Bioquímica

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UNIDADE I
Fundamentos da Bioquímica
TÓPICO I
A Lógica Molecular da Vida
2 A Bioquímica Procura Explicar a Vida em Termos Químicos
A Bioquímica descreve em termos moleculares as estruturas, os mecanismos e os processos
químicos compartilhados por todos os organismos, e fornece os princípios organizacionais que
fundamentam a vida em todas as diferentes formas.
2.1 A Unidade Química dos Diferentes Organismos Vivos
O que distingue os organismos vivos dos seres inanimados (sem vida, que são compostos por uma
mistura de compostos químicos relativamente simples e são
encontrados na terra, areia, água do mar e rochas), mesmo as
moléculas das células sendo formadas pelos mesmos átomos
que são encontradas nos seres inanimados, são: Primeiro o grau
de complexidade química e de organização, eles possuem
estruturas celulares internas intrincadas e possuem muitas
espécies de moléculas complexas, como mostra a imagem ao
lado:
Segundo os organismos vivos extraem, transformam e utilizam a energia que encontram no meio
ambiente, geralmente na forma de nutrientes químicos ou de energia radiante da luz solar, o que os tornam
capazes de contruir e mantes suas estuturas intrincadas e de realizar trabalhos mecânico, químico,
osmótico, e de vários outros tipos. Em contraste, a matéria inanimada tende a se degenerar em um estado
mais desordenado, alcançando assim, um equilíbrio com o seu meio ambiente.
Terceiro é a capacidade para a autorreplicação e automontagem, sendo considerado o atributo
mais característico dos organismos vivos, por exemplo, uma única célula bacteriana de Escherichia coli,
colocada num meio estéril pode dar origem, a cada 20 minutos, outra célula-mãe, com as mesmas
características genéticas. Cada célula contém milhares de moléculas diferentes, algumas extremamente
complexas, mesmo assim, cada bactéria é uma cópia fiel da original, constituída inteiramente a partir da
informação contida no interior do material genético da célula original.
Cada componente de um organismo vivo tem uma função específica. O inter-relacionamento
entre os componentes químicos de um organismo vivo é dinâmico; As alterações em um componente
provocam mudanças coordenadas ou compensatórias em outro. A coleção de moléculas executa um
programa cujo resultado é a reprodução do programa e a autoperpetuação daquela coleção de moléculas,
em suma, vida.
2.2 Macromoléculas Construídas a partir de Compostos Simples
A maioria dos constituintes moleculares dos sistemas vivos são compostos de Átomos de Carbono
unidos convalentemente a outros Átomos de Carbono e Átomos de Hidrogênio, Oxigênio e Nitrogênio. As
propriedades especiais de ligação do carbono permite a formação de uma grande variedade de moléculas.
Cada célula da bactéria Escherichia coli (E. coli) contém mais de 6.000 tipos de compostos orgânicos
diferentes, incluindo perto de 3.000 proteínas diferentes e um número similar de Ácidos Nucleicos e
contenas de tipos de cardoidratos e lipídios. As Proteínas são constituídas por 20 tipos de Aminoácidos
(esenciais e não essenciais). Os 8 tipos de nucleotideos que constituem os Ácidos Nucleicos e os 20 tipos
de Aminoácidos que formam as Proteínas são os mesmos em todos os organismos vivos.
Cada classe de Macromoléculas (proteínas, ácidos nucleicos, polissacarídeos) é composta de um
pequeno conjunto de subunidades monoméricas comuns, que podem ser unidas covalentemente em uma
variedade ilimitada de sequências, como mostra a imagem a seguir:
Os Ácidos Desoxirribonucleicos (DNA) são formados por quatro tipos de unidades monoméricas
simples, os Nucleotídeos (timina, adenina, citosina e guanina); Os Ácidos Ribonucleicos (RNA) também são
compostos por quatro tipos de Nucleotídeos semelhantes aos do DNA, sendo a Timina substituída pela
Uracila. Os Nucleotideos além de serem importantes como subunidades na constituição dos ácidos
nucleicos, exercem papel importante como moléculas transportadoras de energia. Os Aminoácidos além
de serem subunidades que formam as proteínas, também são percursores de neurotransmissores,
pigmentos e outros tipos de biomoléculas.
2.3 Produção de Energia e Seu Consumo no Metabolismo
As células e os organismos dependem de um suprimento contante de energia para poderem se
opor à tendência inexorável da natureza de queda para níveis de estado energético. Todas as reações que
acontecem a nível celular envolvem o fornecimento de energia, por exemplo, as Reações de Síntese (que
ocorrem quando duas ou mais substâncias reagem, unificando-se), a energia consumida no movimento de
uma bactéria ou até mesmo no transporte ativo da bomba de sódio e potássio. Durante o processo
evolutivo, as células desenvolvem, mecanismos especializados para capturar a energia do sol ou extrai-la de
alimentos e transferi-la para os processos que dela necessitam.
As Moléculas e os Íons contidos no interior dos organismos vivos diferem em tipo e em
concentrações das existentes no meio ambiente, por exemplo, as células de um peixe de água doce contém
Certos Íons Inorgânicos em concentrações muito diferentes das da água em que vivem, como Proteínas,
Ácidos Nucleicos, Açúcares e Lipídios, que estão presentes no peixe, mas ausentes no meio ambiente, o
qual contém Átomos de Carbono, Hidrogênio e Oxigênio em moléculas simples como o Dióxido de Carbono
e a Água. Quando o peixe morre, as substâncias que o compoe entram em equilíbrio com as do meio
ambiente, como mostra a imagem a seguir:
As células e os organismos precisam trabalhar para permanecerem vivos e se reproduzirem. A taxa
de Conversão de Energia Química para Mecânica durante a contração muscular é considerada um dos
principais eventos fisiológicos determinantes do desenvolvimento esportivo. Resumindo, durante os
esforços de curta duração e com alta intensidade, a Molécula de Adenosina Trifosfato (ATP) é ressintetizada,
predominantemente pela degradação da Fosfocreatinina e do Glicogênio Muscular, com subsequente
Formação de Lactato. A transformação de energia biológica obedece as Leis da Termodinâmica:
- Primeira Lei da Termodinâmica conhecida como Princípio da Conservação da Energia. Para qualquer
mudança física ou química, a quantidade total de energia no universo permanece constante, podendo até
ser transportada, mas não pode ser destruída. Os seres vivos usam energia para realizarem trabalho
mecânico, químico, osmótico ou elétrico e para manterem a organização, reprodução e interação com o
meio. As Células Vivas se comportam como transdutores de energia, convertendo energia química em algo
que seja necessário para a célula.
- Segunda Lei refere-se à Desordem do Universo. A desordem tende sempre a aumentar. Os organismos
vivos preservam sua organização interna retirando energia livre do ambiente e retornando a sua vizinhança
na forma de calor, aumentando o número de moléculas. Para reações que ocorrem em solução, podemos
definir um sistema como toso os reagentes e produtos, o solvente e a atmosfera próxima. O sistema
juntamente com seus arredores constituem o universo. Se o sistema não trocar a matéria em energia com
seus arredores, ele é dito Sistema Fechado. Se o sistema trocar energia, mas não trocar matéria com seu
meio, ele é dito Sistema Isolado. Se trocar ambas, energia e matéria, com o meio ele é um Sistema Aberto.
Os organismos vivos são considerados um sistema aberto, pois troca matéria e energia com o seu
meio. As células fotossintéticas absorvem a energia radiante do sol e utilizam para retirar elétrons da
molécula de água e adicioná-la à molécula de dióxido de carbono, formando produtos ricos em energia,
como o Amido e a Sacarose. A maioria dos organismos fotossintéticos liberam Oxigênio Molecular na
atmosfera. Os organismos que não executam a fotossíntese obtêm energia para suas necessidades para
oxidação dos produtos ricos em energia elaborados pela fotossíntese, passando elétrons para o oxigênio
atmosférico e sintetizando água, dióxido de carbono e outros produtos, os quais são recicladas no meio
ambiente.
Existem Reações Exergônicas (ocorrem quandohá diminuição da energia livre e os produtos são
expressos em valores negativos) e Reações Endergônicas (requerem uma quantidade de energia e seus
valores na variação de energia livre são positivos). O mecanismo pelo qual o acoplamento de energia nos
sistemas vivos ocorre é via um intermediário compartilhado, por exemplo, a quebra de Adenosina Trifosfato
(ATP - considerado o maior transportador de energia química em todas as células) é a reação exergônica,
que dirige muitos processos endergônicos, nas células. A imagem a seguir mostra como ocorre esta
reação:
Todas as reações químicas ocorrem dentro das células devido à presença de Enzimas - catalisadores
biológicos que aumentam a velocidade das reações químicas, diminuindo a barreira de ativação entre o
reagente e o produto, como mostra a imagem a seguir:
As Enzimas são Proteínas, com exceção da Ribozina, que é uma enzima presente no RNA. Cada
reação no interior da célula é catalisada por uma enzima diferente, sendo assim, cada célula requer
milhares de tipos diferentes de enzimas.
Milhares de reações químicas enzimaticamente catalisadoras nas células são funcionalmente
organizadas em várias sequências diferentes de reações consecutivas chamadas Vias, nas quais o produto
de uma reação se torna o reagente para a próxima. Algumas dessas sequências de reações
enzimaticamente catalisadas degradam nutrientes orgânicos em produtos finais simples, de forma a extrair
energia química e convertê-la em uma forma utilizável pela célula. Juntos esses processos degrativos
liberadores de energia livre são desiginados de Catabolismo. Outras vias enzimaticamente catalisadas
partem de moléculas precursoras pequenas e as convertem, progressivamente, em moléculas maiores e
mais complexas, incluindo Proteínas e Ácidos Nucleicos. Essas vias sintéticas requerem invariavelmente a
adição de energia, e quando consideradas em conjunto representam o Anabolismo. Esse conjunto de vias
imbricadas e enzimaticamente catalisadas constitui o que chamamos de Metabolismo. O ATP é
transportador universal de energia metabólica e une o catabolismo e o anabolismo.
