Traduo da 6 Edio Americana

Manual de Bioqumica com Correlaes ClnicasThomas M. Devlin

Lanamento 2007ISBN: 9788521204060 Pginas: 1216 Formato: 21x28 cm Peso: 2.948 kg

CONTEDO

|

VII

RESUMO DO CONTEDOPARTE I

| |

ESTRUTURA DE MACROMOLCULAS

PARTE IV

|

VIAS METABLICAS E SEU CONTROLE

1 Estrutura da Clula Eucaritica, 1 2 DNA e RNA: Composio e Estrutura, 23 3 Protenas I: Composio e Estrutura, 73

PARTE II

TRANSMISSO DA INFORMAO

4 Replicao, Recombinao e Reparo do DNA, 132 5 RNA: Transcrio e Processamento, 172 6 Sntese de Protenas: Traduo e Modicaes Ps-Traduo, 197 7 DNA Recombinante e Biotecnologia, 241 8 Regulao da Expresso Gnica, 287

14 Bioenergtica e Metabolismo Oxidativo, 521 15 Metabolismo de Carboidratos I: Principais Vias Metablicas e Seu Controle, 572 16 Metabolismo de Carboidratos II: Vias Especiais e Glicoconjugados, 626 17 Metabolismo de Lipdeos I: Sntese, Armazenamento e Utilizao de cidos Graxos e Triacilgliceris, 650 18 Metabolismo de Lipdeos II: Vias do Metabolismo de Lipdeos Especiais, 683 19 Metabolismo de aminocidos, 725 20 Metabolismo de Purina e Pirimidina Nucletdeos, 770 21 Metabolismo do Heme e do Ferro, 803 22 Inter-Relaes Metablicas, 829

PARTE III

|

FUNES DE PROTENAS

PARTE V

|

PROCESSOS FISIOLGICOS

9 10 11 12 13

Protenas II: Relaes Estrutura-Funo em Famlias de Protenas, 315 Enzimas: Classicao, Cintica e Controle, 358 Citocromos P450 e xido Ntrico Sintases, 407 Membranas Biolgicas: Estruturas e Transporte em Membranas, 436 Fundamentos da Transduo de Sinal, 483

23 Bioqumica de Hormnios, 870 24 Biologia Molecular das Clulas, 925 25 Ciclo Celular, Morte Celular Programada e Cncer, 987 26 Digesto e Absoro de Constituintes Nutricionais Bsicos, 1009 27 Princpios de Nutrio I: Macronutrientes, 1043 28 Princpios de Nutrio II: Micronutrientes, 1063

APNDICE REVISO DE QUMICA ORGNICA, 1094 GLOSSRIO, 1107 NDICE, 1134

BioQ.00 7

22.01.07 16:25:01

CONTEDO

|

IX

CONTEDOPREFCIO, XXI PREFCIO PARA A EDIO BRASILEIRA, XXIII AGRADECIMENTOS, XXV TRADUTOR E CO-AUTORES, XXVIIBIBLIOGRAFIA, 69 QUESTES E RESPOSTAS, 70 CORRELAES CLNICAS 2.1 Vacinas de DNA, 25 2.2 Uso Diagnstico de Matrizes (Arrays) de DNA em Medicina e Gentica, 38 2.3 Antibiticos Antitumorais que Mudam a Forma do DNA, 42 2.4 Persistncia Hereditria de Hemoglobina Fetal, 45 2.5 Telomerase como Alvo para Agentes Anticncer, 46 2.6 Expanso de Tripletes de DNA repetitivos em Doena Humana, 48 2.7 Topoisomerases no Tratamento de Doena, 52 2.8 Resistncia de Staphylococcus Eritromicina, 65

PARTE I ESTRUTURA DE MACROMOLCULAS1 | ESTRUTURA DA CLULA EUCARITICA, 11.1 VISO GERAL: CLULAS E COMPARTIMENTOS CELULARES, 2 1.2 GUA, PH E SOLUTOS: O AMBIENTE AQUOSO DAS CLULAS, 3 1.3 COMPOSIO DE CLULAS EUCARITICAS: PAPIS FUNCIONAIS DE ORGANELAS SUBCELULARES E SISTEMAS DE MEMBRANAS, 11 1.4 INTEGRAO E CONTROLE DAS FUNES CELURES, 19 BIBLIOGRAFIA, 20 QUESTES E RESPOSTAS, 20 CORRELAES CLNICAS 1.1 Concentrao Sangnea de Bicarbonato na Acidose Metablica, 10 1.2 Doenas Mitocondriais, 15 1.3 Enzimas Lisossomais e Gota, 16 1.4 Decincia de Lipase cida Lisossomal, 18 1.5 Doenas da Biognese de Peroxissomos (PBDs), 19

|

3

PROTENAS I: COMPOSIO E ESTRUTURA, | 733.1 PAPIS FUNCIONAIS DE PROTENAS NO HOMEM, 74 3.2 COMPOSIO EM AMINOCIDOS DE PROTENAS, 75 3.3 PROPRIEDADES DE CARGAS E QUMICAS DE AMINOCIDOS E PROTENAS, 81 3.4 ESTRUTURA PRIMRIA DE PROTENAS, 88 3.5 NVEIS SUPERIORES DE ORGANIZAO PROTECA, 90 3.6 OUTROS TIPOS DE PROTENAS, 97 3.7 DOBRAMENTO (FOLDING) DE PROTENAS DE ESTRUTURAS ALEATRIAS PARA SINGULARES: ESTABILIDADE DA PROTENA, 108 3.8 ASPECTOS DINMICOS DA ESTRUTURA DE PROTENAS, 115 3.9 CARACTERIZAO, PURIFICAO E DETERMINAO DA ESTRUTURA E ORGANIZAO DE PROTENAS, 116 BIBLIOGRAFIA, 128 QUESTES E RESPOSTAS, 129 CORRELAES CLNICAS 3.1 Protenas Plasmticas no Diagnstico de Doenas, 86

2

| DNA E RNA: COMPOSIO E ESTRUTURA, 232.1 2.2 2.3 2.4 2.5 2.6 2.7 VISO GERAL, 24 COMPONENTES ESTRUTURAIS DOS CIDOS NUCLICOS: NUCLEOBASES, NUCLEOSDEOS E NUCLEOTDEOS, 26 ESTRUTURA DO DNA, 28 ORDEM SUPERIOR DA ESTRUTURA DO DNA, 47 SEQNCIA E FUNO DO DNA, 57 ESTRUTURA DO RNA, 61 TIPOS DE RNA, 64

BioQ.00 9

22.01.07 16:25:01

X

|

CONTEDO

3.2 Diferenas em Insulinas Usadas em Tratamento de Diabetes Mellitus, 89 3.3 Uma Mutao No-Conservativa Ocorre em Anemia Falciforme, 90 3.4 Doenas de sntese de Colgeno, 98 3.5 Hiperlipidemias, 103 3.6 Hipolipoproteinemias, 105 3.7 Hemoglobina Glicosilada, HbA1c , 108 3.8 Protenas Como Agentes Infecciosos: Prons e Encefalopatias Espongiformes Transmissveis Humanas (TSEs), 110 3.9 Uso de Anlise de Aminocidos em Diagnstico de Doenas, 121

5

|

RNA: TRANSCRIO E PROCESSAMENTO, 1725.1 5.2 5.3 5.4 5.5 VISO GERAL, 173 MECANISMOS DE TRANSCRIO, 173 TRANSCRIO EM EUCARIOTOS, 178 PROCESSAMENTO DE RNA, 184 EXPORTAO DO RNA E CONTROLE DE QUALIDADE, 191 5.6 RNAs PEQUENOS INIBITRIOS, 192 5.7 REPARO DO DNA ACOPLADO TRANSCRIO, 192 5.8 NUCLEASES E TURNOVER DO RNA, 193 BIBLIOGRAFIA, 194 QUESTES E RESPOSTAS, 195 CORRELAES CLNICAS 5.1 Antibiticos e Toxinas Que Tm RNA Polimerase Como Alvo, 176 5.2 Sndrome do X Frgil: Uma Doena de RNA-Cromatina?, 179 5.3 Envolvimento de Fatores Transcripcionais em Carcinognese, 182 5.4 Talassemia Devido a Defeitos na Sntese de RNA Mensageiro, 188 5.5 Auto-Imunidade em Doena do Tecico Conjuntivo, 189 5.6 Sndrome de Cockayne, 193

PARTE II TRANSMISSO DA INFORMAO4

|

|

REPLICAO, RECOMBINAO E REPARO DO DNA, 1324.1 CARACTERSTICAS COMUNS DA REPLICAO, RECOMBINAO E REPARO, 133 4.2 REPLICAO DO DNA, 133 4.3 RECOMBINAO, 151 4.4 REPARO, 156 BIBLIOGRAFIA, 169 QUESTES E RESPOSTAS, 169 CORRELAES CLNICAS 4.1 Quimioterapia Pode Ter Como Alvos Precursores da Sntese do DNA, 135 4.2 Topoisomerases Como Alvos Para Drogas, 144 4.3 Cncer e o Ciclo Celular, 149 4.4 Anlogos de Nucleosdeos e Resistncia a Drogas na Terapia do HIV, 149 4.5 Terapia Gnica, 156 4.6 Quimioterapia, Leso do DNA e Reparo, 157 4.7 Anlogos de Nucleosdeos Como Drogas: Tiopurinas, 158 4.8 Medicina Individualizada, 159 4.9 Xeroderma Pigmentoso, 162 4.10 Reparo de Pareamento Errado e Cncer, 164

6

|

SNTESE DE PROTENAS: TRADUO E MODIFICAES PS-TRADUO, 1976.1 6.2 VISO GERAL, 198 COMPONENTES DO APARELHO DE TRADUO, 198 6.3 BIOSSNTESE DE PROTENAS, 209 6.4 AMADURECIMENTO DE PROTENAS: DOBRAMENTO, MODIFICAO, SECREO E DIRECIONAMENTO, 218 6.5 DIRECIONAMENTO PARA MEMBRANA E ORGANELAS, 224 6.6 MAIS MODIFICAES PS-TRADUO, 227 6.7 REGULAO DA TRADUO, 234 6.8 DEGRADAO E TURNOVER DE PROTENAS, 235 BIBLIOGRAFIA, 237 QUESTES E RESPOSTAS, 239 CORRELAES CLNICAS 6.1 Mutaes Com Sentido Errado: Hemoglobina, 202 6.2 Mutao Gerando Cdon de Terminao, 202 6.3 -Talassemia, 203 6.4 Mudana na Fase de Leitura (Frameshifting) Programada na Biossntese das Protenas de HIV, 204

BioQ.00 10

22.01.07 16:25:02

CONTEDO

|

XI

6.5

Mutao em RNA Ribossmico Mitocondrial Resulta em Surdez Induzida por Antibitico, 217 6.6 Deleo de um Cdon, Modicao Ps-Traduo Incorreta e de Gradao Prematura de Protena: Fibrose Cstica, 219 6.7 Dobramento Errado e Agregao de Protena: Doena de Creuzfeldt-Jacob, Doena da Vaca Louca, Doena de Alzheimer e Doena de Huntington, 220 6.8 Doenas de Funo de Lisossomos, 226 6.9 Hiperproinsulinemia Familiar, 229 6.10 Ausncia de modicao Ps-Traduo: Decincia Mltipla de Sulfatases, 230 6.11 Defeitos na Sntese de Colgeno, 233

7

| DNA RECOMBINANTE E BIOTECNOLOGIA, 2417.1 7.2 VISO GERAL, 242 A REAO DE POLIMERASE EM CADEIA (POLYMERASE CHAIN REACTION), 243 7.3 ENDONUCLEASES DE RESTRIO E MAPAS DE RESTRIO, 243 7.4 SEQENCIAMENTO DE DNA, 245 7.5 DNA RECOMBINANTE E CLONAGEM, 248 7.6 SELEO DE UM DNA ESPECFICO CLONADO EM BIBLIOTECAS, 252 7.7 DETECO E IDENTIFICAO DE CIDOS NUCLICOS E PROTENAS QUE LIGAM DNA, 254 7.8 DNA COMPLEMENTAR E BIBLIOTECAS DE DNA COMPLEMENTAR, 260 7.9 BACTERIFAGO, COSMDEO E VETORES DE CLONAGEM EM LEVEDURA, 262 7.10 ANLISE DE LONGAS SEQNCIAS DE DNA, 265 7.11 VETORES DE EXPRESSO E PROTENAS DE FUSO, 265 7.12 VETORES DE EXPRESSO EM CLULAS EUCARITICAS, 267 7.13 MUTAGNESE STIO-DIRIGIDA, 269 7.14 APLICAES DA TECNOLOGIA DO DNA RECOMBINANTE, 272 7.15 GENMICA, PROTEMICA E ANLISE MICROARRAY, 279 BIBLIOGRAFIA, 283 QUESTES E RESPOSTAS, 284 CORRELAES CLNICAS 7.1 Reao de Polimerase em Cadeia (Polymerase Chain Reaction), 245

7.2 Mapas de Restrio e Evoluo, 246 7.3 Seqenciamento Direto de DNA para o Diagnstico de Doenas Genticas, 248 7.4 Anlise por PCR Multiplex de Defeitos no Gene de HGPRTase na Sndrome de Lesch-Nyhan, 252 7.5 Polimorsmo de Comprimento de Fragmentos de Restrio Determina a Origem Clonal de Tumores, 257 7.6 Polimorsmo de Conformao de Cadeia-nica para Deteco de Mutaes Espontneas que Podem Levar a SIDS, 259 7.7 Mutagnese Stio-Dirigida de HSV IgD, 271 7.8 Inibio de HIV Mediada por RNA, 274 7.9 Terapia Gnica: Genes Normais Podem Ser Introduzidos em Clulas com Genes Defectivos, 276 7.10 Modelos de Animais Transgnicos, 277 7.11 Camundongos Knockout para Denir um Papel para o Purinoceptor P2Y1, 279 7.12 Anlise por Microarray de Cncer de Mama, 280

