Baixe o app para aproveitar ainda mais
Prévia do material em texto
MÓDULO DE BIOQUÍMICA E NUTRIÇÃO Francisco D. Sacama e Sérgio F. Mafione FICHA TÉCNICA Autor Francisco Domingos Sacama, nascido em 1977, no distrito de Chimoio, província de Manica- Moçambique. Pesquisador, Docente e Consultor na área de Indústrias e Laboratórios de Alimentos e Química na Faculdade de Engenharia da Universidade Católica de Moçambique. Mestrado em Tecnologia e Qualidade de Indústrias Agro-alimentares pela Universidade Pública de Navarra-Espanha, em 2012. Licenciado em Engenharia Química pela Universidade Eduardo Mondlane-Moçambique, em 2006. Autor do livro HEAT EFFECT IN TOMATO PROCESSING and ANTIOXIDANT NUTRITIONAL QUALITY: Vegetables Health Diet, publicado pela Novas Edições Acadêmica-EU e de vários trabalhos de pesquisa apresentados em conferências, jornadas científicas e palestra. Co-autor Sérgio Francisco Mafione, nascido em 1982, no distrito de Chimoio. Licenciado em Medicina pela Universidade Eduardo Mondlane-Moçambique, em 2012. Trabalhou como Docente da disciplina de Anatomia Humana no Instituto Técnico Lugenda – Maputo, Medico Chefe Distrital em Tsangano – Tete. Actualmente, trabalha como Médico da Clínica Geral no Hospital Provincial da Matola-Maputo. Revisão Linguística Dra. Julieta Martins – Faculdade de Engenharia da Universidade Católica de Moçambique, departamento de Línguas Av. de Liberdade,265. C.P. 261, Chimoio, Manica Moçambique No sentido de contribuir para a melhoria da informação contida neste módulo de bioquímica e nutrição, que pode ser actualizada de acordo com a evolução das técnicas analíticas, experiências e dos Princípios e Fundamentos de Bioquímica e Nutrição. O autor esta aberto para comentários e sugestões, que podem ser endereçadas para o email: fsacama@ucm.ac.mz ou sacamafd@gmail.com Nota do Autor Este Módulo de Bioquímica e Nutrição foi elaborado segundo o modelo Commonwealth of Learning (Model COL), trata-se de material concebido para os estudantes que frequentam o ensino a distância, onde não tem a assistência directa e presencial do docente. A metodologia empregada consiste na abordagem precisa e sintética de matérias relacionadas com os fundamentos de bioquímica e de nutrição, usando uma linguagem prática e com abordagem pedagógica no sentido de motivar o estudante a compreender as matérias da área. Este módulo não substitui um livro de bioquímica e livro de nutrição, portanto o aprofundamento dos conteúdos científicos específicos, o estudante deverá pesquisar em literaturas relacionadas, no sentido de ter uma visão global do conhecimento. Francisco D. Sacama mailto:fsacama@ucm.ac.mz mailto:sacamafd@gmail.com Índice TEMA 1 – BIOQUÍMICA 1 UNIDADE 1 – CARBOIDRATOS 2 UNIDADE 2 – LÍPIDOS 18 UNIDADE 3 – PROTEÍNAS 32 UNIDADE 4 – ENZIMAS 51 UNIDADE 5 – VITAMINAS E MINERAIS 65 UNIDADE 6 – METABOLISMO DOS GLÍCIDOS 76 TEMA 2 – NUTRIÇÃO 92 UNIDADE 7- NUTRIÇÃO e ALIMENTAÇÃO 94 UNIDADE 8 – NECESSIDADES NUTRICIONAIS 108 UNIDADE 9 – MALNUTRIÇÃO e CARÊNCIAS NUTRICIONAIS 135 UNIDADE 10 – ALIMENTAÇÃO nas COMUNIDADES em EMERGÊNCIA 150 Princípios e Aplicação de Bioquímica & Nutrição TEMA 1 – BIOQUÍMICA Rever os Fundamentos de Biologia e Química INTRODUÇÃO No universo existe átomos e moléculas na forma simples e complexa, que formam matérias vivas e não vivas, com a capacidade de extrair energia de compostos químicos, e da luz solar para formar um conjunto vasto de biomoléculas mais complexas. Os seres humanos e todos outros organismos vivos são formados de compostos bioquímicos. A bioquímica estuda as propriedades dos organismos vivos que originaram de moléculas mediante a interacção física e química, mantendo a perpetuidade da vida no universo. Existe mecanismos que permite a formação de estrutura celulares, realizar trabalhos mecânicos, químico, osmótico e eléctrico, permitindo o equilíbrio com seu ambiente, como também a capacidade para se auto-replicar e auto-montar com precisão. No Tema 01, será composta por matérias referente a bioquímica, constituído por seguintes unidades: Unidade 1 – Carboidratos: estudo da fonte, classificação, composição química e funcionalidade no organismo humano. Unidade 2 – Lípidos: estrutura química, principais fontes, mecanismos de reacção e metabolismo. Unidade 3 – Proteínas: importâncias, classificação quanto a composição, função e processos de digestão. Unidade 4 – Enzimas: Actividade enzimática, caracterização, função e aplicação. Unidade 5 – Vitaminas e Minerais: estudo de tipos de vitaminas e minerais, a função e fonte. Unidade 6 – Metabolismo de Glícidos: análise de actividade de glicose e seus derivados no corpo humano, doenças que derivados da acção de síntese de glicose. Bioquímica UNIDADE 1 – CARBOIDRATOS Rever os Fundamentos de Biologia e Química Orgânica Resultados INTRODUÇÃO A química orgânica é a ciência estuda compostos que tem como elemento central o carbono tetravalente. Quando o carbono combina com outros elementos da tabela periódica formam moléculas e compostos orgânicos com estrutura e funcionalidades diferentes, estes podem encontrar-se na natureza na forma de alimentos ou obtidos por sínteses de reacções químicas controladas. Assim, os Carboidratos são as biomoléculas abundantes na Terra, e a cada ano, a fotossínteses converte mais de 100 bilhões de toneladas métricas de CO2 e H2O em celulose e outros produtos vegetais, como os açúcares e amido, que são fontes de energia na maioria das células não fotossintéticas. Os polímeros de carboidratos (glicanos) agem como elementos estruturais e protectores nas paredes celulares bacterianas e vegetais, também nos tecidos conectivos animais, lubrificam as articulações e auxiliam o reconhecimento e as adesão intercelular. OBJECTIVOS Os principais objectivos desta unidade são: ✔ Definir as principais classes de carboidratos e suas fontes de obtenção. ✔ Classificar a composição e sua estrutura química quanto aos elementos constituintes. ✔ Analisar a funcionalidade de cada classe de carboidratos no organismo humano. ✔ Comparar as vantagens e desvantagens de ingestão de carboidratos. Bioquímica - Carbohidratos 1.1. Definição e Classificação Os Carboidratos são a base de massa de abundantes classes de moléculas biológicas na Terra. Estes desempenham um papel crucial nos organismos vivos, nos animais e plantas os carboidratos actuam com reserva de energia das moléculas. A energia de processos metabólicos ocorre pela ingestão de carboidratos, que são oxidados. Os polímeros de carboidratos complexos com ligação covalente formam com as proteínas ou lípidos macromoléculas que actuam como sinais que determinam a localização intracelular ou o destino metabólico dessas moléculas híbridas, chamadas de glico-conjugados. Figura 1. Modelos em esfera e bastão de D- Gliceraldeído. Bioquímica - Carboidratos A classificação dos carboidratos é com base na sua estrutura e propriedades físico- químicas. Estes são poli-hidroxialdeídos ou poli-hidroxicetonas, ou substância que geram esses compostos quando hidrolisadas. A fórmula empírica é (CH2O)n, podendo conter nitrogénio, fósforo ou enxofre. Os carboidratos que relacionam-se com grupo aldo são chamados aldoses e aqueles que relacionam-se com o grupo ceto chamam-se cetoses. Baseando-se nas propriedades físico- química oscarboidratos dividem-se em: ● Espécies neutra: aquela que somente contém grupos hidroxil e carbonil, por exemplo a glicose. ● Básico: aquela que contém grupo amino, por exemplo aminossacarídeos. ● Ácido: contendo grupo carboxil, por exemplo ácido glicurônico. Baseando-se na estrutura química os carboidratos dividem-se em: ● Monossacarídeos ou monoses: são carboidratos simples constituídos por uma molécula. ● Oligossacarídeos: possuem duas a dez unidades de monossacáridos com ligação glicosídico. ● Polissacarídeos ou glicanos: que possuem maior cadeia carbónica, superior a dez unidades de monossacarídeos com ligação glicosídico. As moléculas de glicose, frutose, pertencem a monossacarídeos, estes podem ser L – levo-rotatório ou D – dextro-rotatória com configuração L- ou D- do substituto do átomo de carbono assimétrico. A sacarose (açúcar de cana), maltose, lactose e galactose e outros são dissacarídeos e a amilose, celulose, amilopectina e quitina são polissacáridos. Bioquímica - Carboidratos Representação de monossacarídeos do grupo de aldose: Figura 2. Estrutura química de D-Aldoses Bioquímica - Carboidratos Representação de monossacarídeos do grupo de cetose: Figura 3. Estrutura química de D-Cetoses. Bioquímica - Carboidratos Representação de dissacarídeos comuns: Figura 4. Estrutura química de Oligossacarídeos. Bioquímica - Carboidratos Representação da estrutura de polissacarídeos Quitina Figura 5. Estrutura química de polissacarídeos (amilose e quitina). 