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Bioquímica Básica e Metabolismo
Slides de apoio
Luciana Valgas de Souza
Plano de Aula
DOCENTE
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APRESENTAÇÃO DOS OBJETIVOS
Nesta disciplina, o estudante deverá:
- Compreender sobre a composição química dos processos que ocorrem nos organismos vivos.
- Entender como as células obtêm energia.
- Compreender as macromoléculas.
- Identificar os metabolismos dos lipídios, aminoácidos, nucleotídeos e carboidratos.
- Observar e compreender os processos do ciclo de Krebs e da glicólise.
Tutor, apresente aos acadêmicos os objetivos da disciplina.
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 Organização dos conteúdos
Unidade 1 - Fundamentos de bioquímica
Tema de Aprendizagem 1 - Introdução à Bioquímica.
Tema de Aprendizagem 2 - Arquitetura celular.
Tema de Aprendizagem 3 - A água.
Objetivos da unidade:
compreender a composição química da matéria viva e as estruturas tridimensionais das moléculas biológicas; 
comparar e contrastar as estruturas presentes nas células procarióticas e células eucarióticas; 
entender como as células obtêm energia e carbono; 
descrever as propriedades da água que são essenciais para a manutenção da vida. 
Tutor, é importante que o acadêmico entenda o modelo de ensino da instituição; compreenda quais são os atores pedagógicos envolvidos no processo de ensino-aprendizagem; conheça e domine as ferramentas que a instituição oferece para o seu estudo, além de conhecer seu tutor externo e os colegas que compõem a sua turma, seja ela uma turma virtual ou semipresencial.
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Organização dos conteúdos
Unidade 2 - As macromoléculas e suas funções
Tema de Aprendizagem 1 - Estrutura e função das proteínas.
Tema de Aprendizagem 2 - Estrutura e função de carboidratos e lipídios.
Tema de Aprendizagem 3 - As macromoléculas da informação genética.
Objetivos da unidade:
descrever os quatro principais tipos de macromoléculas biológicas; 
descrever as estruturas das macromoléculas biológicas; 
compreender as funções das macromoléculas biológicas; 
compreender a natureza das moléculas catalíticas; 
compreender os mecanismos envolvidos no fluxo de informação genética nos sistemas biológicos.
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Organização dos conteúdos
Unidade 3 - Principais vias do metabolismo e processos bioenergéticos
Tema de Aprendizagem 1 - Introdução à bioenergética e ao metabolismo
Tema de Aprendizagem 2 - Metabolismo de lipídios, aminoácidos e nucleotídeos
Tema de Aprendizagem 3 - Metabolismo de carboidratos e bioenergética 
Objetivos da unidade:
compreender como ocorre a transformação, o armazenamento e consumo de energia dentro das células; 
descrever os princípios da bioenergética e as leis da termodinâmica; 
descrever as principais vias metabólicas; 
identificar os reagentes e produtos da respiração celular e onde essas reações ocorrem em uma célula.
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ORIENTAÇÕES GERAIS DA DISCIPLINA
Vamos conhecer o Guia de Estudos!
 FERRAMENTAS DA EAD DA UNIASSELVI PARA QUE EU APRENDA: livro didático, trilhas de aprendizagem, objetos de aprendizagem etc.
 CANAIS DE COMUNICAÇÃO: chat, telefone, protocolo, mensagem.
 Atores pedagógicos.
Apresente aos acadêmicos o Guia de Estudos
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APRESENTAÇÃO DA UNIDADE 1
Unidade 1 
Fundamentos de Bioquímica. 
Tema de Aprendizagem 1 
Introdução à Bioquímica.
Inicie a apresentação da unidade falando sobre a importância de estudar esses fundamentos, que serão a base para que, ao nos aprofundar nos conteúdos, possamos compreender de forma mais eficiente. O nascimento da bioquímica, o estudo da química da vida, foi resultado dos esforços dedicados de numerosos cientistas. Hoje, continua a progredir através do avanço da tecnologia moderna e da pesquisa em áreas como biotecnologia e biologia molecular, esclarecendo muitos aspectos da saúde e da doença. 
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Breve histórico da bioquímica
Friedrich Wöhler (1800-1882)
Marcellin Berthelot (1827-1907)
Louis Pasteur (1822-1895)
Gerhard Mulder (1802-1880) e Jöns Jakob Berzelius (1779-1848)
A bioquímica é o estudo dos processos químicos dos organismos vivos. Tem raízes em várias disciplinas, incluindo biologia, química e física, e foi moldado por vários cientistas ao longo da história.
Alguns estudiosos que fazem parte do delineamento da bioquímica são:
Friedrich Wöhler (1800-1882), um químico alemão, sendo sua descoberta considerada por alguns historiadores como o início da bioquímica; realizou a síntese de ureia (um composto encontrado na urina humana) a partir de materiais inorgânicos
Marcellin Berthelot (1827-1907), um químico francês considerado o fundador da bioenergética, estabeleceu os conceitos de reações endotérmicas e exotérmicas em organismos e lançou as bases para a segunda lei da termodinâmica. Ele também descobriu a sacarose, que chamou de "invertina
Louis Pasteur (1822-1895), um microbiologista francês, é amplamente considerado o pai da bioquímica. Ele conciliou a química com a biologia e realizou extensas pesquisas sobre a fermentação, mostrando que ela era causada por microorganismos. Após sua morte, a bioquímica emergiu como uma disciplina independente no século XX.
Gerhard Mulder (1802-1880), um químico holandês, descobriu uma substância complexa contendo enxofre no sangue, ovos e queijo e a chamou de "proteína" por sugestão de seu colega Jöns Jakob Berzelius (1779-1848). Isso marcou a identificação do primeiro composto da vida e estabeleceu Mulder como uma figura importante no início da história da bioquímica. 
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Breve histórico da bioquímica
James Watson (1928 -) e Francis Crick (1916-2004)
Rosalind Franklin (1920-1958)
Michael Polanyi (1891-1976) e J.B.S. Haldane (1892-1964)
James Watson (1928 -) e Francis Crick (1916-2004) fizeram uma descoberta revolucionária no campo da biologia quando propuseram o modelo de dupla hélice do DNA em 1953 e receberam o Prêmio Nobel de Fisiologia ou Medicina em 1962. Esse modelo transformou a compreensão da replicação, armazenamento e transmissão da informação genética.
Rosalind Franklin (1920-1958) foi uma cientista importante na descoberta da estrutura do DNA e que futuramente ajudaram os estudos de Watson e Crick.
Michael Polanyi (1891-1976) e J.B.S. Haldane (1892-1964), desenvolveram os mecanismos da catálise enzimática, a relação enzima-substrato e o conceito de sítio ativo.
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Breve histórico da bioquímica
Sir Robert Alexander Haworth (1883-1950)
Fritz Lipmann (1899-1986)celulares e como precursor dos hormônios esteroides, ácidos biliares e vitamina D. Por outro lado, fatores como genética, dieta e estilo de vida podem afetar o metabolismo do colesterol e contribuir para níveis elevados de colesterol no sangue o desenvolvimento das doenças cardiovasculares.
Os lipídeos juntamente com o colesterol são transportados pelo corpo pelas lipoproteínas que são partículas complexas consistindo em um núcleo de lipídios cercado por uma casca de proteínas. Diferentes tipos de lipoproteínas têm diferentes funções e estão envolvidas no transporte de diferentes tipos de lipídeos.
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Metabolismo de lipídios, aminoácidos e nucleotídeos
DIGESTÃO, MOBILIZAÇÃO E TRANSPORTE DE GORDURAS
A digestão das gorduras provenientes da alimentação no estômago com a liberação de enzimas chamadas lipases gástricas, onde são degradados em compostos menores. Esse processo continua no intestino delgado com a ajuda dos sais biliares, que solubilizam as gorduras formando micelas mistas acessíveis à ação de lipases pancreáticas, que quebram os triglicerídeos em ácidos graxos menores e glicerol, os quais difundem-se para dentro das células na mucosa intestinal. Ali, são reconvertidos a triacilgliceróis e empacotados com o colesterol e lipoproteínas para serem transportados aos tecidos alvos na forma de quilomícrons que entram no sistema linfático e eventualmente chegam à corrente sanguínea
Quando os hormônios sinalizam necessidade de energia, os triacilgliceróis armazenados no tecido adiposo são mobilizados. Os níveis baixos de glicose ativam os hormônios glucagon (ou outros sinais, ativam a adrenalina), que se liga ao seu receptor na membrana do adipócito e estimula a ação de segundos mensageiros para abrir as gotículas de lipídios e ativar as lipases hormônio-sensível nos adipócitos, resultando na hidrólise de ácidos graxos livres e glicerol. Os ácidos graxos saem do tecido adiposo e se ligam à albumina sérica no sangue para serem transportados aos tecidos alvos, onde são liberados e oxidados para fornecer energia. O glicerol segue outra via, em que será transformado no intermediário di-hidroxi-acetona fosfato e pode ser oxidado na via da glicólise
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Metabolismo de lipídios, aminoácidos e nucleotídeos
BETA-OXIDAÇÃO DE ÁCIDOS GRAXOS 
O catabolismo dos ácidos graxos ocorre através da β-oxidação na mitocôndria, e é uma via central de produção de energia em muitos órgãos e tecidos, e a principal fonte energética do coração e do fígado de mamíferos. O cérebro, que normalmente depende da glicose como fonte de energia, pode também utilizar os corpos cetônicos que são subprodutos da β-oxidação. A entrada de ácidos graxos maiores de 12 carbonos na mitocôndria, que são a maioria, ocorre pela ativação do ácido graxo e pelo sistema de transporte carnitina, em duas etapas: 1. A primeira etapa, é a ativação do ácido graxo no citosol pela enzima Acil-CoA sintetase, que catalisa a formação de um acil-graxo-CoA ativado com energia da clivagem de ATP. O acil-graxo-CoA ativado também poderá ser utilizado no citosol para sintetizar lipídeos de membrana. 2. A segunda etapa é o transporte para dentro da mitocôndria pelo sistema de transporte carnitina
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Metabolismo de lipídios, aminoácidos e nucleotídeos
CETOGÊNESE
Nos mamíferos, o acetil-CoA formado no fígado durante a β-oxidação pode entrar no ciclo de Krebs ou ser convertido a corpos cetônicos (o acetoacetato, β-hidroxibutirato e acetona). A formação dos corpos cetônicos ocorre na matriz da mitocôndria. A enzima tiolase catalisa a condensação de 2 moléculas de acetil-CoA. E, reações seguintes das demais enzimas geram o acetoacetato, que produz acetona e β-hidroxibutirato. A acetona é exalada, e os demais corpos cetônicos são exportados para os tecidos, onde são convertidos em acetil-CoA e oxidados para fornecer energia, principalmente em condições de jejum 
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Metabolismo de lipídios, aminoácidos e nucleotídeos
BIOSSÍNTESE DE ÁCIDOS GRAXOS SATURADOS 
Os ácidos graxos são os principais componentes do triacilgliceróis para o armazenamento de energia e dos fosfolipídios de membrana. O fígado é o principal órgão responsável pela síntese de ácidos graxos que acontece na mitocôndria. O processo é endergônico e redutor, usando ATP como fonte de energia metabólica e NADPH como agente redutor. O precursor da síntese de ácidos graxos é o acetil-CoA proveniente da oxidação do piruvato e do catabolismo dos esqueletos carbônicos dos aminoácidos. No entanto, a membrana da mitocôndria é impermeável ao acetil-CoA, o que significa que este não pode passar pela membrana por conta própria. Para chegar ao citosol, a célula usa um sistema de transporte chamado de lançadeira
Nesse sistema, o acetil-CoA reage com o oxaloacetato na mitocôndria, produzindo o citrato, uma molécula que pode facilmente ser transportado da mitocôndria para o citosol por meio do transportador de citrato. Essa é uma reação catalisada pela enzima citrato-sintase que faz parte do ciclo de Krebs. 
