelson_6ed_07.indd 263Nelson_6ed_07.indd 263 07/04/14 14:3007/04/14 14:30</p><p>Os proteoglicanos são macromoléculas da superfície celular ou da matriz</p><p>extracelular nas quais uma ou mais cadeias de glicosaminoglicanos sulfatados estão</p><p>covalentemente unidas a uma proteína de membrana ou a uma proteína secretada.</p><p>A cadeia de glicosaminoglicano pode ligar-se a proteínas extracelulares por meio de</p><p>interações eletrostáticas entre a proteína e os açúcares negativamente carregados do</p><p>proteoglicano. Os proteoglicanos são os principais componentes de todas as matrizes</p><p>extracelulares.</p><p>As glicoproteínas têm um ou alguns oligossacarídeos de complexidades</p><p>variadas, unidos covalentemente a uma proteína. Costumam ser encontradas na</p><p>superfície externa da membrana plasmática (como parte do glicocálice), na matriz</p><p>extracelular e no sangue. Nas células são encontradas em organelas específicas, como</p><p>aparelho de Golgi, grânulos de secreção e lisossomos. As porções oligossacarídicas das</p><p>glicoproteínas são muito heterogêneas e, assim como os glicosaminoglicanos, são ricas</p><p>em informação, formando locais extremamente específicos para o reconhecimento e a</p><p>ligação de alta afinidade por proteínas ligantes de carboidratos, chamadas de lectinas.</p><p>Algumas proteínas citosólicas e nucleares também podem ser glicosiladas (NELSON;</p><p>COX, 2014).</p><p>118</p><p>Os glicoesfingolipídios são componentes da membrana plasmática nos quais</p><p>o grupo hidrofílico da cabeça é um oligossacarídeo. Como nas glicoproteínas, os</p><p>oligossacarídeos servem como pontos específicos para o reconhecimento por lectinas. O</p><p>cérebro e os neurônios são ricos em glicoesfingolipídios, os quais auxiliam na condução</p><p>nervosa e na formação da mielina. Os glicoesfingolipídios também são importantes para</p><p>a transdução de sinal celular (NELSON; COX, 2014).</p><p>Curiosidades:</p><p>Você sabia que os glicoconjugados estão envolvidos com a sinalização</p><p>descoberta em hemácias (glóbulos vermelhos) envelhecidas?</p><p>Sim, as hemácias jovens têm, em sua superfície, glicoproteínas cuja</p><p>extremidade é rica em ácido siálico. Quando tais células envelhecem,</p><p>suas glicoproteínas perdem esse ácido e passam a expressar, em sua</p><p>extremidade, a galactose. Esse monossacarídeo é reconhecido por</p><p>receptores do fígado, que então capturam e removem da circulação as</p><p>hemácias ‘velhas’.</p><p>Dosagem de glicose sanguínea no diagnóstico e no tratamento do diabetes</p><p>A glicose é o principal combustível para o cérebro. Quando a quantidade de glicose que</p><p>chega até o cérebro é muito baixa, as consequências podem ser desastrosas: letargia,</p><p>coma, dano cerebral permanente e morte. Com a evolução, os animais desenvolveram</p><p>mecanismos hormonais complexos para garantir que a concentração de glicose no sangue</p><p>permaneça alta o suficiente (aproximadamente 5 mM) para satisfazer as necessidades</p><p>cerebrais, mas não alta demais, já que níveis elevados de glicose no sangue também podem</p><p>ter consequências fisiológicas sérias.</p><p>Os indivíduos com diabetes melito dependente de insulina não produzem</p><p>insulina suficiente, o hormônio que normalmente atua para a redução da</p><p>concentração de glicose no sangue, e, se o diabetes não for tratado, os níveis</p><p>de glicose sanguínea nesses indivíduos podem elevar-se, ficando algumas</p><p>vezes maiores do que o normal. Acredita-se que esses altos níveis de glicose</p><p>sejam pelo menos uma das causas das sérias consequências de longo prazo</p><p>no diabetes não tratado – insuficiência renal, doenças cardiovasculares,</p><p>cegueira e cicatrização debilitada –, de modo que um dos objetivos da</p><p>terapia é prover exatamente a quantidade de insulina suficiente (por injeção)</p><p>para manter os níveis de glicose próximos do normal. Para manter o balanço</p><p>correto entre exercício, dieta e insulina para cada indivíduo, a concentração</p><p>de glicose sanguínea deve ser dosada algumas vezes ao dia, e a quantidade</p><p>de insulina injetada deve ser ajustada de modo apropriado.</p><p>NOTA</p><p>NOTA</p><p>119</p><p>As concentrações de glicose no sangue e na urina podem ser determinadas por meio de</p><p>um ensaio simples para açúcares redutores, como a reação de Fehling, que por muitos anos</p><p>foi o teste diagnóstico padrão para diabetes. Dosagens modernas precisam de apenas uma</p><p>gota de sangue, que é adicionada a uma fita de teste contendo a enzima glicose-oxidase.</p><p>Uma segunda enzima, uma peroxidase, catalisa a reação do H2O2 com um composto</p><p>incolor gerando um produto colorido, quantificado com um fotômetro simples que mostra</p><p>a concentração de glicose no sangue.</p><p>Como os níveis de glicose sanguínea variam com os períodos de refeição e exercício,</p><p>essas dosagens em momentos específicos não refletem a glicose sanguínea média ao</p><p>longo de horas ou dias, de modo que elevações perigosas podem passar despercebidas.</p><p>A concentração de média glicose pode ser estimada pelo seu efeito na hemoglobina, a</p><p>proteína carreadora de oxigênio dos eritrócitos. Transportadores na membrana dos</p><p>eritrócitos equilibram a concentração de glicose intracelular e plasmática, de modo que a</p><p>hemoglobina está constantemente exposta à concentração de glicose presente no sangue,</p><p>qualquer que seja essa concentração. Uma reação não enzimática ocorre entre a glicose e</p><p>os grupos amino primários da hemoglobina. A velocidade desse processo é proporcional à</p><p>concentração de glicose; por isso, essa reação pode ser usada como base para a estimativa</p><p>do nível médio de glicose sanguínea ao longo de semanas.</p><p>A quantidade de hemoglobina glicada (HbG) circulante em qualquer momento reflete a</p><p>concentração de glicose sanguínea média durante o “período de vida” do eritrócito (cerca</p><p>de 120 dias), embora a concentração das últimas duas semanas seja a mais importante na</p><p>determinação</p><p>do nível de HbG.</p><p>FONTE: Adaptado de Nelson e Cox (2014, p. 280-281)</p><p>120</p><p>RESUMO DO TÓPICO 5</p><p>Neste tópico, você adquiriu certos aprendizados, como:</p><p>• Os açúcares (também chamados de sacarídeos) são compostos que contêm um</p><p>grupo aldeído ou cetona e dois ou mais grupos hidroxila.</p><p>• Os monossacarídeos comumente formam hemiacetais ou hemicetais internos, nos</p><p>quais o grupo aldeído ou cetona se une a um grupo hidroxila da mesma molécula,</p><p>criando uma estrutura cíclica.</p><p>• Oligossacarídeos são polímeros curtos, com alguns monossacarídeos unidos por ligações</p><p>glicosídicas. Em uma das extremidades da cadeia, a extremidade redutora está uma unidade</p><p>de monossacarídeo com seu carbono anomérico não envolvido em uma ligação glicosídica.</p><p>• Os polissacarídeos (glicanos) servem para o armazenamento de combustível como</p><p>componentes estruturais da parede celular e da matriz extracelular.</p><p>• Os homopolissacarídeos amido e glicogênio armazenam combustível em células</p><p>vegetais, animais e bacterianas.</p><p>• Os homopolissacarídeos celulose, quitina e dextrana têm funções estruturais. A</p><p>celulose, composta por resíduos de D-glicose em ligações (b1S4), garante força e</p><p>rigidez à parede celular de plantas. A quitina, um polímero de N-acetilglicosamina</p><p>com ligações (b1S4), fortalece o exoesqueleto de artrópodes. A dextrana forma um</p><p>revestimento aderente ao redor de certas bactérias.</p><p>• Os glicosaminoglicanos são heteropolissacarídeos extracelulares nos quais uma</p><p>das duas unidades de monossacarídeo é um ácido urônico. Esses polímeros (ácido</p><p>hialurônico, sulfato de condroitina, dermatan-sulfato e queratan-sulfato) garantem</p><p>à</p><p>matriz extracelular viscosidade, adesão e resistência à compressão.</p><p>• Os proteoglicanos são glicoconjugados nos quais um ou mais glicanos grandes,</p><p>chamados de glicosaminoglicanos sulfatados (heparan-sulfato, sulfato de condroitina,</p><p>dermatan-sulfato ou queratan-sulfato) estão covalentemente ligados a uma</p><p>proteína central. Eles fornecem pontos de adesão, reconhecimento e transferência</p><p>de informação entre as células ou entre as células e a matriz extracelular.</p><p>• Muitas proteínas extracelulares ou da superfície celular são glicoproteínas, assim</p><p>como a maioria das proteínas secretadas. Os oligossacarídeos covalentemente</p><p>ligados influenciam o enovelamento e a estabilidade das proteínas, fornecem</p><p>informações cruciais sobre o destino de proteínas recentemente sintetizadas e</p><p>permitem o reconhecimento específico por outras proteínas.</p><p>121</p><p>1 Os polissacarídeos são macromoléculas  formados pela união de muitos</p><p>monossacarídeos. Estes compostos apresentam uma massa molecular muito elevada</p><p>que depende do número de unidades de monossacarídeos que se unem. Podem</p><p>ser hidrolisados em polissacarídeos menores, assim como em  dissacarídeos  ou</p><p>monossacarídeos mediante a ação de determinadas enzimas. Nos organismos, os</p><p>polissacarídeos são classificados em dois grupos dependendo da função biológica que</p><p>exercem. Um importante polissacarídeo é a heparina. A heparina é um anticoagulante,</p><p>produzido de forma natural no nosso organismo. As células que produzem heparina</p><p>são ____________________. A heparina é um polissacarídeo classificada</p><p>como ____________________.</p><p>A alternativa que preenche corretamente as lacunas é, respectivamente:</p><p>a) ( ) Fibroblastos, Heteropolissacarídeos.</p><p>b) ( ) Mastócitos, Homopolissacarídeos.</p><p>c) ( ) Fibroblastos, Homopolissacarídeos.</p><p>d) ( ) Mastócitos, Heteropolissacarídeos.</p><p>e) ( ) Macrófagos, Heteropolissacarídeo.</p><p>2 Os monossacarídeos são os carboidratos mais simples, em que o número de átomos</p><p>de carbono pode variar de cinco, como nas pentoses, a seis carbonos, como nas</p><p>hexoses. Os dissacarídeos são associações de dois monossacarídeos, enquanto que</p><p>os polissacarídeos possuem muitos carboidratos do tipo monossacarídeo. Levando</p><p>em consideração o que foi estudado acerca destes compostos, analise a seguinte</p><p>figura:</p><p>FIGURA – EXEMPLOS DE CARBOIDRATOS</p><p>AUTOATIVIDADE</p><p>FONTE: A autora</p><p>Com relação à classificação destes carboidratos, marque com V as sentenças verdadeiras</p><p>e com F as falsas.</p><p>https://pt.wikipedia.org/wiki/Macromol%C3%A9cula</p><p>https://pt.wikipedia.org/wiki/Composto_qu%C3%ADmico</p><p>https://pt.wikipedia.org/wiki/Massa_molecular</p><p>https://pt.wikipedia.org/wiki/Dissacar%C3%ADdeo</p><p>https://pt.wikipedia.org/wiki/Enzima</p><p>https://pt.wikipedia.org/wiki/Organismo</p><p>122</p><p>( ) A glicose é um monossacarídeo, se trata de uma hexose, e seu grupamento químico</p><p>é um aldeído.</p><p>( ) A frutose é uma pentose, também se trata de um monossacarídeo, no entanto,</p><p>difere da glicose por apresentar o grupamento do tipo cetona.</p><p>( ) Manose se trata de uma pentose do tipo aldeído, assim como a frutose.</p><p>( ) A galactose é um dissacarídeo, que forma a lactose, “açúcar do leite”, se trata de</p><p>uma hexose, pois possui seis carbonos centrais e seu grupamento é o aldeído.</p><p>Agora, assinale a alternativa CORRETA:</p><p>a) ( ) V – F – V – F.</p><p>b) ( ) V – F – F – V.</p><p>c) ( ) V – F – F – F.</p><p>d) ( ) F – V – V – F.</p><p>e) ( ) F – F – V – V.</p><p>123</p><p>NUCLEOTÍDEOS E ÁCIDOS NUCLEICOS</p><p>1 INTRODUÇÃO</p><p>Nucleotídeos apresentam uma variedade de funções no metabolismo celular.</p><p>Eles são a moeda energética nas transações metabólicas; são as ligações químicas</p><p>essenciais nas respostas da célula a hormônios e a outros estímulos extracelulares;</p><p>também são os componentes estruturais de uma estrutura ordenada de cofatores</p><p>enzimáticos e intermediários metabólicos. E, por último, mas não menos importante,</p><p>são os constituintes dos ácidos nucleicos: ácido desoxirribonucleico (DNA) e ácido</p><p>ribonucleico (RNA), os repositórios moleculares da informação genética. A estrutura de</p><p>cada proteína – e, em última análise, de cada biomolécula e componente celular – é o</p><p>produto da informação programada na sequência nucleotídica dos ácidos nucleicos da</p><p>célula. A capacidade de armazenar e transmitir a informação genética de uma geração</p><p>à outra é uma condição fundamental para a vida (NELSON; COX, 2014).</p><p>Os ácidos nucleicos são assim chamados por seu caráter ácido e por terem sido</p><p>originalmente descobertos no núcleo das células. A partir da década de 1940, os ácidos</p><p>nucleicos passaram a ser intensivamente estudados, pois foi descoberto que eles</p><p>formam os genes responsáveis pela herança biológica (RODWELL; MURRAY; GRANNER,</p><p>2017).</p><p>A sequência de aminoácidos de cada proteína na célula e a sequência</p><p>nucleotídica de cada RNA são especificadas pela sequência nucleotídica do DNA da</p><p>célula. Um segmento de uma molécula de DNA que contém a informação necessária</p><p>para a síntese de um produto biologicamente funcional, seja proteína ou RNA, é</p><p>denominado gene. Uma célula costuma ter muitos milhares de genes, e moléculas de</p><p>DNA, não surpreendentemente, tendem a ser muito grandes. O armazenamento e a</p><p>transferência da informação biológica são as únicas funções conhecidas do DNA. O RNA</p><p>tem uma ampla variedade de funções e muitas classes são encontradas nas células</p><p>(NELSON; COX, 2014).</p><p>Este tópico fornecerá a você, acadêmico, uma visão geral da natureza química</p><p>dos nucleotídeos e ácidos nucleicos encontrados na maioria das células.</p><p>2 ESTRUTURA DOS NUCLEOTÍDEOS E NUCLEOSÍDEOS</p><p>Os nucleotídeos apresentam três componentes característicos: (1) uma base</p><p>nitrogenada (contendo nitrogênio); (2) uma pentose; e (3) um ou mais fosfatos. A</p><p>molécula sem o grupo fosfato é denominada nucleosídeo (Figura 26).</p><p>UNIDADE 2 TÓPICO 6 -</p><p>124</p><p>FIGURA 26 – ESTRUTURA DOS NUCLEOTÍDEOS E NUCLEOSÍDEO</p><p>FONTE: A autora</p><p>As bases nitrogenadas são derivadas de dois compostos relacionados: a</p><p>pirimidina e a purina. As bases e as pentoses dos nucleotídeos comuns são compostos</p><p>heterocíclicos.</p><p>A base de um nucleotídeo é ligada covalentemente por uma ligação N-b-</p><p>glicosídica ao carbono 19 da pentose, e o fosfato é esterifi cado no carbono 59. A ligação</p><p>N-b-glicosídica é formada pela remoção dos elementos de água (um grupo hidroxila</p><p>da pentose e o hidrogênio da base), como na formação da ligação O-glicosídica. Tanto</p><p>o DNA quanto o RNA contêm duas bases púricas principais: adenina (A) e guanina</p><p>(G), e duas pirimídicas. No DNA e no RNA, uma das pirimidinas é a citosina (C), mas a</p><p>segunda pirimidina não é a mesma nos dois: é a timina (T) no DNA e a uracila (U) no</p><p>RNA. As estruturas das cinco principais bases estão mostradas na Figura 27 (RODWELL;</p><p>MURRAY; GRANNER, 2017).</p><p>FIGURA 27 – PRINCIPAIS BASES PÚRICAS E PIRIMÍDICAS DOS ÁCIDOS NUCLEICOS</p><p>FONTE: Rodwell, Murray e Granner (2017, p. 178)</p><p>125</p><p>Os ácidos nucleicos são constituídos por duas pentoses. Se o açúcar em questão</p><p>é a ribose, teremos um ribonucleosídeo, característico do RNA. Se o açúcar em questão</p><p>é a desoxirribose, teremos um desoxirribonucleosídeo, característico do DNA.</p><p>3 LIGAÇÕES FOSFODIÉSTERES</p><p>Os nucleotídeos consecutivos de ambos DNA e RNA são ligados covalentemente</p><p>por “pontes” de grupos fosfato, nas quais o grupo 59-fosfato de uma unidade</p><p>nucleotídica é ligado ao grupo 39-hidroxila do próximo nucleotídeo, criando uma</p><p>ligação fosfodiéster (Figura 28). Portanto, o esqueleto covalente dos ácidos nucleicos</p><p>consiste em fosfatos e resíduos de pentose alternados, e as bases nitrogenadas podem</p><p>ser consideradas como grupos laterais ligados ao esqueleto em intervalos regulares. O</p><p>esqueleto do DNA e do RNA são hidrofílicos. Os grupos hidroxila dos resíduos de açúcar</p><p>formam ligações de hidrogênio com a água. Os grupos fosfato, com um pKa próximo</p><p>a 0, são completamente ionizados e carregados negativamente em pH 7, e as cargas</p><p>negativas são, de um modo geral, neutralizadas pelas interações iônicas com cargas</p><p>positivas nas proteínas, nos íons metálicos e nas poliaminas (NELSON; COX, 2014).</p><p>FIGURA 28 – LIGAÇÕES FOSFODIÉSTER NO ESQUELETO COVALENTE DO DNA E DO RNA</p><p>FONTE: Nelson e Cox (2014, p. 285)</p><p>126</p><p>4 ESTRUTURA DOS ÁCIDOS NUCLEICOS</p><p>A descoberta da estrutura do DNA por Watson e Crick, em 1953, deu origem</p><p>a disciplinas completamente novas e influenciou o rumo de muitas já estabelecidas.</p><p>Agora, abordaremos algumas características particulares presentes no DNA e no RNA.</p><p>4.1 CARACTERÍSTICAS DO DNA</p><p>O DNA foi inicialmente isolado e caracterizado por Friedrich Miescher, em</p><p>1868. Ele chamou a substância contendo fósforo de “nucleína”. Até os anos de 1940,</p><p>com o trabalho de Oswald T. Avery, Colin MacLeod e Maclyn McCarty, não existia uma</p><p>evidência convincente de que o DNA fosse o material genético. Avery e seus colegas</p><p>descobriram que DNA extraído de uma linhagem virulenta (patogênica) da bactéria</p><p>Streptococcus pneumoniae, e injetado em uma linhagem não virulenta da mesma</p><p>bactéria, transformava a linhagem não virulenta em virulenta. Eles concluíram que o</p><p>DNA da linhagem virulenta carregava a informação genética para virulência. Então, em</p><p>1952, experimentos de Alfred D. Hershey e Martha Chase, que estudaram a infecção</p><p>de células bacterianas por um vírus (bacteriófago), com DNA ou proteína marcados</p><p>radioativamente, acabaram com qualquer dúvida remanescente de que o DNA, e não</p><p>a proteína, portava a informação genética. Outra pista importante para a estrutura</p><p>do DNA veio do trabalho de Erwin Chargaff e seus colegas, no final dos anos 1940.</p><p>Eles descobriram que as quatro bases nucleotídicas do DNA eram encontradas em</p><p>proporções diferentes nos DNAs de organismos diferentes e que as quantidades de</p><p>certas bases estavam relacionadas (NELSON; COX, 2014).</p><p>James Watson e Francis Crick contaram com essas informações acumuladas</p><p>sobre o DNA para deduzir sua estrutura. Em 1953, eles postularam o modelo tridimensional</p><p>da estrutura do DNA que levava em consideração todos os dados disponíveis. O modelo</p><p>consiste em duas cadeias de DNA helicoidais enroladas em torno do mesmo eixo para</p><p>formar uma dupla hélice de orientação à direita.</p><p>O DNA é uma molécula extremamente flexível, em que entre as bases</p><p>nitrogenadas adenima e timina observamos a presença de duas ligações de hidrogênio,</p><p>enquanto no pareamento de citocina e guanina, percebemos a presença de três ligações</p><p>de hidrogênio.</p><p>5 CARACTERÍSTICAS DOS RNAS</p><p>Agora o foco será a expressão da informação genética que o DNA contém. O</p><p>RNA, a segunda maior forma de ácidos nucleicos nas células, tem muitas funções. Na</p><p>expressão gênica, o RNA atua como intermediário pelo uso da informação codificada no</p><p>DNA para especificar a sequência de aminoácidos da proteína funcional. Uma vez que</p><p>127</p><p>o DNA de eucariotos é basicamente confinado no núcleo, enquanto a síntese proteica</p><p>ocorre nos ribossomos no citoplasma, alguma outra molécula que não o DNA deve</p><p>carregar a mensagem genética do núcleo para o citoplasma. Já por volta da década de</p><p>1950, o RNA foi considerado o candidato lógico: o RNA é encontrado tanto no núcleo</p><p>quanto no citoplasma e um aumento na síntese proteica é acompanhado por um</p><p>aumento na quantidade de RNA citoplásmico e um aumento da sua taxa de renovação.</p><p>Essas e outras observações levaram vários pesquisadores a sugerir que o RNA carrega</p><p>a informação genética do DNA para a maquinaria biossintética proteica do ribossomo</p><p>(RODWELL; MURRAY; GRANNER, 2017).</p><p>Em 1961, François Jacob e Jacques Monod apresentaram uma descrição</p><p>consistente de muitos aspectos desse processo. Eles propuseram o nome “RNA</p><p>mensageiro” (mRNA) para aquela porção do RNA celular total que carrega a informação</p><p>genética do DNA para os ribossomos, em que os mensageiros fornecem os moldes que</p><p>especificam as sequências de aminoácidos nas cadeias polipeptídicas. O processo de</p><p>formação de um mRNA a partir de um molde de DNA é conhecido como transcrição</p><p>(NELSON; COX, 2014).</p><p>Além do RNA mensageiro, existem também o RNA ribossômico e RNA</p><p>transportador. O RNA ribossômico participa da constituição dos ribossomos e são</p><p>armazenados no núcleo da célula, em uma região denominada de nucléolo. Já o RNA</p><p>transportador transporta os aminoácidos até o local da síntese de proteínas na Tradução.</p><p>6 A QUÍMICA DO ÁCIDO NUCLEICO</p><p>O papel do DNA como repositório da informação genética depende em parte</p><p>da sua estabilidade inerente. As transformações químicas que ocorrem geralmente são</p><p>muito lentas na ausência de um catalisador enzimático. Entretanto, o armazenamento de</p><p>longo prazo da informação inalterada é tão importante para a célula que mesmo reações</p><p>muito lentas, que alteram a estrutura do DNA, podem ser fisiologicamente significativas.</p><p>Processos como carcinogênese e envelhecimento podem estar intimamente ligados ao</p><p>acúmulo lento e irreversível de alterações no DNA. Outras alterações, não destrutivas,</p><p>também ocorrem e são essenciais para a função, como a separação das cadeias que</p><p>deve preceder a replicação do DNA ou a transcrição. Além de proporcionar maior</p><p>compreensão dos processos fisiológicos, nosso conhecimento da química dos ácidos</p><p>nucleicos nos concedeu um conjunto poderoso de tecnologias que tem aplicações em</p><p>biologia molecular, na medicina e na ciência forense (NELSON; COX, 2014).</p><p>128</p><p>RESUMO DO TÓPICO 67 OUTRAS FUNÇÕES DOS NUCLEOTÍDEOS</p><p>Além das suas funções como subunidades dos ácidos nucleicos, os nucleotídeos</p><p>têm uma variedade de outras funções em cada célula: como carreadores de energia,</p><p>componentes de cofatores enzimáticos e mensageiros químicos. Podemos citar</p><p>algumas funções relacionadas ao nucleotídeo:</p><p>• os nucleotídeos carregam energia química nas células;</p><p>• nucleotídeos da adenina são componentes de muitos cofatores enzimáticos;</p><p>• alguns nucleotídeos são moléculas reguladoras.</p><p>129</p><p>RESUMO DO TÓPICO 6</p><p>Neste tópico, você adquiriu certos aprendizados, como:</p><p>• Um nucleotídeo é constituído por uma base nitrogenada (purina ou pirimidina), um</p><p>açúcar pentose e um ou mais grupos fosfato. Os ácidos nucleicos são polímeros de</p><p>nucleotídeos, unidos por ligações fosfodiéster entre o grupo 59-hidroxila de uma</p><p>pentose e o grupo 39-hidroxila da próxima pentose.</p><p>• Existem dois tipos de ácidos nucleicos: RNA e DNA.</p><p>• Os nucleotídeos no RNA contêm ribose e as bases pirimídicas comuns são a uracila e</p><p>a citosina.</p><p>• No DNA, os nucleotídeos contêm 29-desoxirribose e as bases pirimídicas comuns</p><p>são a timina e a citosina. As purinas primárias são adenina e guanina tanto no RNA</p><p>quanto no DNA.</p><p>• Muitas linhas de evidência demonstram que o DNA carrega a informação genética.</p><p>• Alguns dos primeiros indícios vieram do experimento de Avery-MacLeod-McCarty,</p><p>o qual demonstrou que o DNA isolado de uma linhagem bacteriana pode entrar em</p><p>células de outra linhagem e transformá-las, dotando-as com algumas características</p><p>hereditárias do doador.</p><p>• O RNA mensageiro transfere a informação genética do DNA para os ribossomos para</p><p>a síntese proteica.</p><p>• O RNA transportador e o RNA ribossômico também estão envolvidos na síntese</p><p>proteica.</p><p>• O ATP é o carregador central de energia química nas células. A presença de uma</p><p>porção adenosina em uma variedade de cofatores enzimáticos pode ser relacionada</p><p>às necessidades de energia de ligação.</p><p>130</p><p>Através dessa sequência de perguntas e respostas, observe a importância dos ácidos</p><p>nucleicos.</p><p>Ex.: Como a célula realiza suas funções?</p><p>R.: Através de reações químicas.</p><p>Quem catalisa essas reações?</p><p>R.: As enzimas.</p><p>Quimicamente, o que são enzimas?</p><p>R.: Proteínas.</p><p>Quem comanda a síntese das proteínas?</p><p>R.: Os A.N. Logo, sem A.N. as células não receberiam de suas antecessoras as</p><p>informações genéticas para orientar a síntese das enzimas certas capazes de</p><p>catalisar as reações responsáveis pelo tipo de atividades a ser desenvolvida por cada</p><p>tipo de célula.</p><p>Agora, responda:</p><p>1 Quais as funções dos ácidos nucleicos?</p><p>2 Diferencie DNA e RNA.</p><p>3 O que é um nucleotídeo? E um nucleosídeo?