1.2. Propriedades e Composição A maioria dos carboidratos encontrados na natureza ocorre como polissacarídeos, polímeros de média e alta massa molecular (M> 20.000). Os homopolissacarídeos contém somente uma única espécie monomérica; os heteropolissacarídeos contém dois ou mais tipos diferentes. Alguns homossacarídeos, como o amido e o glicogénio servem como formas de armazenamento para monossacarídeos utilizados como combustível. Os heteropolissacarídeos fornecem suporte extracelular para organismo de todos os reinos. Por exemplo, a camada rígida do envelope celular bacteriano (o peptidoglicano, o ácido hialurônico e o sulfato de condroitina). Bioquímica - Carboidratos Figura 6. Representação espacial de ácidos nucleicos. Estruturas de homopolissacarídeos e heteropolissacarídeos Figura 7. Estrutura de polissacarídeos compostos. Os polissacarídeos quando colocados na água apresentam propriedades hidrofílicos, absorvendo e depois dissolvendo-se parcialmente formando soluções coloidal. Os monossacarídeos são sólidos cristalinos e incolores solúveis na água, mas insolúveis em solventes apolares, a maioria tem sabor adocicado. Os mais comuns na natureza são produtos de fotossínteses e os intermediários-chave das sequências de reacções produtoras de energia centrais da maioria dos organismos. As aldopentoses (D-ribose e 2-desóxi-D- ribose) são componentes dos nucleotídeos e dos ácidos nucleicos. Bioquímica - Carboidratos Figura 8. Estrutura química do dextranos. 1.3. Função de Carboidratos A importância biológica de monossacarídeos é de servir como fonte substrato de energia para as células do organismo humanos e animal na presença ou ausência do oxigénio. Os monossacarídeos e seus derivados são envolvidos na construção de diversas moléculas biológicas, por exemplo, na performance da função plástica. Os monossacarídeos são agentes redutores que oxidam-se com ião cúprico (Cu2+). A glicose e outros açúcares capazes de reduzir o ião cúprico são chamados de açúcares redutores, essa é a base da reacção de Fehling, teste semi-quantitativos para a presença de açúcar redutor utilizado para detectar e dosear níveis elevados de glicose em pessoas com diabetes. Os dextranos são polissacarídeos de bactérias e leveduras compostos por resíduos de D-glicose em ligações (α1→6); todos têm ramificações (α1→3), e alguns também têm ramificações (α1→2) ou (α1→4). A placa dentária, formada por bactérias que crescem na superfície dos dentes, é rica em dextranos, as moléculas adesivas que permitem as bactérias grudarem-se nos dentes em umas às outras. As funções essenciais dos polissacarídeos são: fonte energética, estrutura de suporte, protecção, coligação, hidroosmótico e cofactor. A celulose é resistente e insolúvel em água. Como a amilose, a celulose é homopolissacarídeos linear e não ramificado, constituído por 10.000 a 15.000 unidades de D-glicose. As paredes celulares de bactérias e algas contêm heteropolissacarídeos estruturais (o peptidoglicano) que é um heteropolímero de resíduos alternados de N- acetilglicosamina e ácido N- acetilmurâmico unidos por ligações (β1→4). Bioquímica - Carboidratos 1.4. Ingestão, Digestão e Metabolismo de Carboidratos A digestão de carboidratos começa na cavidade oral, através de agente salivares α- amilase. Por meio de acção de saliva os polissacarídeos são divididos em dextrina, maltose, e pequenas quantidades de glicose. A dieta dissacarídeos é o maior que a sacarose não sofre desintegração na cavidade oral. No estômago,α-amilase é inactivada por componentes de ácido gástrico e cessa a digestão de carboidratos. A hidrólise de polissacarídeos, incluindo α-dextrina formado na cavidade oral e dos dissacarídeos formando monossacarídeos prossegue no intestino. A actividade enzimática é favorecida pela neutralização de alimentos ácidos por hidrocarbonetos dissolvidos no componente alcalino do líquido pancreático e do bile. Figura 9. Actividade enzimática de amilase salivar. A hidrólise intestinal de carboidratos é efectuada por meio de enzimas do pâncreas e intestino. A acção hidrolítica do α-amilase pancreático é similar do α-amilase salivar, com pequena diferença de tempo na ordem de 4 – 5 minutos. A α-amilase pancreática hidrolisa o amido e glicógeno em α-dextrina e maltose. Bioquímica - Carboidratos A hidrólise de α-dextrina é efectuada através da ajuda de oligo-1,6-glicosidase, formando ligações α-1,6-glicósido na cadeia de polissacarídeos. A maltose é formada como o produto final. Os dissacarídeos são hidrolisados ao longo das paredes intestinais, na cavidade intestinal e os monossacarídeos formados são imediatamente absorvidas. Os produtos finais de digestão de carboidratos são monossacarídeos, como a glicose, frutose e galactose. Outra absorção de monossacarídeos ocorrem no intestino delgado, via transporte secundário activo (K, Na-ATP). Cerca de 65 % de glicose fornecido pelos intestinos é consumido para oxidação nas células (geração de energia) e os restantes 35 % são usados nas sínteses de gorduras e glicógeno. Estas percentagens variam segundo o estado fisiológico do organismo, a idade e outros factores. 1.5. Fonte, Transporte e Absorção O transporte de monossacarídeos depende do ião de Na+, por gradiente de Na+, como forçamotriz para o transporte de monossacarídeos, como absorção aminoácidos. Figura 10. Acção do ião Na+ no processo metabólico. Bioquímica - Carboidrat Figura 11. Estrutura química da lactose. A lactose encontra-se naturalmente no leite, a sacarose (açúcar de mesa) é constituído por molécula de glicose de frutose é sintetizado na planta e obtido por processo de extracção da cana-de-açúcar. O Trealose, também conhecida como tremalose, é um dissacarídeo com ligação alfa natural formado por uma ligação α, α-1,1-glicosídeo entre duas unidades de α-glicose é utilizado como adoçante. A maioria de células vegetais possui capacidade de sintetizar o amido. O amido contém dois tipos de polímero de glicose, amilose e amilopectina. O glicogénio é o principal polissacarídeo de armazenamento das células animais (abunda no fígado, onde pode constituir até 7 % do peso líquido; também presente no músculo esquelético). Bioquímica - Carboidratos Sumário 1. Os carboidratos ou hidrato de carbono são compostos orgânicos que se formam por síntese de matéria orgânica das plantas e animais. Estas incluem os monossacarídeos, oligossacarídeos e polissacarídeos. 2. Os monossacarídeos classificam-se em aldoses e cetoses, como D- gliceraldeído, D-ribose, D-glicose, e D-hidroxiacetona, D-xilose, D- frutose, respectivamente.Osoligossacarídeos e polissacarídeos classificam-se em homopolissacarídeos e heteropolissacarídeos, os mais comuns são: maltose, lactose, sacarose e amilose, quitina e celulose, respectivamente. 3. Os carboidratos têm a função de fonte de energia e composição da estrutura celular de organismos vivos. Estas são sintetizadas pela matéria vegetal, como a cana-de- açúcar, tubérculos e cereais, como também nas células animais, por exemplo o leite. 4. Os monossacarídeos são solúveis em água e apresentam sabor adocicado, enquanto, os polissacarídeos são hidrofílicos e formam soluções coloidais na água. 5. A glicose é um monossacarídeo que representa açúcares redutores que oxida-se com o ião Cu2+. Este mecanismo é a base de reacção de Fehling. 6. As funções de polissacarídeos são: fonte de energia, estrutura de suporte, protecção, coligação, hidroosmótico, e cofactor. Estes são digeridos a partir da cavidade oral por agente salivar α-amilase, o processo continua no estômago e nos intestinos, por meio de α- amilase pancreático. 7. O produto derivado é absorvido na forma de açúcares simples na corrente sanguínea, o ião Na+ é a força motriz para o transporte. Bioquímica - Carboidratos Problemas de auto-avaliação 1.Principais Monossacarídeos são: a) Sacarose, arabinose e Manose b) Glicose, frutose e galactose c) Hexose, amido e celulose d) Pectina, dextrose e frutose 2.Marque a alternativa que indica quais os elementos químicos fundamentais encontrados na composição de um carboidrato. a) Carbono, hidrogênio e hélio. b) Carbono, oxigênio e hidrogênio. c) Carbono, cálcio e potássio. d) Sódio, potássio e carbono. 