BIOL O G I A

B i o q u í m i c a I

P r o f a . R o s a n a A n i t a d a S i l v a F o n s e c a

2a edição | Nead - UPE 2013

Dados Internacionais de Catalogação-na-Publicação (CIP)Núcleo de Educação à Distância - Universidade de Pernambuco - Recife

Xxxxxxxx, Xxxxxxxx XxxxxxxxXxxxxxxxxxxx / Xxxxxxxx Xxxxxxxx Xxxxxxxx. – Recife: UPE/NEAD, 2009.

79 p.

ISBN - xxxxxxxxxxxxxxxxx

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UNIVERSIDADE DE PERNAMBUCO - UPE

ReitorProf. Carlos Fernando de Araújo Calado Vice-ReitorProf. Rivaldo Mendes de Albuquerque

Pró-Reitor AdministrativoProf. Maria Rozangela Ferreira Silva

Pró-Reitor de PlanejamentoProf. Béda Barkokébas Jr.

Pró-Reitor de GraduaçãoProfa. Izabel Christina de Avelar Silva

Pró-Reitora de Pós-Graduação e Pesquisa Profa. Viviane Colares Soares de Andrade Amorim

Pró-Reitor de Desenvolvimento Institucional e ExtensãoProf. Rivaldo Mendes de Albuquerque

NEAD - NÚCLEO DE ESTUDO EM EDUCAÇÃO A DISTÂNCIA

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Coordenador AdjuntoProf. Walmir Soares da Silva Júnior

Assessora da Coordenação GeralProfa. Waldete Arantes

Coordenação de CursoProf. José Souza Barros

Coordenação PedagógicaProfa. Maria Vitória Ribas de Oliveira Lima

Coordenação de Revisão GramaticalProfa. Angela Maria Borges CavalcantiProfa. Eveline Mendes Costa LopesProfa. Geruza Viana da Silva

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Coordenação de Design e ProduçãoProf. Marcos Leite

Equipe de DesignAnita Sousa/ Gabriela Castro/Renata Moraes/ Rodrigo Sotero

Coordenação de SuporteAfonso Bione/ Wilma SaliProf. José Lopes Ferreira Júnior/ Valquíria de Oliveira Leal

Edição 2013Impresso no Brasil

Av. Agamenon Magalhães, s/n - Santo AmaroRecife / PE - CEP. 50103-010Fone: (81) 3183.3691 - Fax: (81) 3183.3664

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Química de aminoácidos

oBJeTiVo GeRaL

Entender a estrutura geral e algumas proprie-dades químicas e biológicas de aminoácidos, proteínas, lipídeos, carboidratos, enzimas e vitaminas.

oBJeTiVos esPecíFicos

1. descrever a estrutura geral dos aminoá-cidos;

2. classificar os aminoácidos de acordo com a polaridade de seus radicais (grupos) R;

3. descrever o comportamento ácido-base de um aminoácido (curva de titulação de um aminoácido);

4. definir ponto isoelétrico (pI);

5. justificar a presença de L-aminoácidos nas proteínas;

6. definir aminoácidos especiais;

7. citar alguns aminoácidos especiais e as respectivas proteínas nos quais eles são encontrados;

8. apresentar alguns exemplos de derivados de aminoácidos individuais e suas respec-tivas funções biológicas.

Profa. Rosana Anita da Silva Fonseca Carga Horária I 15H

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Tofu

O tofu é um tipo de queijo feito do extrato da soja, portanto tem proteína completa que contém todos os aminoácidos essenciais.

Os aminoácidos são componentes fundamen-tais das proteínas, peptídeos e precursores de alguns neurotransmissores (substâncias impor-tantes na transmissão de impulsos nervosos). Os aminoácidos codificáveis pelo nosso DNA são vinte, eles são chamados de aminoácidos padrão. Alguns deles são modificados quimi-camente, através do ganho de radicais quími-cos, após a síntese da molécula protéica e se transformam em aminoácidos especiais.

Palavras-chaves: aminoácidos/ hidrofóbicos/ hidrofílicos/ pH/ pI/ ácido-base/ aminoácidos especiais/ neurotransmissores/ aspartame.

1. esTRuTuRa dos aminoácidosAnálise de proteínas da maioria das fontes é composta de 20 aminoácidos-padrão. Porém, nem todas as proteínas contêm todos os 20 tipos, mas a maior parte delas contém a maio-ria deles.

Os aminoácidosw1 comuns são conhecidos como α-aminoácidos, porque possuem um grupo amino primário (-NH2) e um grupo car-boxílico (-COOH) como substituintes do mes-mo átomo de carbono (o carbono α, Fig. 1). A única exceção é a prolina, que possui um gru-

po amino secundário (-NH-), entretanto, por uma questão de uniformidade, a trataremos como um α-aminoácido.

VocÊ saBia

• [W1]:queos aminoácidos são substâncias cristali-nas e quase sempre têm sabor doce, por isso têm sido estudados para a possibilidade de serem usados como adoçantes?

Figura 1. Estrutura geral de um aminoácido. Dos quatro li-gantes dos aminoácidos, três são iguais, apenas o grupo R diferencia de um aminoácido para outro.

Os 20 aminoácidos-padrão diferem nas estru-turas de suas cadeias laterais (grupos R). A Ta-bela 1 apresenta os nomes e estruturas dos 20 aminoácidos-padrão. Na tabela 1, encontram-se as estruturas dos aminoácidos padrão. Observe que suas estru-turas diferem entre si através dos grupos R. Os aminoácidos podem ser representados por três letras que, na maioria das vezes, corres-pondem às iniciais do nome dos aminoácidos. Além disso, a maioria dos aminoácidos rece-bem o sufixo –ina.

Quando os aminoácidos estão ligados, for-mando peptídeos (ver item 1.3), eles deixam sua forma livre e passam à forma de resíduos. Como conseqüência, eles trocam o sufixo –ina e –il. As cadeias polipeptídicas são descritas, começando pela extremidade amino-terminal, seguindo na direção da extremidade carbóxi--terminal. Ao aminoácido da extremidade C--terminal é dado o nome que ele teria, se es-tivesse livre (exemplo: L-aspartil-fenilalanina meetil éster, popularmente conhecido como aspartame).

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Tabela 1. Estrutura dos aminoácidos-padrão das proteínas.

Fonte: John Wisley and Sons, 1999.

1.1 PRoPRiedades GeRais

Os grupos amino e carboxílico ionizam-se prontamente. Os valores de pK dos grupos α-carboxílicos situam-se em uma pequena fai-xa aproximadamente igual a 2,2 (pK1), ao pas-so que os valores de pK dos grupos α-amino (pK2), estão próximos de 9,4. Em pH fisiológico ( 7,4), os grupos amino são protonados e os grupos carboxílicos assumem sua forma de base conjugada (carboxilato) (Figura 2)

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Figura 2. Um aminoácido zwitteriônico. Em pH fisiológico, o grupo amino está protonado e o grupo carboxílico está desprotonado.

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8Muitas moléculas que carregam grupos quími-cos de polaridade oposta, como os aminoáci-dos, são conhecidas como zwitterions ou íons dipolares. O caráter zwiteriônico confere aos α-aminoácidos uma solubilidade maior em solventes polares. A seguir, veremos como as propriedades iônicas das cadeias laterais dos α-aminoácidos influenciam as propriedades fí-sicas e químicas dos aminoácidos livres e dos aminoácidos presentes nas proteínas.

1.2 cLassiFicaÇÃo e caRacTeRísTicas

A forma mais conveniente de classificar os 20 aminoácidos-padrão é através da polaridade de suas cadeias laterais. De acordo com o es-quema mais comum de classificação, há três tipos principais de aminoácidos, de acordo com a Tab. 1:

(1) os com grupos R apolares ou hidrofóbicos;(2) os com grupos R polares não-carregados e(3) os com grupos R polares carregados (posi-

tiva e negativamente)

• Aminoácidos com Grupos R Apolares ouHidrofóbicos;

Oito aminoácidos são classificados como ami-noácidos de cadeias laterais apolares, A ala-nina, valina, leucina e isoleucina têm cadeias laterais alifáticas, com tamanhos variáveis. A metionina tem um tiol éter na cadeia lateral. A prolina tem um grupo pirrol cíclico. A feni-lalanina (grupo fenil) e o triptofano (com seu grupo indol) contêm grupos aromáticos late-rais grandes e apolares.

• Aminoácidoscomcadeias lateraispolaresnão-carregadas

Sete aminoácidos são classificados como ami-noácidos com cadeias lateria polares e sem carga, sendo a glicina o que apresenta me-nor tamanho possível de cadeia: um átomo de hidrogênio H (alguns autores classificam a glicina no grupo 1, devido à hidrofobicidade do átomo de hidrogênio ser muito pequena). A serina e a treonina têm grupos R hidroxíli-cos de diferentes tamanhos. A asparagina e a glutamina possuem cadeias laterais com gru-pos amino de diferentes tamanhos. A tirosina

tem um grupo fenólico (e, como a fenilanina e o triptofano, é aromático). A cisteína é única dentre os 20 aminoácidos, pois tem um gru-po tiol que pode formar ponte dissulfeto com outra cisteína (Figura 3) por meio da oxidação dos dois grupos tiol. Esse composto dimérico era chamado na Bioquímica antiga como ami-noácido cistina.

Figura 3 - Ligação dissulfeto entre resíduos de cisteína. A ligação dissulfeto forma-se quando os dois grupos tiol são oxidados. Fonte: John Wisley and Sons, 1999.

• Aminoácidos com cadeia laterais polarescarregadas positivamente ou negativa-mente

Cinco aminoácidos apresentam cadeias late-rais carregadas, sendo 3 deles básicos (car-regadas positivamente em pH fisiológico. São eles: a lisina, que tem uma cadeia lateral butilamônio; a arginina, que tem um grupo guanidina; e a histidina, dotada de um anel imidazólico. Dos 20 α-aminoácidos, apenas a histidina, com pKR = 6,0 ioniza na faixa do pH fisiológico.

As cadeias laterais dos aminoácidos ácidos – o ácido aspártico e o ácido glutâmico – ficam carregadas negativamente acima de pH = 3,0; em seu estado ionizado, eles são chamados aspartato e glutamato.

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91.3 cLassiFicaÇÃo nuTRicionaL dos aminoácidos

Para os seres humanos, os aminoácidosw2 são classificados nutricionalmente em:

• Essenciaisw3: são aqueles que o nosso or-ganismo não pode sintetizar. São eles: Ile, Leu, Lys, Met, Phe, Ter, Trp, Val, Arg (só até os 2 anos de idade)de His.

• Não-essenciais: são aqueles que o nosso organismo sintetiza a partir de outros ami-noácidos. São eles: Glu, Gln, Pro, Asp, Asn, Ala, Gly, Ser, Tyr e Cys.

VocÊ saBia

• [W2]:Vocêsabiaqueasplantassuperioressintetizam todos os aminoácidos?

• [W3]:Vocêsabiaqueoconjuntodeami-

noácidos essenciais só estão presentes nas proteínas de origem animal? E que nas proteínas vegetais sempre tem algum ami-noácido essencial que não está presentes em quantidades suficientes?

1.4 LiGaÇÕes PePTídicas

Os aminoácidos podem ser polimerizados para formar cadeias. Esse processo pode ser repre-sentado através de uma reação de condensa-ção (eliminação de uma molécula de água). A ligação CO – NH resultante, uma ligação ami-da, é conhecida como ligação peptídica, como mostra a Figura 4.

Figura 4. Condensação de dois aminoácidos. A eliminação de uma molécula de água produz um dipeptídeo. A ligação peptídica é mostrada em destaque. O resíduo com um grupo amino livre é chamado de N-terminal e o resíduo com umgrupo carboxílico livre é o C-terminal do peptídeo. Fonte: John Wisley and Sons, 1999.

Polímeros compostos por dois, três, até dez e muitos aminoácidos são conhecidos como dipeptídeos, tripeptídeos, oligopeptídeos e polipeptídeos, respepctivamente. Após incor-porados a um peptídeo, os aminoácidos indi-viduais são chamados de resíduos de aminoá-cidos. Os polipeptídeos são polímeros lineares uma vez que cada resíduo de aminoácido par-ticipa de duas ligações peptídicas, sempre la-teralmente para aumentar a cadeia peptídica, como mostra a Figura 5.

Figura 5 - A ligação peptídica e um tetrapeptídeo. (a) a ligação peptídica formada entre um grupo carboxila de um aminoácido e um grupo amino do segundo aminoácido; (b) um tetrapeptíceo. Observe que para a forma-ção de um tetrapeptídeo, três moléculas de água foram eliminadas, dando origem a três ligações peptídicas. Fonte: John Wisley and Sons, 1999.

As proteínas são moléculas que contêm uma ou mais cadeias polipeptídicas. As variações no comprimento e seqüência de aminoácidos de polipeptídeos contribuem para a diversidade na forma e nas funções biológicas das prote-ínas.

1.5 PRoPRiedades ácido-Base

Os α-aminoácidos têm duas ou mais grupos ionizáveis e, portanto, grupos ácido-base. Dos 20 aminoácidos-padrão, 5 são carregados po-sitiva ou negativamente (ácidos ou básicos). Os grupos ionizáveis do aminoácido glicina podem ser vistos através de sua curva de titula-ção (Figura 6). Em valores de baixo pH, os gru-pos ácido e básico da glicina estão totalmente protonados, de modo que a forma catiônica predomina (+H3NCH2COOH). Ao longo da titu-lação com uma base forte tal como NaOH, a glicina perde dois prótons, como se fosse um ácido diprótico.

Os valores de pK dos grupos ionizáveis da gli-cina são suficientemente diferentes de modo que a equação de Henderson-Hasselbach. Des-creve adequadamente cada ondulação da cur-va de titulação.

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Em pH 2,35; a concentrações da forma catiô-nica (+H3NCH2COOH) e da forma zwitteriônica (+H3NCH2COO-) são iguais; de modo similar, em pH 9,78; as concentrações da forma zwit-teriônica e aniônica (H2NCH2COO-) são iguais. Observe que os aminoácidos não assumem a forma neutra em soluções aquosas.

O pH no qual uma molécula não conduz cor-rente elétrica é conhecido como seu ponto iso-elétrico, pI. Para os α-aminoácidos, a aplicação da equação de Henderson-Hasselbach indica com um alto grau de precisão que:

de carbono tetraédrico com quatro radicais diferentes. Os átomos de carbono assimétrico são designados centros assimétricos ou cen-tros quirais ( do grego, cheir, mão).

Figura 6 - Imagens e seus reflexos no espelho. Observe que as imagens mostradas à esquerda são complementares às imagens à direita. O reflexo dessas imagens não é exatamente igual às imagens originais. (a) imagem da mão direita refletida no espelho. (b) Imagem do α-aminoácido e o seu reflexo especular.Fonte: http://antesdelfin.com/creacionvidalaborat.html

Para os aminoácidos carregados positiva e ne-gativamente, como eles têm uma carga elétri-ca a mais, pI é calculado tomando-se os valares mais próximos. Por exemplo, o ácido aspártico apresenta três pKa: pK1 (grupo carboxílico), pKR (grupo presente no radical R) e pK2 (do grupo amino). O pI para o ácido aspártico será:

2. esTeReoQuímicaTodos os aminoácidos obtidos de polipeptí-deos são oticamente ativos, com exceção da glicina, ou seja, eles giram o plano da luz po-larizada. A direção e o ângulo da rotação po-dem ser medidos por meio de um instrumento conhecido como polarímetro.

As moléculas oticamente ativas são assimé-tricas, ou seja, elas não são superponíveis às suas imagens especulares, da mesma forma que a mão esquerda não é sobreponível à sua imagem especular (do espelho), que é a mão direita (Fig.6). Isso acontece sempre que uma substância apresenta pelo menos um átomo

Muitas moléculas biológicas, além dos amino-ácidos, contêm um ou mais centros quirais.

As moléculas que não são sobreponíveis às suas imagens especulares são conhecidas como enanciômeros umas das outras. Essas moléculas apresentam todas as propriedades químicas e físicas iguais. Elas diferem entre si apenas por uma propriedade física: a de des-viar a luz polarizada, quando colocadas em um aparelho ótico chamado de polarímetro, em rotações (valores) diferentes.

Em 1891, Emil Fischer propôs designar os enanciômeros através do tipo de isomeria (es-pacial) usando as letras D e L como prefixos. O prefixo D significa rotação da luz polariza-da para a direita (do grego dextro, direita) e o prefixo L, significando que a rotação da luz polarizada para a esquerda (do grego levo, es-querda). A Figura 1 mostra os enanciômeros do aminoácido alanina.

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3. aminoácidos incomunsOs 20 aminoácidos-padrão os únicos aminoá-cidos encontados em sistemas biológicos. Os resíduos de aminoácidos incomuns são, em geral, importantes constituintes de proteínas e de peptídeos biologicamente ativos. Além

Figura 7- A convenção de Fischer para os enanciômeros. Há um es-pelho imaginário entre os dois enanciômeros. Observe que os grupos ligados ao carbono assimétrico estão em posições opostas.

Figura 8 Alguns resíduos de aminoácidos modificados em proteínas. As cadeias laterais destes resíduos são derivadas de um dos 20 aminoácidos após a síntese do polipeptídeos. As grupos R R padrão estão em vermelho e os grupos modificados estão em azul.Fonte: John Wisley and Sons, 1999.

disso, alguns aminoácidos também podem de-sempenhar, sozinhos, uma variedade de fun-ções biológicas.

3.1 deRiVados de aminoácidos em PRoTeínas

Alguns aminoácidos, depois de incorporados na cadeia polipeptídica, sofrem modificação química específica e se transformam em ami-noácidos especiais (figura 8). As modificações em aminoácidos incluem a adição de grupos químicos e algumas cadeias laterais do ami-noácido, tais como: hidroxilação, metilação, acetilação, carboxilação e fosforilação. Grupos maiores, incluindo alguns lipídeos e polímeros de carboidratos, são adicionados a resíduos específicos de aminoácidos de certas prote-ínas. Em muitos casos, as modificações são importantes e até essenciais para a função da proteína.

3.2 d-aminoácidos

Os resíduos de D-aminoácidos são componen-tes de alguns polipeptídeos bacterianos curtos (<20 resíduos). É provável que esses polipeptí-deos sejam mais largamente distribuídos como constituintes de paredes celulares bacterianas. A presença de D-aminoácidos torna as paredes

celulares bacterianas menos susceptíveis ao ataque de peptidases (enzimas que hidrolisam ligações peptídicas) produzidas por outros or-ganismos para digerir bactérias. Além disso, os D-aminoácidos são componentes de muitos peptídeos antibióticos produzidos por bacté-rias, incluindo a valinomicina, a gramicidina A e a actinomicina D.

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123.3 aminoácidos BioLoGicamenTe aTiVos

Os 20 aminoácidos-padrão sofrem transformações químicas e se trans-formam em outros aminoácidos como parte de sua síntese e degradação ce-lular normal, mas também podem atu-ar de maneira independente (Figura 9). O esquema abaixo mostra os destinos metabólicos que os aminoácidos po-dem sofrer em nosso organismo.

Em alguns casos, os intermediários do metabolismo do aminoácido de-sempenham funções que vão além de seu uso imediato como precursores ou produtos de degradação dos 20 ami-noácidos-padrão. Muitos aminoácidos são sintetizados para agirem indepen-dentemente. O grande exemplo desse tipo de função dos aminoácidos está nos neurotrans-missores apresentados na Figura 10.

Figura 9. Destino metabólico dos aminoácidos no organismo humano. Os aminoácidos podem seguir três rotas metabólicas. A primeira, ser utilizados para a síntese de proteínas e outros compostos nitrogenados; na segunda, podem ser degradados e fornecer energia para o organismo e, a terceira via é aquela em que podem ser transformados em derivados biologicamente ativos (hormônios e neurotransmissores).

Figura 10 - Alguns derivados de aminoácidos biologicamente ativos. As porções remanescentes dos aminoácidos originais estão em preto e vermelho e os grupos adicionais estão em azul.Fonte: John Wisley and Sons, 1999.

Palavras-chave: aminoácidos/ pH/ pI/ ácido-base/ aminoácidos especiais/ neurotransmissores/ aspartame.

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concLusÃoAs proteínas e os peptídeos são polímeros de aminoácidos unidos através de ligações pep-tídicas formadas através da união do grupo carboxila de um com o grupo amino de outro aminoácido, com eliminação de uma molécu-la de água. A ligação peptídica é uma ligação amida substituída.

Os 20 aminoácidos-padrão podem ser classi-ficados como apolares (Ala, Val, Leu, Ile, Met, Pro, Phe, Trp), polares sem carga (Gly, Ser, Thr, Asn, Gln, Tyr, Cys)e polares carregados (Lys, Arg, His, Asp, Glu). Em pH neutro, o grupo amino de um aminoácido é protonado e seu grupo carboxílico encontra-se ionizado.

Os aminoácidos são moléculas quirais. Apenas os L-aminoácidos são encontrados em proteí-nas (alguns peptídeos bacterianos contêm D--aminoácidos).

Os aminoácidos podem ser modificados co-valentemente após terem sido incorporados a um polipeptídeo.

Os aminoácidos individuais e seus derivados desempenham diversas funções biológicas, es-pecialmente como neurotransmissores.

PesQuise e ResPonda

1) Alguns dos 20 aminoácidos codificáveis pelo nosso DNA são nuticionalmente clas-sificados como essenciais. Qual a impor-tância da ingestão desses aminoácidos para manter a nossa saúde?

2) Defina neurotransmissores e relacione 5 aminoácidos que são convertidos em neu-rotransmissores em nossas células especia-lizadas.

3) Por que pessoas que praticam musculação ingerem aminoácidos de cadeia ramificada (BCAA) como suplemento alimentar?

HiPeRTeXTos

1- asPaRTame

O aspartame, ou peptídeo L-aspartil-fenilalani-na metiléster, é um adoçante conhecido pelo nome comercial de Aspartame, um dos mais vendidos e testados do mercado. O FDA (Food and Drug Administration), a agência respon-sável pela aprovação de alimentos e medica-mentos comercializados nos EUA, atesta que o aspartame é seguro como aditivo alimen-tar, conforme revisão de estudos feitos desde a metade da década de 70. Porém, seu uso contínuo tem sido discutido por profissionais de saúde. O aspartame tem um grupo hidro-ximetil adicional. Acredita-se que esse último torne a molécula do aspartame mais solúvel e menos tóxica.

Figura 11 - L-aspartil-fenilalanina metiléster Aspartato fe-nilalanina metanol

2.neuRoTRansmissoRes

As principais catecolaminas são: a norepinefri-na, a epinefrina e a dopamina. Esses compos-tos são formados de fenilalanina e tirosina.

A serotonina (5-hidroxitriptamina, 5HT) é for-mada pela hidroxilação e descarboxilação do triptofano e é um potente mediador local de reações alérgicas.

O g-aminobutirato (GABA) é um derivado do aminoácido glutamato. A acetilcolina (ACh) é um importante neurotransmissor, sintetizado a partir do aminoácido especial colina, que age como propagador do impulso nervoso nas fendas sinápticas.

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14Vários aminoácidos têm diferentes efeitos exci-tatórios ou inibitórios sobre o sistema nervoso.

As catecolaminas exibem efeitos excitatórios e inibitórios do sistema nervoso periférico assim como ações no SNC, tais como a estimulação respiração e aumento da atividade psicomo-tora. Os efeitos excitatórios são exercidos nas células dos músculos lisos dos vasos que for-necem sangue à pele e às membranas muco-sas. A função cardíaca também está sujeita aos efeitos excitatórios, que levam a um aumento dos batimentos cardíacos e da força de con-tração. Os efeitos inibitórios, ao contrário, são exercidos nas células dos músculos lisos na pa-rede do estômago, nas árvores brônquicas dos pulmões, e nos vasos que fornecem sangue aos músculos esqueléticos.