</p><p>AUTOATIVIDADE</p><p>131</p><p>LIPÍDIOS</p><p>1 INTRODUÇÃO</p><p>Os lipídios biológicos são um grupo de compostos quimicamente diversos,</p><p>cuja característica em comum que os define é a insolubilidade em água. As funções</p><p>biológicas dos lipídios são tão diversas quanto a sua química. Gorduras e óleos são as</p><p>principais formas de armazenamento de energia em muitos organismos. Os fosfolipídios</p><p>e os esteróis são os principais elementos estruturais das membranas biológicas. Outros</p><p>lipídios, embora presentes em quantidades relativamente pequenas, desempenham</p><p>papéis cruciais como cofatores enzimáticos, transportadores de elétrons, pigmentos</p><p>fotossensíveis, âncoras hidrofóbicas para proteínas, chaperonas para auxiliar no</p><p>enovelamento de proteínas de membrana, agentes emulsificantes no trato digestivo,</p><p>hormônios e mensageiros intracelulares (NELSON; COX, 2014).</p><p>Este tópico apresentará os lipídios mais representativos de cada um dos tipos</p><p>de lipídios, organizados de acordo com suas funções, com ênfase na estrutura química</p><p>e nas propriedades físicas.</p><p>2 LIPÍDIOS DE ARMAZENAMENTO</p><p>As gorduras e os óleos utilizados de modo quase universal como formas de</p><p>armazenamento de energia nos organismos vivos são derivados de ácidos graxos.</p><p>Os ácidos graxos são derivados de hidrocarbonetos, com estado de oxidação quase</p><p>tão baixo (ou seja, altamente reduzido) quanto os hidrocarbonetos nos combustíveis</p><p>fósseis. A oxidação celular de ácidos graxos (a CO2 e H2O), assim como a combustão</p><p>controlada e rápida de combustíveis fósseis em motores de combustão interna, é</p><p>altamente exergônica (RODWELL; MURRAY; GRANNER, 2017).</p><p>Mas o que é uma reação exergônica? São reações que liberam energia para o</p><p>trabalho celular a partir do potencial de degradação dos nutrientes orgânicos.</p><p>Os ácidos graxos representam o grupo mais abundante de lipídios e são derivados</p><p>dos ácidos carboxílicos (COOH). Possuem de 4 a 24 átomos de carbono e podem ser</p><p>chamados de lipídios saponificáveis, porque a reação destes com uma solução quente</p><p>de hidróxido de sódio produz o correspondente sal sódico do ácido carboxílico, isto é, o</p><p>sabão.</p><p>UNIDADE 2 TÓPICO 7 -</p><p>132</p><p>Ácidos graxos podem ser classificados em saturados e insaturados. Os saturados</p><p>geralmente estão no estado sólido e são armazenados no interior de células de gordura</p><p>chamadas de adipócitos. Os ácidos graxos insaturados geralmente estão no estado</p><p>líquido e faltam alguns átomos de hidrogênio em sua molécula e, por isso, ocorre uma</p><p>ligação dupla entre os átomos de carbono. Nos saturados essa ligação é simples.</p><p>Você sabia?</p><p>Existe um tipo de gordura formada por um processo químico (hidrogenação),</p><p>no qual óleos vegetais líquidos são transformados em ácido graxo trans, uma</p><p>gordura sólida. Essa gordura é muito prejudicial, pois além de aumentar os</p><p>níveis de Lipoproteína de baixa densidade LDL, acaba diminuindo os níveis</p><p>de Lipoproteína de alta densidade HDL. Similar à gordura saturada, na</p><p>gordura trans os átomos de hidrogênio estão dispostos transversalmente</p><p>(na diagonal), e não em paralelo, como ocorre nos ácidos graxos encontrados</p><p>na natureza. Daí vem o nome trans.</p><p>NOTA</p><p>Os lipídios mais simples construídos a partir de ácidos graxos são os</p><p>triacilgliceróis, também chamados de triglicerídeos, gorduras ou gorduras neutras.</p><p>Os triacilgliceróis são compostos por três ácidos graxos, cada um em ligação éster com</p><p>uma molécula de glicerol (Figura 29). Aqueles que contêm o mesmo tipo de ácido graxo</p><p>em todas as três posições são chamados de triacilgliceróis simples, e sua nomenclatura</p><p>é derivada do ácido graxo que contêm. A maioria dos triacilgliceróis de ocorrência natural</p><p>é mista, pois contém dois ou três ácidos graxos diferentes. Os lipídios têm densidades</p><p>específicas mais baixas do que a água, o que explica por que as misturas de óleo e água</p><p>(por ex., tempero de salada com azeite e vinagre) têm duas fases: o óleo, com densidade</p><p>específica mais baixa, flutua sobre a fase aquosa (NELSON; COX, 2014).</p><p>As ceras biológicas são ésteres de ácidos graxos saturados e insaturados de cadeia</p><p>longa (C14 a C36) com álcoois de cadeia longa (C16 a C30). No plâncton, microrganismos</p><p>de vida livre na base da cadeia alimentar dos animais marinhos, as ceras são a principal</p><p>forma de armazenamento de combustível metabólico. As ceras também servem para uma</p><p>diversidade de outras funções relacionadas as suas propriedades impermeabilizantes e sua</p><p>consistência firme. Certas glândulas da pele de vertebrados secretam ceras para proteger</p><p>os pelos e a pele e mantê-los flexíveis, lubrificados e impermeáveis. As aves, particularmente</p><p>as aquáticas, secretam ceras por suas glândulas uropigiais para manter suas penas</p><p>impermeáveis à água. As folhas lustrosas do azevinho, do rododendro, da hera venenosa</p><p>e de muitas outras plantas tropicais são cobertas por uma camada grossa de ceras, que</p><p>impede a evaporação excessiva de água e as protege contra parasitas. As ceras biológicas</p><p>têm várias aplicações em indústrias como a farmacêutica, a cosmética, entre outras. A</p><p>lanolina (da lã de cordeiro), a cera de abelha, a cera de carnaúba (palmeira brasileira) e a cera</p><p>extraída do óleo do cachalote (espécie de baleia) são amplamente utilizadas na manufatura</p><p>de loções, pomadas e polidores (NELSON; COX, 2014).</p><p>133</p><p>FIGURA 29 – O GLICEROL E UM TRIACILGLICEROL</p><p>FONTE: Nelson e Cox (2014, p. 360)</p><p>360 D AV I D L . N E L S O N & M I C H A E L M . COX</p><p>Os triacilgliceróis são ésteres de ácidos graxos do glicerol</p><p>Os lipídeos mais simples construídos a partir de ácidos gra-</p><p>xos são os triacilgliceróis, também chamados de trigli-</p><p>cerídeos, gorduras ou gorduras neutras. Os triacilgliceróis</p><p>são compostos por três ácidos graxos, cada um em ligação</p><p>éster com uma molécula de glicerol (Figura 10-3). Aque-</p><p>les que contêm o mesmo tipo de ácido graxo em todas as</p><p>três posições são chamados de triacilgliceróis simples, e sua</p><p>nomenclatura é derivada do ácido graxo que contêm. Os</p><p>triacilgliceróis simples de 16:0, 18:0 e 18:1, por exemplo,</p><p>são tripalmitina, triestearina e trioleína, respectivamente.</p><p>A maioria dos triacilgliceróis de ocorrência natural é mista,</p><p>pois contém dois ou três ácidos graxos diferentes. Para dar</p><p>nome a esses compostos sem gerar ambiguidade, o nome e</p><p>a posição de cada ácido graxo devem ser especificados.</p><p>Como as hidroxilas polares do glicerol e os carboxila-</p><p>tos polares dos ácidos graxos estão em ligações éster, os</p><p>triacilgliceróis são moléculas apolares, hidrofóbicas, essen-</p><p>cialmente insolúveis em água. Os lipídeos têm densidades</p><p>específicas mais baixas do que a água, o que explica por que</p><p>as misturas de óleo e água (p. ex., tempero de salada com</p><p>azeite e vinagre) têm duas fases: o óleo, com densidade es-</p><p>pecífica mais baixa, flutua sobre a fase aquosa.</p><p>Os triacilgliceróis armazenam energia e proporcionam</p><p>isolamento térmico</p><p>Na maioria das células eucarióticas, os triacilgliceróis for-</p><p>mam uma fase separada de gotículas microscópicas de óleo</p><p>no citosol aquoso, servindo como depósitos de combustível</p><p>metabólico. Em vertebrados, os adipócitos (células especia-</p><p>lizadas) armazenam grandes quantidades de triacilgliceróis</p><p>em gotículas de gordura que quase preenchem a célula (Fi-</p><p>gura 10-4a). Os triacilgliceróis também são armazenados</p><p>como óleos nas sementes de vários tipos de plantas, for-</p><p>necendo energia e precursores biossintéticos durante a</p><p>germinação da semente (Figura 10-4b). Os adipócitos e as</p><p>sementes em germinação contêm lipases, enzimas que ca-</p><p>talisam a hidrólise dos triacilgliceróis armazenados, liberan-</p><p>do ácidos graxos para serem transportados para os locais</p><p>onde são necessários como combustível.</p><p>Existem duas vantagens significativas em se usar tria-</p><p>cilgliceróis para o armazenamento de combustível em vez</p><p>de polissacarídeos, como o glicogênio e o amido. Primeiro,</p><p>os átomos de carbono dos ácidos graxos estão mais reduzi-</p><p>C</p><p>O</p><p>O</p><p>CH2</p><p>1 3</p><p>2</p><p>O</p><p>CO</p><p>H</p><p>CH2</p><p>O C</p><p>O</p><p>1-estearoil, 2-linoleoil, 3-palmitoil glicerol,</p><p>um triacilglicerol misto</p><p>Glicerol</p><p>HO</p><p>CH2</p><p>OH</p><p>H</p><p>CH2</p><p>OHC</p><p>C</p><p>1 3</p><p>2</p><p>FIGURA 103 O glicerol e um triacilglicerol. O triacilglicerol misto mos-</p><p>trado aqui tem três ácidos graxos diferentes</p><p>ligados à cadeia do glicerol.</p><p>Quando o glicerol apresenta ácidos graxos diferentes em C-1 e C-3, o C-2 é</p><p>um centro quiral (p. 17).</p><p>125 mm(a)</p><p>3 mm(b)</p><p>FIGURA 104 Depósitos de gordura nas células. (a) Secção transversal</p><p>de tecido adiposo branco de humanos. Cada célula contém uma gotícula</p><p>de gordura (branco) tão grande que espreme o núcleo (corado em verme-</p><p>lho) contra a membrana plasmática. (b) Secção transversal de uma célula de</p><p>cotilédone de uma semente da planta Arabidopsis. As estruturas grandes e</p><p>escuras são corpos proteicos, que estão rodeados por gordura de armazena-</p><p>mento nos corpos oleosos, de coloração clara.</p><p>Nelson_6ed_book.indb 360 Nelson_6ed_book.indb 360 02/04/14 18:4502/04/14 18:45</p><p>3 LIPÍDIOS ESTRUTURAIS DE MEMBRANA</p><p>A característica central na arquitetura das membranas biológicas é uma dupla</p><p>camada de lipídios que atua como barreira à passagem de moléculas polares e íons. Os</p><p>lipídios de membrana são anfipáticos: uma extremidade da molécula é hidrofóbica e a</p><p>outra é hidrofílica. Suas interações hidrofóbicas entre si e suas interações hidrofílicas</p><p>com a água direcionam o seu empacotamento em camadas, chamadas de bicamadas de</p><p>membrana. Existem cinco tipos gerais de lipídios de membrana: glicerofosfolipídios, nos</p><p>quais as regiões hidrofóbicas são compostas por dois ácidos graxos ligados ao glicerol;</p><p>galactolipídios e sulfolipídios, que também contêm dois ácidos graxos esterificados com</p><p>o glicerol, mas não apresentam os fosfatos característicos dos fosfolipídios; lipídios</p><p>tetraéter em arquea, nos quais duas cadeias muito longas de alquilas estão unidas</p><p>por ligação éter ao glicerol em ambas as extremidades; esfingolipídios, nos quais um</p><p>134</p><p>único ácido graxo está ligado a uma amina graxa, a esfingosina; e esteróis, compostos</p><p>caracterizados por um sistema rígido de quatro anéis hidrocarbonados fusionados</p><p>(RODWELL; MURRAY; GRANNER, 2017).</p><p>Os esfingolipídios diferem dos fosfolipídios, pois nos esfingolipídios em vez</p><p>de ter o glicerol, eles são derivados de um amino álcool. Um dos esfingolipídios mais</p><p>importantes é a Esfingomielina, popularmente chamada de bainha de mielina, que</p><p>reveste o axônio dos neurônios.</p><p>4 LIPÍDIOS COMO SINAIS, COFATORES E PIGMENTOS</p><p>As duas classes funcionais de lipídios consideradas até agora são importantes</p><p>componentes celulares; os lipídios de membrana compõem de 5 a 10% da massa seca</p><p>da maioria das células, e os lipídios de armazenamento, mais de 80% da massa de um</p><p>adipócito. Com algumas exceções importantes, esses lipídios desempenham um papel</p><p>passivo na célula; os combustíveis lipídicos formam barreiras impermeáveis em volta</p><p>das células e dos compartimentos celulares (NELSON; COX, 2014).</p><p>Outro grupo de lipídios, presente em quantidades bem menores, tem papéis</p><p>ativos no tráfego metabólico como metabólitos e mensageiros. Alguns servem como</p><p>sinalizadores potentes – como hormônios, carregados no sangue de um tecido a outro,</p><p>ou como mensageiros intracelulares gerados em resposta a uma sinalização extracelular</p><p>(hormônio ou fator de crescimento). Outros funcionam como cofatores enzimáticos</p><p>em reações de transferência de elétrons nos cloroplastos e nas mitocôndrias, ou na</p><p>transferência de porções de açúcar em várias reações de glicosilação (NELSON; COX,</p><p>2014).</p><p>Um terceiro grupo consiste em lipídios com um sistema de ligações duplas</p><p>conjugadas: moléculas de pigmento que absorvem a luz visível. Alguns deles atuam</p><p>como pigmentos fotossensíveis na visão e na fotossíntese; outros produzem colorações</p><p>naturais, como o alaranjado das abóboras e cenouras e o amarelo das penas dos</p><p>canários. Finalmente, um grupo muito grande de lipídios voláteis produzidos nas plantas</p><p>serve de sinalizador, que é transportado pelo ar, permitindo às plantas comunicarem-se</p><p>umas com as outras, atraírem animais amigos e dissuadirem inimigos (NELSON; COX,</p><p>2014).</p><p>As prostaglandinas (PG) contêm um anel de cinco carbonos que se origina da</p><p>cadeia do ácido araquidônico. Seu nome deriva da glândula próstata, o tecido a partir</p><p>do qual elas foram isoladas pela primeira vez por Bengt Samuelsson e Sune Bergström.</p><p>As prostaglandinas apresentam diversas funções. Algumas estimulam a contração da</p><p>musculatura lisa do útero durante a menstruação e o trabalho de parto. Outras afetam</p><p>o fluxo sanguíneo a órgãos específicos, o ciclo sono-vigília e a sensibilidade de certos</p><p>135</p><p>tecidos a hormônios como a epinefrina e o glucagon. As prostaglandinas de um terceiro</p><p>grupo elevam a temperatura corporal (produzindo a febre) e causam inflamação e dor</p><p>(NELSON; COX, 2014).</p><p>Os tromboxanos têm um anel de seis membros que contém éter. São produzidos</p><p>pelas plaquetas (também chamadas de trombócitos) e atuam na formação dos coágulos</p><p>e na redução do fluxo sanguíneo no local do coágulo.</p><p>Os leucotrienos, encontrados pela primeira vez em leucócitos, contêm três</p><p>ligações duplas conjugadas e são poderosos sinalizadores biológicos. Por exemplo, o</p><p>leucotrieno D4, derivado do leucotrieno A4, induz a contração da musculatura lisa que</p><p>envolve as vias aéreas até o pulmão. A produção excessiva de leucotrienos causa a crise</p><p>de asma, e a síntese de leucotrienos é um dos alvos dos fármacos antiasmáticos, como</p><p>a prednisona. A forte contração da musculatura lisa dos pulmões que ocorre durante</p><p>o choque anafilático é parte da reação alérgica potencialmente fatal em indivíduos</p><p>hipersensíveis a ferroadas de abelha, penicilina ou outros agentes (NELSON; COX, 2014).</p><p>Os esteroides são derivados oxidados dos esteróis; eles têm o núcleo esterol,</p><p>mas não a cadeia alquila ligada ao anel D do colesterol. Os hormônios esteroides</p><p>circulam pela corrente sanguínea (em carreadores proteicos) do local onde foram</p><p>produzidos até os tecidos-alvo, onde entram nas células, ligam-se a receptores</p><p>proteicos altamente específicos no núcleo e causam mudanças na expressão gênica</p><p>e, portanto, no metabolismo. Como os hormônios têm afinidade muito alta por seus</p><p>receptores, concentrações muito baixas (nanomolar ou menos) são suficientes para</p><p>produzir respostas nos tecidos-alvo. Os principais grupos de hormônios esteroides</p><p>são os hormônios sexuais masculinos e femininos e os hormônios produzidos pelo</p><p>córtex suprarrenal, cortisol e aldosterona. A prednisona e a prednisolona são fármacos</p><p>esteroides com atividades anti-inflamatórias potentes, mediadas em parte pela inibição</p><p>da liberação do araquidonato pela fosfolipase A2 e pela consequente inibição da síntese</p><p>de leucotrienos, prostaglandinas e tromboxanos. Elas têm uma série de aplicações</p><p>médicas, incluindo o tratamento de asma e de artrite reumatoide (RODWELL; MURRAY;</p><p>GRANNER, 2017).</p><p>5 SEPARAÇÃO E ANÁLISE DE LIPÍDIOS</p><p>Como os lipídios são insolúveis em água, sua extração e seu posterior</p><p>fracionamento requerem o uso de solventes orgânicos e de algumas técnicas</p><p>pouco utilizadas na purificação de moléculas hidrossolúveis, como as proteínas e os</p><p>carboidratos. Em geral, misturas complexas de lipídios são separadas por diferenças</p><p>na polaridade ou na solubilidade em solventes apolares. Os lipídios que contêm ácidos</p><p>graxos ligados a éster ou amida podem ser hidrolisados pelo tratamento com ácido ou</p><p>base ou com enzimas hidrolíticas específicas (fosfolipases, glicosidases) para liberar</p><p>seus componentes para análise. Alguns métodos bastante utilizados nas análises de</p><p>lipídios são mostrados a partir da seguinte figura:</p><p>136</p><p>FIGURA 30 – PROCEDIMENTOS COMUNS NA EXTRAÇÃO, NA SEPARAÇÃO E NA IDENTIFICAÇÃO DE LIPÍ-</p><p>DIOS CELULARES</p><p>FONTE: Nelson e Cox (2014, p. 377)</p><p>Misturas complexas de lipídios dos tecidos podem ser fracionadas por</p><p>procedimentos cromatográficos com base nas diferentes polaridades de cada classe de</p><p>lipídio (NELSON; COX, 2014).</p><p>P R I N C Í P I O S D E B I O Q U Í M I C A D E L E H N I N G E R 377</p><p>RESUMO 10.3 Lipídeos como sinalizadores, cofatores e</p><p>pigmentos</p><p>c Alguns tipos de lipídeos, embora presentes em quanti-</p><p>dades relativamente baixas, desempenham papéis cru-</p><p>ciais como cofatores ou sinalizadores.</p><p>c O fosfatidilinositol-bifosfato</p><p>é hidrolisado para pro-</p><p>duzir dois mensageiros intracelulares, o diacilglicerol</p><p>e o inositol-1,4,5-trifosfato. O fosfatidilinositol-3,4,5-</p><p>-trifosfato é um ponto de nucleação para complexos</p><p>proteicos supramoleculares envolvidos na sinalização</p><p>biológica.</p><p>c As prostaglandinas, os tromboxanos e os leucotrienos</p><p>(os eicosanoides), derivados do araquidonato, são hor-</p><p>mônios extremamente potentes.</p><p>c Os hormônios esteroides, tal como os hormônios se-</p><p>xuais, são derivados dos esteróis. Servem como pode-</p><p>rosos sinalizadores biológicos, alterando a expressão</p><p>gênica nas células alvos.</p><p>c As vitaminas D, A, E e K são compostos lipossolúveis</p><p>constituídos por unidades de isopreno. Todos desempe-</p><p>nham papéis essenciais no metabolismo ou na fisiologia</p><p>dos animais. A vitamina D é precursora de um hormônio</p><p>que regula o metabolismo do cálcio. A vitamina A forne-</p><p>ce o pigmento fotossensível do olho dos vertebrados e é</p><p>um regulador da expressão gênica durante o crescimen-</p><p>to das células epiteliais. A vitamina E funciona na prote-</p><p>ção dos lipídeos de membrana contra o dano oxidativo,</p><p>e a vitamina K é essencial no processo de coagulação</p><p>sanguínea.</p><p>c As ubiquinonas e as plastoquinonas, também derivadas</p><p>de isoprenoides, são transportadores de elétrons nas</p><p>mitocôndrias e nos cloroplastos, respectivamente.</p><p>c Os dolicóis ativam e ancoram os açúcares às membra-</p><p>nas celulares; os grupos açúcar são então utilizados na</p><p>síntese de carboidratos complexos, glicolipídeos e gli-</p><p>coproteínas.</p><p>c Os dienos conjugados a lipídeos servem como pigmen-</p><p>tos nas flores e nos frutos e dão às penas das aves suas</p><p>cores vistosas.</p><p>c Os policetídeos são produtos naturais amplamente usa-</p><p>dos na medicina.</p><p>10.4 Trabalhando com lipídeos</p><p>Como os lipídeos são insolúveis em água, sua extração e</p><p>seu posterior fracionamento requerem o uso de solventes</p><p>orgânicos e de algumas técnicas pouco utilizadas na purifi-</p><p>cação de moléculas hidrossolúveis, como as proteínas e os</p><p>carboidratos. Em geral, misturas complexas de lipídeos são</p><p>separadas por diferenças na polaridade ou na solubilidade</p><p>em solventes apolares. Os lipídeos que contêm ácidos gra-</p><p>xos ligados a éster ou amida podem ser hidrolisados pelo</p><p>tratamento com ácido ou base ou com enzimas hidrolíticas</p><p>específicas (fosfolipases, glicosidases) para liberar seus</p><p>componentes para análise. Alguns métodos comumente</p><p>utilizados nas análises de lipídeos são mostrados na Figura</p><p>10-25 e discutidos a seguir.</p><p>A extração de lipídeos requer solventes orgânicos</p><p>Os lipídeos neutros (triacilgliceróis, ceras, pigmentos, etc.)</p><p>são prontamente extraídos dos tecidos com éter etílico,</p><p>clorofórmio ou benzeno, solventes que não permitem a</p><p>agregação causada pelas interações hidrofóbicas. Os lipí-</p><p>Espectrometria de massa com tipos, condições</p><p>e modos de monitoramento diferentes</p><p>Homogeneizado em</p><p>clorofórmio/metanol/água</p><p>Células</p><p>Metanol + água</p><p>Clorofórmio + lipídeos</p><p>Cromatografia de</p><p>adsorção,</p><p>cromatografia</p><p>gasosa, HPLC</p><p>Lipidoma</p><p>Espectrometria</p><p>direta do</p><p>extrato total</p><p>Tecido</p><p>Cromatografia em</p><p>camada delgada</p><p>(b)</p><p>(a)</p><p>(c)Separa as principais classes primeiro Usa o método rápido</p><p>FIGURA 1025 Procedimentos comuns na extração, na separação e na</p><p>identificação de lipídeos celulares. (a) O tecido é homogeneizado em</p><p>uma mistura de clorofórmio/metanol/água, que gera duas fases com a adi-</p><p>ção de água e a remoção dos sedimentos não extraíveis por centrifugação.</p><p>(b) As principais classes dos lipídeos extraídos na fase clorofórmio podem ser</p><p>primeiro separados por cromatografia de camada delgada (CCD), na qual os</p><p>lipídeos são carregados para cima em uma placa de sílica coberta de gel por</p><p>uma frente ascendente de solvente, com os lipídeos menos polares migrando</p><p>mais do que os lipídeos mais polares ou carregados, ou por cromatografia de</p><p>adsorção em uma coluna de sílica gel em que passam solventes de polaridade</p><p>crescente. Por exemplo, cromatografia em coluna com solventes apropriados</p><p>pode ser usada para separar espécies lipídicas intimamente relacionadas, tal</p><p>como fosfatidilserina, fosfatidilglicerol, e fosfatidilinositol. Uma vez separados,</p><p>os ácidos graxos complementares a cada lipídeo podem ser determinados por</p><p>espectrometria de massa. (c) Alternativamente, no método rápido, um extrato</p><p>de lipídeos não fracionado pode ser diretamente submetido à espectrometria</p><p>de massa de alta resolução de diferentes tipos e sob condições distintas para</p><p>determinar a composição total de todos os lipídeos: o lipidoma.</p><p>Nelson_6ed_book.indb 377 Nelson_6ed_book.indb 377 02/04/14 18:4502/04/14 18:45</p><p>137</p><p>Acúmulos anormais de lipídios de membrana: algumas doenças</p><p>Os lipídios polares das membranas sofrem constante renovação metabólica (turnover), e a</p><p>sua taxa de síntese normalmente é contrabalançada por sua taxa de degradação.</p><p>A degradação dos lipídios é promovida por enzimas hidrolíticas nos lisossomos, sendo cada</p><p>enzima capaz de hidrolisar uma ligação específica. Quando a degradação de esfingolipídios</p><p>é prejudicada por um defeito em uma dessas enzimas, os produtos da degradação parcial</p><p>se acumulam nos tecidos, causando doenças graves.</p><p>Por exemplo, a doença de Niemann-Pick é causada por um defeito genético raro na</p><p>enzima esfingomielinase, que cliva a fosfocolina da esfingomielina. A Esfingomielina</p><p>se acumula no encéfalo, no baço e no fígado. A doença se torna evidente em bebês</p><p>e causa deficiência intelectual e morte prematura. Mais comum é a doença de</p><p>Tay-Sachs, na qual o gangliosídeo GM2 se acumula no encéfalo e no baço devido</p><p>à falta da enzima hexosaminidase A. Os sintomas da doença de Tay-Sachs são</p><p>retardo progressivo no desenvolvimento, paralisia, cegueira e morte até os 3 ou 4</p><p>anos de idade.</p><p>O aconselhamento genético pode prever e evitar muitas doenças hereditárias. Os</p><p>testes nos futuros pais podem detectar enzimas anormais, então testes de DNA</p><p>podem determinar a natureza exata do defeito e o risco que ele representa para</p><p>os descendentes. Uma vez que ocorra a gravidez, as células fetais obtidas por</p><p>amostra de parte da placenta (da vilosidade coriônica) ou do líquido amniótico</p><p>(amniocentese) podem ser testadas.</p><p>FONTE: Nelson e Cox (2014, p. 369)</p><p>NOTA</p><p>138</p><p>RESUMO DO TÓPICO 7</p><p>Neste tópico, você adquiriu certos aprendizados, como:</p><p>• Os lipídios são componentes celulares insolúveis em água, de estruturas diversas,</p><p>que podem ser extraídos dos tecidos por solventes apolares.</p><p>• Quase todos os ácidos graxos, os componentes hidrocarbonados de muitos lipídios,</p><p>têm um número par de átomos de carbono (geralmente 12 a 24); eles são saturados</p><p>ou insaturados, com ligações duplas quase sempre na configuração cis.</p><p>• Os triacilgliceróis contêm três moléculas de ácidos graxos esterificadas aos três</p><p>grupos hidroxila do glicerol.</p><p>• Os triacilgliceróis simples contêm somente um tipo de ácido graxo; os mistos contêm</p><p>dois ou três tipos. Eles são principalmente gorduras de reserva, estando presentes</p><p>em muitos alimentos.</p><p>• A hidrogenação parcial de óleos vegetais na indústria alimentícia converte algumas</p><p>ligações duplas cis para a configuração trans. Ácidos graxos trans na dieta são um</p><p>importante fator de risco para doenças cardíacas coronarianas.