Biomoléculas e sua relação com a cárie

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Biomoléculas (nutrição, dieta e cárie; bioquímica dos compostos
cariogênicos) - Laercia
- Lucy 2019.2
- Izaura 2019.2
Biomoléculas: conceito e função
● São: carboidratos, nucleotídeos, lipídeos e proteínas
● Atuam nos processos biológicos relacionados a seres unicelulares e
pluricelulares, como a respiração celular e metabolismo (servem de
substrato)
● Tem relação de indução, controle ou diminuição dos processos patológicos
→ processo multifatorial
Carboidratos
- Glicerídeos/açúcares: biomoléculas mais abundantes na Terra e representam a
principal fonte calórica de todo ser vivo
- Oxidação: principal via metabólica para produção de energia na maioria das células
não fotossintéticas
- Forma de amido e glicogênio: reserva energética das células vegetais e animais →
são aglomerados de moléculas menores (monossacarídeos, principalmente glicose)
- Relação direta com a cárie: carboidratos da dieta são metabolizados (fermentados)
pelas bactérias presentes no biofilme dental, gerando ácidos que levarão à
dissolução do mineral dos dentes (desmineralização)
- Açúcares:
→ Intrínsecos: amido, lactose
→ Extrínseco: provém da dieta; sacarose; o consumo excessivo leva à doenças
crônicas (cárie) e metabólicas (diabetes, obesidade)
- São compostos orgânicos polidroxilados (contém várias hidroxilas): aldeído
(aldeídico), cetona (cetônico)
- Tamanho molecular:
❖ Monossacarídeos:
- Única unidade de polidroxialdeído ou cetona
- Sólidos cristalinos, incolores, muito solúveis em água e muitos tem sabor
doce
- Palavra sacarídeo é derivada do grego e significa “açúcar”
- O mais abundante é a glicose
- 3 a 7 átomos de carbono
- Se diferem entre si apenas na posição da ligação da hidroxila e do hidrogênio
aos carbonos (à direita ou à esquerda), o que torna isômeros (moléculas com
a mesma fórmula molecular, mas com fórmula estrutural e função diferentes)
dando origem aos carboidratos das séries D ou L (isômeros ópticos). A
grande maioria dos monossacarídeos da natureza é da série D (D-glicose,
D-frutose, etc)
- Quando tem 5 ou mais átomos de carbono, ocorrem como estruturas cíclicas
ou em anel
- O grupo funcional do monossacarídeo ataca um dos grupos hidroxila da
molécula, formando anéis cíclicos de 6 (piranosídicos) ou 5 (furanosídicos)
- Forma cíclica forma dois isômeros (alfa e beta)
- Alfa e beta: tipos de ligações entre os monossacarídeos que compõem um
polissacarídeo, porque se reflete nas propriedades e funções que esses
polímeros apresentam na natureza
❖ Oligossacarídeos
- Dois (dissacarídeo) ou mais monossacarídeos (unidos entre si
covalentemente - até 10)
- Ligação química: ligação glicosídica, formada pela reação entre o carbono
contendo o grupo funcional aldeídico ou cetônico/anomérico de um
monossacarídeo e um dos grupos hidroxílicos (OH) do outro monossacarídeo
- A ligação glicosídica se forma em uma reação de condensação com a
liberação de uma molécula de água
- Sacarose, lactose e maltose: os mais importantes dissacarídeos na natureza
Sacarose
- Metabolizada por enzimas bacterianas do biofilme bucal (glicosiltransferases
e frutosiltransferases), sendo o mais cariogênico dos açúcares da dieta (é
facilmente fermentada a ácidos pelas bactérias do biofilme dental e serve de
substrato para a síntese de polissacarídeos extracelulares -PECs- do
biofilme); a metabolização é mais intensa que na lactose
- Energia da quebra da ligação glicosídica: leva à síntese de polissacarídeos
extracelulares que compõem a matriz extracelular do biofilme (cariogênico)
Lactose
- Galactose + glicose
- Hidrolisada pela lactase presente nas células da mucosa intestinal; é um
açúcar fermentável pelas bactérias do biofilme dental, levando à produção de