A tireóide é uma pequena glândula com “for-mato de borboleta” que se localiza na região anterior do pescoço produz os hormônios ti-reoideanos (T4 e T3), são sistetizados a partir do aminoácido tirosina, e modulam a veloci-dade com que a energia do nosso organismo será consumida. A glândula tireóide é estimu-lada a produzir o T3 e T4 por outro hormônio, o TSH (hormônio tíreo-estimulante ou tireotro-fina), produzido na hipófise (glândula situada no cérebro).

2. imPuLso neRVoso

O impulso nervoso, ou po-tencial de ação, é um fenô-meno de natureza eletro--química e ocorre ao longo da membrana do neurônio a partir do ponto em que ele foi estimulado devido a modificações na perme-abilidade da membrana do neurônio. Essas modifi-cações de permeabilidade permitem a passagem de íons de um lado para o ou-tro da membrana. Como os íons são partículas carrega-das eletricamente, ocorrem também modificações no campo elétrico gerado por essas cargas.

ReFeRÊncia

CHAMPE, P.C. and HARVEY, R.A. Bioquímica ilustrada, 3ª ed, Porto Alegre: Artmed, 2006.

VOET, D.; VOET, J.G. and PRATT, C.W. Funda-mentos da bioquímica, Porto Alegre: Artmed, 2000.

CAMPBELL, M.K. Bioquímica, 3ª ed, Porto Ale-gre: Artmed, 2000.

siTes

(http://www.cerebromente.org.br/n12/funda-mentos/neurotransmissores/nerves_p.html

(http://www.virtualpsy.org/psicossomatica/ti-reoide.html)

http://www.hormone.org/pdf/Portuguese/Hy-pothyroidism_Portuguese.pdf

http://www.alzheimermed.com.br/imagens/conceitos%5Cneuroq1.jpg

Figura 12

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Profa. Rosana Anita da Silva Fonseca Carga Horária I 10H

Química de PRoTeínas

As proteínas possuem várias funções nos processos biológicos. As transformações moleculares do metabolismo celular são mediadas por catálises protéicas. As proteí-nas também possuem funções regulatórias, além de funções estruturais e de transpor-te. A estrutura da proteína determina suas propriedades físicas, químicas e seus meca-nismos de ação. O estudo das proteínas é realizado através de métodos preparativos e técnicas analíticas, que facilitam a compre-ensão das suas características e funções.

oBJeTiVos esPecíFicos

1. Compreender as características estrutu-rais das proteínas;

2. Reconhecer os diferentes métodos de separação de proteínas;

Estrutura da Hemoglobina

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163. Identificar as estruturas primária, secundá-

ria, terciária e quaternária das proteínas;

4. Identificar as interações que estabilizam a estrutura protéica;

5. Reconhecer as proteínas e suas funções.

Palavras-chaves: proteínas, polipeptídeo, he-moglobina.

1. deFiniÇÃoSão polímeros formados por aminoácidos uni-dos entre si através de ligação peptídica. A seqüência linear dos aminoácidos ligados con-tém a informação necessária para formar uma molécula protéica com estrutura tridimensio-nal única. As proteínas podem ser descritas em termos de níveis de organização, em estrutura primária, secundária, terciária e quaternária. Um exemplo de seqüência de aminoácidos é mostrado na figura 1. Cada resíduo está ligado ao próximo por uma ligação peptídica. Os ní-veis mais altos da estrutura das proteínas – se-cundário, terciário e quaternário – referem-se às formas tridimensionais das cadeias polipep-tídicas dobradas.

As proteínas são sintetizadas “in vivo” por uma polimerização passo a passo dos aminoácidos na ordem especificada pela seqüência de nu-cleotídeos de um gene.

De um modo geral, as proteínas possuem, pelo menos, 40 resíduos de aminoácidos e polipeptídeos menores que isso são chama-dos de peptídeos. O maior polipeptídeo co-nhecido é a titina, de 26.926 resíduos, uma proteína gigante (2.990 kD), que favorece a organização da estrutura repetida das fibras musculares. Contudo, a maioria dos peptí-deos contém entre 100 e 1.000 resíduos. As proteínas multissubunidades possuem várias cadeias idênticas ou não idênticas chamadas de subunidades. Algumas proteínas são sin-tetizadas em polipeptídeos simples, que, pos-teriormente, são clivados em duas ou mais cadeias que permanecem associadas, como a insulina por exemplo.

2. esTRuTuRa PRimáRia das PRoTeínasw1

Consiste na seqüência de aminoácidos da sua cadeia polipeptídica ou das suas cadeias poli-peptídicas (Figura 1). A importância da estru-tura primária das proteínas é o ponto-chave para o entendimento de muitas doenças ge-néticas (introdução de erros durante a trans-crição e a tradução), pois uma proteína com seqüência de aminoácidos diferente da normal resulta em organização irregular, com perda ou prejuízo da função normal.

VocÊ saBia?

• [w1]:queaseqüênciadeaminoácidosde-termina a estrutura e a função da proteína, e que durante a síntese protéica, uma tro-ca em apenas um aminoácido pode resul-tar em uma doença?

2.1. a LiGaÇÃo PePTídica

São ligações amida entre o grupo α-carboxila de um aminoácido e o grupo α-amino de ou-tro. As ligações peptídicas não são rompidas por condições desnaturantes, como aqueci-mento ou altas concentrações de uréia. Deve haver uma exposição prolongada a um ácido ou a uma base forte em temperaturas eleva-das, para hidrolisar essas ligações covalentes de forma não-enzimática.

2.2. nomencLaTuRa do PePTídeo

A extremidade amino livre da cadeia peptídica (N-terminal) é escrita à esquerda e a carboxila livre (C-terminal), à direita. Portanto a leitura de um peptídeo é feita da extremidade N para a C-terminal. Cada aminoácido que compõe um peptídeo é denominado resíduo de amino-ácido. A nomenclatura de um polipeptídeo é dada pela alteração dos sufixos -ina, -ano, -ico ou -ato dos aminoácidos para -il , com exceção do aminoácido C-terminal.

As ligações peptídicas têm caráter de dupla li-gação parcial, isto é, mais curtas do que uma ligação simples e é rígida e planar, impedindo a rotação livre da ligação entre o carbono da

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17carbonila e o nitrogênio da ligação peptídica. A ligação peptídica geralmente é uma ligação trans, pois a posição cis é influenciada pela in-terferência estérica dos grupos R.

Os grupos - C = O e - NH da ligação peptídi-ca não possuem carga nem recebem ou doam prótons na faixa de pH de 2 a 12. Estes grupos são polares e estão envolvidos na formação de pontes de hidrogênio.

Os aminoácidos mais abundantes nas prote-ínas são: Leu, Ala, Gly, Ser, Val e Glu, os mais raros são Trp, Cys, Met e His. As propriedades físicas e químicas dos resíduos de aminoáci-dos determinam a estrutura tridimensional de uma cadeia polipeptídica, pois o dobramento da cadeia é conseqüência das forças intramo-leculares entre seus vários resíduos. Em ge-ral, os resíduos hidrofóbicos de uma proteína agrupam-se em seu interior, evitando o conta-to com a água, enquanto que os resíduos hi-drofílicos tendem a posicionar-se na superfície externa da proteína.

Muitas proteínas não são constituídas somen-te de resíduos de aminoácidos, podendo for-mar complexos com íons metálicos, tais como Zn2+ e Ca2+, que podem ligar covalentemente ou de modo não-covalente a certas moléculas orgânicas e podem ser covalentemente modi-ficadas após a tradução pela ligação de grupos fosfato e carboidrato, por exemplo.

3. PuRiFicaÇÃo de PRoTeínasAs variações de tamanho e de composição quí-mica existente entre os polipeptídeos facilitam a escolha de um método para separar as pro-teínas.

Para se isolar uma , a primeira etapa, é remo-vê-la da célula e colocá-la em solução. Se a proteína a ser isolada estiver fortemente asso-ciada à membrana lipídica, um detergente ou solvente orgânico poderá ser usado para solu-bilizar os lipídeos, liberando a proteína.

Quando removida de seu ambiente natural, a proteína fica exposta a muitos agentes que

podem danificá-la de forma irreversível. Com relação à estabilização das proteínas, os se-guintes fatores devem ser considerados:

1. pH A dissolução dos materiais biológicos é fei-

ta em solução tampão em cujos valores de pH os materiais são estáveis. Em pH fora da condição de estabilidade, podem cau-sar desnaturação (deformação estrutural) e, até mesmo, a degradação química.

2. Temperatura A estabilidade térmica das proteínas é mui-

to variada. As purificações de proteínas são, em geral, conduzidas a temperaturas próximas a 0ºC.

3. Presença de Proteases São enzimas degradativas, liberadas du-

rante o rompimento da célula para puri-ficação da proteína. Estas enzimas hidro-lisam as ligações peptídicas das proteínas e podem ser inibidas, ajustando-se o pH ou temperatura que desativem as enzimas (sem interferir na proteína de interesse) ou pela adição de compostos que bloqueiem sua ação de modo específico.

4. Adsorção à superfície Muitas proteínas são desnaturadas pelo

contato com a interface ar-água ou com as interfaces vidro-água ou plástico-água.

5. Armazenamento Processos devido ao armazenamento de-

vem ser evitados, como a lenta oxidação ou a contaminação microbiana. Muitas ve-zes, as soluções de proteínas são armaze-nadas em atmosfera de nitrogênio ou gás argônio (em vez de ar, que contém cerca de 21% de oxigênio) e refrigerados a baixa temperatura.

3.1 TÉcnicas de sePaRaÇÃo de PRoTeínas

As proteínas são purificadas por procedimen-tos de fracionamento, que são favorecidos pelas várias propriedades físico-químicas das proteínas. As técnicas utilizadas envolvem a eliminação dos demais componentes da mis-tura, de forma que somente a substância de

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18interesse permaneça. Algumas propriedades das proteínas e os procedimentos utilizados na separação estão listados abaixo:

seqüência de proteínas homólogas pode ser analisada por computador para construir a árvore filogenética, representada por um dia-grama, que indica a relação ancestral entre os organismos que produzem aquela proteína.

4. PRoTeínas e sua esTRuTuRa TRidimensionaLAcreditava-se que as proteínas eram colóides de estrutura aleatória e que as atividades en-zimáticas de determinadas proteínas cristaliza-das eram devidas a entidades desconhecidas associadas a proteínas carreadoras inertes. Em 1934, J.D.Bernal e Dorothy Crowfoot Hodgkin evidenciaram que a proteína pepsina não era um colóide aleatório, mas uma organização ordenada de átomos em uma molécula gran-de, peculiar e estruturada. Os níveis de com-plexidade estrutural das proteínas são:

A estrutura secundária é o arranjo espacial dos átomos de um esqueleto polipeptídico, sem levar em consideração a conformação de suas cadeias laterais.

A estrutura terciária é a estrutura tridimensio-nal de um polipeptídeo inteiro.

A estrutura quaternária é o arranjo espacial de suas subunidades, quando a proteína apresen-ta estas.

A Figura 1 apresenta os quatro níveis estrutu-rais das proteínas.

Propiredade Procedimento

Carga Cromatografia de troca iônica Eletroforese

Polaridade Cromatografia de interação hidrofóbica

Tamanho Cromatografia de filtração em gel SDS-PAGE Ultracentrifugação

Ligação específica Cromatografia por afinidade

3.2 seQuenciamenTo de PRoTeínas

A insulina foi a primeira proteína que teve seqüência de aminoácidos determinada por Frederick Sanger em 1953. A importância do seqüenciamento protéico favorece: a determi-nação da sua estrutura tridimensional, as des-cobertas das relações evolucionárias entre es-pécies e a causa de muitas doenças genéticas.

3.3 eVoLuÇÃo das PRoTeínas

O material genético de um organismo especi-fica a seqüência de aminoácidos de todas as suas proteínas. Alterações nos genes, devido a mutações, alteram a estrutura primária das proteínas. Muitas mutações são danosas ou produzem efeitos letais, fazendo os seus porta-dores desaparecerem. Em raras ocasiões, uma mutação aumenta a aptidão do seu hospedei-ro. Essa é a essência da evolução Darwiniana.

As estruturas primárias de uma dada proteína em espécies próxi-mas são muito pa-recidas entre si. Em geral, a comparação da estrutura primá-ria de proteínas ho-mólogas (proteínas evolucionariamente relacionadas) indica qual dos resíduos da proteína é es-sencial para a sua função, ora são me-nos importante, ora possuem pequena função específica. A

Figura 1. Níveis estruturais das proteínas. (a) Estrutura primária, (b) estrutura secundária, (c) estrutura terciária e (d) estru-tura quaternária. (Fonte: Voet, 1999)

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194.1 esTRuTuRa secundáRia

O esqueleto polipeptídico assume uma estru-tura tridimensional, formando arranjos regula-res de aminoácidos que estão localizados uns próximos aos outros na seqüência linear. Esses arranjos regulares de dobramento de polipep-tídeos são a hélice α, a folha β e a dobradura β.

4.2 a HÉLice α

Dentre as várias hélices polipeptídicas encon-tradas na natureza, a hélice α é a mais co-mum. Sua descoberta ocorreu em 1951, por Linus Pauling, por meio de uso de um modelo estrutural. Sua estrutura helicoidal consiste de um esqueleto polipeptídico central em espiral e bem compacto, com as cadeias laterais dos aminoácidos que a compõem, estendendo-se para fora do eixo central, de modo a evitar in-terferência estérica entre si. Exemplos de pro-teínas que contêm hélice α são as queratinas, que são proteínas fibrosas que constituem o principal componente de tecidos, como o ca-belo e a pele. A queratina é uma proteína que apresenta rigidez, enquanto que a mioglobina é uma molécula globular flexível, mesmo apre-sentando um grande percentual de hélice α.

Características da estrutura em hélice α

Sua estrutura é estabilizada por uma grande quantidade de pontes de hidrogênio entre os átomos de oxigênio das carbonilas e os hidro-gênios das amidas das ligações peptídicas que compõem o esqueleto polipeptídico (Figura 2). As pontes de hidro-gênio estendem-se na espiral, do oxigênio da carbonila ao grupo - NH - de uma ligação peptí-dica, quatro resíduos à frente no polipeptídeo, assegurando que todas as ligações peptídicas, exceto a primeira e a última, estejam ligadas entre si através de pon-tes de hidrogênio.

A hélice α é orientada para a direita, ou seja, é torcida na mesma direção em que os dedos da mão direita se fecham quando o polegar aponta para a direção em que a hélice sobe. Cada passo ou volta completa de uma hélice α apresenta 3,6 resíduos de aminoácidos. Esta conformação aproxima os resíduos de aminoá-cidos separados por três ou quatro resíduos na seqüência primária.

O aminoácido prolina quebra uma hélice α, porque seu grupo imino não é compatível geometricamente com a espiral voltada para a direita da hélice α, inserindo, deste modo, uma dobra na cadeia que interrompe a estru-tura em hélice. Uma grande quantidade de resíduos de aminoácidos carregados também quebra a hélice α, pela formação de ligações iônicas ou por se repelir eletrostaticamente um aminoácido ao outro. Os aminoácidos com ca-deias laterais volumosas (como o triptofano) e aqueles que se ramificam no carbono β (como a valina e a isoleucina) podem interferir com a formação de uma hélice α, se estiverem em grande número.

4.3. FoLHa β

Em 1951, Pauling e Corey postularam a exis-tência de uma outra estrutura secundária, a folha β. Assim como a hélice α, a folha β en-volve todos os componentes da ligação pep-

tídica com pontes de hidrogênio (Figura 3(a)). En-tretanto, na folha β, as pontes de hidrogênio ocor-rem entre cadeias po l ipep t íd i ca s vizinhas em vez de no interior da cadeia.

Figura 2. Hélice α mostrando o esqueleto do peptídeo. (Fonte: Champe, Artmed, 3ª ed, 2006.)

Ponto de hidrogênio intracadeia

As cadeias laterais dos aminoácidos se estendem para fora da hélice.

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20Características da estrutura em folha β

São compostas de duas ou mais cadeias peptídicas (fitas β) ou segmentos de cadeias polipeptídi-cas, que se apresentam quase totalmente estendidas. Suas pontes de hidrogênio são perpendicu-lares ao esqueleto polipeptídico (Figura 3(a)).

A disposição da estrutura em folha β pode apresentar duas variações, as folhas β antiparalelas e as folhas β paralelas. Na forma antiparalela as cadeias polipeptídicas vizinhas ligadas por pontes de hidrogênio seguem em direções opostas, de modo que as extremidades N-terminal e C-terminal das folhas β alternam-se (Figura 3(b)). Enquanto que na, forma paralela, as cadeias ligadas por pontes de hidrogênio se estendem na mesma direção, com todas as extremidades N-terminal das folhas β juntas (Figura 3(c)).

A presença de pontes de hidrogênio entre os esqueletos polipeptídicos de cadeias separadas ca-racteriza ligações intercadeias. Quando uma folha β é formada por uma única cadeia polipeptídi-ca, dobrando-se sobre si mesma (Figura 3(a)) as pontes de hidrogênio são denominadas ligações intracadeia.

Figura 3. A estrutura de uma folha β. (a) A presença das pontes de hidrogênio intercadeia na estrutura β, (b) uma folha β antiparalela, com fitas β representadas por setas largas, (c) uma folha β paralela, formada por uma única cadeia polipeptídica, dobrando-se sobre si mesma.

4.4 cuRVaTuRa β (VoLTas ReVeRsas)

Segmentos com estrutura secundária regular, como as hélices α ou folhas β são tipicamente unidas por pedaços de polipeptídeos que mu-dam abruptamente de direção. Tais curvaturas β ou voltas reversas auxiliam a formação de

uma estrutura protéica compacta e globular. Elas, geralmente, ocorrem na superfície das proteínas e, freqüentemente, contêm resíduos carregados. A maioria das voltas reversas en-volve quatro resíduos consecutivos de amino-ácidos, um dos quais pode ser a prolina – o iminoácido que causa uma dobra na cadeia polipeptídica. A glicina, o aminoácido com

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21menor grupo R, também é encontrado com freqüência na curvatura β. Pontes de hidrogê-nio e ligações iônicas estabilizam a curvatura β.

4.5 esTRuTuRa secundáRia nÃo-RePeTiTiVa

As proteínas, em sua maioria, são proteínas globulares que, ao contrário das proteínas fibrosas, podem conter vários tipos de estru-turas regulares, incluindo hélice α, folha β e outros elementos reconhecíveis. Uma porção significativa da estrutura de uma proteína pode ser irregular ou única.

4.6 esTRuTuRas suPeRsecundáRias (moTiVos)

As estruturas supersecundárias são geralmen-te produzidas pelo agrupamento das cadeias

laterais de elementos estruturais secundários adjacentes, próximos um do outro.

A forma mais comum da estrutura superse-cundária é o motivo βαβ, em que uma hélice α conecta duas fitas paralelas de uma folha β (Fi-gura 4(a)). Uma outra estrutura supersecundá-ria comum é o motivo grampo β (ou meandro β), que consiste de fitas antiparalelas conecta-das por fitas reversas (Figura 4 (b)).

Em um motivo αα, duas hélices α antipara-lelas consecutivas arranjam-se uma contra a outra com seus eixos inclinados. Isso permite interações energeticamente favoráveis de suas cadeias laterais que estão em contato (Figura 4(c)). Estas interações estabilizam a conforma-ção em espiral-enrolada da α-queratina.

O motivo barril β é formado por folhas β es-tendidas e enroladas, conforme figura 4 (d).

Figura 4. Motivos-proteína. (a) Motivo βαβ, (b) grampo β, (c) motivo αα e (d) barril β.

5. esTRuTuRa TeRciáRia das PRoTeínas GLoBuLaResA estrutura terciáriaW2 é determinada pela es-trutura primária da cadeia polipeptídica. A es-trutura terciária descreve o dobramento dos

elementos estruturais secundários e especi-fica as posições de cada átomo na proteína, incluindo as das cadeias laterais. A estrutura das proteínas globulares em solução aquosa é compacta; nela as cadeias laterais hidrofóbicas são posicionadas no interior da molécula, en-quanto que os grupos hidrofílicos geralmente são encontrados na superfície da molécula,

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22onde interagem com a água, através de pon-tes de hidrogênio ou interações eletrostáticas.

VocÊ saBia?

• [W2]:queascaracterísticascomunsdaes-trutura terciária das proteínas revelam suas funções biológicas e suas origens evolutivas?

5.1 domínios

As cadeias polipeptídicas, contendo mais de 200 resíduos de aminoácidos normalmente se dobram em dois ou mais aglomerados globu-lares denominados domínios. Muitos domínios são unidades estruturalmente independen-tes, que possuem características de proteínas globulares pequenas. O centro do domínio é formado a partir de combinações de elemen-tos estruturais supersecundários (motivos). Os domínios freqüentemente apresentam uma função específica, como a de ligar moléculas pequenas.

5.2 inTeRaÇÕes Que esTaBiLiZam a esTRuTuRa TeRciáRia

Interações entre as cadeias laterais dos resíduos de aminoácidos direcionam o dobramento do polipeptídeo, para formar uma estrutura com-pacta. Estas interações são descritas a seguir.

A. PONTES DISSULFETO

A ponte dissulfeto é uma ligação covalente formada pelos grupos sulfidrila ( - SH) de dois resíduos de cisteína, produzindo um resíduo de cistina (figura 5 do capítulo 1). As pontes dissulfeto dentro e entre as cadeias polipeptí-dicas formam-se à medida que uma proteína se dobra para adquirir sua conformação na-tiva. O dobramento de uma ou mais cadeia polipeptídica aproxima os resíduos de cisteína e permite a ligação covalente de suas cadeias laterais. As pontes dissulfeto são raras nas pro-teínas intracelulares, pois o citoplasma é um ambiente redutor. A maioria das pontes dissul-feto ocorre em proteínas secretadas da célula para um ambiente extracelular mais oxidante. Muitas ligações dissulfeto são encontradas em proteínas, como as imunoglobulinas, que são secretadas pelas células. Estas fortes ligações

covalentes contribuem para estabilizar a estru-tura das proteínas e evitar que elas se tornem desnaturadas no meio extracelular.

B. INTERAÇÕES HIDROFÓBICAS

As interações hidrofóbicas fazem com que substâncias apolares minimizem seus conta-tos com solventes polares, como a água. No caso de uma cadeia polipeptídica, os grupos R dos resíduos de aminoácidos que são apo-lares interagem com outros grupos de mesma característica, ficando no interior da molécula protéica (Figura 5). Em contraste, aminoáci-dos com cadeias laterais polares ou com carga tendem a ficar na superfície da molécula, em contato com solvente polar. As proteínas lo-calizadas em membranas celulares mostram-se diferentes, as cadeias laterais de aminoácidos hidrofílicos estão localizadas no interior do po-lipeptídeo, enquanto que os aminoácidos hi-drofóbicos estão localizados na superfície da molécula, em contato com o a membrana lipí-dica de caráter apolar.

Figura 5. Interações entre aminoácidos com cadeias laterais apo-lares.

C. PONTES DE HIDROGÊNIO

As interações hidrofóbicas fazem com que substâncias apolares minimizem seus conta-tos com solventes polares, como a água. No caso de uma cadeia polipeptídica, os grupos

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23R dos resíduos de aminoácidos que são apo-lares interagem com outros grupos de mesma característica, ficando no interior da molécula protéica (Figura 5). Em contraste, aminoáci-dos com cadeias laterais polares ou com carga tendem a ficar na superfície da molécula, em contato com solvente polar. As proteínas lo-calizadas em membranas celulares mostram-se diferentes, as cadeias laterais de aminoácidos hidrofílicos estão localizadas no interior do po-lipeptídeo, enquanto que os aminoácidos hi-drofóbicos estão localizados na superfície da molécula, em contato com o a membrana lipí-dica de caráter apolar.

moléculas de água remanescente são expeli-das do interior hidrofóbico. Desta forma, as proteínas parecem ser dobradas de uma for-ma hierarquizada. O dobramento ocasiona in-terações de atração (quando possuem cargas opostas) e de repulsão (quando possuem car-gas semelhantes) entre as cadeias laterais. In-terações, como pontes de hidrogênio, intera-ções hidrofóbicas e pontes dissulfeto também podem influenciar o processo de dobramento. As proteínas evoluíram para obter rotas de do-bramento eficientes e conformações estáveis. No entanto, podem ocorrer na natureza do-bramentos errados, e o depósito dessas proteí-nas está associado a algumas doenças.