</p><p>• Os lipídios polares, com grupos polares e caudas apolares, são importantes</p><p>componentes das membranas. Os mais abundantes são os glicerofosfolipídios, que</p><p>contêm ácidos graxos esterificados a dois dos grupos hidroxila do glicerol e um</p><p>segundo álcool, o grupo cabeça, esterificado à terceira hidroxila do glicerol via uma</p><p>ligação fosfodiéster. Outros lipídios polares são os esteróis.</p><p>• Alguns tipos de lipídios, embora presentes em quantidades relativamente baixas,</p><p>desempenham papéis cruciais como cofatores ou sinalizadores.</p><p>• As prostaglandinas, os tromboxanos e os leucotrienos (os eicosanoides), derivados</p><p>do araquidonato, são hormônios extremamente potentes.</p><p>• Os hormônios esteroides, tal como os hormônios sexuais, são derivados dos esteróis.</p><p>Servem como poderosos sinalizadores biológicos, alterando a expressão gênica nas</p><p>células-alvos.</p><p>Essas macromoléculas consistiram de moléculas mais simples, unidas</p><p>por ligações químicas. Com a contínua evolução e a formação de</p><p>moléculas ainda mais complexas, o meio aquoso ao redor de muitas</p><p>dessas moléculas autorreplicativas foi envolto por uma membrana</p><p>lipídica. Esse desenvolvimento proporcionou a essas estruturas</p><p>primordiais a capacidade de controlar, num certo grau, seu próprio</p><p>meio. Uma forma de vida tinha se desenvolvido e a unidade básica da</p><p>vida, a célula, tinha se estabelecido. Com o passar do tempo, diversas</p><p>células se desenvolveram e tanto a química quanto a estrutura</p><p>dessas células tornaram-se mais complexas. Elas conseguiram</p><p>extrair nutrientes do meio, converter quimicamente esses nutrientes</p><p>em fonte de energia ou em moléculas mais complexas, controlar os</p><p>processos químicos que catalisavam e fazer replicação celular. Deste</p><p>modo, a vasta diversidade de vida hoje observada começou. A célula</p><p>é a unidade básica da vida em todas as formas de organismos vivos,</p><p>da menor célula bacteriana ao mais complexo animal multicelular</p><p>(NELSON; COX, 2002, p. 1).</p><p>Admite-se que o processo que originou as primeiras células começou na Terra</p><p>a aproximadamente 4,6 bilhões de anos, na então chamada Terra Primitiva. Naquela</p><p>época, a atmosfera continha muito vapor d’água, amônia, metano, hidrogênio e gás</p><p>carbônico. Existia uma atividade vulcânica intensa e as tempestades com descargas</p><p>elétricas eram frequentes.</p><p>Há 4 bilhões de anos, a superfície da Terra estaria coberta por grande quantidade</p><p>de água, disposta em grandes “oceanos” e “lagos”. Essa massa líquida, chamada de</p><p>caldo primordial, era rica em moléculas inorgânicas e continha em solução os gases</p><p>que constituíam a atmosfera (JUNQUEIRA; CARNEIRO, 2007). Sob a ação do calor e da</p><p>radiação ultravioleta, vindos do Sol, e de descargas elétricas, oriundas das tempestades,</p><p>as moléculas dissolvidas no caldo primordial combinaram-se quimicamente para</p><p>constituírem os primeiros compostos contendo carbono. Substâncias relativamente</p><p>complexas, como proteínas e ácidos nucleicos, teriam aparecido espontaneamente ao</p><p>acaso.</p><p>TÓPICO 1 - UNIDADE 1</p><p>4</p><p>Curiosidade:</p><p>A atmosfera terrestre também sofreu mudanças significativas. Contudo, não</p><p>existe um acordo sobre a constituição da atmosfera da época. Acredita-se que</p><p>ela se apresentava ora mais ou menos redutora, de acordo com os estudos</p><p>realizados na composição das nuvens de poeira estelar, meteoritos e de gases</p><p>retidos em rochas antigas.</p><p>NOTA</p><p>2 A UNIDADE QUÍMICA DOS DIFERENTES ORGANISMOS</p><p>VIVOS</p><p>O que distingue os organismos vivos dos objetos inanimados se as moléculas</p><p>que constituem as células são formadas pelos mesmos átomos encontrados nesses</p><p>seres (inanimados)? Primeiro, é o seu grau de complexidade química e de organização.</p><p>Eles possuem estruturas celulares internas intrincadas (Figura 1) e contêm muitas</p><p>espécies de moléculas complexas. Em contraste, a matéria inanimada existente ao</p><p>nosso meio – terra, areia, rochas, água do mar – usualmente consiste de misturas de</p><p>compostos químicos relativamente simples (NELSON; COX, 2002).</p><p>FIGURA 1 – VISTO AO MICROSCÓPIO ELETRÔNICO, ESSE PEDAÇO DE TECIDO MUSCULAR DE VERTEBRADO</p><p>EVIDENCIA SUA COMPLEXIDADE E ORGANIZAÇÃO</p><p>FONTE: A autora</p><p>Segundo, os organismos vivos extraem, transformam e usam a energia que</p><p>encontram no meio ambiente (Figura 2), habitualmente na forma de nutrientes químicos</p><p>ou de energia radiante da luz solar. Essa energia torna os organismos vivos capazes de</p><p>construir e manter suas próprias estruturas intrincadas e de realizar trabalhos mecânico,</p><p>químico, osmótico e de vários outros tipos. Em contraste, a matéria inanimada não usa</p><p>energia de forma sistemática para manter a sua estrutura ou para realizar trabalho. A</p><p>matéria inanimada tende a se degenerar em um estado mais desordenado, alcançando</p><p>um equilíbrio com o seu meio ambiente (NELSON; COX, 2002).</p><p>5</p><p>FIGURA 2 – A ÁGUIA ADQUIRE NUTRIENTES NO MEIO AMBIENTE PELA INGESTÃO</p><p>DE PRESAS MENORES</p><p>FONTE: <http://g1.globo.com/planeta-bizarro/noticia/2014/01/fotografo-flagra-aguia-capturando-peixe-</p><p>-em-rio-nos-eua.html>. Acesso em: 11 jul. 2019.</p><p>O terceiro, e mais característico atributo dos organismos vivos, é a capacidade</p><p>para a autorreplicação e automontagem, propriedades que podem ser vistas como a</p><p>quinta essência do estado vivo (Figura 3). Uma única célula bacteriana de Escherichia</p><p>coli, por exemplo, colocada num meio nutriente estéril pode dar origem, a cada 20</p><p>minutos, à outra célula bacteriana idêntica à célula-mãe, com as mesmas características</p><p>genéticas. Cada uma das células contém milhares de moléculas diferentes, algumas</p><p>extremamente complexas; mesmo assim, cada bactéria é uma cópia fiel da original,</p><p>constituída inteiramente a partir da informação contida no interior do material genético</p><p>da célula original (NELSON; COX, 2002).</p><p>FIGURA 3 – A REPRODUÇÃO BIOLÓGICA OCORRE COM FIDELIDADE</p><p>PRÓXIMA À PERFEIÇÃO</p><p>FONTE: <pt.depositphotos.com/27718179/>. Acesso em: 13 mar. 2019.</p><p>Erwin Schodinger propôs, em seu ensaio O que é a vida?, que o material genético</p><p>das células deveria ter as propriedades de um cristal. Esse ensaio de Schrodinger é de</p><p>1944 (anos antes do atual entendimento da estrutura do gene ter sido estabelecido),</p><p>mas descreve de forma acurada muitas das propriedades do ácido desoxirribonucleico,</p><p>o material dos genes.</p><p>6</p><p>FIGURA 4 – ERWIN SCHODINGER (1887-1961)</p><p>FONTE: <https://www.nobelprize.org/prizes/physics/1933/schrodinger/biographical/>.</p><p>Acesso em:11 jul. 2019.</p><p>Cada componente de um organismo vivo tem uma função específica. Isso</p><p>é verdade não somente para as estruturas macroscópicas, como folhas e caules ou</p><p>corações e pulmões, mas também para as estruturas intracelulares microscópicas, como</p><p>os núcleos e os cloroplastos. Até mesmo os compostos químicos individuais, existentes</p><p>nas células, têm funções específicas. O inter-relacionamento entre os componentes</p><p>químicos de um organismo vivo é dinâmico; alterações em um componente provocam</p><p>mudanças coordenadas ou compensatórias em outro, tendo como resultado o conjunto</p><p>exibindo características que vão além daquelas exibidas pelos constituintes individuais.</p><p>A coleção de moléculas executa um programa cujo resultado é a reprodução do</p><p>programa e a autoperpetuação daquela coleção de moléculas, em suma, vida (NELSON;</p><p>COX, 2002).</p><p>2.1 A BIOQUÍMICA PROCURA EXPLICAR A VIDA EM TERMOS</p><p>QUÍMICOS</p><p>Se os organismos vivos são compostos de moléculas intrinsecamente</p><p>inanimadas, como podem essas moléculas exibir a extraordinária combinação de</p><p>características que chamamos de vida? Como pode ser que um organismo vivo pareça</p><p>ser mais do que a soma de suas partes inanimadas?</p><p>Os filósofos, uma vez, responderam que os organismos vivos são dotados de</p><p>uma força vital divina e misteriosa, mas essa doutrina (vitalismo) tem sido firmemente</p><p>rejeitada pela ciência moderna. O objetivo básico da ciência bioquímica é mostrar como</p><p>as moléculas, que constituem os organismos vivos, interagem entre si para manter e</p><p>perpetuar a vida exclusivamente pelas leis químicas que governam o universo não vivo</p><p>(NELSON; COX, 2002).</p><p>7</p><p>Até o momento, pesquisas bioquímicas revelam que todos os organismos são</p><p>notadamente semelhantes em níveis celular e químico. A Bioquímica descreve em termos</p><p>moleculares as estruturas, os mecanismos e os processos químicos compartilhados por</p><p>todos os organismos, e fornece os princípios organizacionais que fundamentam a vida</p><p>em todas as suas diferentes formas, princípios esses que coletivamente serão referidos</p><p>como a lógica molecular da vida. Embora a bioquímica produza importantes visões do</p><p>conhecimento e das aplicações práticas em medicina, agricultura, nutrição e indústria,</p><p>ela está, em última instância, preocupada e interessada na maravilha que a vida é em</p><p>si mesma.</p><p>FIGURA 5 – ORGANISMOS VIVOS DIFERENTES COMPARTILHAM CARACTERÍSTICAS</p><p>QUÍMICAS IGUAIS</p><p>FONTE: <http://shaareishalom.net.br/curso-temas-do-chumash-no3-no-jardim-do-eden>.</p><p>Acesso em: 13 mar. 2019.</p><p>Embora a vida</p><p>139</p><p>AUTOATIVIDADE</p><p>1 Os lipídios possuem alta solubilidade em solventes orgânicos e baixa solubilidade</p><p>em água (Hidrofóbicas). Estão distribuídos em todos os tecidos, principalmente nas</p><p>membranas celulares e nas células de gordura, possuindo uma classificação muito</p><p>ampla. A coluna I, a seguir, apresenta quatro grupos de lipídios, e a coluna II, alguns</p><p>exemplos desses lipídios. Associe adequadamente a segunda coluna com a primeira.</p><p>COLUNA I COLUNA II</p><p>1- Lipoproteína</p><p>2- Glicerídeos</p><p>3- Esfingolipídio</p><p>4- Esteroides</p><p>( ) Glicerol</p><p>( ) Bainha de Mielina</p><p>( ) Colesterol</p><p>( ) Testosterona</p><p>( ) Aldosterona</p><p>( )HDL</p><p>( ) LDL</p><p>A sequência correta de preenchimento dos parênteses, de cima para baixo, é:</p><p>a) ( ) 2 – 3 – 1 – 4 – 4 – 2 – 1.</p><p>b) ( ) 2 – 3 – 4 – 4 – 4 – 1 – 1.</p><p>c) ( ) 3 – 1 – 3 – 4 – 2 – 1 – 4.</p><p>d) ( ) 2 – 3 – 4 – 1 – 3 – 1 – 2.</p><p>e) ( ) 1 – 2 – 2 – 3 – 1 – 3 – 4.</p><p>2 A  adrenoleucodistrofia, também conhecida pelo  acrônimo  ALD, é uma  doença</p><p>genética rara, incluída no grupo das leucodistrofias, e que tem duas formas, sendo a</p><p>mais comum a forma ligada ao cromossomo X, uma herança ligada ao sexo de caráter</p><p>recessivo transmitida por mulheres portadoras e que afeta fundamentalmente homens.</p><p>O causador é um gene mutante localizado no cromossomo X. Afeta as células brancas do</p><p>cérebro, bem como o sistema nervoso, além de alterar o metabolismo dos peroxissomos,</p><p>codificando a síntese da proteína ALDO, relacionada ao metabolismo lipídico. O filme O</p><p>óleo de Lourenço fala sobre essa patologia genética. Essa patologia acaba trazendo</p><p>danos às células nervosas – neurônios, em que um importante componente lipídico é</p><p>degenerado. O componente lipídico é ___________________ e está presente</p><p>no __________________ de neurônios.</p><p>A alternativa que completa a sentença é, respectivamente:</p><p>a) ( ) Fosfolipídio, Corpo celular de neurônio.</p><p>b) ( ) Esfingomielina, Dendritos.</p><p>c) ( ) Cerídeos, Axônio.</p><p>d) ( ) Esteroides, Terminal Axônico.</p><p>e) ( ) Esfingomielina, Axônio.</p><p>140</p><p>141</p><p>METABOLISMO</p><p>UNIDADE 3 —</p><p>OBJETIVOS DE APRENDIZAGEM</p><p>PLANO DE ESTUDOS</p><p>A partir do estudo desta unidade, você deverá ser capaz de:</p><p>• relatar a primeira e a segunda lei da termodinâmica e compreender como elas se</p><p>aplicam aos sistemas biológicos;</p><p>• explicar o que signifi cam os termos energia livre, entropia, entalpia, exergônica e en-</p><p>dergônica;</p><p>• observar como as reações endergônicas podem ser favorecidas por meio do acopla-</p><p>mento às reações que são exergônicas nos sistemas biológicos;</p><p>• compreender o papel dos fosfatos de alta energia, do ATP e de outros nucleotídeos</p><p>trifosfato na transferência de energia livre dos processos exergônicos para os ender-</p><p>gônicos, possibilitando que atuem como a “moeda” energética nas células;</p><p>• explicar os conceitos das vias metabólicas anabólicas, catabólicas e anfi bólicas.</p><p>• descrever, em linhas gerais, o metabolismo de carboidratos, lipídios e aminoácidos</p><p>no nível dos tecidos e órgãos e no nível subcelular e a conversão dos combustíveis</p><p>metabólicos;</p><p>• caracterizar o modo como é regulado o fl uxo de metabólitos através de vias metabólicas;</p><p>• elucidar como uma provisão de combustíveis metabólicos é fornecida tanto no esta-</p><p>do alimentado quanto no jejum, assim como a formação de reservas de combustíveis</p><p>metabólicos no estado alimentado e a sua mobilização durante o jejum.</p><p>Esta unidade está dividida em cinco tópicos. No decorrer dela, você encontrará autoa-</p><p>tividades com o objetivo de reforçar o conteúdo apresentado.</p><p>TÓPICO 1 – PRINCÍPIOS DA BIOENERGÉTICA</p><p>TÓPICO 2 – CICLO DO ÁCIDO CÍTRICO</p><p>TÓPICO 3 – METABOLISMO DE ÁCIDOS GRAXOS E TRIGLICERÍDEOS</p><p>TÓPICO 4 – METABOLISMO DE AMINOÁCIDOS</p><p>TÓPICO 5 – METABOLISMO DE NUCLEOTÍDEOS</p><p>Preparado para ampliar seus conhecimentos? Respire e vamos em frente! Procure</p><p>um ambiente que facilite a concentração, assim absorverá melhor as informações.</p><p>CHAMADA</p><p>142</p><p>CONFIRA</p><p>A TRILHA DA</p><p>UNIDADE 3!</p><p>Acesse o</p><p>QR Code abaixo:</p><p>143</p><p>TÓPICO 1 —</p><p>PRINCÍPIOS DA BIOENERGÉTICA</p><p>UNIDADE 3</p><p>1 INTRODUÇÃO</p><p>O metabolismo é uma atividade celular altamente coordenada, em que muitos</p><p>sistemas multienzimáticos (vias metabólicas) cooperam para: (1) obter energia química</p><p>capturando energia solar ou degradando nutrientes energeticamente ricos obtidos</p><p>do meio ambiente; (2) converter as moléculas dos nutrientes em moléculas com</p><p>características próprias de cada célula, incluindo precursores de macromoléculas; (3)</p><p>polimerizar precursores monoméricos em macromoléculas (proteínas, ácidos nucleicos e</p><p>polissacarídeos); e (4) sintetizar e degradar as biomoléculas necessárias para as funções</p><p>celulares especializadas, como lipídios de membrana, mensageiros intracelulares e</p><p>pigmentos. Embora o metabolismo englobe centenas de diferentes reações catalisadas</p><p>por enzimas, o grande objetivo dessa unidade é o estudo das principais vias metabólicas,</p><p>poucas em número e notavelmente semelhantes em todas as formas de vida (NELSON;</p><p>COX, 2014).</p><p>Os organismos vivos podem ser divididos em dois grandes grupos de acordo</p><p>com a forma química pela qual obtêm carbono do meio ambiente.</p><p>Os autotróficos (como bactérias fotossintéticas, algas verdes e plantas</p><p>vasculares) podem usar o dióxido de carbono da atmosfera como sua única fonte de</p><p>carbono, a partir do qual formam todas as suas biomoléculas constituídas de carbono.</p><p>Alguns organismos autotróficos, como as cianobactérias, também podem utilizar</p><p>nitrogênio atmosférico para gerar todos os seus componentes nitrogenados.</p><p>Os heterotróficos não conseguem utilizar o dióxido de carbono atmosférico</p><p>e devem obter carbono a partir do ambiente na forma de moléculas orgânicas</p><p>relativamente complexas, como a glicose. Os animais multicelulares e a maioria dos</p><p>microrganismos são heterotróficos. As células e os organismos autotróficos são</p><p>relativamente autossuficientes, enquanto as células e os organismos heterotróficos, por</p><p>necessitarem de carbono em formas mais complexas, dependem de produtos de outros</p><p>organismos (RODWEL; MURRAY; GRANNER, 2017).</p><p>144</p><p>2 SERES AUTOTRÓFICOS, HETEROTRÓFICOS E VIAS</p><p>METABÓLICAS</p><p>Segundo Berg (2014), muitos organismos autotrófi cos são fotossintéticos</p><p>e obtêm sua energia da luz solar, enquanto organismos heterotrófi cos obtêm sua</p><p>energia a partir da degradação de nutrientes orgânicos produzidos por autotrófi cos.</p><p>Em nossa biosfera, os autotrófi cos e heterotrófi cos vivem juntos em um ciclo vasto</p><p>e interdependente onde os organismos autotrófi cos usam o dióxido de carbono</p><p>atmosférico para construir suas biomoléculas orgânicas, alguns deles gerando oxigênio</p><p>a partir da água durante o processo. Os organismos heterotrófi cos, por sua vez, utilizam</p><p>os produtos orgânicos dos autotrófi cos como nutrientes e devolvem dióxido de carbono</p><p>para a atmosfera. Algumas das reações de oxidação que produzem dióxido de carbono</p><p>também consomem oxigênio, convertendo-o em água. Assim, carbono, oxigênio e</p><p>água são constantemente reciclados entre os mundos heterotrófi co e autotrófi co, com</p><p>a energia solar como a força que impulsiona esse processo global.</p><p>FIGURA 1 – CICLO DO DIÓXIDO DE CARBONO E DO OXIGÊNIO ENTRE O DOMÍNIO AUTOTRÓFICO (FOTOS-</p><p>SINTÉTICO) E O HETEROTRÓFICO NA BIOSFERA</p><p>FONTE: Nelson e Cox (2014, p. 502)</p><p>Todos os organismos vivos também exigem uma fonte de nitrogênio, necessária</p><p>para a síntese de aminoácidos, nucleotídeos e outros componentes. As bactérias e as</p><p>plantas, geralmente, podem usar amônia ou nitrato como única fonte de nitrogênio,</p><p>mas os vertebrados devem obter nitrogênio na forma de aminoácidos ou de outros</p><p>compostos orgânicos. Somente alguns organismos – as cianobactérias e muitas</p><p>espécies de bactérias do solo, que vivem simbioticamente sobre as raízes de algumas</p><p>plantas – são capazes de converter (“fi xar”) nitrogênio atmosférico (N2) em amônia.</p><p>Outras bactérias (as bactérias nitrifi cantes) oxidam amônia em nitritos e nitratos; e outras,</p><p>ainda, convertem nitrato a N2. As bactérias anamox convertem amônia e nitrito em N2.</p><p>Portanto, além dos ciclos globais</p><p>de carbono e oxigênio, um ciclo de nitrogênio opera</p><p>145</p><p>na biosfera, movimentando enormes quantidades de nitrogênio (Figura 2). A reciclagem</p><p>de carbono, oxigênio e nitrogênio que, em última análise, envolve todas as espécies,</p><p>depende do equilíbrio adequado entre as atividades dos produtores (autotrófi cos) e</p><p>consumidores (heterotrófi cos) em nossa biosfera (NELSON; COX, 2014).</p><p>FIGURA 2 – CICLO DO NITROGÊNIO NA BIOSFERA</p><p>FONTE: Nelson e Cox (2014, p. 502)</p><p>Esses ciclos de matéria são impulsionados por um enorme fl uxo de energia na</p><p>biosfera, iniciando com a captura da energia solar pelos organismos fotossintéticos e</p><p>a utilização dessa energia para gerar carboidratos ricos em energia e outros nutrientes</p><p>orgânicos; esses nutrientes são, então, usados como fontes de energia por organismos</p><p>heterotrófi cos. Nos processos metabólicos, e em todas as transformações energéticas,</p><p>existe uma perda de energia útil (energia livre) e um aumento inevitável na quantidade de</p><p>energia não utilizável (calor e entropia). Ao contrário da reciclagem de matéria, portanto, a</p><p>energia fl ui em uma direção através da biosfera; os organismos não conseguem reciclar</p><p>energia útil a partir da energia dissipada na forma de calor e entropia. Carbono, oxigênio</p><p>e nitrogênio são reciclados continuamente, mas energia é constantemente transformada</p><p>em formas não utilizáveis, como o calor (RODWEL; MURRAY; GRANNER, 2017).</p><p>O metabolismo, a soma de todas as transformações químicas que ocorrem em</p><p>uma célula ou em um organismo, ocorre por meio de uma série de reações catalisadas</p><p>por enzimas que constituem as vias metabólicas. Cada uma das etapas consecutivas</p><p>em uma via metabólica produz uma pequena alteração química específi ca, em geral a</p><p>remoção, a transferência ou a adição de um átomo particular ou um grupo funcional.</p><p>O precursor é convertido em um produto por meio de uma série de intermediários</p><p>metabólicos chamados de metabólitos. O termo metabolismo intermediário</p><p>frequentemente é aplicado às atividades combinadas de todas as vias metabólicas que</p><p>interconvertem precursores, metabólitos e produtos de baixo peso molecular.</p><p>146</p><p>Curiosidade:</p><p>Todo mundo vive falando nesse tal de metabolismo. Mas, o que precisamos</p><p>realmente saber sobre ele? Muitas pessoas acreditam que ele pode ser tratado</p><p>como um músculo ou órgão, que você pode flexionar ou controlar de alguma</p><p>forma. Mas, na realidade, o seu metabolismo está relacionado com uma série</p><p>de processos químicos que ocorre em cada célula, que basicamente transforma</p><p>as calorias que você consome em combustível para o corpo.</p><p>NOTA</p><p>Para Nelson e Cox (2014, p. 502):</p><p>O catabolismo é a fase de degradação do metabolismo, na qual</p><p>moléculas, nutrientes orgânicos (carboidratos, gorduras e proteínas)</p><p>são convertidas em produtos finais menores e mais simples (como</p><p>ácido láctico, CO2 e NH3). As vias catabólicas liberam energia, e parte</p><p>dessa energia é conservada na forma de ATP (adenosina trifosfato)</p><p>e de transportadores de elétrons reduzidos (NADH – Dinucleótido de</p><p>nicotinamida e adenina; NADPH –  Nicotinamida adenina dinucleótido</p><p>fosfato e FADH2-Dinucleótido de flavina e adenina; o restante é</p><p>perdido como calor. No anabolismo, também chamado de biossíntese,</p><p>precursores pequenos e simples formam moléculas maiores e mais</p><p>complexas, incluindo lipídios, polissacarídeos, proteínas e ácidos</p><p>nucleicos. As reações anabólicas necessitam de fornecimento de</p><p>energia, geralmente na forma de potencial de transferência do grupo</p><p>fosforil do ATP e do poder redutor de NADH, NADPH e FADH2.</p><p>Algumas vias metabólicas são lineares e algumas são ramificadas, gerando</p><p>múltiplos produtos úteis a partir de um único precursor ou convertendo vários</p><p>precursores em um único produto. Em geral, as vias catabólicas são convergentes e</p><p>as vias anabólicas são divergentes (Figura 3). Algumas vias são cíclicas: um composto</p><p>inicial da via é regenerado em uma série de reações que converte outro componente</p><p>inicial em um produto.</p><p>A maioria das células tem as enzimas para realizar tanto a degradação</p><p>quanto a síntese das categorias importantes de biomoléculas –</p><p>ácidos graxos, por exemplo. No entanto, a síntese e a degradação</p><p>simultâneas de ácidos graxos seriam inúteis, e isso é evitado pela</p><p>regulação recíproca das sequências de reações anabólicas e</p><p>catabólicas: quando uma sequência está ativa, a outra está suprimida.</p><p>Tal regulação não poderia ocorrer se as vias anabólicas e catabólicas</p><p>fossem catalisadas por exatamente o mesmo grupo de enzimas,</p><p>operando em um sentido para o anabolismo, e no sentido oposto para</p><p>o catabolismo: a inibição de uma enzima envolvida no catabolismo</p><p>também inibiria a sequência de reações no sentido do anabolismo.</p><p>As vias catabólicas e anabólicas que conectam os mesmos produtos</p><p>finais, como por exemplo a transformação da glicose em piruvato</p><p>e vice-versa, podem empregar muitas das mesmas enzimas, mas</p><p>147</p><p>invariavelmente pelo menos uma das etapas é catalisada por enzimas</p><p>diferentes nos sentidos catabólico e anabólico, e essas enzimas</p><p>constituem pontos de regulação independentes. Além disso, a</p><p>fim de que as vias anabólicas e catabólicas sejam essencialmente</p><p>irreversíveis, pelo menos uma das reações específicas de cada</p><p>sentido deve ser termodinamicamente muito favorável – em outras</p><p>palavras, uma reação cuja reação inversa é muito desfavorável.</p><p>Como contribuição adicional à regulação independente das</p><p>sequências de reações anabólicas e catabólicas, elas geralmente</p><p>ocorrem em compartimentos celulares distintos: por exemplo, o</p><p>catabolismo de ácidos graxos na mitocôndria, e a síntese dos ácidos</p><p>graxos no citosol. Como as vias metabólicas são cineticamente</p><p>controladas pela concentração do substrato, conjuntos separados</p><p>de intermediários anabólicos e catabólicos também contribuem para</p><p>o controle das taxas metabólicas. Esses recursos que separam os</p><p>processos anabólicos e catabólicos serão de interesse particular em</p><p>nossa discussão sobre o metabolismo (NELSON; COX; 2014, p. 503).</p><p>FIGURA 3 – TRÊS TIPOS DE VIAS METABÓLICAS NÃO LINEARES</p><p>FONTE: Nelson e Cox (2014, p. 504)</p><p>504 DAV I D L . N E L S O N & M I C H A E L M . COX</p><p>membrana, produzido tanto por oxidação de substratos</p><p>como por absorção de luz, promove a síntese de ATP.