Lipdios

lsolamento para os NervosUm fio eltrico desprotegido, conduzindo eletricidade, ir provocar um curto-circuito se tocar em um outro con-dutor. Esta arazo, obviamente, por que fios so isolados. Os axnios dos grandes neurnios, condutores e1-tricos do sistema nervoso, tambm so isolados. Assim como nos fios eltricos, revestidos de uma camada deplstico isolador, um composto chamado de bainha de mielina isola os axnios de virias clulas nervosas de seuambiente extracelular. A bainha de mielina formda pela membrana de clulas especializadas, chamadas c1u-las de Schwann, que crescem em volta do axnio e o envolvem vrias vezes. Na estrutura desta membrana estoas molculas chamadas lipdios. Um componente principal da mielina a esfingomielina. Um modelo molecularda esfingomielina mostrado acima, e sua estrufura dada na Seo 23.68. O envolvimento do axnio pelamembrana da clula de Schwann fomece camada sobre camada de isolamento pela esfngomielina e molcllasde lipdio relacionadas. Esta a chave para a propriedade de isolamento da bainha de mielina. Diferente de foseltricos, que necessitam de isolamento de ponta a ponta, as camadas de lipdio da bainha de mielina no so umisolador contnuo para o axnio. Intervalos peridicos na bainha de mielina criam nodos (chamados nodos deRanvier) entre os quais os sinais eltricos dos impulsos nervosos saltam ao longo do axnio. A propagao dosimpulsos nen/osos, desta maneira, ocorre a uma velocidade de at 100 ms t, mito mais rrpido o que a propa-gao nas fibras nervosas sem mielina, onde este efeito d saltos no possvel. A propago do impulso nosnervos sem mielina cera de 10 vezes mais lenta do que nos ner-vos com mielina. Os saltos de um impulsoneffoso entre os nodos so mostrados esquematicamente no seguinte diagrama:

Bainha da miel ina(composta de molculas de lipdios).

{ Nu*. ; .: :.i

-,i

i ; .Axnio

l " ' " ' * t

Nodo deRanvier

.a l .?

II Nu*:i.,

. ,4"

.i.. ,.r.

I Nu*

Como seria de se esperar, a mielinizao das fibras nervosas crucial para a funo neurolgica apropriada. Aesclerose mltipla, por exemplo, uma doena auto-imune que causa a desmielinizao daicluior.r"ruorus,normalmente com conseqncias neurolgicas muito srias. Outras condies, chamadas de doena de arma-zenamento de esfingolipdio, causam o acmulo de vrios esfingolipdios, com vrias conseqncias. Exem-plos das doenas de armazenamento de esfngolipdios so as doenas de Tay-Sachs e de Krabbe. Ambas sofatais para crianas menores de 3 anos. Neste captulo, iremos verificar que os lipdios existem em grandevariedade de classes - os esfingolipdios mencionados aqui so apenas o-

"*empo. Veremos tambJm que

os papis biolgicos dos lipdios so at mais variados e to fascinantes quanto suas estruturas.

23.r23.22 123.4

IntroduoAcidos Graxos e TriacilglicerisTerpenos e TerpenidesEsterides

23.5 Prostaglandinas23.6 Fosfolipdios e Membranas Celulares23.7 Ceras

Lipdios 367

23. I lNrRoDUoOs lipdios so compostos de origem biolgica que dissolvem em solventes apolares, tais como

o clorofrmio e o ter dietlico. O nome lipdio vem da palavra grega, Iipos, que significa gor-dura. Diferente dos carboidratos e das protenas, que so definidos em termos de suas estrutu-ras, os lipdios so definidos pela operao fsica que usamos para isol-los. Portanto, no surpreendente que os lipdios incluam uma variedade de tipos estruturais. Os exemplos so osseguintes:

oll

cH2-o-c-R

t?CH-O-C-R'

CH,

,\t l\z^on

:cH(cH3)'

cH2oH

cH2-o-c-R'Uma gordura ou um leo Mentol

(um triacilglicerol) (um terpenide)

ol l

cH,-o-c-Rlot t l

CH-O-C-R'

CH,

ol l .

-o-P -ocH2cHrN(cH3)3Io-

Uma lecitina(um fosfatdio)

Vitamina A(um terpenide)

Colesterol(um esteride)

23.2 Acroos Gnnxos E TRTActLGLtcERrsApenas uma pequena parcela da frao do lipdio total obtida pela extrao com um solvente apo-

lar consiste de cidos carboxlicos de cadeia longa. A maioria dos cidos carboxlicos, de origembiolgica, encontrada como steres de glicerol, isto , como triacilgliceris (Fig. 23.t;.*

otl

cHzoc-Rotl

cH2oHI

CHOHI

cH2oH\d)

CHOC-R'Il9t t l

cH2oc-R"()

Fig. 23. | (a) Glicerol. () Um triacilglicerol. Os grupos R, R' e R" so normalmente grupos de alquilade cadeia longa. Os R, R' e R" tambm podem conter uma ou mais ligaes duplas carbono-cabono.Em um triacilglicerol os R, R' e R" podem ser todos diferentes.

*A literatura mais mtiga se referia aos triacilgliceris como triglicedios ou simplesmente como glicerdios. Na nomenclatura da IUPAC, porseem stees de glicerol, eles devem ser chamados de trialcanoatos de glicerila, trialcenoatos de glicerila, e assim por dimte.

Os triacilgliceris so leos das plantas e gorduras de origem animal. Incluem substnciascomuns como o leo de amendoim, leo de soja, leo de milho, leo de girassol, manteiga.toucinho e o sebo. Os triacilgliceris, que so lquidos temperatura ambiente, so geralmentechamados de leos; aqueles que so slidos, so chamados de gorduras. Os triacilgliceris po-dem ser triacilgliceris simples, nos quais todos os trs grupos de acila so os meimos. Mau.comum, entretanto, o triacilglicerol um triacilglicerol misto, no qual os grupos de acila scdiferentes.

A hidrlise de uma gordura ou leo produz uma mistura de cidos graxos;

\'q

elc:E

ot l

RCOH

otl

H2-O-C-RC

otl

CH-O-C-R'

cH2-o-c-R"Uma gordura ou um leo

Acidos Carboxlicos Saturados

cHl(cH2)12c02Hcido mirstico

(cido tetradecanico)cHj(cH2)r4C02H

cido palmtico(cido hexadecanico)cH3(cH2)r6corH

cido esterico(cido octadecanico)cidos Carboxlicos InsaturadoscH3(cI{r)s\ CH.),CO.H

C:CH

Acido palmitolico(cido cis-9-hexadecenico)

otl

+ R'COH

oil

cH2-oH R"COHGlicerol cidos graxos

-5

54

OJ

70

T

JL

cH3(cH2)?\ /(.cH)lco2E

C:C

Acido olico(cido cis-9-octadecenico)

cH3(cHJ4

HH Hcido tinolico

(cido c is, c is -9,12-octadecadienico)

.zcHr\ ,zcHr\ /(cEz)$o2H":t.. zc:ct .rc:ctHHHHHH

cido linolnico(cido c i s, c i s, c i s

-9 rl2 rl 5 - o ctadecatrienico)

-C:C.zCHr\ /,(CH)iCo2H

C:C

Gm

Gl

Ir(

i:I(

rj'DFe

CH"CH"

Tabela 23. | cidos Graxos Comuns

h

- 11

imos como os cidosgraxos so biossintetizadosem unidades de doiscarbonos no TpicoEspecial D.

Um triacilglicerol saturado

Lipdios 369

A maioria dos cidos graxos naturais possui cadeias no-ramificadas e, como so sintetizados apartir de unidades de dois cabonos, possui um nmero par de tomos de carbono. A Tabela 23.1lista alguns dos cidos graxos mais comuns e a Tabela 23.2 fomece a composio do cido graxo dealgumas gorduras e leos comuns. Observe que, nos cidos graxos insaturados na Tabela 23.1, zsligaes duplas so todas em cis. Muitos cidos graxos naturais contm duas ou trs ligaes du-plas. As gorduras ou leos que provm deste cido so chamados de leos ou gorduras poliinsatu-rados. A primeira ligao dupla de um cido graxo insaturado ocorre geralmente entre C9 e C10; asdemais ligaes duplas tendem a comear no CI2 e C15 (como no cido linolico e o cido linolni-co). As ligaes duplas, portanto, no so conjugadas. E raro ocorrer ligaes ffiplas nos cidosgrxos.

As cadeias de carbono de cidos graxos saturados podem adotar vrias conformaes que ten-dem a ser totalmente estendidas, pois isto minimiza as repulses estricas entre grupos metilenosvizinhos. cidos graxos saturados organizam-se com facilidade em cristais e como as atraes devan der Waals so fortes, eles possuem pontos de fuso relativamente elevados. Os pontos de fusoaumentam com o aumento do peso molecular. A configurao cis da ligao dupla de um cido graxoinsaturado impe uma curva rgida cadeia de arbono que interfere com a organizao cristalina,causando a reduo da atrao de van der Waals, entre as molculas. Conseqentemente, cidos graxosinsaturados possuem pontos de fuso mais baixos.