Figura 6. Interações de cadeias laterais de aminoácidos por meio de pontes de hidrogênio e ligações iônicas.

5.3 doBRamenTo PRoTÉico

Observações experimentais indicam que o do-bramento de uma proteína é iniciado com a formação de segmentos locais de estrutura secundária (hélices α e folhas β). Este estágio inicial de dobramento é bastante rápido. No segundo estágio, a estrutura secundária torna--se estável, e a estrutura terciária começa a ser formada (Figura 7). No estágio final do dobra-mento, a proteína sofre uma série de movi-mentos complexos por meio do qual adquire a organização rígida das suas cadeias laterais e pontes de hidrogênio internas, enquanto as

Figura 7. Etapas no dobramento protéico.

5.4 cHaPeRonas moLecuLaRes

As chaperonas ou proteínas de choque térmi-co são um grupo especializado de proteínas necessário para o dobramento adequado de muitas espécies de proteínas. O dobramento protéico ocorre durante os estágios da sua síntese. As chaperonas ligam-se ao polipeptí-deo não dobrado ou a cadeias polipeptídicas parcialmente dobradas, tendo como função evitar associação imprópria de segmentos hi-drofóbicos expostos, os quais poderiam levar à agregação de polipeptídeos e à precipitação. Esta função é, principalmente, importante para aquelas proteínas com multidomínios e multissubunidades.

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6. esTRuTuRa QuaTeRnáRia das PRoTeínasA estrutura quaternária refere-se ao arranjo es-pacial de duas ou mais cadeias polipeptídicas. Uma proteína dimérica, trimérica ou multimé-rica (com duas, três e várias subunidades, res-pectivamente) apresenta estrutura quaterná-ria, ao contrário da monomérica (apenas uma subunidade polipeptídica). Estas subunidades podem ser iguais ou diferentes, e, em geral, associam-se de modo não-covalente. As regi-ões de contato entre as subunidades se asse-melham muito com o interior de uma proteína monomérica. Elas contêm cadeias laterais apo-lares muito agregadas, pontes de hidrogênio, envolvendo os esqueletos polipeptídicos e suas cadeias laterais e, em alguns casos, pontes dis-sulfeto intercadeias.

6.1 desnaTuRaÇÃo PRoTÉica

A desnaturação protéica é decorrente do des-dobramento e da desorganização das estrutu-ras secundárias e terciárias, sem que ocorra a quebra das ligações peptídicas. As proteínas podem ser desnaturadas por uma variedade de condições e substâncias. O calor, ácidos fortes, bases fortes, detergentes, solventes orgânicos, agitação mecânica, íons ou metais pesados, como chumbo e mercúrio são agen-tes desnaturantes. A desnaturação pode ser reversível, quando a proteína se dobra nova-mente, em sua estrutura original, no momento em que o agente desnaturante for removido. No entanto a maioria das proteínas, quando, desnaturadas, ficam permanentemente altera-das, tornando-se insolúveis e precipitando.

6.2 doBRamenTo inadeQuado das PRoTeínas

Quando ocorre um dobramento de forma irre-gular, normalmente essas proteínas são mar-cadas e degradadas dentro da célula. Quando isto não ocorre, por falha no mecanismo, agre-gados protéicos inadequadamente dobrados intra ou extracelulares se acumulam, principal-mente durante o envelhecimento. Estes agre-gados insolúveis de proteínas, denominados

depósitos amilóides, caracterizam algumas doenças neurológicas, como a doença de Al-zheimer. A proteína amilóide β forma depósi-tos fibrosos ou placas no cérebro de pacientes com Alzheimer.

A proteína príon está presente no tecido cere-bral normal onde, aparentemente, se apresen-ta, de modo predominante, na conformação de hélice α, enquanto que uma mistura de hé-lices α e folhas β formam agregados fibrosos insolúveis, que danificam as células cerebrais. Esta proteína tem sido implicada como agen-te causador das encefalopatias espongiformes transmissíveis (EETs), incluindo a doença hu-mana de Creutzfeldt-Jakob, “scrapie” em ove-lhas, e a encefalopatia espongiforme bovina no gado (“doença da vaca louca”). As EETs são fatais, e atualmente nenhum tratamento é ca-paz de alterar esse resultado.

7. FunÇÕes das PRoTeínasA complexidade e a variedade de proteínas permitem a realização de uma grande quanti-dade de funções biológicas especializadas.

7.1 mioGLoBina

A mioglobina foi a primeira proteína a ter sua estrutura determinada por cristalografia de raio X. É uma molécula pequena intracelular do músculo dos vertebrados. A determinação de sua estrutura revelou que ela possui oito hélices α arranjadas de modo a formar uma proteína globular. Contém um único grupa-mento heme firmemente encaixado em uma concavidade hidrofóbica. O heme é um com-plexo entre a protoporfirina IX e o íon ferroso (Fe2+), no qual o ferro está preso no centro da molécula do heme, por meio de ligações, aos quatro nitrogênios do anel porfirínico. O fer-ro do heme pode formar duas interações adi-cionais, uma de cada lado do plano do papel porfirínico. Na mioglobina e na hemoglobina, uma dessas posições estabelece uma intera-ção coordenada com a cadeia lateral de um resíduo de histidina da molécula da globina, enquanto que a outra fica disponível para ligar o oxigênio. O átomo de ferro do grupo heme

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25isolado, quando exposto ao oxigênio, é oxida-do de modo irreversível à Fe3+, uma forma que não liga oxigênio. A porção protéica da mioglobina (e também da hemoglobina) im-pede essa oxidação e torna possível a ligação do oxigênio ao grupo heme. Sob determina-das condições, o Fe2+ da mioglobina ou da hemoglobina se oxida a Fe3+ formando, res-pectivamente, a metmioglobina ou a metemo-globina; essas proteínas são responsáveis pela coloração marrom da carne velha e do sangue seco. Além do oxigênio, outras moléculas pe-quenas, como CO (carboxihemoglobina, quan-do ligado à hemoglobina), NO e H2S, podem ligar-se aos grupos heme com afinidade muito maior do que o O2, o que explica sua toxidade.

Achava-se que a mioglobina era apenas uma proteína de armazenamento de oxigênio, no entanto hoje se sabe que sua principal função fisiológica consiste em facilitar o transporte de oxigênio no músculo. É provável que a função de armazenamento de oxigênio seja significa-tiva somente nos mamíferos aquáticos, como baleias e focas, cujas concentrações de mio-globina muscular são aproximadamente 10 vezes maiores que nos mamíferos terrestres. A mioglobina liga-se ao oxigênio de forma rever-sível, e sua curva de associação descreve uma hipérbole (Figura 8).

7.2 HemoGLoBina

A hemoglobina é encontrada exclusivamente nos eritrócitos, cuja principal função é trans-portar oxigênio dos pulmões até os capilares. Os animais demasiadamente grandes, com es-pessura maior que 1mm, para transportarem quantidades suficientes de oxigênio para os seus tecidos, possuem sistemas circulatórios, contendo hemoglobina ou uma proteína com funções similares. Ao contrário, pequenos or-ganismos contam com a difusão do oxigênio para suprir suas necessidades respiratórias. O aparecimento esporádico de proteínas seme-lhantes à hemoglobina em bactérias levanta a possibilidade de transferência de genes de animais para bactérias em um ou mais mo-mentos durante a evolução. Em algumas legu-minosas, as leghemoglobinas suprem de O2 as bactérias fixadoras de nitrogênio que colo-nizam os nódulos radiculares. Alguns anelíde-os, como a minhoca, possuem a clorocruorina como transportador de oxigênio, que contém uma porfirina diferente da encontrada na he-moglobina, responsável pela coloração verde da clorocruorina. Outras proteínas que ligam O2, como a hemocianina e a hemeritrina, não possuem grupo heme e ocorrem somente nos invertebrados. A hemocianina, uma proteína extracelular, possui dois átomos de cobre na sua estrutura, apresentando cor azul, quando oxigenada e incolor, quando desoxigenada. A hemeritrina, uma proteína intracelular, contém dois átomos de ferro e apresenta-se púrpura, quando oxigenada e incolor, quando desoxi-genada. De uma forma geral, a maioria das moléculas transportadoras de oxigênio extra-celulares com grandes massas podem desem-penhar outras funções, como tampões contra alterações de pH e flutuações osmóticas. Em algumas espécies de invertebrados, as proteí-nas que se ligam ao oxigênio podem servir de reserva nutricional, por exemplo, durante a metamorfose ou na muda.

A principal hemoglobina em adultos, a hemo-globina A, é um tetrâmero composta por duas cadeias alfa (α1 e α2) e duas beta (β1 e β2), unidas por ligações não-covalentes. Cada su-bunidade contém segmento de estrutura em hélice α além de uma fenda em que se liga o grupo heme (fig. voet p166). A hemoglobina também transporta o dióxido de carbono dos tecidos para os pulmões. Ao contrário da mio-

Figura 8. Curvas de saturação do oxigênio-hemoglobina e oxigênio-mio-globina.

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26globina, a ligação do oxigênio à hemoglobina é influenciada pela ação de efetores alostéri-cos, como pela pO2, pelo pH, pela pCO2 (car-baminohemoglobina) e pela disponibilidade do 2,3-bisfosfoglicerato.

A curva de associação da hemoglobina ao oxi-gênio tem forma sigmoidal (Figura 8), indican-do que as subunidades cooperam na ligação do oxigênio. A ligação cooperativa do oxigênio às quatro subunidades da hemoglobina signi-fica que a ligação de uma molécula de oxigê-nio a um dos grupos heme facilita a ligação da segunda molécula de oxigênio e assim su-cessivamente até a ligação da quarta molécula de oxigênio. Isto porque a entrada da primeira molécula rompe, na hemoglobina, interações como pontes salinas e pontes de hidrogênio, que mantinham a proteína na forma tensa (T), que é a forma desoxigenada. O rompimento dessas interações leva à forma relaxada (R), que tem alta afinidade pelo oxigênio.

7.3 coLáGeno

É a proteína mais abundante nos vertebrados e ocorre em todos os animais multicelulares. Suas fibras, fortes e insolúveis, conferem re-sistência ao estresse dos tecidos conectivos, como os ossos, os dentes, a cartilagem, os ten-dões e as matrizes fibrosas da pele e das veias. A molécula de colágeno é constituída por três cadeias polipeptídicas, formando uma tripla hélice (figura 9). Os mamíferos possuem cer-ca de 30 cadeias geneticamente diferentes, as quais são montadas em, pelo menos, 19 tipos de colágeno encontrados em tecidos diferentes de um mesmo indivíduo. O colágeno apresen-ta uma composição de aminoácidos, em que quase um terço é resíduo de glicina, outros 15 a 30 % são prolina e 4-hidroxiprolina, e hidro-xilisina também ocorre no colágeno. A prolina facilita a formação da conformação helicoidal em cada uma das cadeias α, porque a sua estrutura em anel causa “torções” na cadeia polipeptídica. Enquanto que a glicina, por ser um aminoácido pequeno, se adapta ao espa-ço restrito onde as três hélices se aproximam. As cadeias polipeptídicas do colágeno sofrem modificação pós-traducional, tais como hidro-xilação da prolina e da lisina, dependente de vitamina C, e a glicosilação de alguns resíduos de hidroxilisina.

7.4 eLasTina

Ao contrário do colágeno, o qual forma fibras que apresentam alta resistência à tensão, a elastina apresenta propriedades elásticas, se-melhante à da borracha. A elastina é encontra-da nos pulmões, na parede de grandes artérias e nos ligamentos elásticos. A elastina é uma proteína insolúvel composta, em grande parte, de aminoácidos pequenos e apolares, como glicina, alanina e valina, e, além destes tam-bém é rica em prolina e lisina, contendo pouca hidroxiprolina, sem conter hidroxilisina. A pro-priedade elástica é conferida pela presença da desmosina, que é formada por três resíduos de alisina (lisina após sofrer desaminação) e um resíduo de lisina unidos por ligações cruzadas.

7.5 FiBRoína da seda

Os insetos e os aracnídeos (aranhas) produzem várias sedas para fabricar estruturas, como ca-sulos, teias, ninhos e pedúnculos de ovos. A fibroína da seda é uma proteína fibrosa que consiste de folhas β antiparalelas cujas cadeias estendem-se paralelamente, ao eixo da fibra. A estrutura das folhas β da seda é responsável por suas propriedades mecânicas, apresentan-do-se entre as fibras mais fortes. Pode ser um pouco distendida, pois, para esticá-la mais, seria necessário romper as ligações covalen-tes das suas cadeias polipeptídicas, que já se

Figura 9. A tripla hélice do colágeno. (Fonte: Voet, 1999)

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27encontram quase totalmente distendidas. As folhas β vizinhas associam-se por forças de van der Waals, conferindo uma flexibilidade à seda.

7.6 QueRaTina

É uma proteína durável e quimicamente não--reativa que ocorre em todos os vertebrados superiores. Constitui o principal componen-te dos cabelos, da pele, dos chifres, unhas e penas. As queratinas têm sido classificadas como α-queratinas, que ocorrem em mamífe-ros, e β-queratinas, que ocorrem em pássaros e répteis. Cada mamífero possui cerca de 30 variantes de queratina, cuja expressão varia de acordo com o tecido. A α-queratina é rica em resíduos de cisteína, que formam pontes dissulfeto responsáveis pela ligação cruzada entre cadeias polipeptídicas adjacentes. As α-queratinas são classificadas em “duras” ou “moles”, se possuírem alto ou baixo teor de enxofre. As queratinas duras, como as do ca-belo, do chifre e das unhas, são menos flexíveis que as queratinas moles, como a da pele e de calos, resistindo à deformação devido às pon-tes dissulfeto.

ResumoAs propriedades das proteínas dependem, em grande parte, do seu tamanho e da seqüência dos seus polipeptídeos.

As técnicas de purificação de proteínas ba-seiam-se na solubilidade, na carga, no tama-nho e na especificidade de ligação.

As proteínas evoluem a partir de modificações na sua estrutura primária. A comparação das proteínas em diferentes espécies pode mostrar quais resíduos são os mais essenciais para a estrutura e a função da proteína. Além disso a comparação das seqüências dos polipeptídeos mostra a relação evolucionária entre as dife-rentes proteínas dentro da mesma espécie.

Os resíduos de aminoácidos que compõem as proteínas determinam características estrutu-rais e funcionais destas.

A hemoglobina e a mioglobina são proteínas que apresentam a função de transporte de oxigênio.

O colágeno, a elastina, a fibroína e a querati-na apresentam estrutura que as caracterizam como proteínas estruturais.

HiPeRLinK

TÉcnicas de sePaRaÇÃo de PRoTeínas

Solubilidade das proteínasA presença de grupos carregados nas proteí-nas caracteriza uma solubilidade dependente da concentração de sais dissolvidos, da pola-ridade do solvente, do pH e da temperatura. Essas variáveis podem ser manipuladas para precipitar seletivamente algumas proteínas, ao passo que outras se mantêm solúveis. A adição de sal é um dos procedimentos mais comu-mente usados para purificar proteínas.

CromatografiaNa maioria dos procedimentos cromatográfi-cos modernos, a mistura de substâncias a ser fracionada é dissolvida em um líquido (fase móvel). E ele é passado através de uma colu-na, contendo uma matriz sólida e porosa (fase estacionária). Quando os solutos fluem atra-vés da coluna, eles interagem com a fase es-tacionária, e sua eluição é retardada. Tal retar-damento depende das propriedades de cada soluto. Se a coluna for comprida o suficiente, substâncias com diferentes taxas de migração serão separadas.

A cromatografia líquida de alta performance (HPLC) emprega sistema automático com me-lhor resolução e reprodutibilidade da separação.

Na cromatografia de troca iônica, as molécu-las carregadas ligam-se aos grupos de carga de sinal contrário imobilizados na matriz. A afini-dade de ligação de uma proteína depende da presença de outros íons, que competem com ela pela ligação ao trocador de íons e do pH da solução, que influencia na carga líquida da proteína.

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28Na cromatografia de filtração em gel (também chamada de cromatografia de exclusão por ta-manho, cromatografia de permeação em gel ou peneira molecular), as moléculas são sepa-radas de acordo com seu tamanho e forma. A fase estacionária consiste de esferas de gel, contendo poros cujos intervalos de tamanho são relativamente estreitos. As moléculas gran-des, por terem acesso a um menor número de poros, atravessam a coluna mais rapidamen-te que as moléculas pequenas, que possuem acesso a um maior número de poros.

A cromatografia de afinidade utiliza a proprie-dade de muitas proteínas a se ligarem forte-mente a certas moléculas sem a mediação de ligações covalentes, enquanto que na croma-tografia de imunoafinidade a proteína é sepa-rada, por ligar-se a um anticorpo específico.

Eletroforese em gelUma molécula com carga se desloca em um campo magnético através de um gel em uma velocidade proporcional à sua densidade de carga total, tamanho e forma. O pH no gel deve ser grande o suficiente, de forma que praticamente todas as proteínas possuam car-ga líquida negativa e se movam em direção ao ânodo quando a voltagem for aplicada. As moléculas de tamanho e carga similares mo-vem-se como uma banda única através do gel.

UltracentrifugaçãoPode atingir velocidades rotacionais de 80.000 rpm de forma a produzir campos centrifugais superiores a 600.000g. A taxa na qual uma partícula sedimenta na ultracentrífuga está re-lacionada a sua massa (a densidade da solução e a forma da partícula também afetam a taxa de sedimentação).

eXeRcício

1. A proteína é de grande importância para os seres vivos, apresentando funções bas-tante diversificadas. A compreensão de sua estrutura permite entender características peculiares, como, solubilidade, ativida-de catalítica, desnaturação e até algumas doenças. Baseado na estrutura das prote-ínas descreva a importância da seqüência

de aminoácidos em uma proteína. Porque está seqüência determina sua configura-ção? Associe a configuração de algumas proteínas com suas características que de-terminam suas funções. Características do meio, como pH e temperatura podem in-fluenciar esta configuração? Explique.

ReFeRÊncia

CHAMPE, P.C. & HARVEY, R.A. Bioquímica Ilus-trada, 3ª ed, Porto Alegre: Artmed, 2006.

VOET, D., VOET, J.G. & PRATT, C. W. Funda-mentos da Bioquímica, Porto Alegre: Artmed, 2000.

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enZimas

Profa. Rosana Anita da Silva Fonseca Carga Horária I 10H

Inicialmente Louis Pasteur e outros pesqui-sadores acreditavam que os sistemas vivos possuíam uma “força vital”, diante da im-possibilidade de reproduzirem a maioria das reações bioquímicas. Justus von Liebig e outros investigadores concluíram que os processos biológicos eram causados pela ação de substâncias químicas que, na épo-ca, eram conhecidas como “fermento”. O termo “enzima” (do grego, en, em + zyme, levedura) foi criado em 1878 significando que era encontrada na levedura. A compo-sição química das enzimas ficou estabele-cida a partir de 1926, quando James Su-mner cristalizou a urease do feijão de soja demonstrando que esta era uma proteína.

Conversão do Pepsinogênio em Pepsina

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30oBJeTiVos esPecíFicos

1. Definir enzimas;

2. Reconhecer as diferentes classes de enzimas;

3. Reconhecer as nomenclaturas das enzimas;

4. Identificar as propriedades das enzimas;

5. Identificar os tipos de mecanismos catalíticos;

6. Reconhecer os fatores que afetam a velocidade de uma reação enzimática;

7. Compreender os tipos de inibição enzimática;

8. Identificar as formas de regulação da atividade enzimática;

9. Compreender a utilização da dosagem de enzimas no diagnóstico clínico.

1. deFiniÇÃoEnzimas são catalisadores biológicos que aumentam a velocidade das reações, podendo ocorrer nos tecidos.

2. nomencLaTuRaAs enzimas possuem duas nomenclaturas, a nomenclatura recomendada, para uso rotineiro, e a nomenclatura sistemática utilizada para minimizar ambigüidades.

2.1 nomencLaTuRa Recomendada

De um modo geral, a nomenclatura das enzimas é dada pelo nome do substrato com o sufixo “-ase” (por exemplo, urease e sacarase) ou por uma expressão que descreva sua ação catalítica (por exemplo, álcool-desidrogenase). Algumas enzimas mantêm seu nome original, o qual não tem associação com a reação enzimática (por exemplo, catalase e pepsina).

2.2 nomencLaTuRa sisTemáTica

Um esquema de classificação funcional sistemática e de nomenclatura de enzimas foi adotado pela International Union of Biochemistry and Molecular Biology (IUBMB), no qual as enzimas são divididas em seis classes principais assim como subclasses e sub-subclasses. O sufixo “-ase” é adicionado para completar a descrição da reação química catalisada. Por exemplo, a enzima cuja nomenclatura recomendada é carboxipeptidade A possui nomenclatura sistemática peptidil--L-aminoácido-hidrolase e número de classificação EC 3.4.17.1 (“EC” é a abreviatura de Enzyme Comission; os números representam a classe, subclasse, sub-subclasse e o seu número de série dentro da sub-subclasse).

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4. PRoPRiedades das enZimasAs enzimas são catalisadores biológicos, que atuam em quase todas as reações bioquímicas que ocorrem nos seres vivos. A grande maioria das enzimas são proteínas, no entanto alguns tipos de RNAs, chamados ribozimas, também possuem ação catalítica.

4.1 síTios aTiVos

Sítio ativo é uma região específica do tipo fenda, encontrada na enzima. Nesta fenda, encontram-se cadeias laterais de aminoáci-dos, que criam uma superfície tridimensional

complementar ao substrato. O sítio ativo liga o substrato, formando-se, então, um complexo enzima-substrato (ES), o qual é convertido em enzima-produto (EP), que, posteriormente, se dissocia em enzima e produto.

4.2 VeLocidade de ReaÇÃo

As velocidades de reação catalisadas por enzi-mas são da ordem de 103 a 108 vezes maio-res do que as reações correspondentes não catalisadas e são, várias ordens de magnitude maiores que as mesmas reações catalisadas quimicamente. Normalmente cada molécula de enzima é capaz de transformar de 100 a 1.000 moléculas de substrato em produto por segundo.

3. cLassiFicaÇÃo das enZimas

3.1 oXidoRReduTasesCatalisam reações de oxidação-redução entre dois substratos.

3.2 TRansFeRasesCatalisam reações de transferência de um grupo di-ferente do hidrogênio entre um par de substratos.

3.3 HidRoLasesCatalisam a clivagem de ligações através da adição de água.

3.4 LiasesCatalisam a clivagem de ligações C- C, C- S e certas ligações C- N.

3.5 isomeRasesCatalisam a tranferência de um grupo dentro de uma molécula, produzindo formas isoméricas (óp-ticas ou geométrica).

3.6 LiGasesCatalisam a formação de ligações entre o carbono e o oxigênio, o enxofre, o nitrogênio e outros áto-mos por reações de condensação acoplada à hi-dólise do ATP ou composto semelhante que possa fornecer energia.

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324.3 esPeciFicidade

As enzimas apresentam uma especificidadeA1

para seu substrato imensamente maior que os catalisadores químicos. As enzimas interagem com um ou alguns poucos substratos, catali-sando, apenas, um tipo de reação química.

VocÊ saBia?