</p><p>Os Capítulos 20 a 22 descrevem as principais vias ana-</p><p>bólicas pelas quais as células utilizam a energia do ATP para</p><p>produzir carboidratos, lipídeos, aminoácidos e nucleotídeos</p><p>a partir de precursores mais simples. O Capítulo 23 volta a</p><p>abordar o estudo das vias metabólicas – como elas ocorrem</p><p>em todos os organismos, de Escherichia coli a humanos</p><p>– e considera como elas são reguladas e integradas por me-</p><p>canismos hormonais nos mamíferos.</p><p>No momento em que o foco de estudo será o metabo-</p><p>lismo intermediário, uma observação final. Não esqueça de</p><p>que uma grande quantidade das reações descritas nestas</p><p>páginas ocorre e tem funções fundamentais em organis-</p><p>mos vivos. A cada reação e a cada via que você encontrar,</p><p>questione: o que essa transformação química faz pelo or-</p><p>ganismo? Como essa via se conecta com as outras vias que</p><p>operam simultaneamente na mesma célula para produzir a</p><p>energia e os produtos necessários para a manutenção e o</p><p>crescimento da célula? Como os diferentes níveis dos me-</p><p>canismos de regulação cooperam para o balanço metabólico</p><p>e o fornecimento e consumo de energia, alcançando o es-</p><p>tado de equilíbrio dinâmico da vida? Estudando com essa</p><p>perspectiva, o metabolismo proporciona dados fascinantes</p><p>e reveladores sobre a vida, com aplicações incontáveis na</p><p>medicina, agricultura e biotecnologia.</p><p>Borracha</p><p>Ácidos</p><p>biliares</p><p>Hormônios</p><p>esteroides</p><p>(a) Catabolismo convergente</p><p>(b) Anabolismo divergenteOxaloacetato</p><p>CO2</p><p>CO2</p><p>(c) Via cíclica</p><p>Acetato</p><p>(acetil-CoA)</p><p>Citrato</p><p>PiruvatoGlicoseGlicogênio</p><p>Fosfolipídeos</p><p>Alanina</p><p>Ácidos graxos</p><p>Leucina</p><p>Fenilalanina</p><p>Isoleucina</p><p>Amido</p><p>SerinaSacarose</p><p>Eicosanoides</p><p>Fosfolipídeos</p><p>Pigmentos</p><p>carotenoides</p><p>Vitamina K</p><p>Triacilgliceróis</p><p>Ésteres de</p><p>colesteril</p><p>Triacilgliceróis</p><p>Mevalonato</p><p>Isopentenil-</p><p>-pirofosfato</p><p>Ácidos graxos</p><p>Acetoacetil-CoA</p><p>Diacilglicerol-CDP</p><p>Colesterol</p><p>FIGURA 4 Três tipos de vias metabólicas não linea-</p><p>res. (a) Convergente, catabólica, (b) divergente, anabólica, e</p><p>(c) cíclica. Em (c), um dos compostos de partida (no caso, o</p><p>oxaloacetato) é regenerado e reingressa na via. O acetato, um</p><p>intermediário metabólico chave, é o produto da degradação</p><p>de uma variedade de combustíveis (a), serve de precursor de</p><p>um grande número de produtos (b) e é consumido na via ca-</p><p>tabólica conhecida como o ciclo do ácido cítrico (c).</p><p>Nelson_6ed_book.indb 504 Nelson_6ed_book.indb 504 03/04/14 07:4303/04/14 07:43</p><p>As vias metabólicas são reguladas em vários níveis, dentro e fora das células.</p><p>A regulação mais imediata é a disponibilidade de substrato, a velocidade de reação</p><p>depende muito da concentração do substrato. Um segundo tipo de controle rápido</p><p>dentro da célula é a regulação alostérica por um intermediário metabólico ou por uma</p><p>coenzima – um aminoácido ou ATP, por exemplo – que sinaliza o estado metabólico no</p><p>interior da célula. Quando a célula contém uma quantidade de aspartato, por exemplo,</p><p>suficiente para suas necessidades imediatas, ou quando os níveis celulares de ATP</p><p>indicam não ser necessário o consumo adicional de combustível no momento, esses</p><p>sinais inibem alostericamente a atividade de uma ou mais enzimas nas vias pertinentes.</p><p>Em organismos multicelulares, as atividades metabólicas de tecidos diferentes são</p><p>148</p><p>reguladas e integradas por fatores de crescimento e hormônios que atuam de fora da</p><p>célula. Em alguns casos, essa regulação ocorre quase que instantaneamente (algumas</p><p>vezes em menos de um milissegundo) por alterações nos níveis dos mensageiros</p><p>intracelulares que, por sua vez, modificam a atividade de enzimas intracelulares por</p><p>mecanismos alostéricos ou por modificações covalentes, como a fosforilação. Em outros</p><p>casos, o sinal extracelular modifica a concentração celular de uma enzima alterando a</p><p>velocidade de sua síntese ou degradação, de tal forma que o efeito é visto apenas em</p><p>minutos ou horas (RODWEL; MURRAY; GRANNER, 2017).</p><p>3 GLICÓLISE E VIA PENTOSE-FOSFATO</p><p>A glicose ocupa posição central no metabolismo de plantas, animais e muitos</p><p>microrganismos. Ela é relativamente rica em energia potencial e, por isso, é um bom</p><p>combustível. Por meio do armazenamento da glicose na forma de polímero de alta massa</p><p>molecular, como o amido e o glicogênio, a célula pode estocar grandes quantidades de</p><p>unidades de hexose, enquanto mantém a osmolaridade citosólica relativamente baixa.</p><p>Quando a demanda de energia aumenta, a glicose pode ser liberada desses polímeros</p><p>de armazenamento intracelulares e utilizada para produzir ATP de maneira aeróbia ou</p><p>anaeróbia (NELSON; COX, 2014).</p><p>Para Nelson e Cox (2014), a glicose, além de excelente combustível, também</p><p>é um precursor admiravelmente versátil, capaz de suprir uma enorme variedade</p><p>de intermediários metabólicos em reações biossintéticas. Uma bactéria como a</p><p>Escherichia coli pode obter, a partir da glicose, os esqueletos carbônicos para cada</p><p>aminoácido, nucleotídeo, coenzima, ácido graxo ou outro intermediário metabólico</p><p>necessário para o seu crescimento. Um estudo abrangente dos destinos metabólicos</p><p>da glicose compreenderia centenas ou milhares de transformações químicas. Em</p><p>animais e em vegetais vasculares, a glicose tem quatro destinos principais: ela pode ser</p><p>usada na síntese de polissacarídeos complexos direcionados ao espaço extracelular;</p><p>ser armazenada nas células (como polissacarídeo ou como sacarose); ser oxidada a</p><p>compostos de três átomos de carbonos (piruvato) por meio da glicólise, para fornecer</p><p>ATP e intermediários metabólicos; ou ser oxidada pela via das pentoses-fosfato</p><p>(fosfogliconato) produzindo ribose-5-fosfato para a síntese de ácidos nucleicos e</p><p>NADPH para processos biossintéticos redutores.</p><p>149</p><p>FIGURA 4 – AS PRINCIPAIS VIAS DE UTILIZAÇÃO DA GLICOSE</p><p>FONTE: Rodwel, Murray e Granner (2017, p. 389)</p><p>Os organismos sem acesso à glicose de outras fontes devem sintetizá-la.</p><p>Os organismos fotossintéticos sintetizam glicose inicialmente por redução do CO2</p><p>atmosférico a trioses e, em seguida, por conversão das trioses em glicose. As células</p><p>não fotossintéticas produzem glicose a partir de precursores simples com três ou quatro</p><p>átomos de carbono pelo processo de gliconeogênese, que reverte a glicólise em uma</p><p>via que utiliza muitas enzimas glicolíticas. Iremos descrever as reações individuais da</p><p>glicólise, da gliconeogênese e da via das pentoses-fosfato e o signifi cado funcional de</p><p>cada via, bem como os destinos metabólicos do piruvato produzido na glicólise.</p><p>Na glicólise (do grego glykys, “doce” ou “açúcar”, e lysis, “quebra”), uma molécula</p><p>de glicose é degradada em uma série de reações catalisadas por enzimas, gerando duas</p><p>moléculas do composto de três átomos de carbono, o piruvato. Durante as reações</p><p>sequenciais da glicólise, parte da energia livre da glicose é conservada na forma de ATP</p><p>e NADH. A glicólise foi a primeira via metabólica a ser elucidada e é provável que seja a</p><p>mais bem entendida. Desde a descoberta da fermentação, em 1897, por Eduard Buchner,</p><p>em extratos de células de levedura até a elucidação da via completa em leveduras (por</p><p>Otto Warburg e Hans von Euler-Chelpin) e em músculo (por Gustav Embden e Otto</p><p>Meyerhof) na década de 1930, as reações da glicólise em extratos de leveduras e de</p><p>músculo foram o objetivo principal da pesquisa bioquímica (BERG, 2014).</p><p>O desenvolvimento de métodos de purifi cação de enzimas, a descoberta e o</p><p>reconhecimento da importância de coenzimas, como o NAD, e a descoberta do crucial</p><p>papel metabólico do ATP e de outros compostos fosforilados resultaram dos estudos da</p><p>glicólise. Enzimas glicolíticas de muitas espécies foram purifi cadas e minuciosamente</p><p>estudadas.</p><p>150</p><p>A glicólise é uma via central quase universal do catabolismo da</p><p>glicose, a via com o maior fluxo de carbono na maioria das células.</p><p>A quebra glicolítica da glicose á a única fonte de energia metabólica</p><p>em alguns tecidos e células de mamíferos (p. ex., eritrócitos, medula</p><p>renal, cérebro e esperma). Alguns tecidos vegetais modificados para o</p><p>armazenamento de amido (como os tubérculos da batata) e algumas</p><p>plantas aquáticas (p. ex., agrião) derivam a maior parte de sua energia</p><p>da glicólise; muitos microrganismos anaeróbios são totalmente</p><p>dependentes da glicólise. Quando ocorre a degradação anaeróbia da</p><p>glicose, utilizamos o termo Fermentação. Como os organismos vivos</p><p>surgiram inicialmente em uma atmosfera sem oxigênio, a quebra</p><p>anaeróbia da glicose provavelmente seja o mais antigo mecanismo</p><p>biológico de obtenção de energia a partir de moléculas orgânicas</p><p>combustíveis. O sequenciamento do genoma de vários organismos</p><p>revelou que algumas arquibactérias e alguns microrganismos</p><p>parasitas são deficientes em uma ou mais enzimas da glicólise, mas</p><p>possuem as enzimas essenciais da via; provavelmente realizam</p><p>formas variantes de glicólise. No curso da evolução, a sequência</p><p>dessas reações químicas foi completamente conservada; as enzimas</p><p>glicolíticas dos vertebrados são estreitamente similares, na sequência</p><p>de aminoácidos e na estrutura tridimensional, às suas homólogas em</p><p>levedura e no espinafre. A glicólise difere entre as espécies apenas</p><p>nos detalhes de sua regulação e no destino metabólico subsequente</p><p>do piruvato formado. Os princípios termodinâmicos e os tipos de</p><p>mecanismos regulatórios que governam a glicólise são comuns a</p><p>todas as vias do metabolismo celular. A via glicolítica de importância</p><p>central por si só, também pode servir de modelo para muitos aspectos</p><p>das vias discutidas ao longo desta unidade (NELSON; COX, 2014, p.</p><p>544).</p><p>A quebra da glicose, formada por seis átomos de carbono, em duas moléculas</p><p>de piruvato, cada uma com três carbonos, ocorre em dez etapas, sendo que as cinco</p><p>primeiras constituem a fase preparatória (nessas reações a glicose é inicialmente</p><p>fosforilada no grupo hidroxil</p><p>ligado ao C-6 (etapa 1). A D-glicose-6-fosfato assim</p><p>formada e convertida a D-frutose-6-fosfato (etapa 2), a qual é novamente fosforilada,</p><p>desta vez em C-1, para formar D-frutose-1,6-bifosfato (etapa 3). Nas duas reações de</p><p>fosforilação, o ATP e o doador de grupos fosforil. Como todos os açúcares formados na</p><p>glicólise são isômeros D, omite-se a designação D, exceto quando o objetivo e enfatizar</p><p>sua estereoquímica (NELSON; COX, 2014).</p><p>Em bioquímica, fosforilação é a adição de um grupo fosfato (PO4) a uma</p><p>proteína ou outra molécula. A fosforilação é um dos principais participantes</p><p>nos mecanismos de regulação das proteínas. É importante nos mecanismos de</p><p>reações da qual participa o trifosfato de adenosina (ATP), que funciona como</p><p>uma "moeda de energia" nas células dos organismos vivos.</p><p>NOTA</p><p>151</p><p>Em síntese, na fase preparatória da glicólise, a energia do ATP é</p><p>consumida, aumentando o conteúdo de energia livre dos intermediários,</p><p>e as cadeias de carbono de todas as hexoses metabolizadas são</p><p>convertidas a um produto comum, o gliceraldeido-3-fosfato.</p><p>IMPORTANTE</p><p>A frutose-1,6-bifosfato é dividida em duas moléculas de três carbonos, a di-</p><p>hidroxiacetona-fosfato e o gliceraldeido-3-fosfato (etapa 4); essa é a etapa de “lise” que</p><p>dá nome à via. A di-hidroxiacetona-fosfato é isomerizada a uma segunda molécula de</p><p>gliceraldeido-3-fosfato (etapa 5), finalizando a primeira fase da glicólise. Note que duas</p><p>moléculas de ATP são consumidas antes da clivagem da glicose em duas partes de três</p><p>carbonos; haverá depois um bom retorno para esse investimento (NELSON; COX, 2014).</p><p>Os ganhos de energia provêm da fase de pagamento da glicólise (Figura 5). Cada</p><p>molécula de gliceradeido-3- -fosfato é oxidada e fosforilada por fosfato inorgânico (não</p><p>por ATP) para formar 1,3-bifosfoglicerato (etapa 6). Ocorre liberação de energia quando</p><p>as duas moléculas de 1,3-bifosfoglicerato são convertidas a duas moléculas de piruvato</p><p>(etapas 7 a 10). Grande parte dessa energia é conservada pela fosforilação acoplada de</p><p>quatro moléculas de ADP a ATP. O rendimento líquido são duas moléculas de ATP por</p><p>molécula de glicose utilizada, já que duas moléculas de ATP foram consumidas na fase</p><p>preparatória. A energia também é conservada na fase de pagamento com a formação de</p><p>duas moléculas do transportador de elétrons NADH por moléculas de glicose (NELSON;</p><p>COX, 2014).</p><p>152</p><p>FIGURA 5 – FASE DE PAGAMENTO DA GLICÓLISE</p><p>FONTE: Nelson e Cox (2014, p. 545)</p><p>Nas reações seguintes da glicólise, três tipos de transformações químicas são</p><p>particularmente notáveis: (1) a degradação do esqueleto carbônico da glicose para</p><p>produzir piruvato; (2) a fosforilação de ADP a ATP pelos compostos com alto potencial</p><p>de transferência de grupos fosforil, formados durante a glicólise; e (3) a transferência de</p><p>um íon hidreto para o NAD1, formando NADH.</p><p>3.1 A FASE PREPARATÓRIA DA GLICÓLISE REQUER ATP</p><p>Na fase preparatória da glicólise, duas moléculas de ATP são consumidas e a</p><p>cadeia carbônica da hexose é clivada em duas trioses-fosfato. A compreensão de que</p><p>as hexoses fosforiladas são intermediárias na glicólise foi conseguida lentamente e por</p><p>um feliz acaso. Em 1906, Arthur Harden e William Young testaram suas hipóteses de que</p><p>inibidores de enzimas proteolíticas estabilizariam as enzimas da fermentação da glicose</p><p>em extratos de leveduras. Adicionaram soro sanguíneo (conhecido por conter inibidores</p><p>de enzimas proteolíticas) a extratos de levedura e observaram o estímulo predito do</p><p>metabolismo da glicose. No entanto, em um experimento de controle realizado com</p><p>a intenção de demonstrar que ferver o soro destrói a atividade estimulante, eles</p><p>descobriram que o soro fervido foi tão efetivo em estimular a glicólise quanto o soro</p><p>não fervido. Exames cuidadosos e testes do conteúdo do soro fervido revelaram que o</p><p>fosfato inorgânico foi o responsável pela estimulação. Harden e Young logo perceberam</p><p>153</p><p>que a glicose adicionada ao seu extrato de levedura era convertida a hexose-bifosfato.</p><p>Esse foi o início de uma longa série de investigações sobre o papel dos ésteres orgânicos</p><p>e anidridos de fosfato em bioquímica, que levaram ao nosso entendimento atual do</p><p>papel central da transferência de grupos fosforil em biologia (NELSON; COX, 2014).</p><p>A fosforilação da glicose é catalisada pela hexocinase. Cinases são enzimas que</p><p>catalisam a transferência do grupo fosforil terminal do ATP a um aceptor nucleofílico.</p><p>As cinases são uma subclasse das transferases. Ela geralmente, como muitas outras</p><p>cinases, requer Mg21 para sua atividade, já que o verdadeiro substrato da enzima não</p><p>é ATP4-, mas sim o complexo MgATP22. A hexocinase está presente em praticamente</p><p>todos os organismos. O genoma humano codifica quatro hexocinases diferentes (I a IV),</p><p>e todas catalisam a mesma reação (RODWEL; MURRAY; GRANNER, 2017).</p><p>3.2 A FASE DE PAGAMENTO DA GLICÓLISE PRODUZ ATP E</p><p>NADH</p><p>A fase de pagamento da glicólise (Figura 5) inclui as etapas de fosforilação</p><p>que conservam energia, nas quais parte da energia química da molécula da glicose é</p><p>conservada na forma de ATP e NADH. Lembre-se de que uma molécula de glicose rende</p><p>duas moléculas de gliceraldeido-3-fosfato, e as duas metades da molécula de glicose</p><p>seguem a mesma via na segunda fase da glicólise. A conversão das duas moléculas de</p><p>gliceraldeido-3-fosfato a duas moléculas de piruvato é acompanhada pela formação de</p><p>quatro moléculas de ATP a partir de ADP. No entanto, o rendimento líquido de ATP por</p><p>molécula de glicose consumida é de apenas dois, já que dois ATP foram consumidos</p><p>na fase preparatória da glicólise para fosforilar as duas extremidades da molécula da</p><p>hexose (BERG; TYMOCZKO; STRYERT, 2015).</p><p>4 A CAPTAÇÃO DA GLICOSE É DEFICIENTE NO DIABETES</p><p>MELITO TIPO 1</p><p>O metabolismo de glicose em mamíferos é limitado pela taxa de captação</p><p>da glicose pelas células e sua fosforilação pela hexocinase. A captação da glicose do</p><p>sangue é mediada pela família GLUT de transportadores de glicose. Nelson e Cox (2014,</p><p>p. 558) relatam que:</p><p>154</p><p>Os transportadores nos hepatócitos (GLUT1, GLUT2) e nos neurônios</p><p>cerebrais (GLUT3) estão sempre presentes nas membranas</p><p>plasmáticas. Por outro lado, o principal transportador de glicose nas</p><p>células do músculo esquelético, músculo cardíaco e tecido adiposo</p><p>(GLUT4) está armazenado em pequenas vesículas intracelulares</p><p>e se desloca para a membrana plasmática apenas em resposta a</p><p>um sinal de insulina. Portanto, em músculo esquelético, coração e</p><p>tecido adiposo, a captação e o metabolismo da glicose dependem</p><p>da liberação normal de insulina pelas células b pancreáticas em</p><p>resposta à quantidade elevada de glicose no sangue.</p><p>Os indivíduos com diabetes melito tipo 1 (também chamado de diabetes</p><p>dependente de insulina) têm pouquíssimas células b e são incapazes de liberar insulina</p><p>suficiente para desencadear a captação de glicose pelas células do músculo esquelético,</p><p>do coração ou do tecido adiposo. Assim, após uma refeição contendo carboidratos, a</p><p>glicose se acumula a níveis anormalmente altos no sangue, condição conhecida como</p><p>hiperglicemia. Incapazes de captar glicose, o músculo e o tecido adiposo utilizam os</p><p>ácidos graxos armazenados nos triacilgliceróis como seu principal combustível. No</p><p>fígado, a acetil-CoA, derivada da degradação desses ácidos graxos, é convertida a “corpos</p><p>cetônicos” – acetoacetato e b-hidroxibutirato – que são exportados e levados a outros</p><p>tecidos para serem utilizados como combustível. Esses compostos são especialmente</p><p>críticos para o cérebro, que utiliza os corpos cetônicos como combustível alternativo</p><p>quando a glicose está indisponível (RODWEL; MURRAY; GRANNER, 2017).</p><p>Em pacientes com diabetes tipo 1 não tratados, a superprodução de acetoacetato</p><p>e b-hidroxibutirato leva a seu acúmulo no sangue e a consequente redução do pH</p><p>sanguíneo leva à cetoacidose, uma condição potencialmente letal.</p><p>Você sabia?</p><p>Os ácidos graxos não conseguem atravessar a barreira hematoencefálica e, por</p><p>isso, não servem de combustível para os neurônios</p><p>do encéfalo.</p><p>NOTA</p><p>155</p><p>FIGURA 6 – EFEITO DO DIABETES TIPO 1 SOBRE O METABOLISMO DOS CARBOIDRATOS E DAS GORDURAS</p><p>EM UM ADIPÓCITO</p><p>FONTE: Nelson e Cox (2014, p. 559)</p><p>P R I N C Í P I O S D E B I O Q U Í M I C A D E L E H N I N G E R 559</p><p>continua o processo de degradação. A a-amilase pancreá-</p><p>tica gera principalmente maltose e maltotriose (os di e</p><p>trissacarídeos de glicose) e oligossacarídeos chamados</p><p>de dextrinas-limite, fragmentos de amilopectina conten-</p><p>do pontos de ramificação (a1S6). A maltose e as dex-</p><p>trinas são degradadas até glicose por enzimas do epité-</p><p>lio intestinal com borda em escova (as microvilosidades</p><p>das células epiteliais do intestino, que aumentam muito</p><p>a área da superfície intestinal). O glicogênio da dieta tem</p><p>essencialmente a mesma estrutura do amido, e sua diges-</p><p>tão segue a mesma via.</p><p>Como foi visto no Capítulo 7, a maioria dos animais não</p><p>pode digerir celulose devido à falta da enzima celulase, que</p><p>cliva as ligações glicosídicas (b1S4) da celulose. Em ani-</p><p>mais ruminantes, o estômago estendido inclui uma câmara</p><p>onde microrganismos simbióticos que produzem celulase</p><p>degradam celulose em moléculas de glicose. Esses micror-</p><p>ganismos utilizam a glicose resultante por meio de fermen-</p><p>Membrana</p><p>plasmática</p><p>GLUT4</p><p>Glicose</p><p>Gota de gordura</p><p>Ácido</p><p>graxo Triacilglicerol</p><p>Glicose entra por</p><p>meio de GLUT4</p><p>Hexocinase</p><p>fosforila a</p><p>glicose</p><p>Glicólise</p><p>Cetoacidose</p><p>acetoacetato,</p><p>b-hidroxibutirato</p><p>Oxidação do</p><p>piruvato</p><p>pelo ciclo do</p><p>ácido cítrico</p><p>Glicose-6-fosfato</p><p>Via das</p><p>pentoses-</p><p>-fosfato Ribulose-5-fosfato</p><p>Piruvato</p><p>CO2</p><p>CO2</p><p>Fosforilação</p><p>oxidativa na</p><p>mitocôndria</p><p>Vesículas contendo</p><p>GLUT4 fundem-se com</p><p>a membrana plasmática</p><p>A mobilização de</p><p>triacilglicerol fornece</p><p>ácidos graxos como</p><p>combustível alternativo</p><p>A transferência de elétrons</p><p>nas mitocôndrias</p><p>direciona a síntese de ATP</p><p>,30 ATP</p><p>2 ATP</p><p>➍</p><p>➊ Pâncreas</p><p>secreta</p><p>insulina</p><p>Principal defeito</p><p>no diabetes</p><p>IRS</p><p>Receptor de</p><p>insulina</p><p>ativado</p><p>PI-3K</p><p>PKB</p><p>➋</p><p>➌</p><p>➎</p><p>➏</p><p>➐</p><p>➑</p><p>➓</p><p>➒</p><p>FIGURA 1410 Efeito do diabetes tipo 1 sobre o metabolismo</p><p>dos carboidratos e das gorduras em um adipócito. Normal-</p><p>mente, a insulina desencadeia a inserção de transportadores GLUT4 na</p><p>membrana plasmática pela fusão de vesículas contendo GLUT4 com a mem-</p><p>brana, permitindo a captação de glicose do sangue. Quando os níveis de in-</p><p>sulina diminuem no sangue, GLUT4 é ressequestrado em vesículas por endo-</p><p>citose. No diabetes melito tipo 1 (dependente de insulina), a inserção de</p><p>GLUT4 nas membranas, assim como outros processos normalmente estimu-</p><p>lados por insulina, estão inibidos como indicado por X. A deficiência de insu-</p><p>lina impede a captação de glicose por GLUT4; como consequência, as células</p><p>são privadas de glicose, enquanto ela está elevada na corrente sanguínea.</p><p>Sem glicose para o suprimento de energia, os adipócitos degradam triacilgli-</p><p>ceróis estocados em gotas de gordura e fornecem os ácidos graxos resultan-</p><p>tes para outros tecidos para a produção mitocondrial de ATP. Dois subprodu-</p><p>tos da oxidação dos ácidos graxos acumulam-se no fígado (acetoacetato e</p><p>b-hidroxibutirato, ver p. 686) e são liberados na corrente sanguínea, forne-</p><p>cendo combustível para o cérebro, mas também diminuindo o pH do san-</p><p>gue, causando cetoacidose. A mesma sequência de eventos ocorre no mús-</p><p>culo, exceto que os miócitos não estocam triacilgliceróis, mas captam os</p><p>ácidos graxos que são liberados na corrente sanguínea pelos adipócitos.</p><p>Nelson_6ed_14.indd 559Nelson_6ed_14.indd 559 07/04/14 14:2707/04/14 14:27</p><p>5 VIAS ALIMENTADORAS DA GLICÓLISE</p><p>Muitos carboidratos, além da glicose, encontram seus destinos catabólicos</p><p>na glicólise, após serem transformados em um dos intermediários glicolíticos. Os mais</p><p>significativos são os polissacarídeos de armazenamento, glicogênio e amido, contidos</p><p>nas células (endógenos) ou obtidos da dieta; os dissacarídeos maltose, lactose, trealose</p><p>e sacarose; e os monossacarídeos frutose, manose e galactose.</p><p>156</p><p>FIGURA 7 – ENTRADA DE GLICOGÊNIO, AMIDO, DISSACARÍDEOS E HEXOSES DA DIETA NO ESTÁGIO PREPA-</p><p>RATÓRIO DA GLICÓLISE</p><p>FONTE: Rodwel, Murray e Granner (2017, p. 410)</p><p>5.1 OS POLISSACARÍDEOS E OS DISSACARÍDEOS DA DIETA</p><p>Para a maioria dos seres humanos, o amido é a principal fonte de carboidratos na</p><p>dieta. A digestão inicia na boca, onde a amilase salivar hidrolisa as ligações glicosídicas</p><p>internas do amido, produzindo fragmentos polissacarídeos curtos ou oligossacarídeos.</p><p>No estômago, a amilase salivar é inativada pelo pH baixo, mas uma segunda forma</p><p>de amilase, secretada pelo pâncreas no intestino delgado, continua o processo de</p><p>degradação. A amilase pancreática gera principalmente maltose e maltotriose (os di e</p><p>trissacarídeos de glicose) e oligossacarídeos chamados de dextrinas-limite, fragmentos</p><p>de amilopectina. A maltose e as dextrinas são degradadas até glicose por enzimas do</p><p>epitélio intestinal com borda em escova (as microvilosidades das células epiteliais do</p><p>intestino, que aumentam muito a área da superfície intestinal). O glicogênio da dieta</p><p>tem essencialmente a mesma estrutura do amido, e sua digestão segue a mesma via</p><p>(NELSON; COX, 2014).