8 | REGULAO DA EXPRESSO GNICA, 2878.1 8.2 VISO GERAL, 288 UNIDADE DE TRANSCRIO EM BACTRIAS: O OPERON, 288 8.3 OPERON LACTOSE DE E. COLI, 288 8.4 OPERON TRIPTOFANO DE E. COLI, 293 8.5 OUTROS OPERONS BACTERIANOS, 297 8.6 TRANSPOSONS BACTERIANOS, 299 8.7 EXPRESSO GNICA EM EUCARIOTOS, 300 8.8 COMPLEXO DE PR-INICIAO EM EUCARIOTOS: FATORES DE TRANSCRIO, RNA POLIMERASE II E DNA, 303 8.9 REGULAO DA EXPRESSO GNICA EUCARITICA, 308 BIBLIOGRAFIA, 312 QUESTES E RESPOSTAS, 312 CORRELAES CLNICAS 8.1 Resistncia Transmissvel a Mltiplas Drogas, 300 8.2 Sndrome de Rubstein-Taybi, 302 8.3 Tamoxifeno e Receptor de Estrgeno como Alvo, 309 8.4 Fatores de Transcrio e Doena Cardiovascular, 310

BioQ.00 11

22.01.07 16:25:02

XII

|

CONTEDO

PARTE III | FUNES DE PROTENAS9

|

PROTENAS II: RELAES ESTRUTURAFUNO EM FAMLIAS DE PROTENAS, 3159.1 9.2 VISO GERAL, 316 MOLCULAS DE ANTICORPOS: SUPERFAMLIA DE PROTENAS IMUNOGLOBULINAS, 316 9.3 PROTENAS COM UM MECANISMO CATALTICO COMUM: SERINO PROTEASES, 324 9.4 HEMOGLOBINA E MIOGLOBINA, 334 9.5 O COMPLEXO PROTICO DA LMINA BASAL, 347 BIBLIOGRAFIA, 355 QUESTES E RESPOSTAS, 355 CORRELAES CLNICAS 9.1 As Protenas do Complemento, 319 9.2 Funes de Diferentes Classes de Anticorpos, 319 9.3 Imunizao, 320 9.4 Formao de Fibrina em um Infarto do Miocrdio e Uso de Ativador de Plasminognio Tecidual Recombinante (rt-PA), 326 9.5 Envolvimento de Serino Proteases em Metstase de Clulas Tumorais, 326 9.6 Hemoglobinopatias, 335

CORRELAES CLNICAS 10.1 Mutao de um Stio de Ligao de Coenzima Resulta em Doena Clnica, 371 10.2 Um Caso de Gota Demonstra Duas Fases no Mecanismo de Ao Enzimtica, 382 10.3 Efeito Fisiolgico de Mudanas nos Valores de Km de Enzimas, 383 10.4 Labilidade Trmica da Glicose-6Fosfato Desidrogenase Resulta em Anemia Hemoltica, 386 10.5 Isoenzimas da lcool Desidrogenase com Diferentes pHs timos, 386 10.6 Inibidores de Xantina Oxidase Isolados de Plantas, 388 10.7 Planejamento de um Inibidor Seletivo, 390 10.8 Um Caso de Envenenamento, 393 10.9 Cogumelos e Metabolismo de lcool, 393 10.10 Um Caso de Gota Demonstra a Diferena entre um Stio Alostrico e um Stio de Ligao de Substrato, 394 10.11 Identicao e Tratamento de uma Decincia Enzimtica, 400 10.12 Ambigidade no Ensaio de Enzimas Mutadas, 401

11

CITOCROMOS | SINTASES, 407 P450 E XIDO NTRICO11.1 VISO GERAL, 408 11.2 CITOCROMOS P450: PROPRIEDADES E FUNO, 408 11.3 CICLO DE REAO DO CITOCROMO P450, 409 11.4 SISTEMAS DE TRANSPORTE DE ELTRONS DOS CITOCROMOS P450, 410 11.5 CITOCROMO P450: NOMENCLATURA E ISOFORMAS, 412 11.6 CITOCROMOS P450: SUBSTRATOS E FUNES FISIOLGICAS, 413 11.7 CITOCROMOS P450 PARTICIPAM DE SNTESE DE HORMNIOS ESTERIDES E DE OXIGENAO DE COMPOSTOS ENDGENOS, 414 11.8 INDUO E INIBIO DE CITOCROMO P450, 423 11.9 AS XIDO NTRICO SINTASES: PROPRIEDADES E FUNO, 425 11.10 ISOFORMAS DE XIDO NTRICO SINTASES E FUNES FISIOLGICAS 428 BIBLIOGRAFIA, 432 QUESTES E RESPOSTAS, 434

10

ENZIMAS: | CONTROLE,CLASSIFICAO, CINTICA E 35810.1 VISO GERAL, 359 10.2 CLASSIFICAO DE ENZIMAS, 360 10.3 CONCEITOS GERAIS DE MECANISMOS ENZIMTICOS, 363 10.4 STIO ATIVO DE UMA ENZIMA, 368 10.5 COENZIMAS, CO-SUBSTRATOS E COFATORES, 371 10.6 CINTICA DE REAES QUMICAS, 376 10.7 CINTICA ENZIMTICA DE REAES DE UM SUBSTRATO, 379 10.8 CINTICA DE REAES DE DOIS SUBSTRATOS, 387 10.9 INIBIDORES, 388 10.10 REGULAO DE ATIVIDADE ENZIMTICA, 394 10.11 REGULAO DE VIAS METABLICAS, 398 10.12 APLICAES CLNICAS DE ENZIMAS, 399 BIBLIOGRAFIA, 404 QUESTES E RESPOSTAS, 404

BioQ.00 12

22.01.07 16:25:03

CONTEDO

|

XIII

CORRELAES CLNICAS 11.1 Hiperplasia Adrenal Congnita: Decincia de CYP21A2, 416 11.2 Produo de Hormnios Esterides Durante a Gestao, 418 11.3 Inibio de Citocromo P450: Interaes Droga-Droga e Efeitos Adversos, 420 11.4 Papel de CYP2E1 em Toxicidade Heptica Induzida por Acetaminofen, 422 11.5 Induo de Citocromo P450: Interaes Droga-Droga e Efeitos Adversos, 423 11.6 Polimorsmos Genticos das Enzimas P450, 426 11.7 Mecanismo de Ao de Sildenal, 430 11.8 Aspectos Clnicos da Produo de xido Ntrico, 431 11.9 Histria da Nitroglicerina, 432

13

FUNDAMENTOS | SINAL, 483 DA TRANSDUO DE13.1 VISO GERAL, 484 13.2 TRANSDUO DE SINAL INTERCELULAR, 485 13.3 RECEPTORES PARA MOLCULAS SECRETADAS, 487 13.4 TRANSDUO DE SINAL INTRACELULAR POR RECEPTORES DE SUPERFCIE CELULAR, 488 13.5 RECEPTORES CANAIS INICOS LIGANTEDEPENDENTES, 493 13.6 RECEPTORES LIGADOS A ENZIMAS, 496 13.7 RECEPTORES DE CITOCINAS, 500 13.8 RECEPTORES ACOPLADOS A PROTENA G, 500 13.9 TRANSDUO DE SINAL BASEADA EM AMP CCLICO, 506 13.10 TRANSDUO DE SINAL BASEADA EM GMP CCLICO, 509 13.11 TRANSDUO DE SINAL BASEADA EM CLCIO, 512 13.12 TRANSDUO DE SINAL BASEADA EM FOSFOLIPDEOS, 514 BIBLIOGRAFIA, 517 QUESTES E RESPOSTAS, 518 CORRELAES CLNICAS 13.1 Famlia de Receptores Tirosina Quinases ErbB/HER como Alvos para Quimioterapia do Cncer, 498 13.2 Receptores de Quimiocinas Acoplados a Protena G como Alvos para o Vrus da Imunodecincia Humana (HIV), 502 13.3 Mutaes em Protena G Gs em Tumores de Glndula Pituitria e Doenas Endcrinas, 504 13.4 Alteraes em Protenas Sinalizadoras de Receptor Adrenrgico em Insucincia Cardaca Congestiva, 507 13.5 Eixos Sinalizadores xido Ntrico/ cGMP como Alvos Teraputicos em Doenas Cardacas e Vasculares, 511

12

MEMBRANAS BIOLGICAS: ESTRUTURA | TRANSPORTE EM MEMBRANAS, 436 E12.1 VISO GERAL, 437 12.2 COMPOSIO QUMICA DE MEMBRANAS, 438 12.3 MICELAS, BICAMADAS LIPDICAS E LIPOSSOMOS, 445 12.4 ESTRUTURA DE MEMBRANAS BIOLGICAS, 447 12.5 MOVIMENTO DE MOLCULAS ATRAVS DE MEMBRANAS, 456 12.6 CANAIS DE MEMBRANAS, 458 12.7 TRANSPORTADORES DE MEMBRANA, 466 12.8 TRANSPORTE PASSIVO, 468 12.9 TRANSPORTE ATIVO, 469 12.10 IONFOROS, 478 BIBLIOGRAFIA, 479 QUESTES E RESPOSTAS, 480 CORRELAES CLNICAS 12.1 Lipossomos como Carregadores de Drogas e Enzimas, 447 12.2 Anomalias na Fluidez de Membranas Celulares em Doenas, 454 12.3 Fibrose Cstica e o Canal de Cl , 460 12.4 O Rim de Mamferos e Aquaporinas, 462 12.5 Doenas Envolvendo a Superfamlia de Transportadores ABC, 475 12.6 Doenas que se Devem Perda de Sistemas de Transporte de Membranas, 476

BioQ.00 13

22.01.07 16:25:03

XIV

|

CONTEDO

PARTE IV VIAS METABLICAS E SEU CONTROLE14

|

| BIOENERGTICA E METABOLISMO OXIDATIVO, 52114.1 SISTEMAS DE PRODUO E DE UTILIZAO DE ENERGIA, 522 14.2 RELAES TERMODINMICAS E COMPONENTES RICOS EM ENERGIA, 524 14.3 FONTES E DESTINOS DA ACETILCOENZIMA A, 529 14.4 CICLO DOS CIDOS TRICARBOXLICOS, 534 14.5 ESTRUTURA E COMPARTIMENTALIZAO POR MEMBRANAS MITOCONDRIAIS, 540 14.6 CADEIA DE TRANSPORTE DE ELTRONS, 542 14.7 FOSFORILAO OXIDATIVA, 553 14.8 MEMBRANA MITOCONDRIAL INTERNA CONTM SISTEMAS DE TRANSPORTE DE SUBSTRATO 559 14.9 GENES MITOCONDRIAIS E DOENAS, 563 14.10 ESPCIES REATIVAS DE OXIGNIO (ROS), 565 BIBLIOGRAFIA, 568 QUESTES E RESPOSTAS, 569 CORRELAES CLNICAS 14.1 Decincia de Piruvato Desidrogenase, 533 14.2 Decincia de Fumarase, 537 14.3 Envenenamento por Cianeto, 552 14.4 Neuropatia ptica Hereditria de Leber, 564 14.5 Miopatias Mitocondriais Devido a Mutaes em Genes de tRNA, 564 14.6 Intolerncia a Exerccio em Pacientes com Mutaes no Citocromo b, 565 14.7 Leso por Isquemia/Reperfuso, 567

15.6 GLICOGENLISE E GLICOGNESE, 609 BIBLIOGRAFIA, 623 QUESTES E RESPOSTAS, 623 CORRELAES CLNICAS 15.1 lcool e Barbituratos, 584 15.2 Envenenamento por Arsnico, 585 15.3 Intolerncia Frutose, 587 15.4 Diabetes Mellitus, 589 15.5 Acidose Lctica, 591 15.6 Picles de Porco e Hipertermia Maligna, 592 15.7 Angina Pectoris e Infarto do Miocrdio, 593 15.8 Decincia de Piruvato Quinase e Anemia Hemoltica, 598 15.9 Hipoglicemia e Crianas Prematuras, 599 15.10 Hipoglicemia e Intoxicao Alcolica, 608 15.11 Doenas de Armazenamento de Glicognio, 612

16

|

METABOLISMO DE CARBOIDRATOS II: VIAS ESPECIAIS E GLICOCONJUGADOS, 62616.1 VISO GERAL, 627 16.2 VIA DAS PENTOSES FOSFATO, 627 16.3 INTERCONVERSES DE ACARES E FORMAO DE NUCLEOTDEOACAR, 631 16.4 BIOSSNTESE DE CARBOIDRATOS COMPLEXOS, 637 16.5 GLICOPROTENAS, 638 16.6 PROTEOGLICANOS, 642 BIBLIOGRAFIA, 647 QUESTES E RESPOSTAS, 647 CORRELAES CLNICAS 16.1 Glicose 6-Fosfato Desidrogenase: Decincia Gentica ou presena de Variantes Genticas em Eritrcitos, 629 16.2 Sndrome de Wernicke-Korsakoff: Decincia ou Presena de Variantes Genticos de Transcetolase, 629 16.3 Sndromes de Glicoprotenas Decientes em Carboidratos (CDGS), 632 16.4 Frutosria Essencial e Intolerncia Frutose: Decincia de Frutoquinase e de Frutose 1-Fosfato Aldolase, 633 16.5 Galactosemia: Incapacidade de Transformar Galactose em Glicose, 634

15

|

METABOLISMO DE CARBOIDRATOS I: PRINCIPAIS VIAS METABLICAS E SEU CONTROLE, 57215.1 VISO GERAL, 573 15.2 GLICLISE, 574 15.3 VIA GLICOLTICA, 577 15.4 REGULAO DA GLICLISE, 584 15.5 GLUCONEOGNESE, 597

BioQ.00 14

22.01.07 16:25:04

CONTEDO

|

XV

16.6 Pentosria: Decincia de Xilitol Desidrogenase, 635 16.7 cido Glucurnico: Signicado Fisiolgico da Formao de Glucurondeos, 635 16.8 Substncias dos Grupos Sangneos, 638 16.9 Carboidrato Marcador Comum do Direcionamento Lisossomal e Doena da Clula I, 640 16.10 Aspartilglicosilaminria: Ausncia de 4-L-Aspartilglicosamina Amidohidrolase, 641 16.11 Doenas de Glicolipdeos, 642 16.12 Heparina um Anticoagulante, 643 16.13 Condrodistroas Devidas a Defeitos de Sulfatao, 645 16.14 Mucopolissacaridoses, 646