• [A1]:queaespecificidadedeumaenzimapelosubs-trato depende do caráter geométrico e eletrônico do seu sítio ativo?

4.4 co-FaToRes

Co-fatores são componentes adicionais neces-sários à atividade de algumas enzimas. Os co--fatores podem ser inorgânicos ou orgânicos (não protéico).

Os co-fatores inorgânicos são íons metálicos, como Cu2+, Fe2+ e Zn2+. A natureza essencial desses co-fatores explica por que razão os or-ganismos necessitam de quantidades diminu-tas de certos elementos na sua dieta. Por sua vez o efeito tóxico de metais pesados, como Cd2+ e Hg2+, pode ser explicado, pois estes po-dem substituir o Zn2+ nos sítios ativos de certas enzimas, incluindo a RNA-polimerase, deixan-do, então, essas enzimas inativas.

Os co-fatores orgânicos também são comu-mente chamados de coenzimas. As coenzimas são freqüentemente derivadas de vitaminas, como a tiamina pirofosfato (derivada da vita-mina B1 ou tiamina), a flavina-mononucleotí-deo e flavina-adenina-dinucleotídeo (derivadas da vitamina B2 ou riboflavina).O conjunto da enzima com seu co-fator é de-nominado holoenzima. A apoenzima refere-se à parte protéica da holoenzima.

Em algumas enzimas, o co-fator está frouxa-mente ou de forma apenas transitória ligado à parte protéica, mas, em outras ele liga-se de forme firma e permanente. Neste caso, são chamados de grupos prostéticos (ex.: a biotina ligada a carboxilases).

4.5 ReGuLaÇÃo

As enzimas podem sofrer regulação na sua ati-vidade catalítica de forma que são ativadas ou

inibidas. Este controle é útil para que a velo-cidade de formação do produto responda às necessidades da célula.

4.6 LocaLiZaÇÃo denTRo da cÉLuLa

A compartimentalização das enzimas em or-ganelas específicas no interior da célula garan-te meio favorável para a reação, isola substrato ou produto da reação de outras reações com-petitivas e organiza as enzimas presentes na célula.

5. TiPos de mecanismos caTaLíTicosSão os mecanismos através dos quais as enzi-mas aceleram uma reação.

5.1 caTáLise ácido-Básica

Na catálise ácido-básica geral, os resíduos de aminoácidos doam ou aceitam prótons.

5.2 caTáLise coVaLenTe

A catálise covalente acelera as velocidades das reações por meio da reação transitória de uma ligação covalente entre a enzima e o substrato.

5.3 caTáLise PoR íons meTáLicos

Quase um terço de todas as enzimas conhe-cidas necessita da presença de íons metálicos para desenvolver sua atividade. As metalopro-teínas contêm co-fatores de íons metálicos fortemente ligados, mais comumente íons de metais de transição, como Fe2+, Fe3+, Cu2+, Zn2+, Mn2+ e Co2+. Já as enzimas ativadas por metais associam-se fracamente a íons metáli-cos da solução, em geral, íons metálicos alca-linos e alcalinos terrosos, como Na+, K+, Mg2+ ou Ca2+. Nesse grupo de enzimas, os íons fre-qüentemente desempenham função estrutu-ral, em vez de função catalítica.

Os íons metálicos participam das catálises en-zimáticas de três formas:

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33a. Ligando-se ao substrato a fim de orientá-lo

para a reação.

b. Mediando reações de oxidação-redução por intermédio de mudanças reversíveis no estado de oxidação do íon metálico.

c. Estabilizando eletrostaticamente ou prote-gendo cargas negativas.

5.4 caTáLise eLeTRosTáTica

A ligação do substrato geralmente exclui água do sítio ativo de uma enzima. Deste modo, o sítio ativo apresenta características de polari-dade de um solvente orgânico, em que as in-terações eletrostáticas são mais fortes do que em soluções aquosas. Esta forma de catálise, que se assemelha à catálise por íon metálico, é chamada de catálise eletrostática.

5.5 caTáLise PoR meio de eFeiTos de PRoXimidade e oRienTaÇÃo

A eficiência das reações catalíticas depende de condições específicas no sítio catalítico, como a proximidade e a orientação dos reagentes. Os reagentes devem aproximar-se em uma orientação espacial, para que a reação possa ocorrer. Além disso, as enzimas ligam os seus substratos na orientação apropriada para a re-ação. As moléculas não são igualmente reati-vas em todas as direções.

5.6 caTáLise PoR LiGaÇÃo PReFeRenciaL do esTado de TRansiÇÃo

Um dos mecanismos mais importantes da ca-tálise enzimática é que a enzima pode ligar-se à estrutura do estado de transição com mais afinidade do que aos seus substratos ou pro-dutos. Desta forma, ocorre aumento da con-centração da estrutura do estado de transição, levando ao aumento da velocidade de reação de forma proporcional.

6. cinÉTica enZimáTicaO estudo das velocidades das reações enzi-máticas, ou cinética enzimática, começou em

1902, quando Adrian Brown investigou as ve-locidades de hidrólise da sacarose pela enzima β-frutofuranosidase de leveduras. O mecanis-mo da ação da enzima aborda a catálise em termos de alterações de energia, que ocorrem durante a reação, ou seja, as enzimas fornecem umas rotas alternativas, favoráveis em relação à energia em comparação à reação não-cata-lisada. Outro fator relacionado ao mecanismo da ação enzimática é o sítio ativo que facilita quimicamente a catálise.

6.1 eneRGia LiVRe de aTiVaÇÃo

A maioria das reações possui uma barreira de energia, a energia de ativação, que separa os reagentes dos produtos. Essa barreira é a dife-rença entre a energia dos reagentes e aquela de um intermediário de alta energia, que ocor-re durante a formação do produto. Por exem-plo, durante a conversão de uma molécula reagente A no produto B ocorre a passagem pelo estado de transição, que é o intermediá-rio de alta energia, T* (Figura 1).

Figura 1. Efeito de uma enzima sobre a energia de ati-vação de uma reação.Fonte: Champe, Artmed, 3ª ed, 2006.

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34As reações químicas não-catalisadas possuem maior energia livre de ativação em relação às reações catalisadas por enzimas. Conseqüente-mente as reações não-catalisadas apresentam uma velocidade menor que as enzimáticas.

A barreira de energia do estado de transição equivale à quantidade de energia mínima ne-cessária, que as moléculas devem conter para reagirem (Figura 1). A velocidade de uma re-ação depende do número de moléculas ener-gizadas. A enzima permite que uma reação ocorra rapidamente, oferecendo uma rota al-ternativa com menor energia livre de ativação. As enzimas possuem a característica de não al-terar a energia livre dos reagentes ou dos pro-dutos, sem alterar o equilíbrio da reação.

6.2 síTio aTiVo

Caracteriza-se como o centro da reação cata-lisada pela enzima que utiliza diversos meca-nismos químicos facilitando a conversão do substrato em produto. A eficiência catalítica depende de vários fatores, dentre os quais a estabilização do estado de transição. O sítio ativo atua como um molde molecular flexível, que se liga ao substrato, estabilizando-o em seu estado de transição. Isso favorece a enzima para aumentar a concentração do intermediá-rio reativo que pode ser convertido no produto e, assim, aumentando a velocidade da reação. Um outro mecanismo para aumentar a eficiên-cia catalítica é a presença de grupos catalíticos no sítio ativo, que aumentam a probabilidade de se formar o estado de transição.

7. FaToRes Que aFeTam a VeLocidade da ReaÇÃoA concentração de substrato, o pH e a tempe-ratura são fatores que influenciam a velocida-de da catálise enzimática.

7.1 concenTRaÇÃo de suBsTRaTo

A velocidade de uma reação (v) é o número de moléculas de substrato, transformadas em produto por unidade de tempo. A velocidade de uma reação catalisada por enzima aumenta

com a concentração do substrato, até uma ve-locidade máxima (Vmáx) ser atingida (Figura 2). O platô no gráfico, em que se aumentando a concentração do substrato, não se observa au-mento considerável da velocidade, significa que os sítios de ligações disponíveis das moléculas de enzimas estão saturados pelos substratos.

A maioria das enzimas apresenta uma cinética de Michaelis-Menten, em que a curva de velo-cidade de reação inicial, vo, contra a concentra-çãodosubstrato,[S],possuiformahiperbólica.No entanto, as enzimas alostéricas freqüen-temente apresentam uma curva sigmóide.

Figura 2. Efeito da concentração do substrato sobre a velo-cidade da reação.Fonte: Champe, Artmed, 3ª ed, 2006.

7.2 TemPeRaTuRa

A velocidade da reação enzimática aumenta com a temperatura, até o pico de velocidade ser atingido (Figura 3). Este aumento de veloci-dade é devido ao aumento do número de mo-léculas com energia suficiente para atravessar a barreira de energia e formar os produtos da reação. Após o pico ter sido atingi-do, um novo aumento na temperatu-ra reduzirá a velocidade da reação devido à des-n a t u r a ç ã o da enzima causada pela temperatura.

Figura 3. Efeito da temperatura sobre uma reação enzimática.Fonte: Champe, Artmed, 3ª ed, 2006.

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357.3 pH

A concentração hidrogeniônica interfere na ve-locidade de reação de várias formas. A reação catalítica geralmente requer que a enzima e o substrato tenham determinados grupos quími-cos em um estado ionizado ou não-ionizado, de forma a interagirem. Por exemplo, a ativida-de catalítica pode requerer que o grupo amino da enzima esteja na forma protonada (- NH3

+). Em pH alcalino, esse grupo não está protona-do e, desse modo, a velocidade da reação di-minui.

Valores extremos de pHA2 podem levar à desna-turação da enzima, pois sua estrutura depende do caráter iônico das cadeias laterais dos ami-noácidos. A denominação pH ótimo refere-se ao pH, na qual a atividade da enzima é máxi-ma (Figura 4).

modo que suas velocidades de reação e sua eficiência global possam ser quantificadas. Sendo assim, Michaelis-Menten propuseram um modelo que explica a maioria das carac-terísticas das reações enzimáticas. A enzima combina-se reversivelmente com o substrato, formando um complexo ES, que se decompõe em produtos e em enzima, conforme o mode-lo seguinte:

E + S ES E + POnde:S é o substratoE é a enzimaES é o complexo enzima-substratok1, k-1 e k2 são as constantes de velocidade

8.1 eQuaÇÃo de micHaeLis-menTen

A equação de Michaelis-Menten descreve como a velocidade da reação varia com a con-centração do substrato:

Figura 4. Efeito do pH sobre reação catalisada por enzimas distintas. Cada enzima apresenta um pH ótimo em que a velocidade da reação é máxima. Fonte: Champe, Artmed, 3ª ed, 2006.

VocÊ saBia?

• [A2]:queoserhumanoapresentaenzimascompHótimos bem distintos? Por exemplo, a pepsina, uma enzima digestiva do estômago , apresenta ativida-de máxima em pH 2, enquanto a fosfatase alcalina apresenta pH ótimo acima de 7.

8. cinÉTica de micHaeLis-menTenAs enzimas catalisam uma variedade de rea-ções, usando diferentes combinações de seis mecanismos catalíticos básicos. Apesar disso, todas as enzimas podem ser analisadas, de

Onde:vo é a velocidade inicial da reaçãoVmax é a velocidade máxima[S]é a concentração de substratokm é a constante de Michaelis, que é igual a (k-1+ k2)/k1

A equação de Michaelis-Menten descreve uma hipérbole retangular (Figura5).

Figura 5. Efeito da concentração do substrato sobre a velocidade da reação.Fonte: Champe, Artmed, 3ª ed, 2006.

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368.2 consideRaÇÕes ReFeRenTes À eQuaÇÃo de micHaeLis-menTen:

1. Concentração relativa de E e S. A concen-tração de substrato é muito maior do que a concentração da enzima.

2. Hipótese do estado de equilíbrio. Com

exceção do estágio inicial da reação, a concentração de ES permanece aproxima-damente constante, até que o substrato seja quase totalmente consumido. Desse modo, a velocidade de síntese de ES deve igualar a sua velocidade de consumo du-rante a reação, ou seja, ES permanece em estado de equilíbrio.

3. Velocidade inicial. Apenas as velocidades

iniciais da reação (vo) são utilizadas na análise das reações enzimáticas. Nesta situ-ação, a concentração do produto é muito pequena, e desse modo, a velocidade da re-ação inversa de P para S pode ser ignorada.

8.3 concLusÕes soBRe a cinÉTica de micHaeLis-menTen

1. km: A constante de Michaelis (km) é a concen-

tração de um substrato específico, na qual uma enzima produz metade de sua veloci-dade máxima.

O valor de km é específico para uma enzi-ma e seu substrato e não varia com a con-centração da enzima.

O km reflete a afinidade da enzima para aquele substrato. Um km baixo reflete uma alta afinidade da enzima pelo substrato, porque é necessária uma baixa concentra-ção de substrato, para atingir metade da velocidade máxima (ou metade da satu-ração da enzima), enquanto que um km elevado reflete uma baixa afinidade da en-zima pelo substrato, pois é necessária uma alta concentração de substrato, para atin-gir metade da velocidade máxima.

2. Velocidade da reação e a concentração da

enzima: A velocidade da reação é diretamente pro-

porcional à concentração da enzima em qualquer concentração de substrato.

3. Ordem de reação: Quando a concentração de substrato é

muito menor que o km, a velocidade da reação é aproximadamente proporcional à concentração do substrato (Figura 6). Nes-se caso, a velocidade é de primeira ordem com relação ao substrato. Quando a con-centração de substrato é muito maior que o km, a velocidade é constante e igual à velocidade máxima. Nesse caso, a veloci-dade é de ordem zero, sendo independen-te da concentração de substrato (Figura 6).

Figura 6. Efeito da concentração do substrato sobre a velocidade da reação, para uma reação enzimática.Fonte: Champe, Artmed, 3ª ed, 2006.

9. GRáFico de LineweaVeR-BuRKeOs parâmetros da equação de Michaelis-Men-ten (Vmax e km) podem ser determinados por vários métodos. No entanto, para valores de [S]bastanteelevados,nemsempreépossíveldeterminar, com precisão, quando a Vmax é alcançada. Um método mais adequado para a determinação dos valores de Vmax e km, formu-

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37lado por Hans Lineweaver e Dean Burk, utiliza o inverso da equação de Michaelis-Menten:

Figura 7. Gráfico de Lineweaver-Burke. Fonte: Champe, Artmed, 3ª ed, 2006.

10. iniBiÇÃo da aTiVidade enZimáTicaAs substâncias que diminuem a atividade de uma enzima são denominadas inibidores. Mui-tas drogas terapêuticasA3 se caracterizam por serem inibidores enzimáticos. Por exemplo, a AIDS é tratada com drogas que inibem a ativi-dade de certas enzimas virais.

VocÊ saBia?

• [A3]:queantibióticoscomoapenicilinaeaamoxi-cilina atuam inibindo uma ou mais enzimas envolvi-das na síntese da parede celular bacteriana?

10.1 iniBiÇÃo comPeTiTiVa

O inibidor competitivo é uma substância que compete diretamente com o substrato pelo sítio de ligação de uma enzima. Normalmen-te esse inibidor é semelhante ao substrato, de modo que se liga reversivelmente ao sítio ativo da enzima, embora diferentemente do subs-trato, não reage.

Quandocolocado1/voversus1/[S]obtém--se uma equação linear cuja inclinação será km/Vmax, num gráfico denominado de Lineweaver-Burke ou gráfico dos duplos--recíprocos (Figura 7).

Figura 8. A. Gráfico do efeito de um inibidor competitivo sobre a velocidade da reação (vo) versus substrato [S]. B. Gráfico de Lineweaver-Burke para a inibição competitiva de uma enzima.(Fonte: Champe, Artmed, 3ª ed, 2006.)

A inibiçãocompetitivapode ser revertida, aumentando-se [S],poishaverámais substratoqueinibidor, para se ligar às moléculas de enzimas, podendo assim a reação atingir Vmax. O inibidor competitivo aumenta o km aparente para determinado substrato, ou seja, é necessário mais subs-trato para atingir 1/2Vmax.

Esse tipo de inibição apresenta uma curva de Lineweaver-Burke característica, mas as curvas de reação inibida e não inibida interceptam o eixo y em 1/2Vmax (Vmax não é alterada). No eixo x, elas interceptam em pontos diferentes, indicando que o km aparente é aumentado na presença do inibidor competitivo (Figura 8).

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38Algumas drogas, como as estatinas, são exem-plos de inibidores competitivos. Sua ação como droga hiperlipidêmica inibe a síntese do colesterol através de sua ação sobre a enzima hidroximetilglutaril-CoA-redutase (HMG-CoA--redutase), diminuindo os níveis plasmáticos de colesterol (Figura 9).

Esse tipo de inibição não pode ser superado pelo aumento da concentração de substrato, e sendo assim esses inibidores diminuem a Vmax da reação. Essa inibição não interfere na liga-ção do substrato com a enzima, não interferin-do no km. O efeito dos inibidores não compe-titivos sobre a curva de Lineweaver-Burke é que Vmax diminui (ou seja, 1/Vmax aumenta), e o km permanece inalterado (Figura 8).

Um exemplo de inibidor não-competitivo é o chumbo, que se liga covalentemente com os grupos sulfidrila da cadeia lateral da cisteína nas enzimas. A ferroquelatase, uma enzima que catalisa a inserção do Fe2+ na protopor-firina (precursor do grupo heme), é sensível ao chumbo.

11. ReGuLaÇÃo da aTiVidade enZimáTicaO processo de regulação da atividade enzi-mática é fundamental para que o organismo possa coordenar seus processos metabólicos, responder às mudanças do meio, crescer e di-ferenciar-se de forma organizada. As velocida-des de catálise da maioria das enzimas variam de acordo com a concentração dos substratos, pois o nível intracelular de muitos dos substra-tos se encontra na faixa do km. Sendo assim, o aumento da concentração do substrato é re-fletido no aumento da velocidade da reação, fazendo com que a concentração do substrato retorne ao valor normal. Algumas enzimas pos-suem sua velocidade de catálise regulada por efetores alostéricos, modificações covalentes ou por alterações nas condições fisiológicas.

11.1 ReGuLaÇÃo aLosTÉRica

As enzimas alostéricas são reguladas por mo-léculas denominadas efetores (ou modifica-dores ou moduladores). Os efetores ligam-se de forma não-covalente a uma região, distinta do sítio ativo, denominada sítio alostérico. O efetor alostérico pode alterar a afinidade da enzima por seu substrato ou modificar a ativi-dade catalítica máxima ou ambos. Os efetores negativos diminuem a atividade catalítica, en-quanto que os efetores positivos aumentam a atividade catalítica.

Figura 9. A lovastatina compete com a HMG-CoA pelo sítio ativo da HMG-CoA redutase.Fonte: Champe, Artmed, 3ª ed, 2006.

10.2 iniBiÇÃo nÃo-comPeTiTiVa

O inibidor não-competitivo liga-se a sítio dife-rente do sítio ativo, provavelmente distorcendo a confor-mação do sítio ativo e fazendo com que a enzima seja catali-ticamente inativa (Fi-gura 10). Esse tipo de inibi-dor não se assemelha ao subs-trato. Figura 10. Um inibidor não-competitivo ligando-se

à enzima e ao complexo enzima-substrato. Fonte: Champe, Artmed, 3ª ed, 2006.

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39Quando o substrato atua como efetor, o efei-to é chamado de homotrópico. Nesse caso, freqüentemente ele age como efetor positivo. Esse tipo de efetor age cooperativamente, pois sua presença em um sítio da enzima aumenta as propriedades catalíticas de outros sítios de ligação ao substrato. A curva que relaciona a velocidade de reação com a concentração do substrato para essas enzimas não é do tipo hi-perbólica, característica da cinética de Michae-lis-Menten, mas sim, sigmoidal, que caracteri-za o efeito cooperativo.

Quando o efetor é diferente do substrato o efeito é chamado de heterotrópico. Um exem-plo é a inibição por retroalimentação, na qual onde uma enzima alostérica de uma via meta-bólica sofre inibição pelo produto final, quan-do aumenta a concentração deste.

11.2 ReGuLaÇÃo coVaLenTe

A regulação da atividade enzimática por mo-dificação covalente, mais freqüentemente pela adição ou pela remoção de grupos fosfato a resíduos específicos da enzima (serina, treoni-na ou tirosina). As reações de adição do gru-po fosfato (fosforilação) e remoção do grupo fosfato (desfosforilação) à enzima são catali-sadas por uma família de enzimas denomina-das proteína-cinases, que utilizam trifosfato de adenosina (ATP) como doador de fosfato. As fosfoproteínas-fosfatases são enzimas que clivam o grupo fosfato da enzima fosforilada (Figura 11).

Figura 11. Modificação covalente por adição ou remoção de grupos fosfato.Fonte: Champe, Artmed, 3ª ed, 2006.

O grupo fosfato doado à enzima poderá dei-xá-la mais ativa ou menos ativa, dependendo, apenas, da enzima específica. Por exemplo, a glicogênio-fosforilase na forma fosforilada au-

menta sua atividade, enquanto que a glicogê-nio-sintase na forma fosforilada diminui sua atividade.

11.3 induÇÃo e RePRessÃo da sínTese de enZimas

Essa forma de regulação da atividade enzimá-tica controla quantidade de enzima presente através de processos de aumento (indução) ou diminuição (repressão) da síntese da enzima. Alterações desse tipo são lentas (de horas a dias), comparadas com as alterações reguladas alostericamente, as quais ocorrem de segun-dos a minutos. A figura 12 mostra as formas pelas quais a atividade enzimática é regulada.

Figura 12. Formas pelas quais a atividade enzimática é regulada. Fonte: Champe, Artmed, 3ª ed, 2006.

EVENTO REGULADOR

EFETOR TÍPICO

RESULTADOS

TEMPO NECESSÁRIO

PARA A ALTERAÇÃO

Inibição pelo substrato

Substrato Altera veloci-dade (V0)

Imediato

Inibição pelo produto

Produto Altera Vmax e/ou Km

Imediato

Controle alostérico

Produto final

Altera Vmax e/ou Km

Imediato

Modificação covalente

Outra enzima

Altera Vmax e/ou Km

Imediato a minutos

Síntese e degradação da enzima

Hormônio ou Metabólico

Altera a quantidade de enzima

Horas a dias

12. enZimas no diaGnÓsTico cLínicoAlguns tipos de células secretam no plasma um grupo relativamente pequeno de enzimas. O fígado, por exemplo, secreta os zimogênios (precursores inativos) de enzimas envolvidas no processo de coagulação sanguínea. Já um grande número de enzimas é liberado no plas-ma durante a renovação celular. Essas enzimas quase sempre atuam intracelularmente e não possuem função fisiológica no plasma. A ve-locidade de liberação dessas enzimas no plas-ma é equilibrada por uma velocidade igual de remoção do plasma. Uma situação em que a atividade enzimática se eleva no plasma pode

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40indicar lesão tecidual, que é acompanhada pela liberação aumentada das enzimas intra-celulares no plasma. As atividades de muitas dessas enzimas são rotineiramente determina-das para diagnósticos de doenças do coração, do fígado, do músculo cardíaco e de outros órgãos.

Isoenzimas ou isozimas são enzimas que apre-sentam diferenças na sua seqüência de ami-noácidos, mas catalisam a mesma reação. Por exemplo, a creatina quinase ocorre como três isoenzimas, em que cada isoenzima é um dí-mero composto por duas cadeias polipeptídi-cas (chamadas subunidades B e M) associadas em três combinações: CK1=BB, CK2=MB e CK3=MM.

ResumoEnzimas são catalisadores biológicos que au-mentam a velocidade das reações que podem ocorrer nos tecidos.

As enzimas não são consumidas durante a re-ação catalítica. Elas contêm uma região deno-minada sítio ativo, em que o substrato se liga para ser convertido em produto.

