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Carboidratos, Lipídios, Ácidos Nucleicos, Proteínas e a Bioquímica Muscular

Autor:
Instituição: Universidade Veiga de Almeida
Tema: Bioquímica

Carboidratos - Classificação - Metabolismo: Glicólise- Glicogenólise - Glicogênese

Cabo Frio

2005

Introdução

Carboidratos

Os carboidratos (também chamados sacarídeos, glicídios, oses, hidratos de carbono ou açúcares), são definidos, quimicamente, como poli-hidróxi-cetonas (cetoses) ou poli-hidróxi-aldeídos (aldoses), ou seja, compostos orgânicos com, pelo menos três carbonos onde todos os carbonos possuem uma hidroxila, com exceção de um, que possui a carbonila primária (grupamento aldeídico) ou a carbonila secundária (grupamento cetônico). Possuem fórmula empírica Cn (H2O)m desde os mais simples (os monossacarídeos, onde n = m) até os maiores (com peso molecular de até milhões de daltons).

Lipídios

São substâncias caracterizadas pela baixa solubilidade em água e outros solvente polares e alta solubilidade em solventes apolares. São vulgarmente conhecidos como gorduras e suas propriedades físicas estão relacionadas com a natureza hidrófoba das suas estruturas, sendo todos sintetizados a partir da acetil-CoA.

Proteínas

É o polímero biológico, mas abundante do corpo humano. São constituídos por monômeros chamados aminoácidos. A palavra proteína deriva do grego proteios, que significa de sua importância.

Ácidos nucléicos

Ácidos Nucleicos: Ácido Desoxirribonucléico (DNA) e Ácido Ribonucléico (RNA)

Importância do ácido desoxirribonucléico (DNA), do ácido ribonucléico (RNA) e do trifosfato de adenosina (ATP). Os ácidos nucleicos são moléculas orgânicas gigantes contendo carbono, hidrogênio, oxigênio, nitrogênio e fósforo. Existem dois tipos principais: o ácido desoxirribonucléico (DNA) e o ácido ribonucléico (RNA).
As estruturas fundamentais dos ácidos nucleicos são os nucleotídeos. Uma molécula de DNA é uma cadeia composta de unidades de nucleotídeos repetidas. Cada nucleotídeo do DNA consiste de três partes básicas os nucleotídeos são as estruturas fundamentais dos ácidos nucléicos.
  
Bioqumica do músculo

A maquinaria contrátil da fibra muscular está formada por cadeias protéicas que se deslizam para encurtar a fibra muscular. Entre elas há a miosina e a actina, que constituem os filamentos grossos e finos, respectivamente. Quando um impulso chega através de uma fibra nervosa, o músculo se contrai.


Carboidratos

Os carboidratos mais simples são denominados monossacarídeos, possuindo pelo menos um átomo de carbono assimétrico que caracteriza a região denominada centro quiral, pois fornece isômeros ópticos. Possuem de 3 a 8 carbonos, sendo denominado, respectivamente, trioses, tetroses, pentoses, hexoses, heptoses e octoses.

Os monossacarídeos de ocorrência natural mais comum, como a ribose (5C), glicose (6C), frutose (6C) e manose (6C), existem como hemiacetais de cadeia cíclica (e não na forma linear), quer na formas de furanose (um anel de 5 elementos, menos estável) ou de piranose (um anel de 6 elementos, mais estável).

Esta forma cíclica (hemiacetal) resulta da reação intramolecular entre o grupamento funcional (C1 nas aldoses e C2 nas cetoses) e um dos carbonos hidroxilados do restante da molécula (C4 na furanose e C5 na piranose), ocorrendo nas formas isoméricas? ?e (cis ou trans), conforme a posição da hidroxila do C2 em relação à hidroxila do C1. Tais formas são interconvertidas através do fenômeno da mutarrotação.

Os carboidratos formam compostos pela união de duas ou mais moléculas de monossacarídeos, sendo classificados como DISSACARÍDEOS, OLIGOSSACARÍDEOS e POLISSACARÍDEOS. Nesses compostos, quando o carbono C1 apresenta a hidroxila livre (ou seja, não está formando ligação entre os monossacarídeos) o carboidrato apresenta poder redutor quando aquecido. Esta característica é utilizada, freqüentemente, em reações de identificação.

Monossacarídeos

São os carboidratos mais simples, dos quais derivam todas as outras classes.

Quimicamente --> São polihidroxialdeídos (ou aldoses) - ou polihidroxicetonas (ou cetoses), sendo os mais simples monossacarídeos compostos com no mínimo 3 carbonos:

- O Gliceraldeído
- A Dihidroxicetona

Feita exceção à dihidroxicetona, todos os outros monossacarídeos - e por extensão, todos os outros carboidratos - possuem centros de assimetria (ou quirais), e fazem isomeria óptica. A classificação dos monossacarídeos também pode ser baseada no número de carbonos de suas moléculas; assim sendo, as TRIOSES são os monossacarídeos mais simples, seguidos das TETROSES, PENTOSES, HEXOSES, HEPTOSES, etc.

Destes, os mais importantes são as Pentoses e as Hexoses.

As pentoses mais importantes são:

As hexoses mais importantes são:

Monossacarídeos em Solução Aquosa

Os monossacarídeos em solução aquosa estão presentes na sua forma aberta em uma proporção de apenas 0,02%.