</p><p>560 D AV I D L . N E L S O N & M I C H A E L M . COX</p><p>tação anaeróbia, produzindo grandes quantidades de pro-</p><p>pionato. Esse propionato serve como material de partida</p><p>para a gliconeogênese, que gera a maior parte da lactose</p><p>do leite.</p><p>O glicogênio endógeno e o amido são degradados por</p><p>fosforólise</p><p>Os estoques de glicogênio em tecidos animais (principal-</p><p>mente no fígado e no músculo esquelético), em micror-</p><p>ganismos ou em tecidos vegetais podem ser mobilizados,</p><p>para o uso da mesma célula, por uma reação fosfolítica ca-</p><p>talisada pela glicogênio-fosforilase (amido-fosforilase</p><p>em vegetais) (Figura 14-12). Essas enzimas catalisam o</p><p>ataque por Pi sobre a ligação glicosídica (a1S4) que une</p><p>os dois últimos resíduos de glicose na extremidade não re-</p><p>dutora, gerando glicose-1-fosfato e um polímero com uma</p><p>unidade de glicose a menos. A fosforólise preserva parte</p><p>da energia da ligação glicosídica do éster-fosfato da glico-</p><p>se-1-fosfato. A glicogênio-fosforilase (ou amido-fosforilase)</p><p>age repetidamente até alcançar um ponto de ramificação</p><p>(a1S6) (ver Figura 7-13), onde cessa sua ação. Uma enzi-</p><p>ma de desramificação remove as ramificações. Os meca-</p><p>nismos e o controle da degradação de glicogênio são descri-</p><p>tos em maior detalhe no Capítulo 15.</p><p>A glicose-1-fosfato produzida pela glicogênio-fosforilase</p><p>é convertida a glicose-6-fosfato pela fosfoglicomutase,</p><p>que catalisa a reação reversível:</p><p>Glicose-1-fosfato ∆ Glicose-6-fosfato</p><p>A fosfoglicomutase utiliza basicamente o mesmo mecanis-</p><p>mo que a fosfoglicerato-mutase (Figura 14-9): ambas en-</p><p>volvem um intermediário bifosfato, e a enzima é transito-</p><p>riamente fosforilada em cada ciclo catalítico. O nome geral</p><p>mutase é dado a enzimas que catalisam a transferência de</p><p>um grupo funcional de uma posição para outra, na mesma</p><p>molécula. As mutases são uma subclasse das isomerases,</p><p>enzimas que interconvertem estereoisômeros ou isômeros</p><p>estruturais ou de posição (ver Tabela 6-3). A glicose-6-fos-</p><p>fato formada na reação da fosfoglicomutase pode entrar na</p><p>glicólise ou em outra via, como a via das pentoses-fosfato,</p><p>descrita na Seção 14.5.</p><p>OH</p><p>H H</p><p>H</p><p>OH</p><p>CH2OH</p><p>Gliceraldeído-3-</p><p>-fosfato</p><p>Sacarase</p><p>Frutose-1-</p><p>-fosfato-</p><p>-aldolase</p><p>UDP-galactose</p><p>H2O</p><p>CH2OHO</p><p>H</p><p>H</p><p>H</p><p>OH</p><p>HO</p><p>OH</p><p>O</p><p>HO</p><p>H H H</p><p>H</p><p>OH H</p><p>CH2OH</p><p>D-Glicose</p><p>D-Galactose</p><p>D-Manose</p><p>D-Frutose</p><p>OH</p><p>OH</p><p>OH</p><p>HOCH2</p><p>Glicogênio da</p><p>dieta; amido</p><p>Glicose-1-</p><p>-fosfato</p><p>Lactose</p><p>Manose-6-fosfato</p><p>Pi</p><p>Glicose 6-</p><p>-fosfato</p><p>Sacarose</p><p>Trealose</p><p>Fosfoglicomutase</p><p>Lactase</p><p>a -amilase</p><p>Trealase</p><p>UDP-glicose</p><p>O</p><p>HO</p><p>H</p><p>H H</p><p>H</p><p>OH H</p><p>CH2OH</p><p>OH</p><p>OH</p><p>H</p><p>O</p><p>OH</p><p>H</p><p>ATP</p><p>Hexocinase</p><p>ATP</p><p>ATP</p><p>Fosfomanose-isomerase</p><p>Frutose-1,6-</p><p>-bifosfato</p><p>Triose-fosfato-</p><p>-isomerase</p><p>Frutose-1-fosfato</p><p>ATP Frutocinase</p><p>Gliceraldeído 1 Di-hidroxiacetona</p><p>fosfato</p><p>Triosecinase</p><p>Hexocinase</p><p>ATP</p><p>Frutose</p><p>6-fosfato</p><p>Hexocinase</p><p>Fosforilase</p><p>Glicogênio</p><p>endógeno</p><p>FIGURA 1411 Entrada de</p><p>glicogênio, amido, dissacarídeos e hexoses da dieta no estágio preparatório da glicólise.</p><p>Nelson_6ed_14.indd 560Nelson_6ed_14.indd 560 07/04/14 14:2707/04/14 14:27</p><p>157</p><p>5.2 O GLICOGÊNIO ENDÓGENO E O AMIDO SÃO DEGRADADOS</p><p>POR FOSFORÓLISE</p><p>Os estoques de glicogênio em tecidos animais (principalmente no fígado</p><p>e no músculo esquelético), em microrganismos ou em tecidos vegetais podem ser</p><p>mobilizados, para o uso da mesma célula, por uma reação fosfolítica catalisada pela</p><p>glicogênio-fosforilase (amido-fosforilase em vegetais) (Figura 9). A fosforólise preserva</p><p>parte da energia da ligação glicosídica do ester-fosfato da glicose- 1-fosfato (BERG;</p><p>TYMOCZKO; STRYERT, 2015).</p><p>FIGURA 8 – DEGRADAÇÃO DO GLICOGÊNIO INTRACELULAR PELA GLICOGÊNIO-FOSFORILASE</p><p>FONTE: Berg, Tymoczko e Stryert (2015, p. 561)</p><p>A quebra de polissacarídeos da dieta, como o glicogênio e o amido no trato</p><p>gastrintestinal, por fosforólise, em vez de hidrólise, não produziria ganho de energia:</p><p>açúcares fosfatados não são transportados para dentro das células que revestem o</p><p>intestino, devendo primeiro ser desfosforilados a açúcar livre. Os dissacarídeos devem</p><p>ser hidrolisados a monossacarídeos antes de entrar na célula (NELSON; COX, 2014).</p><p>Os monossacarídeos assim formados são transportados ativamente para as</p><p>células epiteliais, em seguida passam para o sangue e são transportados para vários</p><p>tecidos, onde são fosforilados e entram na sequência glicolítica.</p><p>P R I N C Í P I O S D E B I O Q U Í M I C A D E L E H N I N G E R 561</p><p>PROBLEMA RESOLVIDO 141 Economia de energia para a quebra do</p><p>glicogênio por fosforólise</p><p>Calcule a economia de energia (em moléculas de ATP por</p><p>monômeros de glicose) obtida pela quebra do glicogênio</p><p>por fosforólise em vez de hidrólise para iniciar o processo</p><p>de glicólise.</p><p>Solução: A fosforólise produz uma glicose fosforilada (gli-</p><p>cose-1-fosfato), que é então convertida a glicose-6-fosfato</p><p>– sem gasto da energia celular (1 ATP) necessária para a</p><p>formação de glicose-6-fosfato a partir de glicose livre. Por-</p><p>tanto, é consumido apenas 1 ATP por monômero de glicose</p><p>na fase preparatória, em comparação com 2 ATP consumi-</p><p>dos quando a glicólise inicia com glicose livre. Consequen-</p><p>temente, a célula ganha 3 ATP por monômero de glicose (4</p><p>ATP produzidos na fase de pagamento menos 1 ATP usado</p><p>na fase preparatória), em vez de 2 – uma economia de 1</p><p>ATP por monômero de glicose.</p><p>A quebra de polissacarídeos da dieta, como o glicogênio</p><p>e o amido, no trato gastrintestinal por fosforólise em vez</p><p>de hidrólise não produziria ganho de energia: açúcares fos-</p><p>fatados não são transportados para dentro das células que</p><p>revestem o intestino, devendo primeiro ser desfosforilados</p><p>a açúcar livre.</p><p>Os dissacarídeos devem ser hidrolisados a monossaca-</p><p>rídeos antes de entrar na célula. Dissacarídeos intestinais e</p><p>dextrinas são hidrolisados por enzimas acopladas à superfí-</p><p>cie externa das células epiteliais intestinais:</p><p>Dextrina 1 nH2O</p><p>dextrinase</p><p>n D-glicose</p><p>Maltose 1 H2O</p><p>maltase</p><p>2 D-glicose</p><p>Lactose 1 H2O</p><p>lactase</p><p>D-galactose 1 D-glicose</p><p>Sacarose 1 H2O</p><p>sacarase</p><p>D-frutose 1 D-glicose</p><p>Trealose 1 H2O</p><p>trealase</p><p>2 D-glicose</p><p>Os monossacarídeos assim formados são transportados</p><p>ativamente para as células epiteliais (ver Figura 11-43), em</p><p>seguida passam para o sangue e são transportados para vá-</p><p>rios tecidos, onde são fosforilados e entram na sequência</p><p>glicolítica.</p><p>A intolerância à lactose, comum entre adultos na</p><p>maior parte das populações humanas, exceto aquelas</p><p>originárias do norte da Europa e alguns países da África, é</p><p>devida ao desaparecimento, após a infância, da maior parte</p><p>ou de toda atividade lactásica das células epiteliais intesti-</p><p>nais. Na ausência de lactase intestinal, a lactose não pode</p><p>ser completamente digerida e absorvida no intestino delga-</p><p>do, passando para o intestino grosso, onde bactérias a con-</p><p>vertem em produtos tóxicos que causam cãibras abdominais</p><p>e diarreia. O problema é ainda mais complicado porque a</p><p>lactose não digerida e seus metabólitos aumentam a osmola-</p><p>ridade do conteúdo intestinal, favorecendo a retenção de</p><p>água no intestino. Na maioria dos lugares do mundo onde a</p><p>intolerância à lactose é prevalente, o leite não é usado como</p><p>alimento para adultos, embora os produtos do leite pré-dige-</p><p>ridos com lactase estejam comercialmente disponíveis em</p><p>alguns países. Em certas patologias humanas, estão ausen-</p><p>tes algumas ou todas as dissacaridases intestinais. Nesses</p><p>casos, o distúrbio digestivo ocasionado pelos dissacarídeos</p><p>da dieta pode ser minimizado por uma dieta controlada. ■</p><p>Outros monossacarídeos entram na via glicolítica em</p><p>diversos pontos</p><p>Na maior parte dos organismos, outras hexoses além da gli-</p><p>cose podem sofrer glicólise após a conversão a um derivado</p><p>fosforilado. A D-frutose, presente na forma livre em muitas</p><p>frutas e formada pela hidrólise da sacarose no intestino del-</p><p>gado de vertebrados, é fosforilada pela hexocinase:</p><p>Esta é a principal via de entrada da frutose na glicólise nos</p><p>músculos e nos rins. No fígado, a frutose entra por uma via</p><p>diferente. A enzima hepática frutocinase catalisa a fosfori-</p><p>lação da frutose em C-1 em vez de C-6:</p><p>HO</p><p>OH</p><p>OH</p><p>O2</p><p>O2</p><p>OH</p><p>O</p><p>O</p><p>O</p><p>H</p><p>H</p><p>H</p><p>H</p><p>H</p><p>P</p><p>Glicogênio (amido)</p><p>n unidades de glicose</p><p>Glicogênio-(amido)--</p><p>fosforilase</p><p>O2</p><p>O2O P</p><p>Extremidade não redutora</p><p>CH2OH</p><p>OH</p><p>OH</p><p>O</p><p>O</p><p>H</p><p>H</p><p>H</p><p>H</p><p>H H</p><p>CH2OH</p><p>HO</p><p>OH</p><p>OH</p><p>O</p><p>O</p><p>H</p><p>H</p><p>H</p><p>H</p><p>H</p><p>Glicogênio (amido)</p><p>(n-1) unidades de glicose</p><p>HO</p><p>CH2OH</p><p>OH</p><p>OH</p><p>O</p><p>O</p><p>H</p><p>H</p><p>H</p><p>H</p><p>H H</p><p>CH2OH</p><p>1</p><p>Glicose-1-fosfato</p><p>FIGURA 1412 Degradação do glicogênio intracelular pela glicogê-</p><p>nio-fosforilase. A enzima catalisa o ataque pelo fosfato inorgânico (em cor</p><p>salmão) sobre o resíduo glicosil terminal (em azul) na extremidade não redu-</p><p>tora de uma molécula de glicogênio, liberando glicose-1-fosfato e formando</p><p>uma molécula de glicogênio com um resíduo de glicose a menos. A reação</p><p>é uma fosforólise (não hidrólise).</p><p>Nelson_6ed_14.indd 561Nelson_6ed_14.indd 561 07/04/14 14:2707/04/14 14:27</p><p>158</p><p>A intolerância à lactose, comum entre adultos na maior parte das</p><p>populações humanas, exceto aquelas originárias do norte da Europa e</p><p>alguns países da África, é devida ao desaparecimento, após a infância,</p><p>da maior parte ou de toda atividade lactásica das células epiteliais</p><p>intestinais. Na ausência de lactase intestinal, a lactose não pode ser</p><p>completamente digerida e absorvida no intestino delgado, passando</p><p>para o intestino grosso, onde bactérias a convertem em produtos tóxicos</p><p>que causam cãibras abdominais e diarreia. O problema é ainda mais</p><p>complicado porque a lactose não digerida e seus metabólitos aumentam</p><p>a osmolaridade do conteúdo intestinal, favorecendo a retenção de água</p><p>no intestino. Na maioria dos lugares do mundo, onde a intolerância a</p><p>lactose é prevalente, o leite não é usado como alimento para adultos,</p><p>embora os produtos do leite pré-digeridos com lactase estejam</p><p>comercialmente disponíveis em alguns países. Em certas patologias</p><p>humanas estão ausentes algumas ou todas as dissacaridases intestinais.</p><p>Nesses casos, o distúrbio digestivo ocasionado pelos dissacarídeos da</p><p>dieta pode ser minimizado por uma dieta controlada (NELSON; COX,</p><p>2014).</p><p>IMPORTANTE</p><p>6 GLICONEOGÊNESE</p><p>O papel central da glicose no metabolismo surgiu cedo na evolução e esse açúcar</p><p>permanece sendo combustível quase universal e unidade estrutural nos organismos</p><p>atuais, desde micróbios até humanos. Em mamíferos, alguns tecidos dependem quase</p><p>completamente de glicose para sua energia metabólica. Para o encéfalo humano e o</p><p>sistema nervoso, assim como para os eritrócitos, os testículos, a medula renal e os tecidos</p><p>embrionários, a glicose do sangue é a principal ou a única fonte de combustível. Apenas</p><p>o encéfalo requer em média 120 g de glicose por dia – mais da metade de toda a glicose</p><p>estocada como glicogênio nos músculos e no fígado. No entanto, o suprimento de glicose</p><p>a partir desses estoques não é sempre suficiente; entre as refeições e durante períodos de</p><p>jejum mais longos, ou</p><p>após exercício vigoroso, o glicogênio se esgota. Para esses períodos,</p><p>os organismos precisam de um método para sintetizar glicose a partir de precursores que</p><p>não são carboidratos. Isso é realizado por uma via chamada de gliconeogênese (“nova</p><p>formação de açúcar”), que converte em glicose o piruvato e os compostos relacionados,</p><p>com três e quatro carbonos (RODWEL; MURRAY; GRANNER, 2017).</p><p>A gliconeogênese ocorre em todos os animais, vegetais, fungos e microrganismos.</p><p>As reações são essencialmente as mesmas em todos os tecidos e em todas as espécies.</p><p>Os precursores importantes da glicose em animais são compostos de três carbonos</p><p>como o lactato, o piruvato e o glicerol, assim como certos aminoácidos (Figura 10). Em</p><p>mamíferos, a gliconeogênese ocorre principalmente no fígado, e em menor extensão no</p><p>córtex renal e nas células epiteliais que revestem internamente o intestino delgado. A</p><p>glicose assim produzida passa para o sangue e vai suprir outros tecidos. Após exercícios</p><p>159</p><p>vigorosos, o lactato produzido pela glicólise anaeróbia no músculo esquelético retorna</p><p>para o fígado e é convertido a glicose, que volta para os músculos e é convertida a</p><p>glicogênio – circuito chamado de ciclo de Cori (NELSON; COX, 2014).</p><p>FIGURA 9 – SÍNTESE DE CARBOIDRATOS A PARTIR DE PRECURSORES SIMPLES</p><p>FONTE: Nelson e Cox (2014, p. 569)</p><p>P R I N C Í P I O S D E B I O Q U Í M I C A D E L E H N I N G E R 569</p><p>nucleotídeos, coenzimas e uma série de outros metabólitos</p><p>essenciais das plantas. Em muitos microrganismos, a glico-</p><p>neogênese inicia a partir de compostos orgânicos simples</p><p>de dois ou três carbonos, como acetato, lactato e propiona-</p><p>to, presentes em seu meio de crescimento.</p><p>Embora as reações da gliconeogênese sejam as mesmas</p><p>em todos os organismos, o contexto metabólico e a regu-</p><p>lação da via diferem de uma espécie para outra e de teci-</p><p>do para tecido. Nesta seção, analisa-se a gliconeogênese e</p><p>como ela ocorre no fígado de mamíferos. No Capítulo 20</p><p>é mostrado como organismos fotossintéticos usam essa via</p><p>para converter os produtos primários da fotossíntese em</p><p>glicose, para ser estocada como sacarose ou amido.</p><p>A gliconeogênese e a glicólise não são vias idênticas cor-</p><p>rendo em direções opostas, embora compartilhem várias</p><p>etapas (Figura 14-17); sete das 10 reações enzimáticas</p><p>da gliconeogênese são o inverso das reações glicolíticas. No</p><p>Glicoproteínas</p><p>Glicose</p><p>sanguínea</p><p>Glicogênio</p><p>Aminoácidos</p><p>glicogênicos</p><p>Ciclo</p><p>do ácido</p><p>cítrico</p><p>Glicose-6-fosfato</p><p>Outros</p><p>monossacarídeos Sacarose</p><p>Dissacarídeos</p><p>Piruvato</p><p>Lactato</p><p>Fosfoenol-</p><p>-piruvato</p><p>3-Fosfoglicerato</p><p>Fixação do</p><p>CO2</p><p>Triacilgliceróis</p><p>Glicerol</p><p>Animais Plantas</p><p>Amido</p><p>Energia</p><p>FIGURA 1416 Síntese de carboidratos a partir de precursores sim-</p><p>ples. A via a partir de fosfoenolpiruvato até glicose-6-fosfato é comum para</p><p>a conversão biossintética de muitos precursores diferentes de carboidratos</p><p>de animais e plantas. A via partindo de piruvato a fosfoenolpiruvato passa</p><p>por oxaloacetato, um intermediário do ciclo do ácido cítrico, discutido no</p><p>Capítulo 16. Qualquer composto que possa ser convertido a piruvato ou</p><p>oxaloacetato pode, consequentemente, servir como material inicial para</p><p>a gliconeogênese. Isso inclui alanina e aspartato, que podem ser converti-</p><p>dos a piruvato e oxaloacetato, respectivamente, e outros aminoácidos que</p><p>também podem gerar fragmentos de três ou quatro carbonos, os chamados</p><p>aminoácidos glicogênicos (ver Tabela 14-4; ver também Figura 18-15). Plan-</p><p>tas e bactérias fotossintetizantes são as únicas capazes de converter CO2 em</p><p>carboidratos, usando o ciclo de Calvin (ver Seção 20.1).</p><p>Hexocinase</p><p>Fosfofrutocinase-1</p><p>Piruvato-</p><p>-cinase</p><p>Glicose-6-</p><p>-fosfatase</p><p>Frutose-1,6-</p><p>-bifosfatase-1</p><p>Piruvato-</p><p>-carboxilase</p><p>PEP-</p><p>-carboxicinase</p><p>Glicose</p><p>Pi</p><p>Glicose-</p><p>-6-fosfato</p><p>Frutose-6-</p><p>-fosfato</p><p>Frutose-1,6-</p><p>-bifosfato</p><p>(2) Gliceraldeído-3-</p><p>-fosfato</p><p>(2) 1,3-Bifosfoglicerato</p><p>(2) 3-Fosfoglicerato</p><p>(2) 2-Fosfoglicerato</p><p>(2) Fosfoenolpiruvato</p><p>(2) Oxaloacetato</p><p>Di-hidroxiacetona-</p><p>-fosfato</p><p>Di-hidroxiacetona-</p><p>-fosfato</p><p>GliconeogêneseGlicólise</p><p>ATP</p><p>ADP H2O</p><p>PiATP</p><p>ADP H2O</p><p>2Pi</p><p>2NADH 1 2H1</p><p>2ADP</p><p>2GDP</p><p>2GTP</p><p>2NAD1</p><p>2Pi</p><p>2NADH 1 2H1</p><p>2NAD1</p><p>2ATP</p><p>2ADP</p><p>2ATP</p><p>2ADP</p><p>2ATP</p><p>2ADP</p><p>(2) Piruvato</p><p>2ATP</p><p>FIGURA 1417 Vias opostas da glicólise e da gliconeogênese em fíga-</p><p>do de rato. As reações da glicólise estão do lado esquerdo, em vermelho;</p><p>a via oposta, a gliconeogênese, está mostrada do lado direito, em azul. Os</p><p>principais pontos de regulação da gliconeogênese representados aqui são</p><p>discutidos posteriormente neste capítulo e em detalhe no Capítulo 15. A Fi-</p><p>gura 14-20 ilustra uma rota alternativa para a produção de oxaloacetato na</p><p>mitocôndria.</p><p>Nelson_6ed_14.indd 569Nelson_6ed_14.indd 569 07/04/14 14:2707/04/14 14:27</p><p>160</p><p>Alta taxa da glicólise em tumores sugere alvos para quimioterapia e facilita o</p><p>diagnóstico</p><p>José de Felippe Junior</p><p>Em muitos tipos de tumores encontrados em humanos e em outros animais,</p><p>a captação e a degradação de glicose ocorrem cerca de 10 vezes mais rápido do que</p><p>em tecidos normais, não cancerosos. A maior parte das células tumorais cresce em</p><p>condições de hipóxia (i.e., com suprimento de oxigênio limitado) devido à falta, pelo</p><p>menos inicialmente, das redes capilares que suprem com oxigênio suficiente. Células</p><p>cancerosas localizadas a mais de 100 a 200 mm dos capilares mais próximos dependem</p><p>somente da glicose (sem oxidação adicional de piruvato) para a maior parte da produção</p><p>de ATP. O rendimento de energia (2 ATP por glicose) é muito menor do que o que pode</p><p>ser obtido pela oxidação completa do piruvato a CO2 na mitocôndria (cerca de 30 ATP</p><p>por glicose). Portanto, para fazer a mesma quantidade de ATP, as células tumorais</p><p>devem captar muito mais glicose do que as células normais, convertendo-a a piruvato</p><p>e depois a lactato enquanto reciclam NADH. É provável que as duas etapas iniciais na</p><p>transformação de uma célula normal em uma célula tumoral sejam (1) a mudança para</p><p>a dependência da glicólise na produção de ATP, e (2) o desenvolvimento de tolerância a</p><p>pH baixo no fluido extracelular (causado pela liberação do produto da glicólise, o ácido</p><p>láctico). Em geral, quanto mais agressivo é o tumor, maior é a taxa de glicólise.</p><p>Esse aumento da glicólise é alcançado ao menos em parte pelo aumento da</p><p>síntese das enzimas glicolíticas e dos transportadores da membrana plasmática GLUT1 e</p><p>GLUT3 que carregam a glicose para a célula. Com a alta velocidade de glicólise resultante,</p><p>as células tumorais podem sobreviver em condições anaeróbias até que o suprimento</p><p>de vasos sanguíneos alcance o tumor em crescimento. Outra proteína induzida por HIF-</p><p>1 e o hormônio peptídico VEGF (fator de crescimento vascular endotelial), que estimula</p><p>crescimento dos vasos sanguíneos (angiogênese) em direção do tumor. Existe também a</p><p>evidência de que a proteína supressora de tumor p53, mutada na maior parte dos tipos</p><p>de câncer, controla a síntese e a montagem das proteínas mitocondriais essenciais para o</p><p>transporte dos elétrons ao O2. As células com p53 mutada são deficientes no transporte de</p><p>elétrons na mitocôndria e são forçadas a depender mais significativamente da glicólise para</p><p>a produção de ATP. Essa dependência maior dos tumores pela glicólise em comparação</p><p>aos tecidos normais sugere uma possibilidade de terapia anticâncer: inibidores da glicólise</p><p>poderiam atingir e matar tumores por esgotar seu suprimento de ATP.</p><p>FONTE: Adaptado de <http://www.medicinabiomolecular.com.br/biblioteca/pdfs/Cancer/ca-0369.pdf>.</p><p>Acesso em: 12 jul. 2019.</p><p>LEITURA</p><p>COMPLEMENTAR</p><p>http://www.medicinabiomolecular.com.br/biblioteca/pdfs/Cancer/ca-0369.pdf</p><p>161</p><p>RESUMO DO TÓPICO 1</p><p>Neste tópico, você adquiriu certos aprendizados, como:</p><p>• A glicólise é uma via quase universal pela qual uma molécula de glicose é oxidada a</p><p>duas moléculas de piruvato, com energia conservada na forma de ATP e NADH.</p><p>• Na fase preparatória da glicólise, ATP é consumido para a conversão de glicose em</p><p>frutose-1,6-bifosfato.</p><p>• Na fase de pagamento,</p><p>cada uma das duas moléculas de gliceraldeido-3-fosfato</p><p>derivada da glicose sofre oxidação em C-1; a energia dessa reação de oxidação é</p><p>conservada na forma de um NADH e dois ATP.</p><p>• A glicólise é rigidamente regulada de forma coordenada com outras vias geradoras</p><p>de energia para garantir um suprimento constante de ATP.</p><p>• No diabetes tipo 1, a captação deficiente de glicose pelo músculo e tecido adiposo</p><p>tem efeitos profundos sobre o metabolismo de carboidratos e gorduras.</p><p>• O glicogênio e o amido endógenos, as formas de armazenamento da glicose, entram</p><p>na glicólise em um processo de duas etapas.</p><p>• A clivagem fosforolítica de um resíduo de glicose de uma extremidade do polímero,</p><p>formando glicose-1-fosfato, é catalisada pela glicogênio-fosforilase ou pela amido-</p><p>fosforilase. A fosfoglicomutase então converte a glicose-1-fosfato em glicose-6-</p><p>fosfato, que pode entrar na glicólise.</p><p>• Os polissacarídeos e os dissacarídeos ingeridos são convertidos a monossacarídeos</p><p>por enzimas hidrolíticas intestinais, e os monossacarídeos entram nas células</p><p>intestinais e são transportados para o fígado ou para outros tecidos.</p><p>• A gliconeogênese é um processo de múltiplas etapas em que a glicose é produzida</p><p>a partir de lactato, piruvato ou oxaloacetato, ou qualquer composto que possa ser</p><p>convertido a um desses intermediários.</p><p>162</p><p>AUTOATIVIDADE</p><p>1 Adultos engajados em exercício físico intenso requerem, para nutrição adequada,</p><p>uma ingestão de cerca de 160 g de carboidrato diariamente, mas apenas em torno</p><p>de 20 mg de niacina. Dado o papel da niacina na glicólise, como você explica essa</p><p>observação?</p><p>2 Os sintomas clínicos das duas formas de galactosemia – deficiência de galactocinase</p><p>ou de UDP-glicose: galactose-1-fosfato-uridiltransferase – mostram severidades</p><p>radicalmente diferentes. Embora os dois tipos provoquem desconforto gástrico após</p><p>a ingestão de leite, a deficiência da transferase também leva a disfunções do fígado,</p><p>dos rins, do baço, do cérebro e, finalmente, à morte. Quais produtos se acumulam no</p><p>sangue e nos tecidos em cada tipo de deficiência enzimática?</p><p>3 Uma consequência do jejum prolongado é a redução da massa muscular. O que</p><p>acontece com as proteínas musculares?</p><p>163</p><p>CICLO DO ÁCIDO CÍTRICO</p><p>1 INTRODUÇÃO</p><p>Como mencionamos no tópico anterior, algumas células obtêm energia (ATP)</p><p>pela fermentação, degradando a glicose na ausência de oxigênio. Para a maioria das</p><p>células eucarióticas, e muitas bactérias que vivem em condições aeróbias e oxidam os</p><p>combustíveis orgânicos a dióxido de carbono e água, a glicólise é apenas a primeira etapa</p><p>para a oxidação completa da glicose. Em vez de ser reduzido a lactato, etanol ou algum</p><p>outro produto da fermentação, o piruvato produzido pela glicólise é posteriormente</p><p>oxidado a H2O e CO2. Essa fase aeróbia do catabolismo é chamada de respiração. No</p><p>sentido fisiológico ou macroscópico mais amplo, respiração alude à captação de O2 e</p><p>eliminação de CO2 por organismos multicelulares. Bioquímicos e biólogos celulares,</p><p>entretanto, utilizam esse termo em um sentido mais estrito para referirem-se ao processo</p><p>molecular por meio do qual as células consomem O2 e produzem CO2 – processo mais</p><p>precisamente denominado respiração celular.</p><p>A respiração celular acontece em três estágios principais (Figura 11). No primeiro,</p><p>a glicólise, ocorre quando a glicose é transformada em duas moléculas de piruvato.