18

|

METABOLISMO DE LIPDEOS II: VIAS DO METABOLISMO DE LIPDEOS ESPECIAIS, 68318.1 18.2 18.3 18.4 18.5 VISO GERAL, 684 FOSFOLIPDEOS, 684 COLESTEROL, 694 ESFINGOLIPDEOS, 706 PROSTAGLANDINAS E TROMBOXANES, 714 18.6 LIPOXIGENASE E CIDOS OXIEICOSATETRAENICOS, 718 BIBLIOGRAFIA, 721 QUESTES E RESPOSTAS, 722 CORRELAES CLNICAS 18.1 Sndrome do Desconforto Respiratrio, 687 18.2 Tratamento da Hipercolesterolemia, 703 18.3 Aterosclerose, 704 18.4 Diagnstico da Doena de Gaucher em um Adulto, 713

17

|

METABOLISMO DE LIPDEOS I: SNTESE, ARMAZENAMENTO E UTILIZAO DE CIDOS GRAXOS E TRIACILGLICERIS, 65017.1 VISO GERAL, 651 17.2 NATUREZA QUMICA DE CIDOS GRAXOS E ACILGLICERIS, 652 17.3 TRANSPORTE INTERRGOS DE CIDOS GRAXOS E SEUS PRODUTOS PRIMRIOS, 656 17.4 SNTESE DE CIDOS GRAXOS: LIPOGNESE, 657 17.5 ARMAZENAMENTO DE CIDOS GRAXOS COMO TRIACILGLICERIS, 665 17.6 UTILIZAO DE CIDOS GRAXOS PARA PRODUO DE ENERGIA, 667 17.7 REGULAO DO METABOLISMO DE LIPDEOS, 679 BIBLIOGRAFIA, 680 QUESTES E RESPOSTAS, 681 CORRELAES CLNICAS 17.1 Obesidade, 654 17.2 Papel do Metabolismo de cidos Graxos em Diabetes Tipo 2, 655 17.3 Ciclo Triacilglicerol/cido Graxo, 668 17.4 Decincias Genticas no Transporte por Carnitina ou na Carnitina Palmitoil Transferase, 670 17.5 Decincias Genticas das Acil-CoA Desidrogenases, 672 17.6 Doena de Refsum, 675 17.7 Corpos Cetnicos como Combustveis: A Dieta Atkins, 677

19 | METABOLISMO DE AMINOCIDOS, 72519.1 VISO GERAL, 726 19.2 INCORPORAO DE NITROGNIO EM AMINOCIDOS, 727 19.3 TRANSPORTE DE NITROGNIO PARA FGADO E RIM, 732 19.4 CICLO DA URIA, 733 19.5 SNTESE E DEGRADAO DE AMINOCIDOS INDIVIDUAIS, 736 BIBLIOGRAFIA, 766 QUESTES E RESPOSTAS, 767 CORRELAES CLNICAS 19.1 Decincias de Carbamoil Fosfato Sintetase e N-Acetilglutamato Sintetase, 736 19.2 Decincias de Enzimas do Ciclo da Uria, 738 19.3 Doenas do Metabolismo de Prolina, 739 19.4 Selenoprotenas, 740 19.5 Hiperglicinemia No-Cettica, 741 19.6 Decincia de cido Flico, 743 19.7 Fenilcetonria, 745 19.8 Doenas do Metabolismo de Tirosina, 747 19.9 Mal de Parkinson, 748 19.10 Hiper-homocisteinemia e Aterognese, 751 19.11 Doenas de Aminocidos que Contm Enxofre, 752 19.12 Acidria Glutrica, 756 19.13 Esquizofrenia e Outras Doenas Associadas a Neurotransmissores Derivados de Triptofano, 757

BioQ.00 15

22.01.07 16:25:04

XVI

|

CONTEDO

19.14 Doenas do Metabolismo de Aminocidos de Cadeia Ramicada, 757 19.15 Doenas do Metabolismo de Propionato e Metilmalonato, 760 19.16 Doenas Envolvendo Lisina e Ornitina, 762 19.17 Histidinemia, 762 19.18 Doenas do Metabolismo de Folato, 764

21

METABOLISMO DO HEME E DO FERRO, | 80321.1 METABOLISMO DO FERRO: VISO GERAL, 804 21.2 PROTENAS QUE CONTM FERRO, 804 21.3 ABSORO INTESTINAL DE FERRO, 807 21.4 REGULAO MOLECULAR DA UTILIZAO DE FERRO, 808 21.5 DISTRIBUIO E CINTICA DO FERRO, 811 21.6 BIOSSNTESE DE HEME, 813 21.7 CATABOLISMO DE HEME, 821 BIBLIOGRAFIA, 826 QUESTES E RESPOSTAS, 827 CORRELAES CLNICAS 21.1 Sobrecarga de Ferro e Infeco, 805 21.2 Patogenicidade Microbiana e Ferro, 805 21.3 Sntese do Grupo Ferro-Enxofre e Doena Humana, 807 21.4 Ataxia de Friedreich, 807 21.5 Absoro Duodenal de Ferro, 809 21.6 Elementos de Resposta ao Ferro Mutante, 811 21.7 Decincia de Ceruloplasmina, 812 21.8 Anemia por Decincia de Ferro, 812 21.9 Hemocromatose Tipo I: Gentica Molecular e a Questo das Dietas Enriquecidas em Ferro, 814 21.10 Hemocromatose Tipo III, 814 21.11 Porria Intermitente Aguda, 817 21.12 Papel Citoprotetor de Heme Oxigenase, 822 21.13 Hemlise Isoimune Neonatal, 824 21.14 Decincia de Bilirrubina UDPGlucuronosiltransferase, 824 21.15 Elevao de Bilirrubina Conjugada no Soro, 825

20

| METABOLISMO DE PURINA E PIRIMIDINA NUCLEOTDEOS, 77020.1 VISO GERAL, 771 20.2 FUNES METABLICAS DOS NUCLEOTDEOS, 771 20.3 METABOLISMO DE PURINA NUCLEOTDEOS, 772 20.4 METABOLISMO DE PIRIMIDINA NUCLEOTDEOS, 783 20.5 FORMAO DE DESOXIRRIBONUCLEOTDEOS, 786 20.6 NUCLEOSDEO E NUCLEOTDEO QUINASES, 789 20.7 ENZIMAS QUE METABOLIZAM NUCLEOTDEOS COM UMA FUNO EM CICLO CELULAR E TAXA DE DIVISO CELULAR, 790 20.8 SNTESE DE COENZIMAS NUCLEOTDEOS, 791 20.9 SNTESE E UTILIZAO DE 5-FOSFORRIBOSIL-1-PIROFOSFATO, 791 20.10 AGENTES QUIMIOTERPICOS QUE INTERFEREM COM METABOLISMO DE PURINA E PIRIMIDINA NUCLEOTDEOS, 793 BIBLIOGRAFIA, 799 QUESTES E RESPOSTAS, 800 CORRELAES CLNICAS 20.1 Gota, 777 20.2 Sndrome de Lesch-Nyhan, 779 20.3 Atividade Aumentada da 5Nucleotidase Citoslica, 781 20.4 Doenas com Imunodecincias Associadas com Defeitos na Degradao de Purina Nucleosdeos, 782 20.5 Pacientes com Cncer em Tratamento por Radiaes ou Quimioterapia, 783 20.6 Subclasses de Pacientes com Autismo, 783 20.7 Acidria Ortica Hereditria, 785

22 | INTER-RELAES METABLICAS, 82922.1 VISO GERAL, 830 22.2 CICLO JEJUM-ALIMENTAO, 830 22.3 MECANISMOS ENVOLVIDOS NA MUDANA DO METABOLISMO HEPTICO ENTRE OS ESTADOS BEMALIMENTADO E DE JEJUM, 843 22.4 INTER-RELAES METABLICAS DE TECIDOS EM VRIOS ESTADOS NUTRICIONAIS E HORMONAIS, 852 BIBLIOGRAFIA, 866 QUESTES E RESPOSTAS, 868

BioQ.00 16

22.01.07 16:25:05

CONTEDO

|

XVII

CORRELAES CLNICAS 22.1 Obesidade, 831 22.2 Subnutrio Protica, 832 22.3 Jejum, 833 22.4 Sndrome de Reye, 837 22.5 Coma Hiperglicmico, Hiperosmolar, 841 22.6 Hiperglicemia e Glicao de Protenas, 841 22.7 Diabetes Mellitus Tipo 2, 855 22.8 Diabetes Mellitus Tipo 1, 857 22.9 Via do Poliol e Complicaes do Diabetes, 857 22.10 Caquexia do Cncer, 858

24

BIOLOGIA | 925 MOLECULAR DAS CLULAS,24.1 VISO GERAL, 926 24.2 TECIDO NERVOSO: METABOLISMO E FUNO, 926 24.3 OLHO: METABOLISMO E VISO, 938 24.4 MOTORES MOLECULARES E PROTENAS ASSOCIADAS, 952 24.5 MECANISMO DA COAGULAO DO SANGUE, 967 BIBLIOGRAFIA, 983 QUESTES E RESPOSTAS, 984 CORRELAES CLNICAS 24.1 Sndrome Miastnica de LambertEaton, 933 24.2 Miastenia Gravis: Uma Doena Neuromuscular, 935 24.3 Degenerao da Mcula e Perda de Viso, 942 24.4 Doena de Niemann-Pick e Retinite Pigmentosa, 942 24.5 Retinite Pigmentosa por Mutao do Gene da Periferina, 944 24.6 Amaurose Congnita de Leber: Distroa da Retina Levando a Cegueira, 949 24.7 Glicao e Estrutura e Funo de Miosina, 956 24.8 Cardiomiopatias Hipertrcas Familiares e Mutaes em Protenas Musculares, 957 24.9 Cardiomiopatia Dilatada e Mutaes em Actina, 958 24.10 Subunidades da Troponina como Marcadores de Infarto do Miocrdio, 961 24.11 Canelopatias de ons VoltagemDependentes, 962 24.12 Canais Inicos e Doena do Msculo Cardaco, 962 24.13 Mutaes Afetando Pigmentao: Existe uma Conexo com Motor Molecular?, 965 24.14 Defeitos da Via Intrnseca: Decincia de Pr-calicrena, 970 24.15 Hemolia Clssica, 974 24.16 Uso de Fator VIIa Recombinante para Controlar Sangramento, 975 24.17 Trombose: Defeitos na Via da Protena C e Nveis Aumentados de Fatores da Coagulao, 979

PARTE V

|

PROCESSOS FISIOLGICOS

23 | BIOQUMICA DE HORMNIOS, 87023.1 VISO GERAL, 871 23.2 HORMNIOS E O SISTEMA DE CASCATA HORMONAL, 872 23.3 SNTESE DE HORMNIOS POLIPEPTDICOS E HORMNIOS DERIVADOS DE AMINOCIDOS, 875 23.4 PROTENAS DE SINALIZAO HORMONAL, 883 23.5 RECEPTORES DE HORMNIOS DE MEMBRANA, 891 23.6 CASCATA HORMONAL INTRACELULAR: PROTENAS QUINASES, 894 23.7 HORMNIOS ESTERIDES, 902 23.8 RECEPTORES DE HORMNIOS ESTERIDES, 914 BIBLIOGRAFIA, 921 QUESTES E RESPOSTAS, 922 CORRELAES CLNICAS 23.1 Testando a Atividade da Pituitria Anterior, 875 23.2 Hipopituitarismo, 879 23.3 Atividade Reduzida do Receptor de Insulina Quinase no Diabetes Mellitus Gestacional, 897 23.4 Contracepo Oral, 913 23.5 Sndrome do Excesso Aparente de Mineralocorticide, 917 23.6 Mutao no Receptor de Mineralocorticide Resulta em Hipertenso e Toxemia da Gravidez, 919

BioQ.00 17

22.01.07 16:25:05

XVIII25

|

CONTEDO

| CICLO CELULAR,EMORTE CELULAR PROGRAMADA CNCER, 98725.1 VISO GERAL, 988 25.2 CICLO CELULAR, 988 25.3 APOPTOSE: MORTE CELULAR PROGRAMADA, 993 25.4 CNCER, 997 BIBLIOGRAFIA, 1005 QUESTES E RESPOSTAS, 1007 CORRELAES CLNICAS 25.1 Vrus Oncognicos de DNA, 999 25.2 Droga Anti-Cncer Molecularmente Dirigida, 1002 25.3 Causa Ambiental de Cnceres Humanos, 1003

27

| PRINCPIO DE NUTRIO I: MACRONUTRIENTES, 104327.1 27.2 27.3 27.4 VISO GERAL, 1044 METABOLISMO ENERGTICO, 1044 METABOLISMO DE PROTENAS, 1045 DESNUTRIO PROTICO-ENERGTICA, 1048 27.5 EXCESSIVA INGESTO PROTICOENERGTICA, 1050 27.6 CARBOIDRATOS, 1051 27.7 GORDURAS, 1051 27.8 FIBRAS, 1052 27.9 COMPOSIO DOS MACRONUTRIENTES DA DIETA, 1054 BIBLIOGRAFIA, 1059 QUESTES E RESPOSTAS, 1060 CORRELAES CLNICAS 27.1 Dietas Vegetarianas e Necessidades Protico-Energticas para Crianas, 1047 27.2 Ingesto de Protenas na Dieta e Doena Renal, 1048 27.3 Oferecendo Protenas e Calorias Adequadas a Pacientes Hospitalizados, 1049 27.4 Carga de Carboidratos e Resistncia Atltica, 1052 27.5 Dietas Ricas em Carboidratos Versus Dietas Ricas em Gorduras para Diabticos, 1053 27.6 cidos Graxos Poliinsaturados e Fatores de Risco para Doena Cardaca, 1055 27.7 Adaptao Metablica: Relao entre Ingesto de Carboidratos e Triacilgliceris no Soro, 1059