O restante das moléculas está ciclizada na forma de um anel hemiacetal de 5 ou de 6 vértices.

O anel de 5 vértices é chamado de anel furanosídico.

O anel de 6 vértices é chamado de anel piranosídico.

Na estrutura do anel, o carbono onde ocorre a formação do hemiacetal é denominado "Carbono Anomérico", e sua hidroxila pode assumir 2 formas:

A interconversão entre estas formas é dinâmica e denomina-se Mutarrotação

Metabolismo

Após a absorção dos carboidratos nos intestinos, a veia porta hepática fornece ao fígado uma quantidade enorme de glicose que vai ser liberada para o sangue e suprir as necessidades energéticas de todas as células do organismo.

As concentrações normais de glicose plasmática (glicemia) situam-se em torno de 70 - 110 mg/dl, sendo que situações de hipergicemia tornam o sangue concentrado alterando os mecanismos de troca da água do LIC com o LEC, além de ter efeitos degenerativos no SNC. Sendo assim, um sistema hormonal apurado entra em ação para evitar que o aporte sangüíneo de glicose exceda os limites de normalidade.

Os hormônios pancreáticos insulina e glucagon possuem ação regulatória sobre a glicemia plasmática. Não são os únicos envolvidos no metabolismo dos carboidratos (os hormônios sexuais, epinefrina, glicocorticóides, tireoidianos, GH e outros também têm influenciam a glicemia), porém, sem dúvida, são os mais importantes.

A insulina é produzida nas células ? das ilhotas de Langerhans e é armazenada em vesículas do Aparelho e Golgi em uma forma inativa (pró-insulina). Nessas células existem receptores celulares que detectam níveis de glicose plasmáticos (hiperglicemia) após uma alimentação rica em carboidratos. Há a ativação da insulina com a retirada do peptídeo C de ligação, com a liberação da insulina na circulação sangüínea. Como efeito imediato, a insulina possui três efeitos principais:

1. Estimula a captação de glicose pelas células (com exceção dos neurônios e hepatócitos);

2. Estimula o armazenamento de glicogênio hepático e muscular (glicogênese)

3. Estimula o armazenamento de aminoácidos (fígado e músculos) e ácidos graxos (adipócitos).

Como resultado dessas ações, há a queda gradual da glicemia (hipoglicemia) que estimula as células ?-pancreáticas a liberar o glucagon. Este hormônio possui ação antagônica à insulina, com três efeitos básicos:

1. Estimula a mobilização dos depósitos de aminoácidos e ácidos graxos;

2. Estimula a glicogenólise

3. Estimula a neoglicogênse.

Esses efeitos hiperglicemiantes possibilitam nova ação insulínica, o que deixa a glicemia de um indivíduo normal em torno dos níveis normais de 70 - 110 mg/dl.

A captação de glicose pela célula se dá pelo encaixe da insulina com o receptor celular para insulina. Esse complexo sofre endocitose, permitindo a entrada de glicose, eletrólitos e água para a célula; a glicose é metabolizada (através da glicólise e Ciclo de Krebs), a insulina degradada por enzimas intracelulares e o receptor é regenerado, reiniciando o processo.

Quanto mais complexo insulina/receptor é endocitado, mais glicose entra na célula, até que o plasma fique hipoglicêmico. Esta hipoglicemia, entretanto, não é imediata, pois a regeneração do receptor é limitante da entrada de glicose na célula, de forma a possibilitar somente a quantidade de glicose necessária evitando, assim, o excesso glicose intracelular.

Nos músculos, a glicose em excesso é convertida em glicogênio, assim como a glicose que retorna ao fígado.

A grande maioria das células do organismo é dependente da insulina para captar glicose (o neurônio e os hepatócitos são exceções, pois não tem receptores para insulina, sendo a glicose absorvidos por difusão).

A deficiência na produção ou ausência total de insulina ou dos receptores caracteriza uma das doenças metabólicas mais comuns: o diabetes mellitus.

Representação esquemática da captação de glicose. A) a insulina é liberada pelo estímulo hiperglicêmico e forma um complexo insulina/receptor. B) a célula endocita o complexo e possibilita a entrada de glicose para ser metabolizada. C) O receptor é regenerado, a insulina degradada intracelularmente e o processo reinicia levando a queda da glicemia plasmática.

Glicólise

A glicose é o principal substrato para as reações energéticas, sendo a glicólise o principal processo de utilização energética da glicose, presente em todos os seres vivos, desde a mais antiga e simples bactéria até o mais recente e complexo organismo multicelular. A glicólise, entretanto, é um processo essencialmente anaeróbico, com o metabolismo aeróbico produzindo quase vinte vezes mais energia para os processos metabólicos intracelulares. Desta forma, o ciclo de Krebs e a Cadeia respiratória correspondem à seqüência natural do metabolismo da glicose e dos demais compostos energéticos (ácidos graxos e aminoácidos).

 A glicólise, também conhecida como via de Ebden-Meyerhof, é a primeira via metabólica da molécula de glicose e outras hexoses. Todos os seres vivos (a exceção dos vírus) realizam, invariavelmente, a glicólise seja em condições de aerobiose ou de anaerobiose, com as enzimas glicolíticas presente no citoplasma.