O que acabamos de dizer sobre os cidos graxos tambm se aplica aos triacilgliceris. Ostriacilgliceris formados principalmente de cidos graxos saturados possuem pontos de fuso eleva-dos e so slidos temperatura ambiente. So o que chamamos de gorduras. Os triacilgliceris, comuma grande proporo de cidos graxos insaturados e poliinsaturados, possuem pontos de fuso maisbaixos. So os leos. AFig.23.2 mostra como a introduo de uma ligao dupla em cis afeta a for-ma de um triacilglicerol e como a hidrogenao calalIica pode ser usada para converter umtriacilglicerol insaturado em um saturado.

23.2A Hidrogenao dos TriacilglicerisGorduras slidas de cozinha comercializadas so preparadas pela hidrogenao parcial de leos

vegetais. O resultado a conhecida'ogordura parcialmente hidrogenada", presente em diversos pro-dutos alimentcios. A hidrogenao completa do leo evitada, pois um triacilglicerol totalmentesaturado muito duro e quebradio. De modo geral, o leo vegetal hidrogenado at que se obtenhauma consistncia atraente semi-slida. Uma vantagem comercial da hidrogenao parcial a maior

Tabela 23.2 Composio do cido Obtido pela Hidrlise dos teos e Gorduras ComunsuComposio Mdia dos cidos Graxos (Vo mol\Saturado Insaturado

Gorduraou leo

,c4AcidoBut-rico

,C6 , CEAcido Acido

Capri- Capr-co lico

.Cro ,Cr" ,Crn ,CruAcido Acido Acido AcidoCpri- Lu- Mirs- Palm-

co rico tico tico

,Cr, ,CruAcido AcidoEste- Palmito-

rico lico

Cr, .Cr, ,C$

Acido Acidocido Lino- Linol-Olico lico nico

Gorduras AnimaisManteigaBanha de porcoToucinho/Sebo de

boileos Yegetais

OlivaAmendoimMilhoSemente de algodoSojaLinhaaCoco

leo MarinhoFgado de bacalhau

2-5 8-15 25-29l-2 25-302-5 24-34

0-1 5-15'7-12

r-2 7-1rr-2 t8-25t -2 6-10

4_740-50 15-20 9-r2

5-7 8-10

18-33 2-448-60 6-1235-45 l-3

L-30-1t-23-4 9-t212-t815-30

t-42-6

J-+

t -2) -4aa

0-1

4-64-6 0-1

0-l

7-95-70-1

t-2 -J

0-1

67-84 8-1230-60 20-3825-35 50-60l7-38 45-5520-30 50-58 5-1014-30 t4-25 45-606-9 0-1

18-22 27-33 2',1-32,Dados adotados de Holum, J.R. Organic and Biological Chewistry; Wiley, New York, 1978; p.220, e do Biology Data Book; Altman, P.L.; Ditmer, D.S., Eds.,Federation of American Society for Experimental Biology; Washington, DC, 1964.

370 Lipdios

H, -

t lHr -O

ol l

11-6

tlHr -O

Uma gordura saturada

Fig. 23.2 Dois triacilgliceris tpicos, um insaturado e um saturado. A ligao dupla em cis dotriacilglicerol insaturado interfere com a organizao cristalina e faz com que a gordura insaturadatenha ponto de fuso mais baixo. A hidrogenao da tigao dupla faz com que um triacilglicerolinsaturado se torne saturado.

durabilidade da gordura. leos poliinsaturados tendem a reagir pela auto-oxidao (Seo 10.1 lC r.fazendo com que se tornem ranosos. Um problema com a hidrogenao parcial, contudo, que ccatalisador isomeriza parte das ligaes duplas no-reagidas do arranjo natural em cis em arranjcno-natural em trans; e h virias evidncias que mostram que gorduras em "trans" so associadas aoaumento de risco de doenca cardiovascular.

23.28 Funes Biolgicas dos TriacilglicerisA funo principal dos triacilgliceris nos animais como uma reserva de energia. Quando os

triacilgliceris so convertidos em dixido de carbono e gua, por reaes bioqumicas (i.e., quandoos triacilgliceris so metabolizados), eles fornecem mais que o dobro de quilocalorias por gramaque os carboidratos ou as protenas. Isto devido, principalmente, altaproporo de ligaes car-bono-hidrognio por molcula.

Nos animais, clulas especializadas, chamadas de adipcitos (clulas de gordura), sintetizam earmazenam os triacilgliceris. O tecido que contm estas clulas, o tecido adiposo, mais abundantena cavidade abdominal e nas camadas subcutneas. Os homens possuem um teor de gordura de cer-cade2l%o, as mulheres, cerca de 267o. Este teor de gordura suficiente para garantir nossa sobrevi-vncia por 2-3 meses, em caso de falta de alimentos. Ao contrrio, o glicognio, nossa reserva decarboidratos, supre a energia necessiria para apenas um dia.

Todos os trialcilgliceris saturados do corpo e alguns dos insaturados podem ser sintetizados decarboidratos e das protenas. Certos cidos graxos poliinsaturados, contudo, so essenciais nas die-tas dos animais superiores.

A quantidade de gordura na dieta, especialmente a proporo de gordura saturada, tem sido umapreocupaonafueadasade,pormuitosanos. Hbastanteevidnciadequeagordurasaturadaemexcesso na dieta um fator no desenvolvimento de doena do corao e do cncer.

IItI!

CIC

IC

o

l

L

I r' NiV

Lipdios 371

A olestra um substituto de gordura comercial "zero caloria", com a aparncia e textura dasgorduras naturais. um composto sinttico cuja estrutura envolve uma nova combinao decomponentes naturais. O fundamento da olestra derivado da sacarose, o acar refinado co-mum. Seis a oito grupos hidroxila no esqueleto da sacarose possuem cidos carboxlicos de ca-deia longa (cidos graxos) conectados a eles pela ligao do ster. Estes cidos graxos possuemcadeia de C, a C,r. Na sntese industrial da olestra, estes cidos gaxos derivam do caroo doalgodo ou do leo de soja.

OlestraSeis a oito dos grupos R so steres cidos graxos,

sendo os demais grupos hidroxila.

A presena de steres de cido graxo na olestra confere a ela o gosto e propriedades culin-rias de uma gordura comum. Entretanto, a olestra no digestvel como uma gordura tpica. Omotivo porque o volume estrico da olestra faz om que seja inaceitvel s enzimas quecatalisam a hidrlise das gorduras comuns. A olestra passa pelo sistema digestivo intata, noadicionando, desta maneira, nenhuma caloria dieta. Por este processo, entretanto, a olestra seassocia e caffega consigo algumas vitaminas solveis em lipdios, isto , as vitaminas A, D, Ee K. Alimentos preparados com olestra so suplementados com estas vitaminas, para compen-sar qualquer perda que possa resultar de sua extrao pela olestra. Estudos dirigidos desde aaprovao da olestra demonstraram que no h queixas sobre problemas digestivos maiores entreos que consomem salgadinhos para lanches com o Olean (o nome da marca da olestra) do quequando consomem as batatinhas fritas com gordura.

Muitos outros substituntes de gordura tm merecido ateno. Entre eles esto os steresde poligliceris que, supostamente, devido ao seu volume estrico, tambm seriam no-digestveis, como a olestra polister. Uma outra abordagem s gorduras de baixa caloria, jem uso comercial, envolve a substituio de alguns cidos carboxlicos de cadeia longa naespinha dorsal do glicerol por cidos carboxlicos de cadeias mdias ou curtas (C, a Co). Es-tes compostos fornecem menos calorias, pois cada grupo CH, que est ausente do ster deglicerol (comparado com os cidos graxos de cadeia longa) rcduz a quantidade de energia(calorias) liberada quando aquele composto metabolizado. O teor calrico de um certo sterde glicerol pode ser preparad, sob medida, para fornecer o nmero de calorias desejado. ajus-tando-se simplesmente a proporo dos cidos carboxlicos de cadeia longa em cadeia mdiae curta. Outros substitutos de gordura de baixa caloria so os compostos de base de carboi-drato e de protena. Estes materiais atuam pela gerao de uma resposta gustativa similar dagordura, mas por vrias razes produzem menos calorias.

21.2C Saponifi cao dos TrialcilglicerisA hidrlise alcalina (i.e., saponificao) dos triacilgliceris produz o glicerol e uma mistura de

sais de cidos carboxlicos de cadeia longa:

372 Lipdios

o

cH2ocR

t?CHOCR,+

t?cHrocR"

Na*

{t",/''

Micelainterior

3NaoH*: :

o

RCO- Na+

o

+ R'CO- Na+

olt

R"CO- Na+Carboxilatos de sdio

"sabo"

cH2oHGlicerol

Estes sais de cidos carboxflicos de cadeia longa so sabes e esta reao de saponificao :maneira pela qual a maioria dos sabes fabricada. Gorduras e leos so fervidos em hidrxido d:sdio aquoso at a sua completa hidrlise. Adicionando cloreto de sdio mistura, faz com que

-

sabo se precipite. (Depois de o sabo ter sido separado, o glicerol pode ser isolado da fase aquos:pela destilao.) Sabes crus so normalmente purificados por diversas reprecipitaes. Pode-s.adicionar perfume caso se deseje produzir o sabonete de banho. Areia, carbonato de sdio e outracargas podem ser adicionados para fabricar o sabo para limpeza da casa e ar pode ser introduzido n,sabo fundido, se o fabricante quer comercializa o sabo que flutua.

