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Oxidações Biológicas Apostila

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as macromoléculas que constituem os alimentos. 
Estão neste caso os polissacarídeos como o amido dos tubérculos, do arroz, do pão; as proteínas 
da carne, do peixe, do queijo; os lipídeos das várias gorduras alimentares. Todas estas 
macromoléculas são hidrolisadas do lado de fora da célula por enzimas chamadas, 
respectivamente: amilases, proteases, peptidases e lipases. No caso de animais superiores as 
enzimas hidrolíticas como as proteases (pepsina, por exemplo) são encontradas no trato digestivo, 
enquanto que a amilase é uma enzima que se encontra na saliva e suco pancreático e permite a 
degradação do amido alimentar em moléculas menores como maltose e glicose que são então 
utilizadas, pelas células, para produção de energia. (Vide teoria de Glicídeos). 
Quando as condições alimentares superam as exigências de trabalho, ou seja, as exigências 
energéticas das células vivas, estas passam a utilizar a energia acumulada para estocar reservas 
para um momento de carência alimentar. Assim, as células passam a sintetizar as biomoléculas 
que constituem as suas reservas, a saber: polissacarídeos, amido, no caso de certos microrganismos 
e de plantas, e glicogênio, principalmente no caso de células animais. Sintetizam lipídeos, que são 
as maiores reservas energéticas da célula e sintetizam também as proteínas que constituem as 
estruturas celulares e os catalisadores (enzimas). As reações que levam a estas sínteses são as 
reações do metabolismo anabólico da célula. 
 
Concluindo, podemos dizer que a vida é trabalho e a energia para executar este trabalho é 
proveniente da degradação do terceiro fosfato da molécula de ATP. Estas moléculas de ATP 
podem ser formadas a nível de substrato como ocorre na via glicolítica, ou na cadeia respiratória 
devido à energia liberada durante a transferência de elétrons. Este estudo constitui a parte do 
metabolismo chamado Bioenergética. 
 
ABORDAGENS TÉCNICAS EM EXPERIMENTOS BIOQUÍMICOS 
 
A abordagem experimental em Bioquímica é ampla e depende fundamentalmente do fenômeno e 
do tipo de célula que se deseja estudar. 
Os experimentos in vivo utilizam células íntegras e são usados, por exemplo, quando se deseja 
estudar o crescimento e os fatores que atuam sobre ele. 
 
 
 
São também utilizados para verificar fatores que afetam a produção de excretas em determinados 
processos fermentativos. 
A compreensão destas situações metabólicas requer, muitas vezes, o conhecimento do controle e 
regulação das enzimas participantes do processo. Neste caso o sistema, seja ele qual for 
(macromoléculas, metabólitos, enzimas), deve ser isolado dos demais constituintes celulares. A 
técnica é chamada in vitro e exige o rompimento da célula e/ou tecido, seu posterior fracionamento 
e, às vezes, até a purificação do sistema. 
Claro que, dependendo do tecido e/ou célula utilizados, a técnica para o rompimento deverá ser 
mais ou menos drástica; células com parede, como as leveduras, precisam da utilização de 
abrasivos ou enzimas hidrolíticas específicas que permitam o rompimento da parede; células como 
os hepatócitos, podem ser rompidas com um tratamento mais suave. 
O fracionamento posterior do sistema envolve um determinado conhecimento de suas 
propriedades físicas e químicas para que se escolha um método que permita a obtenção de material 
a ser estudado com um bom rendimento e mantendo suas características originais. 
No caso de proteínas ou enzimas, diversas técnicas de purificação podem ser usadas (vide capítulo 
sobre Técnicas de Fracionamento). 
Muitas vezes os resultados obtidos neste tipo de experimento não podem ser extrapolados para as 
condições existentes dentro das células vivas. Isto porque num estudo in vitro, normalmente ajusta-
se o ensaio às condições ótimas de atuação de determinada enzima, que podem se distanciar das 
condições reais de pH, T, [S] e [moduladores] intracelulares. É importante ressaltar que a relação 
entre as concentrações de substrato e produto nas condições fisiológicas embora constante é 
diferente daquela do chamado equilíbrio químico. Tal condição representaria a impossibilidade de 
realização de trabalho porque não haveria mais liberação de energia livre (G = 0). 
Na realidade as concentrações permanecem constantes porque na célula vigora o estado 
estacionário ou estado de equilíbrio dinâmico. 
A dificuldade de extrapolação dos resultados obtidos in vitro para as condições existentes nas 
célula pode ser suplantada por uma metodologia de trabalho mais moderna, denominada técnica 
in situ, que permite o estudo de enzimas em condições mais próximas às existentes na célula 
íntegra. 
Por esta técnica abrem-se poros na membrana celular, o que permite a saída de metabólitos de 
baixo peso molecular, mas não de proteínas. Assim, as enzimas são colocadas em presença de seus 
substratos (em geral, substâncias de baixo peso molecular, com trânsito livre) e se comportam de 
uma maneira a mimetizar o fenômeno natural. 
Os estudos bioquímicos utilizam métodos físico-químicos, como eletroforese, centrifugação 
diferencial, ultracentrifugação, técnicas espectrofotométricas e fluorimétricas dentre outras. 
Outros recursos podem ser utilizados nestas pesquisas como por exemplo, isótopos de massa e 
radioativos, células mutantes de microrganismos, que podem ser empregados para sequenciar as 
rotas metabólicas, para o estudo do controle da expressão genética. 
 