Primariamente, a glicólise é um processo anaeróbio onde se observa a formação de um produto final estável (lactato) e em condições de aerobiose, o metabolismo da glicose prossegue com as demais vias produtoras de energia (ciclo de Krebs e cadeia respiratória), mas somente se a célula possuir mitocôndrias funcionais, uma vez que esses processos são todos intramitocondriais.

A glicólise ocorre em uma seqüência enzimática de 11 reações, divididas em duas fases: a primeira fase vai até a formação de duas moléculas de gliceraldeído-3-fosfato caracteriza-se como uma fase de gasto energético de 2 ATPs nas duas fosforilações que ocorrem nesta fase; a segunda fase caracteriza-se pela produção energética de 4 ATPs em reações oxidativas enzimáticas independentes de oxigênio, utilizando o NADH como transportador de hidrogênios da reação de desidrogenação que ocorre. O rendimento energético líquido final do metabolismo anaeróbio da glicose, portanto é de somente 2ATPs.

Em condições de aerobiose, porém, o piruvato não é reduzido e sim oxidado nas mitocôndrias pelo complexo enzimático piruvato-desidrogenase (também chamado piruvato-descarboxilase) havendo a formação de acetil-CoA e a liberação de uma molécula de CO2 por cada piruvato oxidado. É formado, também, um NADH na reação de desidrogenação, indo para a cadeia respiratória, uma vez que já está dentro das mitocôndrias.

É importante observar que, sendo oxidado o piruvato, o NADH (produzido na glicólise) que seria utilizado para sua redução, é poupado o que possibilita que os elétrons por ele transportado, possam penetrar na mitocôndrias e convertidos em ATP, em última análise, na cadeia respiratória.

A primeira fase da glicólise é uma fase de gasto energético onde os produtos formados são mais energéticos que a glicose. A segunda fase, resgata a energia investida e libera parte da energia contida na molécula de glicose.

As reações irreversíveis impedem a reversão do processo e a liberação de glicose para o meio extra-celular. A neoglicogênese precisará "diblar" essas reações irreversíveis para gerar glicose. As enzimas desta via metabólica permitirão justamente nessa reversibilidade.

Glicogênese

Corresponde a síntese de glicogênio que ocorre no fígado e músculos (os músculos apresentam cerca de 4 vezes mais glicogênio do que o fígado em razão de sua grande massa).

O glicogênio é uma fonte imediata de glicose para os músculos quando há a diminuição da glicose sangüínea (hipoglicemia).

A primeira reação do processo glicolítico é a formação de glicose-6-fosfato (G6P) a partir da fosforilação da glicose. A insulina induz a formação de glicose-1-fosfato pela ação da enzima fosfoglicomutase que isomerisa a G6P. A partir daí, há a incorporação da uridina-tri-fosfato (UTP) que proporciona a ligação entre o C1 de uma molécula com o C4 de outra ligação (catalisada pela enzima glicogênio sintase), formando uma maltose inicial que logo será acrescida de outras, formando um polímero (1- 4). A ramificação da cadeia ocorre pela ação da enzima ramificadora (amido-1-4,1-6-transglucosidase) que transfere cadeias inteiras para um C6, formando ligações ?(1- 6).

O glicogênio fica disponível no fígado e músculos, sendo consumido totalmente cerca de 24 horas após a última refeição.

Glicogenólise

Quando há a necessidade de glicose, o glicogênio é mobilizado a partir de uma seqüência de reações que não são o inverso da glicogênese, mas uma via metabólica complexa que se inicia a partir de estímulos hormonais reflexos da hipoglicemia (p.ex.: glucagon, adrenalina, glicocorticóides). Esses estímulos possuem como segundo mensageiro o AMP cíclico (AMPc), que é formado a partir do ATP sob ação da enzima adenilato-ciclase (inativa até que haja o estímulo hormonal).

O AMPc ativa a enzima fosforilase-quinase-b em fosforilase-quinase-a, que por sua vez retira uma molécula de glicose do glicogênio, na forma de glicose-1-fosfato, liberando-a para a glicólise em uma reação que utiliza a mesma enzima que inicia a glicogênese (fosfoglicomutase). O aumento do metabolismo energético faz com que cesse os estímulos hormonais, inibindo a glicogenólise. O AMPc é degradado pela enzima fosfodiesterase, sendo que hormônios, como a insulina, aumentam a atividade desta enzima, induzindo o bloqueio da glicogenólise.


Lipídios

Muitas classificações são propostas dependendo do ponto de vista, se, químicas ou biológicas. Desta forma, encontram-se na literatura especializada, várias formas de organizar os lipídios de acordo com a abordagem, o que pode complicar a compreensão do assunto. Entretanto, todas as classificações propostas baseiam-se em características comuns às diversas moléculas de lipídios existentes na natureza, sendo apenas uma forma didática de agrupá-las. Assim sendo, vamos agrupar os lipídios em dois grandes grupos para melhor entendê-los: aqueles que possuem ÁCIDOS GRAXOS em sua composição e aqueles que não possuem. Os lipídios com ácidos graxos em sua composição são saponificáveis, pois reagem com bases formando sabões. São as biomoléculas mais energéticas, fornecendo acetil-coA para o ciclo de Krebs.