Os sais de sdio de cidos carboxlicos de cadeia longa (sabes) so quase completamente miscr e:,em gua. Entretanto, no se dissolvem como seria de se esperar, isto , como ons individuais. Exce-to em solues muito diludas, os sabes existem como micelas (Fig. 23.3). Micelas de sabo si,normalmente aglomerados esfricos de ons carboxilados dispersos na fase aquosa. Os nion.carboxilados so unidos aos seus grupos carboxilados negativos (e, portanto, polares) na superfcrtdos aglomerados com suas cadeias de hidrocarboneto apolar no interior. Os ons de sdio ficam es-palhados na fase aquosa como ons solvatados individuais.

A formao de micela explica o fato de o sabo se dissolver em gua. Cadeias alqulicas apolar:.(e, portanto, hidrofbicas) do sabo continuam em ambiente apolar - no interior da micela. Os gn--pos carboxilados polares (e, portanto, hidroflicos) so expostos a um ambiente polar - aquele t.fase aquosa. Como as superfcies das micelas so carregadas negativamente, as micelas individua..se repelem entre si e continuam dispersas na fase aquosa.

Sabes servem como "removedores de sujeira" de forma semelhante. A maioria das partculas irsujeira (por exemplo, sobre a pele) cercada por uma camada de leo ou gordura. Molculas de -gu=no conseguem sozinhas dispersar estes glbulos gordurosos pois no conseguem penetrar na cam;,da oleosa e separar as partculas individuais uma da outra ou da superfcie qual se grudaram. Solu-

Na*

Na*

\\ -r; Na*

,'. " t ' l i -

,5- **r; '

{}\$g

.s.d f"-"

_v In *.

-r.$"" ftt"tt'aefe

l"t*

.i)urrry";,,lol***:{\r.

1

-&*^"r1^ ,a;

-

NatFase aquosa

Na+

Na+

Na*r

Fig. 23.3polar.

Uma parte de uma micela de sabo, mostrando suas interfaces com o meio de disperso

Lipdios 373

Na" Na*Na*

Na*Na*

Na*

Na+Nat

* **r,J' ; f I "*'"* 'l'l. ;- , *". *-' iNa*

,"'"kfort-u, Na* * r/.** Na* Na+

Fig.23.4 Sabo dispersando as partculas de sujeira revestidas de leo.

es de sabo, entretanto, so capazes de separar as partculas individuais, pois suas cadeias de hi-drocarbonetos conseguem "dissolver" a camada gordurosa (Fig. n.q. Quando isto acontece, cadapartcula individual desenvolve uma camada exterior de nions carboxilados e apresenta a fase aquosacom um exterior muito mais compatvel - uma superfcie polar. Os glbulos individuais agora re-pelem um ao outro e assim se dispersam na fase aquosa. Logo depois, saem pelo ralo.

Os detergentes sintticos (Fig. 23.5) funcionam da mesma forma como sabes; eles possuem lon-gas cadeias de alcanos apolares, com grupos polares em uma extremidade. Os grupos polares da maioriados detergentes sintticos so sulfonatos de sdio ou sulfatos de sdio. (H algum tempo, usava-se,extensivamente, detergentes sintticos com grupos alquila altamente ramificados. Estes detergentesno eram biodegradveis e seu uso foi descartado.)

Detergentes sintticos oferecem uma vantagem sobre os sabes; eles funcionam bem em gua"dura", isto , gua contendo ons Ca2*, Fe2*, Fe3* e Mgtn. O alcanossulfonato de clcio, ferro emagnsio e hidrogeniossulfonato de alquila so bastante solveis em gua, portanto os detergentessintticos permanecem em soluo. Os sabes, ao contrrio, formam precipitaes quando usadoscom gua dura; o anel de sujeira deixado na banheira.

cH3(cH2)locHrsoro Na*Alcanossulfonatos de sdio

cH3(cH2)locHroSoro - Na*Alquilsulfatos de sdio

CH'

cH3cH2(cH,,,.J" @So,o

NaAlquilbenzenossulfonatos de sdio

Fig. 23.5 Detergentes sintticos tpicos.

23.2D Reaes do Grupo Carboxila dos cidos Graxoscidos graxos, como poderamos esperar, sofrem as reaes tpicas dos cidos carboxlicos (veja

Cap. 18). Reagem com o LiAlHo para formar lcoois; com lcoois e cido mineral para formar ste-res; e com o cloreto tionila para formar cloretos de acila:

374

As reaes apresentadasnas Sees 23.2D,23.28 e23.2F.no contexto doscidos graxos, so asmesmas que estudamos noscaptulos anteriores sobrecidos caboxlicos e osalcenos.

Lipdios

/o\o

/RCHrq

OHcido graxo

,RCH2CH2OHAlcool de cadeia longa

o/RCHrqocH3

ster metlicoo

/RCHrq\CI

Cloreto de acila de cadeia longa

23.28 Reaes da Cadeia de Alquila dos cidos Graxos Saturadoscidos graxos, como outros cidos carboxlicos, sofrem cr-halogenao especfca, quando so

tratados com bromo ou cloro na presena do fsforo. Esta a coecida reao de Hell-Volhard-Zelinski (Seo 18.9).

otl

RCHCOH + HXIx

Acido graxo

23.2F Reaes da Cadeia Alquenlica dos cidos Graxos InsaturadosAs ligaes duplas das cadeias de carbono dos cidos graxos sofrem reao caracterstica de adi-

o de alceno (veja Caps. 7 e 8).

CH3(CH2),CH : CH(CHr),COrH

HHt tcH3(cHr),cH - cH(cHt.corH

CH3(CHJ,CHBTCHBT(CHr),COrH

cH3(cHr),cH - cH(cH2).c02Htl

OH OH

CH3(CH2),CHCHBT(CHr).COrHI

HT

CH3(CH2),CHBTCH(CHr),COrHI

H

Problema 23. | > (a) Quantos estereoismeros so possveis para o cido 9,lO-dibromoexadecanico? (b) A adiode bromo ao cido palmitolico produz, principalmente, um conjunto de enantimeros, cido(r)-treo-9,10-dibromoexadecanico. A adio do bromo uma adio anti ligao dupla (i.e.,aparentemente ela ocorre atravs de um intermedirrio de on bromnio). Levando em consideraoa estereoqumica cis da ligao dupla do cido palmitelico e a estereoqumica da adio debromo, escreva estruturas tridimensionais pira os rcidos (+)-treo-9,l0-dibromoexadecanicos.

23.3 TenPENos E TERPENoTDESCompostos orgnicos dos vegetais so isolados desde a Antigidade. Aquecendo suavemente ou

destilando a vapor certos materiais vegetais, podem-se obter misturas de compostos odorferos, co-nhecidos como leos essenciais. Estes compostos tiveram vrios usos, especialmente na medicinaantiga e na fabricao de perfumes.

o

ncr,JoH 8-r#

Piridina

Lipdios 375

Com o desenvolvimento da cincia da qumica orgnica, os qumicos separiram os vrios com-ponentes destas misturas e determinaram suas frmulas moleculaes e, mais tarde, suas frmulas es-truturais. At hoje estes produtos naturais oferecem um desafio aos qumicos interessados na deter-minao da estrutura e na sntese. A pesquisa nesta rea tambm nos deu informaes importantessobre os modos como as prprias plantas sintetizam estes compostos.

Os hidrocarbonetos conhecidos, de modo geral, por terpenos e os compostos contendo oxignio,chamados de terpenides, so os constituintes mais importantes dos leos essenciais. A maioria dosterpenos possui esqueletos de 10, 15, 20 ou 30 tomos de carbono e classificada da seguinte maneira:

-\ biossntese do terpeno foidescrita no Tpico EspecialD. Nmero de

tomo de Carbono ClasseMonoterpenosSesquiterpenos

DiterpenosTriterpenos

Pode-se observar os terpenos como sendo construdos a partir de duas ou mais unidades de Ct,conhecidas como unidades de isoprenos. O isopreno o 2-metil-1,3-butadieno. O isopreno e a uni-dade de isopreno podem ser representados de virias formas:

10152030

", H

:C-CH:CHz ouCH,H

C

C-C-C-C

Uma unidade de isopreno

",,,,C=:. aCHr*

CH, -C C-+-- | l lcQ H

..c

r Hrc

C,,. \

H,C CH,

./Hou

CHllCH,

a-Farneseno(da casca das mas)

I:=:/

Isopreno

ouY

Sabemos agora que os vegetais no sintetizam os terpenos a parti dos isoprenos (veja Tpico Es-pecial D). Contudo, o reconhecimento da unidade do isopreno como um componente da estruturados terpenos foi de grande ajuda na elucidao de suas estruturas. Veremos como, se examinarmosas seguintes estruturas:

CH,tl

,. C..-i,^, -H a

- - lL__ ou - - l lcQ cH, -CH II

i l \

-'.-

'/H.C CH,

Mirceno(isolado do leo do louro)

376 Lipdios

Usando linhas tracejadas para separar as unidades de isoprenos, podemos ver que o monoterpen,(mirceno) possui duas unidades de isoprenos; o sesquiterpeno (o-farneseno) possui trs. Em amb'r.os compostos as unidades de isoprenos so igadas da cabea ao p.

CC-C

C(cabea)

c---c(p) (cabea)

-CC

(p)

B-Pineno(do leo da terebintina)

r',

-T- |\2\on

Mentol(da hortel-pimenta)

CC

Muitos terpenos tambm possuem unidades de isopreno ligadas em anis, e outros (terpenide:contm oxignio.