ácidos; tem fermentação lenta devido à baixa produção de ácidos e também
por induzir a quedas de pH menos proeminentes que outros sacarídeos; não
é substrato para a produção de PECs pelo biofilme dental
- Cariogenicidade do leite: relacionado apenas à lactose; a fermentação do
leite materno não é capaz de causar queda de pH suficiente para
desmineralizar o esmalte; contém alta concentração de cálcio e fosfato
(alimento anticariogênico); a caseína do leite e seus peptídeos tem
propriedades anticariogênicas, que estabiliza cálcio e fosfato em condições
supersaturantes para remineralizar o esmalte e dentina + influencia na
formação de película adquirida + diminui a atividade da glicosiltransferase +
inibe o crescimento de MO e a adesão bacteriana ao esmalte
- Apesar da lactose não ser cariogênica ao esmalte, ela pode provocar lesões
de cárie em dentina quando há superfície radicular exposta (com exposição)
pois dentina é mais solúvel do que o esmalte e uma menor queda de pH
pode ser suficiente para sua dissolução
- Idosos estão sujeitos à cárie se consumir lactose frequentemente porque as
superfícies radiculares estão expostas
Maltose
- Glicose + glicose
- Originada pela hidrólise do amido
- Na cavidade bucal, a enzima amilase salivar atua no amido e pode haver a
produção de maltose (ou mesmo moléculas livres de glicose), que são
rapidamente fermentáveis
- A maltose gerada pela digestão do amido (amilase salivar ou amilase
pancreática) é digerida pela enzima intestinal maltase, hidrolisando a maltose
em 2 moléculas de D-glicose, que são absorvidas e caem na corrente
sanguínea
❖ Polissacarídeos
- Maior parte dos carboidratos encontrados na natureza
- Também chamados de glicanos, contém mais de 20 unidades de
monossacarídeos unidos por ligações glicosídicas, e alguns podem possuir
longas cadeias com centenas ou milhares de unidades monossacarídicas
- Bactérias: armazenam energia intracelularmente na forma de
polissacarídeos, os quais são chamados de “tipo amilopectina ou glicogênio”,
por terem estruturas semelhantes a estes. Esses polissacarídeos poderiam
ser metabolizados pelas bactérias do biofilme durante períodos de jejum,
mantendo (por exemplo à noite) um baixo pH no biofilme, aumentando a
cariogenicidade do excesso de açúcar ingerido durante o dia
- Polissacarídeos com função estrutural: proteção, forma e suporte a células,
tecidos e órgãos. Ex: celulose, quitina, ác hialurônico e aquele que compõe a
parede celular das bactérias, formado por N-acetilglicosamina e ácido
N-acetilmurâmico
- No biofilme, encontram-se as PECs, compostos por unidades de D-glicose
com diferentes ligações glicosídicas. Os PECs têm diferentes graus de
solubilidade, dependendo da proporção de ligação alfa (1 3), que conferem
insolubilidade em relação à alfa (1 6 e 1 4), que conferem solubilidade à
molécula. Os PECs insolúveis mudam a estrutura da matriz do biofilme
formado, tornando-o mais cariogênico
- Podem ser classificados de acordo com os monossacarídeos que o compõe:
Homopolissacarídeos
- Contém apenas 1 tipo de monossacarídeo
- Amido e glicogênio (formados apenas por resíduos de glicose)
→ Amido:
- Principal reserva energética do vegetal, sendo um carboidrato pouco
cariogênico (pois para ser fermentado na boca, tem de ser antes
hidrolisado em unidades menores, como maltose e glicose, para se
difundir pelo biofilme dental e ser transformado em ácidos)
- Pouco cariogênico para o esmalte, podendo ser mais cariogênico
para a dentina
- Pode ser consumido em produtos misturados com sacarose, como
fórmulas infantis “maltodextrinas”, porém, esses compostos são
fermentados e baixam rapidamente o pH do biofilme dental, podendo
ser cariogênicos
→ Glicogênio:
- Principal reserva nas células animais, abundante no fígado e mm.