Uma vez no citosol, a enzima citrato-liase cliva o citrato, em uma reação que consome ATP, para regenerar acetil-CoA e oxaloacetato no citosol, que é então convertido em malato, e devolvido à matriz mitocondrial através do transportador de malato-α-cetoglutarato. No entanto, a maior parte do malato é convertida em piruvato no citosol, produzindo NADPH que é necessário para a biossíntese de ácidos graxos. O piruvato é transportado de volta para a mitocôndria através do transportador de piruvato. 
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Metabolismo de lipídios, aminoácidos e nucleotídeos
BIOSSÍNTESE DE ÁCIDOS GRAXOS INSATURADOS
A adição de dupla ligação transforma ácidos-graxos saturados em monoinsaturados. Essa dupla ligação é introduzida por uma enzima oxidase de função mista, pois oxida dois substratos diferentes simultaneamente. Nos mamíferos, certos tipos de ácidos graxos chamados ácidos graxos poliinsaturados de cadeia longa (chamados de PUFA) são criados a partir de ácidos graxos essenciais que são obtidos através da dieta. Esses PUFAs são formados através de uma série de reações de dessaturação (adição de uma ligação dupla entre dois átomos de carbono) e alongamento (adição de dois átomos de carbono).
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Metabolismo de lipídios, aminoácidos e nucleotídeos
BIOSSÍNTESE DE TRIACILGLICERÓIS E GLICEROFOSFOLIPÍDEOS
Os triacilgliceróis são formados a partir do acil-CoA graxo (ativado) e glicerol3-fosfato em diversas etapas biossintéticas. O glicerol-3-fosfato é produzido na via da gliceroneogênese a partir de di-hidroxiacetona-fosfato derivado do piruvato. Os ácidos graxos são combinados com glicerol para formar diacilglicerol-3- fosfato, mais comumente chamado de ácido fosfatídico. Esta reação é catalisada pela enzima glicerol-3-fosfato aciltransferase e é a etapa comprometida da síntese de triacilglicerol. Esse intermediário pode ser convertido em uma molécula de triacilglicerol (também conhecidocomo triglicerídeo) ou em um glicerofosfolipídeo. 
A molécula de triacilglicerol resultante é então empacotada em gotículas lipídicas e transportada para fora da célula para armazenamento no tecido adiposo.
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Metabolismo de lipídios, aminoácidos e nucleotídeos
METABOLISMO DO COLESTEROL 
O colesterol é um componente essencial das membranas celulares e precursor dos hormônios esteroides, ácidos biliares e vitamina D. Pode ser obtido da dieta, dos estoques de gordura ou sintetizado pelo organismo, principalmente no fígado e intestino delgado. A maior parte da síntese do colesterol em vertebrados ocorre no fígado, sendo exportado em uma de três formas: ácidos biliares, colesterol biliar ou ésteres de colesterila. 
A etapa (1) é a condensação de 3 acetatos formando o mevalonato. 
A etapa (2) é a conversão do mevalonato em unidades de isoprenos ativados, com consumo de ATP. Os isoprenos podem também ser precursores de outros lipídios. 181 • A etapa (3) é a polimerização dos isoprenos para formar o esqualeno linear. E consome NADPH. • A etapa (4) é a ciclização do esqualeno, consumindo NADPH para formar uma estrutura de anéis para produção do colesterol, que são 4 anéis fundidos. 
O colesterol é essencial para a integridade da membrana plasmática. Ele preenche os espaços vazios entre as moléculas vizinhas de fosfolipídios insaturados, tornando, dessa forma, a membrana mais rígida (modulação da fluidez) e menos permeável.
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Metabolismo de lipídios, aminoácidos e nucleotídeos
LIPOPROTEÍNAS
O colesterol, seus ésteres e outros lipídios são insolúveis em água e, portanto, são transportados pelas lipoproteínas plasmáticas. As lipoproteínas formam diversos compostos esféricos, com os lipídios hidrofóbicos no centro e as cadeias laterais dos aminoácidos na superfície (Figura 16). Esses complexos podem ser separados por ultracentrifugação e visualizados por microscopia eletrônica. São comumente agrupados em classes: • Quilomícrons e partículas remanescentes de quilomícrons. • VLDL – lipoproteínas de densidade muito baixa (Very-Low Density Lipoproteins) e lipoproteínas de densidade intermediária (IDL). • LDL – lipoproteínas de baixa densidade (Low Density Lipoproteins). • HDL – lipoproteínas de alta densidade (High Density lipoproteins).
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Metabolismo de lipídios, aminoácidos e nucleotídeos
 REGULAÇÃO METABOLISMOS DE LIPÍDIOS 
/O nível energético corporal determina a síntese ou degradação de ácidosgraxos nas células por ação hormonal 
Nos mamíferos, a produção de colesterol é regulada (Figura 19). A diminuição dos níveis de ATP está associada com o aumento nos níveis de AMP, ativando as cinase AMPK e a fosforilação (e inativação) da enzima HMG-CoA redutase, comprometida, na síntese de colesterol. 
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Metabolismo de lipídios, aminoácidos e nucleotídeos
 METABOLISMO DE AMINOÁCIDOS
Glicina
Os aminoácidos são os monômeros constituintes das proteínas e desempenham papéis importantes em vários processos fisiológicos do corpo. O metabolismo dos aminoácidos é um processo complexo que envolve vários mecanismos, incluindo digestão de proteínas, transporte, desaminação, excreção de nitrogênio e ciclo da ureia e síntese. Durante a digestão, as enzimas no estômago e no intestino delgado quebram as proteínas em aminoácidos individuais. Esses aminoácidos são então transportados através da parede intestinal e para a corrente sanguínea, onde são distribuídos para vários tecidos e órgãos por todo o corpo. Alguns dos aminoácidos são usados para sintetizar novas proteínas, que são essenciais para o crescimento, reparo e manutenção de várias estruturas e funções do corpo. 
Os organismos variam muito em sua capacidade de sintetizar os 20 aminoácidos comuns, enquanto a maior parte das bactérias e plantas pode sintetizar todos eles, os mamíferos sintetizam apenas cerca de metade deles, tendo que obter o restante através da dieta. Esses aminoácidos são chamados de essenciais
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Metabolismo de lipídios, aminoácidos e nucleotídeos
DIGESTÃO DE PROTEÍNAS 
Nos seres humanos, as proteínas da dieta são digeridas pelas enzimas proteases. Este processo é realizado por um grupo de enzimas chamadas proteases. A maioria das proteases é sintetizada em uma forma inativa conhecida como zimogênios, o que as impede de digerir as próprias proteínas do corpo antes de chegarem ao seu destino. 
As proteases produzem os aminoácidos livres, que são absorvidos no intestino e transportados até o fígado. O fígado desempenha um papel importante na regulação dos níveis de aminoácidos no corpo, pois pode armazená-los ou metabolizá-los conforme necessário.
As vias do catabolismo de aminoácidos são bastante semelhantes na maioria dos organismos. Em animais, os aminoácidos sofrem oxidação em 3 circunstâncias metabólicas: • Durante a dinâmica normal de síntese e degradação das proteínas no organismo (meia-vida das proteínas, alvos da via ubiquitina-proteossoma). • Quando há excesso de aminoácidos na dieta, pois os aminoácidos não são armazenados, e a massa muscular é ativada apenas por sinais específicos. • Nas situações de faltas de carboidratos ou em que as reservas de energia já foram consumidas, como no jejum ou diabetes mellitus não controlado, quando as proteínas teciduais serão utilizadas como combustível.
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Metabolismo de lipídios, aminoácidos e nucleotídeos
TRANSAMINAÇÃO E DESAMINAÇÃO 
O catabolismo da maioria dos L-aminoácidos ocorre principalmente no fígado. Este processo envolve a eliminação do grupo amina, também conhecido como desaminação, bem como a excreção do grupo amina para o ciclo da ureia e conversão do esqueleto de carbono em compostos intermediários que podem ser utilizados para diversas vias metabólicas e por isso chamados de intermediários anfibólicos. 
A desaminação acontece no fígado, o glutamato é transportado do citosol para a mitocôndria, onde sofre desaminação oxidativa (libera o seu grupo amino), catalisada pela enzima glutamato-desidrogenase, doando H+ para NAD+ ou NADP. O produto dessa reação reversível é o α-cetoglutarato, que pode ser utilizado no ciclo de Krebs e/ou no ciclo da ureia. 
Na transaminação reversível, o grupo amino do glutamato é transferido para o oxaloacetato para formar a-cetoglutarato e o aspartato por ação da enzima aspartato aminotransferases (AST). O aspartato será um segundo doador de nitrogênio no ciclo da ureia. 
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Metabolismo de lipídios, aminoácidos e nucleotídeos
EXCREÇÃO DE NITROGÊNIO E CICLO DA UREIA 
O ciclo da ureia é o processo pelo qual o nitrogênio é removido dos aminoácidos e excretado na forma de ureia. O ciclo converte a amônia, um subproduto tóxico do metabolismo das proteínas, em uréia, que é menos tóxica e pode ser excretada na urina. Esse processo é essencial para manter o equilíbrio de nitrogênio no corpo e prevenir o acúmulo de níveis nocivos de amônia. Peixes e anfíbios excretam amônia diretamente através de suas brânquias, e pássaros e répteis excretamresíduos nitrogenados como ácido úrico. 192 A maior parte dos animais terrestre secreta amônia na forma de ureia, os répteis e aves, na forma de ácido úrico, e os peixes excretam amônia livre, que é diluída na água do ambiente. As plantas quase nunca utilizam aminoácidos para obter energia, e geralmente reciclam todos os grupos aminos, não fazendo a excreção nitrogenada. 
O ciclo da ureia acontece no fígado e envolve cinco etapas que ocorrem nas mitocôndrias e no citosol. 1. A amônia, proveniente de várias fontes, forma, na mitocôndria, o carbamoil-fosfato, pela enzima carbamoil-fosfato-sintase I. Essa reação utiliza o nitrogênio da amônia, o carbono do bicarbonato e consome 2ATP. Essa enzima sofre regulação. 2. O carbamoil-fosfato entra no ciclo da ureia e condensa-se a uma molécula de ornitina, formando a citrulina. 3. A citrulina é transportada para o citosol, onde seu grupo carbonila é condensado com um segundo grupo amino do aspartato, formando a arginina-succinato, com consumo de 1ATP; 4. Uma enzima liase quebra a arginina-succinato, liberando uma molécula de fumarato e um aminoácido, a arginina. Essa é a única reação reversível do ciclo. 5. O fumarato é convertido em uma ação reversível a malato e entra na mitocôndria para unir-se aos intermediários do ciclo de Krebs. A arginina é hidrolisada produzindo a ureia e regenerando a ornitina. A ornitina retorna à mitocôndria, de volta ao ciclo da ureia. 