I

\,

I>"

Limoneno(do leo do limo ou da laranja)

Geranio(das rosas e outras flores)

Probfema 23.2> (a) Mostre as unidades de isopreno em cada um dos seguintes terpenos. (b) Classifique cada umcomo um monoterpeno, sesquiterpeno, diterpeno e assim por diante.

r CH,

^-a^\ ^'--l-^\l l l l l r l\\.,\ ff it lZingibereno B-Selineno

(do leo de gengibre) (do leo do aipo)

Cariofileno(do leo do cravo-da-ndia)

Esqualeno(do leo de flrgado do tubaro)

Problema 23.3 > Que produtos voc esperaria obter se cada um dos seguintes terpenos fosse sujeitado ozonlisee tratamento subseqente com zinco e cido actio?(a) Mirceno(b) Limoneno(c) c-Farneseno

(d) Geraniol(e) Esqualeno

Lipdios 377

Probfema 23.4 > D as frmulas estruturais paa os produtos que voc esperaria das seguintes reaes:(a) B-Pineno * KMnO* quente ----+ (c) Cariofileno + HCI ---+(b) Zingibereno + Hr 5 (d) B-Selineno* 2 THF:BH3 ?) Hp, oH:)

Problema 23.5 > Que teste qumico simples voc poderia usa para distinguir entre o geraniol e o mentol?

Os carotenos so tetraterpenos. Podem ser considerados como dois diterpenos ligados p com p.

B-Caroteno

3

CH, y-Caroteno

Os carotenos esto presentes em quase todas as plantas verdes. Nos animais, todos os trs caotenosservem como precursores da vitamina A, pois todos eles podem ser convertidos em vitamina A pelasenzimas no fgado.

cH2oH

Vitamina A

Nesta converso, uma molcula de B-caroteno produz duas de vitamina A: o d e o 7-caroteno fomecemapenas uma molcula. A vitamina A importante no apenas na viso, mas tambm de virias outrasfrmas. Por exemplo, animais novos, cujas dietas so deficientes em vitamina A, deixaro de crescer.

23.3A Borracha NaturalBorracha natural pode ser considerada como um polmero de adio em 1,4 do isopreno. De fato,

a pirlise degrada a borracha natural a isopreno. A pirlise (do grego: pyros, um fogo * lysls), oaquecimentode algo na ausncia do ar at sua decomposio. As unidades de isopreno da borrachantotul so todas ligadas em fomato de cabea ao p, e todas as ligaes duplas so cis.

H,C. .H cis H"C."r- \

, / l rJ

' \ - - , /'C:C CH. CH' ^- '

. / \ , / ' \ / - \ - . / - - - \etc.-CHr' 'CH,

,rC:Ca. CH,

cis HrC- 'H cis

Borracha natural(cs-1 y'-poliisopreno)

H

CHr-etc.

H3

a-Caroteno

H, H,\

CH,

L.

378 Lipdios

Os catalisadores Ziegler-Natta (veja Tpico Especial A) viabilizam a polimerizao do isopre-fornecendo um produtintico idntico borracha obtida de fontes naturais.

A borracha ntural pura macia e pegajosa. Para ser til, a borracha natural tem que ser vulcani:";-'.Na vulcanizao, a orracha natuiai aquecida com enxofre. Ocorre uma reao que pr'l:-interligaes entre as cadeias cls-polisoprens. Tsso toma a borraha muito mais dura. O enxofre rr -: ,t-to iut ligaes duplas como nos tomos de hidrognio allico'

- CH2 - C : CH-CH /lCH2- CH-CH - CH2-

CH.I

Srie 5B de esterides(as junes dos anis A,B so cis).

CH.I

SI

S

SISl r

- CH. - C : CH-CH/lCH'- CH -CH - CH2-' t l

cH, cHtBorracha vulcanizada

23.4 EsrenoloesAs fraes de lipdios obtidas dos vegetais e dos animais contm um outro grupo importanlc ::

compostos conhecios como esterides. -os

esterides so "reguladores biolgicos" importantes.c -"quase sempre, apresenmm fortes efeitos fisiolgicos quando so administrados a organismos vi'u - ''nii"

"rt"r "o-postos importantes esto os hormnios sexuais masculinos e femininos, os hormu':'

os adrenocorticis, as vitminas D, os cidos biliares e certos venenos cardacos.

23.4A Estrutura e Nomenclatura sistemtica dos EsteridesOs esterides so derivados do seguinte sistema de anis peridrociclopentanofenantreno'

Os tomos de carbono deste sistema de anis so numerados como mostrado. Os quatro anis s" -designados com letras.

-

t - ^^: . ._^:^^ r^ ^Na maioria dos esterides as junes dos anis BrC e CrD so trans. Contudo, as junes de ane

A,B tanto podem ser cis como trans e esta possibilidade leva os dois grupos gerais de esterides 'terem as

"tttototut tridimensionais mostradas naFig' 23'6'

Srie 5a de esterides(todas as junes do anel so trans).

Fig. 23. Os sistemas de anis bsicosdas sries Scre5B dos esterides.

R19

Os grupos metila que esto ligados s pontas da conjuno do anel (i.e., aquelas numeradas 18 e19), s ciamados giupos meti angulares e servem como importantes pontos de referncia paraas designaes estefeoqumicas. Os g*pos metila angulares salientam-se acima do plano geral dosistema-de anis quand escrito no modo mostrado na Fig. 23.6.Por conveno, outros grupos queficam do mesmo ldo geral da molcula, como os grupos metila angulares (i.e', do lado de cima), soerignudos substituinles B (estes so representados com uma cunha cheia)' Os grupos que ficam napart de baixo (i.e., so trals em relao aos grupos metilaangulares), so designados substituintes ("rt", so representados com a cunha tracejada). Quando as designaes a e B so aplicadas aotomo de hidrognio na posio 5, o sistema de anis no qual a juno do anel ArB trans, torna-sea srie 5a; o sistema de nel no qual a juno de anel A,B cis torna-se a srie 5B'

Lipdios 379

Probfema 23.6> Desenhe os dois sistemas de anel bsicos dados na Fig.23.6 para as sries 5a e 5B, mostrandotodos os tomos de hidrognio dos anis cicloexanos. Marque cada tomo de hidrognio eidentifique-o, se axial ou equatorial.

Na nomenclatura sistemtica , alatnrezado grupo R, na posio 17, determina (principalmente)'o nome bsico de um esteride individual. Estes nomes so derivados dos nomes de hidrocarbonetode esteride, dado na Tabela23.3'

Os dois exemplos seguintes ilustram o modo de utilizar esses nomes bsicos'

H, H,l lcHt3cHCH3

H

5c-Pregnan-3-ona 5a-Colestano-1. -en'3-ona

Iremos observar que muitos esterides tambm possuem nomes comuns e que os nomes dos hi-drocarbonetos de esterides dados na Tabela 23.3 so derivados desses nomes comuns'

Tabela 23.3 Nomes dos Hidrocarbonetos dosEsterides

-Hl9

-H (com-H tambm substituindo -CH3)20 2r

-cH2cH320 22 23 24

-c[rcr2cH2cH3I

Androstano

Estrano

Pregnano

Colano

CH.2t-20 22 23 24 25 26

--ttcH,ctt?cH2cHcH3 Colestanot .l lcH, cH,zt ' 27-

380 Lipdios

Vimos como o colesterol biossintetizado em "AQumica de... Biossntese doColesterol" no Cap. 8.

Problema 23.7 > (a) Androsterona, um hormnio sexual masculino secundirio, possui o nome sistemtico 3a-hidroxi-Sa-androstan-17-ona. D uma frmula tridimensionalpara a androsterona. (b)Noretinodrel, um esteride sinttico que tem sido amplamente usado como anticoncepcionaloral, possui um nome sistemtico I7 o.-etinil-t7 B-hidroxi-S(10)-estren-3-ona. D uma frmulatridimension al par a o noretinodrel.

23.48 ColesterolO colesterol, um dos esterides mais disseminados, pode ser isolado pela extrao de quase quais-

quer tecidos animais. Os clculos biliares dos seres humanos so uma fonte especialmente rica.O colesterol foi isolado pela primeira vezemTTIO. Nos anos 1920, dois qumicos alemes, Adolf

Windaus (Universidade de Gcittingen) e Heinrich Wieland (Universidade de Munique), foram res-ponsveis por delinear a estrutura do colesterol; eles receberam Prmios Nobel por seu trabalho em192'7 e 1928.*

Parte da dificuldade em designar uma estrutura absoluta ao colesterol que este ontm oitoestereocentros tetradricos. Esta caracterstica significa que 28 ou256 formas estereoisomricas daestrutura bsica so possveis - apenos uma das quais o colesterol.

r ./cH'ntCu,.i

,rC'TCH2CH2CHCH,

5-Colesteno-3B-oI(confi gurao absoluta do colesterol)

Problema 23.8 > Desisne com asterisco os oito estereocentros do colesterol.