As células vivas não só podem sintetizar simultaneamente milhares de tipos de moléculas de
carboidratos, lipídios, proteínas e ácidos nucleicos e suas subunidades mais simples, mas também podem
fazê-lo nas proporções requedidas pela célula, por exemplo, quando ocorre uma rápida multiplicação
celular, os precursores de proteínas e ácidos nucleicos precisam ser sintetizados em grandes quantidades,
enquanto as necessidades desses precursores para células que estão em repouso são muito reduzidas. As
enzimas-chave em cada via metabólica são reguladas de forma que cada tipo de molécula percursora é
produzido em quantidades apropriadas às necessidades das células. A imagem a seguir mostra a Síntese de
Isoleucina (um dos aminoácidos, as subunidades monoméricas das proteínas). Quando a célula começa a
produzir mais Isoleucina do que o necessário, para a síntese proteica, o que não for utilizado se acumulará,
inibindo assim, a Atividade Catalítica da Primeira Enzima na Via, diminuindo, imediatamente, a produção
desse aminoácido. Essa retroalimentação negativa, mantém em equilíbrio a produção e a utilização de cada
intermediário metabólico.
As células também regulam a síntese de seus próprios catalisadores (enzimas), em resposta ao
aumento ou à diminuição da necessidade de um produto metabólico. A expressão de genes (a tradução da
informação contida no DNA em proteínas ativas na célula) e a síntese de enzimas são outros níveis de
controle metabólico na célula. Todos os níveis devem ser levados em conta na descrição do controle global
do metabolismo celular.
2.4 Transferência da Informação Biológica
O DNA é um polímero orgânico, fino e longo, em forma de hélice: a rara molécula que é construída
na escala atômica em uma dimensão (largura) na escala humana em outra (uma molécula de DNA deve ter
vários centímetros de comprimento). Um esperma ou ovócito humano, carregando a informação
heraditária acumulada em bilhões de anos de evolução, transmite essa herança na forma de moléculas de
DNA, nas quais a sequência linear de subunidades de nucleotídeos, ligados covalentemente codifica a
mensagem genética. O DNA forma todo o material genético da E.coli e contém 4.64 milhões de pares de
nucleotídeos. O esperma humano traz para o óvulo que ele fertiliza uma molécula de DNA para cada um
dos 23 cromossomos, para se combinar com somente uma molécula de cada cromossomo, correspondente
no óvulo. O resultado dessa união é altamente previsível: um embrião com todos os seus 25.000 genes,
feitos de 3 bilhões de pares de nucleotídeos, intactos.
A unidade básica do DNA é um polímero linear de quatro
subunidades monoméricas diferentes, desoxirribonucleotídeos,
arranjados em uma sequência linear precisa, que codifica a
informação genética. Duas dessas fitas poliméricas são torcidas
uma em torno da outra, formando dupla hélice de DNA, na qual
cada desoxirribonucleotídeo em uma fita, pareia
especificamente com um desoxirribonucleotídeo complementar
na fita oposta. Antes de a célula se dividir, as duas fitas de DNA
se separam uma da outra e cada uma serve de molde para a
síntese de uma nova fita complementar, gerando duas moléculas
em forma de dupla-hélice idênticas, uma para cada célula-filha.
Se qualquer uma das fitas é danificada, então a continuidade da
informação é assegurada pela informação presente na fita
oposta, que pode atuar como molde para reparar o dano.
Uma sequência linear de desoxirribonucleotídeos no DNA codifica (por meio do RNA) a produção de
uma proteína com a sequência linear de aminoácidos correspondente, como mostra a imagem a seguir:
A proteína é enovelada em uma forma tridimensional particular determinada pela sua sequência de
aminoácidos e estabilizada principalmente por meio de interações não covalentes. O processo de
enovelamento é assistido por “Chaperonas Moleculares”. A estrutura tridimensional precisa ou
conformação nativa de uma proteína é crucial para sua função. As Champeronas Moleculares são proteínas
importantes para auxiliar no enovelamento proteico, fazendo com que as proteínas atinjam a configuração
terciária correta. Se por alguma situação (disfunção, defeito genético) essas proteínas não conseguirem
atingir a configuração correta, as champeronas encaminham essas proteínas para destruição.
Apesar de as sequências de aminoácidos das proteínas carregarem toda a informação necessária
para alcançar a conformação nativa da proteína, o enovelamento preciso e a automontagem também
requerem o ambiente celular correto - pH, força iônica, concentrações de íons metálicos, e assim por
diante. Portando, a sequência de DNA sozinha não é suficiente para formar e manter uma célula
completamente funcional.
TÓPICO II
Célula Eucarionte e Célula Procarionte
2 Compartimentos Celulares
Células de todos os tipos compartilham características estruturais comuns. A Membrana Plasmática
é o contorno da célula, impede o extravasamento do citoplasma, sendo composta por uma dupla camada
de lipídios e proteínas que formam uma barreira fina, resistente e flexível, é considerada Anfipática (possui
uma região Hidrofílica (com afinidade pela água) e outra região Hidrofóbica (com fobia pela água).
Geralmente a Região Hodrofílica (polar) é a cabeça dos fosfolipídios, o que confere a membrana plasmática
das células um aspecto de mosaico fluído, permite a entrada e a saída de água nas células, ao passo que as
caudas repelem essa água. A membrana plasmática é uma barreira para a passagem livre de íons
inorgânicos e para a maioria dos outros composto carregados ou polares.
Proteínas de transporte na membrana plasmática permitem a passagem de determinados íons e
moléculas: Proteínas Receptoras transmitem sinais para o interior da célula e Enzimas de Membrana
praticipam em algumas rotas de reações. Pelo fato de os lipídios individuais e as proteínas da membrana
não estarem convalentemente ligados, toda a sua estrutura torna-se flexível, permitindomudanças na
forma e no tamanho da célula. À medida que a célula cresce, novas moléculas de proteínas e de lipídios são
inseridas na membrana plasmática: a divisão celular produz duas células, cada qual com sua própria
membrana. O crescimento e a divisão celular (fissão) ocorrem sem perda da integridade da membrana. As
proteínas presentes na membrana plasmática são classificadas em Periféricas e Integrais
(transmembrana). Proteínas Periféricas estão relacionadas com a integração entre as outras proteínas de
membrana, não ficando claras suas funções; Proteínas Integrais ou Transmembrana são responsáveis pelo
reconhecimento, transporte de substâncias através da membrana e receptores de enzimas e hormônios.
Existem Especializações de Membrana Plasmática importantes para o desempenho de funções
específicas nas células, como podemos verificar a seguir:
As especificações da superfície livre da membrana envolvem:
- Cílios presentes na traquéia, tem como função filtrar partículas que entram com o ar inspirado, como
também expelir as secreções produzidas pelas células caliciformes.
- Estereocílios presentes no epidídimo e aumentam a superfície de contato do espermatozóide com a
glândula, visto que os espermatozóides recebem nutrientes importantes no epidídimo.
- Microvilosidades aumentam a superfície de contato dos nutrientes no intestino delgado, facilitando sua
absorção.
- Flagelos realizam movimentos para conduzir o espermatozóide até o ovócito.
A Fibrose Cística é uma doença genética, diagnostica no teste do pezinho, que compromete o funcionamento das
Glândulas Exócrinas que produzem muco, suor ou enzimas pancreáticas. O excesso de muco nos alvéolos respiratórios
dificulta a Hematóse (troca gasosa). Essa patologia resulta de uma alteração na proteína transmembrana presente na
membrana plasmática das células respiratórias e do sistema digestório.
O Citoplasma que é o volume interno envolto pela membrana plasmática, é composto por uma solução
aquosa, chamada Citosol altamente concentrada que contém enzimas e as moléculas do RNA que as
codificam, e por uma grande variedade de partículas em suspensão com funções específicas. Também
possui um Citoesqueleto, que dá forma para a célula e está relacionado com as funções que está célula
desempenha no organismo, sendo constituído por Filamentos de Actina (formado pela união de várias
proteínas contrácteis actina e geralmente encontra-se revestindo a periferia das células, sendo responsável
pela movimentação celular, Fagocitose, dá forma e sustentação para as microvilosidades e na Fase de
Telófase, do ciclo celular, separar as células recém-formadas), Filamentos Intermediários (possuem uma
constituição proteica mais variada, pois estão presentes em células de diferentes tecidos: no Tecido Epitelial
teremos proteínas e queratina; na Lâmina Nuclear, teremos proteína e lamina. São muitos importantes para
a função estrutural, ou seja, fornecerem resistência mecânica para as células) e Macrotúbulos (são
constituídos pela Proteína Tubulina e criam uma rede de trilhos sob os quais vesículas e organelas celulares
podem se locomover, também são responsáveis por organizar as organelas dentro da célula, formar o Fuso
Mitótico e estão presentes na composição dos cílios e flagelos.
O Cistoesqueleto das Hemácias ou Eritrócitos necessitam de muita flexibilidade, pois devem passar
dos vasos mais calibrosos e chegar até os capilares sanguíneos, para garantir essa flexibilidade, o
Citoesqueleto das Hemácias apresenta três importantes proteínas: Aducina, Anquirina e Espectrina.
Todas as células Eucariontes tem em algum momento de sua vida, um Nucleotídeo e um Núcleo, em
que o Ganoma (o conjunto completo de genes composto por DNA) - é replicado e armazenado com suas
proteínas associadas. O núcleo tem como função comandar e controlar todas as atividades da célula. Em
bactérias e em arqueas, o nucleotídeo não se separa do citoplasma por uma membrana; o núcleo nos
eucariotos, é confinado dentro de uma dupla membrana, o envelope nuclear. As células com envelope
nuclear compõem o grande domínio dos Eukarya. Os microrganismos sem membrana nuclear, antes
classificados como Procariontes, são agora conhecidos como pertencentes a dois grupos distintos: Bactéria
e Archaea.
O núcleo é composto por estruturas importantes como Membrana Nuclear interna e externa,
Espaço Perinuclear, Lâmina Nuclear,
Nucleoplasma, Cromática e Nucléolo, cada
estrutura desempenha um papel para o
equilíbrio e bom funcionamento celular. Em
geral, o núcleo é único, arredondado,
centralizado ou pode ser desviado do centro
celular, tornando-se periférico.