1) Acilgliceróis (glicerídeos): compostos por 1 a 3 moléculas de ácidos graxos estereficado ao glicerol, formando mono, di ou tri-acil-gliceróis (mono, di ou triglicerídeos.

2) Ceras: ácidos graxos de 16 a 30C e álcool mono-hidroxilíco de 18 a 30C.

3) Fosfolipídios: ácidos graxos + fosfato

4) Esfingolipídios: ácido graxo + esfingosina

5) Glicolipídios: ácido graxo + glicerol + açúcar

Os lipídios que não contêm ácidos graxos não são saponificáveis. As vitaminas lipossolúveis e o colesterol são os principais representantes destes lipídios que não energéticos porém desempenham funções fundamentais no metabolismo.


Ácidos Graxos

A hidrólise ácida dos triacilglicerídios leva aos correspondentes ácidos carboxílicos - conhecidos como ácidos graxos. Este é o grupo mais abundante de lipídios nos seres vivos, e são compostos derivados dos ácidos carboxílicos. Este grupo é geralmente chamado de lipídios saponificáveis, porque a reação destes com uma solução quente de hidróxido de sódio produzem o correspondente sal sódico do ácido carboxílico, isto é, o sabão.

Os ácidos graxos possuem um pKa da ordem de 4,8. Isto significa que, em uma solução onde o pH é 4,8, metade da concentração o ácido está ionizada; a um pH maior (7, por exemplo) praticamente todo o ácido encontra-se ionizado, formando um sal com o seu contra-íon; num pH menor (3, e.g.) todo o ácido encontra-se protonado.

A natureza do cátion (contra-íon) determina as propriedades do sal carboxílico formado. Em geral, sais com cátions divalentes (Ca2+ ou Mg2+) não são bem solúveis em água, ao contrário do formado com metais alcalinos (Na+, K+, etc.), que são bastante solúveis em água e em óleo - são conhecidos como sabão. É por este motivo que, em regiões onde a água é rica em metais alcalinos terrosos, é necessário se utilizar formulações especiais de sabão na hora de lavar a roupa. Na água, em altas concentrações destes sais, ocorre a formação de micelas - glóbulos microscópicos formados pela agregação destas moléculas. Nas micelas, as regiões polares das moléculas de sabão encontram-se em contato com as moléculas de água, enquanto que as regiões hidrofóbicas ficam no interior do glóbulo, em uma pseudofase orgânica, sem contato com a água.

A adição de HCl a uma solução aquosa de sabão provoca a precipitação do ácido graxo, que é pouco solúvel em água e, em solução aquosa, tende a formar dímeros através de fortes ligações hidrogênio.

Na sua forma pura, o colesterol é um sólido cristalino, branco, insípido e inodoro. É um membro da família dos esteróides. Apesar da má fama, o colesterol é um composto essencial para a vida: está presente nos tecidos de todos os animais! Além de fazer parte da estrutura das membranas celulares, é também um reagente de partida para a biossíntese de vários hormônios, do ácido biliar (ácidos colanóicos) e da vitamina D.

O colesterol é sintetizado pelo fígado, em um processo regulado por um sistema compensatório: quanto maior for a ingestão de colesterol vindo dos alimentos, menor é a quantidade sintetizada pelo fígado.

Os ácidos graxos também podem ser classificados como saturados ou insaturados, dependendo da ausência ou presença de ligações duplas carbono-carbono. Os insaturados (que contém tais ligações) são facilmente convertidos em saturados através da hidrogenação catalítica.

(este processo é chamado de redução). A presença de insaturação nas cadeias de ácido carboxílico dificulta a interação intermolecular, fazendo com que, em geral, estes se apresentem à temperatura ambiente, no estado líquido; já os saturados, com uma maior facilidade de empacotamente intermolecular, são sólidos. A margarina, por exemplo, é obtida através da hidrogenação de um líquido - o óleo de soja ou de milho, que é rico em ácidos graxos insaturados.

Triacilglicerídios

Conhecidos como gorduras neutras, esta grande classe de lipídios não contém grupos carregados. São ésteres do glicerol - 1 2,3-propanotriol. Estes ésteres possuem longas cadeias carbônicas atachadas ao glicerol, e a hidrólise ácida promove a formação dos ácidos graxos correspondentes e o álcool (glicerol).

Nos animais, os TAGs são lipídios que servem, principalmente, para a estocagem de energia; as células lipidinosas são ricas em TAGs. É uma das mais eficientes formas de estocagem de energia, principalmente com TAGs saturados; cada ligação C-H é um sítio potencial para a reação de oxidação, um processo que libera muita energia.

Os TAGs provindo de animais terrestres contém uma maior quantidade de cadeias saturadas se comparados aos TAGs de animais aquáticos. Embora menos eficientes no armazenamento de energia, as TAGs insaturadas oferecem uma vantagem para os animais aquáticos, principalmente para os que vivem em água fria: elas têm uma menor temperatura de fusão, permanecendo no estado líquido mesmo em baixas temperaturas. Se fossem saturadas, ficariam no estado sólido e teriam maior dificuldade de mobilidade no organismo do animal.

Os TAGs podem ser chamados de gorduras ou óleos, dependendo do estado físico na temperatura ambiente: se forem sólidos, são gorduras, e líquidos são óleos. No organismo, tanto os óleos como as gorduras podem ser hidrolisados pelo auxílio de enzimas específicas, as lipases (tal como a fosfolipase A ou a lipase pancreática), que permitem a digestão destas substâncias.