O colesterol disseminado amplamente no organismo humano, mas nem todas as funes biolgr-cas do colesterol so conhecidas ainda. Sabe-se que o colesterol serve como um intermediirio na bios-sntese de todos os esterides do corpo. O colesterol, portanto, essencial para a vida. Entretanto, no necessrio que nossa dieta contenha colesterol, pois nosso corpo consegue sintetizar tudo o que ne-cessitamos. Quando ingerimos colesterol, nosso organismo sintetiza menos do que sintetizaria, se nL-o tivssemos consumido; mas o total de colesterol fica maior. Neste caso existe muito mais colesterolno nosso organismo do que necessrio para a biossntese do esteride. Altos nveis de colesterol nosangre implicam o desenvolvimento da arteriosclerose (endurecimento das artrias). Os ataques car-dacos ocorrem quando as placas contendo colesterol bloqueiam as artrias do corao. H muita pes-quisa em andamento na 6nea do metabolismo do colesterol na esperana de encontrar modos de mini-mizar os nveis de colesterol atravs de dieta alimentar apropriada ou de medicamentos.

23.4C Hormnios SexuaisOs hormnios sexuais podem ser classificados em trs grupos principais: (l) hormnios sexuai:

femininos, ou estrognios, (2) hormnios sexuais masculinos, ou andrognios, e (3) hormnios dagravidez, ou progestinas.

O primeiro hormnio sexual a ser isolado foi um estrognio, a estrona. Trabalhando independen-temente, Adolf Butenandt (na Alemanha, na Universidade de Gttingen) e Edward Doisy (nos Esta-dos Unidos, na Universidade de St. Louis), isolaram a estrona a partir da urina de mulheres grvidas.Eles publicaram suas descobertas em 1929 . Mais tarde, Doisy conseguiu isolar um estrognio muitcrmais potente, o estradiol. Nesta pesquisa Doisy teve que extrair 4 toneladas de ovrios de porca para

*A estrutua originl do colesterol, proposta por Windus e Wielmd, no era coneta. Isto se tomou evidente em 1932 pelo resultado de estudc .de difrao de raios X feitos pelo fsico britnico J.D. Bemal. No final de 1932, contudo, cientistas ingleses e o prprio Wieland, usando i 'resultados de Bemal. form caoazes de delinetr a estrutura coreta do colesteol.

Lipdios 381

obter apenas 12mgde estradiol. Ficou claro que o estradiol o verdadeiro hormnio sexual femini-no e a estrona uma forma metabolizada do estradiol, que excretada.

Estrona[3-hidroxi- 1,3,5(1 0)-estratrien-17-onal

Estradiol[1,3,5(10)-estratrieno-

3,l7B-dioll

O estradiol secretado pelos ovirios e promove o desenvolvimento das caractersticas femininassecundi{rias que apaecem no incio da puberdade. Os estrognios tambm estimulam o desenvolvi-mento das glndulas mamrias durante a gravidez e induzem o cio (calor) nos animais.

Em 1931, Butenandt e Kurt Tscherning isolaram o primeiro androgrio, aandrosterona. Eles con-seguiram obter 15 mg deste hormnio extraindo-o de, aproximadamente, 15.000 I da urina masculi-na. Logo depois (em 1935), Ernest Laqueur (na Holanda) isolou um outro hormnio sexual mascu-lino, atestosterona, apartit dos testculos do touro. Logo se tornou claro que a testosterona o ver-dadeiro hormnio sexual masculino e que a androsterona uma forma metabolizada da testosterona,excretada na urina.

HO o

Androsterona(3 a-hidroxi-5a-androstan- L7-ona)

Testosterona(1 7B-hidroxi-4-androsten-3-ona)

A testosterona, secretada pelos testculos, o hormnio que promove o desenvolvimento das ca-racterstias masculinas secundrias: o crescimento de plos faciais e do corpo, o engrossamento davoz, o desenvolvimento muscular e a maturao dos rgos sexuais masculinos.

A testosterona e o estradiol so, portanto, os compostos qumicos dos quais derivam a "masculi-nidade" e a "feminilidade". especialmente interessante examinar suas frmulas estruturais e verquo pouco estes dois compostos diferem. A testosterona possui um grupo metila angular na junodo anel ArB, que falta no estradiol. O anel A do estradiol um anel benznio e, como resultado, oestradiol um fenol. O anel A da testosterona contm um grupo cetona a,B-insaturado.

Probfema 23.9 > Os estrognios (estrona e estradiol) so separados facilmente dos andrognios (androsterona etestosterona) com base em uma de suas propriedades qumicas. Qual a propriedade e como talseparao poderia ser alcanada?

CH.Ic:o

Progesterona(4-pregneno-3,20-diona)

382 Lipdios

A progesterona a progestna mais importante (hormnio da gravidez). Depois da ovula-o, o remanescente do folculo ovariano rompido (chamado de corpus luteum) comea a se-creta pogesteona. Este hormnio prepara o endomtrio do tero para a implantao do vuc,fertilizado e a continuao da secreo da progesterona necessria para que a gravidez s:complete. (A progesterona secretada pela placenta depois que decresce a secreo pelo corpu;luteum.)

A progesterona tambm suprime a ovulao e o agente qumico que, aparentemente, justi-fica o fato de as mulheres grvidas no engravidarem de novo, enquanto grvidas. Foi esta ob-servao que levou busca pela progestina sinttica que poderia ser usada como antioncepci-onal oral. (Aprpriaprogesterona requer grandes doses para ser eficaz na supresso da ovula-o quando tomada oralmente, pois degradada no trato intestinal.) Vrios desses compostostm sido desenvolvidos e so atualmente usados amplamente. Alm do noretinodrel (veja Pro-blema 23.7),uma outra progestina sinttica amplamente usada seu ismero de ligao dupla.a noretindrona.

C-CH

Noretindrona(17 a- etinil- t7 B-hidroxi -4- estren-3- ona)

Os estrognios sintticos tambm foram desenvolvidos e so muitas vezes usados como anticon-cepcional oral ombinado com as progestinas sintticas. Um estrognio sinttico muito potente ocomposto chamado etinile stradiol ou nov e strol.

(17c-etinil-1,3,5(10)-estratrieno-3,17B-diol)

21.4D Hormnios AdrenocorticaisPelo menos 28 hormnios diferentes tm sido isolados do crtex adrenal - parte das glndulas

adrenais que se localiza na parte superior dos rins. Includos neste grupo esto os dois seguintes es-terides:

i!I

Cortisona(1 7a,21

-diidroxi-4-pregneno-3,11,20-triona)

Cortisol(llB,l7a,2l-triidroxi-4-pregneno-

3.20-diona)

l{

Etinilestradiol

Lipdios 383

A maioria dos esterides adrenocorticais possui uma funo de oxignio na posio 11 (um grupocetona na cortisona, por exemplo, e uma B-hidroxila no cortisol). O cortisol um hormnio principalsintetizado pelo crtex adrenal humano.

Os esterides adrenocorticais esto, apaentemente, envolvidos na regulao de um grande nme-ro de atividades biolgicas, incluindo o metabolismo de carboidratos, protenas e lipdios; equilbrioda gua e do eletrlito; e as reaes aos fenmenos alrgicos e inflamatrios. O reconhecimento, em1949, do efeito antiinflamatrio da cortisona e sua utilidade o tratamento da artrite reumatide, le-vou a extensa pesquisa nesta irea. Muitos esterides oxigenados na posio 11 so usados atualmen-te no tratamento de uma variedade de desordens, variando desde a doena de Addison at a asma e asinflamaes de pele.

23.48 Vitaminas DA demonstrao, em 1919, de que a luz solar ajudava a cura o raquitismo - doena infantil ca-

ractenzadapelo fraco desenvolvimento sseo - iniciou uma longa busca por explicaes qumicas.Descobriu-se logo que a irradiao de certos alimentos aumentava suas propriedades anti-raquticas;e, em 1930, a pesquisa levou ao esteride que pode ser isolado a partir da levedura, charrado ergosterolDescobriu-se que a irradiao do ergosterol produzia um material altamente ativo. Em 1932, V/indaus(Seo 23 .48) e seus colaboradores a Alemanha demonstraram que esta substncia altamente ativaera a vitamina Dr. A reao fotoqumica que ocorre aquela na qual o anel dienide B do ergosterolse abre para produzir um tieno conjugado:

Luz UV temperatura mbiente

23.4F Outros EsteridesAs estruturas, fontes epropriedades fisiolgicas de diversos outros esterides importantes so dados

srk\e.\ql34.

23.4G Reaes dos EsteridesOs esterides sofrem todas as reaes que poderamos esper de molculas que contm liga-

es duplas, gfupos hidroxila, grupos cetona e assim por diante. Enquanto a estereoqumica dasieaoeso

"tia" muitas vzei bastante complexa, sempre muito influenciado pelo impedi-

mento estrico apresentado na face B da molcula pelos grupos metila angulares' Muitos reagen-tes reagem prefe^rencialmente na face a, reiativamente menos impedida, especialmente quando areao ocolre em um grupo funcional muito prximo a um grupo metila angular e quando o rea-

384 Lipdios

Tabela 23.4 Outros Esterides Importantes

HDigitoxigenina

H.C CH.CH.CO"H,\ , /

A digitoxigenina um aglicnio cardaco quepode ser isolado pela hidrlise da digitalina, umadroga farmacutica que foi usada no tratamentodas doenas do corao desde 1785. Nadigitalina, as molculas de acar esto unidasao grupo 3-OH do esteride, por ligaesacetlicas. Em pequenas doses a digitalinafortalece o msculo do corao; em dosesmaiores um poderoso veneno cardaco. 0aglicnio possui apenas um quarto da atividadeda digitalina.