esquelético
- Quando presente no músculo, é a reserva inicial para atividades
físicas
- Hepático: reserva para manutenção dos níveis de glicose no sangue
durante o período de jejum
- Logo após a alimentação, a ação do hormônio insulina faz a glicose
ser retirada da corrente sanguínea e armazenada no fígado como
glicogênio. No período de jejum, as reservas de glicogênio vão sendo
gradativamente consumidas pela ação do hormônio antagonista, o
glucagon
- O transportador de glicose (leva glicose para dentro) só se abre
quando tem ligação da insulinaao seu receptor
Heteropolissacarídeos
- Contém 2 ou mais tipos de monossacarídeos
- Ácido hialurônico (formado por 2 tipos de açúcares - ácido D-glucurônico e
N-acetilglicosamina)
Nucleotídeos e ácidos nucléicos
- Os nucleotídeos são ácidos fortes (idênticos em todas as espécies) e têm várias
funções no metabolismo celular, pois formam os ác. nucleicos
- Compostos ricos em energia → direcionam os processos metabólicos e funcionam
como sinais químicos e componentes de cofatores enzimáticos
- O nucleotídeo é formado por: 1 base orgânica nitrogenada associada à 1 pentose
(açúcar) e um grupo fosfato
- Nucleosídeo: base nitrogenada + pentose
- Os ác. nucleicos são polímeros lineares de nucleotídeos e existem em dois tipos:
RNA e DNA. Os dois tem as mesmas funções universais em todas as células
(armazenamento, transmissão e tradução da informação genética)
- DNA: repositório da informação genética
- RNA: traduzir essa informação em uma estrutura proteica
- Base nitrogenada: podem ser púricas (adenina e guanina) ou pirimídicas (citosina,
timina, uracila); carregam a informação genética, ao passo que o açúcar e o grupo
fosfato apresentam papel estrutural, formando o esqueleto carbônico
- Unidades desoxirribonucleotídicas do DNA: contém a 2-desoxi-D-ribose; o termo
“desoxi” indica ausência de um átomo de oxigênio no carbono 2 da pentose; carbono
se liga ao hidrogênio
- Unidades ribonucleotídicas do RNA: contém a D-ribose; carbono se liga a hidroxila
- A fosforilação dos ribonucleotídeos e dos desoxirribonucleotídeos ocorre na posição
C-5’ (no carbono 5’ do açúcar)
- Os nucleotídeos formam coenzimas e moléculas transportadoras de energia (ATP +
seus produtos de hidrólise - ADP, AMP + intermediários ativados em processos de
biossíntese + componentes das coenzimas nicotinamida adenina dinucleotídeo,
flavina adenina dinucleotídeo e coenzima A + reguladores metabólicos, como AMP
cíclico)
- Estrutura química dos ácidos nucleicos:
→ O DNA e RNA são polinucleotídeos em que os resíduos de fosfato de cada
nucleotídeo formam ligações diéster entre C-3’ e C-5’ das pentoses
→ O grupo hidroxila 5’ de uma pentose de uma unidade nucleotídica é ligado ao
grupo hidroxila 3’ da pentose do próximo nucleotídeo por ligação fosfodiéster. Dessa
forma, o esqueleto carbônico dos ác. nucleicos consiste em grupos fosfato e pentose
alternantes, ao passo que as bases nitrogenadas podem ser consideradas grupos
laterais unidos ao esqueleto em intervalos regulares
Lipídeos
- Substâncias orgânicas oleosas: poucas solubilidade em água e denominadas
gorduras
- Principais funções: armazenamento de energia e a estrutura das membranas
biológicas, também atuando como moléculas sinalizadoras
❖ Ácidos graxos
- Orgânicos monocarboxílicos que contém um único grupo carboxila
ionizável e uma cadeia de hidrocarboneto não polar, conferindo as
propriedades de natureza gordurosa e insolúvel em água
- Geralmente tem número par de átomos de carbono, de 4 a 36
- Podem ser saturados (carbonos unidos por ligações covalentes
simples) ou insaturados (uma ou mais dupla ligações; não são
conjugadas)
- Numeração dos átomos de carbono dos ác. graxos: a carboxila é
sempre numerada como 1, sendo os demais átomos numerados
sucessivamente
- Fazem parte das membranas biológicas das nossas células:
fosfolipídeos que contêm diferentes ácidos graxos. A composição
desses ácidos pode mudar em função do ambiente onde a célula se
encontra
- Uma estratégia chave-ácido-adaptativa é a habilidade de alterar a
composição da membrana em resposta à acidificação externa
- À medida que o pH do biofilme cai, a composição de ácidos graxos da
membrana desse MO muda de um perfil predominantemente de
ácidos graxos saturados de cadeia curta para um perfil contendo
elevados níveis de ác. graxos insaturados e de cadeia longa
- S. mutans: se torna mais sensível ao pH ácido quando há perda de
ác. graxos insaturados de cadeia longa na sua membrana. Assim, a
composição de ác. graxos da membrana de S. mutans é de fato
importante para a patogênese do organismo
❖ Triacilgliceróis (TAGs)
- Também chamados de gorduras neutras, triglicerídeos ou acilgliceróis
- Mais abundante nos animais
- São ésteres de ác. graxos com o álcool glicerol → uma, duas ou três
hidroxilas do glicerol podem ser esterificadas com ácidos graxos, o
que lhes confere a designação de mono, di e triacilgliceróis. Os ác.