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Metabolismo de lipídios, aminoácidos e nucleotídeos
BIOSSÍNTESE DE AMINOÁCIDOS
A biossíntese de aminoácidos é o processo de produção de aminoácidos necessários para a formação de proteínas a partir de intermediários obtidos da glicólise, do ciclo de Krebs ou da via das pentoses fosfato
Os aminoácidos são classificados em três grupos: aminoácidos não essenciais; aminoácidos essenciais; e, aminoácidos condicionais. Os aminoácidos não essenciais são sintetizados pelo corpo. Os aminoácidos não essenciais incluem: alanina, arginina, asparagina, ácido aspártico, cisteína, ácido glutâmico, glutamina, glicina, prolina, serina e tirosina. Os aminoácidos essenciais não podem ser sintetizados pelo corpo. Como resultado, eles devem ser obtidos dos alimentos. Os 9 aminoácidos essenciais são: histidina, isoleucina, leucina, lisina, metionina, fenilalanina, treonina, triptofano e valina. Os aminoácidos condicionais geralmente não são essenciais, exceto em condições de doença e estresse. Os aminoácidos condicionais incluem: arginina, cisteína, glutamina, tirosina, glicina, ornitina, prolina e serina.
A biossíntese de aminoácidos essenciais é um processo muito mais complexo que envolve várias etapas e vias. Aminoácidos aromáticos, como fenilalanina, tirosina e triptofano, são produzidos por meio de vias que envolvem intermediários importantes, como corismato e fosforibosil-pirofosfato
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Metabolismo de lipídios, aminoácidos e nucleotídeos
METABOLISMO DE NUCLEOTÍDEOS 
Os nucleotídeos purina e pirimidina são os constituintes dos ácidos nucléicos, servindo como substratos para a biossíntese de DNA e RNA. São também utilizados como moeda de energia na forma de ATP e GTP, e atuam como derivados de coenzimas como NAD, NADP e FAD. Além disso, derivados cíclicos de nucleotídeos de purina, como cAMP e cGMP, desempenham um papel na regulação do metabolismo. Sem os nucleotídeos, processos importantes como a biossíntese de proteínas, a replicação do material genético e a divisão celular não seriam possíveis. Os nucleotídeos são sintetizados por duas vias principais: as vias de novo e as vias de salvação. A síntese de novo de nucleotídeos de purina e pirimidina inicia partir de precursores simples: aminoácidos, ribose-5-fosfato, CO2 e NH3 em um processo comum a quase todos os organismos. As vias de salvação, por outro lado, permitem que os organismos reciclem compostos de purina e pirimidina obtidos através da dieta ou liberados a partir da degradação de ácidos nucleicos
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Metabolismo de lipídios, aminoácidos e nucleotídeos
BIOSSINTESE DE NUCLEOTIDEOS
As vias de novo para a síntese de pirimidina e purina compartilham vários precursores importantes, sendo o principal o fosforribosil-pirofosfato (PRPP). Outro precursor importante é o aminoácido glicina para purinas e aspartato para pirimidinas. A glutamina é a principal fonte de grupos amina em cinco etapas diferentes das vias de novo. O aspartato também é utilizado como fonte de um grupo amino em duas das etapas das vias das purinas.
A renovação do ácido nucleico (síntese e degradação) é um processo metabólico contínuo na maioria das células, e esse processo pode levar à liberação de purinas livres na forma de adenina, guanina e hipoxantina. Essas podem ser usadas em vias de salvação, na reconstrução de nucleotídeos, reduzindo assim a necessidade de síntese de novo e conservando energia. A enzima fosforribosil-transferase ressintetiza os nucleotídeos AMP e GMP das bases adenina e guanina, respectivamente. Essa via é semelhante para a bases pirimídicas. 
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Metabolismo de lipídios, aminoácidos e nucleotídeos
CATABOLISMO DE PURINAS E DE PIRIMIDINAS
As purinas provenientes da dieta e da renovação dos nucleotídeos púricos dos ácidos nucleicos são degradas e convertidas em ácido úrico, que é então excretado na urina. As principais enzimas envolvidas no catabolismo das purinas são a xantina oxidase e a xantina desidrogenase, que convertem a xantina, subproduto da adenosina e guanosina, em ácido úrico. 
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Metabolismo de carboidratos e bioenergética
Todos os seres vivos estão continuamente usando energia. Nos seres humanos, a energia é necessária para se mover, mas também para respirar, para pensar e até durante o sono. Nas células, a energia é necessária em muitas funções, como na síntese e quebra de moléculas, no transporte de moléculas para dentro e para fora das células e manutenção da célula. A respiração celular é o processo pelo qual as células geram energia na forma de ATP, quebrando moléculas orgânicas – glicose, ácidos graxos e alguns aminoácidos – na presença de O2 e com produção de CO2 . Quando o oxigênio é utilizado na respiração celular, esse processo é chamado de respiração celular aeróbia e acontece em três estágios principais
A glicose que não foi utilizada no processo da respiração celular é armazenada na forma de glicogênio. Por outro lado, quando os estoques de glicogênio se esgotam, a glicose pode ser sintetizada pelo próprio corpo para manter os níveis de glicose no sangue e prover energia para o funcionamento das células. 
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Metabolismo de carboidratos e bioenergética
GLICÓLISE 
A glicose é o principal combustível da maioria das nossas células. As vias alimentadoras para o fornecimento da glicose são os estoquesde glicogênio, e, a partir da dieta, provém principalmente de dissacarídeos, como sacarose e lactose, ou polissacarídeos, como o amido, que são hidrolisados por enzimas digestivas e a glicose distribuída para o todo o corpo pela corrente sanguínea. 
A primeira fase da glicólise é chamada de preparatória ou de investimento, pois utiliza duas moléculas de ATP, e a segunda fase é chamada de pagamento pois produz um saldo positivo de ATP. 
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Metabolismo de carboidratos e bioenergética
FASE PREPARATÓRIA
Primeiro, a fase preparatória, de investimento, a energia do ATP é consumida. São 5 etapas: 
1. A fosforilação da glicose faz com que ela permaneça na célula para ser metabolizada. 
2. Isomerização da glicose-6-fosfato, uma aldose em uma cetose, a frutose-6- fosfato. Reação reversível catalisada pela fosfo-hexose-isomerase (ou fosfoglicoseisomerase). 
3. Fosforilação da frutose-6-fosfato a frutose-1,6-bisfosfato, com a transferência de um grupo fosforil do ATP. 
4. Clivagem da ligação C-C da frutose-1,6-bisfosfato em 2 isômeros trioses-fosfatos interconversíveis. A enzima aldolase catalisa a condensação aldólica inversa resultando na formação de uma cetose – di-hidroxi-acetona-fosfato e uma aldose – gliceraldeído-3-fosfato; e 
5. Interconvenção, realizada pela enzima triose-fosfato isomerase, pois apenas aldoses seguiram na segunda etapa da via glicolítica. 
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Metabolismo de carboidratos e bioenergética
FASE DE PAGAMENTO
Depois, a segunda fase é a pagamento ou lucro. As reações acontecem em dobro, a partir das duas trioses formadas na fase anterior, com formação de ATP e transferência de elétrons para o NAD+ produzindo o NADH. 6. A oxidação e fosforilação do gliceraldeído-3-fosfato formando o 1,3-bifosfoglicerato com produção de NADH. Essa é uma reação reversível da enzima gliceraldeído-3- fosfato desidrogenase da classe das oxidorredutase. 7. O 1,3-bifosfoglicerato tem uma ligação fosfórica rica em energia (acil-fosfato). A enzima fosfoglicerato-cinase transfere o grupo fosforil para o ADP, formando ATP e 3-fosfoglicerato. 8. Transferência do fosforil do C3 para o C2 formando 2-fosfoglicerato, pela ação da enzima fosfoglicerato-mutase em uma reação reversível. 9. A enzima enolase remove H2 0 para formar uma dupla ligação entre carbonos, formando o fosfoenolpiruvato ou PEP, em uma reação reversível. 10. A última etapa da glicólise. A piruvato-cinase transfere o fosforil da PEP para o ADP, formando ATP e piruvato. Essa é uma reação irreversível e a enzima sofre regulação. 
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Metabolismo de carboidratos e bioenergética
FERMENTAÇÃO
A fermentação é o termo geral para a degradação anaeróbica da glicose ou outros nutrientes orgânicos para obtenção de energia. O NAD+ necessário para a glicólise é escasso e precisa ser continuamente regenerado. Em condições aeróbias, as duas moléculas NADH serão reoxidadas a NAD+ pela transferência de seus elétrons para a cadeia de transporte de elétrons na mitocôndria durante a etapa da fosforilação oxidativa. E em condições anaeróbicas, serão regenerados durante o processo de fermentação. A fermentação láctica é catalisada de forma reversível pela enzima lactatodesidrogenase. O piruvato recebe elétrons do NADH e é transformado em L-lactato, e o NADH é regenerado. Ocorre no músculo esquelético muito ativo, nos eritrócitos, nos tecidos vegetais submersos, nos tumores sólidos ou nas bactérias lácticas. 
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Metabolismo de carboidratos e bioenergética
GLICONEOGÊNESE
A gliconeogênese é a síntese de glicose, um processo com alto custo energético, porém essencial para manter as concentrações de glicose no sangue, quando necessário. Essa via compartilha 7 etapas na direção oposta da glicólise, contornando as 3 reações irreversíveis 
Em animais as duas vias ocorrem principalmente no citosol. 
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Metabolismo de carboidratos e bioenergética
VIA DAS PENTOSES FOSFATO 
As hemácias maduras não possuem as organelas intracelulares encontradas nas outras células eucarióticas como o núcleo (são enucleadas), lisossomo, aparelho de Golgi e mitocôndrias, e por isso são incapazes de reproduzir, de sintetizar proteínas e não realizam β-oxidação, ciclo de Krebs e a fosforilação oxidativa. Consequentemente, são completamente dependentes da glicólise para gerar ATP. O ATP é utilizado principalmente no funcionamento da bomba Na+K+, para manter e reparar a membrana 216 e, em menor quantidade, para que os átomos de ferro da hemoglobina se mantenham na forma reduzida. 
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Metabolismo de carboidratos e bioenergética
METABOLISMO DO GLICOGÊNIO
No organismo, o excesso de glicose é convertido em formas poliméricas de armazenamento; o glicogênio, em vertebrados; e o amido, nas plantas. Em vertebrados, o glicogênio é encontrado principalmente no fígado, para manter a glicemia no sangue nas primeiras horas de jejum, e no músculo esquelético, onde fornece fonte local de energia rápida. Nesses tecidos, o glicogênio é armazenado no citosol na forma de grânulos, onde estão presentes também as enzimas responsáveis pela sua metabolização. A degradação ou quebra dos polímeros para obtenção de glicose é chamada de glicogenólise. A síntese de glicogênio é chamada de glicogênese, processo pelo qual o glicogênio é sintetizado, adicionando unidades monoméricas de glicose ligadas entre si por ligações α1-4, formando polímeros de cadeias lineares e também ramificadas por ligações α1-6y
A degradação do glicogênio é a via da glicogenólise, liberando uma unidade de glicose por vez, porém de várias pontas não redutoras do glicogênio. Na primeira etapa, a enzima glicogênio-fosforilase remove as moléculas de glicose-1-fosfato da extremidade não redutora do glicogênio. A reação é uma fosforólise (sem hidrólise de ATP). Um fosfato inorgânico ativado ataca a ligação glicosídica α1-4, removendo um resíduo de glicose-1-fosfato, formando um glicogênio menor (n-1). 
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Metabolismo de carboidratos e bioenergética
CICLO DO ÁCIDO CÍTRICO 
O ciclo de Krebs, também conhecido como ciclo do ácido cítrico ou ciclo dos ácidos tricarboxílicos (TCA), é uma série de reações químicas que ocorrem na matriz mitocondrial das células eucarióticas. A principal função do ciclo de Krebs é gerar energia na forma de ATP por meio da oxidação do acetil-CoA, derivado da quebra de carboidratos, gorduras e proteínas. As mitocôndrias são formadas por duas membranas, a externa, que é mais lisa e mais permeável, e a membrana interna, com invaginações (cristas), essa é impermeável à maioria das moléculas e íons que precisam de transportadores específicos para atravessar a membrana. O piruvato proveniente da glicólise é transportado do citosol paraa mitocôndria por transportador específico, pois a membrana interna da mitocôndria é impermeável ao piruvato. O piruvato na mitocôndria é convertido em acetil-CoA através das reações catalisadas por um complexo de enzimas chamado de complexo piruvato desidrogenase (PDH). Esse complexo sofre regulação.