O cido clico o cido mais abundante obtidoda hidrlise da blis humana ou do boi. A blis produzida pelo fgado e armazenada navescula biliar. Quando secretada no intestinodelgado, a blis emulsifica os lipdios, agindocomo um sabo. Esta ao auxilia o processodigestivo.

O estigmasterol um esteride de origemvegetal muito comum e obtidoindustr ialmente do leo de soia.

A diosgenina obtida de uma videira mexicana,cabeza de negro, do gnero Dioscorea. E tsadacomo matria-prima para uma sntese industrialda cortisona e dos hormnios sexuais.

H. CHC, I

IIII!!

III

,*cH,

cido clico

Estigmasterol

Diosgenina

k.

Lipdios 385

mostrados nas seguintesgente atacante volumoso. Exemplos que ilustram esta tendncia soreaes:

H^ P

HOB5a-Colestan-3B-ol(8s-9s%)

Colesterol

5 c, c-Epoxicolestan-3B-ol(produto nico)

(2) HrOr, OH-

CH,I H.-N,.\l-\I lHl

"o-w OH5a-Colestano-3B,6a-diol

08Vo\

Quando o anel epxido de 5c,6c-epoxicolestano-3B-ol (veja a seguinte reao) aberto,"o ataquepelo on cloreto tem que ocorer a partir da face B, mas ele ocorre na posio 6, mais aberta. Observeque os substituintes 5 e 6 no produto so diaxiais (Seo 8.7).

ct- ---->

5ar6 a-Epoxicolestano-3B-ol

Probema 23.10 > Mostre como voc podena conyerte o colesterol em cada um dos seguintes comDostos;(a) 5 a,6 F-Dibromocolestano-3 B-oI(b) Colestano-3B,5a,6B-triol(c) 5a-Colestano-3-ona

(d) 6a-Deutrio-5a-colestano-3 B-o1(e) 6p-Bromocolestano-3B,5a-diol

A relativa abertura dos grupos equatoriais (quando comparados aos grupos axiais), tambm influen-cia o curso estereoqumico das reaes do esteride. Quando o 5a-colestano-3B,7a-diol (veja a se-guinte reao) tratado com excesso de cloroformiato de etila (CTHTOCOCI), apenas a 3B-hidroxilaequatorial se torna esterificada. A 7o-hidroxila axial no fica afetada pela reao.

o

I c,H.oct r.*...rot----#

HSa-Colestano

-3 8,7 rr'diolOH

(produto nico)

Ao contrrio, tratar o 5a-colestano-3B,7 B-diol com excesso de cloroformiato de etila esterifica am-bos os grupos hidroxila. Neste caso ambos os grupos so equatoriais.

5 c- Colestano -3 8,7 B- diol

otl

c2H{oco

23.5 PnoSTAGLANDTNASUma irea muito ativa de pesquisa atual est relacionada com um grupo de lipdios chamado d;

prostaglandinas. As prostaglandinas so cidos carboxlicos com Cro que contm um anel de cinc,membros, no mnimo uma ligao dupla e virios grupos funcionais contendo oxignio. Duas d.,prostaglandinas mais biologicamente ativas so as prostaglandinas E, e F,o.

Prostaglandina E2(PGEr)

H

Estes nomes para asprostaglandinas sodesignaes abreviadasusadas pelas pessoas doramo; nomes sistemticosso raramente usados paraas prostaglandinas.

Hor Hffico,H( tWCH3

Ho= H iiProstaglandina F1*

(PGF1")

Prostaglandinas do tipo E possuem um grupo carbonila em C9 e um grupo hidroxila em C 1 1 ; aque- ",do tipo F possuem grupos hidroxila em ambas as posies. Prostaglandinas da srie 2 possuem un-,:

ligao dupla entre C5 e C6; na srie 1, esta ligao uma ligao simples.Isolada pela primeira vez do fluido seminal, as prostaglandinas tm sido encontradas, desde e:.-

to, em quase todos os tecidos animais. As quantidades variam de tecido em tecido, mas so qua,:sempre muito pequenas. A maioria das prostaglandinas, contudo, possui atividade fisiolgica mur:poderosa, e esta atividade cobre um amplo espectro de efeitos. As prostaglandinas so conhecid,,

dlt

Em 1982. o Prmio Nobelem Fisiologia ou Medicinafoi dado a S. K. Bergstrme B.I. Samuelsson (doKarolinska Institute.Estocolmo, Sucia) e a J.\-ane (do WellcomeFoundation. Beckenham.tnglaterra) por seutraralho nasprostaglandinas.

Lipdios 387

por afetar os batimentos cardacos, a presso sangnea, a coagulao do sangue, a concepo, ferti-lidade e reaes alrgicas.

A descoberta de que as prostaglandinas podem prevenir a formao de cogulos sangneos temgrande significado clnico, pois os ataques cardacos e derrames resultam, muitas vezes, da formaode cogulos anornais nos vasos sangneos. Um entendimento de como as prostaglandinas afetam aformao dos cogulos pode levar ao desenvolvimento de drogas para prevenir os ataques cardacose os derrames.

A biossntese das prostaglandinas da srie 2 comea com um cido polienico com C2e, cido ara-quidnico. (A sntese das prostaglandinas da srie 1 comea com um cido graxo co uma ligaodupla a menos.) A primeira etapa requer duas molculas de oxignio e catalisada por uma enzimachamada ciclooxigenase.

H

'*f f is,s, ; r ;c| (

-cH. -*=:i::-p-)

PGE' e outras prostaglandinasQrrr""".W

H:orHPGG2

(um endo, perxido cclico)

O envolvimento das prostaglandinas nas reaes alrgicas e inflamatrias tambm tem sido deinteresse especial. Algumas prostaglandinas induzem a inflamao; outras a aliviam. A droga an-tiinflamatria mais amplamente usada a simples aspirina (veja Seo 21.8). A aspirina bloqueia asntese das prostaglandinas do cido araquidnico, aparentemente pela acetilao da enzimaciclooxigenase, tornando-a inativa (veja a reao anterior). Esta reao pode representar a origemdas propriedades antiinflamatrias da aspirina. Uma outra prostaglandina (PGE,) um potente agenteprovocador de febre (pirognio) e a habilidade da aspirina de reduzir a febre tambm pode surgir desua inibio da sntese da prostaglandina.

23.6 Fosrolrporos E MEMBRANAS CELULARESUma outra grande classe de lipdios a dos chamados fosfolipdios. A maioria dos fosfolipdios

derivada, estruturalmente, de um derivado de glicerol conhecido como dcido fosfatdico. Em umcido fosfatdico, dois grupos hidroxila de glicerol so unidos por ligaes tipo ster aos cidos gra-xos e um grupo hidroxila terminal unido por uma ligao tipo ster ao cido fosforico.

Um cido fosfatdico(um fosfato de diacilglicerila)

23.A FosfatdiosNosfosfatdios, o grupo fosfato de um cido fosfatdico ligado atravs de uma outra ligao tipo

fosfato-ster a um dos seguintes compostos contendo nitrognio.

otl

cH2ocR

t CHOCR'

I o 0u.,,, uo

J ciao sraxo

l , ^ ^ , , oparr i rdocH2-o- P-oH fa"iao fosfrico

oH _l

388 Liodios

Problema 23.1 | >

+

HOCH2CH2N(CHr) HO

Colina

NH,t

HOCH2CH2NH2 HOCH,-C " rCO,- l

H2-Aminoetanol l-Serina(etanolamina) F

etc

Os fosfatdios mais importantes so as lecitinas, cefalinas, fosfatidilserinas e os plasmalognios(um derivado fosfatidflico). sua estruturas gerais so mostradas na Tabela 23.5.Os fosfatdios se parecem com sabo e detergentes, pois so molculas que possuem tanto grupos

polares como apolares (Fig.23.7a). Assim como sabo e detergentes, os fsftdios se "disso-lvem"em meios aquosos, formando micelas. H prova de que nos sistemas biolgicos as micelas prefen-das consistem de arranjos tridimensionais de micelas bimoleculares "empiladas" (Fig. 2Z.ib), queso melhor descritas como camada dupla lipdica.

As parcelas hidroflicas e hidrofbicas dos fosfatdios os tornam perfeitamente adequados parauma de suas funes biolgicas mais importantes: eles formam a parte de uma unidade esiruturaiquecria uma interface entre os ambientes orgnico e aquoso. Esta estrutura (Fig. 23.S) encontrada nasparedes celulares e nas membranas onde os fosfatdios esto normamente ssociados com as proie-nas e os glicolipdios (Seo 23.68).

Sob condies adequadas, todas as ligaes do ster (e ter) de um fosfatdio podem serhidrolisadas. Que compostos orgnicos voc esperaria obter da hidrlise

"o-pl"tu de (a) uma

lecitina, (b) uma cefalina, (c) um plasmalognio baseado na colina? lObserve: Preste atenoespecial quanto ao destino do ter aB insaturado na parte (c).1

Tabela 23.5 Fosfatdios

Cefalinasotl

cH?ocR

Iot t l

CHOCR'Ilol l l+cH2oPocH2cH2NH3

Io-

Lecitinasotl

cH2ocR

t?CHOCR'

l l l+cH2oPocH2cH2N(CH3)3

I

o

o(a partir da colina)

R saturado eR' insaturado

Fosfatidilserinasotl

cH2ocRotl

(a partir do 2-aminoetanol)

Plasmalognios

cH2oR R -CH:CH(CH2),CHj| ., (Esta ligao a de um| ter a.F-insaturado.)

cHocR'tol l l+cH2oPocH2cHrNH.

o-(a partir do 2-aminoetanol) ou

+OCHTCHTN(CII:): (a partir da colina)R' o de um cido graxo insaturado.

ti

CHOCR'Ilol l l+

cH2oPocH2cHNI{t lo- cor-

(a partir da L-serina)

R saturado e R' insaturado.