</p><p>Esse estágio acontece no citosol das células. No segundo estágio, o piruvato entra na</p><p>mitocôndria, se une à Coenzima A e forma a Acetil – CoA. Já no terceiro estágio, chamado</p><p>de cadeia respiratória, ocorre na membrana mitocondrial interna e os elétrons do NADH</p><p>são enviados para a cadeia transportadora de elétrons. No curso da transferência de</p><p>elétrons, a grande quantidade de energia liberada é conservada na forma de ATP, por</p><p>um processo chamado de fosforilação oxidativa. A respiração é mais complexa do que</p><p>a glicólise e acredita-se que tenha evoluído muito mais tardiamente, após o surgimento</p><p>das cianobactérias. As atividades metabólicas das cianobactérias são responsáveis</p><p>pelo aumento dos níveis de oxigênio na atmosfera terrestre, um momento decisivo na</p><p>história evolutiva (NELSON; COX, 2014).</p><p>Neste tópico, abordaremos a conversão de piruvato a grupos acetil e, então, a</p><p>entrada destes grupos no ciclo do ácido cítrico, também chamado de ciclo de Krebs (em</p><p>homenagem ao seu descobridor, Hans Krebs). Em seguida, serão examinadas as reações do</p><p>ciclo e as enzimas que as catalisam. Já que os intermediários do ciclo do ácido cítrico também</p><p>são desviados como precursores biossintéticos, serão consideradas algumas maneiras pelas</p><p>quais esses intermediários são repostos. O ciclo do ácido cítrico é um pivô do metabolismo,</p><p>com vias catabólicas chegando e vias anabólicas partindo, sendo cuidadosamente regulado</p><p>em coordenação com outras vias. Terminamos esse tópico com uma descrição da via do</p><p>glioxilato, uma sequência metabólica presente em certos organismos que utiliza algumas</p><p>das mesmas enzimas e reações utilizadas pelo ciclo do ácido cítrico, causando a síntese</p><p>líquida de glicose a partir dos triacilgliceróis armazenados.</p><p>UNIDADE 3 TÓPICO 2 -</p><p>164</p><p>FIGURA 10 – CATABOLISMO DE PROTEÍNAS, GORDURAS E CARBOIDRATOS</p><p>FONTE: Nelson e Cox (2014, 634)</p><p>634 DAV I D L . N E L S O N & M I C H A E L M . COX</p><p>é oxidado a acetil-CoA e CO2 pelo complexo da piruvato-</p><p>-desidrogenase (PDH, de pyruvate dehydrogenase), um</p><p>grupo de enzimas – múltiplas cópias de três enzimas – loca-</p><p>lizado nas mitocôndrias de células eucarióticas e no citosol</p><p>de bactérias.</p><p>O exame cuidadoso desse complexo enzimático é gra-</p><p>tificante sob diversos aspectos. O complexo da PDH é um</p><p>exemplo clássico e muito estudado de um complexo mul-</p><p>tienzimático no qual uma série de intermediários químicos</p><p>permanece ligada às moléculas de enzima à medida que o</p><p>substrato é transformado no produto final. Cinco cofatores,</p><p>quatro derivados de vitaminas, participam do mecanismo</p><p>da reação. A regulação desse complexo enzimático também</p><p>ilustra como uma combinação de modificações covalentes</p><p>e mecanismos alostéricos resulta em um fluxo precisamen-</p><p>te regulado em uma etapa metabólica. Finalmente, o com-</p><p>plexo da PDH é o protótipo para dois outros importantes</p><p>complexos enzimáticos: a-cetoglutarato-desidrogenase, do</p><p>ciclo do ácido cítrico, e a-cetoácido-desidrogenase de ca-</p><p>deia ramificada, das vias de oxidação de alguns aminoáci-</p><p>dos (ver Figura 18-28). A notável similaridade na estrutura</p><p>de proteínas, na exigência de cofator e nos mecanismos de</p><p>reação desses três complexos inquestionavelmente reflete</p><p>uma origem evolutiva comum.</p><p>O piruvato é oxidado a acetil-CoA e CO2</p><p>A reação geral catalisada pelo complexo da piruvato-desi-</p><p>drogenase é uma descarboxilação oxidativa, um pro-</p><p>cesso de oxidação irreversível no qual o grupo carboxil é</p><p>removido do piruvato na forma de uma molécula de CO2, e</p><p>os dois carbonos remanescentes são convertidos ao grupo</p><p>acetil da acetil-CoA (Figura 16-2). O NADH formado nessa</p><p>reação doa um íon hidreto (:H2) para a cadeia respiratória</p><p>(Figura 16-1), que transferirá os dois elétrons ao oxigênio</p><p>ou, em microrganismos anaeróbios, a um aceptor de elé-</p><p>trons alternativo, como nitrato ou sulfato. A transferência</p><p>de elétrons do NADH ao oxigênio gera, ao final, 2,5 molécu-</p><p>las de ATP por par de elétrons. A irreversibilidade da rea-</p><p>ção do complexo da PDH foi demonstrada por experimen-</p><p>tos com marcação isotópica: o complexo não pode religar</p><p>CO2 radioativamente marcado à acetil-CoA para formar uma</p><p>molécula de piruvato com o carboxil marcado.</p><p>O complexo da piruvato-desidrogenase requer</p><p>cinco coenzimas</p><p>A combinação de desidrogenação e descarboxilação do pi-</p><p>ruvato ao grupo acetil da acetil-CoA (Figura 16-2) requer a</p><p>ação sequencial de três enzimas diferentes e cinco coenzi-</p><p>mas diferentes ou grupos prostéticos – pirofosfato de tiami-</p><p>na (TPP, de thiamine pyrophosphate), dinucleotídeo de</p><p>flavina-adenina (FAD, de flavin adenine dinucleotide),</p><p>coenzima A (CoA, algumas</p><p>vezes denominada CoA-SH, para</p><p>enfatizar a função do grupo ¬SH), dinucleotídeo de nico-</p><p>tinamida-adenina (NAD, de nicotinamide adenine dinu-</p><p>cleotide) e lipoato. Quatro vitaminas diferentes essenciais</p><p>à nutrição humana são componentes vitais desse sistema:</p><p>tiamina (no TPP), riboflavina (no FAD), niacina (no NAD)</p><p>Complexo da</p><p>piruvato-</p><p>-desidrogenase</p><p>(transportadores de e2 reduzidos)</p><p>Cadeia respiratória</p><p>(transferência de</p><p>elétrons)</p><p>Estágio 3</p><p>Transferência</p><p>de elétrons e</p><p>fosforilação</p><p>oxidativa</p><p>Ciclo do</p><p>ácido cítrico</p><p>Estágio 2</p><p>Oxidação da</p><p>acetil-CoA</p><p>Acetil-CoA</p><p>Oxaloacetato</p><p>Piruvato</p><p>Glicólise</p><p>Ácidos</p><p>graxos</p><p>Amino-</p><p>ácidos</p><p>e2</p><p>Estágio 1</p><p>Produção</p><p>de acetil-CoA</p><p>e2</p><p>e2</p><p>e2</p><p>e2</p><p>e2</p><p>e2</p><p>e2</p><p>e2</p><p>Glicose</p><p>Citrato</p><p>NADH,</p><p>FADH2</p><p>ATPADP + Pi</p><p>H2O</p><p>CO2</p><p>CO2</p><p>CO2</p><p>2H+ + 1</p><p>2 O2</p><p>FIGURA 161 Catabolismo de proteínas, gorduras e carboidratos</p><p>durante os três estágios da respiração celular. Estágio 1: a oxidação</p><p>de ácidos graxos, glicose e alguns aminoácidos gera acetil-CoA. Estágio 2:</p><p>a oxidação dos grupos acetil no ciclo do ácido cítrico inclui quatro etapas</p><p>nas quais os elétrons são removidos. Estágio 3: os elétrons carreados por</p><p>NADH e FADH2 convergem para uma cadeia de transportadores de elétrons</p><p>mitocondrial (ou, em bactérias, ligados à membrana plasmática) – a cadeia</p><p>respiratória – reduzindo, no final, O2 a H2O. Este fluxo de elétrons impele a</p><p>produção de ATP.</p><p>DG98 5 233,4 kJ/mol</p><p>1CoA-SH</p><p>NADH</p><p>Acetil-CoA</p><p>O</p><p>C</p><p>S-CoANAD1</p><p>C</p><p>Piruvato</p><p>CH3</p><p>O</p><p>O</p><p>C</p><p>2O</p><p>CH3</p><p>CO2</p><p>Complexo da</p><p>piruvato-desidrogenase (E1 1 E2 1 E3)</p><p>TPP,</p><p>lipoate,</p><p>FAD</p><p>FIGURA 162 Reação geral catalisada pelo complexo da piruvato-</p><p>-desidrogenase. As cinco enzimas participantes desta reação e as três en-</p><p>zimas que formam o complexo são discutidas no texto.</p><p>Nelson_6ed_book.indb 634 Nelson_6ed_book.indb 634 03/04/14 07:4403/04/14 07:44</p><p>2 PRODUÇÃO DE ACETATO</p><p>Em organismos aeróbios, glicose e outros açúcares, ácidos graxos e a maioria</p><p>dos aminoácidos são finalmente oxidados a CO2 e H2O pelo ciclo do ácido cítrico e pela</p><p>cadeia respiratória. Antes de entrarem no ciclo do ácido cítrico, os esqueletos de carbono</p><p>dos açúcares e ácidos graxos são convertidos ao grupo acetil da acetil-CoA, a forma na</p><p>qual a maioria dos combustíveis entra no ciclo. Os carbonos de muitos aminoácidos</p><p>também entram no ciclo dessa maneira, embora alguns aminoácidos sejam convertidos</p><p>a outros intermediários do ciclo. Aqui, o foco será em como o piruvato, derivado da</p><p>glicose e de outros açúcares pela glicólise, é oxidado a acetil-CoA e CO2 pelo complexo</p><p>da piruvato desidrogenase (utilizaremos a abreviação PDH), um grupo de enzimas –</p><p>múltiplas cópias de três enzimas – localizado nas mitocôndrias de células eucarióticas</p><p>e no citosol de bactérias (RODWEL; MURRAY; GRANNER, 2017).</p><p>165</p><p>O exame cuidadoso desse complexo enzimático é gratifi cante sob diversos</p><p>aspectos. O complexo da PDH é um exemplo clássico e muito estudado de um</p><p>complexo multienzimático no qual uma série de intermediários químicos permanece</p><p>ligada às moléculas de enzima à medida que o substrato é transformado no produto.</p><p>Cinco cofatores, quatro derivados de vitaminas, participam do mecanismo da reação.</p><p>A regulação desse complexo enzimático também ilustra como uma combinação de</p><p>modifi cações covalentes e mecanismos alostéricos resultam em um fl uxo precisamente</p><p>regulado em uma etapa metabólica. Finalmente, o complexo da PDH é o protótipo para dois</p><p>outros importantes complexos enzimáticos: a-cetoglutarato-desidrogenase, do ciclo do</p><p>ácido cítrico, e a-cetoácido-desidrogenase de cadeia ramifi cada, das vias de oxidação</p><p>de alguns aminoácidos. A notável similaridade na estrutura de proteínas, na exigência</p><p>de cofator e nos mecanismos de reação desses três complexos inquestionavelmente</p><p>refl ete uma origem evolutiva comum (NELSON; COX, 2014).</p><p>O piruvato será oxidado a acetil-CoA e CO2. Essa reação geral é catalisada</p><p>pelo complexo da piruvato-desidrogenase e é considerada uma descarboxilação</p><p>oxidativa, um processo de oxidação irreversível no qual o grupo carboxil é removido</p><p>do piruvato na forma de uma molécula de CO2, e os dois carbonos remanescentes são</p><p>convertidos ao grupo acetil da acetil-CoA (Figura 11). O NADH formado nessa reação doa</p><p>um íon hidreto (H-) para a cadeia respiratória (Figura 10), que transferirá os dois elétrons</p><p>ao oxigênio ou, em microrganismos anaeróbios, a um aceptor de elétrons alternativo,</p><p>como nitrato ou sulfato. A transferência de elétrons do NADH ao oxigênio gera, ao fi nal,</p><p>2,5 moléculas de ATP por par de elétrons (RODWEL; MURRAY; GRANNER, 2017).</p><p>FIGURA 11 – REAÇÃO GERAL CATALISADA PELO COMPLEXO DA PIRUVATO-DESIDROGENASE</p><p>FONTE: Rodwel, Murray e Granner (2017, p. 501)</p><p>166</p><p>A combinação de desidrogenação e descarboxilação do piruvato ao grupo</p><p>acetil da acetil-CoA (Figura 12) requer a ação sequencial de três enzimas diferentes</p><p>e cinco coenzimas diferentes ou grupos prostéticos – pirofosfato de tiamina</p><p>(TPP), dinucleotídeo de flavina-adenina (FAD), coenzima A (CoA), dinucleotídeo de</p><p>nicotinamida-adenina (NAD) e lipoato. Quatro vitaminas diferentes essenciais à nutrição</p><p>humana são componentes vitais desse sistema: tiamina (no TPP), riboflavina (no FAD),</p><p>niacina (no NAD) e pantotenato (na CoA). Já sabemos que FAD e NAD têm como função</p><p>serem transportadores de elétrons e verificamos que o TPP era a coenzima da piruvato-</p><p>descarboxilase (NELSON; COX, 2014).</p><p>3 REAÇÕES DO CICLO DO ÁCIDO CÍTRICO</p><p>Agora serão focalizados os processos por meio dos quais a acetil-CoA é</p><p>oxidada. Essa transformação química é realizada pelo ciclo do ácido cítrico, a primeira</p><p>via cíclica descoberta (Figura 13). Para iniciar uma rodada do ciclo, a acetil-CoA doa seu</p><p>grupo acetil ao composto de quatro carbonos oxaloacetato, formando o composto de</p><p>seis carbonos citrato. O citrato é, em seguida, transformado a isocitrato, também uma</p><p>molécula com seis carbonos, o qual é desidrogenado com a perda de CO2 para produzir</p><p>o composto de cinco carbonos a-cetoglutarato (também chamado de oxoglutarato). O</p><p>a-cetoglutarato perde uma segunda molécula de CO2, originando ao final o composto</p><p>de quatro carbonos succinato. O succinato é, então, convertido por quatro etapas</p><p>enzimáticas ao composto de quatro carbonos oxaloacetato – que está, assim, pronto</p><p>para reagir com outra molécula de acetil-CoA. Em cada rodada do ciclo entra um grupo</p><p>acetil (dois carbonos) na forma de acetil-CoA, e são removidas duas moléculas de CO2;</p><p>uma molécula de oxaloacetato é utilizada para a formação do citrato e uma molécula</p><p>de oxaloacetato é regenerada. Não ocorre nenhuma remoção líquida de oxaloacetato;</p><p>teoricamente, uma molécula de oxaloacetato pode participar da oxidação de um</p><p>número infinito de grupos acetil, e, na verdade, o oxaloacetato está presente nas células</p><p>em concentrações muito baixas. Quatro das oito etapas deste processo são oxidações,</p><p>nas quais a energia da oxidação é conservada de maneira muito eficiente na forma das</p><p>coenzimas reduzidas NADH e FADH2 (NELSON; COX, 2014).</p><p>Como mencionado antes, embora o ciclo do ácido cítrico seja fundamental ao</p><p>metabolismo gerador de energia, sua função não está limitada à conservação energética.</p><p>Intermediários do ciclo com quatro e cinco carbonos servem como precursores para</p><p>uma ampla variedade de produtos.</p><p>167</p><p>FIGURA 12 – REAÇÕES DO CICLO DO ÁCIDO CÍTRICO</p><p>FONTE: Nelson e Cox (2014, p. 639)</p><p>P R I N C Í P I O S D E B I O Q U Í M I C A D E L E H N I N G E R 639</p><p>ção do citrato (etapa ➊ na Figura 16-7). O grupo metil</p><p>do acetato é convertido a metileno no ácido cítrico. Esse</p><p>ácido tricarboxílico, então, prontamente passa por uma</p><p>série de oxidações que eliminam dois carbonos na forma</p><p>de CO2. Observe que todas as etapas levando à quebra ou</p><p>à formação de ligações carbono-carbono (etapas ➊, ➌ e</p><p>Aconitase</p><p>Fumarase</p><p>Aconitase</p><p>Malato-desidrogenase</p><p>Citrato-sintase</p><p>Isocitrato-</p><p>-desidrogenase</p><p>Complexo</p><p>a-cetoglutarato-</p><p>-desidrogenaseSuccinil-CoA-</p><p>-sintatetase</p><p>Succinato-desidrogenase</p><p>Oxaloacetato</p><p>Acetil-CoA</p><p>Malato</p><p>Citrato</p><p>Isocitrato</p><p>Succinil-CoA</p><p>Succinato</p><p>Fumarato</p><p>Ciclo do ácido cítrico</p><p>a-Cetoglutarato</p><p>cis-Aconitato</p><p>❶</p><p>❸</p><p>❹</p><p>❺</p><p>❻</p><p>❼</p><p>❽ CH3 C</p><p>O</p><p>S-CoA</p><p>H2O CoA-SH</p><p>CH2</p><p>COO2</p><p>HO</p><p>H</p><p>C</p><p>O</p><p>CoA-SH</p><p>H2O</p><p>COO2</p><p>C COO2</p><p>CH</p><p>CH2</p><p>COO2</p><p>C</p><p>O</p><p>CH2 COO2</p><p>COO2</p><p>C</p><p>COO2</p><p>CH2</p><p>COO2</p><p>C</p><p>H</p><p>HO C COO2</p><p>CH2 COO2</p><p>C COO2H</p><p>CH2 COO2</p><p>CH2</p><p>COO2</p><p>COO2</p><p>O</p><p>CO2COO2</p><p>C</p><p>CH2</p><p>CH2</p><p>COO2CH2</p><p>COO2</p><p>COO2</p><p>HC</p><p>HO</p><p>COO2</p><p>COO2</p><p>CH</p><p>CH2</p><p>CO2</p><p>S-CoA</p><p>CoA-SH</p><p>CH2</p><p>H2O</p><p>H2O</p><p>(3) NADH</p><p>GTP</p><p>(ATP) GDP</p><p>(ADP)</p><p>1 Pi</p><p>FADH2</p><p>Condensação de Claisen:</p><p>grupo metil da acetil-CoA</p><p>convertido a metileno no</p><p>citrato.</p><p>Desidratação/reidratação:</p><p>grupo —OH do citrato</p><p>reposicionado no isocitrato</p><p>preparando para a descar-</p><p>boxilação da próxima etapa.</p><p>Fosforilação ao nível do substrato:</p><p>energia do tioéster conservada na</p><p>ligação fosfoanidrido do GTP ou ATP.</p><p>Desidrogenação:</p><p>introdução da</p><p>ligação dupla inicia</p><p>a sequência de</p><p>oxidação do</p><p>metileno.</p><p>Hidratação:</p><p>adição de</p><p>água à ligação</p><p>dupla</p><p>introduz</p><p>o grupo</p><p>—OH para</p><p>a próxima</p><p>etapa de</p><p>oxidação.</p><p>Desidrogenação:</p><p>oxidação do —OH</p><p>completa a sequência</p><p>de oxidação; carbonil</p><p>gerado posicionado</p><p>para facilitar a</p><p>condensação de</p><p>Claisen na próxima</p><p>etapa.</p><p>Descarboxilação oxidativa:</p><p>mecanismo similar a</p><p>piruvato-desidrogenase;</p><p>dependente do carbonil no</p><p>carbono adjacente.</p><p>Descarboxilação</p><p>oxidativa:</p><p>grupo —OH oxidado</p><p>a carbonil, o que,</p><p>por sua vez, facilita a</p><p>descarboxilação por</p><p>meio da estabilização</p><p>do carbânion</p><p>formado no carbono</p><p>adjacente.</p><p>Reidratação</p><p>FIGURA 167 Reações do ciclo do ácido cítrico. Os átomos de carbono</p><p>sombreados em cor salmão são aqueles derivados do acetato da acetil-CoA</p><p>durante a primeira rodada do ciclo; estes não são os carbonos liberados na</p><p>forma de CO2 durante a primeira rodada. Observe que, no succinato e no</p><p>fumarato, o grupo de dois carbonos derivado do acetato não pode mais ser</p><p>especificamente indicado; como succinato e fumarato são moléculas simé-</p><p>tricas, C-1 e C-2 são indistinguíveis de C-4 e C-3. O número ao lado de cada</p><p>etapa de reação corresponde a um tópico numerado nas p. 640-647. As setas</p><p>em vermelho mostram onde a energia é conservada pela transferência de</p><p>elétrons ao FAD ou NAD1, formando FADH2 ou NADH 1 H1. As etapas ➊,</p><p>➌ e ➍ são essencialmente irreversíveis na célula; todas as outras etapas são</p><p>reversíveis. O nucleosídeo trifosfatado produzido na etapa ➎ pode ser tanto</p><p>ATP quanto GTP, dependendo da isoenzima de succinil-CoA-sintetase que</p><p>está catalisando a reação.</p><p>Nelson_6ed_book.indb 639 Nelson_6ed_book.indb 639 03/04/14 07:4403/04/14 07:44</p><p>O Ciclo do Ácido Cítrico ocorre na matriz mitocondrial. O piruvato</p><p>penetra na mitocôndria, se une à Coenzima-A e forma a Acetil-CoA.</p><p>Rendimento do ciclo: 2 ATP, 6NADH e 2FADH2.</p><p>IMPORTANTE</p><p>168</p><p>O fluxo de átomos de carbono que entram no ciclo do ácido cítrico a partir do</p><p>piruvato, e também durante o curso do ciclo, está sob constante regulação em dois</p><p>níveis: a conversão de piruvato a acetil-CoA, o material de partida do ciclo (a reação da</p><p>piruvato-desidrogenase), e a entrada da acetil-CoA no ciclo (a reação da citrato-sintase).</p><p>A acetil-CoA também é produzida por outras vias que não a reação do complexo da</p><p>PDH – a maioria das células produz acetil-CoA pela oxidação de ácidos graxos e certos</p><p>aminoácidos – e a disponibilidade de intermediários a partir dessas vias é importante</p><p>para a regulação da oxidação do piruvato e do ciclo do ácido cítrico. O ciclo também é</p><p>regulado nas reações da isocitrato-desidrogenase e da a-cetoglutarato-desidrogenase</p><p>(RODWEL; MURRAY; GRANNER, 2017).</p><p>4 O CICLO DO GLIOXILATO</p><p>Os vertebrados não conseguem converter ácidos graxos, ou o acetato derivado</p><p>deles, a carboidratos. As conversões de fosfoenolpiruvato a piruvato e de piruvato a</p><p>acetil--CoA de tão exergônicas são essencialmente irreversíveis. Se uma célula não</p><p>consegue converter acetato a fosfoenolpiruvato, o acetato não pode ser o material de</p><p>partida para a via gliconeogênica, que leva de fosfoenolpiruvato a glicose. Sem essa</p><p>capacidade, portanto, uma célula ou organismo é incapaz de converter combustíveis</p><p>ou metabólitos que são degradados a acetato (ácidos graxos e certos aminoácidos) em</p><p>carboidratos.</p><p>Como os átomos de carbono das moléculas de acetato que entram no ciclo do</p><p>ácido cítrico aparecem oito etapas depois no oxaloacetato, pode parecer que esta via</p><p>pode produzir oxaloacetato a partir de acetato e, assim, originar fosfoenolpiruvato para</p><p>a gliconeogênese. Contudo, como mostrado por um exame da estequiometria do ciclo</p><p>do ácido cítrico, não há conversão líquida de acetato a oxaloacetato; nos vertebrados,</p><p>para cada dois carbonos que entram no ciclo na forma de acetil-CoA, dois são liberados</p><p>na forma de CO2. Em muitos organismos que não os vertebrados, o ciclo do glioxilato</p><p>funciona como mecanismo para a conversão de acetato a carboidratos (NELSON; COX,</p><p>2014).</p><p>Você sabia?</p><p>Quando os mecanismos da regulação de uma via como o ciclo do ácido</p><p>cítrico são afetados por uma perturbação metabólica importante, o</p><p>resultado pode ser uma doença grave. São raríssimas as mutações</p><p>nas enzimas do ciclo do ácido cítrico em humanos e outros mamíferos,</p><p>mas quando ocorrem são devastadoras. Defeitos genéticos no gene</p><p>da fumarase levam a tumores no músculo liso (leiomas) e nos rins;</p><p>mutações na succinato-desidrogenase levam a tumores da glândula</p><p>suprarrenal (feocromocitomas).</p><p>NOTA</p><p>169</p><p>No ciclo do glioxilato, a acetil-CoA é condensada com o oxaloacetato para formar</p><p>citrato, e o citrato é convertido a isocitrato, exatamente como no ciclo do ácido cítrico.</p><p>A próxima etapa, porém, não é a quebra do isocitrato pela isocitrato-desidrogenase,</p><p>mas a clivagem do isocitrato pela isocitrato-liase, formando succinato e glioxilato. O</p><p>glioxilato, então, é condensado com uma segunda molécula de acetil-CoA para a geração</p><p>de malato, em uma reação catalisada pela malato-sintase. O malato é posteriormente</p><p>oxidado a oxaloacetato, o qual pode ser condensado com outra molécula de acetil-CoA</p><p>para iniciar outra volta do ciclo (Figura 13). Cada volta do ciclo do glioxilato consome</p><p>duas moléculas de acetil-CoA e produz uma molécula de succinato, que está, então,</p><p>disponível aos propósitos biossintéticos (BERG; TYMOCZKO; STRYERT, 2015).</p><p>FIGURA 13 – CICLO DO GLIOXILATO</p><p>FONTE: Rodwel, Murray e Granner (2017, p. 510)</p><p>P R I N C Í P I O S D E B I O Q U Í M I C A D E L E H N I N G E R 657</p><p>portanto, uma célula ou organismo é incapaz de converter</p><p>combustíveis ou metabólitos que são degradados a acetato</p><p>(ácidos graxos e certos aminoácidos) em carboidratos.</p><p>Como mencionado na discussão sobre reações anaple-</p><p>róticas (Tabela 16-2), o fosfoenolpiruvato pode ser sinte-</p><p>tizado a partir de oxaloacetato em uma reação reversível</p><p>catalisada pela PEP-carboxicinase:</p><p>Oxaloacetato 1 GTP ∆ fosfoenolpiruvato 1 CO2 1 GDP</p><p>Como os átomos de carbono das moléculas de acetato que</p><p>entram no ciclo do ácido cítrico aparecem oito etapas de-</p><p>pois no oxaloacetato, pode parecer que esta via pode pro-</p><p>duzir oxaloacetato a partir de acetato e, assim, originar</p><p>fosfoenolpiruvato para a gliconeogênese. Contudo, como</p><p>mostrado por um exame da estequiometria do ciclo do áci-</p><p>do cítrico, não há conversão líquida de acetato a oxaloace-</p><p>tato; nos vertebrados, para cada dois carbonos que entram</p><p>no ciclo na forma de acetil-CoA, dois são liberados na forma</p><p>de CO2. Em muitos organismos que não os vertebrados, o</p><p>ciclo do glioxilato funciona como mecanismo para a conver-</p><p>são de acetato a carboidratos.</p><p>O ciclo do glioxilato produz compostos de quatro</p><p>carbonos a partir de acetato</p><p>Em plantas, certos invertebrados e alguns microrganismos</p><p>(incluindo E. coli e levedura), o acetato pode ser tanto um</p><p>combustível rico em energia como uma fonte de fosfoenol-</p><p>piruvato para a síntese de carboidratos. Nesses organismos,</p><p>as enzimas do ciclo do glioxilato catalisam a conversão</p><p>líquida de acetato a succinato ou outros intermediários de</p><p>quatro carbonos do ciclo do ácido cítrico:</p><p>2 Acetil-CoA 1 NAD1 1 2H2O ¡</p><p>succinato 1 2CoA 1 NADH 1 H1</p><p>No ciclo do glioxilato, a acetil-CoA</p><p>seja fundamentalmente unitária, é importante reconhecer que</p><p>pouquíssimas generalizações a respeito dos organismos vivos são absolutamente corretas</p><p>para todos eles e sob quaisquer condições. A variação de hábitat nos quais os organismos</p><p>vivem, desde fontes termais quentes até tundra ártica, de intestinos de animais a</p><p>dormitórios de residências estudantis, é acompanhada por uma variação igualmente ampla</p><p>de adaptações bioquímicas específicas. Essas adaptações são integradas em um padrão</p><p>químico fundamental, compartilhado por todos os organismos. Embora as generalizações</p><p>não sejam perfeitas, elas permanecem úteis. De fato, as exceções geralmente iluminam</p><p>as generalizações científicas.</p><p>8</p><p>2.2 MACROMOLÉCULAS CONSTRUÍDAS A PARTIR DE</p><p>COMPOSTOS SIMPLES</p><p>A maioria dos constituintes moleculares dos sistemas vivos é composta de</p><p>átomos de carbono unidos covalentemente a outros átomos de carbono e átomos de</p><p>hidrogênio, oxigênio e nitrogênio. As propriedades especiais de ligação do carbono</p><p>permitem a formação de uma grande variedade de moléculas.</p><p>Para Nelson e Cox (2014), cada célula da bactéria Escherichia coli (E. coli) contém</p><p>mais de 6.000 tipos diferentes de compostos orgânicos, incluindo perto de 3.000 proteínas</p><p>diferentes e um número similar de moléculas de ácidos nucleicos e centenas de tipos de</p><p>carboidratos e lipídios. Em humanos, pode haver dezenas de milhares de tipos diferentes de</p><p>proteínas, assim como muitos tipos de polissacarídeos, uma grande variedade de lipídios e</p><p>muitos outros compostos de peso molecular menor.</p><p>Purificar e caracterizar exatamente todas essas moléculas seria um trabalho</p><p>insuperável se não fosse o fato de cada classe de macromoléculas (proteínas, ácidos nucleicos,</p><p>polissacarídeos) ser composta de um pequeno conjunto de subunidades monoméricas</p><p>comuns. Essas subunidades monoméricas podem ser unidas covalentemente em uma</p><p>variedade virtualmente ilimitada de sequências (Figura 6), exatamente como as 26 letras do</p><p>alfabeto podem ser arranjadas em um número ilimitado de palavras, sentenças ou livros.