A maioria das enzimas apresenta a cinética de Michaelis-Menten. Um gráfico relacionando a velocidade inicial da reação, vo, contra a con-centração de substrato tem um formato hiper-bólico.

Inibidores são substâncias que diminuem a ve-locidade da reação enzimática. Os dois tipos mais comuns são a inibição competitiva (em que ocorre aumento do km aparente) e a inibi-ção não-competitiva (em que ocorre diminui-ção da Vmax).

As enzimas alostéricas apresentam curva do tipo sigmoidal ao contrário do formato hiper-bólico. Essas enzimas são reguladas positiva-mente ou negativamente por efetores, que se ligam não-covalentemente em sítio diferente do sítio ativo.

As enzimas reguladas covalentemente se ligam ao grupo fosfato ou o perdem, sofrendo alte-rações na sua atividade catalítica.

eXeRcícios

1. As enzimas aumentam a velocidade das reações. Os seres vivos possuem enzimas participando da maior parte das suas vias metabólicas. O que poderia acontecer se algumas destas enzimas perdessem suas atividades?

2. Alguns minerais e algumas vitaminas (co--fatores) são essenciais para a atividade ca-talítica de determinadas enzimas. Explique como eles se associam a parte protéica pra compor a enzima propriamente dita.

ReFeRÊnciaCHAMPE, P.C. & HARVEY, R.A. Bioquímica Ilus-trada, 3ª ed, Porto Alegre: Artmed, 2006.

VOET, D., VOET, J.G. & PRATT, C. W. Funda-mentos da Bioquímica, Porto Alegre: Artmed, 2000.

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Química de LiPídeos

Os lipídeos ocorrem com bastante freqüên-cia na natureza. Possuem como caracte-rística a natureza apolar. Ao contrário das proteínas, dos polissacarídeos e dos ácidos nucléicos, eles não são polímeros. Como moléculas que se agregam, os lipídeos de-sempenham importante função como ma-triz das membranas biológicas. Além dessa função, os lipídeos, que contêm cadeias de hidrocarbonetos, servem como reservas energéticas, e muitos eventos de sinalização intra e intercelulares envolvem moléculas de lipídeos.

Profa. Rosana Anita da Silva Fonseca Carga Horária I 10H

ESTRUTURA DA MENBRANA CELULAR E SEU RICO CONTEÚDO LIPÍDICO

oBJeTiVos esPecíFicos1. Identificar os lipídeos como molé-

culas hidrofóbicas;

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422. Reconhecer as diferentes classes lipídicas, identificando suas estruturas, bem como as suas

funções;

3. Reconhecer a importância dos ácidos graxos ω-3 e ω-6 na dieta;

4. Compreender o porquê de os triacilgliceróis funcionarem como reserva energética;

5. Identificar exemplos de glicerofosfolipídeos bem como suas funções;

6. identificar exemplos de esfingofosfolipídeos bem como suas funções;

7. Reconhecer a classe dos esteróides. Compreender a importância do colesterol na membrana celular.

Palavras-chaves: lipídeos, ácidos graxos, triacilgliceróis, fosfolipídeos, colesterol.

1. deFiniÇÃoA definição de lipídeo é baseada na sua solubilidade. Os lipídeos são substâncias de origem bio-lógica, caracterizados pela solubilidade em solventes orgânicos, como o clorofórmio e o metanol.

2. cLassiFicaÇÃo dos LiPídeos2.1 ácidos GRaXos

Os ácidos graxos são ácidos carboxílicos com grupos laterais de longas cadeias de hidrocarbone-tos. Mais de 90% dos ácidos graxos encontrados no plasma estão na forma esterificada, forman-do os triacilgliceróis, os ésteres de colesterol e os fosfolipídeos. Os ácidos graxos mais comuns estão listados na tabela 1. Nas plantas e animais superiores, os resíduos de ácidos graxos predo-minantes são os de C16 e C18: ácido palmítico, oléico, linoléico e esteárico. Ácidos graxos com nú-mero de átomos de carbono inferior a 14 e superior a 20 são incomuns. A maior parte dos ácidos graxos possui um número par de átomos de carbono, pois são biossintetizados pela associação de unidades C2.

Símbolo Nome Comum Nome Sistemático Estrutura Tfusão 0C

Ácidos graxos saturados

12:0 Ac. láurico Ac. láurico CH3(CH2)10COOH 44,2

14:0 Ac. mirístico Ac. mirístico CH3(CH2)12COOH 52

16:0 Ac. palmítico Ac. palmítico CH3(CH2)14COOH 63,1

18:0 Ac. esteário Ac. esteário CH3(CH2)16COOH 69,1

20:0 Ac. araquídeo Ac. araquídeo CH3(CH2)18COOH 75,4

22:0 Ac. beênico Ac. beênico CH3(CH2)20COOH 81

24:0 Ac. lignocérico Ac. lignocérico CH3(CH2)22COOH 84,2

Ácidos graxos insaturados (todas as ligações duplas são cis)

16:1 Ac. palmitoléico Ac. 9-hexadecenóico CH3(CH2)5CH=CH(CH2)7COOH -0,5

18:1 Ac. oléico Ac. 9-octadecenóico CH3(CH2)7CH=CH(CH2)7COOH 13,2

18:2 Ac. linléico Ac. 9,12-octadecadienóico CH3(CH2)4CH=CH(CH2)2(CH2)6COOH -9

18:3 Ac. a-linolênico Ac. 9,12,15-octadecatrienóico CH3(CH2)4(CH=CHCH2)3(CH2)6COOH -17

18:3 Ac. y-linolênico Ac. 6, 9,12-octadecatrienóico CH3(CH2)(CH=CHCH2)3(CH2)3COOH

20:4 Ac. araquidônico Ac. 5,8,11,14-eicosatetraenóico CH3(CH2)4(CH=CHCH2)4(CH2)2COOH -49,5

20:5 AEP Ac. 5,8,11,14,17-eicosapentaenóico CH3(CH2)7(CH=CHCH2)5(CH2)2COOH -54

24:1 Ac. lignocérico Ac. 15-tetracosenóico CH3(CH2)7CH=CH(CH2)13COOH 39Tabela 1 - Ácidos graxos biológicos mais comuns Fonte: VOET, Arimed, 2000).

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43Saturação dos Ácidos Graxos

Mais de 50% dos resíduos de ácidos graxos dos lipídeos dos vegetais e dos animais são in-saturados e freqüentemente poliinsaturados. Quando ligações duplas estão presentes, ocor-re com maior freqüência a configuração cis. Os ácidos graxos na configuração transA1 são insaturados, mas, no organismo, se compor-tam como ácidos graxos saturados, pois eles elevam a LDL e aumentam o risco de doenças cardiovasculares. Os ácidos graxos trans não ocorrem naturalmente em plantas e ocorrem somente em pequenas quantidades de ani-mais. Esses ácidos graxos são formados duran-te a hidrogenação de óleos vegetais líquidos.

VocÊ saBia?

• [A1]:queagorduratransécompostadeácidosgra-xos insaturados e é prejudicial à saúde?

Em geral, a adição de dupla ligação diminui a temperatura de fusão (Tabela 1) do ácido gra-xo. Por sua vez, o aumento do comprimento da cadeia aumenta a temperatura de fusão. A diminuição da temperatura de fusão é ocasio-nada pela presença de insaturação nas cadeias de ácido carboxílico que dificulta a interação intermolecular, fazendo com que, em geral, estes se apresentem à temperatura ambiente, no estado líquido. Os saturados, entretanto, com uma maior facilidade de empacotamento intermolecular, são sólidos. A margarina, por exemplo, é obtida através da hidrogenação de um líquido - o óleo de soja ou de milho, rico em ácidos graxos insaturados.

Ácidos graxos ω-3 e ω-6

Os ácidos graxos referidos como ω-3 perten-cem a uma classe em que as duplas ligações começam no carbono 3, a partir da metila ter-minal. O ácido linolênicoA2 é da classe ω-3. E aqueles denominados ω-6 pertencem à classe em que as duplas ligações começam no carbo-no 6, a partir da metila terminal. São exemplos de ácidos graxos ω-6, o ácido linoléico e o áci-do araquidônico.

VocÊ saBia?

• [A2]:quetemosdetergordurananossadieta,es-pecialmente o ácido graxo linolênico e o ácido graxo linoléico, que são nutricionalmente essenciais?

Ácidos graxos essenciais

Dois ácidos graxos são essenciais em huma-nos: o ácido linoléico, o precursor do ácido araquidônico e o ácido linolênico, precursor de outros ácidos graxos ω-3 importantes para o crescimento e o desenvolvimento.

2.2 TRiaciLGLiceRÓis

Os triacilgliceróis são triésteres de glicerol com ácidos graxos encontrados em plantas e ani-mais. São apolares e insolúveis em água. Apre-sentam como função reserva de energia para a célula animal e não compõem membranas celulares. O armazenamento de gordura para ser utilizada como fonte de energia é bastante eficiente, pois a gordura é menos oxidada que os carboidratos e as proteínas. Desse modo ela fornece mais energia por unidade de massa na sua oxidação completa. Além disso, as gor-duras, por serem apolares, são armazenadas na forma anidra, enquanto que o glicogênio liga-se à água em uma quantidade aproxima-damente duas vezes o seu peso nas condições fisiológicas. As células adiposas, ricas em gor-dura, são especializadas na síntese e no arma-zenamento dos triacilgliceróis, enquanto ou-tros tipos celulares têm, apenas, gotículas de gordura dispersas no citosol. O conteúdo de gordura de um ser humano normal (21% em homens e 26% em mulheres) permite que eles sobrevivam a um jejum de dois ou três meses. A camada de gordura subcutânea tem tam-bém a função de isolamento térmico, o que é de grande importância para os animais aquá-ticos de sangue quente, como baleias, focas, gansos e pingüins, os quais estão expostos a baixas temperaturas.

A maioria dos triacilgliceróisA3 contém dois ou três tipos de resíduos de ácido graxo, sendo denominados de acordo com a posição dos resíduos em relação à molécula de glicerol (Fi-gura 1). Gorduras e óleos são misturas com-plexas de triacilgliceróis cujas composições de ácidos graxos variam com o organismo que o produz. Os óleos vegetais, que são líquidos na temperatura ambiente, são geralmente mais ricos em resíduos de ácidos graxos in-saturados que as gorduras, que são sólidas à temperatura ambiente.

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44VocÊ saBia?

• [A3]: que os triacilgliceróis encon-trados em animais terrestres contêm uma maior quantidade de cadeias saturadas em relação aos triacilgli-ceróis de animais aquáticos? Embora menos eficientes no armazenamento de energia, os triacilgliceróis insatu-rados oferecem uma vantagem para os animais aquáticos, principalmente para os que vivem em água fria: eles têm uma menor temperatura de fu-são, permanecendo no estado líqui-do, mesmo em baixas temperaturas.

Figura 1. Molécula de triacilglicerol. 1-palmitoil-2-linoleoil-3-esteroil-glicerol.Fonte: VOET, Artmed, 2000.

B. Reação de saponificação

A saponificação é uma reação de hidrólise de triacilgliceróis, com utilização de uma base como hidróxido de sódio ou de potássio. Os produtos da reação são glicerol (usado em cremes, loções e na fabricação de nitroglice-rina) e sais sódicos ou potássicos dos ácidos graxos, os sabões (Figura 2). De um modo ge-ral, sais com cátions divalentes (Ca2+ ou Mg2+) não são bem solúveis em água, ao contrário do formado com metais alcalinos (Na+ ou K+). Em regiões onde a água é rica, nesses cátions divalentes, quando se utiliza o sabão, forma-se um precipitado.

Reações a partir de triacilgliceróis:

A. Hidrogenação catalítica

Um processo químico denominado hidrogena-ção utiliza o óleo (algodão, soja, amendoim) para convertê-lo em margarina vegetal ou gordura vegetal hidrogenada. Nesse processo, pode haver formação de ligações trans.Exemplo:

Figura 2. A hidrólise de triacilgliceróis.Fonte: Campbell, Artmed, 3ª edição, 2000.

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45C. Reação de hidrólise enzimática

No nosso organismo, a molécula de triacilglicerol, para ser utilizada, é hidrolisada numa reação catalisada por uma enzima, denominada lipase (Figura 2).

D. Rancificação de óleos e gorduras

Esse processo confere sabor e odor desagradável ao alimento. Ocorre devido à reação de óleos ou gorduras com o oxigênio do ar.

2.3 GLiceRoFosFoLiPídeos ou FosFoGLiceRídeosa4

VocÊ saBia?

• [A4]:queosglicerofosfolipídeossãoosprincipaiscomponentesde membranas biológicas?

Os glicerofosfolipídeosA5 pertencem à classe dos fosfo-lipídeos, que contêm glicerol como esqueleto carbona-do ligado ao fosfato. São o principal componente de membrana. Todos contêm (ou são derivados do) ácido fosfatídico (diacilglicerol, com um fosfato ligado à hidro-xila do terceiro carbono do glicerol) (Figura 3). O ácido fosfatídico é o mais simples fosfoglicerídeo (onde X=H) e encontra-se em pequena quantidade nas membranas biológicas (Tabela 2). O grupo fosfato do ácido fosfatídi-co pode ser esterificado a outro composto, contendo um grupo hidroxila, como a colina, por exemplo (Tabela 2).

VocÊ saBia?

• [A5]:queosurfactantepulmonaréformadoporumamisturadeproteínas e lipídeos, na qual o dipalmitoil-fosfatidilcolina (DPPC) é o principal lipídeo?

Figura 3. Estrutura dos glicerofosfolipídeos. (a) glicerol--e-fosfato. (b) fórmula geral dos glicerofosfolipídeos. R1 e R2 são as caudas das longas cadeias hidrocarbonadas dos ácidos graxos, e X é derivado de um álcool polar.Fonte: VOET, Artmed, 2000.

Tabela 2. Classes comuns dos glicerofosfolipídios. Fonte: VOET, Artmed, 2000.

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46A cardiolipina é um glicerofosfolipídeo no qual duas moléculas de ácido fosfatídico são esteri-ficadas através de seus grupos fosfatos a uma molécula de glicerol. É o único glicerofosfolipí-deo humano com propriedade antigênica co-nhecida, pois é reconhecida por anticorpos ge-rados contra o Treponema pallidum, o agente etiológico da sífilis.

Plasmalogênios são glicerofosfolipídeos nos quais o substituinte C1 do glicerol está ligado por meio de uma ligação éter α,β-insaturada na configuração cis no lugar de uma ligação éster (Figura 4). Como exemplos de plasmalo-gênios, existe a fosfatidaletanolamina (similar em estrutura a fosfatidiletanolamina) e a fos-fatidalcolina, abundantes no tecido nervoso e cardíaco, respectivamente.

Outro glicerofosfolipídeo, o fator ativador de plaquetas (PAF, de platelet-activating factor), contém ligação éter no carbono 1 e ácido acé-tico ligado ao carbono 2 no lugar de ácido graxo. O PAF, sintetizado e liberado por vários tipos de células, liga-se a receptores de mem-brana, desencadeando reações trombóticas e inflamatórias.

uma ligação amida, forma-se a ceramida, que é precursora dos glicolipídeos. As ceramidas são os compostos precursores dos esfingolipí-deos mais abundantes:

a. Esfingomielina

As esfingomielinas são ceramidas que possuem grupo polar fosfocolina (Figura 5) ou fosfoe-tanolamina, sendo classificadas como es-fingofosfolipídeos. Possuem conformações e distribuições de carga muito semelhantes à fosfatidilcolina e à fosfatidiletanolamina, apesar de serem diferentes quimicamente. A esfingomielinaA6 é encontrada abundan-temente na bainha de mielina, que reveste e isola eletricamente muitos axônios das células nervosas.

VocÊ saBia?

• queoaltoconteúdolipídicoencontradonabainhade mielina dos axônios das células nervosas tem uma importante função no isolamento elétrico?

Figura 4. Um plasmalogênio.Fonte: VOET, Artmed, 2000.

2.4 esFinGoLiPídeos

Os esfingilipídeos também são componentes das membranas. A maioria dos esfingolipíde-os é derivada do aminoálcool de cadeia longa (C18), a esfingosina. Quando um ácido graxo está ligado ao grupo amino da esfingosina por

Figura 5. Fórmula molecular da esfingomielina.Fonte: VOET, Artmed, 2000.

b. Cerebrosídeos

Os cerebrosídeos são ceramidas que possuem como grupo polar um único resíduo de açú-car, sendo classificados como glicoesfingolipí-deos. Os mais comuns são os galactocerobro-sídeos e os glicocerebrosídeos. Não possuem

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47grupo fosfato, e desta forma não são iônicos como os fosfolipídeos.

c. Gangliosídeos

Os gangliosídeos são ceramidas ligadas a oli-gossacarídeos que incluem, pelo menos, um resíduo de ácido siálico. As estruturas dos gan-gliosídeos GM1, GM2 e GM3 são apresentadas na

figura 6. Os gangliosídeosA7 compõem mem-branas da superfície celular e fazem parte dos lipídeos cerebrais.

VocÊ saBia?

• queoscarboidratosdosgangliosídeosdamembra-na celular agem como receptores específicos para determinados hormônios que regulam funções fisio-lógicas importantes?

2.5 esTeRÓides

São derivados do ciclopentanoperidrofenan-treno, um composto formado por quatro anéis não-planares fusionados. A maioria é de origem eucariótica. O colesterol (Figura 7) é o esteróide mais abundante em animais e é classificado como esterol. Possui pequeno ca-ráter anfifílico, resultado apenas de seu grupa-mento OH, enquanto que seu sistema de anéis fusionados lhe fornece uma rigidez maior que os outros lipídeos de membrana. O colesterol pode ser esterificado a moléculas de ácidos graxos, formando ésteres de colesteril.

Figura 6. Fórmula estruturaldo ganglicosídeos GM1, GM2 e GM3. Fonte: VOET, Artmed, 2000.

As plantas contêm pouco colesterol, embora sintetizem outros esteróis. Leveduras e fungos também sintetizam esteróis, que se diferen-ciam do colesterol nas suas cadeias alifáticas laterais e no número de ligações duplas.

O colesterol possui muitas funções biológicas importantes, como precursor dos hormônios esteróides, sais biliares e vitamina D3. No en-tanto, é mais conhecido por seus efeitos malé-ficos para a saúde, pois influencia no desenvol-vimento da aterosclerose, quando depósitos de lipídeos bloqueiam vasos sangüíneos oca-sionando doenças cardíacas.

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Os hormônios esteróides são classificados de acordo com a resposta fisiológica que desen-cadeiam:

A. Os glicocorticóides, como o cortisol, afe-tam o metabolismo dos carboidratos, das proteínas e dos lipídeos.

B. A aldosterona e outros mineralocorticóides

regulam a excreção de sódio e água pelos rins.

C. Os androgênios e os estrogênios afetam o

desenvolvimento e a função sexual.

2.6 ouTRos LiPídeos

Outras moléculas lipídicas, que não compõem membranas, apresentam funções importantes, como, por exemplo, as ceras que servem de co-bertura protetora para as plantas e para os ani-mais. Nas plantas, essas ceras recobrem caules, folhas e frutas, sendo em animais encontra-das no pêlo, nas penas e na pele, formando uma barreira impermeável à água. Há lipídeos

também sintetizados por plantas para sua de-fesa contra predadores ou competidores que são usados pelos homens como especiarias.

3. PRosTaGLandinas e LeucoTRienosAs prostaglandinas são derivadas de ácidos graxos e possuem essa denominação por te-rem sido inicialmente detectadas no líquido seminal produzido pela próstata. As prosta-glandinas e os compostos relacionados, pros-taciclinas, tromboxanas e leucotrienos, são conhecidos como eicosanóides, porque são todos compostos de C20, derivados do ácido araquidônico. O ácido araquidônico é um áci-do graxo com 20 átomos de carbono e quatro ligações duplas não conjugadas, sendo arma-zenado nas membranas celulares, como éster C2 do fosfatidilinositol e de outros fosfolipíde-os. O resíduo de ácido graxo é liberado pela ação da fosfolipase A2. Os eicosanóides agem em concentração muito baixa e participam na

Figura 7. O colesterol. (a) Fórmula estrutural. (b) Modelo de preenchimento espacial. Fonte: VOET, Artmed, 2000.

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49regulação da pressão arterial, no surgimento da dor e febre, na indução da resposta infla-matória e outros. Ao contrário dos hormônios, os eicosanóides não são transportados pela corrente sanguínea aos seus sítios de ação, tendendo a agir localmente próximo às células onde são produzidos.

O ácido acetilsalicílico é um agente analgési-co (alivia a dor), antipirético (diminui a febre) e antiinflamatório, que tem como mecanismo de ação a inibição da síntese de prostaglandi-nas, de prostaciclinas e de tromboxanos a par-tir do ácido araquidônico. A cortisona e outros esteróides também apresentam efeitos antiin-flamatórios, pois reduzem a síntese das pros-taglandinas. Os leucotrienos são sintetizados a partir de uma rota insensível ao ácido acetilsa-licílico em muitos tipos de células. Uma carac-terística dos leucotrienos é a sua capacidade de contrair os músculos lisos, especialmente nos pulmões. Os ataques de asma resultam dessa ação constritora, pois a síntese de leucotrieno C parece estar facilitada em reações alérgicas.

4. inTRoduÇÃo a memBRanas BioLÓGicas

As membranas celulares possuem componen-tes, como lipídeos e proteínas, que determi-nam suas características e funções. Elas não somente separam as células do seu ambiente externo como também desempenham uma função importante no transporte de substân-cias específicas para o interior e para o exterior da célula. Ainda, várias enzimas são encontra-das nas membranas e dependem desse am-biente para exercerem suas funções.

4.1 Bicamadas LiPídicas

Em contato com a água, moléculas anfifílicas, como sabões e detergentes, que possuem uma única cauda hidrocarbonada, formam mice-las. Para formar as micelas, essas moléculas se agregam em forma globular, de modo que os grupos hidrocarbonados não mantêm contato com a água, e a porção polar permanecem na superfície que entra em contato com a água.Os glicerofosfolipídeos e os esfingolipídeos

possuem duas caudas hidrocarbonadas e, ao invés de micelas, formam estrutura em bica-madas. A existência de bicamadas lipídicas depende de interações hidrofóbicas. Essas bi-camadas são freqüentemente utilizadas como modelos de membranas biológicas, por haver características em comum, como o interior hi-drofóbico e a habilidade de controlar o trans-porte de pequenas moléculas e íons – além de serem mais simples e mais fáceis de serem manipuladas no laboratório. Uma diferença é que as membranas biológicas contêm proteí-nas além de lipídeos. O arranjo em bicamada é mantido por interações não-covalentes, como força de van der Walls e interação hidrofóbica. A superfície da bicamada é polar e contém gru-pamentos carregados, enquanto que o interior contém cadeias de hidrocarbonetos apolares com cadeias saturadas e insaturadas de áci-dos graxos e do sistema de anéis de colesterol.