L-

Lipidio. 389

23.B Derivados da EsingosinaUm outro grupo importante de lipdios derivado das esfingosinas. Os derivados so chamados deesfngolipdios. Dois esfingolipdios, uma esfngomielina e rm cerebrosdio tpicos so mostradosna Fis. 23.9.

Grupo apolar

cH3cH2cH2 CH zCH 2C{ 2CI2CI{2CH 2CH 2CH zCH 21ld. zCH 2C:'j., 2CH zCH 2

C H3 C H2 CH 2 CH zCH 2CH 2CH 2CH, C H : C H C H 2 C H zCH 2C H 2C H 2CH zCH z

i9.23.7 (a) Parcelas polares: polares de um fosfatdio. ()-

ma micela do fosfatdio ou,;mada dupla do lipdio.

Glicol ipdio

Protena

Oligassacardeo

IProtena integral

(a)

Hlice ohidrofbica

perfr ca l Fosolipdio Colesterol

Fg. 23.8 Um diagrama esquemtico de uma membrana de plasma. As protenas integrais (vermelho-alaranjado), mostradas por razes de clareza em proporo muito maioi do que a encntrada nasmembranas biolgicas reais, e o colesterol (amarelo), so embutidas em uma camada dupla, compostade fosfolipdios (esferas azuis com dois rabinhos). Os componentes de carboidrato das glicoprotenas(cadeias de contus amarelas) e os glicolipdios (cadeias de contas verdes) s ocorrem na acexterna damembrana. [De Voet, D., Voet, J.G., pratt, C.W., Fundamentals of Biochemistry, Wiley; New york,1999; p.248.1 (Ver Encarte em cores.)

390 Lipdios

cH3(cH2)r2\ cH3(cHrr2\ /HHC/tlt...

CHOH

CHNH"I

cH2OIIr i

CHNHC(CHr)rrCEtIlol l l+cH2oPocH2cH2N(cH3)3

o-Esfingomielina

(um esfingolipdio)cH3(cH2)r2.

.H\ , /Ctl

,zcr.

-

Esfingosina

De umcarboidrato,D-galactose

Cerebrosdio

Fig. 23.9 Uma esingosina e dois esingolipdios.

Atravs da hidrlise, as esfingomielinas produzem a esfingosina, a colina, o cido fosfrico e u:*cido graxo com C2a, chamado cido lignocrico. Em uma esfingomielina, este ltimo componenr:se une ao grupo -NHr da esfingosina. Os esfingolipdios no produzem o glicerol quando sihidrolisados.

O cerebrosdio mostrado na Fig. 23 .9, um exemplo de um glicolipdio. Os glicolipdios pos s u -em um grupo polar proveniente de um carboidrato. Eles no produzem cido fosfrico nem corn.quando so hidrolisados.

Os esfingolipdios, junto com as protenas e os polissacardeos, formam a mielina, a camada pr: -tetora que encobre as fibras nervosas ou axnios. Os axnios das clulas nervosas carregam os ir.-pulsos eltricos dos nervos. A mielina possui, em relao aos axnios, uma funo semelhanre a.isolamento de um cabo eltrico comum (veja a vinheta de abertura do captulo, "Isolamento p&ra L-,Nervos").

23.7 CennsA maioria das ceras de steres de cidos graxos de cadeia longa e de lcoois de cadeia lt-,r.-

ga. As ceras so encontradas como revestimentos protetores da pele, dos plos e penas dos an:-mais e das folhas e frutas dos vegetais. Alguns steres isolados a partir das ceras so os segurr,-tes:

CHOHlor t lcHNHC(CHr)rrCH:| - - 'I

o-cH2

otl

cH3(cHrl4cocH2(cH2) 14cH3Palmitato de cetila(do espermacete)

otl

cH3(cHt,,cocH2(cH2),,cH3n=24ot26im=28ou30

(da cera de abelha)

otl

HOCH2(CHr),C - OCH2(CH2),,,C Hn=16-28;m=30ou32(da cera de carnaba)

K-

Lipdios 391

As reaes dos lipdios representam mtas reaes que j estudamos em captulos anteriores, espe-cialmente as reaes dos cidos carboxflicos, os alcenos e os lcoois. A hidrlise do ster (por exem-plo, saponificao) libera os cidos graxos e o glicerol dos triacilgliceris. O grupo cido carboxflico deum cido graxo pode ser reduzido, convertido em um derivado de acila ativado, tal como um cloreto deacila ou convertido em um ster ou amido. Os grupos funcionais do alceno nos cidos graxos insatura-dos podem ser hidrogenados, hidratados, halogenados, hidroalogenados, convertidos em um diol vicinalou epxido, ou clivados por reaes oxidativas. A reao de Hell-Volhard-Zelinski pode ser usada paraintroduzir um halognio no carbono a de um cido carboxflico, que pode sofrer reaes adicionais, t-picas dos haletos de alquila. Os grupos funcionais do rlcool em lipdios, do tipo terpenos, esterides eprostaglandinas, podem ser alquilados, acilados, oxidados ou usados nas reaes de eliminao. Todasessas so reaes que j estudamos previamente no contexto de molculas menores.

Molcula/grupo hidrofbicoMolcula/grupo hidroficoTriacilglicerisGordurasleoscido/Ester graxo saturadoAcido/Ester graxo insaturadoAcido/Ester graxo poliinsaturadoSaponificao

""' Terpenos, TerpenidesEsteridesProstaglandinasFosfolipdiosFosfolipdios de camada duplaMicelas

Seo 23.2Seo 23.2Seo 23.2Seo 23.2Seo 23.2Seo 23.2Seo 23.2Seo 23.2Seo 23.2CSeo 23.3Seo 23.4Seo 23.5Seo 23.6Seo 23.6Seo23.2

P n o g L E M A s 23.12 Como voc converteriao cido esterico, CH3(CHJ'6COrH, emcadaumdos seguintes?A o t c I O N A IS* (a) Estearatodeetila, CH3(CH)r6CO2C2H5 (duas maneiras)(b) Estearato de terc -butila CH3(CH) rCO2C(CH3)3(c) Estearamida, CH,(CHJ16CONH2

(d) N,N-Dimetilestearamida, CHr(CH')16CON(CH3),(e) Otadecilamina, CH3(CH)r6CH2NH2(f) Heptadecilamina, CH3(CH)r5CH2NH2(g) Octadecanal, CH,(CH,)'6CHO

otl(h) Estearato de octadecila, CH3(CH)r6COCH2(CH2)r6CH3

(i) 1-Octadecanol, CH3(CH)r.CHrOH (duas maneiras)otl

C) 2-Nonadecanona, CH,(CH2)16CCH3(k) 1.-Bromooctadecano, CHr(CH),uCHpr(l) Acido nonadecanico, CH3(CHt'6CH2CO2H

23.13 Como voc transformaria o cido mirstico em cada um dos sesuintes:(a) CH,(CHr)rrHCOrn

IBr

(b) cH,(cH,),,cHCo,HIOH

(c) CH,(CH,),,CHCO,HICN(d) cH.(cH,),,cHCo,-I

NH,*

+Os nroblemas mrcados com asterisco so "oroblemas de desafio".

392 Lipdios

i 'i,

23.14 Usando o cido palmitolico como um exemplo e ignorando a estereoqumica, ilustre cad'uma das seguintes reaes da ligao dupla.(a) Adio de bromo(b) Adio de hidrognio

(c) Hidroxilao(d) Adio de HCI

23.15 Quando o cido olico aquecido a 180-200"C (na presena de uma pequena quantidade deselnio), um equilbrio estabelecido entre o cido olico (337o) e um composto isomric,-chamado cido eladico (677o). Sugira uma estrutura possvel para o cido eladico.

23,16 O cido gadolico (CrollrrOr), um cido graxo que pode ser isolado a partir do leo de fgadi:do bacalhau, pode ser clivado pela hidroxilao e subseqente tratamento com cido pendi-co, dando CH3(CHr)eCHO e OHC(CH).CO2H. (a) Quais so as duas estruturas estereoiso-mricas possveis para o cido gadolico? (b) Que tcnica espectroscpica viabilizaria

"

deciso quanto estrutura real do cido gadolico? (c) Que picos voc procuraria?

23.17 Quando o limoneno (Seo 23.3) muito aquecido, produz 2 moles do isopreno. Que tipo dereao est envolvida aqui?

23.18 O o-felandreno e o B-felandreno so compostos isomricos que so constituintes secund-rios do leo de hortel; eles possuem a frmula molecular C,oH,u. Cada composto possui umaabsoro mxima no UV na regio de 230-270 nm. Na hidrogenao cataltica, cada com-posto produz 1-isopropil-4-metilcicloexano. Na oxidao vigorosa com o pennanganato depotssio, o a-felandreno fornece

otl

CH3CCO2H e CH,CHCH(CO2H)CHrCOrH. Uma oxidao semelhante ao do B-felandreno produzIcH, o

CH3CHCH(CO2H)CH2CHrCO'H como o poduto nico isolvel. Proponha as estrutuasI

CH,para o a- e B-felandreno.