graxos que os compõem podem ser iguais ou diferentes (TAGs
simples ou mistos)
- São moléculas hidrofóbicas, não polares, pois não contém grupos
funcionais eletricamente carregados ou polares
- Atuam principalmente como lipídeos de reserva e ocorrem como
gotículas oleosas dispersas no citosol
- Nos adipócitos, quantidades elevadas de TAGs são armazenadas
como gotículas de gordura, que preenchem quase todo volume
celular
❖ Ceras
- Ésteres de ác. graxos de cadeia longa, saturados ou insaturados,
com álcoois de cadeia longa
- Secretadas pelas glândulas da pele como uma capa protetora
- Presentes no cabelo, lã, pêlos dos animais, penas de pássaros
aquáticos (impermeabilizando-as), e em frutos e folhas de plantas,
para proteção contra desidratação e pequenos predadores
❖ Lipídeos de membrana
- Elementos estruturais das membranas biológicas, estas, compostas
por uma bicamada lipídica que age como barreira para passagem de
moléculas polares e íons
- Possuem um grupo cabeça hidrofílico polar e caudas hidrofóbicas não
polares → anfipáticos
- Os mais abundantes são os fosfolipídios, que contêm ácido fosfórico
na sua estrutura
- Glicerofosfolipídeos (fosfoglicerídeos): associação de 2 ácidos
graxos unidos ao glicerol; um grupo altamente polar ou carregado
está ligado ao terceiro carbono do glicerol. Em todos os compostos,
um grupo cabeça está ligado ao glicerol, no qual o grupamento
fosfato tem uma carga negativa em pH neutro. O álcool polar no
grupo cabeça pode estar negativamente carregado, neutro ou
positivamente carregado. Essas cargas contribuem para as
propriedades de superfície das membranas
- Esfingolipídeos: possuem uma cabeça polar e duas caudas não
polares. São compostos de uma molécula de ácido graxo de cadeia
longa, uma molécula de aminoálcool de cadeia longa (esfingosina) e
uma cabeça polar alcoólica; o grupo da cabeça polar está ligado ao
grupo hidroxila da esfingosina e o ác graxo forma uma ligação amida
com o grupo amino da esfingosina; os carbonos C1, C2 e C3 da
molécula de esfingosina são estruturalmente análogos aos três
carbonos do glicerol nos glicerofosfolipídeos
- Esteróis: compostos caracterizados por um rígido núcleo esteroidal de
quatro anéis hidrocarboneto unidos entre si; além de fazerem parte da
membrana biológica, podem ser precursores de várias moléculas com
atividades biológicas específicas (como hormônios esteroidais e
ácidos biliares)
- Colesterol: principal esterol nas células animais e é anfipático; possui
um grupo cabeça polar (hidroxila), e núcleo esteroidal e cadeia de
carbono não polares
- Os produtos do metabolismo do ác. araquidônico são potentes
hormônios parácrinos e tem um papel na febre, inflamação e dor
- Também chamados de eicosanóides, estes compostos atuam nas
células próximas de onde ocorre sua síntese em vez de serem
transportados pela corrente sanguínea para agir nas células em
outros tecidos e órgãos
- Todos os eicosanóides são derivados do ác. araquidônico (ácido
graxo que contém 20 carbonos e poli-insaturado)
- Classes dos eicosanóides:
1. Prostaglandinas: agem em vários tecidos, regulando a síntese do mensageiro
intracelular AMP cíclico, e afetam um amplo espectro de funções, como contração
do mm. liso do útero, fluxo sanguíneo, temperatura corporal, inflamação e dor
2. Tromboxanos: produzidos pelas plaquetas; agem na formação do coágulo
sanguíneo; os fármacos anti-inflamatórios não esteroidais inibem a enzima
prostaglandina H2 sintase (ciclo-oxigenase), que catalisa a reação do ác.