Fosfolipídios

Os fosfolípideos são ésteres do glicerofosfato - um derivado fosfórico do glicerol. O fosfato é um diéster fosfórico, e o grupo polar do fosfolipídio. A um dos oxigênios do fostato podem estar ligados grupos neutros ou carregados, como a colina, a etanoamina, o inositol, glicerol ou outros. As fostatidilcolinas, por exemplo, são chamadas de lecitinas.

Os fosfolipídios ocorrem em praticamente todos os seres vivos. Como são anfifílicos, também são capazes de formar pseudomicrofases em solução aquosa; a organização, entrentanto, difere das micelas. Os fosfolipídios se ordenam em bicamadas, formando vesículas. Estas estruturas são importantes para conter substâncias hidrossolúveis em um sistema aquoso - como no caso das membranas celulares ou vesículas sinápticas. Mais de 40% das membranas das células do fígado, por exemplo, é composto por fosfolipídios. Envolvidos nestas bicamadas encontram-se outros compostos, como proteínas, açúcares e colesterol.

Esfingolipídios

A principal diferença entre os esfingolipídios e os fosfolipídios é o álcool no qual estes se baseiam: em vez do glicerol, eles são derivados de um amino álcool. Estes lipídios contém 3 componentes fundamentais: um grupo polar, um ácido graxo, e uma estrutra chamada base esfingóide - uma longa cadeia hidrocarbônica derivada do d-eritro-2-amino-1,3-diol. É chamado de base devido a presença do grupo amino que, em solução aquosa, pode ser convertido para o respectivo íon amônio. A esfingosina foi o primeiro membro desta classe a ser descoberto e, juntamente com a di-hidroesfingosina, são os grupos mais abundantes desta classe nos mamíferos. No di-hidro, a ligação dupla é reduzida. O grupo esfingóide é conectado ao ácido graxo graças a uma ligação amídica. A esfingomielina, encontrada em muitos animais, é um exemplo de esfingolipídio.

Os vários tipos de esfingolipídios são classificados de acordo com o grupo que está conectado à base esfingóide. Se o grupo hidroxila estiver conectado a um açúcar, o composto é chamado de glicosfincolipídio. O grupo pode ser também, um éster fosfófico, como a fosfocolina, na esfingomielina. Gangliosídios são glicosfingolipídios que contém o ácido N-acetilneurâmico (ácido siálico) ligado à cadeia oligossacarídica. Estas espécies são muito comuns no tecido cerebral.

Esteróides

Os esteróides são lipídios derivados do colesterol. Eles atuam, nos organismos, como hormônios e, nos humanos, são secretados pelas gônadas, córtex adrenal e pela placenta. A testosterona é o hormônio sexual masculino, enquanto que o estradiol é o hormônio responsável por muitas das características femininas.

O colesterol, além da atividade hormonal, também desempenha um papel estrutural - habita a pseudofase orgânica nas membranas celulares. Muitas vezes chamado de vilão pela mídia, o colesterol é um composto vital para a maioria dos seres vivos.

Prostaglandinas

Estes lipídios não desempenham funções estruturais, mas são importantes componentes em vários processos metabólicos e de comunicação intercelular. Um dos processos mais importantes controlados pelas prostaglandinas é a inflamação.

Todos estas substâncias têm estrutura química semelhante a do ácido prostanóico, um anel de 5 membros com duas longas cadeias ligadas em trans nos carbonos 1 e 2. As prostaglandinas diferem do ácido prostanóico pela presença de insaturação ou substituição no anel ou da alteração das cadeias ligadas a ele.

A substância chave na biossíntese das prostaglandinas é o ácido araquidônico, que é formado através da remoção enzimática de hidrogênios do ácido linoléico. O ácido araquidônico livre é convertido a prostaglandinas pela ação da enzima ciclooxigenase, que adiciona oxigênios ao ácido araquidônico e promove a sua ciclização. No organismo, o ácido araquidônico é estocado sob a forma de fosfolipídios, tal como o fosfoinositol, em membranas. Sob certos estímulos, o ácido araquidônico é liberado do lipídio de estocagem (através da ação da enzima fosfolipase A2) e rapidamente convertido a prostaglandinas, que iniciam o processo inflamatório. A cortisona tem ação anti-inflamatória por bloquear a ação da fosfolipase A2. Este é o mecanismo de ação da maior parte dos anti-inflamatórios esteróides.

Existem outras rotas nas quais o ácido araquidônico é transformado em prostaglandinas; algumas envolvem a conversão do ácido em um intermediário, o ácido 5-hidroperoxy-6,8,1-eicosatetranóico (conhecido como 5-HPETE), que é formado pela ação da 5-lipoxigenase.

Os anti-inflamatórios não esteróides, como a aspirina, agem bloqueiando as enzimas responsáveis pela formação do 5-HPETE. Desta forma, impedem o ciclo de formação das prostaglandinas e evitam a sinalização inflamatória.

Funo

Os lipídios possuem funções importantíssimas para o metabolismo celular tanto de eucariotas como procariotas, podendo-se relacionar como principais as seguintes.