O Envoltório Nuclear é constituído por duas membranas Interna (tem como função dar estrutura ao
núcleo) e Externa separadas por um espaço de 40 a 70 nanômetros, chamadas de Cisterna Perinuclear,
apresenta poros cuja função é o transporte seletivo de moléculas para fora e para dentro do núcleo,
permitindo a troca citoplasma-nucleoplasma. O transporte de substâncias no complexo de poros é
dependente dos receptores de importação ou exportação nuclear. Geralmente do núcleo das células para o
citoplasma, passam através do complexo de Poros Nucleares, Metabólicos e RNA Mensageiro e
Ribossômico, enquanto o citoplasma para o interior do núcleo irão atravessar Proteínas, Íons e
Nucleotídeos.
A importação de proteínas através do Complexo do Poro Nuclear, acontece por etapas, sendo:
Primeira Etapa envolve a proteína com sequência de localização nuclear (NLS), sendo identificada por outra
proteína presente, chamada Importina, ligada ao GDP (Guanina Disfofato). O complexo proteína-importina-
RAN-GDP liga-se a uma proteína específica dos filamentos citoplasmáticos do poro nuclear. O complexo é
translocado através do poro nuclear. No núcleo, o GDP ligado ao RAN é substituído por GTP, gerando uma
alteração conformacional, em seguida ocorre a liberação da proteína. O complexo importina-RAN-GTP é
exportado através do poro nuclear e o GTP é hidrolisado no citoplasma, como mostra o esquema a seguir:
Na imagem a seguir podemos observar um esfregaço sanguíneo com hemácias normais e outro
esfregaço sanguíneo com hemácias alteradas (Talassemia (forma de anemia crônica, de origem genética,
caracterizada por defeitos genéticos que resultam em diminuição da produção de cadeias que formam a
Molécula de Hemoglobina):
3 Dimensões Celulares
A maioria das células é microscópica. As células de animais e das plantas tem um diâmetro de 5 a
100nm, e muitos organismos unicelulares tem comprimento de 1 a 2nm. As células menores, certas
bactérias conhecidas como Micoplasmas, tem diâmetro de 300nm e volume de cerca de 10-14ml. Um único
Ribossomo Bacteriano tem 20nm na sua dimensãomais longa, de forma que poucos ribossomos ocupam
uma fração substancial do volume de uma célula micoplasma. O limite superior do tamanho celular
provavelmente é determinado pela taxa de difusão das Moléculas de Soluto nos sistemas aquosos, por
exemplo, uma célula bacteriana que depende de reações de consumo de O² para extrair energia deve obter
O² molecular, por difusão, a partir do ambiente através de sua membrana plasmática, cada parte do seu
Citoplasma é facilmente alcançada pelo O² que se difunde para dentro dela.
Com o aumento do tamanho celular a relação área-volume diminui, até que o metabolismo consuma
O² mais rapidamente do que o que pode ser suprido por difusão. Assim, o metabolismo que requer O²
torna-se impossível quando o tamanho da célula aumenta além de certo ponto, estabelecendo um limite
superior teórico para o tamanho das células. O O² é somente uma entre muitas espécies moleculares de
baixo peso que precisam difundir de fora para várias regiões do seu interior, e o mesmo argumento da razão
área-volume, se aplica a cada uma delas. Muitas células grandes, embora aproximadamente esféricas,
possuem superfície altamente convoluta, criando grandes áreas de superfície para o mesmo volume
facilitando a captação de combustíveis e nutrientes. A figura a seguir, mostra as vilosidades intestinais e
suas microvilosidades,especializações da superfície celular que aumentam a área de contato com os
nutrientes, facilitando sua absorção:
Células como os neurônios possuem uma elevada razão superfície/volume pelo fato de serem longas
e delgadas, em forma de estrela ou altamente ramificadas, em vez de esféricas, como podemos observar na
imagem a seguir:
4 Células e Tecidos Usados em Estudos Bioquímicos
Estudos de apenas alguns tipos de células devem gerar princípios gerais aplicáveis a todas as células
e organismos, como a bactéria Escherichia coli, a levedura Sacharomyces cerevisiae, as algas
fotossintetizantes, como Chlamydomonas, as folhas de espinafre, o fígado de rato e o músculo esquelético
de vários vertebrados.
5 Evolução e Estrutura das Células Procarióticas
Dois grandes grupos de microrganismos unicelulares podem ser distinguidos em bases genéticas e
bioquímicas: Bactérias e Archaea. Todos os organismos eucariontes, que formam o terceiro domínio,
Eukarya, evoluíram a partir do mesmo ramo que deu origem a Archaea, por isso, os eucariontes são mais
próximamente relacionados às Archaeas do que às bactérias.
Os organismos podem ser classificados pela maneira como obtém a energia e o carbono de que
necessitam para sintetizar o material celular, sendo: Fototrópicos que capitam e usam a luz solar e
Quimiotróficos que obtém sua energia pela oxidação de um combustível químico. A imagem a seguir
mostra essa classificação dos organismos:
5.1 O Estudo da Escherichia Coli
A E.coli é um habitante inofensivo do trato intestinal
humano. É um ovoide com cerca de 2mm de comprimento e
pouco menos de 1mm de diâmetro. Tem uma membrana
externa protetora e uma membrana plasmática interna que
envolve o citoplasma e o nucleoide. Entre a membrana interna
e externa existe uma fina, porém, resistente, camada de um
polímero de alto peso molecular (peptidoglicano) que confere a
célula sua forma e rigidez, chamada de cápsula, é uma estrutura
rica em glicoproteínas e diversos polissacarídeos, como pode-
se observar na imagem ao lado:
A membrana plasmática das bactérias consiste em uma Bicamada Fina de Moléculas Lipídicas
impregnadas de proteínas. Bactérias Gram-Positivas recebem este nome por colorirem com o corante
Gram, possui uma camada espessa de peptidoglicanos na parte externa da sua membrana, mas não
apresentam uma membrana externa. Já as Bactérias Gram-Negativas tem uma membrana externa
composta por uma dupla camada lipídica na qual se encontram inseridos Lipopolissacarídeos e proteínas
chamadas Porinas que proveem canais transmembrana para que compostos de baixo peso molecular e íons
possam se difundir através dessa membrana externa.
O Citoplasma da E. coli contém cerca de 15.000 Ribossomos, várias cópias de 10 a milhares de cada
uma das aproximadamente 1.000 Enzimas diferentes, talvez 1.000 Compostos Orgânicos de Massa
Molecular menor que 1.000 (metabólicos e cofatores) e uma variedade de íons inorgânicos. O nucleoide
contém uma única molécula de DNA Circular, e o Citoplasma (na maioria das bactérias) contém um ou mais
segmentos de DNA Circular chamados de Plasmídeos. Na natureza, alguns plasmídeos conferem resistência
a toxinas e antibióticos do ambiente.
Outras espécies de Bactérias e também Archaea contem uma coleção similar de moléculas, porém
cada espécie tem especializações físicas e metabólicas relacionadas ao nicho ambiental e fontes
nutricionais. Cianobactérias, por exemplo, tem membranas internas especializadas em capturar energia da
luz. Muitas arqueias vivem em ambientes extremos e tem adaptações bioquímicas para sobreviver em
extremos de temperatura, pressão ou concentração de sal. A maioria das bactérias existe na forma de
células individuais, muitas vezes associadas a biofilmes ou películas, nas quais inúmeras células se aderem
umas às outras e ao mesmo tempo ao substrato sólido que fica junto ou próximo de uma superfície aquosa.
Algumas espécies de bactérias como Mixobactéria, possuem células que mostram um comportamento
social simples, formando agregados multicelulares em resposta a sinais entre células vizinhas.
6.1 Principais Características Estruturais das Células Eucarióticas
As Células Eucarióticas Típicas são muito maiores do que as bactérias, em geral de 5 a 100mm de
diâmetro, com volume de mil a um milhão de vezes maior do que as bactérias. As caracterísrticas que
distinguem os eucariotos são o Núcleo e uma grande variedade de Organelas envoltas por membranas
com diversas funções específicas.
A Mitocôndria é considerada a usina energética da célula, onde ocorre o sítio ativo na produção de
energia (ATP), possui uma caractéristica peculiar, contém material genético próprio, fazendo com que seja
autorreplicativa, sempre que houver na célula um aumento da necessidade de ATP. Geralmente as células
que possuem um número maior de mitocôndrias são aquelas que tem demanda maior de energia, como as
células musculares. Possuem na sua estrutura uma membrana externa, membrana interna, espaço
intermembranas, matriz mitocondrial, ribossomos livres e DNA mitocondrial.
A Célula Eucarionte possui o Retículo Endoplasmático, classificado em dois tipos: Granular e
Agranular Liso. Os retículos são formados a partir da invaginação da membrana plasmática, constituído
por uma Rede de Túbulos e Vesículas Achatadas e Interconectadas, que se comunicam com o envoltório
nuclear. O Retículo Endoplasmático Granular possui ribossomos aderidos as suas cisternas, deixando um
aspecto granular, tem como função a síntese, segregação de proteínas. Já o Retículo Endoplasmático
Agranular (REA) é uma rede de membranas de formato tubular e desorganizado. Uma das características
do REA é a ausência de ribossomos aderidos as suas vesículas e possui funções distintas: síntese de lipídios,
glicólise, reservatório de cálcio e destoxificação (geralmente converte substâncias insolúveis em compostos
solúveis). Uma das funções do Retículo Endoplasmático Liso é a síntese de lipídios de membrana
(Fosfolipídios, Glicolipídios e Colesterol). Os Fosfolipídios são sintetizados no Lado Citosólico da Membrana
REL, enquanto os Glicolipídios são sintetizados no Complexo de Golgi a partir da Ceramida. No Retículo
Endoplasmático Liso, drogas insolúveis são transformadas em substâncias hidrossolúveis.
No fígado, em suas células chamadas de Hepatócitos, ocorre o acúmulo de Glicogênio. O retículo
endoplasmático liso libera a Enzima Glicose 6-fosfatase, que degradas essa molécula de glicogênio e devolve
glicose para a circulação sanguínea, controlando a glicemia do organismo. Nas Células Musculares, o
retículo endoplasmático recebe um nome especial Retículo Sarcoplasmático, onde ocorre o reservatório de
cálcio, que estará relacionado para a contração muscular.