araquidônico em prostaglandina e tromboxano
3. Leucotrienos: induzem a contração da musculatura lisa dos pulmões; sua alta
produçãopode causar ataques asmáticos
OBS: Antagonistas de leucotrienos e AINES: atuam na cascata após a produção de
ácido araquidônico. Já os corticosteróides (antiinflamatórios) atuam nas fosfolipases,
impedindo a produção de ácido araquidônico
Proteínas
- Moléculas que desempenham papéis centrais em todos os processos celulares e
são constituídas a partir de 20 aminoácidos primários, ligados entre si por ligações
covalentes chamadas “ligações peptídicas”
- Aminoácido > peptídeo > proteínas
❖ Aminoácidos
- Todos os 20 encontrados nas proteínas têm um hidrogênio, um grupo
carboxila, um grupo amino e um grupo R lateral variável, ligados a um
mesmo átomo de carbono, o carbono alfa
- Assim, todos os aminoácidos tem um carbono assimétrico (com 4
grupamentos distintos ligados a ele)
- Carbono alfa é um centro quiral, e os aminoácidos são oticamente
ativos, podendo assumir duas formas isoméricas, caracterizando as
formas D e L. Nas proteínas, encontram-se os L-estereoisômeros
- Podem ser metabolizados pelo biofilme dental → produtos que
elevam seu pH (amônia)
- Produção de substâncias alcalinas no ambiente oral tem potencial
para ser um fator endógeno importante para inibição de cárie
- Assim, a metabolização de certos aminoácidos (como a arginina pelo
sistema arginina desaminase presente em determinadas bactérias
orais) leva a um aumento de pH no biofilme. Com isso, os metabólitos
produzidos (citrulina, ornitina, CO2, ATP, amônia) poderiam ajudar a
reduzir a acidificação gerada a partir do metabolismo de carboidratos
e seus efeitos, reduzindo a cariogenicidade dos biofilmes orais
- São divididos de acordo com o grupo R:
1. Apolares alifáticos: glicina (é a exceção à regra do carbono
quiral pois contém duas ligações à H), alanina, prolina, valina,
leucina, isoleucina e metionina
2. Apolares aromáticos: tirosina, triptofano e fenilalanina
3. Polares não carregados: asparagina, serina, treonina, cisteína
e glutamina
4. Carregados negativamente: aspartato e glutamato
5. Carregados positivamente: arginina, lisina e histidina
- Arginina:
→ Encontrada de forma livre na saliva em concentrações
micromolares
→ Abundante em peptídeos e proteínas salivares
→ Tem sido adicionada em dentifrícios fluoretados com o objetivo de
diminuir a cariogenicidade do biofilme exposto ao açúcar e aumentar
a eficácia físico-química do fluoreto no controle da cárie
❖ Peptídeos
- Formados por aminoácidos unidos por ligações peptídicas
- Ligação peptídica: ligação amida substituída → há a remoção de uma
molécula de água do grupo carboxila de um aminoácido e do grupo
amino de outro aminoácido; é uma ligação covalente e pode ser
hidrolisada por enzimas “proteases”
- As unidades de aminoácido em um peptídeo ou proteína são
chamadas de resíduos de aminoácidos devido à perda de uma
molécula de água na ligação!!!