3. A glicose tem a estrutura química a) C6 H12 O6 N b) C5 H12 O6 c) C6 H13 O6 d) C6 H12 O6 4. Os alimentos que são fontes de dissacarídeos e polissacarídeos são: a) Ovo, Laranja e milho b) Cana-de-açúcar, arroz e trigo. c) Couve, quiabo e repolho d) Litchi, centeio e cevada 5.Podemos classificar os glicídeos em três grupos principais: monossacarídeos, dissacarídeos e polissacarídeos. Marque a alternativa onde encontramos apenas glicídeos formados pela união de dois monossacarídeos. a) amido e celulose. b) sacarose e celulose. c) frutose e glicose. d) sacarose e lactose. 6.As substâncias que se destinam a fornecer energia, além de serem responsáveis pela rigidez de certos tecidos, sendo mais abundantes nos vegetais, são os ______________ sintetizados no processo de ________________. a) lipídios, fotossíntese. b) ácidos nucleicos, fotossíntese. c) álcoois, fermentação. d) carboidratos, fotossíntese. 7. Qual dos materiais abaixo tem a maior percentagem de nitrogênio? a) Amido. b) Celulose. c) Óleo vegetal. d) Clara de ovo. 8.O papel comum é formado, basicamente, pelo polissacarídeo mais abundante no planeta. Este carboidrato, nas células vegetais, tem a seguinte função: a) revestir as organelas. b) formar a membrana plasmática. c) compor a estrutura da parede celular. d)acumular reserva energética no hialoplasma Bioquímica - Carboidratos Problemas de auto-avaliação 9.Complete a frase abaixo marcando em seguida a opção que contém as palavras corretas. Os carboidratos, também chamados de _________________ ou hidratos de carbono, são moléculas orgânicas que constituem a principal fonte de energia para os seres vivos. Com excepção do __________, todos os carboidratos são de origem vegetal, e eles podem ser classificados em monossacarídeos, dissacarídeos e ________________. Os ___________ apresentam átomos de carbono em sua molécula e seus principais representantes são a glicose, frutose e ___________. a) Energéticos, carne, polissacarídeos, dissacarídeos, lactose. b) Açúcares, mel, polissacarídeos, monossacarídeos, galactose. c) Hidratos, ovos, oligossacarídeos, polissacarídeos, ácidos nucleicos. d) Substâncias estruturais, peixes, polissacarídeos, monossacarídeos, galactose. 10. Quanto aos carboidratos, assinale a alternativa incorrecta. a) Os glicídeos são classificados de acordo com o tamanho e a organização de sua molécula em três grupos: monossacarídeos, oligossacarídeos e polissacarídeos. b) Os polissacarídeos compõem um grupo de glicídeos cujas moléculas não apresentam sabor adocicado, embora sejam formadas pela união de centenas ou mesmo milhares de monossacarídeos. c) Os dissacarídeos são constituídos pela união de dois monossacarídeos, e seus representantes mais conhecidos são a celulose, a quitina e o glicogênio. d) Os glicídeos, além de terem função energética, ainda participam da estrutura dos ácidos nucleicos, tanto RNA quanto DNA. Respostas: 1. b), 2. b), 3. d), 4. b), 5. d), 6. d), 7. d). 8. c), 9. b). 10. c) Bioquímica - Carboidratos Problemas de avaliação 1. Sabemos que o amido é uma importante substância de reserva encontrada em plantas e algumas algas. Marque a alternativa correcta a respeito do amido. a) O amido não é um carboidrato. b) O amido é um dissacarídeo, assim como a frutose. c) O amido é um monossacarídeo, assim como a glicose. d) O amido é um polissacarídeo, assim como o glicogênio e a celulose. 2. As fibras musculares estriadas armazenam um carboidrato a partir do qual se obtém energia para a contracção. Essa substância de reserva se encontra na forma de: a) Glicose; b) Maltose; c) Sacarose; d) Glicogênio. 3. As plantas e animais utilizam diversos componentes químicos na formação de partes importantes de seus organismos ou na construção de estruturas importantes em sua sobrevivência. A seguir estão citados alguns: I – O esqueleto externo dos insectos é composto de um polissacarídeo. II – As células vegetais possuem uma parede formada por polipeptídeos. III – Os favos das colmeias são constituídos por lipídios. IV – As unhas são impregnadas de polissacarídeos que as deixam rígidas e impermeabilizadas. Estão corretas as afirmativas a) I e II. b) I e III. c) I e IV. d) II e III. 4. O papel comum é formado, basicamente, pelo polissacarídeomais abundante no planeta. Este carboidrato, nas células vegetais, tem a seguinte função: a) Revestir as organelas. b) Formar a membrana plasmática. c) Compor a estrutura da parede celular. d) Acumular reserva energética no hialoplasma. 5. Marque a alternativa que contém apenas monossacarídeos. a) Maltose e glicose. b) Sacarose e frutose. c) Glicose e galactose. d) Lactose e glicose. Respostas: 1. d), 2. d), 3. b), 4. c), 5. c) Bioquímica UNIDADE 2 – LÍPIDOS INTRODUÇÃO Esta unidade visa estudar os lípidos (lipo-, gordura), que pertence a classe de macromoléculas, e apresenta uma variedade enorme da estrutura. Estes são compostos orgânicos insolúveis na água, mas apresenta alta solubilidade em solventes orgânicos não polares, encontram- se no sistema biológico. Os lípidos são hidrofóbicos (não-polar) ou anfipáticos (contém regiões não-polar e polar). Estes fazem parte da estrutura das membranas, agregados para formar camadas impermeáveis de iões e outros solutos. Apesar dos lípidos exibir enormes variedades na forma e tamanho, estes são unidos por suas hidrofobicidade. As gorduras e óleos são as principais formas de armazenamento de energia em muitos organismos. OBJECTIVOS Os principais objectivos da Unidade 2 são: ✔ Definir as principais classes de lípidos e suas fontes de obtenção. ✔ Classificar a composição e sua estrutura química quanto aos elementos constituintes. ✔ Analisar a funcionalidade de cada classe de lípidos no organismo humano. ✔ Explicar os benefícios de ingestão de lípidos. Bioquímica - Lípidos 2.1. Definição e Classificação Os lípidos são compostos orgânicos da natureza biológica, insolúvel em água mas solúvel em solventes não-polares, como o cloroforme, éter e benzeno. Estes apresentam-se sob forma de gorduras e óleos, por exemplo os fosfolípidos e os esteróis são os principais elementos estruturais das membranas biológicas. O lípido mais simples, ácido graxos, tem geralmente a fórmula R – COOH, onde o R representa a cadeia carbónica e – COOH é o grupo funcional. As células podem oxidar vários combustíveis metabólicos, produzindo CO2 como resíduo e energia conservada na forma de ATP. Figura 12. Representação de moléculas de ácidos graxos. Bioquímica - Por base mássica, os lípidos fornecem mais energia do que os carboidratos. Os triacilglicerois contém ácidos gordos insaturados (os óleos), e portam menor energia livre (poucas calorias), que os triacilglicerois contendo ácidos gordos saturados (gorduras sólidas). Os lípidos classificam-se com base na sua estrutura, propriedades físico-químicas e biológicas ou fisiológicas. Quanto a estrutura podem ser de moléculas simples e lípidos complexos (heterolípidos), que são moléculas simples: ● Glicéridos (acilglicerídeos) ● Esteroides ● Ceras Lípidos complexos (heterolípideos): ● Fosfolípidos ● Glicolípidos ● Esfingolípidos Em termos de propriedades físico-químicas, que tem a ver com a polaridade exibida pelas moléculas dos lípidos, estes podem ser: neutros (ou não-polar) e espécie polar. A nomenclatura para ácido graxos não- ramificados especifica o comprimento da cadeia e o número de ligações duplas, separados por dois pontos, por exemplo, o ácido palmítico, saturado e com 16 carbonos (16:0), e o ácido oléico, com 18 carbonos e uma ligação dupla (18:1). Bioquímica - Lípidos Figura 13. Os ácidos graxos que constituem as moléculas dos lípidos. Os ácidos graxos contém cadeia carbónica longa que pode ser ionizado na forma de carboxilatos. Estas moléculas podem conter mais de 24 átomos de carbonos, e os mais comuns são aqueles que se encontram nas plantas e nos animais (com espécies C16 e C18), como palmitato e estearato. Estas moléculas chamam-se de ácidos gordos saturados, pois contém uma cadeia carbónica saturada com hidrogênio. Figura 14. Representação de ácidos graxos saturados. Bioquímica - Lípidos Os ácidos graxos insaturados (que contém uma ou mais ligações duplas), como o oleato e o linoleato são comuns nos sistemas biológicos. Figura 15. Representação de ácidos graxos insaturados. 