26

|

DIGESTO E ABSORO DE CONSTITUINTES NUTRICIONAIS BSICOS, 100926.1 26.2 26.3 26.4 VISO GERAL, 1010 CONSIDERAES GERAIS, 1012 TRANSPORTE EPITELIAL, 1016 DIGESTO E ABSORO DE PROTENAS, 1024 26.5 DIGESTO E ABSORO DE CARBOIDRATOS, 1028 26.6 DIGESTO E ABSORO DE LIPDEOS, 1031 26.7 METABOLISMO DE CIDOS BILIARES, 1037 BIBLIOGRAFIA, 1040 QUESTES E RESPOSTAS, 1040 CORRELAES CLNICAS 26.1 Cloridorria Familiar Causa Alcalose Metablica, 1017 26.2 Fibrose Cstica, 1020 26.3 Diarrias Toxignicas Bacterianas e Terapia de Reposio de Eletrlitos, 1021 26.4 Aminoacidria Neutra: Doena de Hartnup, 1026 26.5 Decincia de Dissacaridases, 1030 26.6 Intervenes Farmacolgicas para Evitar Absoro de Gordura e Obesidade, 1033 26.7 Clculos de Colesterol, 1036 26.8 A--Lipoproteinemia, 1038

28

| PRINCPIO DE NUTRIO II: MICRONUTRIENTES, 106328.1 VISO GERAL, 1064 28.2 AVALIAO DE M NUTRIO, 1064 28.3 INGESTO DIETTICAS DE REFERNCIAS, 1064 28.4 VITAMINAS LIPOSSOLVEIS, 1066 28.5 VITAMINAS HIDROSSOLVEIS, 1073 28.6 VITAMINAS HIDROSSOLVEIS LIBERADORAS DE ENERGIA, 1074 28.7 VITAMINAS HIDROSSOLVEIS HEMATOPOITICAS, 1079 28.8 OUTRAS VITAMINAS HIDROSSOLVEIS, 1082 28.9 MACROMINERAIS, 1084 28.10 MINERAIS TRAOS, 1084

BioQ.00 18

22.01.07 16:25:05

CONTEDO

|

XIX

28.11 DIETA AMERICANA: FATO E FALCIA, 1087 28.12 AVALIAO DO ESTADO NUTRICIONAL NA PRTICA CLNICA, 1087 BIBLIOGRAFIA, 1089 QUESTES E RESPOSTAS, 1091 CORRELAES CLNICAS 28.1 Consideraes Nutricionais na Fibrose Cstica, 1068 28.2 Osteodistroa Renal, 1069 28.3 Consideraes Nutricionais em Recm-Nascidos, 1073 28.4 Drogas Anticonvulsivantes e Necessidades Vitamnicas, 1074

28.5 Consideraes Nutricionais em Alcolatras, 1076 28.6 Necessidades de Vitamina B6 em Usurios de Contraceptivos Orais, 1078 28.7 Polimorrmos Genticos e Necessidades de cido Flico, 1081 28.8 Dieta e Osteoporose, 1085 28.9 Necessidades Nutricionais de Idosos, 1089

APNDICE REVISO DE QUMICA ORGNICA, 1094 GLOSSRIO, 1107 NDICE, 1134

BioQ.00 19

22.01.07 16:25:06

CAPTULO 1 ESTRUTURA DA CLULA EUCARITICA

|

1

PARTE 1 ESTRUTURAS DE MACROMOLCULAS

O

H+

104.5o

H+

1

ESTRUTURA DA CLULA EUCARITICAThomas M. Devlin

1.1

VISO GERAL: CLULAS E COMPARTIMENTOS CELULARES, 2

1.2 GUA, pH E SOLUTOS: O AMBIENTE AQUOSO DAS CLULAS, 3 Pontes de hidrognio formam-se entre molculas de gua, 3 gua tem propriedades singulares como solvente, 4 Algumas molculas dissociam-se formando ctions e nions, 5 gua um eletrlito fraco, 6 Muitas molculas biologicamente importantes so cidos ou bases fracos, 6 cido carbnico, 7 Equao de Henderson-Hasselbalch dene a relao entre pH e concentraes de cido e base conjugados, 8 Tamponamento importante para controlar o pH, 9 1.3 COMPOSIO DE CLULAS EUCARITICAS: PAPIS FUNCIONAIS DE ORGANELAS SUBCELULARES E SISTEMAS DE MEMBRANAS, 11 Composio qumica geral das clulas, 12 Papel funcional de organelas subcelulares e sistemas de membranas, 13 Membrana Plasmtica a fronteira de uma clula, 13 Ncleo local de sntese de DNA e RNA, 13

Retculo endoplasmtico participa da sntese protica e de muitas vias de sntese, 13 Complexo de Golgi est envolvido na secreo de protenas, 14 Mitocndria fornece a maior parte do ATP de que a clula necessita, 14 Lisossomos so necessrios para digesto intracelular, 15 Peroxissomos desempenham papel importante no metabolismo de lipdeos, 17 Citoesqueleto organiza o contedo intracelular, 18 Citosol contm componentes celulares solveis, 18 1.4 INTEGRAO E CONTROLE DAS FUNES CELULARES, 19 BIBLIOGRAFIA, 20 QUESTES E RESPOSTAS, 20 CORRELAES CLNICAS 1.1 Concentrao Sangnea de Bicarbonato na Acidose Metablica, 10 1.2 Doenas Mitocondriais, 15 1.3 Enzimas Lisossomais e Gota, 16 1.4 Decincia de Lipase cida Lisossomal, 18 1.5 Doenas da Biognese de Peroxissomos (PBDs), 19

BioQ.01 1

22.01.07 16:09:40

1.3 COMPOSIO DE CLULAS EUCARITICAS: PAPIS FUNCIONAIS DE ORGANELAS SUBCELULARES E SISTEMAS DE MEMBRANASClulas eucariticas contm organelas celulares bem denidas, como ncleo, mitocndrias, lisossomos e peroxissomos, todos delimitados por uma membrana (Figura 1.9). Membranas formam uma rede tubular por toda a clula, o retculo endoplasmtico e o complexo de Golgi, englobando um espao interconectado ou cisternas, respectivamente. A natureza lipdeo-protena das membranas celulares (ver p. 455) impede rpido movimento de muitas molculas, incluindo gua, de um compartimento para outro. Mecanismos especcos para deslocamento de molculas pequenas e grandes, carregadas ou no-carregadas, permitem que as vrias membranas modulem concentraes de substncias em seus compartimentos. Citosol e compartimento uido de organelas tm composio distinta em ons inorgnicos, molculas orgnicas, protenas e cidos nuclicos.

|

CAPTULO 1 ESTRUTURA DA CLULA EUCARITICA

|

11

Partio de atividades e componentes em espaos delimitados por membranas tem muitas vantagens para a economia da clula, incluindo (a) seqestro de substratos, cofatores e enzimas para maior ecincia metablica e (b) ajuste de pH e composio inica para mxima atividade de processos biolgicos. As atividades e a composio de estruturas e organeER las celulares so determinadas em clulas intactas por mtodos histoqumicos, imunolgicos Pe de colorao uorescente. Observaes contnuas em tempo real de eventos celulares em clulas intactas viveis so possveis. Por exemplo, mudanas de pH e de concentrao M de on clcio podem ser estudadas no citosol pelo uso de indicadores on-especcos. Organelas individuais, ER membranas e componentes do citosol podem ser isolaG dos e analisados aps rompimento da membrana plasLy mtica. Tcnicas para romper membranas Ncleo uso incluem de detergentes, choque osmtico ou homogeneizao de tecidos, onde o atrito quebra a membrana plasmtica. Em meios de isolamento apropriados, organelas celulaNuclolo res e sistemas de membranas podem ser separados por centrifugao, graas a diferenas em tamanho e densidade. Essas tcnicas permitiram isolamento de fraes celulares da maioria dos tecidos de mamferos. Alm M disso, componentes de organelas, como mitocndrias e peroxissomos, podem ser isolados aps rompimento da membrana da organela. Pelo uso dessas vrias tcnicas, as atividades e as funes dos vrios compartimentos (a) celulares foram estudadas.Membrana nuclear Ncleo Nuclolo

Centrolos Complexo de Golgi

ER P

Cromatina

M

Ribossomos livres Retculo endoplasmtico

Vacolo

ER G Ly Ncleo (b) Lisossomos

Mitocndria Membrana celular

Nuclolo

M

(a)

FIGURA 1.9 (a) Micrograa eletrnica de uma clula de fgado de rato, marcada para indicar os principais componentes estruturais de clulas eucariticas e (b) desenho esquemtico de uma clula animal. Note o nmero e a variedade de organelas subcelulares e a rede de membranas interconectadas que delimitam canais ou cisternas. Nem todas as clulas eucariticas so to complexas em sua aparncia, mas a maioria contm as principais estruturas mostradas. ER, retculo endoplasmtico; G, zona do Golgi; Ly, lisossomo; P, peroxissomo; M, mitocndria. Fotograa (a) reimpressa com permisso de Dr. K. R. Porter de Porter, K. R., e Bonneville, M. A. Em: Fine Structure of Cells and Tissues. Philadelphia: Lea & Febiger, 1972; esquema (b) reimpresso com permisso de Voet, D., e Voet, J. G. Biochemistry, 2 ed., New York, Wiley, 1995. (1995) John Wiley & Sons, Inc.

Membrana nuclearBioQ.01 11

Centrolos Complexo22.01.07 16:09:57

Ncleo

CAPTULO 1 ESTRUTURA DA CLULA EUCARITICA

|

15

pendncia mtua. Estima-se que esse evento possa ter ocorrido h cerca de trs bilhes de anos. A herana mitocondrial ocorre por transmisso materna e tem sido possvel estudar o movimento global humano por avaliao das variaes em mtDNA. Mitocndrias tambm tm os RNAs (ver p. 66) e enzimas necessrias para catalisar a sntese de algumas protenas. A maioria das protenas mitocondriais, entretanto, derivaram de genes presentes no DNA nuclear e so sintetizadas em ribossomos livres no citosol, depois importadas para a organela. H vrias centenas de doenas genticas de atividades mitocondriais; algumas resultam de mutaes no DNA nuclear que codica protenas mitocondriais, enquanto outras resultam de mutaes no DNA mitocondrial (ver Corr. Cln. 1.2).

Lisossomos So Necessrios para Digesto IntracelularLisossomos so responsveis pela digesto intracelular de substncias extracelulares e intracelulares. Com uma nica membrana delimitante, mantm uma matriz com pH cido de cerca de 5. Encapsulada nessas organelas est uma classe de enzimas glicoproticas hidrolases que catalisam clivagem hidroltica de ligaes carbono-oxignio, carbono-nitrognio, carbo-

no-enxofre e oxignio-fsforo em protenas, lipdeos, carboidratos e cidos nuclicos. Uma lista parcial das enzimas lisossomais apresentada na Tabela 1.7. Hidrolases lisossomais so mais ativas em pHs cidos e quebram molculas complexas em compostos simples de baixo peso molecular que podem ser reutilizados. A relao entre pH e atividade enzimtica discutida na p. 368. O contedo enzimtico dos lisossomos varia em diferentes tecidos e depende das funes especcas do tecido. A membrana lisossomal contm mediadores e receptores proticos especcos, bem como transportadores para deslocamento de substncias atravs dela. Lisossomos isolados s catalisam hidrlise de substratos adicionados quando a membrana lisossomal rompida. Rompimento da membrana em clulas leva digesto celular. Vrias condies patolgicas tm sido atribudas liberao de enzimas lisossomais, incluindo artrite, respostas alrgicas, vrias doenas musculares e destruio tecidual induzida por drogas (ver Corr. Cln. 1.3).

CORRELAO CLNICA 1.2

Doenas MitocondriaisA primeira doena (doena de Luft) envolvendo especicamente transduo de energia mitocondrial foi relatada em 1962. Uma paciente de 30 anos de idade apresentava fraqueza generalizada, transpirao excessiva, alta ingesta calrica sem ganho de peso e taxa de metabolismo basal muito elevada (uma medida da utilizao de oxignio). Ela tinha um defeito no mecanismo que controla a utilizao de oxignio pela mitocndria (ver Captulo 14). Desde ento, vrias centenas de anomalias genticas foram identicadas que levam a alteraes em enzimas, cidos ribonuclicos, componentes do transporte de eltrons e sistemas de transporte de membranas mitocondriais. Mutaes no mtDNA bem como no DNA nuclear levam a doenas genticas mitocondriais. A primeira doena identicada que se deve a uma mutao no mtDNA foi Neuropatia ptica Hereditria de Leber, que leva a cegueira sbita no incio da idade adulta. Muitas doenas mitocondriais envolvem msculo esqueltico e sistema nervoso central. Leses no DNA mitocondrial podem ocorrer, devido a radicais livres (superxidos) formados nas mitocndrias. Anomalias nas mitocndrias tm sido implicadas na patosiologia de esquisofrenia, doena bipolar e doenas degenerativas relacionadas com idade, como a doena de Parkinson, de Alzheimer e cardiomiopatias. Recentemente, sugeriu-se que uma nica mutao em um tRNA mitocondrial levaria a uma constelao de sintomas, incluindo hipertenso, colesterol elevado no sangue e nveis baixos de Mg 2+ no plasma. Ver as seguintes Correlaes Clnicas para detalhes de doenas mitocondriais: 6.5, p. 217; 14.4, p. 564; 14.5, p. 564; 14.6, p. 565; e 14.7, p. 567.

Fonte: Luft, R. The development of mitochondrial medicine. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 91:8731, 1994; Chalmers, R.M. e Schapira, A.H.V. Clinical, biochemical and molecular genetic features of Lebers hereditary optic neuropathy. Biochim. Biophys. Acta 1410:147, 1999; Wallace, D.C. Mitochondrial DNA in aging and disease. Sci. Am. 280:40, 1997; e Wallace, D.C. Mitochondrial diseases in man and mouse. Science 283:1482, 1999.