São vários os usos dos lipídios, seja na alimentação (óleos de grãos, margarina, manteiga, maionese), seja como produtos manufaturados (sabões, resinas, cosméticos, lubrificantes). Várias pesquisas nacionais recentes indicam os lipídios como importantes combustíveis alternativos, como é o caso do óleo vegetal transestereficado que corresponde a uma mistura de ácidos graxos vegetais tratados com etanol e ácido sulfúrico que substitui o óleo diesel, não sendo preciso nenhuma modificação do motor, além de ser muito menos poluente e isento de enxofre.

Mais um caso de termo químico que se incorpora ao senso comum: os lipídios, há tempos, extrapolaram os livros de química. Definem um conjunto de substâncias químicas que, ao contrário das outras classes de compostos orgânicos, não são caracterizadas por algum grupo funcional comum, e sim pela sua alta solubilidade em solventes orgânicos e baixa solubilidade em água. Juntamente com as proteínas, ácidos nucléicos e carbo-hidratos, os lipídios são componentes essenciais das estruturas biológicas, e fazem parte de um grupo conhecido como biomoléculas. Os lipídios se encontram distribuidos em todos os tecidos, principalmente nas membranas celulares e nas células de gordura.

Existem diversos tipos de moléculas diferentes que pertencem à classe dos lipídios. Embora não apresentem nenhuma característica estrutural comumm todas elas possuem muito mais ligações carbono-hidrogênio do que as outras biomoléculas, e a grande maioria possui poucos heteroátomos. Isto faz com que estas moléculas sejam pobres em dipolos localizados (carbono e hidrogênio possuem eletronegatividade semelhante). Uma das leis clássicas da química diz que "o semelhante dissolve o semelhante": daí a razão para estas moléculas serem fracamente solúveis em água ou etanol (solventes polares) e altamente solúveis em solventes orgânicos (geralmente apolares).

Ao contrário das demais biomoléculas, os lipídios não são polímeros, isto é, não são repetições de uma unidade básica. Embora possam apresentar uma estrutura química relativamente simples, as funções dos lipídios são complexas e diversas, atuando em muitas etapas cruciais do metabolismo e na definição das estruturas celulares.

Os químicos podem separar os lipídios de uma amostra biológica através de uma técnica conhecida como extração; um solvente orgânico é adicionado a uma solução aquosa da amostra e, com um auxílio de um funil de separação, obtém-se a fase orgânica rica em lipídios. Com a evaporação do solvente orgânico obtém-se o lipídio. É desta maneira que, em escala industrial, se obtém o óleo vegetal.

Como veremos a seguir, alguns lipídios têm a habilidade de formar filmes sobre a superfície da água, ou mesmo de formar agregados organizados na solução; estes lipídios possuem uma região, na molécula, polar ou iônica, que é facilmente hidratada. Este comportamento é característico dos lipídios que compõe a membrana celular. Os lipossomos são "microenvelopes" capazes de envolverem moléculas orgânicas e entregarem-nas ao "endereço biológico" correto.


Colesterol

Este composto é insolúvel em água e, consequentemente, insolúvel no sangue. Para ser transportado na corrente sanguínea o colesterol liga-se com algumas proteínas e outros lipídeos, em um complexo chamado Lipoproteína. Existem vários tipos de lipoproteínas, e estas podem ser classificadas de diversas maneiras. O modo pelo qual os bioquímicos geralmente as classificam é baseado em sua densidade,

Medida em um densiômetro. Entre estas, estão as LDL, que é a classe maléfica ao ser humano: são capazes de transportar o colesterol do sítio de síntese, o fígado, até as células de vários outros tecidos. Uma outra classe de liproteínas, as "High Density Lipoproteins", ou HDL, podem transportar o excesso de colesterol dos tecidos de volta para o fígado, onde é utilizado para a síntese do ácido biliar.

As LDL, quando em excesso, é que são responsáveis pelos depósitos arteriosclerósicos nos vasos sanguíneos. As HDL, entretanto, podem ajudar para retardar o processo de formação da arteriosclerose. A imprensa, muitas vezes, se refere ao "bom" e ao mau" colesterol. Entretanto, existe somente um colesterol. Várias são as formas, porém, em que este pode ser transportado, no sistema circulatório.

Colesterol e ácidos graxos, na forma de triglicerídeos, são insolúveis em água. Mas são transportados pelo sangue "embrulhados" em proteínas. Este complexo é chamado Liproteína. As lipoproteínas são classificadas em várias classes, de acordo com a natureza e quantidades dos lipídeos e proteínas. Dentre estas classes, destacam-se:

Lipoproteína

Lipoproteínas são proteínas compostas, sintetizadas na mucosa intestinal e no fígado para promover o transporte dos lipídios no plasma sangüíneo.

Os diversos tipos de apoproteínas que fazem parte da composição das lipoproteínas possuem a função de solubilizar os lipídios e possibilitar o seu transporte plasmático, além de corresponder a elementos identificadores de cada tipo de lipoproteína. As apoproteínas podem ser periféricas (superficiais à molécula) ou integrais (penetram na matriz lipídica). De uma maneira geral, a relação entre as apoproteínas com os lipídios é semelhante às membranas celulares que são, também, lipoprotéicas.