</p><p>FIGURA 6 – SUBUNIDADES MONOMÉRICAS EM SEQUÊNCIAS LINEARES PODEM</p><p>EXPRESSAR MENSAGENS COMPLEXAS</p><p>FONTE: <slideplayer.com.br/slide/384421/>. Acesso em: 15 mar. 2019.</p><p>9</p><p>Os ácidos desoxirribonucleicos (DNA) são formados por quatro tipos de unidades</p><p>monoméricas simples, os nucleotídeos (timina, adenina, citosina e guanina), enquanto</p><p>os ácidos ribonucleicos (RNA) são compostos por também quatro tipos de nucleotídeos,</p><p>semelhantes aos do DNA, sendo a timina substituída pela uracila no RNA. As proteínas</p><p>são constituídas por 20 tipos de aminoácidos (essenciais e não essenciais). Os oito tipos</p><p>de nucleotídeos que os ácidos nucleicos são constituídos e os 20 tipos de aminoácidos</p><p>que formam as proteínas são os mesmos em todos os organismos vivos.</p><p>Os nucleotídeos são muito importantes como subunidades na constituição</p><p>dos ácidos nucleicos, mas também exercem um importante papel como moléculas</p><p>transportadoras de energia. Os aminoácidos, além de serem as subunidades que formam</p><p>as proteínas, também são precursores de neurotransmissores, pigmentos e outros tipos</p><p>de biomoléculas (RODWELL; MURRAY; GRANNER, 2017).</p><p>2.3 PRODUÇÃO DE ENERGIA E SEU CONSUMO NO</p><p>METABOLISMO</p><p>A energia é um tema central em bioquímica: as células e os organismos</p><p>dependem de um suprimento constante de energia para poderem se opor à tendência,</p><p>inexorável da natureza, de queda para níveis de estado energético (NELSON; COX,</p><p>2002). Todas as reações que acontecem a nível celular envolvem o fornecimento de</p><p>energia, como por exemplo, as reações de síntese, a energia consumida no movimento</p><p>de uma bactéria ou até mesmo no transporte ativo da bomba de sódio e potássio. As</p><p>células desenvolveram, durante o processo evolutivo, mecanismos especializados</p><p>para capturar a energia do sol ou também extrai-la de alimentos e transferi-la para os</p><p>processos que dela necessitam.</p><p>No curso da evolução biológica um dos primeiros desenvolvimentos</p><p>deve ter sido o aparecimento de uma membrana lipídica que envolveu</p><p>as moléculas hidrossolúveis da célula primitiva, separando-as do meio</p><p>ambiente e permitindo que elas se acumulassem em concentrações</p><p>relativamente altas. As moléculas e os íons contidos no interior</p><p>dos organismos vivos diferem em tipo e em concentrações das</p><p>existentes no meio ambiente. Por exemplo, as células de um peixe de</p><p>água doce contêm certos íons inorgânicos em concentrações muito</p><p>diferentes das da água em que vivem. Proteínas, ácidos nucleicos,</p><p>açúcares e lipídios estão presentes no peixe, mas essencialmente</p><p>ausentes no meio ambiente, o qual, por sua vez, contém átomos de</p><p>carbono, hidrogênio e oxigênio em moléculas mais simples como o</p><p>dióxido de carbono e a água. Quando o peixe morre, as substâncias</p><p>que o compõe entram, finalmente, em equilíbrio com aquelas do meio</p><p>ambiente (NELSON; COX, 2002, p. 6).</p><p>10</p><p>FIGURA 7 – OS ORGANISMOS VIVOS NÃO ESTÃO EM EQUILÍBRIO COM O MEIO AMBIENTE. A MORTE E A</p><p>DECOMPOSIÇÃO RESTABELECEM O EQUILÍBRIO</p><p>FONTE: Nelson e Cox (2002, p. 6)</p><p>Para Nelson e Cox (2002), as células e os organismos precisam realizar trabalho</p><p>para permanecerem vivos e para se reproduzirem. A síntese contínua de componentes</p><p>celulares requer trabalho químico; o acúmulo e a retenção de sais e de vários compostos</p><p>orgânicos contra um gradiente de concentração envolvem um trabalho osmótico; a</p><p>contração de um músculo ou o movimento do fl agelo de um espermatozoide representa</p><p>trabalho mecânico.</p><p>A taxa de conversão da energia química para mecânica durante a contração</p><p>muscular é considerada um dos principais eventos fi siológicos determinantes do</p><p>desempenho esportivo. Em linhas gerais, assume-se que durante os esforços de curta</p><p>duração e com alta intensidade, a molécula de adenosina trifosfato (ATP) é ressintetizada,</p><p>predominantemente, pela degradação da fosfocreatina e do glicogênio muscular, com</p><p>subsequente formação de lactato (BERTUZZI et al., 2008).</p><p>Na bioquímica, os processos pelos quais a energia é extraída, canalizada e</p><p>consumida, envolvem os estudos da bioenergética – transformações ou trocas de</p><p>energia das quais todos os organismos vivos dependem.</p><p>A transformação da energia biológica obedece às leis da Termodinâmica. Mas quais</p><p>são essas Leis? A Primeira Lei da Termodinâmica é conhecida como Princípio da Conservação</p><p>da Energia. Para qualquer mudança física ou química, a quantidade total de energia no universo</p><p>permanece constante. A energia pode até mudar de forma ou ser transportada, mas não pode</p><p>ser destruída (RODWELL; MURRAY; GRANNER, 2017).</p><p>11</p><p>Os seres vivos usam energia para realização de trabalho mecânico, químico,</p><p>osmótico ou elétrico e para a manutenção de sua organização, reprodução e interação</p><p>com o meio. As células vivas se comportam como transdutores de energia, convertendo</p><p>energia química em algo que seja necessário para a célula.</p><p>A Segunda Lei é referente à desordem do universo. Segundo essa lei, a desordem</p><p>sempre tende a aumentar, onde em todos os processos naturais a entropia (grau de</p><p>desorganização) do universo sempre tende a aumentar. Os organismos vivos preservam</p><p>sua organização interna retirando energia livre do ambiente e retornando a sua vizinhança</p><p>energia na forma de calor, aumentando assim o número de moléculas (BERG; TYMOCZKO;</p><p>STRYERT, 2015). Através de um conjunto de reações químicas produtoras ou consumidoras</p><p>de energia, os organismos conseguem ter suas características ou funções preservadas.</p><p>Para reações que ocorrem em solução, podemos definir um sistema como todos os</p><p>reagentes e produtos, o solvente e a atmosfera próxima, ou seja, tudo o que está dentro de</p><p>uma região definida do espaço. Juntos, o sistema e seus arredores constituem o universo.</p><p>Se o sistema não trocar matéria nem energia com seus arredores, ele é dito fechado. Se o</p><p>sistema trocar energia, mas não trocar matéria com seu meio, ele é dito sistema isolado; se</p><p>trocar ambas, energia e matéria, com o meio, ele é um sistema aberto (NELSON; COX, 2002).</p><p>Para</p><p>é condensada com o</p><p>oxaloacetato para formar citrato, e o citrato é convertido</p><p>a isocitrato, exatamente como no ciclo do ácido cítrico. A</p><p>próxima etapa, porém, não é a quebra do isocitrato pela</p><p>isocitrato-desidrogenase, mas a clivagem do isocitrato</p><p>pela isocitrato-liase, formando succinato e glioxilato.</p><p>O glioxilato, então, é condensado com uma segunda mo-</p><p>lécula de acetil-CoA para a geração de malato, em uma</p><p>reação catalisada pela malato-sintase. O malato é pos-</p><p>teriormente oxidado a oxaloacetato, o qual pode ser con-</p><p>densado com outra molécula de acetil-CoA para iniciar</p><p>outra volta do ciclo (Figura 16-22). Cada volta do ciclo</p><p>do glioxilato consome duas moléculas de acetil-CoA e pro-</p><p>duz uma molécula de succinato, que está, então, dispo-</p><p>nível aos propósitos biossintéticos. O succinato pode ser</p><p>convertido via fumarato e malato a oxaloacetato, o qual</p><p>pode, então, ser convertido a fosfoenolpiruvato pela PEP-</p><p>-carboxicinase, e, assim, a glicose pela gliconeogênese. Os</p><p>vertebrados não têm as enzimas específicas do ciclo do</p><p>glioxilato (isocitrato-liase e malato-sintase) e, portanto,</p><p>não conseguem realizar a síntese líquida de glicose a par-</p><p>tir de lipídeos.</p><p>Em plantas, as enzimas do ciclo do glioxilato estão se-</p><p>questradas em organelas delimitadas por membrana cha-</p><p>madas de glioxissomos, os quais são peroxissomos espe-</p><p>cializados (Figura 16-23). As enzimas comuns ao ciclo do</p><p>ácido cítrico e do glioxilato têm duas isoenzimas, uma espe-</p><p>cífica das mitocôndrias, outra específica dos glioxissomos.</p><p>Os glioxissomos nem sempre estão presentes em todos os</p><p>tecidos vegetais. Eles se desenvolvem nas sementes ricas</p><p>em lipídeos durante a germinação, antes de a planta adqui-</p><p>rir a capacidade de produzir glicose pela fotossíntese. Além</p><p>das enzimas do ciclo do glioxilato, os glioxissomos contêm</p><p>todas as enzimas necessárias para a degradação dos ácidos</p><p>graxos estocados nos óleos das sementes (ver Figura 17-</p><p>14). A acetil-CoA formada pela degradação dos lipídeos é</p><p>convertida a succinato, via ciclo do glioxilato, e o succinato</p><p>é exportado para a mitocôndria, onde as enzimas do ciclo</p><p>do ácido cítrico o transformam em malato. Uma isoenzima</p><p>citosólica da malato-desidrogenase oxida malato a oxaloa-</p><p>cetato, um precursor para a gliconeogênese. As sementes</p><p>em germinação podem, assim, converter em glicose os car-</p><p>bonos dos lipídeos estocados.</p><p>C</p><p>CH2</p><p>NADH</p><p>NAD1</p><p>O</p><p>COO2</p><p>COO2</p><p>C</p><p>CH2</p><p>HO</p><p>COO2</p><p>CH2 COO2</p><p>COO2</p><p>Citrato</p><p>CH</p><p>CH2 COO2</p><p>COO2</p><p>CH2 COO2</p><p>CH2 COO2</p><p>CH COO2HO</p><p>C</p><p>C O</p><p>O</p><p>H</p><p>O2</p><p>CH2</p><p>COO2</p><p>COO2</p><p>CHHO</p><p>Isocitrato</p><p>Succinato</p><p>Oxaloacetato</p><p>CH3</p><p>O</p><p>C S-CoA</p><p>Acetil-CoA</p><p>Acetil-CoA</p><p>CH3</p><p>O</p><p>C S-CoA</p><p>Malato</p><p>Glioxilato</p><p>Citrato-sintase</p><p>Isocitrato-liase</p><p>Malato-sintase</p><p>Malato-desidrogenase</p><p>Aconitase</p><p>Ciclo do</p><p>glioxilato</p><p>FIGURA 1622 Ciclo do glioxilato. A citrato-sintase, a aconitase e a</p><p>malato-desidrogenase do ciclo do glioxilato são isoenzimas das enzimas</p><p>do ciclo do ácido cítrico; isocitrato-liase e malato-sintase são exclusivas do</p><p>ciclo do glioxilato. Observe que dois grupos acetil (em cor salmão) entram</p><p>no ciclo e quatro carbonos saem na forma de succinato (em azul). O ciclo</p><p>do glioxilato foi elucidado por Hans Kornberg e Neil Madsen no laboratório</p><p>de Hans Krebs.</p><p>Nelson_6ed_book.indb 657 Nelson_6ed_book.indb 657 03/04/14 07:4403/04/14 07:44</p><p>170</p><p>FIGURA 14 – MICROGRAFIA ELETRÔNICA DE UMA SEMENTE DE PEPINO EM GERMINAÇÃO, MOSTRANDO</p><p>GLIOXISSOMO, MITOCÔNDRIAS E CORPOS LIPÍDICOS</p><p>FONTE: Nelson e Cox (2014, p. 658)</p><p>Em plantas, as enzimas do ciclo do glioxilato estão sequestradas em organelas</p><p>delimitadas por membrana chamadas de glioxissomos, os quais são peroxissomos</p><p>especializados (Figura 15). As enzimas comuns ao ciclo do ácido cítrico e do glioxilato têm</p><p>duas isoenzimas, uma específi ca das mitocôndrias, outra específi ca dos glioxissomos.</p><p>Os glioxissomos nem sempre estão presentes em todos os tecidos vegetais. Eles se</p><p>desenvolvem nas sementes ricas em lipídios durante a germinação, antes de a planta</p><p>adquirir a capacidade de produzir glicose pela fotossíntese. Além das enzimas do ciclo</p><p>do glioxilato, os glioxissomos contêm todas as enzimas necessárias para a degradação</p><p>dos ácidos graxos estocados nos óleos das sementes (RODWEL; MURRAY; GRANNER,</p><p>2017).</p><p>171</p><p>RESUMO DO TÓPICO 2</p><p>Neste tópico, você adquiriu certos aprendizados, como:</p><p>• Piruvato, o produto da glicólise, é convertido a acetil-CoA, o material de partida para</p><p>o ciclo do ácido cítrico, pelo complexo da piruvato-desidrogenase.</p><p>• O complexo da PDH é composto por múltiplas cópias de três enzimas: piruvato-</p><p>desidrogenase; di-hidrolipoil-transacetilase e di-hidrolipoil-desidrogenase.</p><p>• O ciclo do ácido cítrico (ciclo de Krebs, ciclo do ácido tricarboxílico [TCA]) é uma via</p><p>catabólica central e praticamente universal por meio da qual os compostos derivados</p><p>da degradação de carboidratos, gorduras e proteínas são oxidados a CO2, com a maior</p><p>parte da energia da oxidação temporariamente armazenada nos transportadores de</p><p>elétrons FADH2 e NADH.</p><p>• Durante o metabolismo aeróbio, esses elétrons são transferidos ao O2, e a energia do</p><p>fluxo de elétrons é capturada na forma de ATP.</p><p>• A acetil-CoA entra no ciclo do ácido cítrico (na mitocôndria de eucariotos, no citosol</p><p>em bactérias) quando a citrato-sintase catalisa sua condensação com o oxaloacetato</p><p>para a formação de citrato.</p><p>• O ciclo do glioxilato está ativo nas sementes em germinação de algumas plantas e</p><p>em certos microrganismos que conseguem viver utilizando acetato como a única</p><p>fonte de carbono.</p><p>• Nas plantas, essa via ocorre nos glioxissomos dos brotos. Ela inclui algumas enzimas</p><p>do ciclo do ácido cítrico e duas enzimas adicionais: isocitrato-liase e malato-sintase.</p><p>• No ciclo do glioxilato, o desvio das duas etapas de descarboxilação do ciclo do</p><p>ácido cítrico torna possível a formação líquida de succinato, oxaloacetato e outros</p><p>intermediários do ciclo do ácido cítrico a partir de acetil-CoA. O oxaloacetato formado</p><p>deste modo pode ser utilizado para a síntese de glicose via gliconeogênese.</p><p>172</p><p>AUTOATIVIDADE</p><p>1 Indivíduos com dieta deficitária em tiamina têm níveis relativamente altos de piruvato</p><p>na corrente sanguínea. Explique esse fenômeno em termos bioquímicos.</p><p>2 Como uma deficiência de riboflavina afetaria o funcionamento do ciclo do ácido</p><p>cítrico? Explique.</p><p>3 Que fatores poderiam diminuir a quantidade de oxaloacetato disponível para a</p><p>atividade do ciclo do ácido cítrico? Como o oxaloacetato pode ser reposto?</p><p>4 Pessoas com beribéri, doença causada pela deficiência de tiamina, apresentam níveis</p><p>sanguíneos elevados de piruvato e a-cetoglutarato, especialmente após consumirem</p><p>uma refeição rica em glicose. Como esses resultados se relacionam à deficiência de</p><p>tiamina?</p><p>5 Com relação à respiração celular é correto afirmar que:</p><p>a) ( ) A glicólise, que ocorre no espaço intermembranas devido à ação de enzimas</p><p>específicas, rende um total de 2 ATP e 2 NADH.</p><p>b) ( ) A descarboxilação oxidativa de um piruvato rende, no final da cadeia transportadora</p><p>de elétrons, um total de 2,5 ATP.</p><p>c) ( ) Os NADH produzidos durante a glicólise chegam até a matriz mitocondrial e</p><p>rendem sempre um total de 2,5 ATP cada.</p><p>d) ( ) Os complexos proteicos que participam da cadeia transportadora de elétrons são</p><p>encontrados por toda a membrana interna da mitocôndria.</p><p>e) ( ) No ciclo do ácido cítrico os NADH produzidos necessitam da ação de lançadeiras</p><p>para que possam chegar até a matriz mitocondrial.</p><p>173</p><p>TÓPICO 3 -</p><p>METABOLISMO DE ÁCIDOS GRAXOS E</p><p>TRIGLICERÍDEOS</p><p>1 INTRODUÇÃO</p><p>A oxidação dos ácidos graxos de cadeia longa a acetil-CoA é uma via central</p><p>de geração de energia em muitos organismos e tecidos. No coração e no fígado de</p><p>mamíferos, por exemplo, ela fornece até 80% das necessidades energéticas em todas as</p><p>circunstâncias fisiológicas. Os elétrons retirados dos ácidos graxos durante a oxidação</p><p>passam pela cadeia respiratória, levando à síntese de ATP; a acetil-CoA produzida a</p><p>partir dos ácidos graxos pode ser completamente oxidada</p><p>Rodwell, Murray e Granner (2017 p. 23):</p><p>Um organismo vivo é um sistema aberto, ele troca matéria e energia</p><p>com seu meio. Organismos vivos usam duas estratégias para captar</p><p>energia do seu meio: (1) eles obtêm combustíveis químicos da</p><p>vizinhança e extraem a energia oxidando-os; ou (2) eles absorvem</p><p>energia da luz solar. Organismos vivos criam e mantêm suas</p><p>estruturas complexas e ordenadas usando energia extraída de</p><p>combustíveis ou da luz solar.</p><p>Praticamente todos os seres vivos obtêm energia, direta ou indiretamente, da</p><p>energia radiante da luz solar, a qual se origina de reações de fusão termonuclear que</p><p>foram o elemento hélio e que ocorrem no interior do Sol, conforme mostra a figura a seguir:</p><p>FIGURA 8 – A LUZ SOLAR É FONTE ÚLTIMA DE TODA ENERGIA BIOLÓGICA, ATRAVÉS DAS REAÇÕES TER-</p><p>MONUCLEARES NO INTERIOR DO SOL</p><p>FONTE: <https://brasilescola.uol.com.br/quimica/fusao-nuclear.htm>. Acesso em: 15 mar. 2019.</p><p>12</p><p>Para Berg (2014), as células fotossintéticas absorvem a energia radiante do</p><p>Sol e a utilizam para retirar elétrons da molécula de água e adicioná-la à molécula de</p><p>dióxido de carbono, formando produtos ricos em energia, como o amido e a sacarose.</p><p>Quando promovem essas reações, a maioria dos organismos fotossintéticos liberam</p><p>oxigênio molecular na atmosfera. Em última análise, os organismos que não executam</p><p>a fotossíntese obtêm energia para suas necessidades pela oxidação dos produtos ricos</p><p>em energia elaborados pela fotossíntese, passando elétrons para o oxigênio atmosférico</p><p>e sintetizando água, dióxido de carbono e outros produtos, os quais são recicladas no</p><p>meio ambiente.</p><p>Virtualmente todos os transdutores de energia nas células podem</p><p>ser relacionados ao fluxo de elétrons de uma molécula para outra</p><p>na oxidação de combustíveis ou na captura de energia luminosa</p><p>durante a fotossíntese. Esse fluxo de elétrons é “morro-abaixo”, quer</p><p>dizer, de um potencial eletroquímico maior para outro menor; como</p><p>tal, ele é formalmente análogo ao fluxo de elétrons em um circuito</p><p>elétrico acionado por uma bateria. Todas essas reações que envolvem</p><p>fluxos de elétrons são reações de oxirredução. Assim, emergem</p><p>outros princípios característicos do estado vivo da matéria: (1) as</p><p>necessidades energéticas de, virtualmente, todos os organismos</p><p>são providos, direta ou indiretamente, da energia solar. (2) O fluxo</p><p>de elétrons nas reações de oxirredução é a base da transdução e da</p><p>conservação da energia nas células vivas. (3) todos os organismos</p><p>vivos são interdependentes, trocando entre si energia e matéria por</p><p>meio do meio ambiente (NELSON; COX, 2002, p. 15).</p><p>O tema central em bioenergética é o modo pelo qual a energia do metabolismo</p><p>de combustíveis ou de captura de luz é acoplada a reações que requerem energia.</p><p>Considere um exemplo mecânico simples de acoplamento de energia mostrado na</p><p>Figura 9. Um objeto no alto de um plano inclinado tem certa quantidade de energia</p><p>potencial devido a sua altura. Esse objeto tende a deslizar para baixo espontaneamente,</p><p>perdendo a sua energia potencial de posição na medida em que se aproxima do solo.</p><p>Quando um instrumento apropriado, constituído de correios e polias, é ligado ao objeto,</p><p>o movimento espontâneo para baixo pode realizar certa quantidade de trabalho,</p><p>quantidade esta nunca maior que a variação da energia potencial de posição. A</p><p>quantidade de energia realmente disponível para a realização de trabalho, chamada de</p><p>energia livre, G, será sempre um pouco menor que a variação total em energia, porque</p><p>uma parte dela é dissipada como calor de fricção (BERG, 2014).</p><p>13</p><p>FIGURA 9 – ACOPLAMENTO DE ENERGIA EM PROCESSOS MECÂNICOS</p><p>FONTE: Nelson e Cox (2002, p. 8)</p><p>Reações químicas podem ser acopladas assim que uma reação liberadora</p><p>de energia promove uma reação que requer energia. Reações químicas em sistemas</p><p>fechados ocorrem espontaneamente até que o equilíbrio seja alcançado. Quando um</p><p>sistema está em equilíbrio, a velocidade de formação do produto é exatamente igual à</p><p>velocidade na qual o produto é convertido para reagente. Portanto, não existe nenhuma</p><p>variação líquida nas concentrações de reagentes e produtos, e um “estado estacionário”</p><p>é alcançado.</p><p>Existem reações exergônicas e endergônicas. As reações exergônicas ocorrem</p><p>quando há uma diminuição da energia livre e os produtos são expressos em valores</p><p>negativos. As reações endergônicas requerem uma quantidade de energia e seus</p><p>valores na variação de energia livre são positivos. Nelson e Cox (2002) relatam que,</p><p>nos processos mecânicos, somente parte da energia liberada nas reações bioquímicas</p><p>exergônicas pode ser usada para executar trabalho. Nos sistemas vivos, parte da energia</p><p>dissipada como calor ou perdida são necessárias para aumentar a entropia.</p><p>VOCÊ SABIA?</p><p>O termo “entropia”, que literalmente signifi ca “mudança em seu interior”, foi</p><p>usado pela primeira vez em 1851 por Rudolf Clausius, um dos formuladores</p><p>da Segunda Lei da Termodinâmica. Uma defi nição quantitativa rigorosa de</p><p>entropia envolve considerações probabilísticas e estatísticas. Entretanto,</p><p>sua natureza pode ser ilustrada qualitativamente por três exemplos simples,</p><p>cada um demonstrando um aspecto da entropia. A chave para a descrição de</p><p>entropia é a aleatoriedade e a desordem, manifestadas em diferentes maneiras.</p><p>NOTA</p><p>14</p><p>Segundo Berg (2014), o acoplamento de reações endergônicas com aquelas</p><p>exergônicas é absolutamente central para trocas de energia nos sistemas vivos. O</p><p>mecanismo pelo qual o acoplamento de energia ocorre nas reações biológicas é via</p><p>um intermediário compartilhado. Por exemplo, a quebra de adenosina trifosfato (ATP)</p><p>é a reação exergônica, que dirige muitos processos endergônicos, nas células. De</p><p>fato, ATP (Figura 10) é o maior transportador de energia química em todas as células,</p><p>acoplando processos endergônicos àqueles exergônicos O grupo fosfato terminal do</p><p>ATP é transferido para uma variedade de moléculas receptoras, que são ativadas para</p><p>favorecer transformações químicas. Adenosina difosfato (ADP) é reciclado (fosforilado)</p><p>para ATP, à custa de energia química (durante oxidação dos combustíveis) ou da luz</p><p>solar (na fotossíntese celular).</p><p>FIGURA 10 – ADENOSINA TRIFOSFATO (ATP). A REMOÇÃO DO GRUPO FOSFATO TERMINAL DO ATP É</p><p>ALTAMENTE EXERGÔNICA E ESTA REAÇÃO É ACOPLADA A MUITAS REAÇÕES ENDERGÔNICAS NA CÉLULA</p><p>FONTE: <https://www.infoescola.com/bioquimica/adenosina-trifosfato-atp/>. Acesso em: 16 mar. 2019.</p><p>O fato de uma reação ser exergônica não significa que ela necessariamente</p><p>se processará de forma rápida. O caminho que vai do reagente ao produto quase</p><p>invariavelmente envolve uma barreira energética, chamada barreira de ativação (Figura</p><p>11), a qual precisa ser superada para que qualquer reação ocorra. A quebra e síntese</p><p>de ligações geralmente requerem tensionamento e a torção das ligações existentes,</p><p>criando um estado de transição de alto nível de energia livre, tanto em relação ao</p><p>reagente quanto ao produto. O ponto mais alto da coordenada da reação, no diagrama,</p><p>representa o estado de transição (NELSON; COX, 2014).</p><p>15</p><p>FIGURA 11 – CURSO DE UMA REAÇÃO QUÍMICA DO PONTO DE VISTA ENERGÉTICO</p><p>FONTE: Nelson e Cox (2014, p. 15)</p><p>No interior das células, todas as reações químicas ocorrem devido à presença de</p><p>enzimas – catalisadores biológicos que aumentam a velocidade das reações químicas.</p><p>As enzimas como catalisadores agem diminuindo a barreira de ativação entre o reagente</p><p>e o produto.</p><p>FIGURA 12 – UMA ENZIMA AUMENTA A VELOCIDADE DE UMA REAÇÃO QUÍMICA ESPECÍFICA</p><p>FONTE: <https://www.vestibulandoweb.com.br/biologia/enzimas.asp>. Acesso em: 19 mar. 2019.</p><p>As enzimas são proteínas, com exceção da ribozima, uma enzima presente no</p><p>RNA, cuja constituição não é proteica. Cada proteína enzimática é específi ca para a</p><p>catálise de uma determinada reação, e cada reação no interior da célula é catalisada</p><p>por uma enzima diferente. Cada célula requer, portanto, milhares de tipos diferentes de</p><p>enzimas. A multiplicidade de enzimas, a sua alta especifi cidade para os</p><p>reagentes e a</p><p>sua suscetibilidade à regulação dão às células a capacidade de diminuir as barreiras de</p><p>ativação seletivamente (BERG, 2014).</p><p>16</p><p>Nelson e Cox (2002, p. 10) relatam que:</p><p>Milhares reações químicas enzimaticamente catalisadas nas células</p><p>são funcionalmente organizadas em muitas sequências diferentes</p><p>de reações consecutivas chamadas vias, nas quais o produto de</p><p>uma reação se torna o reagente para a próxima. Algumas dessas</p><p>sequências de reações enzimaticamente catalisadas degradam</p><p>nutrientes orgânicos em produtos fi nais simples, de forma a</p><p>extrair energia química e convertê-la em uma forma utilizável</p><p>pela célula. Juntos esses processos degradativos liberadores</p><p>de energia livre são designados de catabolismo. Outras vias</p><p>enzimaticamente catalisadas partem de moléculas precursoras</p><p>pequenas e as convertem, progressivamente, em moléculas maiores</p><p>e mais complexas, incluindo proteínas e ácidos nucleicos. Essas</p><p>vias sintéticas requerem invariavelmente a adição de energia, e</p><p>quando consideradas em conjunto representam o anabolismo. Esse</p><p>conjunto de vias imbricadas e enzimaticamente catalisadas constitui</p><p>o que chamamos de metabolismo. O ATP é transportador universal</p><p>de energia metabólica e une o catabolismo e o anabolismo.