Cada uma dessas enzimas e cofatores desempenha um papel específico na reação geral catalisada pelo complexo. Os diferentes cofatores são necessários para o bom funcionamento do complexo e muitas vezes são obtidos através da dieta. A deficiência de qualquer uma dessas vitaminas pode levar a uma disfunção no complexo piruvato desidrogenase e pode resultar em problemas de saúde. O acetil-CoA produzido da glicólise ou derivado de outros compostos, entra no ciclo de Krebs, onde se combina ao oxaloacetato de 4 carbonos para formar um composto de 6 carbonos chamado citrato. O citrato é então decomposto em uma série de reações que liberam CO2 , H+ e energia na forma de ATP e NADH. O ciclo termina com a regeneração do oxaloacetato que então pode reagir com outra molécula de acetilCoA. Esse processo pode ser divido em 8 etapas
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Metabolismo de carboidratos e bioenergética
REGULAÇÃO
As vias metabólicas do metabolismo de carboidratos são reguladas para funcionar junto de forma econômica. As reações irreversíveis são geralmente os alvos de regulação hormonal e alostérica. Na modulação alostérica, a interação com o modulador ocorre em sítio diferente de onde ocorre a catálise. Os hormônios agem pelo seu receptor e via de segundos mensageiros para atingir enzimas envolvidas nas vias energéticas. 
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Metabolismo de carboidratos e bioenergética
REGULAÇÃO DA GLICÓLISE
REGULAÇÃO DA GLICONEOGÊNESE
REGULAÇÃO DO GLICOGÊNIO
REGULAÇÃO DO CICLO DE KREBS 
A via da glicólise e gliconeogênese são altamente reguladas. A insulina secretada após a alimentação ou em situações de hiperglicemia, estimula as enzimas reguladoras da glicólise. O glucagon secretado no jejum ou em situações de hipoglicemia afeta principalmente as células do fígado, agindo como inibidor das enzimas reguladoras da glicólise e ativando a gliconeogênese
Na regulação da gliconeogênese, a piruvato-carboxilase é ativada por acetilCoA, quando acumulado (este também inibe a piruvato desidrogenase do ciclo de Krebs, deixando o piruvato para a gliconeogênese).
O glicogênio é a reserva de energia mais rapidamente disponível e sofre regulação, evitando gasto inútil de energia. 
O ciclo de Krebs recebe regulação de efetores alostéricos e modificações covalentes garantindo um estado de equilíbrio para a célula. As enzimas alvos de regulação são as que catalisam as reações irreversíveis fortemente exergônicas, como as do complexo da piruvato desidrogenase, a enzima citrato-sintase, a enzima isocitrato desidrogenase e o complexo a-cetoglutarato-desidrogenase
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Metabolismo de carboidratos e bioenergética
TRANSPORTE DE ELÉTRONS, CADEIA RESPIRATÓRIA E FOSFORILAÇÃO OXIDATIVA
A cadeia respiratória e fosforilação oxidativa na mitocôndria é a culminação do metabolismo em organismos aeróbicos, para regenerar as coenzimas NADH e FADH2, gerando energia na forma de ATP. 
As mitocôndrias são organelas com duas membranas, interna e externa, encontradas nas células da maioria dos organismos eucarióticos, incluindo plantas e animais. A membrana interna mitocondrial é impermeável a NADH. Os elétrons carregados pelo NADH que são originados no citoplasma (tais como na glicólise) são indiretamente utilizados na fosforilação oxidativa por um sistema de lançadeiras via malato-aspartato e pela desidrogenase do glicerol-3-fosfato. 
Os complexos respiratórios se associam firmemente uns com os outros na membrana interna para formar respirassomos. O complexo I, é a primeira enzima e o maior complexo da cadeia chamado de NADH:ubiquinona-oxidoredutase ou NADH-desidrogenase. Esse complexo catalisa 2 processos simultâneos: 233 • Transferência exergônica de elétrons, em que oxida o NADH mitocondrial e transfere elétrons através de complexos Fe-S e FMN para Q, que assume a forma reduzida, QH2; e • Transferência endergônica de 4 prótons (H+) para o espaço intermembrana, que dá início à primeira etapa na formação do gradiente de prótons. 
O Complexo II é a enzima succinato desidrogenase, que também participa no ciclo de Krebs: • Catalisa a oxidação de succinato a fumarato e redução de FAD a FADH2. Os elétrons são doados a Q. • Não contribui para o gradiente de prótons. 
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image1.jpgHans Adolf Krebs (1900- 1981)
Fred Sanger (1918-2013)
A estrutura tridimensional dos carboidratos foi proposta por Sir Robert Alexander Haworth (1883-1950), e hoje essa estrutura leva seu nome. A Coenzima A e sua relação com o metabolismo intermediário foi descoberta por Fritz Lipmann (1899-1986) e ele dividiu o Prêmio Nobel de Fisiologia ou Medicina em 1953 com Hans Adolf Krebs (1900- 1981) que descobriu os ciclos da uréia e do ácido cítrico (ciclo de Krebs). Fred Sanger (1918-2013) merece reconhecimento como uma figura marcante na história da bioquímica. Ele desenvolveu uma técnica para sequenciar ácidos nucléicos
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Composição química da matéria orgânica
A tabela periódica é um gráfico de todos os elementos químicos conhecidos, organizados em ordem crescente de número atômico. . Embora existam muitos elementos listados na tabela periódica, apenas alguns deles desempenham um papel significativo na vida na Terra e menos de 30 são essenciais para os organismos. Dentre esses, os quatro elementos mais abundantes nos organismos vivos são hidrogênio, oxigênio, nitrogênio e carbono. 
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Fundamentos de química
Carbono
Hidrogênio.
Oxigênio.
Enxofre.
Nitrogênio.
A química dos organismos vivos gira em torno do carbono, que é o esqueleto de todas as moléculas biológicas e desempenha um papel central na química dos organismos vivos. O carbono é um elemento versátil que pode participar de várias formas de ligação covalente com ele mesmo e com outros elementos, como hidrogênio (H), oxigênio (O), enxofre (S) e nitrogênio (N). Especificamente, o carbono pode formar 6 ligações covalentes simples, duplas e triplas com esses átomos. As ligações simples são as mais comuns, mas as ligações duplas também são frequentemente encontradas em biomoléculas, como ácidos graxos e ácidos nucléicos. Em contraste, ligações triplas são relativamente raras em biomoléculas. 
Essas diversas capacidades de ligação permitem a criação de estruturas tridimensionais complexas presente nos processos biológicos necessários para a vida. Essas estruturas estão presentes em uma variedade de grupos funcionais constituintes das biomoléculas. Os grupos funcionais são responsáveis pelas reações e interações químicas específicas que ocorrem dentro das células vivas
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Fundamentos de química
Estrutura tridimensional das moléculas
A estrutura tridimensional de uma molécula é caracterizada por sua configuração e conformação. A configuração refere-se ao arranjo dos átomos em relação a uma ligação, enquanto a conformação se refere à forma geral e ao arranjo espacial da molécula. Mudanças na configuração de uma molécula só podem ocorrer através da quebra de ligações covalentes, enquanto a conformação molecular pode ser alterada girando em torno de ligações simples sem quebrar nenhuma ligação covalente.
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Fundamentos de química
Tipos de moléculas
estrutural em perspectiva
modelo de esfera e bastão 
volume atômico
Os modelos de representação de moléculas são representações visuais da estrutura tridimensional de uma molécula. Existem três tipos principais: fórmula estrutural em perspectiva, modelo de esfera e bastão e volume atômico.
A fórmula da perspectiva estrutural mostra a molécula como uma combinação de linhas e símbolos, exibindo a ligação entre os átomos em uma visão em perspectiva. Ajuda na compreensão da estrutura molecular e suas conexões com outras moléculas. 
O modelo de esfera e bastão exibe os ângulos das ligações e os comprimentos das ligações como esferas (representando átomos) conectadas por cilindros (representando ligações). Este modelo fornece informações sobre as relações espaciais entre os átomos e o tamanho e a forma das moléculas. 
O modelo de volume atômico representa o raio de van der Waals de cada átomo como seu raio, e os contornos do modelo definem o espaço ocupado pela molécula.
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Fundamentos de química
 Estereoquímica.
Isomeria espacial.
Estereoisômeros.
A estereoquímica refere-se ao estudo do arranjo dos átomos no espaço tridimensional, incluindo as posições relativas dos átomos e sua orientação. Compostos contendo carbono podem existir como estereoisômeros, que são moléculas que possuem as mesmas ligações na mesma formula molecular, mas diferem quanto a sua estrutura espacial e por isso é chamada de isomeria espacial. Essa diferença na configuração pode ter um impacto significativo nas propriedades da molécula, pois, diferentes estereoisômeros, podem ter diferentes propriedades.
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Fundamentos de química
Estereoisômeros
As moléculas quirais são aquelas que, quando colocamos sua imagem de frente uma para a outra, não irá sobrepor-se. Nos organismos vivos, as moléculas quirais geralmente estão presentes em uma forma quiral específica. Por exemplo, os aminoácidos, que são os monômeros constituintes das proteínas, ocorrem apenas na forma de isômero L. Da mesma forma, a glicose, um açúcar, ocorre apenas como isômero D. 
Na natureza, as interações entre as moléculas são estereoespecíficas, pois as moléculas têm uma configuração específica para interação. Por exemplo, algumas enzimas podem reconhecer e interagir apenas com estereoisômeros específicos de um substrato, e as drogas podem se ligar apenas a estereoisômeros específicos de receptores. Logo, compreender a estereoquímica das moléculas é, portanto,fundamental para entender seu comportamento, incluindo suas interações com outras moléculas e seu papel nos organismos vivos.
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Arquitetura celular
Célula animal.
Célula é a menor unidade de vida e possui as estruturas necessárias para manter a vida. As células são em sua maioria microscópicas, ou seja, não visíveis sem um microscópio. 
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Arquitetura celular
Membrana plasmática.
Todas as células possuem uma membrana plasmática que envolve e define a célula e separa o ambiente interno (intracelular) do externo (extracelular). A membrana plasmática é uma barreira hidrofóbica que permite a passagem de alguns íons inorgânicos e compostos polares. A membrana é flexível e capaz de sofrer divisão celular sem perder sua integridade. 
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Arquitetura celular
DNA.
A estrutura do DNA permite sua replicação e seu reparo com fidelidade. A estrutura de dupla hélice do DNA permite replicação e reparo, enquanto sequências lineares de DNA codificam proteínas com estruturas tridimensionais únicas. Quaisquer erros na replicação ou reparo do DNA podem resultar em mutações, algumas das quais podem ser prejudiciais ou letais, destacando a importância de mecanismos que garantam a precisão da replicação e reparo do DNA.
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Arquitetura celular
As células eucarióticas (células com “núcleo verdadeiro” do grego eu, “verdade”, e karyon, “núcleo”) têm um núcleo que abriga o DNA da célula. O núcleo é envolto por uma membrana dupla, que protege o material genético em seu interior. Em contraste, as células procarióticas (do grego pro, “antes”) não possuem membrana nuclear e, em vez disso, têm seu material genético localizado no nucleoide do citoplasma, como as bactérias e archae
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Arquitetura celular
Procariotos:
Archaea.