BioQ.01 15

22.01.07 16:10:00

CAPTULO 1 ESTRUTURA DA CLULA EUCARITICA

|

19

CORRELAO CLNICA 1.5

Doenas de Biognese de Peroxissomos (PBDs)Peroxissomos so responsveis por vrias reaes metablicas importantes, incluindo sntese de glicerol teres, encurtamento de cidos graxos de cadeia muito longa para que as mitocndrias possam oxid-los completamente, e oxidao da cadeia lateral do colesterol necessria sntese de cidos biliares. Doenas de biognese de peroxissomos (PBDs) compreendem mais de 25 doenas gentica e fenotipicamente relacionadas que envolvem atividades enzimticas de peroxissomos. So doenas autossmicas recessivas raras que se caracterizam por nveis diminudos de lipdeos glicerol-teres (plasmalognios), nveis aumentados de cidos graxos de cadeias muito longas (C24 e C26) e de derivados do cido colestanico (precursores de cidos biliares). As doenas podem afetar fgado, rim, crebro e sistema esqueltico. A mais grave sndrome de Zellweger, que se deve ausncia de peroxissomos funcionais; morte freqentemente ocorre por volta dos 6 meses de idade. Nessa condio, o defeito gentico est no mecanismo para importar enzimas para a matriz dos peroxissomos. Algumas condies PBD so causadas por mutaes de splice doador ou de sentido errado (missense) (ver p. 158); em algumas, h ausncia de uma nica enzima metablica ou defeito em um componente do transporte de membranas. Em alguns casos, a doena pode ser diagnosticada antes do nascimento por ensaio de enzimas de peroxissomos ou de cidos graxos em clulas do lquido amnitico.

Fonte: Wanders, R. J., Schutgens, R. B., e Barth, P. G. Peroxissomal disorders: A review. J. Neuropathol. Exp. Neurol. 54: 726, 1995; FitzPatrick, D. R., Zellweger syndrome and associated phenotypes. J. Med. Genet. 33:863, 1996; e Warren, D.S., Wolfe, B. D. e Gould, S. J. Phenotype-genotype relationships in PEX10-decient peroxisome biogenesis disorder patients. Hum. Mutat. 15:509, 2000.

1.4 INTEGRAO E CONTROLE DAS FUNES CELULARESUma clula eucaritica uma estrutura complexa que mantm um ambiente intracelular que permite que muitas reaes complexas e funes ocorram com a mxima ecincia possvel. Clulas de organismos multicelulares tambm participam da manuteno do bemestar de todo o organismo, exercendo inuncias umas sobre as outras para manter equilbrio entre atividades tissulares e celulares. Processos intracelulares e vias metablicas so muito bem controlados e integrados para conseguir esse equilbrio. Pouqussimas funes operam de modo totalmente independente; mudanas em uma funo podem exercer uma inuncia, positiva ou negativa, sobre outras funes. Como ser descrito ao longo deste livro, controles de funo so mediados em muitos nveis, desde a expresso de um gene para alterar a concentrao de uma enzima ou protena efetora, at mudanas em nveis de substrato ou coenzima para ajustar a velocidade de uma reao enzimtica especca. A integrao de muitos processos celulares controlada por protenas que funcionam como ativadores ou inibidores, que mantm homeostase celular. Muitos processos celulares so programados para ocorrerem em condies especcas; por exemplo, diviso

|

celular em clulas normais s ocorre quando os processos necessrios diviso celular so ativados (ver p. 989). Ento, e somente ento, ocorre uma srie de reaes ordenadas e integradas, culminando na diviso de uma clula em duas clulas lhas. Um processo fascinante apoptose, morte celular programada, tambm chamada suicdio celular (ver p. 993). Esse processo cuidadosamente regulado ocorre em clulas de todos os tecidos de mamferos, mas etapas individuais do processo variam de tecido para tecido. Muitas doenas devem-se a erro em mecanismos especcos de controle. medida que algum amplia sua compreenso da complexidade de clulas biolgicas, esse algum ca admirado de que no ocorram muito mais erros e de que no existam muito mais indivduos com condies anormais. Assim, medida que prosseguimos para o estudo de componentes qumicos separados e atividades de clulas em captulos subseqentes, importante no esquecer as atividades concomitantes e vizinhas, limitaes e inuncia do ambiente. S conciliando todas as partes e atividades de uma clula isto , montando o quebra-cabea que apreciaremos a maravilha das clulas vivas.

BioQ.01 19

22.01.07 16:10:03

CAPTULO 2 DNA E RNA: COMPOSIO E ESTRUTURA

|

23

PARTE 1 ESTRUTURAS DE MACROMOLCULAS

2

DNA E RNA: COMPOSIO E ESTRUTURAStephen A. Woski e Francis J. Schmidt

2.1 VISO GERAL, 24 Dogma central da biologia molecular, 24 DNA pode transformar clulas, 24 Capacidade de informao do DNA enorme, 25 2.2 COMPONENTES ESTRUTURAIS DOS CIDOS NUCLICOS: NUCLEOBASES, NUCLEOSDEOS E NUCLEOTDEOS, 26 Propriedades fsicas de nucleosdeos e nucleotdeos, 26 Propriedades estruturais de nucleosdeos e nucleotdeos, 27 2.3 ESTRUTURA DO DNA, 28 Estrutura polinucleotdica, 28 Conformaes dos polinucleotdeos, 29 Estabilidade do Esqueleto polinucleotdico, 30 DNA dupla-hlice, 31 Fatores que estabilizam DNA dupla-hlice, 34 Desnaturao e renaturao, 35 Hibridizao, 36 Conformaes do DNA dupla-hlice, 39 Estruturas no-cannicas de DNA, 40 DNA dobrado, 41 DNA cruciforme, 41 DNA tripla-ta, 43 DNA quatro-tas, 44 DNA deslocado, 46 2.4 ORDEM SUPERIOR DA ESTRUTURA DO DNA, 47 DNA genmico pode ser linear ou circular, 47 DNA super-hlice, 49 Topoisomerases, 50

Empacotamento do DNA procaritico, 51 Organizao da cromatina eucaritica, 54 Nucleossomos e polinucleossomos, 55 Empacotamento de polinucleossomos em estruturas superiores, 56 2.5 SEQNCIA E FUNO DO DNA, 57 Endonucleases de restrio e palndromes, 57 A maior parte do DNA procaritico codica protenas especcas, 58 Apenas uma pequena percentagem do DNA eucaritico consisde de genes funcionais, 59 Seqncias repetidas, 60 2.6 ESTRUTURA DO RNA, 61 RNA um polmero de ribonucleosdeos 5-mono fosfato, 61 Estrutura secundria do RNA envolve pareamento de bases intramolecular, 61 Molculas de RNA tm estruturas tercirias, 62 2.7 TIPOS DE RNA, 64 RNA transportador tem duas funes: ativar aminocidos e reconhecer cdons no mRNA, 64 RNA ribossmico parte do aparelho de sntese protica, 65 RNAs mensageiros carregam a informao para a estrutura primria de protenas, 66 Mitocndrias contm espcies peculiares de RNA, 66 RNA em partculas ribonucleoproticas, 67 RNA cataltico: ribozimas, 67 RNAs podem ligar outras molculas, 68 RNAs controlam traduo, 69

BioQ.02 23

22.01.07 16:20:49

28

|

PARTE 1 ESTRUTURA DE MACROMOLCULASH H O6

os tomos de carbono desse arranjo lembram a letra S; por isso, essa conformao s vezes chamada conformao-Sul. Na segunda toro comum, C3 deslocada em direo face endo e chamada C3-endo. Os carbonos da pentose desenham uma letra N, produzindo a conformao-Norte. notvel que os grupos ligados ao acar quem em orientaes muito diferentes em cada uma dessas conformaes. Por exemplo, grupos 5- e 3-fosfatos cam muito mais afastados na toro C2-endo do que na C3-endo. A orientao da ligao glicosdica tambm muda signicativamente nas duas conformaes. Conformaes C2-endo e C3-endo esto em rpido equilbrio. Um substituinte eletronegativo na posio 2 da pentose favorece a conformao C3-endo. Portanto, ribonucleosdeos em RNA preferem essa toro do acar. Fatores adicionais como pontes de hidrognio entre o grupo 2-OH e o tomo O4 do resduo vizinho deslocam o equilbrio para a conformao C3-endo. Entretanto, os 2-desoxinucleosdeos do DNA contm um hidrognio em lugar do grupo 2-OH, e a conformao C2-endo preferida. As bases em nucleosdeos so planas. Embora rotao livre em torno da ligao glicosdica seja possvel, duas orientaes da base em relao ao acar predominam (Figura 2.7). Em purinas, a conformao anti coloca H8 sobre o acar, enquanto a conformao syn posiciona esse tomo longe do acar e a maior parte da purina bicclica sobre o acar. Em pirimidinas, o tomo H6 ca acima do anel de pentose na conformao anti, e o tomo O2, maior, ca acima do anel na conformao glicosdica syn. Pirimidinas, portanto, mostram uma grande preferncia pela conformao com menos impedimento estrico anti. Purinas rapidamente se interconvertem entre as duas conformaes, mas favorecem a orientao anti. Contudo, guanina 5-nucleotdeos so excees. Nesses casos, interaes favorveis entre o grupo 2-NH2 e o grupo 5-fosfato estabilizam a conformao syn. 2-Desoxiguanosina 5-monofosfato (dGMP), por exemplo, prefere a conformao glicosP O O base

NH2 N N O O O2

N HO N

NH2 H H

HO

OH anti

OH syn H O N N N H NH2 H 2N N HO O N N N O N H

H HO O

8

HO

OH anti

HO

OH

syn

FIGURA 2.7 Conformaes glicosdicas de purinas e pirimidinas. Em pirimidinas, fatores estricos entre o acar e O2 da base desfavorecem fortemente a conformao syn. Em purinas, as conformaes anti e syn se interconvertem facilmente, com anti sendo mais estvel na maioria dos casos. A conformao syn estabilizada em guanosina 5-fosfato, devido a interaes favorveis entre o grupo 2-NH2 e os oxignios do fosfato.

dica syn. Essa preferncia tambm foi observada em DNA ta-dupla com seqncias de Gs e Cs alternados. A conformao syn dos resduos G nesses DNAs resulta na formao de uma hlice pouco usual, que gira para a esquerda (ver p. 40).

2.3 | ESTRUTURA DO DNAEstrutura Polinucleotdicacidos nuclicos so tas de nucleotdeos ligados por ligaes fosfodister (Figura 2.8). O comprimento dessas tas varia consideravelmente, de dois resduos a centenas de milhes de resduos. Tipicamente, tas de cidos nuclicos contendo 50 nucleotdeos so chamados oligonucleotdeos, enquanto os mais longos so polinucleotdeos. A ligao fosfodister liga o grupo 5-hidroxila de um resduo ao grupo 3-hidroxila do seguinte. Ligaes entre dois 5-OHs ou dois 3-OHs no so vistas em DNA de ocorrncia natural. A direcionalidade dessa ligao signica que oligo- e polinucleotdeos lineares tm uma extremidade que termina em um 5-OH e outra que termina em 3-OH. Essas extremidades so extremidade 5 e extremidade 3, respectivamente. Em muitos polinucleotdeos, uma ou ambas as extremidades so quimicamente modicadas com resduos de grupos fosfatos ou aminocidos. Polinucleotdeos circulares no tm nenhuma extremidade livre, e so formados unindo-se a extremidade 5 de um polinucleotdeo linear com sua prpria extremidade 3 por uma ligao fosfodister.

7.0

P O

C-2 Sul base

P O 5.9 P O

O

C-3 Norte

FIGURA 2.6 Conformaes preferenciais de acares pentoses. Duas conformaes produzem variaes na orientao relativa da base (com relao ao acar) e na distncia entre os grupos 3- e 5-fosfato (P). Finalmente, essas diferenas afetam a conformao geral do complexo dupla-hlice.

BioQ.02 28

22.01.07 16:20:54

42

|

PARTE 1 ESTRUTURA DE MACROMOLCULAS

CORRELAO CLNICA 2.3

Antibiticos Antitumorais que Mudam a Forma do DNAA estrutura local tridimensional do DNA importante em interaes com protenas envolvidas em reparo, transcrio, recombinao e condensao da cromatina. Foi proposto que antibiticos possam induzir formao de estruturas de DNA que podem recrutar essas protenas com resultados citotxicos. O exemplo melhor estudado a droga antitumoral cisplatina, um complexo tetracoordenado de platina [cis-Pt(NH2)2CL2]. Cisplatina usada sozinha ou em combinao com outros agentes antitumorais para tratar uma variedade de tumores, incluindo cncer testicular, ovariano, sseo e pulmonar. Forma ligaes cruzadas inter- e intra-tas em DNA dupla-ta com o ltimo aducto compreendendo 90% das leses do DNA. Essas ligaes surgem do deslocamento de cloretos ligados platina por tomos N7 de duas guaninas vizinhas. Estudos estruturais de DNA com aducto fazendo ligao cruzada intra-ta mostra que a dupla hlice fortemente dobrada em direo fenda maior. Estruturas dobradas de aductos DNA-cisplatina so reconhecidas especicamente por vrias protenas que se ligam ao DNA, tais como protenas do reparo por exciso de nucleotdeos (NER) e protenas no-histonas que se ligam ao DNA como HMG-1. A citotoxicidade da cisplatina um processo complicado mediado por interaes especcas com essas protenas. Processos celulares como transcrio e apoptose so afetados e os complexos aducto-protena provavelmente interferem com transcrio. Protenas NER so recrutadas para reparar a leso, mas reparo por exciso est sujeito a introduzir quebras de ta no DNA. Acmulo dessas quebras induzir, nalmente, apoptose, quando o DNA se tornar danicado demais para funcionar. Mecanismos semelhantes foram propostos como responsveis pela citotoxicidade de outras drogas que ligam ao DNA, como ditercalinium, uma molcula bifuncional que forma aductos no-covalentes com DNA que tambm ca fortemente dobrado. Acredita-se que citotoxicidade surja da induo da via de reparo abortivo, que leva a quebras da ta de DNA. Interaes do aducto cisplatina-DNA com protenas HMG tambm podem contribuir para sua citotoxicidade. Ligao de protenas HMG pode sinalizar incorretamente que a regio danicada do DNA transcripcionalmente ativa e impedir condensao em estruturas de cromatina enovelada. Esses complexos tambm perpetuam a leso, porque bloqueiam o aducto DNAcisplatina impedindo reparo.