2.2. Propriedades e Composição As propriedades físico-químicas dos ácidos graxos e dos compostos são determinadas pelo comprimento e pelo grau de insaturação da cadeia carbónica. A cadeia carbónica apolar é responsável pela baixa solubilidade na água. Por exemplo o ácido láurico (12:0, Mr= 200) tem a solubilidade de 0.063 mg/g. Quanto mais longa for a cadeia acila do ácido graxo e quanto menos ligações duplas ela tiver, mais baixa é a solubilidade em água. Bioquímica - Lípidos Tabela 1. Lista de alguns ácidos graxos saturados e insaturados. Número de átomos de carbono Nome comum Nome sistemático Estrutura Saturados Ácido: Ácido: 12 Láurico Dodecanoíco CH3(CH2)10COOH 14 Mirístico Tetradecanoíco CH3(CH2)12COOH 16 Palmítico Hexadecanoíco CH3(CH2)14COOH 18 Esteárico Octadecanoíco CH3(CH2)16COOH 20 Araquídico Eicosanoíco CH3(CH2)18COOH 22 Behenico Docosanoíco CH3(CH2)20COOH 24 Lignocérico Tetracosanoíco CH3(CH2)22COOH Insaturados 16 Palmitoleico 9-Hexadecenoíco CH3(CH2)5CH=CH(CH2)7COOH 18 Oleico 9-Octadecenoíco CH3(CH2)7CH=CH(CH2)7COOH 18 Linoleico 9,12-Octadecadienoíco CH3(CH2)4(CH=CHCH2)2(CH2)6COOH 18 α-Linolenico 9,12,15-Octadecatrienoíco CH3CH2(CH= CHCH2)3(CH2)6COOH 18 γ-Linolenico 6,9,12-Octadecatrienoíco CH3(CH2)4(CH=CHCH2)3(CH2)3COOH 20 Arachidonico 5,8,11,14- Eicosatetraenoíco CH3(CH2)4(CH=CHCH2)4(CH2)2COOH 20 EPA 5,8,11,14,17- Eicosapentaenoíco CH3CH2(CH= CHCH2)5(CH2)2COOH 22 DHA 4,7,10,13,16,19- Docosahexaenoíco CH3CH2(CH= CHCH2)6CH2COOH Os pontos de fusão, também, são influenciados dela estrutura da cadeia carbónica. A temperatura ambiente (25 oC), os ácidos graxos saturados de 12:0 a 24:0, têm a consistência de cera, enquanto, os ácidos graxos insaturados do mesmo comprimento são líquidos oleosos. Bioquímica - Lípidos O ponto de fusão é alto nos acilglicerídeos contendo altogrupos acil saturado, e mais denso que a água. Estes são solúveis em solventes não-polares (Clorofórmio, benzeno, éter e no etanol quente). Somente os mono e diacilglicerídeos contém grupos polares livres hidroxil, que são solúveis na água, formando miscelâneas. Os triacilglicerídeos são insolúveis na água e são incapazes de miscelação. Os Triacilglicerídeos quando submetidos a hidrólise básica ou saponificação, forma glicerol acilglicerídeos regenerado e ácidos graxos livres. No organismo os acilglicerídeos são hidrolisados por enzimas especial, as lípases. Figura 16. Representação de substância com Triacilglicerídeos. As ceras são misturas de éteres e esteres derivados de álcool monobásico alto e ácidos gordos altos. Estes servem como camadas protectoras nas folhas, frutas das plantas, na pele e pelos dos animais, principalmente nos pássaros e esqueleto externodos insectos. Constituem parte de cera de abelhas. O colesterol é um lípido estrutural, que forma membrana biológica das células. Bioquímica - Lípidos Figura 17. Estrutura química de colesterol. 2.3. Função, ingestão e digestão e absorção Cerca de 10 -20 % de massa total do organismo humano é composto por lípidos. O corpo de homem adulto contém em média 10 a 12 kg de lípidos, o que constituem biomembranas é 2 a 3 kg, e o resto é reserva de lípido. A fisiologia de digestão do homem é essencialmente monogástrico, sob influência de séries de enzimas digestivas gerados em diferentes pontos do estômago até aos intestinos. O alimento consumido é quebrado para extracção de seus nutrientes e preparados para a absorção, com condições necessárias para: 1. Disponibilidade de enzimas lipolíticas capaz de hidrolisar lípidos. 2. Providenciar condições para emulsificação de lípidos. 3. O meio óptimo de pH para acção de enzimas lipolítico. O alimento não absorvido é parcialmente digerido pelos microorganismos do trato digestivo e expulso como material fecal. No fígado estes ácidos reagem facilmente com glicina e taurino para formar compostos conjugados, como ácido glicocólico e taurocólico. Bioquímica - Lípidos No intestino e bile, o ácido do bile tem a função de: ● Agente emulsificante. ● Activador de enzimas lipolíticas. ● Meio de transporte. Figura 18. Actividade da enzima. Estes compostos são ingeridos como óleos de vegetais, dos lacticínios e gordura animal, também, como óleo de milho e o azeite de oliva. 2.4. Transporte, Metabolismo e Armazenamento A lipoproteína (partículas compostas por lípidos e proteínas) são as formas de lípidos em circulação, este são transportados do intestino para os músculos. Apresentam um diâmetro entre 1000 à 5000 Å, com 1 % à 2 % de proteína. A função primária é o transporte de triacilglicerol para os músculos e colesterol para o fígado. O fígado converte o colesterol e outros lípidos, incluindo triacilglicerol, fosfolípidos e colesterilester em outros lipoproteínas conhecidos como VLDL (lipoproteínas de muito baixa densidade). Na maioria das células eucarióticas, o triacilgliceróis formam uma fase separada de gotículas microscópicas de óleo no citosol aquoso, servindo como combustível metabólico. Estes também são armazenados como óleos nas sementes de vários tipos de plantas, fornecendo energia e precursores biossintéticos durante a germinação da semente. Bioquímica - Lípidos Representação de depósitos de gorduras nas células Figura 19. a) A secção transversal de tecido adiposo branco de humanos. b) Secção transversal de ma célula de cotilédone de uma semente de planta Arabidopsis. Os seres humanos apresentam tecidos adiposos na pele, cavidade abdominal e nas glândulas mamárias. As pessoas moderadamente obesas, com 15 a 20 kg de triacilgliceróis depositados em seus adipócitos, poderiam suprir suas necessidades energéticas por meses utilizando seus depósitos de gorduras. Bioquímica - Lípidos Sumário 1-Os lípidos são compostos orgânicos da natureza biológica, insolúvel em água mas solúvel em solventes não-polares, como o cloroforme, éter e benzeno. Estes apresentam-se sob forma de gorduras e óleos, por exemplo os fosfolípidos e os esteróis são os principais elementos estruturais das membranas biológicas 2- Quanto a estrutura podem ser de moléculas simples e lípidos complexos (heterolípidos), que são moléculas simples e complexos. Em termos de propriedades físico-químicas, que tem a ver com a polaridade exibida pelas moléculas dos lípidos, estes podem ser: neutros (ou não- polar) e espécie polar. 3- Os Triacilglicerídeos quando submetidos a hidrólise básica ou saponificação, forma glicerol acilglicerídeos regenerado e ácidos graxos livres. No organismo os acilglicerídeos são hidrolisados por enzimas especial, as lípases. 4- Cerca de 10 -20 % de massa total do organismo humano é composto por lípidos. O corpo de homem adulto contém em média 10 a 12 kg de lípidos, o que constituem biomembranas é 2 a 3 kg, e o resto é reserva de lípido. 5- A função primária é o transporte de triacilglicerol para os músculos e colesterol para o fígado. O fígado converte o colesterol e outros lípidos, incluindo triacilglicerol, fosfolípidos e colesterilester em outros lipoproteínas conhecidos como VLDL (lipoproteínas de muito baixa densidade). Bioquímica - Lípidos Problemas de auto-avaliação 1.Os lípidos são biomoléculas compostos por: a) Carbono, nitrogênio e ozono b) Ácido oléico e Ácido esteárico c) Carbono, hidrogênio e oxigénio d) Ácido palmítico e etanol 2. Os Carotenóides são compostos solúveis em: a) Água b) Óleos c) Água + solvente orgânico d) Óleos + solvente orgânico 3. As gorduras têm como funções: a) Metabólico e estrutural b) Gorduras trans e saturada c) Monoinsaturadas e saturadas d) Poliinsaturadas e saturadas 4.A gordura é um tipo de lípido. Os alimentos ricos neste composto são: a)Manteiga, margarina, tomate, carnes gordas, b)Biscoitos recheados, pão, laranja, leite integral c) Embutidos, cebolas, ananás d)Manteiga, margarina, carnes gordas, queijo amarelo. 