O arranjo apolar da bicamada pode ser orde-nado e rígido ou desordenado e fluido. A flui-dez da bicamada depende da sua composição. Ácidos graxos saturados com seu arranjo linear das cadeias alifáticas levam à rigidez, enquan-to que os ácidos graxos insaturados, por apre-sentarem dobra nas cadeias alifáticas causam uma maior fluidez da bicamada. O colesterol por possuir sistema de anéis esteróides rígidos, interfere na movimentação das cadeias laterais de ácidos graxos de outros lipídeos, diminuin-do a fluidez da membrana. A distribuição de lipídeos não é a mesma nas camadas interna e externa da bicamada lipídica. As moléculas da camada interna são mais firmemente empaco-tadas, por se curvarem à bicamada. Moléculas maiores, como os cerebrosídeos, tendem a se localizar na camada externa. Há pouca tendên-cia de os lipídeos migrarem (flip-flop) de uma camada para outra, embora aconteça o movi-mento lateral dentro de uma mesma camada vivencia com freqüência, principalmente nas bicamadas mais fluidas. Além da composição, a temperatura também interfere na fluidez da bicamada. À medida que uma bicamada lipídi-ca resfria abaixo de uma temperatura de tran-sição característica, ela passa por uma mudan-ça de fase, em que se torna uma espécie de gel sólido com menor fluidez. A temperatura de transição de uma bicamada aumenta com o comprimento da cadeia e com o grau de sa-turação de seus ácidos graxos componentes

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50pelas mesmas razões que os pontos de fusão dos ácidos graxos aumentam com essas variá-veis. As temperaturas de transição da maioria das membranas biológicas estão na faixa de 10 a 40ºC. Bactérias e animais de sangue frio, como os peixes, modificam, por meio de sín-tese e degradação de lipídeos, as composições de ácidos graxos das suas membranas lipídicas de acordo com a temperatura ambiente, de modo a manter um nível constante de fluidez.

A fração lipídica de membranas de plantas tem uma maior percentagem de ácidos graxos insaturados, especialmente ácidos graxos po-liinsaturados, do que a encontrada nas mem-branas animais, e a presença de colesterol é somente característica de membranas animais. Outros esteróis (fitosteróis) são encontrados em membranas de plantas. Dessa forma, as membranas animais são menos fluidas que as membranas de plantas. A membrana de pro-cariotos, que não apresenta quantidades con-sideráveis de esteróis, é a mais fluida de todas.

4.2 PRoTeínas de memBRana

As proteínas de uma membrana biológica po-dem estar associadas à bicamada lipídica como proteínas periféricas (na superfície da membra-na) ou como proteínas integrais (dentro da bi-camada) (Figura 8). As proteínas de membrana desempenham várias funções. As proteínas de transporte movem substâncias para fora e para dentro das células, e as proteínas receptoras são importantes para a captação de sinais ex-tracelulares, como hormônios ou neurotrans-missores. Algumas enzimas estão firmemen-te ligadas a membranas como as en-zimas res-p o n s á v e i s por reações de oxidação a e r ó b i c a , que ocorrem em partes espec í f i cas das mem-branas mito-condriais.

4.3 o modeLo do mosaico FLuido

No modelo do mosaico fluido, proposto por S. Jonathan Singer e Garth Nicolson em 1972, as proteínas são vistas como icebergs flutuan-do em um “mar” lipídico bidimensional. Um importante aspecto do modelo é que as prote-ínas integrais são capazes de difundirem-se la-teralmente na matriz lipídica, a menos que tal movimento seja restringido por sua associação com outros componentes celulares. Nesse mo-delo não há formação de complexos lipídeos--proteína. As proteínas flutuam na bicamada lipídica.

ResumoOs lipídeos são compostos insolúveis em água e solúveis em solventes orgânicos apolares, sendo classificados em ácidos graxos, triacil-gliceróis, glicerofosfolipídeos, esfingolipídeos e esteróis.

Ácidos graxos, como o ácido araquidônico, originam os eicosanóides, que são substâncias que participam na regulação da pressão arte-rial, no surgimento da dor e febre, na indução da resposta inflamatória e outros.

As membranas biológicas são compostas por uma fração lipídica e uma fração protéica, onde os lipídeos formam uma bicamada com as cabeças polares em contato com o interior e o exterior aquoso da célula e a porção apolar

dos lipídeos no interior da membrana. O modelo do mosaico fluido descreve as interações entre lipídeos e proteínas nas membranas biológicas.

As membranas possuem três importantes funções: a primeira é favorecer o transporte através da mem-brana, que envolve a bica-mada lipídica e as proteínas de membrana; a segunda é apresentar proteínas re-ceptoras na membrana

Figura 8. A menbrana plasmática

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51que se ligam a substâncias biologicamente im-portantes, que disparam respostas bioquími-cas na célula; e a terceira é favorecer a catálise, realizada por enzimas ligadas à membrana.

HiPeRLinK

1. suRFacTanTe PuLmonaR

O dipalmitoil-fosfatidilcolina ou dipalmitoil--lecitina é um fosfolipídeo secretado por pneu-mócitos granulares. É o principal componente lipídico do surfactante pulmonar – uma cama-da de fluido extracelular que cobre os alvéo-los. O surfactante serve para reduzir a tensão superficial dessa camada fluida, diminuindo a pressão necessária para inflar e, portanto, impedindo o colapso alveolar (atelectasia). A síndrome da angústia respiratória (SAR) em recém-nascidos prematuros está associada à produção insuficiente de surfactante, e é uma causa importante de óbito neonatal nos países ocidentais. A maturação pulmonar pode ser acelerada pela administração de glicocorticói-des à gestante antes do parto. Essa síndrome também pode ocorrer em adultos que tiveram os pneumócitos produtores de surfactante le-sados ou destruídos, como, por exemplo, por um efeito colateral do uso de imunossupresso-res ou quimioterápicos.

2. esPeciaRias

Os animais terrestres possuem receptores olfa-tórios, onde chegam as substâncias odoríferas transportadas por proteínas ligadoras de odo-ríferos. Estas substâncias pequenas e voláteis e, na sua maioria, são hidrofóbicas. Muitos aromas e condimentos são metabólitos vege-tais produzidos por rotas secundárias. O cravo e a noz-moscada, por exemplo, são tóxicos aos seres humanos em altas doses. No entanto, muitos lipídeos vegetais são importantes pelos seus efeitos medicinais.

eXeRcício

1. Atualmente se tem dado muita importân-cia a um tipo de lipídeo encontrado em alguns tipos de alimentos. Esse lipídeo de-

nominado trans não trás benefícios à saú-de. Um outro tipo de lipídeo, chamado de essencial é de grande importância para os processos metabólicos dos seres humanos. Pesquise sobre esses tipos de lipídeos, des-creva onde são encontrados e os benefí-cios e malefícios para o organismo.

2. Os lipídeos e as membranas biológicas. O que você poderia dizer sobre as caracte-rísticas que os lipídeos conferem as mem-branas, já que elas possuem uma função importante, como separar as organelas da célula do meio externo.

ReFeRÊnciasCHAMPE, P.C. & HARVEY, R.A. Bioquímica Ilus-trada, 3ª ed, Porto Alegre: Artmed. 2006.

VOET, D., VOET, J.G. & PRATT, C. W. Funda-mentos da Bioquímica, Porto Alegre: Artmed, 2000.

CAMPBELL, M.K. Bioquímica, 3ª ed, Porto Ale-gre: Artmed, 2000.

www.qmcweb.org

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Química de caRBoidRaTos

oBJeTiVos esPecíFicos

1. Definir e classificar os carboidratos;

2. Citar as principais funções dos carboidra-tos na natureza;

3. Definir monossacarídeos e classificá-los, de acordo com o grupamento funcional e com o número de átomos de carbono;

4. Reconhecer derivados de monossacarí-deos, tais como: ácidos urônicos e mo-nossacarídeos aminados;

5. Definir carboidrato redutor;

6. Definir oligo e polissacarídeos;

7. Citar funções e características estruturais dos polissacarídeos amido e glicogênio (monossacarídeo constituinte, ligações glicosídicas, célula produtora);

8. Citar funções, exemplos e características estruturais de glicosaminoglicanos;

9. Descrever o processo de digestão de car-boidratos no organismo humano.

Profa. Rosana Anita da Silva Fonseca Carga Horária I 10H

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Os carboidratos ou sacarídeos (do grego, sakcharon, açúcar) são as moléculas biológicas mais abundantes. São relativamente simples e podem ser ligadas de várias maneiras para for-mar moléculas maiores, como por exemplo, o amido. Essa forma de reserva de carboidratos é o principal recurso de energia de muitos ali-mentos, incluindo o pão, o arroz, as massas e os tubérculos.

Os carboidratosW1 são quimicamente simples, contendo apenas três elementos: carbono, hi-drogênio e oxigênio – combinados de acordo com a fórmula geral (CH2O)n,emquen≥3.As unidades básicas de um carboidrato são de-nominadas monossacarídeos.

VocÊ saBia?

• Detodososnutrientes,oscarboidratossãoospri-meiros a serem empregados pela célula viva por pro-cessar uma combustão mais rápida e completa.

Existem muitos tipos diferentes de monossaca-rídeos, os quais se diferem em número de áto-mos de carbono e na organização dos átomos de H e O ligados a esses carbonos. Além disso, os monossacarídeos podem ser ligados de infi-nitas maneiras para formar polissacarídeos.

Palavras-chaves: carboidratos, monossacaríde-os, oligossacarídeos, dissacarídeos, polissacarí-deos, glicosaminoglicanos, proteoglicanos.

1. monossacaRídeos

1.1 cLassiFicaÇÃo dos monossacaRídeos

Os monossacarídeos são poliidroxialdeídos ou poliidroxicetonas, contendo, pelo menos, três átomos de carbono. São os carboidratos mais

simples que existem na natureza. São classifi-cados de acordo com dois aspectos:

- Número de átomos de carbono: trioses, com três átomos de C; tetroses – 4C; pentoses - 5 C; hexoses – 6 C; heptoses – 7 C, etc.

Vejamos os carboidratos mais simples encon-trados na natureza, ressaltando os dois aspec-tos da classificação:

Aldoses: se for um aldeído.

- Natureza química de seu grupo carbonila

Cetoses: quando for uma cetona.

A aldohexose D-glicose e a cetohexose frutose têm a mesma fórmula: (CH2O)6.

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55Observando a estrutura da D-glicoseW2, vemos que quatro de seus seis átomos de carbono –C2 a C5 – são centros quirais (também chamados de carbonos assimétricos) e, por isso, a D-glicose é um dos 24 = 16 estereoisômeros possíveis. A estereoquímica dos monossacarídeos baseia-se na presença de centros quirais que originam isômeros D- e L-, de acordo com a projeção de Fischer: o centro assimétrico mais afastado do grupo carbonila no D-açúcar possui a mesma configuração absoluta do D-gliceraldeído ( ou seja, -OH no C5 da D-glicose está à direita).

VocÊ saBia?

• Océrebroeosistemanervosoutilizamenergiaapartirdeglicose,exclusivamente.Aglicoseoxida-seaCO2 e H2O liberando uma quantidade considerável de energia no interior das células.

Devido ao fato de os monossacarídeos na forma L serem biologicamente muito menos abun-dantes do que os D-açúcares, o prefixo D é freqüentemente omitido. Os monossacarídeos mais importantes são as aldoses gliceraldeído, ribose, glicose, manose e galactose e as cetoses dii-droxiacetona, ribulose e frutose. (famílias D-aldoses e D-cetoses com 3 a 6 átomos de carbono). (Voet, famílias p.197 e 198)

1.2 conFiGuRaÇÃo e conFoRmaÇÃo

Os álcoois reagem com os gru-pos carbonila dos aldeídos e das cetonas para formarem hemia-cetais e hemicetais, respectiva-mente. As configurações dos substituintes de cada átomo de carbono nesses anéis são repre-sentadas pelas suas projeções de Haworth, nas quais as ligações mais escuras são projetadas à frente do plano do papel, e as ligações mais claras do anel são projetadas para trás.

Um monossacarídeo com um anel de seis membros é co-nhecido como uma piranose, em analogia com o pirano e monossacarídeo com anéis de cinco membros é chamado de furanose, fazendo referência ao furano. Figura 1 . Ciclização da glicose e da frutose. (a) a forma linear da D-glicoseprodua o hemia-

cetal cíclico α-D-glicopiranose. (b) a forma linear da D-frutose produa o hemicetal ciclico α-D-frutopiranose.

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56Assim, a hidroxila e a função aldeído ou cetona dos monossacarídeos podem reagir intramolecu-larmente, formando anéis com cinco ou seis átomos, semelhantes aos compostos furano e pirano, respectivamente.

Quando um monossacarídeo se cicliza, o carbono da carbonila, denominado carbono anomérico, torna-se um centro quiral com duas configurações possíveis. O par de estereoisômeros se difere entre si em configuração no carbono anomérico: anômero α e anômero β. No anômero α, o OH substituinte do carbono anomérico está do lado oposto ao anel do monossacarídeo (para baixo), enquanto que o anômero β, ao contrário, o grupo OH substituinte do carbono anomérico está do mesmo lado (para cima) do anel do monossacarídeo. (Figura abaixo)

Os dois anômeros da D-glicose possuem as mesmas propriedades físicas e químicas, mas diferem em uma: possuem diferentes rotações ópticas, quando submetidos a um polarímetro. Os anômeros se interconvertem livremente em soluções aquosas: assim, em equilíbrio, a D-gli-cose é uma mistura do anômero β (63,6%) com o anômero α (36,4%). Geralmente, a forma li-near está presente em quantidades mínimas.

2. PoLissacaRídeos (GLicanos)Os polissacarídeos consistem de monossacarí-deos unidos por ligações glicosídicas.

2.1 cLassiFicaÇÃo dos PoLissacaRídeos

São classificados em:

• Homopolissacarídeos: quando consistemde, apenas, um tipo de monossacarídeo.

• Heteropolissacarídeos: quando apresen-tam mais de um tipo de monossacarídeo em sua estrutura.

Os polissacarídeosW3 formam polímeros linares e ramificados, uma vez que as ligações glicosí-dicas podem ser formadas por qualquer grupo hidroxila de um monossacarídeo.

saiBa mais?

• [W3]:Os polissacarídeos não têm sabor doce,masquando digeridos pelo organismo, liberam seus mo-nossacarídeos e estes, sim, são doces.

2.2 oLiGossacaRídeos e dissacaRídeos

Os polissacarídeos mais simples são os dissa-carídeos. A lactose, por exemplo, ocorre na-turalmente apenas no leite, no qual sua con-centração apresenta-se até 7%, dependendo da espécie. A lactose é constituída de uma unidade de galactose e uma de glicose, unidas por ligação glicosídica β-1,4 ( liga o C1 da ga-lactose ao C4 da glicose. O nome sistemático para a lactose é β-D-galactopiranosil-(1→4)-D-glicopiranose, que especifica seus monossaca-rídeos, seu tipo de anel e o modo pelo qual eles estão ligados.

Figura 2. Anômeros α e β da glicose. Os monossacarídeos α-D-glicopiranose e β-D-glicopiranose se convertem um no outro passando pela forma linear. (Eles diferem entre si apenas pela configuração sobre o carbono anomérico.)

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O dissacarídeo mais abundante é a sacaroseW4, o nosso açúcar de mesa obtido a partir da cana-de-açúcar. A sacarose é a principal for-ma pela qual os carboidratos são transporta-dos nas plantas. Seu nome sistemático é α-D-glicopiranosil-(1→2)-β-D-frutofuranosídeo.

Outros dissacarídeos comuns ocorrem como produto de hidrólise de polissacarídeos grandes.

VocÊ saBia?

• [W4]:Oqueémaissaudável?Carboidratosrefina-dos ou sem refinar? Pense no açúcar de mesa e res-ponda a essa questão.

2.3 PoLissacaRídeos esTRuTuRais: ceLuLose, QuiTina e QuiTosana

As plantas possuem paredes celulares rígidas que suportam grandes diferenças de pressão osmótica. O principal componente da parede celular das plantas é a celulose, responsável por mais da metade do carbono presente na biosfera. A celulose é um polímero linear de mais de 10 mil resíduos de D-glicose unidos por ligação β(1→4).

Figura 3. Dissacarídeos lactose e sacarose.

Figura 4. Os três homopolissacarídeos mais abundantes na natureza: celulose, quitina e qui-tosana. A quitosana é um copolímero proveniente da reação de desacetilação da quitina, o segundo polissacarídeo mais abundante na natureza.

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58Apesar de os vertebrados não possuírem uma enzima capaz de hidrolisar as ligações β(1→4) da celuloseW5, o trato digestivo dos herbívoros contém microorganismos simbióticos, que se-cretam uma série de enzimas, coletivamente conhecidas como celulases, para realizar essa hidrólise. O mesmo ocorre com os cupins.

VocÊ saBia?

• [W5]:Acelulosenãoédigeridapelonossoorganis-mo, por isso ela é chamada de fibra. As fibras são nutrientes importantes para o funcionamento do intestino e do coração.

A quitina é o principal componente estrutural do exoesqueleto de invertebrados, como os crustáceos, insetos e aranhas, além de estar presente na parede celular da maioria dos fun-gos e de muitas algas. É tão abundante quan-to a celulose. A quitina é um homopolímero de resíduos de N-acetil-D-glicosamina unidos por ligações β(1→4). Ela se diferencia da celulose apenas porque cada grupamento OH do C2 é substituído por uma função acetamida.

2.4 PoLissacaRídeosw6 de ReseRVa: amido e GLicoGÊnio

VocÊ saBia? • [W6]:Ospolissacarídeostambémsãochamadosde

carboidratos complexos. Podem ser; digeríveis e não digeríveis.

O amido é uma mistura de glicanos, que as plantas sintetizam como seu principal alimen-to de reserva energética. É depositado nos clo-roplastos das células vegetais como grânulos insolúveis constituídos de α-amilose e amilo-pectina. A α-amilose é um polímero linear de milhares de r e s í d u o s de glicose unidos por l i g a ç õ e s α(1→4).

A α-amilose apresenta-se como um polímero regularmente repetitivo formando uma hélice voltada para a esquerda. Diferentemente, as li-gações glicosídicas β(1→4) da celulose e quitina tornam esses polímeros lineares, distendidos.

A amilopectina consiste principalmente em re-síduos de glicose unidos por ligações α(1→4). No entanto, a cada 24 resíduos de glicose, ela apresenta ligação α(1→6), o que a torna uma molécula ramificada.

A digestão do amido, a principal fonte de car-boidrato na dieta humana, é iniciada na boca, quando o alimento entra em contato com a saliva, que contém uma amilase (a salivar, tam-bém chamada de ptialina).

O glicogênio, polissacarídeo de reserva dos animais, está presente em todas as células, po-rém é mais abundante no músculo esquelético e no fígado, no qual ocorre sob a forma de grânulos citoplasmáticos. A estrutura primária do glicogênio assemelha-se à da amilopecti-na, embora o glicogênio seja mais ramificado, com pontos de ramificação, contendo de 8 a 12 resíduos de glicose.

Figura 5. Porções da molécula do amido. (a) Amilose (cadeia linear) e (b) amilopectina (cadeia ramificada e linear).

Figura 6. Estrutura do glicogênio. Este polissacarídeo é, aproxi-madamente, 6 vezes mais ramificado do que o amido.

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3. GLicosaminoGLicanosOs espaços extracelulares, principalmen-te aqueles de tecidos conjuntivos, tais como cartilagens, tendões, pele e parede dos vasos sangüíneos, contêm colágeno e outras pro-teínas embebidas em uma matriz gelatinosa composta principalmente, por glicosaminogli-canos. Esses polissacarídeos não-ramificados são substituídos por resíduos alternados de ácido urônico e de hexosamina, que formam soluções gelatinosas de elevada viscosidade e elasticicidade.

A heparina é um polímero de unidades dissa-carídicas sulfatadas, o que a torna o polímero mais carregado nos tecidos dos mamíferos (ver estrutura abaixo). A heparina ocorre, exclusi-vamente, nos grânulos dos mastócitos, que ocorrem nas paredes das artérias. Ela inibe a coagulação do sangue e acredita-se que sua liberação causada por lesão previna a forma-ção indiscriminada de coágulos. A heparina é largamente empregada na clínica médica, para inibir a coagulação do sangue, por exemplo, em pacientes após cirurgia.

4. GLicoPRoTeínasMuitas proteínas apresentam-se agregadas a carboidratos, para formarem glicoproteínas, cuja composição de carboidratos varia de 1 a 90 %.

4.1 PRoTeoGLicanos

As proteínas e os glicosaminoglicanos agre-gam-se na matriz extracelular de modo co-valente e não-covalente, para formarem um grupo de macromoléculas denominado prote-oglicanos. Estes apresentam uma arquitetura molecular na forma de escova, em que a um suporte filamentoso de ácido hialurônico es-tão ligadas várias cerdas constituídas de uma proteína central na qual os glicosaminoglica-nos estão covalentemente ligados (ver Fig 8). Os oligossacarídeos menores queratan-sulfato e condroitin-sulfato estão unidos por ligação glicosídica à proteína via o nitrogênio da ami-da de resíduos específicos (chamados oligos-sacarídeos N-ligados) dos aminoácidos serina ou treonina.

Figura 7. Estrutura da heparina. Este glicosaminoglicano apresenta a unidade dimérica sufatada altamente repetida

O ácido hialurônico é outro importante gli-cosaminoglicano componente do tecido con-juntivo, do líquido sinovial (lubrificante das articulações e do humor vítreo dos olhos). As moléculas de ácido hialurônico são estendi-das, formando uma molécula rígida, cujos numerosos grupos iônicos ligam-se a molé-culas de cálcio e a de água. Soluções de hialu-ronato possuem elevada viscosidade, o que as torna excelentes compostos biológicos lubri-ficantes, transferindo às articuções resistência aos impactos.

Figura 8. Proteoglicano

A estrutura em forma de escova dos prote-oglicanos, junto com o caráter polianiôni-co de seus componentes queratan-sulfato e condroitin-sulfato faz com que esse complexo seja altamente hidratado. A cartilagem, que consiste em uma rede de fibrilas de colágeno preenchida por proteoglicanos, é caracteriza-da por resistência e flexibilidade. A aplicação de pressão em uma cartilagem espreme água para fora das regiões carregadas de seus pro-teoglicanos até que a repulsão entre as cargas impeça mais compressão. Quando a pressão é liberada, a água retorna. De fato, a cartilagem

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60nas articulações, que não tem vasos sanguíneos, é irrigada por esse fluxo de líquido movido pelos movimentos do corpo. Isso explica porque longos períodos de inatividade tornam as cartilagens finas e frágeis.

4.2 PaRede ceLuLaR de BacTÉRias

As bactérias são circundadas por paredes celulares rígidas que lhe conferem suas formas caracte-rísticas e lhes permitem viver em ambientes hipotônicos (concentração de sais menor que a intra-celular), os quais causariam inchaço osmótico, até que suas membranas plasmáticas rompessem. As paredes celulares bacterianas são de considerável importância médica, pois são responsáveis pela virulência bacteriana (poder de causar doenças).

A parede celular bacteriana consiste de cadeias polissacarídicas e polipeptídicas (pequeno polí-mero de aminoácidos) ligadas de modo covalente, que formam uma macromolécula como um mosaico que envolve completamente a célula. Essa armação foi elucidada por Jack Strominger e recebeu o nome de peptideoglicano (Fig 9).

Figura 9. Composição da parede celular de bactérias gram-positivas gram-negativas. Observe que a parede celular das bactérias gram--negativas é mais espessa, funcionando na defesa bacteriana ao ataque de substâncias químicas. Isso justifica a maior resistênci dessas bactérias ao ataque de antibióticos.

GRAM POSITIVE CELL WALL

affter Garrett & Grisham, Biochemisty, 2nd ed.

N-Acetylmuramic Acid (NAM)

N-Acetylglucosamine (NAG)

L-AlaD-Iso-Glu

L-LysD-Ala

pentaglycinecrosslink

peptido glycan (cell wall)

inner lipid bilayer

GRAM NEGATIVE CELL WALL

N-Acetylmuramic Acid (NAM)

N-Acetylglucosamine (NAG)

L-AlaD-Iso-Glu

L-LysD-Ala

Amide bondbtw Lys and D-Ala

lipopolysacharide

O-antigen(polysacch)Core oligosacch

NAG

outer lipid bilayer

peptido glycan

inner lipid bilayer

hydrophobicprotein covalentlyconnected to OM

affter Garrett & Grisham, Biochemisty, 2nd ed.