O Complexo de Golgi é composto por cisternas envoltas por membranas achatadas e empilhadas.
Apresenta uma Face Cis (de entrada) e uma Fase Trans (de saída), responsável pelo processamento e
endereçamento de proteínas, além de realizar a Glicosilação de Glicoproteínas e Glicolipídios do retículo
endoplasmático granular. O complexo golgiense também é responsável pela formação de Acrossomo dos
Espermatozóides e possui dois tipos de secreção:
- Secreção Constitutiva acontece quando as vesículas finais golgianas são secretadas diretamente, sem
armazenamento do Cistosol, de forma constitutiva (sem sinalização), ex.: células produtoras de proteínas da
matriz extracelular.
- Secreção Regulada ocorre quando as vesículas finais golgianas são primeiramente armazenadas, podem
fundir-se umas as outras, formando grânulos de secreção que são estocados perto do ápice da célula até
haver um sinal (nervoso ou hormonal) para secreção, ex.: glândulas.
Em muitas células, o complexo golgiense localiza-se em posição constante, quase sempre ao lado do
núcleo, podendo ser encontrado disperso pelo citoplasma em outras células.
Outra Organela presente nas células eucariontes são os Peroxissomos, que são estruturas
caracterizadas pela presença de enzimas oxidativas que transferem átomos de hidrogênio de diversossubstratos para o oxigênio, realizam a desintoxicação celular e possuem uma quantidade de Enzimas
Oxidativas, que realizam oxidação formando o Piróxido de Hidrogênio, abundante nas Células Hepáticas
(400 perixissomos por célula). Surgem através de brotamentos do Retículo Endoplasmático Rugoso e
contém a maior parte da Enzima Catalase, que converte Piróxido de Hidrogênio em água e oxigênio.
As células eucariontes também possuem organelas derivadas do complexo golgiense, chamadas de
Lisossomos, que possuem formato arredondado, cheias de enzimas digestivas e envoltas por uma
membrana lipoproteíca. Possui como função a autofagia (eliminação de organelas citoplasmáticas): digestão
de partículas prejudiciais ao organismo e digestão intracelular. Possuem enzimas digestivas que degradam
substratos específicos, como Lipases e Fosfolipases, digerindo lipídios; as Proteases realizam a digestão de
proteínas; as Glicosidades, digerem Polissacarídeos e as Nucleases, que realizam a digestão de ácidos
nucleicos. As Enzimas Lisossômicas são produzidas no retículo endoplasmático granular, passam pelo
complexo golgiense, no qual são sintetizados e liberadas sob a forma de vesículas:
Os lisossomos são classificados em primários (não estão em atividades de digestão, são menores e
homogêneos) e secundários (estão em constante atividade de digestão, são maiores e heterogêneos). Além
dessas organelas, as células vegetais também tem Vacúolos (que acumulam grandes quantidades de ácidos
orgânicos) e Citoplastos (nos quais a luz solar realiza a síntese de ATP no processo de fotossíntese). No
citoplasma de muitas células estão presentes também grânulos ou gotículas contendo nutrientes
armazenados como amido e gordura.
7 Estudo dos Componentes Celulares
7.1 Organelas Isoladas por Centrifugação
Em um processo de fracionamento (como mostra a imagem a seguir), as células e tecidos em
solução são suavemente rompidos por cisalhamento físico, que rompe a membrana plasmática, mas deixa
intacta a maioria das organelas. Então o hemogeneizado é centrifugado: organelas como núcleo,
mitocôndria e lisossomos diferem em tamanho e por isso sedimentam em velocidades diferentes. Esses
métodos foram utilizados para estabelecer, por exemplo, que os lisossomos contém enzimas degradativas,
as mitocôndrias contém Enzimas Oxidativas e os Cloroplastos contém pigmentos fotossintéticos. O
isolamento de uma organela rica em determinada enzima é, com frequência, a primeira etapa de
purificação dessa enzima.
As técnicas Imunocitoquímica permitem o estudo da localização intracelular de proteínas específicas,
localiza com precisão, um determinado tipo de Molécula Proteica, excluindo todas as outras proteínas
existentes nas células. Baseia-se na Reação Antígeno-Anticorpo e pode ser classificada em:
- Imunocitoquímica Direta: consiste em descobrir em que célula ou parte dela está localizada a proteína x,
pois ela foi isolada de um órgão inteiro; injetando-se a proteína x do rato (antígeno) em um coelho, este
formará uma Gamaglobulina (anticorpo) com a propriedade de se combinar exclusivamente com a proteína
x, não se combinando com qualquer outra. O anticorpo aparece porque a proteína x pertence a um órgão
de rato e, portanto, estranha para o coelho.
- Imunocitoquímica Indireta: a marcação é colocada em um anticorpo, isto é, uma Antigamaglobulina. Por
sua sensibilidade ser maior, a demonstração de quantidades mínimas de antígeno, é a mais utilizada na
prática.
7.2 Estudo In Vitro
Em 1904, ocorreu o primeiro cultivo in vitro de crucíferas observando a necessidade de
suplementação do meio mineral com sacarose para a germinação dos embriões, bem como mostrando o
efeito das diferentes fontes de nitrogênio sobre sua morfologia. In vitro designa todos os processos
biológicos que tem lugar fora dos sistemas vivos, no ambiente controlado e fechado de um laboratório e
que normalmente são utilizadas as vidrarias. Embora sua abordagem seja muito esclarecedora, deve-se
considerar que o interior de uma célula é totalmente diferente de um tubo de ensaio.
Na célula, uma enzima está dissolvida ou suspensa no Citosol com consistência gelatinosa junto com
milhares de proteínas, e algumas se ligam à enzima e influenciam a sua atividade. Algumas enzimas são
componentes de complexos multienzimáticos nos quais os reagentes passam de uma enzima para outra,
sem interagir com o solvente. Em resumo, certa molécula pode ter um comportamento muito diferente na
célula e in vitro.
8 Evolução dos Organismos Multicelulares e a Diferenciação Celular
Todos os Organismos Eucatiotos Unicelulares modernos - os Protistas - contêm Organelas e os
mecanismos descritos anteriormente. O Reino Protista, caracteriza-se por organismos Eucariontes,
Autrótofos (sintetizam seu próprio alimento) ou Heterótrofos (ingerem partículas alimentares do meio
externo) e pelos Mixomicetos (organismos semlhantes aos fungos,
mas classificados como protistas). Os protistas são muito versáteis, por
exemplo, o Protista Paramecium que move-se rapidamente com
auxílio de uma especialização de membrana chamada cílios, ele recebe
estímulos mecânicos, químicos e térmicos do seu ambiente e
responde alterando seu caminho, consegue realizar a Fagocitose de
diversas substâncias, como as particulas alimentares, possui a
habilidade de excretar os fragmentos não digeridos: elimina o excesso
de água. Como pode-se observar na imagem a seguir:
As céluas individuais de organismos multicelulares permaneceram limitadas por membrana
plasmática, mas também desenvolveram estruturas especializadas na superfície para fixação e comunicação
entre as células. As moléculas de adesão celular permitem o contato entre células epiteliais, e este contato
é estabilizado por junções celulares especializadas. Embora moléculas de adesão sejam responsáveis pela
adesão do tipo célula-célula, essa junção celular é importante para fornecer estabilidade mais intensa. As
junções celulares podem ser de três tipos:
- Junções de Oclusão: promovem a vedação do trânsito de íons e moléculas entre as células. Os folhetos
externos da membrana plasmática das duas células se fundem. São formadas pelas Proteínas Adesivas
Claudinas e Ocludinas.
- Junções de Ancoragem ou Adesão: promovem a adeção entre as células. É uma zônula que circunda a
célula como um cinturão e possui como Proteínas Adesivas as Cadeiras. Nas junções de adesão, devemos
citar estruturas em forma de botões chamadas de Desmossomos, que também é responsável pela coesão
celular e dependentes das Proteínas Transmembranas,
chamadas de Caderinas. Existem uma doença chamada
Pênfigo Bolhoso em que ocorre a produção de anticorpos
contra a Proteína Caderina dos Desmossomos da Epiderme,
onde as pessoas desenvolvem bolhas grandes e pruriginosas,
com área de pele inflamada, como mostra a imagem ao lado:
Os Desmossomos fornecem resistência às conexões físicas entre as células, mas não impedem a
passagem de material através do espaço extracelular entre as células desconectadas.
- Junções Comunicantes ou do Tipo gap: promovem a comunicação entre as células através de um canal
chamdado Conexon. Cada Conexon é formado por seis proteínas chamadas de Conexinas. Geralmente
encontram-se abertas, provocando um aumento no cálcio intracelular, como mostra a imagem a seguir:
9 Vírus: Parasitas das Células
Os vírus são acelulares (não possuem célula), não podendo ser considerados seres vivos. Não são
capazes de se multiplicar, exceto quando parasita uma célula e utiliza essa célula para sintetizar novas
partículas virais. Na verdade, os vírus são parasitas nível molecular, pois induzem a maquinaria sintética
das células parassitadas a trabalhar para formar novos vírus, em vez de trabalhar para formar seus próprios
componentes. Os vírus são constituídos de uma Única Molécula de Ácido Nucleico (DNA ou RNA). O ácido
nucleico é envolvido por uma Capa Proteica chamada Capsídeo, onde encontramos as proteínas virais, que
determinam a célula que o vírus irá infectar.
Os vírus existem em dois estados: Fora das céulashospedeiras que os formam, sendo
seimplesmente partículas não vivas chamadas de Vírions, que podem ser cristalizados. Quando o vírus ou
seu componente nucleico entra em uma célula hospedeira específica, ele se torna um Parasita Intracelular.
O ácido nucleico viral transporta a mensagem genética especificando a estrutura do virion intecto. Ele
desvia os Ribossomos e as enzimas das células hospedeiras das suas funções celulares normais para a
construção de muitas novas partículas virais filhas. Em consequência, uma Progênie de centenas de vírus
pode originar-se de apenas um vírion, que infecta a célula hospedeira. Em alguns sistemas vírus-hospedeiro,
a Progênie do Vírion escapa através da Membrana Plasmática da célula hospedeira. Outros vírus produzem
a Lise Celular (quebra da membrana e morte da célula hospedeira) quando são liberados. Muito da
patologia associada com doenças virais resulta da lise da célula hospedeira.