- São formados por 2 ou mais aminoácidos
- As proteínas são moléculas longas feitas de múltiplas subunidades,
sendo também conhecidas como polipeptídeos
- As proteínas são digeridas pelas enzimas
- As proteínas secretadas pelas glândulas salivares são rapidamente
hidrolisadas por proteases presentes na saliva, resultando em
peptídeos → estes, podem ser encontrados na película adquirida, que
recobre os dentes, em uma quantidade relativamente grande
- Dentre os peptídeos encontrados na película adquirida, estão os
derivados da estaterina, que inibem o crescimento do cristal de
hidroxiapatita. Também são encontrados peptídeos derivados da
histatina (proteína salivar com ação antifúngica). Esses achados
podem contribuir para o desenvolvimento de peptídeos sintéticos para
uso terapêutico contra cárie dental e doença periodontal
- As proteínas podem ser classificadas de concordo com sua
constituição e função
- De acordo com a constituição:
→ Simples: apenas aminoácidos em sua estrutura (ribonuclease,
albumina e queratina)
→ Conjugadas: componentes não protéicos na sua estrutura,
chamados de grupo prostético. Glicoproteínas (carboidrato),
lipoproteínas (lipídeos), metaloproteínas (íons metálicos),
fosfoproteínas (grupo fosfato). Exemplos dessas proteínas podem ser
encontrados na saliva, como as mucinas (glicoproteínas) e proteínas
ricas em prolina (fosfoproteínas)
- De acordo com a função:
→ Atividade catalítica: enzimas (catalisadores biológicos), como
amilase, lipase, sacarase e glicosiltransferase (esta última é
produzida por bactérias do biofilme que utiliza a sacarose como
substrato para síntese de PECs)
→ Nutrição e reserva: reservatório de nutrientes essenciais, como a
caseína do leite e a ovalbumina da clara do ovo (fontes de Nitrogênio)
→ Transporte: transportadores de moléculas e íons através de
membranas ou entre células. Bomba de sódio e potássio ATPase e
transportador de glicose, presentes nas membranas plasmáticas;
hemoglobina, que transporta oxigênio dos pulmões para os tecidos;
lipoproteínas de baixa densidade (LDL) e de alta densidade (HDL),
que transportam lipídios no sangue do fígado para outros órgãos
→ Contração: movimentos celulares; actina e miosina, presentes no
mm. esquelético; tubulina, encontrada em cílios e flagelos
→ Estrutura: proteínas estruturais frequentemente têm propriedades
muitos especializadas; colágeno e a fibropina, tem forma mecânica
significativa; a elastina está presente nos vasos sanguíneos e na
pele, que devem ser elásticos para funcionar apropriadamente
→ Regulação: ligação de um hormônio ou fator de crescimento ao
seu receptor na célula-alvo altera a função celular; insulina e
glucagon são hormônios peptídicos que regulam os níveis
sanguíneos de glicose; hormônios de crescimento, como fator de
crescimento derivado de plaquetas e fator de crescimento epidérmico
que estimulam crescimento e divisão celular
→ Defesa: associado à proteção. Nos vertebrados, a queratina ajuda
a proteger o organismo contra injúria mecânica e química; a proteína
fibrinogênio leva à coagulação e previnem perda de sangue quando
os vasos são danificados; as imunoglobulinas (componente de defesa
específicos do hospedeiros e presentes na saliva) são produzidas por
linfócitos quando MO invadem outros seres vivos
❖ Tipos de estruturas das proteínas
- Se diferem uma das outras devido ao número e à sequência de
resíduos de aminoácidos
- São polipeptídeos com uma sequência específica de aminoácidos
enovela-se em uma estrutura tridimensional única, que determinará a
sua função
- Proteínas são moléculas extraordinariamente complexas, e sua
estrutura pode ser considerada em quatro níveis: primária,
secundária, terciária e quaternária
Cárie dentária
- Usado para descrever os resultados (sinais e sintomas) de uma dissolução química
da superfície dentária causada por eventos metabólicos que ocorrem no biofilme
(placa bacteriana) que recobre a área afetada
- A destruição pode afetar o esmalte, dentina e cemento, e as lesões podem se
manifestar clinicamente de maneiras variadas
- As lesões resultam de um desvio na atividade metabólica e na ecologia do biofilme,
no qual acontece um descompasso no equilíbrio entre o conteúdo mineral do dente
e o fluido do biofilme → desmineralização