</p><p>As células vivas não só podem sintetizar simultaneamente milhares de tipos</p><p>diferentes de moléculas de carboidratos, lipídios, proteínas e ácidos nucleicos e suas</p><p>subunidades mais simples, mas também podem fazê-lo nas proporções requeridas</p><p>pela célula (NELSON; COX, 2014). Por exemplo, quando ocorre uma rápida multiplicação</p><p>celular, os precursores de proteínas e ácidos nucleicos precisam ser sintetizados em</p><p>grandes quantidades, enquanto as necessidades desses precursores para células que</p><p>estão em repouso são muito reduzidas (BAYNES, 2015).</p><p>As enzimas-chave em cada via metabólica são reguladas de tal forma que cada</p><p>tipo de molécula precursora é produzido em quantidades apropriadas às necessidades</p><p>das células (BERG; TYMOCZKO; STRYERT, 2015). Na Figura 13, observamos a síntese</p><p>de isoleucina (um dos aminoácidos, as subunidades monoméricas das proteínas). Se a</p><p>célula começar a produzir mais isoleucina do que o necessário para a síntese proteica,</p><p>a isoleucina não utilizada se acumula, dessa forma, altas concentrações de isoleucina</p><p>inibem a atividade catalítica da primeira enzima na via, diminuindo, imediatamente, a</p><p>produção desse aminoácido. Essa retroalimentação (feedback) negativa mantém em</p><p>equilíbrio a produção e a utilização de cada intermediário metabólico (NELSON; COX,</p><p>2002).</p><p>FIGURA 13 – INIBIÇÃO RETROATIVA</p><p>FONTE: Nelson e Cox (2002, p. 10)</p><p>17</p><p>Apesar de o conceito de rota discreta ser uma ferramenta importante para</p><p>organizar o conhecimento do metabolismo, ele é muito simplificado. Existem milhares</p><p>de metabólitos intermediários na célula, muitos dos quais fazem parte de mais de uma</p><p>rota. O metabolismo seria mais bem representado por uma rede de rotas interconectadas</p><p>e interdependentes. A mudança na concentração de qualquer metabólito dá início a um</p><p>efeito de ondulação, influenciando o fluxo de materiais pelas outras rotas (NELSON;</p><p>COX, 2014). A tarefa de compreender essas complexas interações entre intermediários</p><p>e rotas em termos quantitativos é desencorajadora, mas a nova ênfase em biologia de</p><p>sistemas começou a oferecer uma importante compreensão da regulação global do</p><p>metabolismo (MARZZOCO; TORRES, 2007).</p><p>As células regulam também a síntese de seus próprios catalisadores, as enzimas,</p><p>em resposta ao aumento ou à diminuição da necessidade de um produto metabólito. A</p><p>expressão de genes (a tradução da informação contida no DNA em proteínas ativas na</p><p>célula) e a síntese de enzimas são outros níveis de controle metabólico na célula. Todos</p><p>os níveis devem ser levados em conta na descrição do controle global do metabolismo</p><p>celular (NELSON; COX, 2014).</p><p>2.4 TRANSFERÊNCIA DA INFORMAÇÃO BIOLÓGICA</p><p>Talvez a propriedade mais marcante dos organismos e das células vivas seja sua</p><p>capacidade de se reproduzir por incontáveis gerações com fidelidade quase perfeita. Essa</p><p>continuidade de traços herdados sugere constância, ao longo de milhões de anos, na</p><p>estrutura das moléculas que contêm a informação genética. Poucos registros históricos</p><p>de civilizações sobreviveram por mil anos mesmo quando riscados em superfícies de</p><p>cobre ou talhados em pedra (Figura 14). Contudo, existem boas evidências de que as</p><p>instruções genéticas permaneceram praticamente intactas nos organismos vivos por</p><p>períodos muito maiores; muitas bactérias têm praticamente o mesmo tamanho, forma</p><p>e estrutura interna, apresentando também o mesmo tipo de moléculas precursoras e</p><p>enzimas das bactérias que viveram há cerca de quatro bilhões de anos (NELSON; COX,</p><p>2014). Essa continuidade da estrutura e da composição é o resultado da continuidade</p><p>da estrutura do material genético.</p><p>18</p><p>FIGURA 14 – DOIS REGISTROS MUITO ANTIGOS. (A) O PRISMA DE SENNACHERIB; (B) UMA ÚNICA MOLÉCU-</p><p>LA DE DNA DA BACTÉRIA E. COLI, EXTRAVASANDO DE UMA CÉLULA ROMPIDA</p><p>FONTE: Nelson e Cox (2014, p. 30)</p><p>Sobre a Figura 14 – Dois registros muito antigos. (a) o prisma de Sennacherib,</p><p>inscrito em torno de 700 a.c., descreve em caracteres da linguagem assíria</p><p>alguns eventos históricos durante o reinado de Sennacherib. (b) uma única</p><p>molécula de DNA da bactéria e. coli, extravasando de uma célula rompida. o</p><p>DNA bacteriano contém cerca de 5 milhões de caracteres.</p><p>NOTA</p><p>Entre as descobertas mais notáveis da biologia no século XX está a natureza</p><p>química e a estrutura tridimensional do material genético, ácido desoxirribonucleico,</p><p>DNA. A sequência de subunidades monoméricas, os nucleotídeos (composto por bases</p><p>nitrogenadas, pentose e um grupo fosfato), codifi ca as instruções para formar todos</p><p>os outros componentes celulares e fornece o molde para a produção de moléculas de</p><p>DNA idênticas a serem distribuídas aos descendentes por ocasião da divisão celular.</p><p>Segundo Marzzoco e Torres (2007), a perpetuação de uma espécie biológica requer</p><p>que sua informação genética seja mantida de modo estável, expressa com exatidão na</p><p>forma de produtos dos genes e reproduzida com o mínimo de erros. O armazenamento, a</p><p>expressão e a reprodução efetivas da mensagem genética defi nem espécies individuais,</p><p>distinguem umas das outras e asseguram a sua continuidade em sucessivas gerações.</p><p>O DNA é um polímero orgânico, fi no e longo, em forma de hélice; a rara molécula</p><p>que é construída na escala atômica em uma dimensão (largura) na escala humana em</p><p>outra (comprimento: uma molécula de DNA pode ter vários centímetros de comprimento).</p><p>Um esperma ou ovócito humano, carregando a informação hereditária acumulada em</p><p>19</p><p>bilhões de anos de evolução, transmite essa herança na forma de moléculas de DNA,</p><p>nas quais a sequência linear de subunidades de nucleotídeos, ligados covalentemente,</p><p>codifica a mensagem genética (NELSON; COX, 2002).</p><p>Normalmente quando são descritas as propriedades de espécies</p><p>químicas, é descrito o comportamento médio de um número</p><p>muito grande de moléculas idênticas. Embora seja difícil prever o</p><p>comportamento de uma única molécula em uma população, por</p><p>exemplo, de um picomol de compostos (cerca de 6 3 1011 moléculas),</p><p>o comportamento médio das moléculas é previsível porque muitas</p><p>delas entram no cálculo da média. O DNA celular é uma notável</p><p>exceção. O DNA que forma todo o material genético da E. coli é uma</p><p>única molécula contendo 4,64 milhões de pares de nucleotídeos.</p><p>Essa única molécula tem de ser replicada com perfeição nos mínimos</p><p>detalhes para que uma célula de E. coli possa gerar descendentes</p><p>idênticos por divisão celular; não existe espaço para tomar médias</p><p>nesse processo! O mesmo vale para todas as células. O esperma</p><p>humano traz para o óvulo que ele fertiliza somente uma molécula</p><p>de DNA de cada um dos 23 cromossomos, para se combinar com</p><p>somente uma molécula de cada cromossomo correspondente no</p><p>óvulo. O resultado dessa união é altamente previsível: um embrião</p><p>com todos os</p><p>seus 25.000 genes, feitos de 3 bilhões de pares de</p><p>nucleotídeos, intactos. Um feito químico impressionante! (NELSON;</p><p>COX, 2014, p. 60).</p><p>Sackheim (2001) relata em sua obra Química e bioquímica para ciências</p><p>biomédicas que uma única página deste livro contém cerca de 5.000 caracteres, de</p><p>tal forma que o livro inteiro contém 5 milhões de caracteres. O cromossomo da E. coli</p><p>também contém 5 milhões de caracteres (pares de nucleotídeos). Se você fizer uma</p><p>cópia manual deste livro e, então, passá-lo a um colega de classe para também fazer</p><p>uma cópia manual, e se essa cópia for passada para um terceiro colega de classe para</p><p>fazer a terceira cópia da cópia, e assim por diante, quanto cada cópia vai se assemelhar</p><p>com o livro original? Agora, imagine o texto que resultaria ao se fazer cópias de cópias à</p><p>mão alguns trilhões de vezes!</p><p>A capacidade dos seres vivos de preservar seu material genético e duplicá-</p><p>lo para a próxima geração resulta da complementaridade entre as duas fitas da</p><p>molécula de DNA (Figura 15). A unidade básica do DNA é um polímero linear de quatro</p><p>subunidades monoméricas diferentes, desoxirribonucleotídeos, arranjados em uma</p><p>sequência linear precisa. Essa sequência linear codifica a informação genética. Duas</p><p>dessas fitas poliméricas estão torcidas uma em torno da outra, formando a dupla-hélice</p><p>de DNA, na qual cada desoxirribonucleotídeo em uma fita, pareia especificamente com</p><p>um desoxirribonucleotídeo complementar na fita oposta. Antes de a célula se dividir, as</p><p>duas fitas de DNA se separam uma da outra e cada uma serve de molde para a síntese</p><p>de uma nova fita complementar, gerando duas moléculas em forma de dupla-hélice</p><p>idênticas, uma para cada célula-filha. Se qualquer uma das fitas é danificada, então a</p><p>continuidade da informação é assegurada pela informação presente na fita oposta, que</p><p>pode atuar como molde para reparar o dano (GRIFFITHS, 2016).</p><p>20</p><p>FIGURA 15 – COMPLEMENTARIDADE ENTRE AS DUAS FITAS DE DNA</p><p>FONTE: Nelson e Cox (2014, p. 31)</p><p>Referente à Figura 15, o DNA é um polímero linear de quatro tipos de</p><p>desoxirribonucleotídeos, ligados covalentemente: desoxiadenilato (A),</p><p>desoxiguanilato (G), desoxicitidilato (C), desoxitimidilato (T).</p><p>ATENÇÃO</p><p>A informação no DNA é codifi cada na sequência linear (unidimensional) de</p><p>subunidades de desoxirribonucleotídeos, mas a expressão dessa informação resulta</p><p>em uma célula tridimensional. Essa transformação da informação de uma dimensão</p><p>para três dimensões ocorre em duas fases (NELSON; COX, 2014). Uma sequência linear</p><p>de desoxirribonucleotídeos no DNA codifi ca (por meio de um intermediário, RNA) a</p><p>produção de uma proteína com a sequência linear de aminoácidos correspondente</p><p>(Figura 16). A proteína é enovelada em uma forma tridimensional particular determinada</p><p>pela sua sequência de aminoácidos e estabilizada principalmente por interações não</p><p>covalentes. Embora a forma fi nal da proteína enovelada seja ditada pela sua sequência</p><p>21</p><p>de aminoácidos, o processo de enovelamento é assistido por “chaperonas moleculares”.</p><p>A estrutura tridimensional precisa ou conformação nativa de uma proteína é crucial para</p><p>sua função.</p><p>FIGURA 16 – DO DNA AO RNA, DO RNA À PROTEÍNA E DA PROTEÍNA À ENZIMA</p><p>(HEXOCINASE)</p><p>FONTE: Nelson e Cox (2014, p. 31)</p><p>As chaperonas (do francês chaperon, “dama de companhia”) são proteínas</p><p>importantes para auxiliar no enovelamento proteico, fazendo com que as proteínas</p><p>atinjam a confi guração terciária correta. Se por alguma situação (disfunção, defeito</p><p>genético) essas proteínas não conseguirem atingir a confi guração correta, as chaperonas</p><p>encaminham essas proteínas para a destruição (NELSON; COX, 2014).</p><p>Uma vez em sua conformação nativa, a proteína pode associar-se não</p><p>covalentemente com outras macromoléculas (outras proteínas, ácidos nucleicos,</p><p>carboidratos ou lipídios) para formar complexos supramoleculares, como cromossomos,</p><p>ribossomos e membranas. As moléculas individuais desses complexos têm sítios de</p><p>ligação para cada uma com alta afi nidade específi ca, e dentro das células elas se</p><p>agrupam espontaneamente em complexos funcionais (BERG, 2014).</p><p>22</p><p>Apesar de as sequências de aminoácidos das proteínas carregarem toda a</p><p>informação necessária para alcançar a conformação nativa da proteína, o enovelamento</p><p>preciso e a automontagem também requerem o ambiente celular correto – pH, força</p><p>iônica, concentrações de íons metálicos, e assim por diante. Portanto, a sequência de</p><p>DNA sozinha não é suficiente para formar e manter uma célula completamente funcional</p><p>(NELSON; COX, 2014).</p><p>23</p><p>Neste tópico, você adquiriu certos aprendizados, como:</p><p>• Todas as células são delimitadas por uma membrana plasmática; têm um citosol</p><p>contendo metabólitos, coenzimas, íons inorgânicos e enzimas; e têm um conjunto</p><p>de genes contidos dentro de um nucleoide (bactérias e arqueas) ou de um núcleo</p><p>(eucariotos).</p><p>• Todos os organismos requerem uma fonte de energia para realizar o trabalho celular.</p><p>• Os fototróficos obtêm energia da luz solar; os quimiotróficos oxidam combustíveis</p><p>químicos, transferindo elétrons para bons aceptores: compostos inorgânicos,</p><p>compostos orgânicos ou oxigênio molecular.</p><p>• As células de bactérias e de arqueas contêm citosol, nucleoide e plasmídeos, todos</p><p>contidos dentro de um envelope celular.</p><p>• As células eucarióticas possuem um núcleo delimitado por uma membrana – a</p><p>membrana nuclear.</p><p>• Todas as macromoléculas são construídas a partir de compostos simples.</p><p>• Os organismos vivos dependem da bioenergética (transformações ou trocas de</p><p>energia).</p><p>• Os organismos transformam energia e matéria do meio ambiente.</p><p>• O fluxo de elétrons fornece energia para os organismos.</p><p>• As enzimas são catalisadores biológicos que promovem reações químicas em cadeia.</p><p>• A continuidade genética é atribuída às moléculas de DNA.</p><p>• A estrutura do DNA permite seu reparo e sua replicação com fidelidade quase perfeita.</p><p>RESUMO DO TÓPICO 1</p><p>24</p><p>1 Faça um desenho esquemático evidenciando as características da Terra Primitiva e o</p><p>aparecimento das primeiras biomoléculas – coacervados.</p><p>2 A hidrólise de ATP é uma reação altamente:</p><p>a) ( ) Endergônica.</p><p>b) ( ) Aeróbia.</p><p>c) ( ) Volátil.</p><p>d) ( ) Exergônica.</p><p>e) ( ) Aleatória.</p><p>3 As reações metabólicas podem ser classificadas em dois processos metabólicos.</p><p>Explique esses processos e evidencie qual deles leva à síntese de biomoléculas.</p><p>AUTOATIVIDADE</p><p>25</p><p>CÉLULA EUCARIONTE E PROCARIONTE</p><p>1 INTRODUÇÃO</p><p>O universo se formou, de acordo com os dados geológicos mais aceitos</p><p>atualmente, há cerca de um pouco mais de 14 bilhões de anos, e a Terra há cerca de 4,5</p><p>bilhões de anos, a partir de sedimentos provenientes de material oriundo das estrelas.</p><p>Foi necessário que a Terra sofresse mudanças que favorecessem o surgimento da vida</p><p>como conhecemos (MAYWORM, 2014).</p><p>A unidade e a diversidade dos organismos se tornam aparentes mesmo em nível</p><p>celular. Os menores organismos consistem em células isoladas e são microscópicos.</p><p>Os organismos multicelulares maiores têm muitos tipos celulares diferentes (geralmente</p><p>derivados de células mesenquimais), os quais variam em tamanho, forma e função</p><p>especializada. Apesar dessas diferenças óbvias, todas as células dos organismos,</p><p>desde o mais simples ao mais complexo, compartilham determinadas propriedades</p><p>fundamentais, que podem ser vistas em nível bioquímico e microscópio, como por</p><p>exemplo, a superfície celular (membrana plasmática), que é essencial para todas as</p><p>formas de célula.</p><p>2 COMPARTIMENTOS CELULARES</p><p>Células de todos os tipos compartilham algumas características estruturais</p><p>comuns (Figura 17). A membrana plasmática define o contorno da célula, impede o</p><p>extravasamento do citoplasma, separando seu conteúdo do ambiente. Ela é composta</p><p>por uma dupla camada de lipídios e proteínas que formam uma barreira fina, resistente,</p><p>flexível. A membrana plasmática é considerada uma estrutura anfipática, ou seja, possui</p><p>uma região hidrofílica (com afinidade pela água) e outra região hidrofóbica (com fobia</p><p>pela água). Geralmente a região hidrofílica (polar) é a cabeça dos fosfolipídios, enquanto</p><p>a região hidrofóbica é representada pela causa dos fosfolipídios. Isso acaba conferindo</p><p>à membrana plasmática das células um aspecto de mosaico fluido, em que as cabeças</p><p>dos fosfolipídios permitem a entrada e saída de água na célula, ao passo que as caudas</p><p>repelem essa água.</p><p>A membrana é uma barreira para a passagem livre de íons inorgânicos e</p><p>para a maioria de outros compostos carregados ou polares. Proteínas de transporte</p><p>na membrana plasmática permitem a passagem de determinados íons e moléculas;</p><p>proteínas receptoras transmitem sinais para o interior da célula; e enzimas de</p><p>membrana participam em algumas rotas de reações. Como os lipídios individuais</p><p>UNIDADE 1 TÓPICO 2 -</p><p>Usuario</p><p>Realce</p><p>Usuario</p><p>Sublinhado</p><p>Usuario</p><p>Realce</p><p>Usuario</p><p>Sublinhado</p><p>Usuario</p><p>Sublinhado</p><p>Usuario</p><p>Realce</p><p>Usuario</p><p>Sublinhado</p><p>26</p><p>e as proteínas da membrana não estão covalentemente ligados, toda a estrutura é</p><p>extraordinariamente flexível, permitindo mudanças na forma e no tamanho da célula. À</p><p>medida que a célula cresce, novas moléculas de proteínas e de lipídios são inseridas na</p><p>membrana plasmática; a divisão celular produz duas células, cada qual com sua própria</p><p>membrana. O crescimento e a divisão celular (fissão) ocorrem sem perda da integridade</p><p>da membrana.</p><p>Ainda devemos destacar que as proteínas presentes na membrana plasmática</p><p>são classificadas em periféricas e integrais (transmembrana). As proteínas periféricas</p><p>estão relacionadas com a integração entre as outras proteínas de membrana, não ficando</p><p>realmente claras suas funções, enquanto as proteínas integrais ou transmembrana são</p><p>as responsáveis pelo reconhecimento, transporte de substâncias através da membrana</p><p>e receptores para hormônios, enzimas.</p><p>Existem especializações de Membrana Plasmática muito importantes para</p><p>o desempenho de funções específicas nas células. As especializações da superfície</p><p>livre da membrana envolvem: cílios, estereocílios, microvilosidades e flagelos. Os cílios</p><p>presentes na traqueia, por exemplo, têm como função filtrar partículas que entram com</p><p>o ar inspirado, como também expelir as secreções produzidas pelas células caliciformes.</p><p>Os estereocílios estão presentes no epidídimo e aumentam a superfície de contato do</p><p>espermatozoide com a glândula, visto que os espermatozoides recebem nutrientes</p><p>importantes no epidídimo. As microvilosidades aumentam a superfície de contato dos</p><p>nutrientes no intestino delgado, facilitando sua absorção, enquanto os flagelos realizam</p><p>movimentos para conduzir o espermatozoide até o ovócito (ALBERTS et al., 1997).</p><p>FIGURA 17 – AS CARACTERÍSTICAS UNIVERSAIS DAS CÉLULAS VIVAS</p><p>FONTE: <www.sobiologia.com.br/conteudos/Citologia2/nucleo.php>. Acesso em: 19 mar. 2019.</p><p>http://www.sobiologia.com.br/conteudos/Citologia2/nucleo.php</p><p>Usuario</p><p>Sublinhado</p><p>Usuario</p><p>Realce</p><p>Usuario</p><p>Sublinhado</p><p>Usuario</p><p>Realce</p><p>Usuario</p><p>Sublinhado</p><p>Usuario</p><p>Sublinhado</p><p>Usuario</p><p>Sublinhado</p><p>Usuario</p><p>Realce</p><p>Usuario</p><p>Realce</p><p>Usuario</p><p>Realce</p><p>Usuario</p><p>Realce</p><p>27</p><p>Referente à Figura 17: Células eucariontes possuem um núcleo delimitado por</p><p>um envoltório nuclear, enquanto nas células procariontes o material genético</p><p>encontra-se disperso no citoplasma.</p><p>Curiosidade:</p><p>Você já ouviu falar em fi brose cística?</p><p>A fi brose cística é uma doença genética que compromete o funcionamento</p><p>das glândulas exócrinas que produzem muco, suor ou enzimas pancreáticas.</p><p>O excesso de muco nos alvéolos respiratórios difi culta a hematose (trocas</p><p>gasosas) (Figura 18). Essa patologia é resultado de uma alteração na proteína</p><p>transmembrana presente na membrana plasmática das células respiratórias</p><p>e do sistema digestório. Essa patologia é diagnosticada no teste do pezinho.</p><p>ATENÇÃO</p><p>NOTA</p><p>FIGURA 18 – FIBROSE CÍSTICA</p><p>FONTE: <https://www.hc.unicamp.br/node/1101>. Acesso em: 20 mar. 2019.</p><p>O volume interno envolto pela membrana plasmática, o citoplasma, é</p><p>composto por uma solução aquosa, o citosol, e uma grande variedade de partículas</p><p>em suspensão com funções específi cas. Esses componentes particulados (organelas</p><p>envoltas por membrana como mitocôndria e cloroplastos; estruturas supramoleculares</p><p>como ribossomos e proteossomos, os sítios de síntese e degradação das proteínas)</p><p>sedimentam-se quando o citoplasma é centrifugado a 150.000 g (g é aceleração da</p><p>gravidade na superfície terrestre).</p><p>28</p><p>O que sobra como fluido sobrenadante é o citosol, solução aquosa altamente</p><p>concentrada que contém enzimas e as moléculas de RNA que as codificam; os</p><p>componentes (aminoácidos e nucleotídeos) que formam essas macromoléculas;</p><p>centenas de moléculas orgânicas pequenas chamadas de metabólitos, intermediários</p><p>em rotas biossintéticas e degradativas; coenzimas, compostos essenciais em muitas</p><p>reações catalisadas por enzimas; e íons inorgânicos (NELSON; COX, 2002).</p><p>O citoplasma também possui um citoesqueleto (Figura 19), que dá forma para a</p><p>célula e está relacionado com as funções que esta célula desempenha no organismo.</p><p>O citoesqueleto é constituído por filamentos de actina, filamentos intermediários e</p><p>microtúbulos. Os filamentos de actina, como o próprio nome lembra, é formado pela</p><p>união de várias proteínas contrácteis actina e geralmente encontra-se revestindo a</p><p>periferia das células. Ele é responsável pela movimentação celular, fagocitose, dá forma</p><p>e sustentação para as microvilosidades e na fase de telófase, do ciclo celular, separar</p><p>as células recém-formadas. Os filamentos intermediários possuem uma constituição</p><p>proteica mais variada, pois estão presentes em células de diferentes tecidos. Se</p><p>presentes no tecido epitelial, teremos como proteínas a queratina; se presentes na</p><p>lâmina nuclear, teremos como proteína a lamina. São muito importantes para a função</p><p>estrutural, ou seja, eles fornecem resistência mecânica para as células.</p><p>Já os microtúbulos são constituídos pela proteína tubulina e criam uma rede de</p><p>trilhos sob os quais vesículas e organelas celulares podem se locomover. Os microtúbulos</p><p>também são responsáveis por organizar as organelas dentro da célula, formar o fuso</p><p>mitótico e estão presentes na composição de cílios e flagelos.</p><p>Uma importante observação, quando falamos de citoesqueleto, é a formação</p><p>do citoesqueleto das hemácias. As hemácias ou eritrócitos são células que necessitam</p><p>de muita flexibilidade, pois devem passar dos vasos mais calibrosos e chegar até os</p><p>capilares sanguíneos. Para garantir essa flexibilidade, o citoesqueleto das hemácias</p><p>apresenta três importantes proteínas: aducina, anquirina e espectrina.</p><p>Usuario</p><p>Sublinhado</p><p>Usuario</p><p>Sublinhado</p><p>Usuario</p><p>Sublinhado</p><p>Usuario</p><p>Realce</p><p>Usuario</p><p>Realce</p><p>Usuario</p><p>Sublinhado</p><p>Usuario</p><p>Realce</p><p>Usuario</p><p>Sublinhado</p><p>29</p><p>FIGURA 19 – CONSTITUIÇÃO DO CITOESQUELETO DAS CÉLULAS EUCARIONTES. OBSERVAR A DISPOSIÇÃO</p><p>DOS FILAMENTOS INTERMEDIÁRIOS, DOS MICROTÚBULOS E DOS FILAMENTOS DE ACTINA</p><p>FONTE: Junqueira e Carneiro (2007, p. 96)</p><p>Segundo Nelson e Cox (2014), todas as células eucariontes têm, pelo menos</p><p>em algum momento de sua vida, um nucleoide ou núcleo, em que o genoma – o</p><p>conjunto completo de genes composto por DNA – é replicado e armazenado com</p><p>suas proteínas associadas. O núcleo tem como função comandar e controlar todas as</p><p>atividades da célula. Poderíamos fazer uma analogia entre o núcleo das células e a CPU</p><p>de um computador, em que nas células, o núcleo define todas as atividades celulares,</p><p>e no computador, a CPU é a unidade central de processamento. Em bactérias e em</p><p>arqueas, o nucleoide não é separado do citoplasma por uma membrana; o núcleo, nos</p><p>eucariotos, é confinado dentro de uma dupla membrana, o envelope nuclear. As células</p><p>com envelope nuclear compõem o grande domínio dos Eukarya (do grego eu, “verdade”,</p><p>e karyon, “núcleo”). Os microrganismos sem membrana nuclear, antes classificados</p><p>como procariontes (do grego pro, “antes”), são agora reconhecidos como pertencentes</p><p>a dois grupos muito distintos: Bacteria e Archaea.</p><p>O núcleo é composto por estruturas muito importantes,</p>