As lipoproteínas são compostas por uma parte protéica (apoproteína) na superfície da molécula (periféricas) e introduzida na matriz lipídica (integrais). A porção lipídica é constituída de lipídios apolares no núcleo da lipoproteína (ésteres de colesterol e tri-acil-gliceróis), ficando os lipídios mais solúveis (colesterol livre e fosfolipídios) posicionados mais externamente.

Os lipídios da alimentação são transportados pelos quilomícrons enquanto que os lipídios da síntese hepática são transportados pelas demais lipoproteínas.

A diferença básica entre cada lipoproteína diz respeito à quantidade de lipídios e proteínas da molécula, sendo mais densa quanto maior a quantidade de proteínas presente em sua composição. Desta forma serão formadas lipoproteínas de baixa e muito baixa densidade (LDL e VLDL). 

Proteínas

Quanto a estrutura molecular as proteínas são classificas em

Proteinas simples ou homoproteínas:

Proteinas complexas, conjugadas ou heteroproteínas:

Proteínas que apresentam a cadeia de aminoácidos ligada a um radical diferente (grupo prostético ).

Dependendo do grupo prostético, as proteinas podem se classificadas em:

A hidrólise completa dessas proteínas produzem a-aminoácidos e grupos prostéticos.

Estrutura tridimensional:

Quanto a estrutura espacial pode-se considerar quatro níveis.

Homoproteínas: também chamadas de proteínas simples, são formadas exclusivamente por a -aminoácidos, como exemplo, temos : hemoglobinas (sangue), albuminas (ovo), queratinas (cabelo) e elastina (tendões).

Heteroproteínas: porssuem a -aminoácidos junto com outros compostos denominados núcleo ou grupo prostético. De acordo com a natureza deste, elas podem ser glicoproteínas, cujo núcleo é um glicídio (exemplos): nuicina (saliva) e osteomucóide (ossos); fosfoproteínas, cujo núcleo é o ácido fosfórico (exemplos: caseína (leite), vitelina (gema do ovo)); cromoproteínas, cujo núcleo é um ácido nucléico (ácido heterocíclico complexo), ocorrendo nos núcleos celulares.

Homoproteínas: também chamadas de proteínas simples, são formadas exclusivamente por a -aminoácidos, como exemplo, temos : hemoglobinas (sangue), albuminas (ovo), queratinas (cabelo) e elastina (tendões).

Heteroproteínas: porssuem a -aminoácidos junto com outros compostos denominados núcleo ou grupo prostético. De acordo com a natureza deste, elas podem ser glicoproteínas, cujo núcleo é um glicídio (exemplos): nuicina (saliva) e osteomucóide (ossos); fosfoproteínas, cujo núcleo é o ácido fosfórico (exemplos: caseína (leite), vitelina (gema do ovo)); cromoproteínas, cujo núcleo é um ácido nucléico (ácido heterocíclico complexo), ocorrendo nos núcleos celulares.

Com relação à estrutura das proteínas, temos que considerar três aspectos: estrutura primária, estrutura secundária e estrutura terciária.

A estrutura primária se refere à seqüência de resíduos dos aminoácidos no polipeptídeo. Uma variação na seqüência conduz a uma proteína diferente, com ação bioquímica diferente. Assim, por exemplo, embora a oxitocina e a vasopressina (miniproteínas) difiram entre si na sequência de apenas dois aminoácidos, a oxitocina

Provoca as contrações uterinas enquanto a vasopressina provoca um aumento da pressão sangüínea. 

Proteínas de estrutura primária.

De acordo com diagramas de difração de raios X obtidos de proteínas cristalizadas – que algumas proteínas têm uma estrutura secundária de forma helicoidal, devido às pontes de hidrogênio estabelecidas intramolecularmente. Isso ocorre, por exemplo, com as proteínas fibrosas que são longos polipeptídeos filiformes, dispostos em capas unidas por pontes de hidrogênio, formando fibras insolúveis em água. Dentre as proteínas fibrosas, podemos citar a queratina (cabelo, unha, chifre, casco, penas) e a miosina (músculos)

Estrutura secundária das proteínas

Estudos de algumas proteínas mostram que deve existir uma estrutura terciária bastante complexa, em que as cadeias de polipeptídeos se enrolam ao redor de si mesmas.

Assim, por exemplo:

Estrutura terciária das proteínas

orientação espacial é vital para a função bioquímica de uma proteína. Como as pontes de hidrogênio são ligações fracas, um aquecimento pode provocar o rompimento dessas ligações, assim as estruturas secundária e terciária se desfazem e com isso, a proteína perde a sua ação biológica. Esse fenômeno, geralmente irreversível, é conhecido por desnaturação, que você pode perceber facilmente aquecendo um ovo: antes do aquecimento ele é solúvel em água; após o aquecimento ele se torna insolúvel na água.


Enzimas

Chamamos de enzimas as proteínas complexas (heteroproteínas ou proteínas derivadas) que atuam como catalisadores nos processos biológicos. Assim, as reações que ocorrem nos organismos vivos são catalisadas pelas enzimas. Em muitos casos, as enzimas intracelulares ou endoenzimas. Em outros casos, atuam fora da célula em que são produzidas, daí serem chamadas de enzimas extracelulares ou exoenzimas.