Fonte: Zamble, D.B. e Lippard, S.J. The response of cellular proteins to cisplatin-damaged DNA. In: B. Lippert (Ed.) Cisplatin: Chemistry and Biochemistry of a Leading Anticancer Drug. New York: Wiley-VCH, 1999, pp. 73134; e Lambert, B., Segal-Bendirjian, E., Esnault, C., Le Pecq, J.-B., Roques, B.P., Jones, B. e Yeunf, A.T. Recognition by the DNA repair system of DNA structural alterations induced by reversible drug-DNA interactions. Anti-Cancer Drug Des. 5:43, 1990.

BioQ.02 42

22.01.07 16:21:15

CAPTULO 2 DNA E RNA: COMPOSIO E ESTRUTURA

|

61

mente 300 pb de comprimento e so repetidas mais de 500.000 vezes. As estruturas das repeties dispersas curtas, incluindo famlia Alu, so remanescentes de transposons. Aproximadamente 1-15% do DNA genmico eucaritico consiste de seqncias tipicamente menores do que 20 nucleotdeos reiteradas milhares ou milhes de vezes. A maioria das seqncias altamente reiteradas tem uma composio em bases caracterstica, e elas podem ser isoladas fragmentando-se o DNA em segmentos de algumas centenas de nucleotdeos e separando-se os fragmentos por centrifugao em gradiente de densidade. Esses fragmentos so chamados DNA satlite, porque aparecem como satlites das bandas que contm a maior parte do DNA aps centrifugao. Outras seqncias altamente reiteradas, que no podem ser isoladas por centrifugao, podem ser identicadas por sua propriedade de rpido reanelamento. Esses DNAs altamente reiterados so tambm chamados DNAs de seqncia simples. Seqncias simples esto tipicamente presentes no DNA da maioria dos eucariotos, se no de todos. Em algumas espcies, uma seqncia principal est presente, enquanto em outras, vrias seqncias simples so repetidas at um milho de vezes. DNAs de seqncia simples podem freqentemente ser isolados, como DNA satlite. O encontrado no centrmero de eucariotos superiores consiste de milhares de cpias em seqncia de uma ou de algumas poucas seqncias curtas. Seqncias satlites tm apenas 5-10 pb de comprimento e so um constituinte dos telmeros, onde tm um papel bem denido na replicao do DNA. Alguns DNAs de seqncia simples mais longos foram identicados. Por exemplo, no genoma do macaco verde africano, um segmento de 172 pb que contm algumas repeties de seqncias altamente reiterado. Repeties invertidas so motivos estruturais do DNA. Repeties invertidas curtas, consistindo de at seis nucleotdeos de comprimento (p. ex., a seqncia palindrmica GAATTC), ocorrem por acaso uma vez a cada 3.000 nucleotdeos. Tais repeties curtas no podem formar uma estrutura cruciforme estvel, como a formada por seqncias palindrmicas mais longas. Seqncias repetitivas invertidas que so sucientemente longas para formar cruciformes estveis, pouco provvel que ocorram por acaso, e deveriam ser classicadas como uma classe separada de seqncias eucariticas. No DNA humano, cerca de dois milhes de repeties invertidas esto presentes, com um comprimento mdio de cerca de 200 pb; entretanto, seqncias invertidas com mais de 1.000 pb j foram detectadas. A maioria das seqncias repetidas invertidas repetida 1.000 ou mais vezes por clula.

2.6 | ESTRUTURA DO RNARNA um Polmero de Ribonucleosdeo 5-MonofosfatosRNA um polmero linear de ribosdeos monofosfatos. As bases pricas do RNA so adenina e guanina; as pirimdicas so citosina e uracil. Exceto por uracil, que substitui timina, so as mesmas bases encontradas no DNA. Nucleotdeos de A, C, G e U so incorporados no RNA durante transcrio. Muitos RNAs tambm contm nucleotdeos modicados, que so produzidos por processamento. Nucleotdeos modicados so especialmente caractersticos de espcies de RNAs estveis (i., tRNA e rRNA); contudo, alguns nucleotdeos metilados esto tambm presentes em mRNA eucaritico. Na sua maior parte, nucleotdeos modicados no RNA tm papel no ajuste no, e no funes indispensveis na clula. As ligaes 3,5-fosfodister do RNA formam um esqueleto, a partir do qual as bases se estendem (Figura 2.51). RNAs eucariticos variam de aproximadamente 20 nucleotdeos de comprimento a mais de 200.000 nucleotdeos. Cada RNA complementar seqncia de bases de pores especcas de apenas uma das tas do DNA. Portanto, ao contrrio da composio em bases do DNA, as relaes molares (A + U) e (G + C) no RNA no so iguais. RNA celular linear e de ta-nica, mas RNA ta-dupla est presente em certos genomas virais. Quimicamente, RNA semelhante a DNA. Ambos contm ligaes fosfodister carregadas negativamente, e as bases so quimicamente muito semelhantes. As diferenas qumicas entre DNA e RNA devem-se principalmente a dois fatores. Primeiro, RNA contm ribose em lugar de 2-desoxirribose como acar componente do nucleotdeo, e segundo, RNAs geralmente so tanica em lugar de dupla-ta. O grupo 2-hidroxila torna as ligaes fosfodister de uma molcula de RNA mais susceptvel hidrlise qumica, especialmente em solues alcalinas, do que as do DNA. A instabilidade qumica do RNA reete-se em sua instabilidade metablica. Alguns RNAs, como mRNA bacteriano, so sintetizados, usados e degradados em minutos. Outros, como rRNA humano, so mais estveis metabolicamente, com tempo de vida medido em dias. Entretanto, mesmo os RNAs mais estveis, so menos estveis que o DNA.

Estrutura Secundria do RNA Envolve Pareamento de Bases IntramolecularComo molculas de RNA so ta-nica, geralmente no formam extensas duplas-hlices. Em vez disso, a estrutura secundria de uma molcula de RNA resulta de regies relativamente curtas com pareamento de

BioQ.02 61

22.01.07 16:21:40

CAPTULO 3 PROTENAS I: COMPOSIO E ESTRUTURA

|

73

PARTE 1 ESTRUTURAS DE MACROMOLCULAS

PROTENAS I: COMPOSIO E ESTRUTURARichard M. Schultz e Michael N. Liebman

3

3.1 PAPIS FUNCIONAIS DE PROTENAS NO HOMEM, 74 3.2 COMPOSIO EM AMINOCIDOS DE PROTENAS, 75 Aminocidos comuns, 75 Cadeias laterais denem a natureza qumica e as estruturas de -aminocidos, 76 Cistina um aminocido derivado, 78 Aminocidos tm um centro de assimetria, 78 Aminocidos So Polimerizados em Peptdeos e Protenas, 78 3.3 PROPRIEDADES DE CARGAS E QUMICAS DE AMINOCIDOS E PROTENAS, 81 Grupos ionizveis de aminocidos e protenas so crticos para a funo biolgica, 81 Forma inica de um aminocido ou uma protena pode ser determinada em dado pH, 82 Titulao de um cido monoamino-monocarboxlico: determinao do pH isoeltrico, 82 Titulao de um cido monoamino-dicarboxlico, 83 Relao geral entre as propriedades de carga de aminocidos e protenas, e pH, 83 Aminocidos e protenas podem ser separados com base em valores de pI, 84 Cadeias laterais de aminocidos tm propriedades polares e apolares, 84 Aminocidos sofrem vrias reaes qumicas, 87 3.4 ESTRUTURA PRIMRIA DE PROTENAS, 88

3.5 NVEIS SUPERIORES DE ORGANIZAO PROTICA, 90 Estrutura secundria, 90 Estrutura em -hlice, 91 Estrutura-, 92 Motivos estruturais e dobras das protenas, 92 Estrutura terciria, 93 Estrutura quaternria, 94 Bioinformtica relaciona estrutura e funo das protenas como produtos gnicos, 95 Estruturas de dobras homlogas so freqentemente formadas a partir de seqncias de aminocidos no-homlogas, 96 3.6 OUTROS TIPOS DE PROTENAS, 97 Protenas brosas: colgeno, elastina, queratina e tropomiosina, 98 Colgeno, 98 Composio em aminocido do colgeno, 98 Seqncia de aminocido do colgeno, 98 Estrutura do colgeno, 99 Formao de ligaes covalentes cruzadas no colgeno, 100 Elastina uma protena brosa com ligaes cruzadas geradas por alisina, 100 Queratina e tropomiosina, 102 Lipoprotenas plasmticas so complexos de lipdeos com protenas, 102 Glicoprotenas contm carboidratos ligados covalentemente, 107 Ligaes covalentes carboidrato-protena, 107

BioQ.03 73

22.01.07 16:30:59

3.3 PROPRIEDADES DE CARGAS E QUMICAS DE AMINOCIDOS E PROTENASGrupos Ionizveis de Aminocidos e Protenas So Crticos para a Funo BiolgicaGrupos ionizveis comuns a protenas e aminocidos so mostrados na Tabela 3.3. As formas cidas esto esquerda do sinal de equilbrio, e as formas bsicas do lado direito. Ao formar sua base conjugada, a forma cida libera um prton. Ao contrrio, a forma bsica associa-se com um prton para formar o respectivo cido. A dissociao de um cido caracterizada por uma constante de dissociao cida (Ka) e seu valor de pKa : pKa = log10 (1/Ka). Tabela 3.3 mostra a faixa de valores de pKa para cada grupo cido, porque o pKa real depende do meio no qual o grupo cido est colocado. Por exem-

|

CAPTULO 3 PROTENAS I: COMPOSIO E ESTRUTURA

|

81

plo, quando um grupo amnio carregado positivamente (NH3+) colocado perto de um grupo carregado negativamente em uma protena, a carga negativa estabiliza a forma cida carregada positivamente, tornando mais difcil a dissociao do seu prton. O pKa do NH3+ ter um valor maior do que o normal para um grupo amnio na ausncia de uma estabilizao por uma carga negativa prxima. Outros fatores, alm da carga, que afetam o pKa incluem polaridade do meio, ausncia ou presena de gua e potencial para formao de pontes de hidrognio. Alm disso, grupos cidos (-COOH ou -NH3+) nas extremidades dos polipeptdeos tipicamente tm um valor de pKa mais baixo do que os mesmos tipos de grupos cidos nas cadeias laterais (Tabela 3.4). Os aminocidos cujos grupos R contm tomos de nitrognio (Lys e Arg) so os aminocidos bsicos, uma vez que suas cadeias laterais tm valores relativamente altos de pKa e funcionam como bases em pH siolgico. Eles esto geralmente em sua forma cida e carregada positivamente em pH siolgico. Aminocidos cujas cadeias laterais contm um grupo carboxlico tm valores de pKa relativamente baixos que facilmente perdem seus prtons e so aminocidos acdicos. Esto predomi-

TABELA 3.3 Valores de pKa caractersticos para os Grupos cidos Comuns em ProtenasOnde o Grupo cido Encontrado NH2-terminal ou cadeia lateral de lisina COOH-terminal ou cadeias laterais de glutamato e aspartato Cadeia lateral de arginina Forma cida RNH3 + Amnia RCOOH cido carboxlico RNHC NH2 | NH2 Guanidnio RSH Tiol+

Forma Bsica RNH2 + H + Amina RCOO + H + Carboxilato RNHC= NH + H | NH2 Guanidino RS + H + Tiolato

Faixa Aproximada de pKa Para o Grupo 7,610,6 3,05,5

11,512,5

Cadeia lateral de cistena Cadeia lateral de histidina

8,09,0

RC=CH | | + HN NH C HImidazlio

RC=CH | | HN N+H + C HImidazol

6,07,0

Cadeia lateral de tirosina R Fenol OH R OH +H + Fenolato 9,510,5

TABELA 3. 4 pKa da Cadeia Lateral e Grupos cidos Terminais em RibonucleaseNH3 + Cadeia lateral Final da cadeia Lisina 10,2 N-terminal = 7,8 COOH Glu e Asp 4,6 C-terminal = 3,8

nantemente em sua forma desprotonada e carregada negativamente em pH siolgico. Protenas nas quais a razo (Lys + Arg)/(Glu + Asp) maior do que 1 so protenas bsicas. Protenas, nas quais a razo menor do que 1, so protenas cidas.

BioQ.03 81

22.01.07 16:31:12

98

|

PARTE 1 ESTRUTURA DE MACROMOLCULAS

Protenas Fibrosas: Colgeno, Elastina, Queratina e TropomiosinaProtenas brosas caracteristicamente tm quantidades maiores de estrutura secundria regular, uma forma cilndrica longa (tipo basto), baixa solubilidade em gua e uma funo estrutural em lugar de um papel dinmico. Exemplos de protenas brosas com essas caractersticas so colgeno, queratina e tropomiosina.

Composio em Aminocidos do ColgenoA composio do colgeno tipo I de pele e das protenas globulares ribonuclease e hemoglobina so dadas na Tabela 3.10. Colgeno de pele rico em glicina (33% de seus aminocidos), prolina (13%) e aminocidos derivados 4-hidroxiprolina (9%) e 5-hidroxilisina (0,6%) (Figura 3.37). Hidroxiprolina exclusiva de colgenos, sendo formada enzimaticamente a partir de prolina. A maior parte das hidroxiprolinas tem o grupo hidroxila na posio 4 (carbono ), embora uma pequena quantidade de 3-hidroxiprolina tambm seja formada (Tabela 3.10). Colgenos so glicoprotenas com carboidratos ligados a 5-hidroxilisina por uma ligao O-glicosdica por meio do grupo hidroxila do carbono-.

ColgenoColgeno uma famlia de protenas presente em todos os tecidos e rgos e fornece o arcabouo que d aos tecidos sua forma e resistncia. A porcentagem de colgeno por peso para alguns tecidos e rgos humanos representativos : fgado 4%, pulmo 10%, aorta 12-24%, cartilagem 50%, crnea 64%, osso cortical total 23% e pele 74% (ver Corr. Cln. 3.4).