Peptídeoglicano(parede celular)

Menbranaplasmática

(b) Bactéria gram-negativaMenbrana externa

Peptídeoglicano(parede celular)

Citoplasma

Espaçoperiplásmico

Menbranaplasmática

Citoplasma

(a) Bactéria gram-positiva

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61As bactérias são classificadas como gram--positivas e gram-negativas, dependendo do fato de elas serem ou não coradas pelo co-rante de Gram (procedimento desenvolvido por Crystian Gram, no qual células são ini-cialmente fixadas pelo calor e sucessivamen-te tratadas com o corante cristal de violeta e iodo e, em seguida, descoradas com eta-nol ou acetona); as bactérias gram-positivas possuem uma parede celular espessa, envol-vendo uma membrana plasmática, ao passo que as bactérias gram-negativas possuem uma parede celular fina coberta por uma membrana externa complexa. Esta membra-na externa funciona, em parte, na exclusão de substâncias tóxicas para a bactéria, in-cluindo o corante de Gram. Essa estrutura é responsável pela resistência maior das bacté-rias gram-negativas aos antibióticos do que as bactérias gram-positivas.

A parede celular bacteriana consiste de várias camadas concêntricas de peptideoglicano e de a parede celular de bactéria gram-positiva também contém derivados de polissacarídeos adicionais que auxiliam na proteção da célula. No entanto, a parede celular de muitas bacté-rias sofre ação de duas substâncias: lisozima e penicilina. A primeira é enzima presente na lágrima, no suor e em outras secreções do cor-po, que quebra da ligação β(1,4) entre o ácido N-acetilmurâmico e a N-acetilglicosamina, e a segunda é um antibiótico, que inibe a síntese da parede celular.

4.3 PRoTeínas GLicosiLadas

Quase todas as proteínas secretadas a mem-branas de células eucarióticas são glicosiladas, isto é, apresentam olissacarídeos ligados cova-lentemente às proteínas através de ligações N--glicosídicas ou O-glicosídicas.

Os oligossacarídeos são normalmente unidos às proteínas em seqüências que formam alças ou voltas na superfície das células, constituin-do um dos melhores marcadores imunoquí-micos conhecidos: o sistema ABO de grupos sangüíneos. Os antígenos desse sistema são componentes oligossacarídicos de glicolipíde-os na superfície das células de um indivíduo (não apenas nas hemácias). Indivíduos com células do tipo A possuem o antígeno A na

superfície de suas células e carregam anti-corpos anti-B em seu sangue; aqueles com células do tipo B, que possuem os antígenos B, carregam anticorpos anti-A; aqueles com células tipo AB, que possuem ambos antíge-nos A e B, não carregam anticorpos anti-A nem anticorpos anti-B, e os indivíduos tipo O, cujas células não possuem nenhum dos antígenos, carregam tanto anticorpos anti-A quanto anti-B. Conseqüentemente, a trans-fusão de sangue tipo A em indivíduos tipo B, por exemplo, resulta em uma reação anti-corpo anti-A com o antígeno A, que aglutina (coagula) os eritrócitos transferidos, resultan-do em um bloqueio, quase sempre fatal, do sistema circulatório.

A Tabela 1 mostra os oligossacarídeos encon-trados nos antígenos A, B e H (os indivíduos tipo O possuem o antígeno H). Eles aparecem nas extremidades não-redutoras dos compo-nentes oligossacarídeos dos glicolipídeos. O antígeno H é o oligossacarídeo precursor dos antígenos A e B. Indivíduos tipo A apresen-tam um resíduo GalNAc (N-acetilgalactosa-mina) ligado à posição terminal do antígeno H. Indivíduos tipo B apresentam resíduo de galactoseα. Indivídos do tipo O apresen-tam oligossacarídeo que termina no resíduo galactoseβ.

Tabela 1 Estruturas terminais dos antígenos A, B e H em eritrócitos (Voet, p. 216 Tab 8-1)

5. diGesTÃo dos caRBoidRaTosOs principais locais de digestão dos carboidra-tos são a boca e o intestino delgado. Esta di-gestão é rápida e geralmente se completa no momento em que o conteúdo estomacal atin-ge a junção do duodeno e do jejuno. Existe pouco monossacarídeo presente nas dietas de origem mista (animal e vegetal). assim, as enzi-mas necessárias à degradação da maioria dos carboidratos da dieta são primariamente dis-sacaridases e endoglicosidases (que quebram oligossacarídeos e polissacarídeos). A digestão dos carboidratos se inicia na boca e se comple-ta no intestino delgado. Etapas da digestão de carboidratos:

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625.1 na Boca

Durante a mastigação, a alfa-amilase salivar (ptialina) atua brevemente sobre o amido da dieta, de modo aleatório, rompendo algumas ligações alfa-1,4. O produto da ação da alfa--amilase contém uma mistura de moléculas de oligossacarídeos menores e ramificados, uma vez que a amilopectina e o glicogênio também contêm ligações alfa-1,6. A digestão dos car-boidratos cessa temporariamente, no estôma-go, porque a acidez estomacal inativa a alfa--amilase salivar.

5.2 no inTesTino deLGado

Quando o conteúdo gástrico atinge o intesti-no, este é neutralizado pelo bicarbonato secre-tado pelo pâncreas, e a alfa-amilase pancreáti-ca continua o processo de digestão do amido e do glicogênio, uma vez que sua ação consiste em hidrolisar tanto ligações glicosídicas alfa-1,4 quanto alfa-1,6. De maneira que, após a ação da amilase pancreática, atuam também dissacaridases e oligossacarases na altura do jejuno superior.

5.3 aBsoRÇÃo de monossacaRídeos PeLas cÉLuLas da mucosa inTesTinaL

O duodeno e o jejuno superior absorvem a maior parte dos açúcares da dieta. A glicose e a galactose deixam as células da mucosa intesti-nal por transporte facilitado e por difusão sim-ples, penetrando, assim, na circulação porta.

5.4 deGRadaÇÃo anoRmaL de dissacaRídeos

A digestão e absorção dos carboidratos é mui-to eficiente em indivíduos saudáveis e ocorre com uma rapidez tão grande que praticamente todos os carboidratos digeridos são absorvidos no momento em que o bolo alimentar atinge o jejuno superior. Porém, apenas monossaca-rídeos são absorvidos, qualquer defeito em uma atividade específica de uma dissacaridase da mucosa intestinal provoca a passagem de carboidrato não-digerido ao intestino grosso e, daí, será excretado.

5.4.1 INTOLERÂNCIA À LACTOSE

Manifesta-se, particularmente, em indivídu-os adultos da raça negra e da asiática (até 90 %), por apresentarem uma deficiência de lactase na vida adulta. A lactose não digeri-da será excretada. Porém, antes da excreção, esse material no intestino grosso irá provocar retenção de água, causando diarréia, além da fermentação bacteriana dos carboidratos, formando grandes volumes de gases (CO2 e H2), causando flatulência. O tratamento des-se distúrbio consiste na remoção da lactose da dieta.

5.4.2 DEFICIÊNCIA DE SACAROSE

Esta deficiência resulta em intolerância à saca-rose ingerida. Manifesta-se em poucos adultos no mundo (10% dos esquimós e 2% dos ame-ricanos adultos).

5.4.3 DIABETES

A glicose penetra nas células através de um mecanismo de transporte passivo mediado pela insulina, um hormônio pancreático. Após o processo absortivo, a glicose sanguínea é dis-tribuída para os tecidos, cujo excesso é arma-zenado no fígado como glicogênio (polímero de glicose). Indivíduos que não produzem in-sulina ou a produzem, mas esta não se liga de maneira eficiente à célula hepática, provoca um acúmulo de glicose na corrente sanguínea, condição conhecida como hiperglicemia. Dia-betes é a patologia em que os indivíduos não conseguem manter sua glicemia dentro dos níveis de referência ideais, ou seja, concentra-ção da glicose sanguínea entre 70 e 99 mg/dL. Esses indivíduos apresentam-se hipergli-cêmicos. O tratamento para o diabetes inclui medicamentos hipoglicemiantes orais e insu-lina injetável (está em fase de testes a bomba de insulina). Ainda não se encontrou a cura do diabetes, embora várias pesquisas para esse fim estejam em andamento.

5.4.4 O ÍNDICE GLICÊMICO

Quando ingerimos alimentos ricos em carboi-dratos (tubérculos, pães), estes são absorvidos pelo intestino e enviados para o sangue, ele-vando os níveis de glicose na corrente sanguí-

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63nea. A velocidade, segundo a qual se digerem e assimilam os diferentes alimentos depende do tipo de nutriente, da composição de fibra presente e da composição do resto do alimento pre-sente no estômago e no intestino durante a digestão. Para avaliar esses aspectos, definiu-se como índice glicêmico a velocidade, segundo a qual os alimentos liberam glicose na corrente sanguínea. Esse índice é de grande importância para os diabéticos, já que estes devem evitar os aumentos rápidos de glicose no sangue.

concLusÃo

Os carboidratos constituem uma importante classe de biomoléculas para os seres vivos. Eles de-sempenham uma série de funções biológicas que englobam desde fornecimento e estocagem pri-mordial de energia para os mamíferos (glicose e glicogênio, respectivamente) até sua associação a outras moléculas bioquímica (lipídeos e proteínas), para desempenharem uma série de funções biológicas.

Os monossacarídeos (menores carboidratos) apresentam-se em diferentes classes, sendo os mais abundantes: glicose, frutose, galactose, manose (hexoses), ribose e desoxirribose (pentoses). Já os polissacarídeos apresentam-se em diferentes tamanhos que vão desde algumas unidades monos-sacarídicas (dissacarídeos e oligossacarídeos) até milhares de unidades (polissacarídeos).

Os carboidratos estão envolvidos com várias funções: de reserva energética (glicogênio e amido); estrutural (celulose e quitina – animais e parede celular – bactéria e outros microorganismos), lubrificação de articulações (proteoglicanos) e reconhecimentos celular (glicoproteínas do sistema imunológico).

A digestão dos carboidratos é um processo rápido e se inicia na boca e se encerra no intestino delgado. Apenas monossacarídeos são absorvidos no jejuno superior, de forma que dissacarí-deos, que não são hidrolisados até essa porção do intestino seguirão para o intestino grosso, onde alimentarão as bactérias intestinais, produtoras de gases CO2 e H2, provocando desconfortos abdominais (cólicas intestinais). Além disso, os dissacarídeos requerem água para sua excreção, resultando em diarréias.

PesQuise e ResPonda

1. Diferencie carboidratos simples de carboidratos complexos e defina índice glicêmico.

2. Cite 3 benefícios das fibras em nossa alimentação.

3. Analise a seguinte frase: “sempre que se desejar adoçar uma bebida como café é preferível usar o açúcar mascavo ao invés do refinado.” Você concorda com tal afirmação? Justifique sua resposta.

HiPeRTeXTos1. Famílias D-aldoses e D-cetoses com 3 a 6 átomos de carbono

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652. A coagulação do sangue

Quando um coágulo sangüíneo bloqueia a passagem de sangue em uma artéria que irri-ga o coração ou o cérebro, ocorre um ataque cardíaco ou um derrame cerebral. Coágulos sangüíneos podem também bloquear veias e artérias através do corpo, causando doenças, como trombose venosa (circulação periférica) e embolia pulmonar (pulmões). Os médicos tratam a coagulação sanguínea com uma va-riedade de métodos. Medicamentos anticoa-gulantes (que ajudam a prevenir a coagulação excessiva do sangue) e solubilizadores de coá-gulos (dissolvem os coágulos sangüíneos) são prescritos para prevenir e tratar pacientes com esses distúrbios.

3) Últimas pesquisas em diabetes

1. O transplante pancreáticoEsta é a abordagem mais próxima para a cura do diabetes. Em termos práticos, consiste num transplante duplo de rim-pâncreas, sendo re-alizado, principalmente, em pessoas com dia-betes em estágio avançado da doença renal. O transplante combinado reduz a rejeição imu-nológica, quando comparado com o trans-plante único do pâncreas. Nos últimos anos, houve uma melhora acentuada nas drogas que combatem a rejeição, e a sobrevivência aumentou bastante. Os agentes imunosupres-sores modernos são menos tóxicos e direcio-nados mais especificamente para os linfócitos.

2. Transplantes de ilhotasSegundo alguns autores, esta é a técnica mais promissora para a cura do diabetes. Muitos trabalhos têm sido feitos na área, visando a

sua utilização em um grande número de pes-soas com diabetes. As técnicas atuais isolam e encapsulam as ilhotas produtoras. O recipien-te poroso deve permitir a passagem da glicose para dentro da cápsula, estimulando a libera-ção da insulina para fora. Além disso, a mem-brana da cápsula deveria bloquear a passagem dos anticorpos, evitando a rejeição desta.

3. Engenharia genéticaA terceira abordagem em busca da cura do diabetes tem sido a aplicação de técnicas de engenharia genética. Isto envolve a transfor-mação de outras células do corpo em células produtoras de insulina por meio de técnicas de implantação de um gene relacionado com a produção de insulina. Uma das linhagens uti-lizadas é a de células de tumores hipofisários, para os quais foi transferido um gene promo-tor de insulina. Estas técnicas exigem que a “nova” linhagem celular seja capaz de produ-zir insulina, quando estimuladas por glicose e que não produzam nenhum outro hormônio da hipófise indesejável no diabetes, como, por exemplo, o ACTH.

4. Pâncreas virtualEsta é uma técnica proposta por biotecnolo-gistas. Envolve o desenvolvimento de um pân-creas artificial, que deve ter a capacidade de liberar insulina mediante o estímulo glicêmico. Este aparelho deve ser capaz de reconhecer os níveis glicêmicos, as suas variações e a veloci-dade com que a glicemia aumenta ou diminui no organismo. Não é uma tarefa fácil mesmo para os mais competentes bioengenheiros. Re-centes desenvolvimentos de biossensores para glicemia podem representar uma esperança em relação ao desenvolvimento desta linha de trabalho.

5. Neogênese de ilhotasUma linha de trabalho que está sendo desen-volvida no Instituto de Diabetes de Norfolk, Virgína (USA), consiste no desenvolvimento de substâncias que possam estimular a formação de ilhotas a partir de células-tronco existentes no pâncreas adulto. Existe uma família de pro-teínas, chamadas lectinas do tipo C, que são associadas ao início da formação de ilhotas.

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ReFeRÊnciasVOET, D. ; VOET,J.G. e PRATT,C.W. Fundamen-tos de bioquímica. Porto Alegre: Artes Médicas Sul, 2000.

CHAMPE, P.C. e HARVEY,R.A. Bioquímica ilus-trada. Porto Alegre: Artes Médicas, 2005.

CAMPBELL, M.K. Bioquímica, 3ª ed, Porto Ale-gre: Artmed, 2000.

http://www.aula21.net/Nutriweb/pagmarco.htm

http://www.ucs.br/ccet/defq/naeq/material_di-datico/textos_interativos_03.htm

http://www.diabetes.org.br/diabetes/pesqand.php#3

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ViTaminas

oBJeTiVos esPecíFicos

1. Definir vitaminas;

2. Classificar vitaminas, conforme a solubi-lidade;

3. Classificar vitaminas hidrossolúveis e sua função coenzimática;

4. Listar algumas doenças provocadas por carência de vitaminas do complexo B;

5. Identificar a estrutura química da vita-mina C e citar as funções dessa vitamina;

6. Identificar compostos que têm atividade da vitamina A;

7. Relacionar as principais funções da vita-mina A;

8. Citar a função básica da vitamina D e sua síntese no organismo humano;

9. Citar as doenças provocadas por carên-cia de vitaminas lipossolúveis;

10. Definir hipervitaminose, apresentando seus efeitos em nosso organismo.

Profa. Rosana Anita da Silva Fonseca Carga Horária I 10H

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68Palavras-chaves: vitaminas/ hidrossolúveis/ li-possolúveis/ beribéri/ cegueira pelagra/ escor-buto/ raquitismo/ anti-hemorrágica/ antioxi-dante/ anemias/ coenzimas/ fator intrínseco.

pertinente à medida que a medicina altera seu foco do tratamento de distúrbios agudos para a prevenção de doenças crônicas, como o cân-cer e a doença cardíaca.

Em 1912, Hopkins e Funk sugeriram, indepen-dentemente, a teoria das vitaminas. Eles pos-tularam que doenças, como beribéri, escorbu-to e raquitismo, são causadas pela deficiência de fatores nutricionais específicos.

Nos primeiros anos de pesquisa das vitaminas, havia confusão sobre o número de vitaminas hidrossolúveis. Quando se conhecia apenas a vitamina B, o fator antiescorbuto foi denomi-nado vitamina C, e o fator anti-raquítico, vita-mina D. Mais tarde, descobriu-se a natureza múltipla da vitamina B, e os fatores sucessiva-mente identificados foram denominados B2, B3, B4, etc. A maioria destes termos foi aban-donada porque o fator ativo foi identificado e recebeu um nome apropriado ou porque se constatou que ele era idêntico a outro fator anteriormente identificado. O termo complexo B continua a ser utilizado porque esses fato-res são encontrados juntos na natureza. Ali-mentos ricos ou pobres em um dos fatores do complexo geralmente o são em outros.

As vitaminas são classificadas de acordo com sua solubilidade: nove vitaminas são classifica-das como hidrossolúveis, e quatro, como lipos-solúveis (ver Figura 1). Estudaremos cada uma delas, iniciando pelas hidrossolúveis.

As vitaminas são compostos orgânicos requeri-dos pelo corpo em quantidades mínimas, para realizar funções celulares específicas. Elas po-dem ser classificadas, de acordo com sua solu-bilidade e suas funções no metabolismo (Figu-ra 1). As vitaminas podem não ser sintetizadas por seres humanos, devendo ser supridas pela dieta. Até recentemente, acreditava-se que a única função das vitaminas era prevenir doen-ças por deficiência aguda, como o escorbuto e a beribéri. Entretanto, dados recentes sugerem que essa visão das vitaminas é muito limitada. A manutenção da saúde ideal e a prevenção de doenças crônicas podem exigir certas vitami-nas em quantidades maiores. O uso profilático de vitaminas promete desempenhar um papel

Vitaminas

Hidrossolúveis

Complexo B

Vitaminas A (retinol, β-carotens)Vitaminas D (colecalciferol)Vitaminas K (filloquinonas, menaquinonas)Vitaminas E (tcoferóis)

Lipossolúveis

Não pertence ao Complexo B

Vitaminas C (ácido ascórbico)

Outras

Pirirdoxina (vitamina B6)

Piridoxamina

Liberadoras de energia Hematopoiéticas

Tiamina (vitaminas B1) Ácido fólico Riboflaviana (vitaminas B2 Cobalamina (vitaminas B12) PiridoxalNiacina (vitaminas B3)BiotinaÁcido pantotênico

Figura 1. Classificação das vitaminas.

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1. ViTaminas HidRossoLÚVeisMuitas vitaminas hidrossolúveis são precur-sores de coenzimas para as enzimas do me-tabolismo intermediário. Essas vitaminas não são tóxicas quando ingeridas em excesso, e as quantidades armazenadas no corpo são nor-malmente pequenas. Quando ingeridas em ex-cesso em relação à necessidade corporal, elas são facilmente excretadas na urina e, assim, devem ser continuamente supridas na dieta.

Cada vitamina tem a sua forma biologicamente ativa, ou seja, a forma química em que ela par-ticipa do nosso metabolismo. Em nosso estu-do, será sempre ressaltada a forma biologica-mente ativa de cada vitamina bem como suas carências nutricionais (patologias associadas).

1.1 Tiamina (ViTamina B1)

Distribuição (fontes dietéticas)Esta vitamina encontra-se nas camadas exter-nas das sementes de plantas. O pão de trigo integral é uma excelente fonte, enquanto que o pão branco comum é uma fonte muito po-bre da vitamina, visto que a maior parte da tiamina é removida durante o processo de moagem. A farinha de trigo enriquecida res-tabelece o teor original da tiamina. A tiamina é encontrada também na maioria dos tecidos animais e, em menor quantidade, no leite.

O cozimento excessivo de alimentos ricos em tiamina deve ser evitado, pois este remove a vitamina de muitos alimentos.

Forma biologicamente ativa: tiamina pirofos-fato (TPP)

A tiamina-pirofosfato (TPP) é sintetizada em te-cidos animais por transferência direta do gru-po pirofosfato da adenosina-trifosfato (ATP).

Função metabólica: a TPP atua como cofa-tor na descarboxilação oxidativa de: piruvato, α-cetoglutarato e α-cetoácidos derivados de aminoácidos de cadeia ramificada. Atua tam-bém na reação da transcetolase, importante enzima que atua no metabolismo das pento-ses-fosfato.

Necessidades diárias: Homem – 1,5 mg/dia; Mulher – 1,1 mg/dia .

CarênciaW1: beribéri e encefalopatia de Werne-cke. Alguns sintomas do beribéri: rápida perda de peso, fraqueza muscular e perda de reflexos.

VocÊ saBia?

• [W1]:queafaltadevitaminaB1matou33pessoasentre 15 e 50 anos no Estado do Maranhão, no ano de 2006?

1.2 RiBoFLaVina (B2)

Distribuição: plantas verdes, fígado, fermento e germe de trigo.

Formas biologicamente ativas:Flavina-mononucleotídeo (FMN);Flavina-adenina-dinucleotídeo (FAD).

Função metabólica: FMN e FAD atuam como transportadores de elétrons (cofatores) em re-ações de oxirredução, catalisadas por enzimas desidrogenases. (catalisadoras de reações de transporte de elétrons).

Necessidades diárias: Homem – 1,7 mg/dia; Mulher – 1,3 mg/dia.

Carência: estomatite, queilose, glossite, sebor-réia e fotofobia.

Tiamina

Tiamina pirofosfato Riboflavina

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701.3 niacina (B3)

Formas da niacina encontrada nos alimentos:

Sintomas da pelagra: dermatite, estomatite, lín-gua atrófica, de cor magenta, além de diarréia.

Utilizada no tratamento da hiperlipidemia: li-pólise; VLDL e LDL (diminui a queima de gor-duras; diminui os níveis de colesterol-VLDL e de colesterol-LDL). Terapia não recomendada para diabéticos.

Análogo da niacina: Isoniazida (o derivado hi-drazida do ácido nicotínico) é a droga primária utilizada no tratamento quimioterápico da tu-berculose.

1.4 ácido PanToTÊnico (ViTamina B5)

Distribuição: fermento, fígado, ovos, carnes, leite, grãos de cereais e banana.

Função metabólica: componente da coenzima A, importante transportador de grupos acila.

Nicotinamida Ácido nicotínico

A niacina não é uma vitamina verdadeira pois ela pode ser sintetizada pelo nosso organismo a partir do aminoácido triptofano, entretanto essa produção é ineficiente (são necessários 60 mg de triptofano para sintetizar 1 mg de nia-cina). Além disso, a síntese de niacina requer vitaminas B1, B2 e B6.

Distribuição: derivados de carnes, fígado e ou-tras vísceras; metabolismo do triptofano.

Formas biologicamente ativas:Nicotinamida-adenina-dinucleotídeo (NAD+)Nicotinamida-adenina-dinucleotídeo-fosfato (NADP+)

NAD*NADH é mostrado no interior do quadro.

O grupo OH (seta vermelha) fosforilado é o NADP*

Função metabólica: NAD+ e NADP+ atuam como transportadores de elétrons (cofatores) em reações de oxirredução, catalisadas por enzimas desidrogenases. (catalisadoras de re-ações de transporte de elétrons).

Necessidades diárias: Homem – 19 mg/dia; Mulher – 15 mg/dia.

Carência: pelagra

Ácido Pantotênico

Coenzima AO átomo de enxofre do radical -SH liga-se ao

grupamento acila a ser transportado

Necessidades diárias: 5,0 a 10,0 mg/dia.

Carência: não observada em humanos.

1.5 PiRidoXina (B6)

Distribuição: carne, plantas verdes e alguns mi-crorganismos, especialmente os lactobacilos e leveduras e gema de ovo.