Bactérias.
Os procariotos ou procariontes são organismos simples que não possuem núcleo e outras organelas ligadas à membrana. Existem dois tipos principais de células procarióticas: archaea e bactérias
As bactérias são o tipo mais conhecido de procariontes e podem ser encontradas em uma ampla variedade de ambientes, incluindo solo, água e no corpo humano, desempenhando um papel importante em muitos processos ecológicos e estão envolvidos nas infecções e doenças humanas
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Arquitetura celular
As principais estruturas das células procarióticas são os ribossomos, uma membrana celular externa e interna que constituem o envelope celular, um nucleóide no citoplasma que contém a molécula de DNA, pontos de adesão ou pili e flagelos que participam no movimento bacteriano.
Os ribossomos são o maquinário de síntese de proteínas da célula, e o envelope celular atua como uma barreira protetora e ajuda a manter a forma da célula. O nucleóide abriga o DNA da célula, que é organizado em longas estruturas circulares conhecidas como plasmídeos. 
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Arquitetura celular
Eucariotos:
Fungos.
Algas.
Animais.
Seres humanos.
Plantas.
Os eucariotos ou eucariontes são um tipo de organismo que possui células eucarióticas. Essas células são caracterizadas pela presença de um núcleo envolto em uma membrana, e uma variedade de outras organelas. Os eucariotos incluem uma ampla gama de organismos, desde protozoários unicelulares até organismos multicelulares complexos, como animais e plantas. Alguns exemplos comuns de eucariotos incluem fungos, algas, animais e os humanos
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Arquitetura celular
As células eucarióticas animais são estruturas complexas que contêm várias organelas importantes, cada uma das quais desempenha um papel específico na função celular. A mitocôndria é o principal local da respiração celular, onde a energia é produzida por meio da oxidação da glicose e de outros nutrientes. Essa energia é armazenada na forma de ATP, que é utilizado pela célula para realizar diversas funções. O retículo endoplasmático (RE) e o aparelho de Golgi são importantes para a síntese e processamento de proteínas e lipídios. O RE atua como um local para dobramento e modificação de proteínas, enquanto o aparelho de Golgi é responsável por classificar e modificar as proteínas antes que sejam secretadas da célula ou enviadas ao seu destino final.
Os peroxissomos são organelas especializadas que desempenham um papel fundamental no metabolismo lipídico. Eles contêm enzimas que oxidam ácidos graxos de cadeia muito longa, que são usados como fonte de energia pela célula. Os lisossomos são semelhantes aos peroxissomos, mas contêm enzimas digestivas que degradam resíduos celulares e outros compostos, pelo mecanismo chamado de autofagia. 
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A água
ESTRUTURA DA MOLÉCULA DE ÁGUA.
A molécula de água (H2 O) consiste em dois átomos de hidrogênio e um átomo de oxigênio ligados por ligações covalentes. A fórmula estrutural da água é H-O-H, sendo que os elétrons nas ligações covalentes entre os átomos de oxigênio e hidrogênio não são distribuídos igualmente (chamadas dipolos) e os elétrons ficam mais próximo do oxigênio. Essa distribuição desigual da densidade de elétrons faz da água uma molécula polar. Isso resulta em uma atração entre o oxigênio parcialmente negativo de uma molécula e o hidrogênio parcialmente positivo de outra, que forma as ligações de hidrogênio ou pontes de hidrogênio
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A água
PROPRIEDADES DA ÁGUA.
A água é um solvente polar porque suas moléculas têm um leve desequilíbrio de carga elétrica, o que significa que uma extremidade da molécula, a extremidade do oxigênio, tem uma leve carga negativa (é mais eletronegativo) e a outra extremidade, do hidrogênio, tem uma leve carga positiva. Essa distribuição de carga polar permite que a molécula de água interaja com outras moléculas polares ou carregadas, como íons ou compostos polares. Essa propriedade permite que a água dissolva uma ampla gama de moléculas conhecidas como compostos hidrofílicos, derivada da palavra grega fílico, que significa amar, e hidro que significa água. Além disso, quando os íons são dissolvidos em água, eles são cercados por uma camada de hidratação de moléculas de água. Essa camada de hidratação (ou solvatação) se forma devido à natureza polar das moléculas de água, que são atraídas pelos íons e ajudam a estabilizar ainda mais os íons em solução, afetando as propriedades dasolução, como sua viscosidade e condutividade.
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A água
INTERAÇÕES FRACAS EM SISTEMAS AQUOSOS
Ligações de hidrogênio.
As ligações de hidrogênio, assim como as interações de van der Waals, interações eletrostáticas (ligação iônica) e interações hidrofóbicas, são consideradas ligações fracas em comparação com as ligações covalentes, porém elas desempenham um papel crucial na determinação da forma e estrutura de macromoléculas, como proteínas e ácidos nucléicos 
A conformação mais estável para essas moléculas é alcançada quando um grande número de todas essas interações fracas dentro da molécula e entre a molécula e seu solvente circundante é maximizado. Além disso, as regiões hidrofóbicas da molécula tendem a se agregar através de interações hidrofóbicas para evitar o contato com o solvente aquoso.
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A água
OSMOMETRIA
A osmose é o processo pelo qual a água se move através de uma membrana semipermeável de uma região de maior concentração de água para uma região de menor concentração de água. Esse movimento (difusão) é impulsionado pela diferença na pressão osmótica entre as duas regiões. A osmolaridade, ou a concentração de partículas dissolvidas, é uma medida da pressão osmótica e é usada para descrever a concentração relativa de uma solução 
• Em uma solução isotônica, a pressão osmótica é a mesma em ambos os lados da membrana, portanto não há movimento líquido de água. A osmolaridade do solvente é igual ao citosol.
 • Em uma solução hipertônica, a pressão osmótica é maior fora da célula, fazendo com que a água se mova para fora da célula e encolha. A osmolaridade do solvente é maior que o citosol. 
• Em uma solução hipotônica, a pressão osmótica é maior dentro da célula, fazendo com que a água se mova para dentro da célula, podendo causar seu inchaço ou até mesmo ruptura devido à osmólise. A osmolaridade do solvente é menor que o citosol.
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A água
pH E SISTEMAS TAMPÃO BIOLÓGICOS
O pH corresponde ao potencial hidrogeniônico de uma solução. Ele é determinado pela concentração de íons de hidrogênio (H+) e serve para medir o grau de acidez, neutralidade ou alcalinidade de determinada solução. O pH é determinado pelo logaritmo negativo da concentração do íon hidrogênio, representado por pH = –log[H+], e é expresso em molaridade (M). Molaridade é o número de moles de soluto por litro de solução. A escala de pH varia de 0 a 14, sendo 7 neutros, sendo que pH + pOH = 14.
Um tampão funciona mantendo o pH de uma solução em um nível relativamente constante. Quando um ácido ou base é adicionado a uma solução tampão, o ácido ou base irá reagir com o tampão, fazendo com que o ácido ou base seja neutralizado. Isso ocorre porque o tampão é composto por um ácido fraco e sua base conjugada correspondente. Quando o ácido é adicionado à solução, ele reage com a base conjugada, e quando a base é adicionada à solução, ele reage com o ácido fraco. Essa reação ajuda a manter o pH da solução em um nível relativamente constante.
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Apresentação da Unidade 2
Unidade 2
As macromoléculas e suas funções. 
Tema de Aprendizagem 1 
Estrutura e função das proteínas.
As proteínas são as macromoléculas mais abundantes da célula e fundamentais para a estrutura e função celular. Constituem-se como polímeros compostos por aminoácidos, sendo sintetizadas a partir dos moldes de mRNA pelos ribossomos.
As propriedades dos aminoácidos, como eles se unem como blocos para formar as proteínas com estruturas tridimensionais singulares e capazes de desempenhar funções biológicas específicas. O proteoma é o conjunto das proteínas em funcionamento na célula, e o estudo da proteômica é a caracterização dessas proteínas. 
Algumas proteínas têm atividade catalítica e funcionam como enzimas capazes de quebrar ligações moleculares, reorganizar ligações ou formar novas ligações. Essas enzimas podem conter um componente não proteico chamado cofator, podendo ser uma coenzima ou vitamina que é necessário para o funcionamento adequado da enzima.
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Estrutura e função das proteínas
AMINOÁCIDOS, PEPTÍDEOS E PROTEÍNAS
As proteínas, tanto as de bactérias, como as achadas nos seres humanos, são constituídas principalmente pelos mesmos grupos de 20 tipos de aminoácidos. Porém, as diferentes combinações e arranjos de aminoácidos dão origem à vasta diversidade de proteínas encontradas em organismos vivos. 
A maioria dos aminoácidos são α-aminoácidos, contendo um grupo carboxila (-COOH), um grupo amino (-NH3 +), um carbono α, um hidrogênio (H) e uma cadeia lateral ou grupo R que difere para cada aminoácido. O carbono α é quase sempre quiral, exceto na glicina. Sendo assim, apresenta dois estereoisômeros possíveis L e D, sendo enantiômeros (imagens não sobrepostas).
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Estrutura e função das proteínas
CLASSIFICAÇÃO DOS AMINOÁCIDOS 
As cadeias laterais (o grupo R) dos aminoácidos possuem diferentes propriedades químicas, como carga, tamanho e polaridade, que influenciam a maneira como os aminoácidos interagem entre si e com seu ambiente. Essas propriedades podem afetar a conformação geral da proteína, bem como sua função e interações com outras moléculas. Em geral, as cadeias laterais desempenham um papel crucial na determinação da estrutura e função das proteínas.
1. Grupo R alifáticos (não contém anéis): são apolares e hidrofóbicos, tendem a se aglomerar no interior da molécula, onde participam em interações hidrofóbicas. São 7: alanina, glicina, leucina, isoleucina, metionina, prolina e valina; 
2. Grupo R aromáticos: são relativamente hidrofóbicos. Absorvem luz ultravioleta 280nm, dando esta característica para identificação de proteínas. São 3: fenilalanina, tirosina e triptofano. 
3. Grupo R polares, não carregados: são mais solúveis em água. São 5: asparagina, cisteína, glutamina, treonina e serina. 
4. Grupo R carregado positivamente (básicos): hidrofílicos. São 3: arginina, histidina e lisina. 
5. Grupo R carregado negativamente (ácidos): hidrofílicos. São 2: aspartato e glutamato
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Estrutura e função das proteínas
LIGAÇÃO PEPTÍDICA 
Os aminoácidos formam polímeros, unidos por ligação covalente, a ligação peptídica (C-N) para formar os peptídeos e proteínas. Trata-se de uma reação de condensação entre o carbono da carboxila e o nitrogênio da amina, liberando uma molécula de água (H2 O)
 Esse processo não acontece por uma reação direta entre os aminoácidos, mas pela maquinaria de síntese de proteínas que inclui os ribossomos, os locais de síntese de proteínas na célula. A sequência de ácidos nucléicos no DNA ou RNA fornece as instruções, os ribossomos e outras proteínas e enzimas ajudam a ler esse código genético para ligar os aminoácidos na ordem correta formando as proteínas. Este é um processo altamente coordenado e complexo que é essencial para a função dosorganismos vivos.
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Estrutura e função das proteínas
ESTRUTURA DAS PROTEÍNAS 
Cada proteína apresenta uma composição de aminoácidos bem característica e que forma estruturas tridimensionais. As estruturas das proteínas são comumente definidas em 4 níveis: 1. primária, 2. secundária, 3. terciária e 4. quaternária
A estrutura primária consiste na sequência de aminoácidos, começando pela extremidade N- terminal e terminando com a extremidade C- terminal. Essa sequência primária reflete a sequência do gene da qual a proteína foi codificada, ou seja, é a forma através da qual a informação genética é expressa. A estrutura primária é importante para a formação tridimensional das proteínas. 