Centenas de vírus diferentes são conhecidos, sendo cada um mais ou menos específico para uma
célula hospedeira. Geralmente os vírus que infectam as células animais não infectam os vegetais e vice-
versa. Porém existem alguns vírus vegetais que invadem e multiplicam-se nas células de insetos
disseminadores deste vírus de uma planta para outra. Os vírus que infectam as bactérias são chamados de
Bacteriógrafos ou, simplesmente, Fagos. Na imagem a seguir pode-se observar a estrutura viral:
UNIDADE II
Biomoléculas
TÓPICO I
Características Gerais
2 Composição e Ligação Química
Dos mais de 90 elementos químicos que ocorrem naturalmente, apenas cerca de 30 são essenciais
para os organismos vivos. A maioria destes elementos tem números atômicos relativamente pequenos e
apenas cinco tem número de atômico acima de Selênio. Os quatro elementos químicos mais abundantes
nos organismos em termos de porcentagem de número total de átomos, são o Hidrogênio, Oxigênio,
Nitrogênio e o Carbono, que juntos perfazem mais de 99% da massa da maioria das células. São os
elementos mais leves, capazes de formar 1, 2, 3 e 4 ligações, respectivamente. Em geral, os elementos mais
leves formam as ligações químicas mais fortes.
3 Biomoléculas são Compostos de Carbono
A química dos organismos vivo está organizado ao redor do elemento carbono, o qual representa
mais da metade do peso seco das células. Os Átomos de Carbono compartilham pares de Elétrons entre si
para formar ligações simples carbono-carbono, os quais são muito estáveis. Cada átomo de carbono pode
formar ligações simples com 1, 2, 3 ou 4 átomos de carbono. Dois átomos de carbono podem também
compartilhar dois (ou três) pares de elétrons, formando ligações duplas ou triplas carbono-carbono.
Átomos de carbono unidos entre si podem formar: Cadeias Lineares, Cadeias Ramificadas e Estruturas
Cíclicas. Os grupos de átomos, chamados Grupos Funcionais, são adicionados a Esqueletos Carbônicos,
conferindo propriedades químicas específicas à molécula assim formada. Moléculas que contém esqueletos
carbônicos são chamados de Compostos Orgânicos, ocorrem em uma variedade quase ilimitada. Nenhum
outro elemento químico pode formar moléculas com tanta diversidade de formas e tamanhos ou com tal
variedade de grupos funcionais, como pode-se observar na imagem a seguir:
4 Grupos Funcionais Determinam as Propriedades Químicas
A maioria das biomoléculas podem ser vistas como derivadas dos Hidrocarbonetos, que são
compostos formados por um esqueleto de átomos de carbono ligados covalentemente entre si e aos quais
estão ligados apenas Átomos de Hidrogênio. Os átomos de hidrogênio podem ser substituídos
individualmente por uma grande variedade de grupos funcionais para formar famílias diferentes de
compostos orgânicos, como: os Álcoois, que possuem um ou mais grupos hidroxila; Aminas, possuidoras do
grupo funcional amino; Aldeídos e as Cetonas, que possuem o grupo carbonila e os Ácidos Carboxílicos, que
exibem os grupos carboxilas. Na imagem a seguir, pode-se observar todos os grupos em sua forma neutra
(não ionizada), pode ser um simples átomo de H, mas tipicamente ele é uma proção que contém carbono.
Quando dois ou mais constituintes são mostrados em uma molécula, iremos designar R¹, R², e assim por
diante.
5 Estrutura Tridimensional: Configuração e Conformação
Os compostos de carbono podem existir como Estereoisômeros (moléculas nas quais a ordem das
ligações é a mesma, mas a relação espacial entre os átomos é diferente, interações moleculares entre
biomoléculas são invariavelmente estereoespecíficas, isto é, requerem estereoquímica específica nas
moléculas interativas). A imagem a seguir ilustra a configuração estereoquímica das moléculas simples. O
modelo bola e bastão representa melhor os ângulos entre as ligações e o comprimento da ligação centro a
centro, enquanto os contornos das moléculas são bem mais representados pelos modelos do tipo espaço
cheio.
A configuração de uma molécula é alterada pela rotação ao redor das ligações simples. O termo
Configuração Molecular refere-se ao arranjo espacial dos grupos substituintes que são livres para assumir
diferentes posições no espaço, sem a quebra de qualquer ligação, por exemplo, no Etano, no
Hidrocarboneto Simples, existe uma liberdade de rotação quase completa ao redor da ligação simples
carbono-carbono. Muitas configurações moleculares diferentes e interconvertíveis de etano, são possíveis,
dependendo do grau de rotação.
6 Reatividade Química
Os grupos funcionais alteram a distribuição eletrônica e a geometria dos átomos vizinhos e dessa
maneira afetam a reatividade química de toda a molécula. Embora um grande número de reações químicas,
diferentes ocorra em uma célula típica, estas reações são de apenas alguns tipos gerais. Nas reações
químicas, ligações são quebradas e novas são formadas. A força de uma ligação química depende de
Eletronegatividades Relativas - as afinidades relativas por elétrons - dos elementos ligados, da distância dos
elétrons que participam da ligação em relação a cada um dos núcleos e da carga nuclear de cada átomo.
Quanto maior for o número da eletronegatividade tanto mais eletronegativo é o elemento. O número de
elétrons compartilhados também influencia a força da ligação; ligações duplas são mais fortes que ligações
simples, e ligações triplas são ainda mais fortes.
A força de ligação química é expressa em joules (unidade de energia no Sistema Internacional de
Unidades, utilizado para conversões, 1 cal é igual a 4.184J), e conhecida como energia de ligação. Quando o
movimento molecular é violento, Vibrações Intramoleculares e colisões intermoleculares, algumas vezes,
quebram ligações e permitem a formação de novas. Quando ocorre essa quebra e a formação de novas
ligações, a diferença entre energia do ambiente na formação de novas ligações é virtualmente idêntica à
Variação da Entalpia para a reação. A maioria das células tem a capacidade de realizar milhares de
reações específicas e enzimaticamente catalisadas, por exemplo, a transformação de nutrientes simples,
como a glicose em aminoácidos, nucleotídeos ou lipídios; a extração de energia dos alimentos por oxidação
ou polimerização ou subunidades em macromoléculas. As reações nas células pertencem a um dos cinco
tipos (ou categorias) gerais:
1 - Oxidação - Redução; 2 - Reações que formam ou quebram ligações carbono-carbono;
3 - Reações que rearranjam a estrutura das ligações ao redor de um ou mais átomos de carbono;
4 - Transferência de grupos funcionais;
5 - Reações nas quais duas moléculas se condensam com a eliminação de uma molécula de água;
Nas ligações Carbono - Hidrogênio, o carbono mais eletronegativo possui os dois elétrons
compartilhados com H; Nas ligações Carbono - Oxigênio, os dois elétrons estão deslocados unicamente em
favor do oxigênio. Na transformação de - CH3 (um alcano) para CH2OH (um álcool), o átomo perde elétrons,
o que é por definição: Oxidação. A imagem a seguir mostra que os átomos de carbono, podem existir em
Cinco Estados de Oxidação (Alcano, Álcool, Aldeído, Ácido Carboxílicoe Dióxido de Carbono), dependendo
dos elemento com os quais o carbono compartilha elétrons.
Em muitas oxidações biológicas, um composto perde dois elétrons e dois íons de hidrogênio (isto é,
dois átomos de hidrogênio); essas reações são chamadas de Desidrogenações e as Enzimas que as
catalisam são chamadas de Desidrogenases. Em algumas oxidações biológicas, um átomo de carbono
torna-se covalentemente ligado a um átomo de oxigênio. As enzimas que catalisam essas oxidações são
geralmente chamadas de Oxidases. Toda oxidação é acompanhada de redução, na qual um grupo que
recebe elétrons adquire os elétrons removidos pela oxidação. A maioria das células vivas obtém energia
necessária para o trabalho celular oxidando combustíveis, como carboidratos ou gorduras. Organismos
Fotossintéticos também podem usar a energia solar. As Vias Catabólicas são reações de oxidação-redução
em cadeia que resultam na transferência de elétrons das moléculas combustíveis por meio de uma série de
transportadores de elétrosn até oxigênio.
7 Macromoléculas e suas Subunidades Monoméricas
Macromoléculas são moléculas encontradas no interior das células, polímeros de alto peso
molecular construídos com percursores relativamente simples. Os Polissacarídeos, Proteínas e Ácidos
Nucleicos, podem ter pesos moleculares variando de milhares até bilhões (DNA), são construídos pela
polimerização de subunidades relativamente pequenas, de peso molecular ao redor de 500 ou menos. A
Síntese de Macromoléculas é uma atividade que pode ser classificada como forte consumidora de energia.
A água é o composto simples mais abundantena E. coli e em todas as outras células e organismos. Em todos
os tipos de células, quase toda a matéria sólida, é substância orgânica e está presente em quatro formas
principais: Proteínas, Ácidos Nucleicos, Carboidratos e Lipídios. Os sais inorgânicos e os elementos
minerais constituem apenas uma fração pequena do peso seco total.
Proteínas são polímeros de Aminoácidos, constituem ao lado da água a maior fração das células,
algumas tem atividade catalítica funcionando como enzimas, outras servem como elementos estruturais e
no caso de receptores transportam sinais específicos ou substâncias específicas (no caso das proteínas de
transporte) para o interior e exterior das células. As proteínas são consideradas as mais versáteis das
biomoléculas. Os ácidos nucleicos, são polímeros de nucleotídeos, armazenam, transmitem e transcrevem
a informação genética. Carboidratos, Polímeros de Açúcares ou Hidratos de Carbono, tem duas funções:
Armazenadores de Energia (na forma de glicogênio e amido) e como Elementos Estruturais (celulose e
quitina). Carboidratos (oligossacarídeos) ligados as proteínas ou lipídios na superfície celular servem como
Receptores para Sinalizadores Específicos. Lipídios Derivados Oleaginosos dos Hidrocarbonetos, servem
como componentes estruturais das membranas e como forma de armazenamento de alimentos ricos em
energia. Todas essas quatro classes de grandes biomoléculas são sintetizadas em reações de
condensação.