5. O nome do ácido graxo com estrutura H3C-(CH2 )14-COOH é: a) Ácido palmítico b) Ácido butirico c) Ácido linoléico d) Ácido oléico 6. Os lipídos, chamados popularmente de gorduras, são substâncias que se caracterizam principalmente por sua baixa solubilidade em água. Entre as alternativas a seguir, marque aquela que não se refere a uma importância biológica dos lipídos. a) Funcionam como reserva energética. b) Atuam na impermeabilização de superfícies que sofrem com a desidratação. c) Fazem parte da composição da membrana plasmática. d) Fazem parte da composição de hormônios. e) Atuam como catalisadores biológicos. Bioquímica - Lípidos Problemas de auto-avaliação 7. O colesterol é um tipo de lípido muito importante para o homem, apesar de ser conhecido principalmente por causar problemas cardíacos, como a aterosclerose. Esse lípido pode ser adquirido pelo nosso corpo através de dieta ou ser sintetizado em nosso fígado. Entre as alternativas a seguir, marque aquela que indica o tipo de lipídio no qual o colesterol enquadra-se. a) esteróides. b) ceras. c) carotenóides. d) fosfolipídios. 8. A hidrólise de moléculas de lipídos produz: a) aminoácidos e água. b) ácidos graxos e glicerol. c) glucose e glicerol. d) ácidos graxos e água. 9. Os lipídios são: a) Os compostos energéticos consumidos preferencialmente pelo organismo; b) Mais abundantes na composição química dos vegetais do que na dos animais; c) Substâncias insolúveis na água, mas solúveis nos chamados solventes orgânicos (álcool, éter, benzeno); d) Presentes como fosfolipídios no interior da célula, mas nunca na estrutura da membrana plasmática. 10. Complete a frase: Os esteróides são considerados uma categoria especial de ___________, sendo o __________ o esteróide mais conhecido. As células utilizam o _________ como matéria- prima para a fabricação das ___________ e dos ________________. a) Proteínas, colesterol, aminoácido, plantas, hormônios vegetais.b) Carboidratos, os hormônios vegetais, amido, enzimas, carboidratos. c) Polissacarídeos, glicogênio, amido, proteínas, hormônios vegetais. d) Lipídios, colesterol, colesterol, membranas celulares, hormônios esteróides. Resposta: 1. c), 2. d), 3. a), 4. d), 5. a), 6. e), 7. a), 8. b), 9. c), 10. d) Bioquímica - Lípidos Problemas de avaliação 1. Identifique a afirmação correcta. a) Nos óleos predominam ácidos saturados e nas gorduras, insaturados. b) Os óleos são líquidos devido à predominância de ácidos saturados. c) As gorduras são líquidas devido à predominância de ácidos insaturados. d) Sabões são sais de sódio de ácidos graxos superiores. e) Glicídeos são misturas de glicerina com ácidos graxos. 2.Dentre as substâncias abaixo relacionadas, são exemplos de lipídios: a) glicose e frutose. b) amido e celulose. c) glicerina e anilina. d) óleo de oliva e manteiga de cacau. 3. O triglicerídeo presente na dieta humana é digerido no trato gastrintestinal pelas enzimas digestivas e produz: a) aminoácidos. b) glicose. c) ácido graxo e glicerol. d) sacarose. 4. Os Lipídos são compostos orgânicos de origem biológica que possuem em comum a propriedade de serem extraídos a partir de tecidos vegetais e animais por solubilização em éter etílico. Dividem-se os lípidos em várias subclasses de compostos cada uma caracterizada por uma constituição química que lhe é própria, o que permite a distinção entre elas. Assinale alternativa em que os dois tipos de compostos biológicos citados são subclasses de lipídios e não de compostos biológicos de qualquer outra natureza. a) glicerídeos e fosfatídeos. b) oses e osídeos. c) holosídeos e glicerídeos. d) heterosídeos e cerídeos. 5. Aquecendo uma mistura de gordura com solução de soda cáustica ocorre saponificação, na qual formam-se, como produtos a) sais de ácidos graxos e glicerol. b) ácidos graxos e etanol. c) ácidos graxos e propanol. d) proteínas e glicerol. Respostas: 1. d), 2. d), 3. c), 4. a), 5. a) Bioquímica UNIDADE 3 – PROTEÍNAS Figura 20. Ilustração de proteína. INTRODUÇÃO As proteínas estão presentes em todas células dos humanos, tecidos de plantas, tecidos de fluídos e em microorganismos, cerca de 50 % do peso seco da célula. Estas controlam praticamente todos os processos que ocorrem em uma célula, exibindo uma diversidade de funções. As proteínas são os instrumentos moleculares pelos quais a informação genética é expressa, em cada organismo são construídas a partir de 20 aminoácidos. Para gerar uma determinada proteína, os aminoácidos se ligam de modo covalente em uma sequência linear característica. A partir desses blocos de construção, diferentes organismos podem gerar produtos diversos como enzimas, hormônios, anticorpos, transportadores, fibras musculares, proteínas das lentes dos olhos, penas, teia de aranha, chifres de rinocerontes, proteína do leite, antibióticos, venenos de cogumelos, dentre outros compostos. OBJECTIVOS Os principais objectivos da Unidade 3 são: ✔ Definir as principais classes de proteínas e suas fontes de obtenção. ✔ Classificar a composição e sua estrutura química quanto aos elementos constituintes. ✔ Analisar a funcionalidade de cada classe de proteínas no organismo humano. ✔ Explicar mecanismo de ingestão de proteína. Bioquímica - Proteínas Rever o capítulo de aminoácidos 3.1. Definição e Classificação As proteínas são polímeros de aminoácidos, com cada resíduo de aminoácido unido ao seu vizinho por um tipo específico de ligação covalente. Pode-se encontrar vinte aminoácidos comuns diferentes em proteínas, todos são α-aminoácidos. Eles têm um grupo carboxilo e um grupo amino ligados ao mesmo átomo de carbono (o carbono α). Figura 21. Estrutura geral de um aminoácido Os aminoácidos diferem uns dos outros em suas cadeias laterais ou grupos R, que variam em estrutura, tamanho e carga eléctrica, que influenciam a solubilidade deles em água. Para além dos 20 aminoácidos comuns, há muito outros menos comuns. Os aminoácidos não essenciais são os que nós humanos conseguimos sintetizar em nosso organismo. Os aminoácidos essenciais são aqueles que não produzimos, sendo necessária a ingestão de determinados alimentos. São eles: triptofano, valina, fenilalanina, treonina, lisina, isoleucina, leucina, histidina e metionina. A maioria deles nós encontramos em alimentos de origem animal: carne, leite, ovos, etc. Bioquímica – Proteínas Apesar dos vegetais conseguirem sintetizar todos os tipos de aminoácidos que precisam para sobreviver, não encontramos todos os essenciais em um só vegetal. Então é importante nas dietas vegetarianas a diversidade na alimentação, principalmente cereais, como trigo, aveia, quinoa; leguminosas, como feijão, grão de bico, lentilha, soja e oleaginosas, como castanhas e nozes. Os aminoácidos podem ainda sofrer outras divisões, segundo o “R” de cada um deles: ● Aminoácidos apolares: o grupo “R” é uma cadeia lateral apolar, ou seja, são hidrofóbicos. É o caso da alanina, leucina, valina, cisteína, glicina, prolina, isoleucina, metionanina, triptofano e fenilalanina. ● Aminoácidos polares neutros: o grupo “R” é uma cadeia lateral polar sem carga elétrica, ou seja, neutra. São hidrofílicos e geralmente contêm hidroxilias, sulfidrilas e aminas. São os: Glicina, Serina, Treonina, Cisteína, Tirosina, Asparagina e Glutamina. ● Aminoácidos polares ácidos: São hidrofílicos e o grupo “R” é uma cadeia lateral com carga negativa, normalmente possuem grupo carboxila, além daquela da estrutura geral. É o ácido glutâmico e ácido aspártico. ● Aminoácidos polares básicos: São hidrofílicos e o grupo “R” é uma cadeia lateral básica, carregada positivamente, possuem grupo amino. São eles: Histidina, lisina e arginina. Bioquímica – Proteínas Tabela 2. Os aminoácidos naturais e essenciais. Naturais Essenciais Glicina Histidina Fenilalanina Alanina Asparagina Valina Serina Glutamina Triptofano Cisteína Prolina Treonina Tirosina Lisina ÁcidoAspártico Leucina ÁcidoGlutâmico Isoleucina Arginina Metionina As proteínas quanto a estrutura classificam- se em: primárias, secundárias, terciárias e quaternárias A estrutura primária de proteína define-se como a cadeia linear de polipéptidos, que são compostos de aminoácidos residuais ligada através de ligação péptido. https://www.infoescola.com/plantas/trigo/ https://www.infoescola.com/plantas/aveia/ https://www.infoescola.com/plantas/feijao/ https://www.infoescola.com/frutas/nozes/ https://www.infoescola.com/bioquimica/acido-glutamico/ A ligação péptido formada com o envolvimento do grupo amino de prolina (R) ou hidroxiprolina em diferentes configurações: Bioquímica – Proteínas Bioquímica – Proteínas A estrutura secundária classifica-se em: estrutura helicoidal (α-Hélice), β-estrutura e β-forma-cruzada. A estrutura α-Hélice é formada pela ligação de hidrogénio entre os grupos péptidos na mesma cadeia polipéptido, como ilustra na figura abaixo. Figura 22. Estrutura secundária de proteína (α-estrutura). A