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Estrutura e função das proteínas
CLASSIFICAÇÃO DAS PROTEÍNAS E FUNÇÃO
As proteínas podem ser classificadas de acordo com as funções que realizam 
As mudanças na estrutura da proteína podem alterar a sua atividade biológica. A desnaturação é um processo de perda da estrutura tridimensional que pode resultar em perda da função sem romper as ligações peptídicas. Pode ser um processo irreversível ou reversível, e nesse último a proteína retorna ao seu estado original. 
A desnaturação pode levar à precipitação de proteínas e formação de agregados proteicos. No laboratório é possível promover a precipitação de proteínas, pois essas são moléculas carregadas. Os íons positivos de metais pesados reagem com as cargas negativas das proteínas, principalmente se o pH estiver acima do pI da proteína (ponto neutro), formando precipitados. Por outro lado, quando a proteína está abaixo do seu pI, a carga líquida total da molécula é positiva, o que facilita a interação com ácidos fortes e precipitação da proteína.
A alteração da estrutura tridimensional e da função de proteínas pode causar doenças
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Estrutura e função das proteínas
ENZIMAS E CATÁLISE 
As enzimas são catalisadores biológicos, assim são capazes de acelerar as reações químicas na célula por um fator de 105 a 107 . As enzimas funcionam diminuindo a energia de ativação necessária para que uma reação ocorra, o que permite que a reação ocorra de forma mais rápida e eficiente. Essa função é essencial nos sistemas vivos, pois muitas reações na célula ocorreriam muito lentamente sem a ajuda de enzimas. Em alguns casos, a reação seria tão lenta que seria efetivamente impossível de acontecer.
A maioria das enzimas são proteínas, porém um pequeno grupo de RNA realiza atividade catalítica, como a ribozima, envolvida na síntese de proteínas, catalisando reações peptídicas. As enzimas são classificadas de acordo com o tipo de reação que catalisam
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Estrutura e função das proteínas
FUNÇÃO DOS CATALISADORES ENZIMÁTICOS 
Um catalisador pode ajudar a reação a atingir o equilíbrio mais rapidamente, mas não pode alterar a constante de equilíbrio ou o estado de equilíbrio da reação.
O complexo ES é o primeiro passo na catálise enzimática e alguns modelos de interação ES foram propostos que ajudam a entender o mecanismo das enzimas. • O modelo chave e fechadura exemplifica a especificidade pelo substrato. Trata-se, porém, de um modelo rígido, não explicando toda a complexidade da catálise e o estado de transição. • O modelo de ajuste induzido é o mais aceito e mostra como a ligação do substrato induz uma mudança de conformação na enzima, para uma conformação que possui propriedades catalíticas aumentadas. Essa interação entre a enzima e o substrato é acompanhada de liberação de energia livre, ou energia de ligação, proveniente das interações fracas que estabilizam a reação. 
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Estrutura e função das proteínas
CINÉTICA ENZIMÁTICA 
A cinética enzimática determina a velocidade das reações químicas catalisadas pelas enzimas e quais os fatores que afetam a velocidade das reações enzimáticas.
Os cientistas Leonor Michaelis e Maud Menten propuseram um modelo para estudar a ação enzimática em que a enzima e o substrato formam um complexo ES a uma certa constante de velocidade (k1) e reversível (k-1). E em seguida complexo ES é rompido em uma segunda etapa mais lenta (k2), fornecendo a enzima regenerada e o produto P. 
A velocidade da reação depende da concentração crescente de substrato, deslocando o equilíbrio para formação do complexo ES. Para mensurar a velocidade em um experimento de cinética enzimática, o valor da enzima é fixado, sou seja, a concentração total de enzima é a mesma. A concentração do substrato varia, sempre adicionando muito mais substrato que enzima. Utiliza-se apenas o tempo inicial em que a velocidade inicial (𝑉𝑜) está relacionada com a concentração do substrato. Ou seja, o início representa melhor a velocidade da reação e esta é a velocidade inicial. Conforme vai aumentando a concentração do substrato, a velocidade é alterada, o que mostra que a concentração do substrato interfere na velocidade da reação.
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Estrutura e função das proteínas
REGULAÇÃO DA ATIVIDADE ENZIMÁTICA 
O controle da catálise é crucial para a vida. Através de mecanismos reguladores, as células catalisam apenas as reações que necessitam em determinados momentos. A energia química é usada de forma econômica. As enzimas regulatórias presentes nos processos metabólicos influenciam na velocidade de toda a sequência de reações. As enzimas alostéricas possuem locais de ligação além do sítio ativo, esses outros locais são específicos para cada modulador ou efetor alostérico. 
A regulação de enzimas também pode acontecer por modificações covalentes reversíveis que podem alterar as propriedades locais da enzima, podendo ter a adição de um grupo fosfato (fosforilação), de um grupo metila (metilação), entre outros. Podem, ainda, ser moduladas por proteínas internas como a ubiquitina e a sumo. 85 Algumas enzimas são sintetizadas na forma de precursores inativos, chamados zimogênios, que serão transformados em enzima em outro local. 
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Estrutura e função das proteínas
COENZIMAS E VITAMINAS 
Algumas enzimas necessitam de um componente químico ou grupo prostético denominado cofator. São íons inorgânicos como Fe2+, Mg2+, Mn2+ e o Zn ou uma coenzima, que pode ser uma molécula orgânica ou metalogênica como as derivadas das vitaminas. A enzima completa, junto com seu grupo prostético é denominada holoenzima. A parte proteica de uma dessas enzimas é denominada apoenzima ou apoproteína. As vitaminas são micronutrientes vitais que não são sintetizados de forma endógena, sendo obtida principalmente por meio da dieta. Existem dois grupos principais de vitaminas, as lipossolúveis, essas são mais facilmente armazenadas em gordura após a absorção e as hidrossolúveis, estas não ficam armazenadas e requerem ingestão regular para evitar a deficiência. A maioria das coenzimas são vitaminas ou são derivadas de vitaminas. 
As coenzimas estão também envolvidas em uma variedade de processos metabólicos no corpo humano. A coenzima NAD (nicotinamida adenina dinucleotídeo) desempenha um papel fundamentalno processo de respiração celular para gerar energia para as células. Está envolvida em várias outras reações importantes no corpo, incluindo a degradação da glicose e a síntese de ácidos graxos. A coenzima FAD (flavina adenina dinucleotídeo) é outra coenzima que desempenha um papel fundamental no metabolismo. Está envolvida em várias reações importantes no corpo, incluindo a quebra de ácidos graxos e a produção de energia. Também está envolvido na síntese de certos aminoácidos e na desintoxicação de drogas e outras substâncias nocivas no corpo. Tanto o NAD quanto o FAD são essenciais para o bom funcionamento do corpo e são normalmente obtidos da dieta na forma de vitaminas. 
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Estrutura e Função de Carboidratos e Lipídios
CARBOIDRATOS:
MONOSSACARÍDEOS.
DISSACARÍDEOS E OLIGOSSACARÍDEOS.
POLISSACARÍDEOS.
Os carboidratos como o açúcar e o amido são a principal fonte para a produção de energia na maioria das células não fotossintéticas
Os monossacarídeos (chamados de “oses” açucares simples) são sólidos incolores, cristalinos, solúveis em água e com sabor adocicado. São constituídos por uma única unidade de aldeído (C=O, grupo carbonil na extremidade, com C ligado ao hidrogênio) ou cetona (grupo carbonil entre carbonos), e que apresentam pelo menos dois grupos hidroxilas. 
Os dissacarídeos são formados a partir da ligação covalente entre monossacarídeos, chamados de O-glicosídicas. Essa ligação é formada pela condensação entre o hemiacetal e o álcool liberando H2 O. 
A lactose é um dissacarídeo formada pela ligação da D-galactose e D-glicose. A lactose requer uma enzima específica para quebrar essa ligação. À medida que o ser humano envelhece, uma característica evolutiva dessa enzima é a perda da sua expressão em pessoas de certas regiões do mundo. 
Os oligossacarídeos são polímeros curtos, de monossacarídeos. São geralmente encontrados ligados a proteínas e a lipídios. 
Os polímeros de açúcares redutores, apresentam em uma extremidade o carbono anomérico livre que é a extremidade com função redutora. Por outro lado, os açucares não redutores como a sacarose, o carbono anomérico está envolvido na ligação glicosídica impossibilitando a molécula de reagir.
A maioria dos carboidratos encontrados na natureza ocorre como polissacarídeos (polímeros de muitos monossacarídeos) de alta massa molecular, chamados de glicanos. 
Os polissacarídeos possuem diversas funções, atuando no armazenamento, na fonte de intermediários de energia; na estrutura de ácidos nucleicos; na estrutura da parede celular; e na interação célula-célula. 
Classificação: 
Homopolissacarídeos, polímeros que contêm o único monossacarídeo. Por exemplo: amido, glicogênio, celulose. 
Heteropolissacarídeos, polímeros que contêm mais de um tipo de monossacarídeo. Exemplos: peptidoglicanos das bactérias, glicosaminoglicanos na matriz extracelular dos tecidos.
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Estrutura e Função de Carboidratos e Lipídios
GLICOCONJUGADOS
Os glicoconjugados são moléculas em que o carboidrato está ligado a uma proteína (os proteoglicanos ou glicoproteínas) ou a um lipídio (os glicolipídios). Possuem importantes funções no transporte de informações, bem como no reconhecimento e na interação entre células. A glicobiologia estuda a estrutura e função dos glicoconjugados
Os proteoglicanos são macromoléculas da superfície das células ou da matriz extracelular, contendo uma proteína (o cerne proteico) ligada por ligação tetrassacarídica a várias cadeias de açúcar – os glicosaminoglicanos sulfatados (como o heparansulfato, sulfato de condroitina, dermatan sulfato ou queratan sulfato). O grupo negativo do açúcar faz com que esse complexo tenha, em volta de si, grandes quantidades de água, proporcionando a viscosidade e lubrificação das articulações. 
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Estrutura e Função de Carboidratos e Lipídios
LIPÍDIOS
Os lipídios são compostos químicos com a propriedade comum de solubilidade em solventes orgânicos (como clorofórmio e o metano) e são insolúveis em água. A palavra lipos significa “gordura” no grego. Os lipídios possuem diversas funções biológicas como moléculas de reserva, como vitaminas lipossolúveis, exercem papel de hormônios e são os constituintes das membranas celulares. Eles podem ocorrer como moléculas híbridas como os glicolipídios (carboidratos + lipídios) e lipoproteínas (lipídios + proteínas). 
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Estrutura e Função de Carboidratos e Lipídios
ÁCIDOS GRAXOS
Os ácidos graxos são moléculas anfipáticas por serem constituídas tanto por um grupo polar, da cabeça – COOH, como apolar, da cadeia hidrocarboneto alifática. Os ácidos graxos geralmente têm um número par de carbono (C4 a C36), separados em cadeia curta até 4C, cadeia média até 10C e cadeia longa, acima de 12C. Os mais comuns são aqueles que contêm de 12 a 24 carbonos. Podem apresentar somente ligações simples em sua estrutura de hidrocarbonetos – os ácidos graxos saturados – ou uma ou mais ligações na configuração cis – os ácidos graxos insaturados ou poliinsaturados
Os ácidos graxos insaturados podem ser convertidos em ácidos graxos saturados pela hidrogenação. Quando a conversão é incompleta, forma ácidos graxos insaturados com a ligação na posição trans, conhecidos como gorduras trans. Essas gorduras ocorrem em baixa quantidade na natureza e estão presentes em alimentos industrializados, sendo o seu consumo associado às doenças cardiovasculares. 