23.19 O cido vacnio, um ismero constituicional do cido olico, foi sintetizado atravs da se-guinte seqncia de reao:

r-octino * NaNH, {fu n (c8HrNa) lcH'(cH') 'cH']cl

>

ur iN KoH. H,o H,o'B (Cr7H3rCl)

E (C18Hr2o2) *# cido vacnico (CrsH34o2)

23.20 Proponha estruturas para o cido vacnico e dos intermedirios A-E. O cido

23.2I D as frmulas e nomes para os compostos A e B.

o

5a-Colest-2-eno lS95 A (um epxido)(Dica: B no o estereoismero mais estvel.)

cHo

23.22 Uma das primeiras snteses do colesterol em laboratrio foi realizada por R. B. Woodward eseus colaboradores na Universidade de Harvard, em 1951. Muitas das etapas desta snteseso esquematizadas a seguir. Fornea os reagentes fatantes (a)-(w).

CH,

HBr______+ B

Lipdios 393

r\

(el >

(9.) >

ta, >

(d)-+ Zn--------------)

CHCO,Hcalor OcH3o

diversas----:--------}

etapas -(o

-+

q\,/ diversas

-x-----}// \ erapas

o

o\ .z rir

^-+o

CHO 6.1+

CHO

394 Lipdios

co2cH3 o2cH31*, , 'nH r#'

q

cH3co;

u). (v)----'(w)

#p colesrerol

cH3co;

23.23 Asetapas iniciais de uma sntese de diversas prostaglandinas em laboratrio, reportadas porJ. Cory (Seo 4.18C) e seus colaboadores em 1968 esto esquematizadas aqui' Forneacada um dos reagentes faltantes.

H _

(CH2)4CHr Li *

(cH2)4cHlHA ss ror

-

^ lg_;(a)+HSCHTCH2CH2SH+l I -+ I I\-'2 \,,/

\1;,rtt,,ott, ,0,

NC(CH2)6" a ,?aH2)4cH'

/ (, --+ o,N^-"' \,

(e) A etapa inicial em uma outra sntese da prostaglandina mostrada na reao a seguirQue tipo de reao e catalisador so neessirios?

(nl >

NO,t-

-y'\--(CHr).CN?l-+ | ICH\

,/ \ -CHOcHo ocHl

23.24 |Jmasntese til das cetonas sesquiterpnicas, chamadas cperonas, foi realizada atravs damodificao do seguinte procedimento de anelamento de Robinson (Seo l'798)'

Lipdios 395

o

Y -

+ R,NCH2cu,lcu,cH,,#-!_noo r- 'o

l rDiidrocarvona

Escreva o mecanismo que explica cada etapa desta sntese.

23.25* Um peixe do Hava chamado de pahu (Ostracian lentiginosus), secreta uma toxina que mataos outros peixes de sua vizinhana. O agente ativo na secreo foi chamado de pahutoxinapor P. J. Scheuer. D.B. Boylan e Scheuer descobriram que o mesmo continha uma combi-nao anormal de partes de lipdio. Para provar sua estrutura eles a sintetizaram pela rotaa seguir:

cH3(cHr)r2cH.oH +.e-gjsld"q#-+ A BrcH:co']Et' zn

> B ;#>

c T*#. D socr'?

> E gin*$+ Putoxina

Compostos Bandas de Absoro de Infravermelho Selecionadas (cm-l)

ABCDEPutoxina

Quais so as estruturas de A a E e da putoxina?

23,26* A reao ilustrada pela equao abaixo uma muito geral que pode ser catalizada por ci-do, base e algumas enzimas. Ela precisa, portanto, ser levada em considerao quando seplanejam snteses que envolvem steres de substncias poliidroxiladas como o glicerol eacares.

t7253300 (largo), 17353300-2500 (largo), 17103000-2500 (largo), l7 35, 17 lO1800,17351735

Ho-/\-"'\oHoYo

(cHr14cH3

HClOo, trao em CHCI3

temperatura ambiente, 10 min,rendimento 907o.

Dados espectrais para o F:MS(m/z) : depois da trimetilsililoao) : 546, 53 IIV (cm-l, em soluo de CClu): 3200 (largo), 1710lH RMN () (depois de trocar com DrO): 4,2 (d),3,9 (m), 3,7 (d), 2,2 (), e outras na faixa1,7 al .13C RMN (6): 172 (C),74 (CH), 70 (CH) 67 (CHJ, 39 (CHr), e outros na faixa de 32 a14.

(a) Qual a estrutura do Produto F?(b) A reao intramolecular. Escreva o mecanismo atravs da qual ela provavelmente ir

ocoer.

I He,.uro.v

Uma ciperona

I

396 Lipdios

P n o e L E M A s 1. AolesaumsubstitutodegordurapatenteadopelaProctereGamblequeimitaogostoeatexturap A R A dos triacilgliceris (veja "A Qumica de... Olestra e Outros Substitutos da Gordura", na Seo 23.2).

T na e A L H O E M Elano contmcalorias, pois no hidrolisadapelas enzimas digestivas nem absorvidapelos in-G n U p O testinos; ao invs disso, ela passa pelo organismo diretamente, sem sofrer modificaes. O FDA apro-

vou a olestra paa uso em diversos alimentos, incluindo as batatias fritas e outros salgadinhos quenormalmente teriam alto teor de gordura. Ela pode ser usada nas massas e nas frituras.(a) A olestra consiste de uma mistura de steres de cidos graxos da sacarose (diferente dos

triacilgliceris, que so steres de gilceris dos cidos graxos). Cada molcula de sacarosena olestra esterificada com seis a oito cidos graxos. (Um aspecto no desejado da olestra que ela seqestra as vitaminas solveis em gordura necessrias ao organismo, devido aoseu carter altamente lipofflico.) Desenhe a estrutura de uma molcula de olestra especficacontendo seis cidos graxos naturais diferentes, esterificada a qualquer das posies dispo-veis na sacarose. Use trs cidos graxos saturados e trs cidos grirxos insaturados.

(b) Escreva as condies da reao que poderia ser usada para saponificar os steres da molcu-la de olestra que voc desenhou e d os nomes da IUPAC e os comuns para cada um dos ci-dos graxos que seriam liberados na saponificao.

(c) A olestra preparada por processos de transesterificao seqencial. A primeira transesteri-ficao envolve a reao do metanol, sob condies bsicas com triacilgliceris naturais doleo das sementes do algodo ou da soja (comprimento da cadeia de C, a Crr). A segundatransesterificao envolve areao destes metil steres de cido graxo com a sacarose paraformar a olestra. Escreva uma reao como exemplo, incluindo seu mecanismo, para cadaum desses processos de transesterificao usado na sntese da olestra. Comece com qualquertriacilglicerol que possui cidos graxos como esses incorporados na olestra.

2. A biossntese dos cidos graxos conseguida com dois carbonos por vez, por um complexo de enzimachamado de sintetase do cido graxo. As reaes bioqumicas envolvidas na sntese do cido graxoso descritas no Tpico Especial D. Cada uma dessas reaes bioqumicas possui uma contrapafiidanas reaes sintticas que voc estudou. Considere as reaes bioqumicas envolvidas adicionandocada segmento -CH2CH2- durante a biossntese do cido graxo (aqueles no Tpico Especial Dque comem com o acetil-S-ACP e o malonil-S-ACP, e terminam com o butiril-S-ACP). Escrevaas reaes sintticas de laboratrio, usando os reagentes e as condies que voc havia estudado (nc,as reaes biossintticas), que vo possibilitar arealizao da mesma seqncia de transformaes(i.e., as etapas de condensao-descarboxilao, reduo da cetona, desidratao e reduo do alceno ).

3. Um certo terpeno natural fornece picos em seu espectro de massa a m/z 204, 1 1 1 e 93 (entre ou-tros). Com base nisso e nas seguintes informaes, elucide a estrutura deste terpeno. Justifiquecada uma de suas concluses.(a) A reao do terpeno desconhecido com hidrognio, na presena de platina sob presso, resul-

ta em um composto com frmula molecular C,rHro.(b) A reao do terpeno com oznio seguida por tratamento com zinco e cido actico fornece a

seguinte mistura de compostos (um mol de cada para cada mol do terpeno desconhecido).

oo\,-\ ""-*

(c) Depois de escrever a estrutura do terpeno desconhecido, circule cada uma das unidades deisoprenos neste composto. A que classe de terpenos pertence este composto (baseado nosnmeros de carbonos que ele contm)?

4. Desenhe a estrutura de um fosfolipdio (de qualquer das subclasses dos fosfolipdios) que contmum cido graxo saturado e insaturado.(a) Desenhe a estrutura de todos os produtos que formariam seus fosfolipdios, se fossem sub-

metidos hidrlise completa (escolha as condies acdicas ou as bsicas).(b) Desenhe a estrutura do(s) produto(s) que iria(m) se formar pela reao da parte do cido graxo

insaturado de seu fosfolipdio (assumindo que ele tenha sido liberado primeiro pela hidrlisedo fosfolipdio), sob cada uma das seguintes condies:

(i) Br, em CClo(ii) OsOo, seguido por NaHSO,

(iii) HBr(iv) KMnO' alcalina quente, seguido por HrO+(v) SOClr, seguido pelo excesso de CHTNH,