Alguns Aminoácidos agem como neurotransmissores e como percursores de hormônios e toxinas. A
Adenina serve tanto como subunidades nas estrutura dos ácidos nucleicos e do ATP, como
neurotransissora. Os Ácidos Graxos servem como componentes de membranas lipídicas complexas, como
gorduras ricas em energia e que funcionam como reserva de alimentos e também como precursores de um
grupo de moléculas sinalizadoras potentes, os Eicosanoides.
TÓPICO II
Água
2 Pontes de Hidrogênio
A ligação de Hidrogênio entre moléculas de água fornecem as forças coesivas que fazem da água um
líquido à temperatura ambiente e um sólido cristalino (gelo) com arranjo altamento ordenado de moléculas
em temperaturas frias. Ligações ou Pontes de Hidrogênio são responsáveis pelas propriedades incomuns da
água. A água tem ponto de fusão, ebulição e calor de vaporização mais alto que os demais solventes. Esssas
propriedades incomuns são uma consequência da atração entre as moléculas de água adjacentes que
oferecem a água líquida grande coesão interna. A visualização da estrutura eletrônica da molécula de H2O
revela a origem dessas atrações intermoleculares. Cada átomo de hidrogênio de uma molécula de água
compartilha um par de alétrons com o átomo central do oxigênio. A figura a seguir mostra a natureza
bipolar da molécula de água em modelo de esfera e bastão, as linhas tracejadas representam os orbitais
não ligantes. Existe um arranjo tetraédrico dos pares de elétrons mais externos da camada ao redor do
átomo de oxigênio; os dois átomos de hidrogênio tem cargas parciais positivas e o átomo de oxigênio tem
carga parcial negativa. EM (b) vê-se duas moléculas de H2O unidas por ligações de hidrogênio,
representadas por três linhas azuis:
As ligações de hidrogênio se formam prontamente entre um átomo eletronegativo (aceptor de
hidrogênio, geralmente oxigênio e hidrogênio) e um átomo de hidrogênio ligado covalentemente a autro
átomo eletronegativo (doador de hidrogênio) na mesma molécula ou em outra. Os átomos de hidrogênio
covalentemente ligados a átomos de carbono não participam de ligações de hidrogênio, porque o átomo de
carbono é somente um pouco mais eletronegativo que o hidrogênio e, portante, a ligação C-H é levemente
polar, como pode-se observar na imagem a seguir:
3 Interações de Van Der Waals
Quando dois átomos não carregados são colocados próximos um ao outro, as suas nuvens
eletrônicas influenciam uma à outra. A atração fraca dos dois dipolos, aproximando os núcleos, são
chamadas de Interações de Van Der Waals (também connhecidas como Forças de London). No ponto no
qual a atração líquida é máxima, diz-se que o núcleo está em contato de Van Der Waals. Cada átomo tem
um raio de Van Der Waals caraacterístico.
4 Ionização da Água, Ácidos Fracos e Bases Fracas
A Ionização da água pode ser descrita por uma constante em equilíbrio. Quando ácidos fracos são
dissolvidos na água, eles contribuem com um H1 por ionização: Bases Fracas consomem um H1 tornando-se
protonadas, processos esses que também são governados por constantes de equilíbrio. Para predizer o
estado de ionização de solutos na água, deve-se considerar as constantes de equilíbrio relevantes para cada
reação de ionização. O produto iônico da água, Kw, é a base para a Escala pH, sendo um meio conveniente
de designar a concentração de H1 (r, portanto, de OH-) em qualquer solução aquosa no intervalo de 1,0 M
H1 e 1,0 M OH-. O termo pH é definido pela expressão:
5 Ação Tamponante contra as Variações de pH nos Sistemas Biológicos
Células e organismos mantém um pH Citosólico específico e constante, em geral, perto do pH 7,
mantendo biomoléculas em seu estado iônico otimizado. Em organismos multicelulares, o pH dos fluídos
extracelulares também é rigorosamente regulado. A constância do pH é atingida por tampões biológicos:
misturas de ácidos fracos e suas bases conjugadas. No ponto central de tamponamento, no qual a
concentração do doador de prótons (ácido acético) é exatamente igual ao aceptor de prótons (acetato), a
força de tamponamento no sistema é maxima: isto é, seu pH muda menos pela adição de H1 ou OH- é
adicionada, mas essa mudança é muito pequena comparada com a mudança de pH que resultaria se a
mesma quantidade de H1 ou OH- fosse adicionado à água pura ou a uma solução salina de um ácido forte e
de uma base forte, como NaCl, que não tem poder tamponante.
A figura a seguir explica como um sistema tampão funciona. Sempre que H1 ou OH- é adicionado
em um tampão, ocorre uma pequena mudança na razão das concentrações relativas dos ácidos fracos e
seus Ânions e, portanto, uma pequena mudança no pH. O decréscimo na concentração de um componente
no sistema é equilibrado exatamente pelo aumento do outro. A soma dos componentes do tampão não
muda somente a sua razão.
Os dois tampões biológicos importantes são o Sistema Fosfato e o Bicarbonato. O tampão fosfato,
age no citoplasma de todas as células, consiste em H2PO4 - como doador de prótons e HPO comoaceptor
de prótons, é mais efetivo em um pH perto do seu pka de 6,86, portanto, tende a resistir a mudança de pH
em um intervalo de 5,9 e 7,9, esse é, então, um tampão efetivo em fluidos biológicos.
TÓPICO III
Aminoácidos, Peptídeos e Proteínas
2 Aminoácidos
Os aminoácidos são compostos de Carborno, Hidrogênio, Oxigênio e Nitrogênio, são responsáveis
pelo correto funcionamento do organismo, bem como na formação de músculos, enzimas, células do
sistema imunológico, entre outras funções. Proteínas são polímeros de aminoácidos, com cada resíduo de
aminoácido ao seu vizinho por um tipo específico de ligação covalente. As proteínas podem ser degradadas
(hidrolisadas) em seus aminoácidos constituintes por vários métodos. Vinte aminoácidos diferentes são
comumentemente encontrados em proteínas. A Asparinga foi descoberta pela primeira vez no aspargo e o
Glutamato no glúten do trigo; a Tirosina foi isolada a primeira vez a partir do queijo; e a Glicina foi assim
denominada devido ao seu sabor adocicado.
2.1 Características Estruturais
Todos os 200 tipos de Aminoácidos comuns são a-aminoácidos. Tem um grupo carboxila e um
grupo amino ligados ao mesmo átomo de carbono (o carbono a):
Alguns aminoácidos são resíduos modificados após a síntese de uma proteína; outros são
aminoácidos presentes em organismos vivos, mas não como constituintes de proteínas. Foram atribuídas
aos aminoácidos comuns das proteínas abreviações de 3 letras e símbolos de uma letra utilizados como
abreviaturas para indicar a composição e a sequência de aminoácidos polimerizados em proteínas. O código
de três letras é transparente, como mostra a imagem a seguir:
2.2 Classificação pelo Grupo R
O conhecimento das propriedades químicas dos aminoácidos comuns é fundamental para a
compreensão da bioquímica. Os aminoácidos são classificados em relação às gradações de polaridade,
tamanho e forma dos grupos R: Grupos R Apolares, Alifáticos - Os grupos R nesta classe de aminoácidos
são apolares hidrofóbicos. As cadeia laterais de Alanina, Valina, Leucina e Isoleucina tendem a se agrupar
no interior de proteínas, estabilizando a estrutura proteica por meio de interações hidrofóbicas. A Glicina
tem a estrutura mais simples, embora seja facilmente agrupada com os aminoácidos apolares, sua cadeia
lateral muito pequena não
contribui realmente para
interações hidrofóbicas. A
Metionina, um dos dois
aminoácidos que contém enxofre,
tem um grupo tioéter ligeiramente
apolar em sua cadeia lateral. A
Prolina tem cadeia lateral alifática
com estrutura cíclica distinta. O
grupo amino secundário (imino)
de resíduos de prolina é mantido
em uma configuração rígida que
reduz a flexibilidade estrutural de
regiões polipeptídicas contendo
prolina.
Grupo R Aromáticos - Fenilalanina, Tirosina e
Triptofano, com suas cadeias laterias aromáticas, são
apolares (hidrofóbicos). Todos podem participar em
interações hidrofóbicas. O Grupo Hidroxila de tirosina
pode formar ligações de hidrogênio e é um importante
grupo funcional em algumas enzimas. A Tirosina e o
Triptofano são mais polares do que a Filalanina.
Grupo R Polares, Não Carregados, esse grupo de
aminoácidos são mais solúveis em água, ou mais
hidrofílicos do que aqueles apolares, porque contém
grupos funcionais que formam ligações de hidrogênio
com a água. Os Grupos Hidroxila da Serina e Treonina e
os Grupos Amida da Aparagina e Glutamina contribuem
para suas polaridades.
Grupos R Carregados Positivamente
(básicos), os aminiácidos nos quais os grupos R tem
uma carga positiva significativa em pH 7,0 são a
Lisina, Arginina e Histidina, seus resíduos facilitam
muitas reações catalisadas por enzimas,
funcionando como doadores/aceptores de prótons.
Grupos R Carregados Negativamente
(ácidos), os dois aminoácidos que apresentam grupos
R com carga negativa final em pH 7,0 são o Aspartato
e o Glutamato, cada um tem um segundo grupo
carboxila.
2.3 Propriedades dos Aminoácidos
As propriedades compartilhadas de muitos aminoácidos permitem algumas generalizações
simplificadas sobre seu comportamento ácido-básico. Todos os aminoácidos com um único Grupo a-amino,
um único Grupo a-carboxila e um Grupo R não Ionizável tem curvas de titulação semelhantes à da Glicina.