Em solução aquosa, os ácidos graxos se aproximam, formando interações hidrofóbicas
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Estrutura e Função de Carboidratos e Lipídios
TRIGLICERÍDEOS
Os triacilgliceróis são compostos apolares e hidrofóbicos e estão presentes em grandes quantidades em óleos e gorduras e com importante papel biológico de reserva energética, isolamento térmico e proteção contrachoques. Eles acumulam-se no tecido adiposo, e sua metabolização gera um equivalente energético (por kg) muito maior que os carboidratos.
A diferença na composição de ácidos graxos entre gorduras animais e vegetais determinam suas propriedades físicas, como o ponto de fusão. Os triacilgliceróis das gorduras animais são ricos em ácidos graxos saturados conferindo uma consistência sólida à temperatura ambiente. Em contraste, os óleos vegetais são ricos em ácidos graxos insaturados e permanecem líquidas à temperatura ambiente. 
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Estrutura e Função de Carboidratos e Lipídios
MEMBRANAS BIOLÓGICAS E TRANSPORTE 
As membranas das células, ou membranas plasmáticas, possuem uma estrutura de bicamada lipídica. As membranas delimitam a célula, separando o ambiente externo do interno, porém possibilitando o transporte de íons e moléculas para dentro e fora delas. 
A fluidez das membranas depende da sua composição. A presença de mais ácidos graxos saturados leva a uma maior compactação e maior rigidez. Por outro lado, as dobras dos ácidos graxos insaturados resultam em maior fluidez. A quantidade de esteróis aumenta a rigidez, pois preenche os espaços vazios. A estrutura da membrana pode ser alteradapor temperatura
A distribuição dos lipídios entre as lâminas das membranas plasmáticas varia, gerando uma assimetria da composição lipídica da membrana com consequências na sua função biológica. Os fosfolipídios da membrana são translocados por enzimas para passar de um lado para o outro da bicamada, um movimento conhecido como flip-flop. Esses lipídios também se movimentam por difusão lateral. 
Várias proteínas estão embebidas na bicamada lipídica e podem projetar-se para apenas um lado ou ambos de forma assimétrica. Podem atuar como transportadores, receptores de membrana, transferindo sinais celulares, e outras, ainda, atuam na catálise das reações de oxidação, como as proteínas da membrana mitocondrial. 
Os principais lipídeos de membrana são:
Os fosfolipídeos (como os glicerofosfolipídeos e esfingofosfolipídeos).
 Os glicolipídeos (como os esfingoglicolipídeos, galactolipídeos e sulfolipídeos). 
As membranas também contêm esteróis, como o colesterol nos animais e fitocolesterol nos vegetais.
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Estrutura e Função de Carboidratos e Lipídios
 TRANSPORTE DE BIOMOLÉCULAS 
As membranas biológicas são permeáveis a moléculas apolares, como oxigênio e dióxido de carbono. No entanto são impermeáveis aos solutos polares ou carregados, como íons e açúcares. 
O transporte de biomoléculas pela membrana pode ocorrer de forma ativa ou passiva, conforme descrito a seguir: 
• Na difusão simples, solutos apolares se movem a favor do gradiente de concentração até o equilíbrio ser alcançado. 
As proteínas transportadoras ou permeases realizam transporte passivo com difusão facilitada do soluto a favor do gradiente eletroquímico. • Os canais iônicos apresentam especificidade para íons, e a direção é determinada pelo gradiente eletroquímico. Esses canais podem funcionar por “portões” controlados por voltagem ou ligante (Figura 35). • Os ionóforos são transportadores de íon a favor do gradiente eletroquímico. • O transporte ativo primário é realizado contra o gradiente eletroquímico impulsionado por ATP. • O transporte ativo secundário é impulsionado pelo movimento iônico de outra molécula a favor do seu gradiente. 
O transporte ativo é o principal consumo de energia da célula (Figura 37). O transporte ativo primário está acoplado à uma reação exergônica como a conversão de ATP para ADP + Pi, gerando a energia necessária para o transporte do soluto. Um exemplo é o transporte de ABC que bombeia biomoléculas e fármacos para fora da célula. Nas células tumorais, esse tipo de transportador, a Glicoproteína P, é responsável pela resistência dos tumores a certos fármacos. No transporte ativo secundário, o fluxo endergônico de um soluto está acoplado ao fluxo exergônico de outro soluto. As proteínas transportadoras podem atuar em sistema de co-transporte e simultaneamente carregar dois solutos através da membrana. Quando os dois solutos se movem em direções opostas, isso é chamado de antiporte; e quando se movem na mesma direção, de simporte. 
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As Macromoléculas da Informação Genética
Os ácidos nucleicos são as macromoléculas mais importantes para a continuidade da vida. Abordaremos uma visão geral da estrutura dos nucleotídeos, dos ácidos nucleicos DNA e RNA e da transmissão do material genético. Essas moléculas carregam a informação genética que contém as instruções para o funcionamento da célula encontrado em todos os organismos vivos. 
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As Macromoléculas da Informação Genética
 ESTRUTURA E FUNÇÃO DOS ÁCIDOS NUCLEICOS
NUCLEOTÍDEOS 
Os ácidos nucleicos, DNA – Ácido desoxirribonucleico (do inglês, DesoxyiboNucleic acid) – e o RNA, ácido ribonucleico (do inglês, RiboNucleic acid), são polímeros de unidades de nucleotídeos. Possuem um papel biológico de armazenamento e transmissão da informação genética. 
Cada nucleotídeo apresenta 3 componentes característicos (Figura 40): (1) A Base nitrogenada, pirimidina ou purina; (2) Uma pentose, monossacarídeos aldeídos; e (3) Um grupo fosfato. O grupo fosfato em meio aquoso e pH fisiológico é carregado negativamente, dando o caráter ácido para a molécula. A molécula sem o grupo fosfato é denominada nucleosídeo 
Os nucleotídeos possuem 2 tipos de pentoses, na forma de β-furanose (um anel de furano): • Para o RNA, a D-ribose possui o grupo -OH no C2’. • Para o DNA, a 2-desoxi-D-ribose, o grupo -OH do C2’ é substituído do por – H . 124 Assim, se o açúcar for ribose, o resultado é um ribonucleotídeo. Se o açúcar é desoxirribose, o resultado é um dos quatro desoxirribonucleotídeos.
As bases pirimidinas são moléculas planas com um único anel que contém o nitrogênio. São as citosinas (C), timinas (T) e uracilas (U). As bases purinas possuem 2 anéis. Um anel pirimidina fundido a um anel imidazólico, formando a adenina (A) e na guanina (G) 
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AAs Macromoléculas da Informação Genética
ESTRUTURA DO DNA 
O DNA é o material genético encontrado em todos os organismos vivos, desde bactérias unicelulares até mamíferos multicelulares. Na célula podemos encontrar dois tipos de DNA: o DNA nuclear e o DNA mitocondrial. 
O DNA é composto por duas fitas de nucleotídeos unidas por pontes de hidrogênio. Cada fita de DNA é formada por um esqueleto de açúcar-fosfato, com bases as nitrogenadas adenina, guanina, citosina e timina. A estrutura primária do DNA é a sequência covalente de bases que carregam a mensagem genética. A ordem é sempre lida na direção 5’3’. 
As cadeias de dupla fita são complementares e antiparalelas. Na estrutura de dupla hélice do DNA, cada base de uma fita está pareada com a base da segunda fita, unidas por ligação de hidrogênio, em que AT forma 2 pontes de hidrogênio, e GC forma 3 pontes de hidrogênio. A especificidade de pareamento entre as bases resulta na regra de Erwin Chargaff, em que em qualquer amostra de dupla fita de DNA, a quantidade de A será sempre igual a quantidade de T. E similarmente, G e C. Assim conclui-se que a somas dos resíduos de purina (A+G) é igual à soma dos resíduos de pirimidina (T + G).
As duplas fitas podem ser separadas e sintetizadas em novas fitas complementares, sendo que cada fita funciona como molde na replicação do DNA. No laboratório, o DNA pode ser desenrolado e separado em condições de aquecimento ou em pHs extremos
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As Macromoléculas da Informação Genética
ESTRUTURA DO RNA
O RNA é composto por apenas uma fita de nucleotídeos. Pode formar uma estrutura secundária quando a cadeia se dobra sobre si mesma, porém não assume conformação em dupla hélice. Se houver pareamento, pontes de hidrogênio serão formadas. As regiões sem pareamento podem formar estruturas tipo alças. O RNA pode ainda fazer pareamentos não-Watson-Crick. Esses elementos estruturais podem influenciar a função da molécula de RNA, por exemplo, permitindo que ela se ligue a outras moléculas ou influenciando sua estabilidade.
A sequência de bases do RNA é complementar à sequência de codificação do DNA do qual foi copiada. Relembrando que no RNA, a base U ocupa o lugar da base T. O RNA tende a ser menor em tamanho em comparação com o DNA. No entanto, o tamanho pode depender de sua função e do organismo em que se encontra. O RNA é encontrado tanto no núcleo como no citoplasma, e pode exercer diferentesfunções. Por exemplo, as ribozimas são RNA com atividade catalítica similar à das enzimas.
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As Macromoléculas da Informação Genética
 TRANSMISSÃO DO MATERIAL GENÉTICO 
REPLICAÇÃO 
A replicação e transcrição são os processos envolvidos na produção de novos ácidos nucléicos, o DNA ou RNA.
A replicação do DNA é o processo pelo qual as células fazem cópias de seu DNA antes de se dividirem. Isso garante que cada uma das células filhas receba um conjunto completo de instruções genéticas. A replicação do DNA ocorre na fase S (fase de síntese) do ciclo celular. As principais enzimas que participam desse processo são a DNA polimerase e a DNA helicase. A unidade do DNA em que está acontecendo a replicação é conhecida como replicon. A enzima helicase desenrola a estrutura de dupla hélice da molécula de DNA e separa as duas fitas. Isso cria uma forquilha de replicação, com uma fita servindo como modelo para a síntese da nova fita. As bactérias possuem um único replicon, porém os eucariotos podem ter vários.
Em seguida, uma enzima chamada primase adiciona uma pequena sequência iniciadora de RNA (primer) às fitas modelo que servem como pontos de partida para a síntese de DNA. A replicação do DNA é sintetizada pela DNA polimerase. Esta polimerase sintetiza as novas fitas adicionando os desoxiribonucleotídeos (dNTP) às fitas molde, seguindo as regras de pareamento de bases (A com T e C com G). 
 a polimerase se move ao longo das fitas molde, ela sintetiza as novas fitas na direção 5'3', adicionando nucleotídeos um a um, com a liberação do pirofosfato inorgânico (PPi). O 3´OH livre é ponto no qual o DNA é alongado.
Como as fitas são antiparalelas, uma fita líder é sintetizada continuamente 5'3', enquanto a outra terá uma síntese descontínua ou retardada, formando fragmentos de novas fitas chamados de Okasaki
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As Macromoléculas da Informação Genética
TRANSCRIÇÃO 
O gene é o segmento de uma molécula de DNA que contém as informações necessárias para a síntese de um produto com função biológica. A transcrição converte a informação genética de um gene em um filamento de RNA. Enquanto o genoma é estável, o transcriptoma, que consiste em todas as moléculas de RNA produzidas em uma célula, pode ser variável, de acordo com o estado fisiológico, do tipo de tecidos, das influências externas, dentre outros mecanismos. O processo de transcrição é realizado pela RNA polimerase. Os RNA produzidos nesse processo são: • mRNA, O RNA mensageiro que codifica para a sequência de aminoácidos das proteínas; • tRNA, O RNA transportador que identifica e transporta aminoácidos até o ribossomo; • rRNA, O RNA ribossômico que é o constituinte dos ribossomos, responsáveis pela síntese das proteínas. 