 
Metabolismo 
 
Instituto de Química • UFRJ 
223
 
 
 
Reproduzido de C.L. Flores e cols. FEMS Microb. Ver. (2000), 24, 507-529. 
 
 
 
TEORIA DA PRÁTICA 
 
OXIDAÇÕES BIOLÓGICAS 
 
 
REAÇÕES DE OXI-REDUÇÃO 
 
Conceito 
 
s reações de oxi-redução são as preferencialmente utilizadas pelas células para obtenção 
de energia. 
Essas reações mesmo quando ocorrem nas células mantêm as características comuns a 
todas as reações redox, isto é, substâncias de potencial de redução (E0) negativo (com 
maior capacidade de perder elétrons) doam elétrons para outras cujo E0 seja menos negativo. Nas 
células, essas reações são catalisadas por enzimas. 
 
Enzimas responsáveis 
 
As enzimas responsáveis pela catálise de reações de oxi-redução são classificadas como: 
 
 desidrogenases 
 oxidases 
 oxigenases 
 
As desidrogenases são enzimas que atuam como aceptores dos equivalentes redutores: átomo de 
hidrogênio (H+ e elétrons) ou íons hidreto (dois elétrons e um H+), provenientes da oxidação do 
substrato. 
 
As desidrogenases utilizam como cofatores: 
 
 nucleotídeos de piridina (NAD+ e NADP), ou 
 nucleotídeos de flavina (FMN e FAD) 
 
As desidrogenases NAD+ e NADP+ dependentes são específicas não só em relação ao substrato 
da reação que catalisam mas também à própria coenzima; entretanto desempenham nas células 
funções diferentes: as dependentes de NAD+ estão mais associadas ao catabolismo e as 
dependentes de NADP+, ao anabolismo. 
As flavoproteínas têm como característica uma forte associação da flavina à enzima chegando às 
vezes a se estabelecer uma ligação covalente entre elas, como no caso da succinato 
desidrogenase, cuja coenzima FAD está covalentemente ligada à estrutura proteica e é então 
chamado de grupo prostético. Além disto, as flavoproteínas contêm centros Fe-S que também 
participam da catálise. 
As oxigenases catalisam reações onde um dos átomos de oxigênio é transferido para o produto e 
o outro é reduzido à H2O; utilizam diversos tipos de grupos prostéticos ou cofatores, incluindo 
metais como por exemplo o Cu. 
As oxidases (flavoproteínas), por sua vez, catalisam reações onde o O2, um dos substratos da 
reação, é reduzido à H2O2. As oxidases de plantas utilizam apenas metais como cofatores. 
 
A 
Metabolismo 
 
Instituto de Química • UFRJ 
225
Ocorrência 
 
As reações de oxi-redução podem ocorrer tanto em vias catabólicas como em rotas anabólicas; a 
maior parte delas, no entanto, está associada à conservação de energia (síntese de ATP) que ocorre 
na cadeia respiratória. 
A cadeia respiratória ou cadeia de transporte de elétrons