Formas biologicamente ativas: piridoxal-fosfa-to, piridoxina e piridoxamina.

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71As formas encontradas nos alimentos naturais se convertem unas nas outras.

Forma biologicamente ativa: biocitina.

Função metabólica: coenzima de enzimas que catalisam reações de carboxilação.

Piridoxina

Piridoxal

Piridoxamina

Piridoxal Fosfato

Função metabólica: coenzima em diversas en-zimas do metabolismo dos aminoácidos, além de participar da degradação do glicogênio.

Necessidades diárias: Homem – 2,0 mg/dia; Mulher – 1,6 mg/dia.

Carência: convulsões, podendo evoluir para graus elevados de neuropatologias graves.

Terapia antivitamina B6: isoniazida (antagonis-ta da vitamina K), usado para tratar pacientes com tuberculose.

1.6 BioTina

Distribuição: fermento, fígado, ovos, chocola-te e amendoim.

Biotina

Necessidades diárias: 30 a 100 g/dia.

Carência: rara, pode ocorrer em longas tera-pias com antibióticos.

1.7 ácido FÓLico

Distribuição: frutas, vegetais folhosos, cereais, feijões, grão de bico, ovos, carnes, fígado e amendoim.

Forma biologicamente ativa: tetraidrofolato

Função metabólica: carreador de grupos de carbono isolado metil, formil e metileno “ sín-tese das bases púricas e da pirimidina timina; síntese de DNA); necessário à síntese e à matu-ração de hemácias e leucócitos.

Ácido Fólico

Necessidades diárias: 200 µ g/dia.

Carência: anemia megaloblásticaW3 (crianças e gestantes). Geralmente, deficiência de folato resulta em complicações idênticas às relacio-nadas com a deficiência de vitamina B12.

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72VocÊ saBia?

• [W3]: que o ácido fólico é necessário para aformação das células do sangue e sua ausência é uma causa comum de anemia entre mulhe-res e crianças pequenas? E que a carência de ácido fólico, durante a gravidez, pode causar má formações congênitas? Os alimentos ricos neste tipo de vitaminas são as verduras de cor verde-escuras, o amendoim, feijões, grão de bico, cereais, carne, peixe e ovos.

1.8 coBaLamina (B12)

A vitamina B12 é composta por uma estru-tura complexa (anel corrina) e um átomo de cobalto central.

DistribuiçãoW4: é sintetizada exclusivamente por microrganismos, embora seja estocada no fígado de animais.

VocÊ saBia?

• [W4]:Você sabiaqueas vitaminasdocomplexoBestão distribuídas nos alimentos em proporções va-riadas de acordo com a cor dos nutriente? Por isso, é saudável variar a cor dos alimentos no prato!!!

Formas biologicamente ativas: metilcobalami-na e desoxiadenosilcobalamina.

A absorção da vitamina B12 depende de uma proteína produzida pelo estômago, chamada de fator intrínseco, e transportada até o íleo, no qual é absorvida. Após absor-ção, a cobalamina é transportada até o fíga-do, local onde permanece armazenada até sua utilização.

Funções metabólicas: a metilcobalamina e a desoxiadenosilcobalamina transferem grupos monocarbônicos (metilação de homocisteína, conversão de metilmalonil-CoA em succinil--CoA e regeneração do tetraidrofolato).

Necessidades diárias: 3 µ g/dia.

Carência: anemia perniciosa, resultante da se-creção gástrica defeituosa do fator intrínseco. Em geral, a anemia megaloblástica está asso-ciada à anemia perniciosa com grave compro-metimento do sistema nervoso central e da mucosa gastrintestinal.

1.9 ácido ascÓRBico (ViTamina c)

Cianocobalamina

DistribuiçãoW5: é produzido, a partir da glico-se, por frutas cítricas, frescas, verduras, bata-tas novas. Esses alimentos, quando enlatados, perdem a vitamina, mas ela é preservada no congelamento.

VocÊ saBia?

• [W5]:queapresençadeácidoascórbico,disponí-vel em frutas cítricas melhora a absorção de ferro proveniente de produtos vegetais, como: brócolis, beterraba, couve-flor e outros? Por outro lado, exis-tem alguns fatores, como fosfatos, polifenóis, tani-nos, cálcio (presentes em alimentos como café, chá, mate, cereais integrais, leite e derivados.que podem inibir a absorção do ferro?

Ácido Ascórbico

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73Funções metabólicas: Atua como:

1) Cofator em reações de hidroxila-ção de colágeno. Requerida na manutenção do tecido conectivo;

2) Agente redutor de várias re-ações no organismo humano (ação antioxidante).

Necessidades diárias: 60 mg/dia.

Carência: escorbuto, devido à sua participação na síntese de colágeno. Caracteriza-se por descamação da pele, lábios rachados, sangramen-tos nas gengivas doloridas e espon-josas, desprendimento dos dentes, sangramentos com hemorragias subcutâneas, dores musculares e anorexia.

Sintomas do escorbuto: articulações sensíveis, limitação dos movimen-tos, hemorragias, cicatrização defi-ciente e anemia.

2. ViTaminas LiPossoLÚVeis

2.1 ViTamina a

Formas ativas: retinol (álcool), retinal (aldeído, formado pela oxidação do retinol) e ácido reti-nóicoW6 (oxidação do retinal).

VocÊ saBia?

• [W6]:queoácido13-cis-retinóico (isotretinoína)éum análogo sintético da vitamina A, que é usado clinicamente para o tratamento de acne severa?

Seu principal efeito é a redução da secreção sebácea por mecanismo não hormonal, diminuindo, tam-bém, o volume da glândula.

Cada um desses compostos é derivado do ß--caroteno ( membro de uma família de molé-culas conhecidas como carotenóides).

Transporte e armazenamento da vitamina A: o β-caroteno é clivado no lúmen do intestino e libera duas moléculas de retinal. Retinal é re-duzido a retinol, esterificado ao ácido palmí-tico (ácido graxo com 16 átomos de carbono) e liberado para o sangue no interior de quilo-microns e distribuído para lipócitos na forma de retinol. O excesso de retinol é armazenado no fígado para posterior distribuição para ou-tros tecidos extra-hepáticos (olho, pele, gôna-das, epitélio, etc.). O retinol é transportado no plasma na forma de um complexo, constituído do trans-retinol ligado à proteína de ligação de retinol (PLR), uma importante proteína plas-mática transportadora.Trans-retinal

11-cis-retinal

Retinol

Ácido Retinóico

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74Distribuição: verduras e legumes ricos em ca-rotenóides (alface, espinafre, acelga, escarola, pimentões, cenouras e batatas-doces), frutas amarelas, vermelhas e verdes, e o fígado, por sua capacidade de estocagem.

Funções metabólicas:

a) ciclo visual - é um componente dos pig-mentos visuais; é essencial à integridade da fotorrecepção nos cones e bastonetes;

b) crescimento e desenvolvimento;

c) reprodução;

d) células epiteliais.

Vitamina A e o ciclo visual: a fotorrecepção no olho humano é função de duas células espe-cializadas localizadas na retina: os cones e os bastonetes. O composto fotossensível é uma proteína denominada opsina ligada à molé-cula 11-cis-retinal (uma forma da vitamina A), formando um complexo: a rodopsina.

Quando a rodopsina é exposta à luz, forma a imagem e libera a opsina e outra forma inativa de retinal, o trans-retinal. O trans-retinal não participa do ciclo visual, só depois de regene-rado a 11-cis-retinal, ele voltará a participar do ciclo visual.

Distribuição: cenoura e outros vegetais ama-relos, verdes e vermelhos são ricos em caro-tenóides. Portanto, são excelentes fontes de vitamina A.

Necessidades diárias: 500 a 600 g/dia de re-tinol ou 2 vezes mais a quantidade do beta--caroteno.

Carência: diminui a resistência às infecções, perda de apetite, inibição do crescimento, anormalidades ósseas, comprometimento vi-sual (cegueira noturna em adultos, xeroftalmia e cegueira em crianças).

Toxicidade: ingestão excede a capacidade de ligação à PLR. Caracteriza-se por: cefaléia, ano-rexia, náuseas, fraqueza e dermatite.

2.2 ViTamina d

A vitamina D é um hormônio esteróide que tem a função de regular a expressão de gene específico através de sua interação com um re-ceptor intracelular.

Forma biologicamente ativa: 1,25-di(OH)-cole-calciferol.

Função metabólica: regula os níveis sangüíne-os de cálcio e fosfato.

Ergosterol

7-Deidrocolestrerol

Formação da vitamina D

A vitamina D ativa é derivada do ergosterol (produzido por plantas) e do 7-deidrocolecal-ciferol (produzido na pela a partir do choles-terol). Na pele, por irradiação da luz, o 7-dei-drocolecalciferol é convertido em colecalciferol (vitamina D3) e vai para o fígado. No fígado, a vitamina D3 é hidroxilada a 25-OH-D3 (no C-25) e vai para o rim. No rim, a 25-OH-colecalcife-rol é novamente hidroxilada, agora no C-1 e transforma-se na 1,25-di(OH)-colecalciferol, ou seja, na vitamina D ativa.

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A vitamina D funciona de modo cooperativo com o hormônio da paratireóide (PTH). Este hormônio é liberado da paratireóide em res-posta à baixa concentração sanguínea de cál-cio e fósforo.

De modo oposto ao PTH, a calcitonina, hor-mônio da glândula tireóide, atua diminuindo os níveis sangüíneos de cálcio, inibindo a sua reabsorção renal.

Necessidades diárias: 5 g/dia.

Distribuição: óleos de fígado de peixes, princi-palmente os de alto mar.

Carência:

1) raquitismo (calcificação óssea deficiente) – em crianças;

2) osteomalácia (desmineralização óssea) – em adultos.

Toxicidade: ingestão excessiva leva à formação de cálculos renais.

2.3 ViTamina e

Formas biologicamente ativas: diversos com-postos conhecidos como tocoferóis, sendo o α-tocoferol o mais potente deles.

25-OH-colecalciferol(25-OH-D3)

1,25-diOH-colecalciferol(1,25-diOH-D3)

Figura 2 - Pamela (vit. D)

Função metabólica: ação antioxidante, neu-tralizando a ação danosa dos radicais livres do oxigênio molecular sobre os fosfolipídeos de membranas celulares.

Absorção e transporte:A vitamina E é absorvida no intestino e secre-tada no interior de quilomicrons. Cai na circu-lação, sendo captada pelos tecido hepático e alguns extra-hepáticos.

Devido à sua natureza hidrofóbica, a vitamina E pode ser armazenada nas membranas ce-lulares e estocada no tecido adiposo (maior reserva).

As vitaminas E e C estão inter-relacionadas em sua capacidade antioxidante. O α-tocoferol ativo pode ser regenerado pela interação com a vitamina C.

Necessidades diárias: 10 mg/dia

Distribuição: amêndoas, óleos vegetais e lipí-deos das folhas verdes.

Carência:

1) fragilidade de células vermelhas do san-gue, devido ao ataque de radicais livres aos fosfolipídeos de membranas;

2) esterilidade (em animais).

Toxicidade:a vitamina E é a menos tóxica das vitaminas lipossolúveis; não foi observada toxi-cidade em doses acima de 300 mg/dia.

2.4 ViTamina K

Formas naturais: vitamina K1 (filoquinona, em vegetais verdes); vitamina K2 (menaquinona, bactérias intestinais) e vitamina K3 (menadio-na, sintética).

α-tocoferol

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76Forma biologicamente ativa: vitamina K2 (me-naquinona).

Carência:

1) fragilidade de células vermelhas do san-gue, devido ao ataque de radicais livres aos fosfolipídeos de membranas;

2) esterilidade (em animais).

Em adultos, sinais de carência da vitamina K são raros, já que ela é produzida por bactérias intestinais. Porém, uma carência pode ocorrer em situação de tratamento prolongado com antibiótico. Bebês prematuros podem apre-sentar intestino estéril. Por essa razão, eles re-cebem uma dose intramuscular de vitamina K ainda no hospital como medida profilática da síndrome hemorrágica.

Toxicidade: ingestão prolongada pode produ-zir anemia hemolítica e icterícia no lactente, devido a efeitos tóxicos sobre a membrana das hemácias.

3. ViTaminas HidRossoLÚVeis e coenZimasCofatores são substâncias não-protéicas que tomam parte das reações enzimáticas e são regeneradas para serem utilizadas em reações futuras. Os íons metálicos têm papel prepon-derante e constituem uma das duas classes importantes de cofatores. As coenzimas, a outra classe importante, são uma mistura de compostos orgânicos, sendo que muitos deles são vitaminas ou estão metabolicamente rela-cionados a ela.

Uma vez que os íons metálicos são ácidos de Lewis (aceptores de pares de elétrons), eles po-dem atuar como catalisadores ácido-base de Lewis, podendo também formar ligações co-ordenadas, comportando-se como ácidos de Lewis, ao passo que os grupos, aos quais eles se ligam, atuam como base de Lewis.

Algumas das mais importantes coenzimas or-gânicas são vitaminas e seus derivados, espe-cialmente as vitaminas do complexo B. Várias delas estão envolvidas em reações de oxida-ção-redução, as quais fornecem energia para

Vitamina K1

Vitamina K2

Vitamina K3

Função metabólica: a vitamina K atua como cofactor na ativação dos fatores (proteínas) de coagulação II, VII, IX, X, proteína C e proteína S. Todas essas proteínas são sintetizadas no fí-gado como precursores inativos.

A conversão dos fatores inativos em fatores ativos requer uma carboxilação adicional nos resíduos de glutamato (um aminoácido ácido), nos fatores de coagulação por ação de uma enzima carboxilase, que requer a vitamina K como cofator.

Terapia antivitamina K: dicumarol (antagonista da vitamina K), utilizado para tratar coagula-ção excessiva (pacientes predispostos ou que sofreram algum tipo de trombose).

Necessidades diárias:H - 10 mg de equivalentes de α-tocoferol/diaM - 8 mg/dia de equivalentes de α-tocoferol/dia

Distribuição: fígado, fermento (leveduras) e fo-lhas verdes.

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77o organismo. Outras servem como agentes de transferência de grupos funcionais nos processos metabólicos (ver Tabela 1).

ResumoÉ incontestável a necessidade das vitaminas para manter nosso organismo funcionando adequadamente. As vitaminas são classifica-das em dois grupos: o das hidrossolúveis e o das lipossolúveis.

As vitaminas hidrossolúveis são nove, requeri-das diariamente em quantidades determinadas a partir de estudos feitos com a população ame-ricana. O excesso dessas vitaminas é excretado pelos nossos rins sem provocar nenhum tipo de comprometimento funcional (toxicidade).

As vitaminas lipossolúveis são quatro, e seu grande diferencial em relação às hidrossolúveis é que não são excretadas pelo nosso organis-mo, quando ingeridas em excesso: elas são ar-mazenadas e podem provocar toxicidade.

Atualmente, as vitaminas estão presentes na mídia, nas farmácias e nos supermercados, seja nos suplementos vitamínicos, muitos con-tendo quantidades superiores às RDA (dose diária recomendada) das vitaminas, seja como aditivos de alimentos (como bolachas, leite, cereais).

O uso dos suplementos vitamínicos é indicado para pessoas com carência nutricional (hipovi-taminose) ou com distúrbio de má-absorção. O perigo está na ingesta desses suplementos por parte da população desinformada, devido à toxicidade das vitaminas lipossolúveis.

A melhor escolha para se manter saudável é ainda usar o bom-senso: uma alimentação

nutritiva, colorida, variada e, ao contrário das pílulas, saborosa!

HiPeRTeXTos

1. nuTRiÇÃo Humana

O atual conhecimento científico da nutrição humana é uma das contribuições mais impor-tantes da bioquímica, que salvou incontáveis vidas humanas ou melhorou sua qualidade de vida. Até recentemente, a pelagra, o beribéri e o raquitismo eram endêmicos em algumas par-tes do mundo. Atualmente, essas doenças não deveriam ocorrer mais, porque temos conhe-cimento para preveni-las. Entretanto, mais de um oitavo da população do mundo é desnu-trida. E, paradoxalmente, muitas pessoas nos países mais ricos são mal nutridas, não pela deficiência de alimentos, mas, pelo excesso de consumo e outros desequilíbrios alimentares. Uma das mais importantes missões da bioquí-mica é informar as pessoas das bases científi-cas da nutrição e desfazer crenças e modismo alimentares impostos pela sociedade.

Há cinco classes de nutrientes que contribuem para uma dieta adequada, em que cada uma desempenha uma função especial.

1. CARBOIDRATOS

São os nutrientes mais abundantes e a princi-pal fonte de energia biológica através da sua oxidação nos tecidos. Eles, também, fornecem precursores orgânicos para as biossínteses de muitos componentes celulares.

Tabela 1. Coenzimas e suas reações e as vitaminas precursoras

Vitaminas percusoras Coenzimas Tipo de reação

Tiamina Tiamina-pirofosfato Transferência de aldeído

Riboflavina Coenzimas de flavina (FMN, FAD) Oxidação-redução

Niacina Coenzimas de nicotinamida (FMN, FAD) Transferência de acila

Ácido Pantotênico Coenzima A Transaminação

Piridoxina Piridoxal-fosfato P Carboxilação

Biotina Biocitina Transferência de unidades de um carbono

Ácido Fólico Ácido Tetraidrofólico

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2. LIPÍDEOS

Os triacilgliceróis de origem animal e vegetal ficam logo abaixo dos carboidratos como a principal fonte de energia. Eles, também, são importantes fontes de carbono para a biossín-tese de colesterol e de outros esteróides. Além disso, os triacilgliceróis vegetais fornecem áci-dos graxos essenciais.

3. PROTEÍNAS

As proteínas possuem três funções principais na nutrição. Elas fornecem tanto os aminoá-cidos não essenciais como os essenciais, como unidades fundamentais para a biossíntese de proteínas não apenas para o crescimento das crianças e recém-nascidos mas também para a constante substituição e degradação das pro-teínas do organismo nos adultos. Os aminoá-cidos são também precursores dos hormônios, porfirinas e muitas outras moléculas. A oxida-ção dos esqueletos carbônicos dos aminoáci-dos fornece uma fração menor, mas significan-te, da necessidade energética total diária.

Os carboidratos, os lipídeos e as proteínas são a maior parte dos nutrientes ou os macronu-trientes. Juntos, eles são consumidos em cen-tenas de gramas por dia, dependendo do peso corporal, da idade e do sexo.

4. VITAMINAS

As vitaminas, classificadas em grupos hidros-solúvel e lipossolúvel, são micronutrientes or-gânicos necessários em quantidades da ordem de miligramas ou microgramas por dia. Fun-cionam como componentes essenciais de co-enzimas específicas que participam no meta-bolismo e em outras atividades especializadas.

5. MINERAIS E MICROELEMENTOS

Os nutrientes inorgânicos necessários po-dem ser agrupados em duas classes. O cálcio, o fósforo e o magnésio são requeridos em quantidades ao redor de um grama por dia, enquanto que o ferro, o iodo, o zinco, o co-bre e muitos outros são necessários, apenas, em quantidades da ordem de miligramas ou microgramas. Os elementos inorgânicos pos-

suem muitas funções: como componentes dos ossos e dentes, como eletrólitos na manuten-ção do balanço aquoso no sistema vascular e nos tecidos e como grupos prostéticos de en-zimas, dentre outros.

6. FIBRAS

Consistem, principalmente, de celulose e de outros polímeros não-digeríveis da parede ce-lular de origem vegetal. Embora as fibras não sejam digeríveis e não desempenhem nenhu-ma função metabólica, elas ajudam a manter a motilidade apropriada do trato intestinal.

Não há nenhum alimento perfeito que supra todas as necessidades do organismo. São ne-cessários 40 nutrientes diferentes que ocorrem em proporções diferentes nos alimentos. Um guia simples, útil, para uma dieta adequada é apresentado na tabela abaixo.

Tabela 2. Os quatro grupos alimentares básicos. Guia para uma ingestão diária adequada dos alimentos ne-cessários; a variedade dentro de cada grupo alimentar é essencial.

Grupo do leite

Dois copos de leite ou porções de queijo, ricota, sorvete ou outros laticínios.

Grupo da carne

Duas porções de carne, peixe, ave ou ovos; Ervilhas, feijões ou nozes são alternativas.

Grupo dos vegetais e frutas

Quatro porções de vegetais verdes ou amarelos, tomates, frutas.

Grupo do pão e cereais

Quatro porções de grãos integrais ou produtos de cereais fortificados.

A tabela 2 acima mostra as espécies de ali-mentos que devem ser ingeridos diariamente, dentro de cada grupo, a fim de fornecer uma dieta razoavelmente balanceada. As escolhas em cada grupo deveriam variar a cada dia, para evitar o consumo de um ou poucos ali-mentos com a exclusão da maioria dos outros daquele grupo. A melhor garantia da nutri-ção adequada é uma dieta altamente variada, junto com um balanço apropriado de calorias e proteínas em relação às necessidades indivi-duais, considerando a altura, o peso e o grau de atividade física.

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ÍNDICE DE MASSA CORPÓREA (IMC)

O IMC relaciona o peso (massa) de uma pessoa com a sua altura. A proporção de massa e altura de um indivíduo reflete sua gordura corporal. O IMC serve para mostrar se um indivíduo está abaixo, acima ou no seu peso ideal. Quando uma pessoa está com o valor do IMC abaixo do ideal, ele pode estar sofrendo um distúrbio alimentar, como anorexia nervosa ou bulimia. Quan-do o IMC está acima da faixa ideal, o indivíduo pode estar obeso. A obesidade é uma doença crônica, caracterizada pelo excesso de gordura corpórea, que causa muitos prejuízos à saúde, tais como: problemas cardiovasculares, dislipidemias (colesterol e triglicerídeos alto), problemas ortopédicos, dentre outros.

2. anemia meGaLoBLásTica e anemia PeRniciosa

Consiste em um distúrbio provocado pela síntese comprometida do DNA. A divisão celular é lenta, porém o desenvolvimento citoplasmático progride normalmente, de modo que células megalo-blásticas tendem a ser grandes, com uma proporção aumentada de RNA em relação ao DNA. Pode ser devido à carência de vit. B12 ou de ácido fólico.

Ácido fólico é ingerido na sua forma inativa e ativado em tetraidrofolato dentro da célula para realizar sua função, que é essencial para renovação da timidina (doando radicias metila), que, por sua vez, é necessária à duplicação e síntese de DNA.

Vitamina B12 tem por função formar tetraidrofolato (THF) (forma ativa o ácido fólico). Por isso, na deficiência de vit. B12, as reservas de folato no organismo diminuem. O quadro clínico se asseme-lha ao da deficiência de ácido fólico, porém com manifestações neurológicas, tais como: fraqueza, pode haver irritabilidade, amnésia e demência.

3. doses Recomendadas de aLGumas ViTaminas

ReFeRÊncias

VOET, D. ; VOET,J.G. e PRATT,C.W. Fundamen-tos de bioquímica. Porto Alegre: Artes Médicas Sul, 2000.

CHAMPE, P.C. e HARVEY,R.A. Bioquímica ilus-trada. Porto Alegre: Artes Médicas, 2005.

CAMPBELL, M.K. Bioquímica, 3ª ed, Porto Ale-gre: Artmed, 2000.

http://ioh.medstudents.com.br/amega.htm

http://ull.chemistry.uakron.edu/classroom.html

Doses Diárias Recomendadas (RDA) das Vitaminas*

A D E B11 B3 B2 B1 B6 B12 C

1,0mg 5,0μg 10,0mg 200μg 19mg 1,7mg 1,5mg 2,0mg 2,0μg 60mg

* = humano, adulto, com menos de 90kg.

http://web.indstate.edu/thcme/mwking/vita-mins.html

http://www.qmc.ufsc.br/qmcweb/artigos/vita-minas/vitaminas_frame.html

http://dtr2004.saude.gov.br/nutricao