estrutura β apresentauma configuração ligeiramente curva e formada por meio de ligações de hidrogénio interpeptido com a mesma cadeia polipeptida. Esta estrutura pode formar cadeias paralelas com terminal- N na direcção oposta. Figura 23. Estrutura secundária de proteína (β-estrutura). Muitas proteínas possuem ambas regiões α- Hélice e β-estruturas. As proteínas exibem variada extensão de helicidade. Uma percentagem maior da estrutura α-Hélice observa-se em paramiosina, mioglobina e hemoglobina. A β-estrutura encontra-se em tecidos, colageno (pele e proteínas de tendões), ceratina (cabelo), e fibroina, todos possuem β-configuração na sua cadeia polipéptida. Bioquímica - Proteínas A estrutura terciária de proteína refere-se o modo específico de disposição espacial da cadeia polipéptida. Esta divide-se em espécies globular e fibroso. As proteínas globulares são mais comuns na forma elipsóide, enquanto que, proteínas fibrosos são alongadas. As ligações classificam-se em fortes (covalentes) e fracas (polar, van-der- waals). Figura 24. Estrutura terciária de proteína (β, mioglobina). As ligações polares compreendem a de hidrogénio e ligações iónicas. As ligações comuns de hidrogénios são: os grupos NH2, -OH, ou –SH de um aminoácido e grupo carboxílico. As ligações não polares e de van- der-waals são formadas entre radicais de hidrocarbonetos de aminoácidos. Os radicais hidrofóbico de alanina, valina, isoleucina, metioninae fenilalanina interagem no meio aquoso. A estrutura quaternária agrega dois ou mais cadeias polipéptidos com estrutura terciária organizada em simples molécula de proteína funcional. Estes referem-se a oligomeros e protomeros ou subunidades. As subunidades são proteínas globulares e hemoglobinas. Bioquímica - Proteínas Figura 25. Estrutura quaternária de hemoglobima (2α e 2β subunidades). Os métodos de determinação de proteínas são: Estrutura primária: ácido, básico e hidrolíse enzimático, cromatografia de troca iónica e método sequencial. Estrutura secundária: espectropolarimetria, método de troca de isótopo, espectrofotometria UV e Espectroscopia IR. Estrutura terciária: microscópico electrónico, análise estrutural raios-X. Bioquímica - Proteínas Tabela 3. Apresentação de alguns aminoácidos que formam as proteínas. Grupo Características Nome Exemplo (-Rx) Não-polar Hidrofóbico Ala, Val, Leu, Ile, Pro, Phe, Trp, Met Polar Hidrofílico (Não-carregado) Gli, Ser, Thr, Gis, Tir, Asn, Gln Ácido Negativo carregado Asp, Glu Básico Positivo carregado Lis, Arg, His 3.2. Propriedades e Classificação Todas as proteínas são polímeros de aminoácidos unidos através de ligação péptido. Apresentam as propriedades de: ● Alto peso molecular, ● Colóides naturalmente, ● Tamanho de partícula maior, ● Solúveis em diferentes solventes, ● Diferentes formas. Segundo a composição existe três grandes classes de acordo com a sua estrutura: 1. Proteínas simples: são feitos somente com aminoácidos, quando hidrolisam formam aminoácidos. Por exemplo: plasma albumina humana, Tripsina, Chimotripsina, pepsina, insulina, tripsina inibidor de soja e ribonuclease. Bioquímica - Proteínas 2. Proteínas conjugados: são as que contém partes não-proteína ligado a parte de proteína. A parte não-proteína tem a ligação covalente, não-covalente e interacção hidrofóbica. 3. Proteínas derivadas: são formadas a partir de proteínas simples e conjugadas, compostas de duas classes de proteínas derivadas: Proteínas derivadas primárias, que formam-se a partir de proteínas primárias por acção de calor e álcool, por exemplo, albumina de ovo cozido. Proteínas derivadas secundárias, formadas pela hidrólise parcial de proteínas. Por exemplo, proteoses, peptona, gelatina e péptidos. Segundo a solubilidade as proteínas classifica-se em: ● Albuminas: solúveis em água e soluções salinas, por exemplo, albumina de plasma, albumina de ovo e lactalbumina de leite. ● Globulinas: parcialmente solúveis em água, mas solúveis em soluções salinas (Globulinas de plasma, ovoglobulinas, lactoglobulinas de leite). ● Glutelinas: Solúveis em diluentes ácidos e alcalinas (Glutenina de trigo, orizenina de arroz e zeina de de milho). ● Protaminas: solúveis em amoníacos e água, (Salmina de peixe salmão e esturina). ● Histonas: solúveis na água e diluentes ácidos, (Histonas presentes em cromatina). ● Prolaminas: solúveis em diluentes alcoólicos e insolúveis em água e álcool, (Gliadina do trigo e zeina de milho). ● Esclero proteínas: insolúveis na água e diluentes ácidos e alcalinos, (Colageno, elastina e ceratina). Bioquímica - Proteínas 3.3. Propriedades e Composição Segundo a conformação e as ligações da cadeia polipeptídeos as propriedades de proteínas são segundo as estruturas. Estes pode ser estrutura primária apresenta a ligação dissulfato e péptido com união covalente. A estrutura primária de insulina, consiste em duas partes de cadeia polipéptido A e B, ligada por ligação covalente por união dissulfato. A cadeia A têm N-Terminal glicina e C-terminal aspargina. A cadeia B contém fenilalanina e alanina como N- e C-terminal residual, respectivamente. A insulina é uma hormona e seu peso molecular é 5.700. Figura 26. a) Estrutura primária de proteína, b) estrutura primária de insulina. Nenhuma generalização pode ser feita sobre as massas moleculares e peptídeos e proteínas biologicamente activos em relação as funções. Estes que ocorrem naturalmente variam em comprimentos de dois a muitos milhares de resíduos de aminoácidos. Mesmo os menores peptídeos podem ter efeitos biologicamente importantes, veja na tabela $. Bioquímica - Proteínas Tabela 4. Dados moleculares de algumas proteínas. Tabela 5. Proteínas conjugados. Bioquímica - Proteínas Tabela 6. Composição de aminoácidos de duas proteínas. Bioquímica - Proteínas 3.4. Fonte, Ingestão, digestão e Absorção As principais fontes de proteínas são as plantas e os animais, estes constituem as proteínas de origem vegetal e origem animal. Estes podem ser homoproteínas que se encontram em ovos e sangue e heteroproteínas que são glicoproteínas, lipoproteínas, fosfoproteínas, cromoproteínas e nucleoproteínas, que se encontram em músculos de animais e grãos comestíveis. O processo de digestão consiste em desnaturar a proteína por meio de ácidos e enzimas que se encontram no estrato gástrico. Os alimentos são mastigados e humedecidos com a saliva na boca, e segue para o estômago, onde as enzimas digestivas atacam as ligações peptídeas seguidas de desnaturação por ácidos. Estes quebram em pequenas porções. Depois do estômago, as proteínas passam para os intestinos delgado onde o suco alcalino dos pâncreas neutraliza a mistura, elevando até o pH = 7 (neutro), interrompendo deste modo a actividade das enzimas. A proteína-enzima digestiva do pâncreas e intestino continuam atrabalhar até toda proteína é quebrada, formando aminoácidos simples ou dipeptídeos e tripeptídeos, respectivamente. Estes compostos são absorvidas e alimentam a células do organismo. Quando a pessoa ingere grandes doses de um aminoácido simples, aquele aminoácido limita a absorção de outros do mesmo tipo geral. Quando o aminoácido circula na corrente sanguínea, este é transportado para o fígado e outras células. Bioquímica - Proteínas 3.5. Função e Metabolismo A proteína desempenha uma função chave na vida do organismo, pois participam na formação e regeneração de células e músculos que compõem o corpo humano. Durante o crescimento da criança formam- se estruturas celulares internas que dão forma a diversos órgãos que compõe o corpo humano. A regeneração das células sanguíneas ocorrem com ajuda de proteínas específicas que constantemente são metabolizados no sistema digestivo e transportados para todo o corpo. O processo metabólico de ruptura da estrutura de proteínas chama-se “protein turnover”. Para além de formação da estrutura do organismo humano, estes construem enzimas, hormonas, anticorpos e mantém o balanço de fluídos e electrólitos, assim como providencia a energia e glicose. Bioquímica - Proteínas Sumário 1- As proteínas são polímeros de aminoácidos, com cada resíduo de aminoácido unido ao seu vizinho por um tipo específico de ligação covalente. Pode-se encontrar vinte aminoácidos comuns diferentes em proteínas, todos são α- aminoácidos. Eles têm um grupo carboxilo e um grupo amino ligados ao mesmo átomo de carbono (o carbono α). 