Esses aminoácidos tem valores de pKa muito semelhantes, mas não idênticos. Aminoácidos com o Grupo R
Ionizável tem curvas de titulação mais complexas, com três estágios correspondendo às três etapas
possíveis de ionização, assim, eles possuem três valores de pKa. O estágio adicional para a titulação do
grupo R Ionizável se funde, em algum grau, com aquele para a titulação do grupo a-carboxila, para a
titulação do grupo a-amino, ou ambos.
3 Peptídeos e Proteínas
Os Polipeptídeos que ocorrem biologicamente variam em tamanho de pequenas a muito grandes,
consistindo em dois ou três a milhares de resíduos de aminoácidos ligados. Duas moléculas de aminoácidos
podem ser ligadas de modo covalente por meio de uma ligação amida substituída, denominada Ligação
Peptídica, a fim de produzir um Dipeptídio, essa ligação é formada pela remoção de elementos de água
(desidratação) do grupo a-carboxila de um aminoácido e do grupo a-amino do outro. A formação da
Ligação Peptídica é um exemplo de uma reação de condensação, uma classe comum de reações nas
células vivas. Em condições bioquímicas padrão, o equilíbrio para a reação mostrada favorece os
aminoácido em relação ao Dipeptídio. Para tornar a reação
mais favorável, o grupo carboxila deve ser modificado ou
ativado quimicamente, de modo que o grupo hidroxila
possa ser rapidamente eliminado. Três aminoácidos
podem ser unidos por duas Ligações Peptídicas para
formar um Tripeptídeo; Quatro aminoácidos podem ser
unidos para formar um Tetrapeptídeo; Cinco para formar
um Pentapeptídeo, e assim por diante. Essa estrutura de
união é chamada de Polipeptídeo.
3.1 Aspectos Gerais da Estrutura Proteica
A estrutura de grandes moléculas, tais como proteínas, pode ser descrita em vários níveis de
complexidade, arranjada em um tipo de hierarquia conceitual. Uma descrição de todas as ligações
covalentes (principalmente as ligações peptídicas e as ligações dissulfeto) ligando resíduos de aminoácidos
em uma cadeira polipeptídica é sua estrutura primária, onde o principal elemento é a sequência de resíduos
de aminoácidos. A diferença na estrutura primária podem ser especialmente informativas. Cada proteína
tem um número e uma sequência de resíduos de aminoácidos distintos.
3.2 Estrutura Secundária das Proteínas
Refere-se a arranjos particularmente estáveis de resíduos de aminoácidos dando origem a padrões
estruturais recorrentes. O termo estrutura refere-se a qualquer segmento de uma cadeia polipeptídica e
descreve o arranjo espacial de seus átomos na cadeia principal, sem considerar a posição de suas cadeias
laterais ou sua relação com outros segmentos.
3.3 Estruturas Terciárias e Quaternárias das Proteínas
A Estrutura Terciária inclui aspectos de alcance mais longo da sequência de aminoácidos, que estão
bem distantes na sequência polipeptídica e em diferentes tipos de estruturas secundárias podem interagir
na estrutura proteica completamente dobrada. O arranjo das subunidades proteicas em complexos
tridimensionais constitui a Estrutura Quartenária. Considerando estes níveis mais altos de estrutura, é
conveniente designar dois grandes grupos nos quais muitas proteínas podem ser classificadas: Proteínas
Fibrosas, com cadeias polipeptídicas arranjadas em longos filamentos ou folhas, e Proteínas Globulares,
com cadeias polipeptídicas dobradas em forma esférica ou globular.
3.4 Desnaturação Proteica e Enovelamento
A manutenção contínua do grupo ativo de proteínas celulares, necessárias em um dado conjunto
de condições, é chamada Proteostase, que requer uma atividade coordenada de vias para síntese e
enovelamento de proteínas, o redobramento de proteínas parcialmente desdobradas e o sequestro e
degradação de proteínas irreversivelmente desbobradas. Em todas as células, essas redes envolvem
centenas de enzimas e proteínas especializadas.Na imagem a seguir é possível observar que a vida de uma proteína engloba mais de que sua
síntese e degradação. A estabilidade marginal da maioria das proteínas pode produzir um Balanço Tênue
entre os estados dobrados e desdobrados.
A medida que as proteínas são sintetizadas nos Ribossomos, elas devem dobrar-se em sua conformação
nativa, algumas vezes isso ocorre de forma espontânea, porém, frequentemente com a assistência de
enzimas e complexos especializados chamados Chaperonas. As proteínas inapropriadamente dobradas
frequentemente expõem Superfícies Hidrofóbicas que as tornam “pegajosas”, conduzindo à formação de
agregados inativos. Esses agregados podem perder suas funções normais, mas não são inertes; seu acúmulo
nas células situa-se no centro de doenças que vão de diabetes a doenças de Parkinson e Alzheimer. Não
surpreendentemente, todas as células eleboram vias de reciclagem e/ou degradação de proteínas
irreversivelmente deformadas, essa perda da Estrutura Tridimensional que causa a perda de função é
chamada de Desnaturação. O Estado Desnaturado não necessariamente corresponde ao desdobramento
completo da proteína e à randomização da conformação. Na maioria das condições, as proteínas
desnaturadas, existem como um conjunto de estados parcialmente dobrados. A maioria das proteínas pode
ser desnaturada pelo calor, que tem efeitos complexos nas muitas interações fracas da proteína
(principalmente sobre as ligações de hidrogênio).
3.5 Funções das Proteínas
As proteínas podem ter função estrutural, participando na composição de várias estruturas do
organismo. sustentando e promovendo rigidez, como a Queratina, Colágeno e Elastina. Existem proteínas
que promovem a defesa do organismo contra microrganismos e substâncias estranhas, como os
Macrófagos e as Imunoglobulinas. Outras funções desempenhadas pelas proteínas envolvem a Ação
Catalítica, transportadora (hemoglobina transportando gases respiratórios), nutritiva e energética,
promovem a contração e podem atuar como mensageiros químicos (hormônios).
TÓPICO IV
Enzimas
2 Função Enzimática
As Enzimas são proteínas que controlam a velocidade e regulam as reações que ocorrem no
organismo, como digestão de alimentos, envio de sinais nervosos ou contração de músculos que não
ocorrem em velocidades adequadas sem catálise. As enzimas controlam esses problemas ao
proporcionarem um ambiente adequado para que uma dada reação possa ocorrer mais rapidamente. A
reação catalisada pela enzima ocorre confinada em um bolsão denominado Sítio Ativo. A molécula que se
liga no sítio ativo e sobre a qual a enzima age é denominada Substrato.
3 Cinética Enzimática
É a abordagem para entender o mecanismo das enzimas, determinar a velocidade da reação e
como ela se modifica em resposta às mudanças nos parâmetros experimentais. Um fator-chave que afeta a
velocidade das reações catalisadas pelas enzima é a concentração do substrato (S). Os estudos dos efeitos
da concentração do substrato é complicado pelo fato de (S) modificar-se durante o curso de uma reação in
vitro à medida que o substrato é convertido em produto. As enzimas tem um pH (ou uma faixa de pH)
ótimo na qual a velocidade catalítica é máxima; a atividade decresce em pH maior ou menor. As cadeias
laterais dos aminoácidos do sítio ativo podem funcionar como ácidos ou bases fracas em funções críticas
que dependem da manutenção de certo estado de ionização, e em outras partes da proteína, as cadeias
leterais ionizáveis podem ter participação essencial nas interações que mantêm a estrutura proteica.
3.1 Enzimas Reguladoras
Tem a atividade catalítica aumentada ou diminuída em resposta a certos sinais. Ajustes na
velocidade das reações catalisadas por enzimas regulatórias e na velocidade da sequência metabólica
inteira permitem que as células atendam às necessidades de energia e das biomoléculas de que precisam
para crescer e se manter. As atividades das enzimas regulatórias são moduladas de várias maneiras.
Enzimas Alostéricas agem como meio de ligações reversíveis e não covalentes com compostos regulatórios
denominados Moduladores Alostéricos ou Efeitos Alostéricos, que geralmente são metabólitos pequenos
ou cofatores. Algumas enzimas são estimuladas ou inibidas quando estão ligadas a proteínas regulatórias
distintas. Outras são ativadas quando segmentos peptídicos são removidos por proteólise. Diferentemente
da regulação mediada por efetores, a regulação por proteólise é irreversível. Exemplos importantes desses
mecanismos são encontrados em processos fisiológicos como digestão, coagulação do sangue, ação
hormonal e visão.
TÓPICO V
Carboidratos e Glicoconjugados
2 Monossacarídeos e Dissacarídeos
Os Monossacarídeos são os compostos mais simples de carboidrato, possuindo entre três e sete
carbonos. São sólidos, cristalinos e incolores solúveis em água, mas insolúveis em apolares. São compostos
por cadeias de carbono não ramificadas, nas quais todos os átomos de carbono são unidos por ligações
simples. Nessa forma de cadeia aberta, um dos átomos de
carbono está ligado duplamente a um átomo de O²,
formando um grupo carbonil; os outros átomos de carbono
estão ligados, cada um, a um grupo de Hidroxila. Quando o
grupo carbonil está na extremidade da cadeia de carbonos
(isto é, um grupo aldeído), o monossacarídeo é um Aldose
(composto de uma única unidade sacarídea); quando o grupo
carbonil está em qualquer outra posição (em um grupo
Cetona), o monossacarídeo é uma Cetose. Os
monossacarídeos mais simples são as duas trioses de três
carbonos: Gliceraldeídos (Aldotrioses) e di-hidroxiacetonas.
Onde existem monossacarídeos com 4, 5, 6 e 7 átomos de carbono no esqueleto são chamados de
Tetroses, Pentoses, Hexoses e Heptoses. Existem Aldoses e Cetoses para cada um desses comprimentos de
cadeia: Aldotetroses e Cetotetroses, Aldopentoses e Cetopentoses, e assim, por diante. As Hexoses, que
incluem a aldo-hexoseD-glicose e a ceto-hexose D-frutose, são os monossacarídeos mais comuns na
natureza - os produtos da fotossíntese e os intermediários-chave das sequências de reações produtoras de
energia centrais da maioria dos organismos. As Aldopentoses Ribose e Desoxirribose são componentes dos
nucleotídeos e do ácidos nucleicos.