O mRNA de procariotos pode ser policistrônico, que contém mais de um gene. Em eucariotos, o mRNA são sempre monocistrônicos, que codificam um único gene. O mRNA é lido em conjuntos de três bases conhecidas como códons. Cada códon codifica um único aminoácido.
As RNA polimerases são enzimas que realizam a transcrição. Os procariotos possuem apenas um tipo de polimerase do RNA. Os eucariotos possuem três tipos de RNA polimerase: 136 • RNA polimerase I, transcreve genes de rRNA (conhecidos como 5.8S, 28S e 18S). • RNA polimerase II, transcreve genes que codificam para pre-mRNA. • RNA polimerase III, transcreve outros RNAs, como o tRNA. A síntese de RNA pela RNA polimerase é semelhante à do DNA com suas 3 etapas: (1) iniciação, (2) elongação e (3) terminação. Porém, com uma etapa anterior, de reconhecimento.
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Apresentação Unidade 3
Unidade 3
Principais Vias do Metabolismo e Processos Bioenergéticos. 
Tema de Aprendizagem 1 
Introdução à bioenergética e ao metabolismo.
As células desempenham as funções da vida através de várias reações químicas. A bioenergética é o estudo do fluxo de energia através dos sistemas vivos, especificamente no nível celular. Ele examina as reações químicas que ocorrem dentro das células, incluindo aquelas que consomem ou geram energia, que são coletivamente chamadas de metabolismo. O metabolismo é necessário para que as células mantenham seu equilíbrio energético e sustentem os vários processos que ocorrem dentro delas. As vias metabólicas podem ser categorizadas em diferentes tipos com base em sua estrutura e função. 
O corpo humano possui uma rede complexa de vias metabólicas responsáveis pela realização de várias reações bioquímicas necessárias para o crescimento, reparo e manutenção das funções corporais. Essas vias podem ser agrupadas em várias categorias, incluindo metabolismo lipídico, metabolismo de aminoácidos, metabolismo de nucleotídeos e metabolismo de carboidratos.
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Princípios da Bioenergética e Termodinâmica
Uma célula viva opera uma variedade de funções metabólicas e, para manter esse nível de atividade, ela deve obter e gastar energia. Há um fluxo contínuo de energia nas células e seus arredores. A bioenergética é o ramo da bioquímica que trata do estudo das transformações de energia nos organismos vivos. Tem como objetivo compreender as mudanças de energia que ocorrem nas células vivas e os processos químicos responsáveis por essas mudanças. Analisa as diferentes formas de energia que as células vivas usam como energia química, energia térmica e energia luminosa, e como elas são transformadas em outras formas de energia, como o ATP, que a célula pode usar como moeda energética para realizar suas funções.
A bioenergética também examina o metabolismo energético das células, que inclui as vias e enzimas envolvidas na produção, armazenamento e uso de energia. Ele também analisa como as células obtêm energia de seu ambiente, como por meio da fotossíntese e da respiração celular, e como usam essa energia para realizar os processos celulares. 
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Princípios da Bioenergética e Termodinâmica
LEIS DA TERMODINÂMICA
As leis da termodinâmica descrevem como a energia é transferida e transformada em um sistema. A primeira lei da termodinâmica, também conhecida como lei da conservação de energia, afirma que a quantidade total de energia no universo é constante, sendo que a energia pode mudar de forma ou pode ser transportada de uma região para outra, mas não pode ser criada ou destruída. Sendo assim, a energia é usada e não gasta, sendo convertida de uma forma para outra. A segunda lei da termodinâmica afirma que toda transferência ou transformação de energia aumenta a desordem, ou entropia, do universo, assim a entropia total de um sistema fechado sempre aumentará com o tempo. No entanto os seres vivos são altamente ordenados, exigindo a entrada constante de energia para serem mantidos em um estado de baixa entropia.
A bioenergética utiliza três parâmetros termodinâmicos para descrever as trocas de energia que ocorrem nas reações químicas: energia livre de Gibbs (G), Entalpia (H) e Entropia (S). A
A energia livre de Gibbs (G) é uma medida da energia disponível para realizar trabalho. A partir desse parâmetro as reações podem ser classificadas como exergônicas se ela libera energia livre, resultando em uma mudança negativa na energia livre (ΔG 0). • Entalpia (H) é a medida do conteúdo de calor do sistema reagente. Reflete o número e o tipo de ligações químicas nos reagentes e produtos. As reações são classificadas como exotérmicas (ΔH> 0) com base na liberação ou absorção de calor, respectivamente. • Entropia (S) é uma medida da desordem ou aleatoriedade de um sistema. Uma reação prossegue com ganho de entropia quando os produtos são menos complexos e mais desordenados que os reagentes. 
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Princípios da Bioenergética e Termodinâmica
PRINCIPAIS REAÇÕES BIOQUÍMICAS
As reações bioquímicas referem-se às reações químicas que ocorrem dentro das células e são essenciais para o seu bom funcionamento e a sobrevivência dos organismos vivos. Essas reações bioquímicas são catalisadas por enzimas, que catalisam reações como isomerização, ligação e hidrólise.
As células vivas desenvolveram mecanismos altamente eficientes para controlar e utilizar a energia de seus arredores, de acordo com a as leis da termodinâmica. Eles convertem a energia química armazenada em moléculas orgânicas, como açúcares e gorduras, em energia armazenada nas moléculas de trifosfato de adenosina (ATP), a moeda energética das células vivas. A energia armazenada nas moléculas de ATP pode ser usada para conduzir vários processos celulares, como a síntese de novas moléculas, o transporte de moléculas através da membrana e a contração muscular.
Se a concentração de ATP for muito baixa, não será possível a transferência de grupos fosfato suficientes para conduzir as reações endergônicas de forma eficaz. Portanto, a concentração de ATP deve ser mantida bem acima da concentração de equilíbrio das reações geradoras de energia do catabolismo para garantir que haja ATP suficiente disponível para conduzir as reações endergônicas e manter o alto potencial de transferência de grupo do ATP.
As reações de oxidação e redução, são também conhecidas como reações redox. Em uma reação redox, os átomos têm seu estado de oxidação (ou número de oxidação) alterado. A oxidação é o processo de perda de elétrons e resulta em um aumento no estado de oxidação de um átomo. A redução, por outro lado, é o processo de ganhar elétrons e resulta em uma diminuição no estado de oxidação de um átomo.
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Princípios da Bioenergética e Termodinâmica
VISÃO GERAL DO METABOLISMO 
Os organismos vivos podem ser divididos em dois grupos principais com base na forma como obtêm carbono: autótrofos e heterótrofos. Os autotróficos, como plantas e algas, podem usar dióxido de carbono como sua única fonte de carbono. Os heterotróficos, como animais e a maioria dos microrganismos, devem obter carbono de compostos orgânicos mais complexos, como a glicose. Os autótrofos são autossuficientes, enquanto os heterótrofos dependem de outros organismos para obter nutrientes. Autotróficos e heterótrofos vivem juntos em um ciclo interdependente no qual os autótrofos produzem compostos orgânicos e oxigênio por meio da fotossíntese e os heterótrofos consomem esses compostos e liberam dióxido de carbono. Esse ciclo é impulsionado pela energia solar e carbono, oxigênio e água são constantemente reciclados entre os dois grupos.
Metabolismo é o processo pelo qual os organismos vivos convertem nutrientes em energia e constroem as moléculas necessárias para a vida. Esse processo pode ser dividido em vias menores, cada via envolvendo uma série de enzimas que catalisam reações químicas específicas. Cada enzima tem suas próprias características, como a eficiência catalítica ou sua capacidade de regular o fluxo de moléculas intermediárias. 
O termo metaboloma se refere ao conjunto completo de moléculas presentes em um organismo, incluindo todos os metabólitos que estão envolvidos no metabolismo. O metabolismo pode ser dividido em duas categorias principais: catabolismo e anabolismo. O catabolismo é o conjunto de vias metabólicas que quebram moléculas complexas, como carboidratos, proteínas e gorduras em moléculas mais simples. Essas moléculas são então degradadas em acetil-CoA, que entra no ciclo de Krebs, onde é oxidada para gerar grandes quantidades de ATP via fosforilação oxidativa.
O anabolismo, por outro lado, é um processo divergente no qual alguns precursores biossintéticos, como aminoácidos, formam uma ampla variedade de produtos poliméricos ou complexos, como proteínas. As reações anabólicas são endergônicas, o que significa que requerem energia, que normalmente é fornecida pela hidrólise do ATP. Essas reações geralmente envolvem reduções químicas, onde o poder redutor geralmente é fornecido por doadores de elétrons, como NADH, FADH2.
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Metabolismo de lipídios, aminoácidos e nucleotídeos
O metabolismo de lipídeos é essencial para o armazenamento de energia, formação da membrana celular e produção de hormônios pelo colesterol. Nos animais, os lipídios são obtidos a partir da dieta ou produzidos pelo fígado, sendo então transportados por todo o corpo na forma de lipoproteínas. Desequilíbrios no metabolismo lipídico podem levar a condições como obesidade e doenças cardiovasculares. Os aminoácidos essenciais são obtidos dos alimentos enquanto os aminoácidos não essenciais podem ser produzidos pelo corpo e são então usados para sintetizar proteínas ou convertidos em outros intermediários. Um dos principais processos metabólicos envolvendo aminoácidos é a remoção do nitrogênio, que está presente na forma de amônia (NH3). A amônia é tóxica em altas concentrações, por isso precisa ser removida para evitar danos ao corpo. Isso é conseguido através do ciclo da ureia, que converte a amônia em ureia, uma molécula menos tóxica que é excretada na urina. Os nucleotídeos são componentes essenciais dos processos celulares, formados por uma base nitrogenada, um açúcar e um grupo fosfato. Eles desempenham um papel crucial na síntese de ácidos nucléicos, DNA e RNA, bem como na transferência de energia dentro das células através da síntese de ATP. Além disso, atuam como componentes de cofatores enzimáticos como NAD e FAD, envolvidos em diversas reações metabólicas. Os nucleotídeos também funcionam como segundos mensageiros nas vias de transdução de sinal, responsáveis pela transmissão de sinais dentro e entre as células. O metabolismo dos nucleotídeos abrange tanto a síntese de novo a partir de precursores simples quanto as vias de salvação que reciclam os nucleotídeos existentes.
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Metabolismo de lipídios, aminoácidos e nucleotídeos
METABOLISMO DE LIPÍDIOS E ÁCIDOS GRAXOS
Os lipídios são um grupo diversificado de biomoléculas que incluem triacilgliceróis e esteroides, e desempenham papéis importantes no organismo. A digestão e a absorção de lipídios envolvem a quebra dos lipídios da dieta em moléculas menores que podem ser absorvidas e transportadas pelo organismo.
Através da degradação ou beta-oxidação de ácidos graxos, o corpo gera a energia necessária para realizar suas funções. Esse processo ocorre principalmente nas mitocôndrias das células e resulta na produção de acetil-CoA, NADH e FADH
A biossíntese de ácidos graxos a partir de precursores como o acetil-CoA é um processo que ocorre principalmente no fígado e no tecido adiposo e é regulado por hormônios como a insulina e o glucagon. O metabolismo do colesterol é importante para a produção do colesterol, presente nas membranas