2- Os aminoácidos podem ainda sofrer outras divisões, segundo o “R” de cada um deles: apolares, polares neutros, polares ácidos, polares básicos. 3- As proteínas quanto a estrutura classificam-se em: primárias, secundárias, terciárias e quaternárias Os métodos de determinação de proteínas são: Estrutura primária: ácido, básico e hidrolíse enzimático, cromatografia de troca iónica e método sequencial. Estrutura secundária: espectropolarimetria, método de troca de isótopo, espectrofotometria UV e Espectroscopia IR. Estrutura terciária: microscópico electrónico, análise estrutural raios-X. 4- Segundo a composição existe três grandes classes de proteínas de acordo com a sua estrutura: Proteínas simples, conjugadas e derivadas. 5- As principais fontes de proteínas são as plantas e os animais, estes constituem as proteínas de origem vegetal e origem animal. Estes podem ser homoproteínas que se encontram em ovos e sangue e heteroproteínas que são glicoproteínas, lipoproteínas, fosfoproteínas, cromoproteínas e nucleoproteínas, que se encontram em músculos de animais e grãos comestíveis. 6- A proteína desempenha uma função chave na vida do organismo, pois participam na formação e regeneração de células e músculos que compõem o corpo humano. Durante o crescimento da criança formam- se estruturas celulares internas que dão forma a diversos órgãos que compõe o corpo humano. Bioquímica - Proteínas Problemas de auto-avaliação 1.Os aminoácidos essências são: a) Alanina, arginina e tirosina b) Fenilalanina, isoleucina e triptofano c) Glutamina, serina e treonina d) Metionina, serina e lisina 2.Actualmente sabe-se que as moléculas de proteínas são formadas por dezenas, centenas ou milhares de outras moléculas, ligadas em sequência como os elos de uma corrente. Assinale a alternativa que menciona quais moléculas formam as proteínas. a) Moléculas de proteínas; b) Moléculas de aminoácidos; c) Moléculas de glicose; d) Moléculas de polissacarídeos; 3. O ADN é um longo polímero formado por unidades repetidas chamadas: a) Nucleotideos b) Monómeros c) Nucleína d) Desoxirribose 4. Para que uma célula possa produzir suas proteínas, ela precisa de aminoácidos, que podem ser obtidos de duas formas: ingeridos em alimentos ricos em proteínas, ou produzidos pelas células a partir de outras moléculas orgânicas. Nas alternativas abaixo marque respectivamente como são chamados os aminoácidos que um organismo não consegue produzir, e como são chamados os aminoácidos produzidos a partir de outras substâncias. a) Aminoácidos naturais e aminoácidos essenciais; b) Aminoácidos proteícos e aminoácidos não essenciais; c) Aminoácidos essenciais e aminoácidos naturais; d) Aminoácidos globulares e aminoácidos secundários; 5. Os factores que causam a desnaturação de proteínas são: a) Etanol e uréia b) Soluto (gordura) e ácidos fracos c) Temperaturas moderadas e uréia d) Agitação vigorosa e alta temperatura 6. As proteínas são formadas pela união de moléculas de aminoácidos e desempenham diversos papéis no organismo, como função estrutural, enzimática, imunológica, dentre outras. De acordo com os seus conhecimentos sobre as proteínas, marque a alternativa errada. a) As proteínas podem diferir uma das outras nos seguintes aspectos: quantidade de aminoácidos na cadeia polipeptídica; tipos de aminoácidos presentes na cadeia polipeptídica e sequência de aminoácidos na cadeia polipeptídica; b) Os aminoácidos essenciais são aqueles que um organismo não consegue produzir; Bioquímica - Proteínas Problemas de auto-avaliação c) ) No final da reacção, a molécula do produto se separa da enzima, que é descartada pelo organismo . d) Com excepção das ribozimas, todas as enzimas são proteínas, sendo que muitas são proteínas simples e outras conjugadas. 7. Os alimentos proteícos são: a) Banana, peixe, feijão. b) Soja, ovo, carne. c) Milho, abacate, inhame d) Arroz, batata, couve. 8. As proteínas são essenciais para todos os seres vivos, uma vez que desempenham funções extremamente importantes. Marque a alternativa que não indica uma função das proteínas: a) Armazenam as informações genéticas. b) Atuam como única substância de reserva energética. c)Participam na composição do exoesqueleto de artrópodes. d) Fazem parte da estrutura de todas as membranas celulares. 9. Estrutura secundária da proteína é dada pelo: a) arranjo espacial de aminoácidos próximos entre si na sequência primária da proteína. b) Sequência de aminoácidos ao longo da cadeia polipeptídica c) Estabilização de pontes de hidrogénio e pontes dissulfeto. d) Estrutura é formada por quatro cadeias polipeptídicas 10. Sabemos que a síntese de uma proteína consiste na união de aminoácidos de acordo com a sequência determinada em um ____. Esse ácido nucleico, por sua vez, é sintetizado a partir de uma molécula de ____ que serviu como molde. Marque a alternativa que indica correctamente o nome das moléculas que completam os espaços. a) RNA; DNA. b) DNA; RNA. c) Proteínas; DNA. d) DNA, aminoácidos. Respostas: 1.b), 2.b), 3.a), 4.c), 5.d), 6.c), 7.b), 8.b), 9.a). 10.a) Bioquímica - Proteínas Problemas de avaliação 1.Todas as afirmações abaixo aplicam-se às proteínas, excepto qual? Identifique-a. a)São polímeros de elevada massa molecular. b)Hidrolisadas produzem aminoácidos. c) Contém C, H, O, N. d)Apresentam sempre carácter neutro. 2.Dentre os elementos abaixo, qual está presente apenas em alguns dos aminoácidos constituintes das proteínas? a)carbono b)nitrogénio c) hidrogénio d) enxofre 3.Pela acção de bactérias ou pela adição de suco de limão ou vinagre ao leite, este coagula. Neste processo ocorrea aglutinação de: a)ácido láctico. b) lípidos. c) vitaminas. d) proteínas. 4.A Glicina, o α-aminoácido mais simples, se apresenta na forma de um sólido cristalino branco, bastante solúvel na água. A presença de um grupo carboxila e de um grupo amino em sua molécula faz com que seja possível a transferência de um íon- hidrogênio do primeiro para o segundo grupo em uma espécie de reacção interna ácido-base, originando um ião dipolar, chamado de “zwitterion”. a) Escreva a fórmula estrutural da glicina e do seu “zwitterion” correspondente. b) Como o “zwitterion” se comporta diante da diminuição de pH da solução em que estiver dissolvido? 5. Examine as seguintes afirmações feitas sobre os aminoácidos: I. Aminoácidos são compostos que apresentam funções amina (- NH2) e ácida (- COOH). II. Os aminoácidos naturais, com excepção da glicina, são opticamente activos. III. Os aminoácidos têm carácter anfótero. IV. Para cada aminoácido existe um valor de pH, no qual sua molécula se torna neutra; este é o chamado ponto isoeléctrico (pH) do aminoácido. V. A ligação peptídica ocorre entre o radical ácido de uma molécula e o radical ácido de outra molécula do aminoácido. São verdadeiras: a) I e II. b) II, III e V. c) I, II, III e IV. d) todas. Respostas: 1.d), 2.d), 3.d). 5.c) Bioquímica UNIDADE 4 – ENZIMAS INTRODUÇÃO As enzimas são produzidas por todos os organismos vivos, incluindo os humanos e estão presentes em pequenas quantidades. Em reacções do sistema biológico as enzimas tem poder catalítico extraordinário, e apresentam um alto grau de especificidade para os seus respectivos substratos, aceleram as reacções químicas e actuam em soluções aquosas sob condições suaves de temperatura e pH. As enzimas estão no centro de cada um dos processos bioquímicos, actuando em sequência organizadas, catalisam cada uma das reacções de centenas de etapas que degradam as moléculas dos nutrientes, que conservam e transformam energia química e que constroem as macromoléculas biológicas a partir de precursores elementares. Foi obtido no século XVII por físico Holandês Van Helmont para as substâncias que afectavam a fermentação. A enzima é sinónimo de fermentação, são peculiares na natureza e usadas como reguladores específicos de metabolismo. OBJECTIVOS Para a unidade 4 temos os seguintes objectivos: ● Estudar as características gerais das enzimas. ● Descrever o mecanismo de actuação no sistema bioquímico. ● Avaliar os factores que influenciam na actividade das enzimas. ● Explicar as funções e a natureza de coenzima no processo bioquímico. Bioquímica - Enzimas 4.1. Características gerais As enzimas são proteínas, em que a actividade catalítica depende da integridade das suas conformações nativas. Se esta é desnaturada ou dissociada nas suas subunidades, geralmente a actividade catalítica é perdida. Apresentam peso molecular entre 12.000 a mais de um milhão, e os componentes químicos adicional denominados cofactor são Fe2+, Mg2+ ou Zn2+, veja a tabela abaixo. Tabela 7. Alguns iões inorgânicos que servem de cofactores para enzimas. As enzimas que obedecem a lei geral de catálise possuem os seguintes princípios: 1. Elas catalisam energeticamente somente as reacções. 