Pode-se observar que a nomemclatura dos monossacarídeos envolve três etapas:
1. Verificar se é uma Aldose ou uma Cetose. 2. Verificar a quantidade de átomos de carbono.
 3. Acrescentar o sufixo Ose.
Os monossacarídeos podem ser oxidados por agentes oxidantes suaves, como o íon cúprino (Cu21).
O íon cúprino oxida a glicose e certos outros acúcares a uma complexa mistura de Ácidos Carboxílicos, essa
é a base da reação de Fehling, teste semiquantitativo para a presença de açúcar redutor, que por muitos
anos foi utilizado para detectar e dosar níveis elevados de glicose em pessoas com DM. Os Dissacarídeos
(como maltose, lactose e sacarose) consistem em 2 monossacarídeos covalentemente por uma ligação O-
glicossídica, formada quando um grupo de hidroxila de uma molécula de açúcar, normalmente cíclica,
reage com o carbono anomérico de outro. Ligações Glicossídicas são hidrolisadas por ácido, mas resistem à
clivagem por base. Assim, os dissacarídeos podem ser hidrolisados para organizar seus componentes
monossacarídeos livres por fervura em ácido diluído. Ligações N-glicosídicas unem o carbono anomérico de
um açúcar a um átomo de nitrogênio em glicoproteínas e nucleotídeos.
3 Polissacarídeos
Também chamados de Glicanos, são carboidratos que por hidrólise, originam uma grande
quantidade de monossacarídeos. Contém somente uma única espécie monomérica; os
Heteropolissacarídeos contém 2 ou mais tipos. Homopolissacarídeos, como amido e glicogênio, servem
como formas de armazenamento para monossacarídeos utilizados como combustíveis. Outros
homopolissacarídeos, como celulose e quitina, atuam como elementos estruturais em paredes celulares de
plantas e em exoesqueletos de animais. Os Heteropolissacarídeos fornecem suporte extracelular para
organismos de todos os reinos,por exemplo, a camada rígida do envelope celular bacteriano (o
Peptidoglicano) é parcialmente composta por um heteropolissacarídeo construído por duas unidades
alternadas de monossacarídeo. Nos tecidos animais, o espaço extracelular é preenchido por alguns tipos de
heteropolissacarídeos, os quais formam uma matriz que conecta células individuais e fornece proteção,
forma e suporte para células, tecidos e órgãos.
Os polissacarídeos de armazenamento importantes são o amido, em células vegetais, e o
glicogênio, em células animais. Ambos ocorrem intracelularmente em grandes agrupamentos ou grânulos.
Moléculas de amido e glicogênio são extremamente hidratadas, pois tem muitos grupos hidroxila expostos
e disponíveis para formarem ligações de hidrogênio com a água. A maioria das células vegetais possui a
capacidade de sintetizar amido, e o seu armazenamento é abundante em tubérculos - como a batata - e em
sementes; O amido contém dois tipos de polímero de glicose, amilose e amilopectina. O glicogênio é o
principal polissacarídeo de armazenamento das células animais. Como a Amilopectina, o glicogênio é um
polímero formado pela união de várias moléculas de glicose, é abundante no fígado, podendo constituir
até 7% do peso líquido, também está presente no músculo esquelético, nos hepatócitos, em grandes
grânulos, os quais são agrupamentos de grânulos menores compostos por moléculas únicas de glicogênio,
altamente ramificadas, com massa molecular média de alguns milhões. Esses grânulos, também
apresentam, as Enzimas responsáveis pela síntese e degradação do glicogênio. Alguns homopolissacarídeos
estão presentes como componentes estruturais na parede celular de vegetais (celulose) e no exoesqueleto
de insetos e crustáceos (quitina).
Os Heterossacarídeos, os Glicosaminoglicanos, formam uma família de polímeros lineares
compostos por unidades de dissacarídeo repetidas. Os glicosaminoglicanos são exclusivos de animais e
bactérias. O Glicosaminoglicano Ácido Hialurônico (hialuronana) forma soluções claras, altamente viscosas,
que funcionam como lubrificantes no líquido sinovial das articulações e geram a consistência gelatinosa de
humor vítreo nos olhos dos vertebrados (o ácido hialurônico pode ter aparência vítrea ou translúcida). O
ácido hialurônico também é um componente da matriz extracelular de cartilagens e tendões, em que auxilia
na resistência à tensão e elasticidade, devido a sua forte interação não covalente com outros componentes
da matriz. A Hialuronidase, enzima secretada por certas bactérias patogênicas, hidrolisa as ligações
glicosídicas do ácido hialurônico, tornando os tecidos mais suscetíveis à infecção bacterianas. Em muitas
espécies animais, uma enzima similar presente no espermatozóide hidrolisa o revestimento de
glicosaminoglicano que envolve o ovócito, permitindo a penetração do espermatozóide.
4 Glicoconjugados: Proteoglicanos, Glicoproteínas e Glicolipídios
O carboidrato que carrega a informação está covalentemente ligado a uma proteína ou lipídio,
formando um glicoconjugado, molécula biologicamente ativa.
Como mostra a imagem a seguir:
Os Proteoglicanos são macromoléculas da superfície celular ou da matriz extracelular nas quais
uma ou mais cadeias de glicosaminoglicanos sulfatados estão covalentemente unidas a uma proteína de
membrana ou a uma proteína secretada. A cadeia de glicosaminoglicano pode ligar-se a proteínas
extracelulares por meio de interações eletrostáticas entre a proteína e os açúcares negativamente
carregados do proteoglicano. Os proteoglicanos são os principais componentes de todas as matrizes
extracelulares. As glicoproteínas tem um ou alguns Oligossacarídeos de várias complexidades, unidos
covalentemente a uma proteína. Constumam ser encontradas na superfície externa da membrana
plasmática (como parte do glicocálise), na matriz extracelular e no sangue. Nas células são encontradas em
organelas específicas, como aparelho de Golgi, grânulos de secreção e lisossomos. As porções
oligossacarídeas das glicoproteínas são heterogêneas, assim, os glicosaminoglicanos, são ricas em
informação, formando locais extremamente específicos para o reconhecimento e a ligação de alta afinidade
por proteínas ligantes de carboidratos, chamadas de Lectinas. Algumas Proteínas Citosólicas e Nucleares
também podem ser glicolisadas.
Os Glicoesfingolipídios são componentes da membrana plasmática nos quais o grupo hidrofílico da
cabeça é um oligossacarídeo. Como nas glicoproteínas, os oligossacarídeos servem como pontos específicos
para o reconhecimento por lectinas. O cérebro e os neurônios são ricos em glicoesfingolipídios, os quais
auxiliam na condução nervosa e na formação da mielina. Os glicoesfingolipídios também são importantes
para a transdução de sinal celular.
TÓPICO VI
Nucleotídeos e Ácidos Nucleicos
2 Estrutura dos Nucleotídeos e Nucleosídeos
Os Nucleotídeos apresentam três componentes característicos: (1) uma base nitrogenada -
contendo nitrogênio; (2) uma pentose e (3) um ou mais fosfatos. A molécula sem o grupo fosfato é
denominada Nucleosídeo.
As bases nitrogenadas são derivadas de dois compostos relacionados: a Pirimidina (são
compostos orgânicos, a Citocina, Timina e Uracila são derivados primídicos) e a Purina (compostos
orgânicos heterocíclicos, Adenina e Guanina são compostos orgânicos). As bases e as pentoses dos
nucleotídeos comuns são compostos heterocíclicos. O DNA e o RNA contém duas bases púricas principais:
Adenina (A) e Guanina (G) e duas pirimídicas. No DNA e no RNA, uma das principais é a Citosina (C), mas a
segunda pirimidina não é a mesma nos dois: Tiamina (T) no DNA e Uracila (U) no RNA.
Os Ácidos Nucleicos são constituídos por duas pentoses. Se o açúcar e a Ribose, teremos um
ribonicleosídeo, característico do RNA. Se o açúcar é a Desoxirribose, teremos um desoxirribonucleosídeo,
característico do DNA.
3 Ligações Fosfodiésteres
Os nucleotídeos consecutivos
de ambos (DNA e RNA) são ligados
covalentemente por “pontes” de
grupos fosfato, nas quais o grupo 59-
fosfato de uma unidade nucleotídica
é ligado ao grupo 39-hidroxila do
próximo nucleotídeo, criando uma
Ligação Fosfodiéster.
4 Estrutura dos Ácidos Nucleicos
4.1 Características do DNA
O DNA é uma molécula flexível, em que entre as bases nitrogenadas (Adenina e Timina)
observamos a presença de duas ligações de hidrogênio, enquanto no pareamento de Citocina e Guanina,
percebemos a presença de três ligações de hidrogênio. Ele apresenta todas as funções genéticas dos
indivíduos, sendo considerado o portador da mensagem genética. O DNA apresenta regiões específicas
chamadas de Genes, herdadas de nossos pais, nele encontramos o código necessário para a produção de
cada proteína no nosso corpo. Nas Células Eucarióticas apresenta-se de maneira linear, já nas Células
Procariontes, Mitocôndrias e Plastos, é encontrado de forma linear.
5 Características dos RNAs
A segunda maior forma de ácidos nucleicos, tem muitas funções. Na expressão genética, atua
como intermediário pelo uso da informação codificada no DNA para especificar a sequência de aminoácidos
da proteína funcional. É encontrado tanto no núcleo quanto no citoplasma e um aumento da síntese
proteica é acompanhado por um aumento na quantidade de RNA Citoplasmático e um aumento na sua taxa
de renovação. O RNA carrega a informação genética do DNA para a maquinaria biossintética do ribossomo
(RNA Mensageiro). Além do RNA Mensageiro, existe o RNA Ribossômico e o RNA Transportador. O RNA
Ribossômico participa na constituição dos ribossomos e são armazenados no núcleo da célula (região
chamada Nucléolo. Já o RNA Transportador, transporta os aminoácidos até o local da síntese de proteínas
na tradução.
6 A Química do Ácido Nucleico
O papel do RNA como repositório da informação genética depende em parte da sua estabilidade
inerente. As transformações químicas que ocorrem geralmente são lentas na ausência de um catalisador
enzimático. Outras alterações, não destrutivas, também ocorrem e são essenciais para a função, como a
separação das cadeias