Seqncia de Aminocidos do ColgenoA famlia colgeno composta por polipeptdeos derivados de 40 genes conhecidos de cadeias de colgeno, que produzem cerca de 20 tipos de colgeno. Cada molcula de colgeno maduro ou tropocolgeno contm trs cadeias polipeptdicas. Alguns tipos de colgeno contm trs cadeias polipeptdicas idnticas. No tipo I (Tabela 3.11), h duas cadeias 1(I) e uma 2(I). Colgeno tipo V contm 1(V), 2(V) e 3(V). Colgenos diferem em seqncia de aminocidos, mas h grandes regies de seqncias homlogas entre todos os diferentes tipos de colgeno. Em todos os tipos de colgeno h regies com os tripeptdeos Gly-Pro-Y e Gly-X-Hyp (onde X e Y so quaisquer aminocidos) repetidos em seguida v-

CORRELAO CLNICA 3.4

Doenas de Sntese de ColgenoColgeno est presente em praticamente todos os tecidos e a mais abundante protena do corpo. Certos rgos dependem muito dele para funcionar siologicamente. Sntese ou estrutura anormal de colgeno causa disfuno em rgos cardiovasculares (aneurisma da aorta e arterial e defeitos de vlvulas cardacas), ossos (fragilidade e fratura fcil), pele (cicatrizao difcil e distensibilidade incomum), articulaes (hipermobilidade e artrite) e olhos (deslocamento do cristalino). Doenas causadas por sntese anormal de colgeno incluem sndrome de Ehlers-Danlos, osteognese imperfeita e escorbuto. Essas doenas podem resultar de genes anormais de colgeno, modicaes ps-traduo anormais do colgeno ou decincia de cofatores necessrios s enzimas responsveis por modicaes pstraduo de colgeno. Fonte: Aronson, D. Cross-linking of glycated collagen in the pathogenesis of arterial and myocardial stiffening of aging and diabetes. J. Hypertens. 21:3, 2003. Byers, P. H. Disorders of collagen biosynthesis and structure. In: C. R. Scriver, et al. (Eds.), The Metabolic and Molecular Bases of Inherited Disease, 8th ed. McGraw-Hill, 2001, Chapter 205. Hudson, B. G., et al., Alports syndrome, Goodpastures syndrome and type IV collagen, N. Engl J Med 348:2543, 2003.

H2C HC OH

H N

CH CH2

COOH

H2C H2C

H N

CH CH OH

COOH

4-Hidroxiprolina

3-Hidroxiprolina

OH NH2 CH2 CH CH2 CH2

NH2 C H

COOH 5-Hidroxilisina NH2 O C H Alisina CH2 CH2 CH2 C H

COOH

FIGURA 3.37 Aminocidos derivados encontrados no colgeno. Carboidrato ligado a 5-OH de hidroxilisina por uma ligao glicosdica tipo III (ver Figura 3.45).

BioQ.03 98

22.01.07 16:31:51

116

|

PARTE 1 ESTRUTURA DE MACROMOLCULAS

Absorbncia (415 nm)

tos de domnios e mudanas de estrutura quaternria, como os observados em hemoglobina aps ligao de O2 (ver p. 344). O comportamento dinmico de protenas a base para (a) mudanas conformacionais induzidas por substrato, inibidor ou droga quando se liga a uma enzima ou receptor, (b) gerao de efeitos alostricos em hemoglobinas, (c) transferncia de eltrons em citocromos, e (d) a formao de montagens supramoleculares como vrus. Os movimentos tambm podem ter um papel funcional na ao cataltica de enzimas.

0.05A2

S

F

A

A1c

A1c

A FS A2

3.9 CARACTERIZAO, PURIFICAO E DETERMINAO DA ESTRUTURA E ORGANIZAO DE PROTENASSeparao de Protenas com Base em CargaEm eletroforese, protena dissolvida em uma soluo tampo em um pH em particular colocada num campo eltrico. Dependendo da relao entre o pH do tampo e o pI da protena, a protena move-se em direo ao ctodo () ou ao nodo (+) ou permanece estacionria (pH = pI). Suportes como gis polimricos (p. ex., poliacrilamida), amido ou papel so usados. Os suportes inertes so saturados com soluo tampo, uma amostra de protena colocada sobre o suporte, um campo eltrico aplicado ao suporte, e a protena carregada migra no suporte em direo ao plo de carga oposta. Uma tcnica de resoluo extremamente alta a focalizao isoeltrica, na qual misturas de anfolitos poliamino-cidos policarboxlicos com uma faixa denida de valores de pI so usadas para estabelecer um gradiente de pH ao longo do campo eltrico aplicado. Uma protena carregada migra pelo gradiente de pH no campo eltrico at alcanar uma regio de pH no gradiente igual ao seu valor de pI. Nesse ponto, a protena torna-se estacionria e pode ser visualizada (Figura 3.55). Protenas que diferem por to pouco quanto 0,0025 em seus valores de pI so separadas no gradiente apropriado de pH. Cromatograa de troca-inica em colunas usada para separao preparativa de protenas por carga. Resinas de troca-inica consistem de materiais insolveis (agarose, poliacrilamida, celulose e vidro) que contm grupos carregados (Figura 3.56). Resinas carregadas negativamente ligam ctions fortemente e so resinas de troca catinica. Resinas carregadas positivamente ligam nions fortemente e so resinas de troca aninica. O grau de retardo de uma protena (ou um aminocido) por uma resina depende da magnitude da carga da protena no pH particular do experimento. Molculas

|

0 14 15 16 17 (b)

Tempo (min) (a)

FIGURA 3.55 Focalizao isoeltrica de hemoglobinas de um paciente heterozigoto para HbS e -talassemia. Figura mostra separao por focalizao isoeltrica de HbA1c (HbA glicosilada na extremidade NH2, ver Corr. Cln. 3.7), HbA de adulto normal, HbF fetal, HbS de anemia falciforme (ver Corr. Cln 3.3) e HbA 2 minoritria de adulto. (a) Focalizao isoeltrica realizada por eletroforese capilar com anflito na faixa de pH entre 6,7 e 7,7 e deteco de bandas a 415 nm. (b) Focalizao isoeltrica realizada em gel com Pharmacia Phast System; anflito na faixa de pH entre 6,7 e 7,7. De Molteni, S., Frischknecht, H. e Thormann, W. Electrophoresis 15:22, 1994 (Figura 4, partes A e B).

R

CH2

COO

Ligante carregado negativamente: carboximetilR N H+

C2H5 C2H5

Ligante carregado positivamente: dietilaminoFIGURA 3.56 Dois exemplos de ligantes carregados usados em cromatograa de troca-inica.

de mesma carga que a resina so eludas primeiro, em uma nica banda, seguidas das que tm carga oposta da resina, em uma ordem baseada na densidade de cargas da protena (Figura 3.57). Quando difcil remover uma molcula da resina, devido fora de interao atrativa entre a molcula ligada e a resina, mudanas sistemticas no pH ou na fora inica so usadas para enfraquecer a interao. Por exemplo, um gradiente crescente de pH em uma resina de troca catinica reduz a diferena entre o pH da soluo e o pI da protena ligada. Essa diminuio entre pH e pI reduz a magnitude da carga nal da protena e diminui a fora da interao de cargas entre a protena e a resina. Um gradiente crescente de fora inica tambm diminui a interao de cargas e elui eletrlitos fortemente ligados resina.

BioQ.03 116

22.01.07 16:32:44

132

|

PARTE 2 TRANSMISSO DA INFORMAO

PARTE 2 TRANSMISSO DA INFORMAO

REPLICAO, RECOMBINAO E REPARO NO DNAHoward J. Edenberg4.1 CARACTERSTICAS COMUNS DA REPLICAO, RECOMBINAO E REPARO, 133 4.2 REPLICAO DO DNA, 133 O bsico, 133 A qumica da elongao da cadeia, 134 DNA polimerases, 135 Separando as tas parentais: a forquilha de replicao, 137 Resolvendo o problema da polaridade: sntese de DNA semidescontnua, 138 Movimento da forquilha de replicao, 138 Incio, 138 Elongao da ta, 138 Remoo do primer, 138 Preenchimento da falha, 138 Ligao, 139 Desenrolando as tas parentais, 141 Braadeiras corredias (sliding clamps) e processividade, 142 Coreograa em trs dimenses: o replissomo, 142 Enzimas procariticas de replicao, 142 Enzimas eucariticas de replicao, 144 Incio da replicao, 146 O ciclo celular, 147 Trmino da replicao em genomas circulares, 150 Trmino da replicao em genomas lineares: telmeros, 150 Telomerase, 151 Replicao de genomas de RNA, 151 4.3 RECOMBINAO, 151 Modelos de recombinao homloga, 152 Modelo Holliday, 152 Modelo de Meselson e Radding, 153 Modelo de quebra da dupla ta, 153 Enzimas-chaves da recombinao em E. coli, 153 RecA, 153 RecBCD, RuvA, RuvC, 155 Recombinao no-homloga, 155 Recombinao stio-especca, 155 Transposio, 155 Ligao de extremidades no-homlogas, 155 4.4 REPARO, 156 Leso no DNA, 156 Mutaes, 158 Reparo por exciso, 160 Reparo por exciso de base, 160 Reparo por exciso de nucleotdeo, 161 Reparo acoplado transcrio, 162 Reparo de pareamento errado, 162 Desmetilao direta, 165 Fotorreativao, 165 Leses podem bloquear a replicao, 165 Sntese bypass (transleso), 166 Reparo de falha na ta lha, 166 Enrolamento e reparo de forquilhas de replicao, 167 Reparo de quebra na dupla ta, 167 Regulao do reparo do DNA: o regulon SOS, 168

4

BioQ.04 132

22.01.07 16:37:06

CAPTULO 4 REPLICAO, RECOMBINAO E REPARO NO DNA

|

151

TelomeraseTelmeros so mantidos por telomerases, enzimas que adicionam novas repeties de seis nucleotdeos extremidade 3 dos telmeros. Telomerases so complexos ribonucleoproticos contendo um pequeno RNA que serve de molde para adio de uma nova repetio de seis nucleotdeos (Figura 4.18). Uma telomerase liga-se extremidade da ta 3, como parte do RNA da telomerase ligado por pontes de hidrognio aos ltimos nucleotdeos do cromossomo. Uma repetio de seis nucleotdeos sintetizada, usando o RNA como molde. Ento, a telomerase pode se dissociar e reassociar para adicionar outro hexmero. Telmeros no precisam permanecer exatamente do mesmo tamanho; algum encurtamento no problema porque essas repeties no codicam protenas. Telmeros passam por ciclos de encurtamento das tas tardias devido a incapacidade de sntese completa (Figura 4.17a) e adio de novas repeties de seis nucleotdeos extremidade 3 pela telomerase (Figura 4.18). Embora o comprimento dos telmeros no permanea constante, encurtamento progressivo evitado por adio de repeties. Telomerases tambm restabelecem os excessos 3, caractersticos dos telmeros. Clulas que diferenciaram e se dividiro apenas um nmero limitado de vezes, no expressam telomerase. Assim, os telmeros encurtam a cada diviso subseqente; isso limita o nmero de vezes que tais clulas podem se dividir antes que a perda dos telmeros dispare apoptose isto , morte celular programada (ver p. 1020). Expresso de telomerase geralmente reativada em clulas tumorais, o que lhes permite continuar as divises indenidamente, sem encurtamento cromossmico. Isso torna a telomerase um alvo atraente para quimioterapia do cncer. Deve-se notar que inativao da telomerase em um tumor no levaria a uma parada rpida no crescimento do tumor; o efeito seria retardado por muitos ciclos celulares, at que as extremidades cromossmicas fossem encurtadas signicativamente. Portanto, provvel que inibidores da telomerase sejam teis apenas em combinao com outras terapias.

Replicao de Genomas de RNAAlguns vrus tm um genoma de RNA. Tais genomas so replicados com muito menor preciso e eles podem acumular variaes em perodo relativamente curto. Um exemplo particularmente importante disso o vrus da imunodecincia humano (HIV), que causa AIDS (sndrome da imunodecincia adquirida). O RNA viral do HIV reversamente transcrito em DNA e, depois, o DNA integra-se ao cromossomo. A transcriptase reversa do HIV um alvo para quimioterapia antiviral (Corr. Cln. 4.4). Transcrio reversa do RNA genmico do HIV muito menos precisa que sntese de DNA, e a preciso diminuda leva rpida gerao de uma coleo de vrus variantes em um indivduo. provvel que uma pequena frao desses variantes seja resistente a qualquer droga nica que esteja sendo usada para tratar a infeco. Essa frao pode continuar a replicar na presena do agente teraputico at se tornar a variante dominante, o que leva perda de eccia da droga. Atuais terapias combinadas so projetadas para reduzir a probabilidade de um vrus ser resistente simultaneamente a todas as drogas da combinao. Terapias combinadas atuais tm como alvos tanto a transcriptase reversa do HIV como a protease do HIV.

4.3 | RECOMBINAORecombinao a troca de informao gentica. H dois tipos bsicos: recombinao homloga e recombinao no-homloga. Recombinao homloga (tambm chamada recombinao geral) ocorre entre seqncias idnticas ou quase idnticas por exemplo, entre os cromossomos paterno e materno de um par. Cromossomos no so passados intactos de gerao para gerao (Figura 4.19); em vez disso, cada cromossomo que voc herda de seu pai contm pores de ambos os pais e, da mesma forma para os cromossomos herdados de sua me. Esta uma parte normal do processo de alinhamento cromossmico e segregao

[TTAGGG]nTTAGGGTTAGGGTTAGGG 3 [AATCCC]nAATCCC 53

5

FIGURA 4.18 Telomerase. Telomerase um complexo ribonucleoprotico com uma ta curta de RNA, como parte integral; catalisa a adio de novas repeties telomricas de 6-nt extremidade 3 de uma cadeia de DNA. O RNA da telomerase pareia parcialmente pelas bases com a repetio telomrica e serve de molde para a reao, enquanto o componente protico funciona como uma transcriptase reversa, sintetizando DNA usando o RNA como molde. Depois da adio de uma repetio de seis nucleotdeos, a enzima pode se dissociar e se ligar novamente e adicionar novas repeties de 6-nt.

k l m n o p q r

KLMNOPQR

FIGURA 4.19 Recombinao homloga. (a) O cromossomo paterno mostrado em cinza com os alelos mostrados por letras maisculas. O cromossomo homlogo materno mostrado em preto com os alelos mostrados por letras minsculas. (b) Depois da recombinao homloga entre os genes j e k, ambos os cromossomos contm DNA de ambos os pais. Houve uma troca igual, recproca entre eles.