Elas são compostos facilmente destruídos pelo calor (temperatura acima de 70ºC), por agitação intensa, por ondas ultravioleta e ultra-sonoras, por substâncias como o cianeto de sódio, o fluoreto de sódio, traços de metais pesados, ácidos ou bases, etc.

Quanto à ação, a teoria mais aceita é a de que a enzima e a substância sobre a qual vai agir (chamada substrato) formam um composto intermediário que, posteriormente, sofre um desdobramento, regenerando a enzima. Veja um esquema que mostra a ação catalítica da enzima:

Ação catalítica das enzimas (modelo chave-fechadura).

Elas são catalisadores altamente específicos, ou seja, para cada substrato devem existir poucas (ou apenas uma) enzimas.

A nomenclatura é feita a partir do nome do substrato sobre o qual a enzima atua, seguido da terminação ase. Por exemplo: urease, que catalisa a hidrólise da uréia; maltase, que catalisa a hidrólise da maltose.


Ácidos Nucléicos

São moléculas com a função de armazenamento e expressão da informação genética.

Existem basicamente 2 tipos de ácidos nucléicos:

Os ácidos nucléicos são macromoléculas formadas pela ligação tipo fosfodiéster entre 5 nucleotídeos diferentes, suas unidades fundamentais.

Os Nucleotídeos

São as unidades fundamentais dos ácidos nucléicos.

Ligam-se uns aos outros através de ligações fosfodiéster, formando cadeias muito longas com milhões de resíduos de comprimento.

Além de participarem da estrutura dos ácidos nucléicos, os nucleotídeos atuam também como componente na estrutura de coenzimas importantes no metabolismo oxidativo da célula, e como forma de energia química - ATP, por exemplo.

Atuam ainda como ativadores e inibidores importantes em várias vias do metabolismo intermediário da célula

Estrutura dos Nucleotídeos

Os nucleotídeos são moléculas formadas por:

Tanto o DNA como o RNA possuem as mesmas bases púricas, e a citosina como base pirimídica
A timina existe apenas no DNA, e no RNA, é substituída pela uracila - que possui um grupo metil a menos.
Em alguns tipos de DNA virais e no RNA de transferência podem aparecer bases incomuns

As Pentoses

A adição de uma pentose a uma base nitrogenada produz um nucleosídeo.

Os nucleosídeos de A, C, G, T e U são denominados, respectivamente, Adenosina, Citosina, Guanosina, Timidina e Uridina.

Se o açúcar em questão é a RIBOSE, temos um ribonucleosídeo, característico do RNA.

Se o açúcar é a desoxirribose - 1 hidroxila a menos em C2 - temos um desoxirribonucleosídeo, característico do DNA.

A ligação com a base nitrogenada ocorre sempre através da hidroxila do carbono anomérico da pentose.

O Fosfato

A adição de um ou mais radicais fosfato à pentose, através de ligação tipo éster com a hidroxila do carbono 5 da mesma, dá origem aos Nucleotídeos.

Os grupos fosfato são responsáveis pelas cargas negativas dos nucleotídeos e dos ácidos nucléicos
A adição do segundo ou terceiro grupo fosfato ocorre em seqüência, dando origem aos nucleotídeos de e trifosfatados

O DNA

Está presente no núcleo das células eucarióticas, nas mitocôndrias e nos cloroplastos, e no citosol das células procarióticas.

Nas células germinativas e no ovo fertilizado, dirige todo o desenvolvimento do organismo, a partir da informação contida em sua estrutura.

É duplicado cada vez que a célula somática se divide

Estrutura do DNA

O DNA é um polidesoxirribonucleotídeo formado por milhares de nucleotídeos ligados entre si através de ligações 3', 5'-fosfodiéster

Sua molécula é formada por uma fita dupla antiparalela, enrolada sobre si mesma formando uma dupla hélice

A Ligao Fosfodiéster

Ocorre entre o fosfato do carbono 5 da pentose de um nucleotídeo e a hidroxila do carbono 3 da pentose do nucleotídeo seguinte:

A cadeia resultante é bastante polar, e possui:

Por convenção, as bases de uma seqüência são sempre descritas da extremidade 5' para a extremidade 3'
As ligações fosfodiéster podem ser quebradas enzimaticamente por enzimas chamadas NUCLEASES, que se dividem em:

A Dupla Hélice

Na dupla hélice do DNA, as cadeias da molécula se dobram em torno de um eixo comum e de modo antiparalelo - a extremidade 5' de uma cadeia é pareado com a extremidade 3' da outra cadeia. No tipo mais comum de hélice - "B" - o esqueleto hidrofílico de fosfatos e pentoses fica na parte externa, enquanto que as bases hidrofóbicas, fixadas à este esqueleto, ficam no lado de dentro da estrutura. A estrutura lembra uma "escada em caracol"

Há um Pareamento de base entre as fitas da molécula do DNA. Assim, temos sempre pareadas:

- Adenina com Timina --> A-T

- Citosina com Guanina --> C-G

As bases se mantém pareadas por pontes de hidrogênio, 2 entre "A" e "T" e 3 entre "C" e "G".
As fitas do DNA podem ser separadas sob certas condições experimentais, sem rompimento das ligações fosfodiéster, e a dupla hélice pode ser desnaturada em um processo controlado e dependente de temperatura.

Existem 3 formas estruturais de DNA:

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