BioQ.04 151

22.01.07 16:37:33

158

|

PARTE 2 TRANSMISSO DA INFORMAO

MutaesAs mutaes so alteraes hereditrias na seqncia do DNA. Podem resultar de erros na replicao, de leses no DNA ou de erros durante o reparo de leses. Mutaes que so trocas de um nico par de bases so chamadas mutaes puntuais. Mutaes puntuais podem ser classicadas pela natureza das bases alteradas. Transies so mutaes puntuais, nas quais uma purina substituda por outra (p. ex., A por G ou G por A) ou uma pirimidina substituda por outra (p. ex., T por C ou C por T). Deaminao de C, se no reparada, levaria a uma transio. A freqncia de transies aumentada por anlogos de bases, incluindo 2-amino purina (Corr. Cln. 4.7). Transverses so mutaes puntuais, nas quais uma purina substituda por uma pirimidina ou vice versa (p. ex., A por C ou C por A). Mutaes puntuais tambm podem ser caracterizadas por seu efeito sobre uma seqncia codicadora. Mutaes de sentido errado (missense) so mutaes puntuais que trocam um nico par de bases em um cdon, de modo que o cdon agora codica um aminocido diferente (Figura 4.24a). Mutaes sem sentido (nonsense) so mutaes puntuais que trocam um nico par de bases em um cdon para um cdon de terminao (stop codon) que termina a traduo (Figura 4.24b). Mutaes sem sentido geralmente tm efeitos mais graves do que mutaes de sentido errado porque levam sntese de polipeptdeos truncados (e geralmente instveis). Mutaes silenciosas ou sinnimos no alteram o aminocido codicado; estas incluem muitas mudanas no terceiro nucleotdeo de um cdon.

Inseres ou remoes de um ou mais pares de bases podem levar a mudanas na estrutura de leitura ( frameshifts) (se o nmero de pares de bases no for mltiplo de 3), destruindo o cdigo de uma protena (Figura 4.24c,d). Traduo de um mRNA no tem pontuao; ao contrrio, uma vez que o cdigo de iniciao tenha sido determinado, tripletes sucessivos so lidos como cdons. Portanto, adio (ou deleo) de um mltiplo de trs pares de bases em uma regio codicadora adicionaria (ou subtrairia) aminocidos a uma protena, mas adio de outros nmeros de pares de bases deslocaria a estrutura da leitura daquele ponto em diante. Mudana na estrutura de leitura ( frameshift) muda os aminocidos codicados a partir do ponto de insero ou remoo. Frameshifts geralmente levam terminao prematura (ou, mais raramente, elongao) da cadeia polipeptdica codicada, quando cdons de terminao (stop codons) so gerados ou removidos pela mudana na estrutura de leitura. Alguns agentes qumicos, incluindo acridinas e proavina, intercalam-se no DNA; isto , inserem-se entre pares de bases adjacentes. Isso geralmente leva a inseres ou remoes de um nico par de bases. Mutaes tambm podem resultar de alteraes em larga escala, incluindo insero de transposons. Embora raras em uma gerao qualquer, mutaes acumularam-se em populaes ao longo de milhes de anos, de modo que duas pessoas diferem em cerca de 1 pb por 1000 ao longo de seus genomas. Muitas dessas diferenas genticas no tm efeito, mas outras afetam nossa siologia, susceptibilidade a doenas e resposta a tratamentos (Corr. Cln. 4.8).

CORRELAO CLNICA 4.7

Anlogos de Nucleosdeos como Drogas: Tiopurinas6-Mercapto purina (6-MP) um anlogo de purina administrado oralmente que til na quimioterapia de leucemias agudas e para imunossupresso aps transplante de rgos. Age por vrios mecanismos, incluindo inibio da biossntese de purinas e toxicidade aps incorporao no DNA. metabolizado a 6-MP ribosina 5-fosfato, que tem curta meia-vida, porque degradada por xantina oxidase. A velocidade de degradao muito reduzida em pacientes que esto sendo tratados com alopurinol (um inibidor da xantina oxidase) para hiperuricemia relacionada gota, de modo que a dose deve ser drasticamente reduzida em tais pacientes. Outra enzima que metaboliza 6-MP (e o antimetablito relacionado 6-tioguanina) tiopurina metil transferase (TPMT). Alguns pacientes (cerca de 10% da populao) so heterozigotos para um polimorsmo que inativa a enzima e, portanto, tem aproximadamente 50% da atividade, e 1/300 das pessoas no tm atividade de TPMT e tm risco extremamente alto de imunossupresso grave e morte se forem tratadas com 6-MP. Por outro lado, pessoas que metabolizam as drogas mais rapidamente podem no chegar a ter dose teraputica suciente. Essa diferena farmacogentica, portanto, tem srias implicaes para o tratamento com tiopurinas.

Fonte: Sanderson, J., Ansari, A., Marinaki, T. e Duley, J. Thiopurine methyltransferase: Should it be measured before commencing thiopurine drug therapy? Ann. Clin. Biochem. 41:294, 2004.

BioQ.04 158

22.01.07 16:37:40

CAPTULO 4 REPLICAO, RECOMBINAO E REPARO NO DNA

|

169

| BIBLIOGRAFIA |Baynton, K. e Fuchs, R. P. P. Lesions in DNA: Hurdles for polymerases. Trends Biochem. Sci. 25:75, 2000. Berger, J. M., Gamblin, S. J., Harrison, S. C. e Wang, J. C. Structure and mechanism of DNA topoisomerase II. Nature 379:225, 1996. Blow, J. J. e Tada, S. A new check on issuing the license. Nature 404:560, 2000. Cooke, M. S., Evans, M. D., Dizdaroglu, M. e Lunec, J. Oxidative DNA damage: Mechanisms, mutation, and disease. FASEB J. 17:1995, 2003. Cox, M. M., Goodman, M. E., Kreuzer, K. N., Sherratt, D. J., Sandler, S. J. e Marians, K. J. The importance of repairing stalled replication forks. Nature 404:37, 2000. Evans, A. R., Limp-Foster, M. e Kelley, M. R. Going Ape over Ref-1. Mutat. Res. 461:83, 2000. Flores-Rozas, H. e Kolodner, R. D. Links between replication, recombination, and genome instability in eucaryotes. Trends Biochem. Sci. 25:196, 2000. Friedberg, E. C. DNA damage and repair. Nature 421:436, 2003. Friedberg, E. C. How nucleotide excision repair protects against cancer. Nature Rev. Cancer 1: 22, 2001. Gerson, S. L. MGMT: Its role in cancer aetiology and cancer therapeutics. Nature Rev. Cancer 4: 296, 2004. Haber, J. E. DNA recombination: the replication connection. Trends Biochem. Sci. 25:271, 2000. Hanawalt, P. C. Transcription-coupled repair and human disease. Science 266:1957, 1994. Hanawalt, P. C. The bases for Cockayne syndrome. Nature 405:415, 2000. Hubscher, U., Maga, G. e Spadari, S. Eukaryotic DNA polymerases. Annu. Rev. Biochem. 71:133, 2002. Human genome project. http://www.nhgri.nih.gov/HGP/ Human genome sequencing. http://www.ncbi.nih.gov/genome/ seq/ Johnson, R. E., Washington, M. T., Haracska, L., Prakash, S. e Prakash, L. Eucaryotic polymerases and act sequentially to bypass DNA lesion. Nature 406:1015, 2000. Kowalczykowski, S. C. Initiation of genetic recombination and recombination-dependent replication. Trends Biochem, Sci. 25:156, 2000. Lieber, M. R., Ma, Y., Pannicke, U. e Schwarz, K. Mechanism and regulation of human non-homologous DNA end joining. Nature Rev. Mol. Cell Biol. 4:712, 2003. Lindahl, T. e Wood, R. D. Quality control by DNA repair. Science 286:1897, 1999. Modrich, P. Mismatch repair, genetic stability, and cancer. Science 266:1959, 1994. Naktinis, V., Turner, J. e ODonnell, M. A molecular switch in a replication machine dened by internal competition for protein rings. Cell 84:137, 1996. Online Mendelian Inheritance in Man (OMIM) http://www. ncbi.nlm.\nih.gov/entrez/query.fcgi?db=OMIM Rattray, A. J. e Strathern, J. N. Error-prone DNA polymerases: When making a mistake is the only way to get ahead. Annu. Rev. Genet. 37:31, 2003. Sancar, A. Excision repair in mammalian cells. J. Biol. Chem. 270:15915, 1995. Stillman, B. Cell cycle control of DNA replication. Science 274:1659, 1996. Stahl, F. Meiotic recombination in yeast: coronation of the double-strand-break repair model. Cell 87:965, 1996. Ulaner, G. A. Telomere maintenance in clinical medicine. Am. J. Med. 117:262, 2004. Von Hippel, P. H. e Jing, D. H. Bit players in the trombone orchestra. Science 287:2435, 2000. Waga, S. e Stillman, B. Anatomy of a DNA replication fork revealed by reconstitution of SV40 replication in vitro. Nature 369:207, 1994. Watson, J. D. e Crick, F. H. C. Genetical implications of the structure of deoxyribonucleic acid. Nature 171:964, 1953. Wood, R. D., Mitchell, M., Sgouros, J. e Lindahl, T. Human DNA repair genes. Science 291:1284, 2001. Yu, Z., Chen, J., Ford, B. N., Brackley, M. E. e Glickman, B. W. Human DNA repair systems: an overview. Environ. Mol. Mutagen. 33:3, 1999. Zakian, V. A. Telomeres: beginning to understand the end. Science 270:1601, 1995.

| QUESTES | Carol N. AngstadtQuestes de Mltipla Escolha. 1. Replicao: A. semiconservativa. B. requer apenas protenas com atividade de DNA polimerase. C. usa atividade de polimerase 5 para 3 para sintetizar uma ta, e atividade de polimerase 3 para 5 para sintetizar a ta complementar. D. requer um primer em eucariotos, mas no em procariotos. E. deve comear com uma etapa de quebra. 2. Na replicao de DNA eucaritica: A. s um replissomo se forma, porque h uma nica origem de replicao. B. os fragmentos de Okasaki tm 1000 a 2000 nucleotdeos de comprimento. C. helicase se dissocia do DNA assim que as bolhas de iniciao se formam. D. FEN 1 ( ap endonuclease 1) est envolvida na remoo do primer. E. o processo ocorre ao longo de todo o ciclo celular. 3. Todas as armativas seguintes sobre a telomerase so corretas, exceto: A. o componente RNA age como molde para a sntese de um segmento de DNA. B. adiciona telmeros s extremidades 5 das tas de DNA. C. fornece um mecanismo para replicar as extremidades de cromossomos lineares. D. reconhece uma ta nica do DNA rica em G. E. uma transcriptase reversa. 4. Uma mutao por transio: A. ocorre quando uma purina substituda por uma pirimidina ou vice-versa. B. resulta da insero de uma ou duas bases na cadeia de DNA.

BioQ.04 169

22.01.07 16:37:56

172

|

PARTE 2 TRANSMISSO DA INFORMAO

PARTE 2 TRANSMISSO DA INFORMAOIIF IID PA IIB IIA TATA INR DPEPol II

IIE

IIH

RNA: TRANSCRIO E PROCESSAMENTOFrancis J. Schmidt e David R. Setzer5.1 VISO GERAL, 173 5.2 MECANISMOS DE TRANSCRIO, 173 Processo inicial de sntese de RNA transcrio, 173 Informao em seqncia de DNA sinaliza sntese de RNA, 173 RNA polimerase catalisa o processo de transcrio, 174 Etapas da transcrio em procariotos, 175 Reconhecimento do promotor, 175 Incio da sntese, 176 Elongao, 177 Terminao, 178 5.3 TRANSCRIO EM EUCARIOTOS, 178 Natureza da cromatina ativa, 178 Ativao da transcrio opera por recrutamento de RNA polimerase, 179 Enhancers, 179 Transcrio por RNA polimerase II, 180 Promotores para a sntese de mRNA, 180 Transcrio por RNA polimerase I, 181 Transcrio por RNA polimerase III, 181 A base enzimtica comum para ao de RNA polimerases, 183 5.4 PROCESSAMENTO DE RNA, 184 RNA transportador modicado por clivagem, adio e modicao de bases, 184 Clivagem, 184 Adio na extremidade 3, 184 Nucleosdeos modicados, 184 Processamento de RNA ribossmico libera vrios RNAs de um precursor mais longo, 184 Processamento de RNA mensageiro garante a seqncia codicadora correta, 185 RNA polimerase II recruta enzimas de processamento durante transcrio em eucariotos, 186 Capping, 186 Remoo de ntrons de precursores de mRNA, 186 Poliadenilao, 188 Mutaes em sinais de splicing causam doenas humanas, 188 Splicing alternativo de pr-mRNA pode levar sntese de mltiplas isoformas de protenas a partir de uma nica seqncia codicadora no DNA, 190 5.5 EXPORTAO DO RNA E CONTROLE DE QUALIDADE, 191 5.6 RNAs PEQUENOS INIBITRIOS, 192 5.7 REPARO DO DNA ACOPLADO TRANSCRIO, 192 5.8 NUCLEASES E TURNOVER DO RNA, 193 BIBLIOGRAFIA, 194 QUESTES E RESPOSTAS, 195 CORRELAES CLNICAS 5.1 Antibiticos e Toxinas que Tm RNA Polimerase como Alvo, 176 5.2 Sndrome do X Frgil: Uma Doena de RNACromatina?, 179 5.3 Envolvimento de Fatores Transcripcionais em Carcinognese, 182 5.4 Talassemia Devido a Defeitos na Sntese de RNA Mensageiro, 188 5.5 Auto-imunidade em Doena do Tecido Conjuntivo, 1