2. Elas nunca alteram a rota da reacção. 3. Elas não afectam o equilíbrio da reacção reversível. 4. Elas nunca são consumidas durante a reacção. Muitas enzimas recebem seus nomes pela adição de sufixo “ase” ao nome dos seus substratos ou a uma palavra que descreve sua actividade. Assim, a urease catalisa a hidrólise de ureia e a DNA-polimerase catalisa a polimerização de nucleotídeos para formar DNA. Bioquímica Um número de classificação de quatro partes e um nome sistemático, que identifica a reacção catalisada, são especificados para cada enzima. Exemplo, o nome sistemático d enzima que catalisa a reacção ATP + D-glicose → ADP + D-glicose-6-fosfato Seu número da Comissão de Enzimas é 2.7.1.1. o primeiro número 2 indica o nome da classe (transferase); o segundo número 7, a subclasse (fosfotransferase); o terceiro número 1, uma fosfotransferase que tem um grupo hidroxila como aceptor, e o quarto número 1, D-glicose como o aceptor do grupo fosforil. As enzimas exibem um número acções que distingue de reacções não-biológica, esta distinção consiste na especificação estrutural da enzima que são moléculas de proteína complexa. A velocidade da catálise enzimática muito superior do que catálise não-enzimática. As enzimas são selectivas nos compostos durante o processo metabólico e catalisa as reacções químicas nas condições médias de pressão normal, temperatura de + 37 oC e pH neutro (pH=7±1). Figura 27. Diagrama da coordenada da reacção comparando uma reacção catalisada por enzima com uma não catalisada. Bioquímica - Enzimas Tabela 8. Classificação internacional das enzimas 4.2. Factores que influenciam na actividade enzimáticas Existem seis classes de enzimas que são: Oxidoredutase, Transferase, Hidrolase, Liase, Isomerase, e Logase. Estes catalisam reacções oxi-redutores (dehidrogenases), reacção de grupo-transferência (ATP), hidrólise (pirofosfatase), lise do substrato gerando ligação dupla, mudança de estrutura na reacção de isomerização, ligações ou junções, respectivamente. Uma reacção enzimática simples pode ser descrita como Onde: E, S e P representam enzimas, substrato e produto; ES e EP são complexos transitórios da enzima com o substrato e com o produto. Figura 28. Ligação de um substrato no sítio activo de uma enzima. Bioquímica - Enzimas A função do catalisador é aumentar a velocidade de reacção, a catálise afecta o equilíbrio da reacção. A energia é descrita no sistema biológico em termo de energia livre G. o ponto de partida da reacção directa e reacção inversa é denominado de estado fundamental. Figura 29. Diagrama da coordenada da reacção. Os inibidores de enzimas são moléculas que interferem com a catálise, diminuindo ou interrompendo as reacções enzimáticas. Também, estes fornecem ricas informações sobre os mecanismos enzimáticos e tem ajudado a desvendar algumas vias metabólicas. Um tipo muito comum de inibição reversível é denominado competitivo, que compete com o substrato pelo sítio activo impedido deste modo a sua ligação com à enzima. Os dois outros tipos de inibidores reversíveis são a incompetitiva e mista, que liga-se em um sítio distinto do sítio activo do substrato e o inibidor misto, há ligação a um sítio distinto do sítio activo, ao qual o substrato se liga. Veja na figura $. Bioquímica - Enzimas Figura 30. Três tipos de inibição reversível. Os inibidores irreversíveis ligam-se covalentemente com ou destroem um grupo funcional da enzima essencial à actividade da enzima ou então formam uma associação não covalente estável. Bioquímica - Enzimas Uma classe especial de inibidores irreversíveis é formada pelos inactivadores suicidas, que são relativamente não reactivos até que se liguem ao sítio activo de uma enzima específica. Estes passam pelas primeirasetapas químicas de uma reacção enzimática, mas é convertido em um composto muito reactivo que se combina irreversivelmente com a enzima. Figura 31. Inibição irreversível. A actividade enzimática depende do pH, as enzimas têm um pH ou uma faixa de pH óptimo no qual a actividade catalítica é máxima. A actividade decresce e pH maior ou menor, a faixa de pH na qual uma enzima sofre mudança na actividade é próxima a pH=7. Outros factores como a concentração de enzimas, temperatura, concentração de substrato influenciam a acção enzimática. Bioquímica - Enzimas 4.3. Coenzimas As coenzimas são moléculas orgânicas ou metalorgânicas complexa que agem como carreadores transitórios de grupos funcionais específicos. A maioria deles é deriva das vitaminas, nutrientes orgânicos cuja presença na dieta é necessária em pequenas quantidades. Essas moléculas orgânicas perdem a ligação não-covalente para a molécula da enzima, durante o decurso da reacção, onde o substrato refere-se como co-substratos. As coenzimas mais comuns nas reacções enzimáticas são: ● Derivadas de niacina: NAD+, NADH + H+, NADP+ e NADPH + H+. ● Derivadas de riboflavina: FMN, FMNH2, FAD e FADH2. ● Ácido pantotenico: A(CoA, CoASH). ● Tiamina: tiamina piro(di)fosfato (TPP, TDP). ● Piridoxina: piridoxal fosfato (P-PO4). ● Ácido fólico: tetrahidrofolato (FH4). ● Vitamina B12: metilcobamide Bioquímica - Enzimas 4.4. Função das enzimas As coenzimas acima referidas actuam na catálise de reacções de descarboxilação oxidativa (participam do Ciclo de Krebs, via das pentoses fosfatadas). Actuam como precursora dos cofactores de flavina: FMN (flavinamononucleotídio) e FAD (flavina adenina dinucleotídio). Participam nos processos metabólicos de glicídeos e protídeos, na respiração em nível celular, assi como no metabolismo de lipídeos (na activação de ácidos gordos e transporte de grupamentos ácidos). Estes servem como cofactor de um grande número de enzimas que transferem grupos amino no metabolismo de aminoácidos (transferase). Bioquímica - Enzimas Sumário 1- As enzimas são proteínas, em que a actividade catalítica depende da integridade das suas conformações nativas. Se esta é desnaturada ou dissociada nas suas subunidades, geralmente a actividade catalítica é perdida. Apresentam peso molecular entre 12.000 a mais de um milhão, e os componentes químicos adicional denominados cofactor são Fe2+, Mg2+ ou Zn2+. 2- Existem seis classes de enzimas que são: Oxidoredutase, Transferase, Hidrolase, Liase, Isomerase, e Logase. Estes catalisam reacções oxi-redutores (dehidrogenases), reacção de grupo-transferência (ATP), hidrólise (pirofosfatase), lise do substrato gerando ligação dupla, mudança de estrutura na reacção de isomerização, ligações ou junções, respectivamente. 3- Os inibidores de enzimas são moléculas que interferem com a catálise, diminuindo ou interrompendo as reacções enzimáticas. Também, estes fornecem ricas informações sobre os mecanismos enzimáticos e tem ajudado a desvendar algumas vias metabólicas. 4- A actividade enzimática depende do pH, as enzimas têm um pH ou uma faixa de pH óptimo no qual a actividade catalítica é máxima. A actividade decresce e pH maior ou menor, a faixa de pH na qual uma enzima sofre mudança na actividade é próxima a pH=7. Outros factores como a concentração de enzimas, temperatura, concentração de substrato influenciam a acção enzimática. 5- As coenzimas são moléculas orgânicas ou metalorgânicas complexa que agem como carreadores transitórios de grupos funcionais específicos. A maioria deles é deriva das vitaminas, nutrientes orgânicos cuja presença na dieta é necessária em pequenas quantidades. Essas moléculas orgânicas perdem a ligação não-covalente para a molécula da enzima, durante o decurso da reacção, onde o substrato refere- se como co-substratos. Bioquímica - Enzimas Problemas de auto-avaliação 1.Quando o inibidor e o substracto interagem pela enzima, isto é, não se podem ligar ao mesmo tempo à enzima, estamos perante a: a) Inibição acompetitiva ou incompetitiva b) Inibição não-competitiva c) Inibição competitiva d) Inibição mista 2.Enzimas digestivas, reduzem os alimentos em componentes menores que são mais facilmente absorvidos no: a) Intestino grosso b) Figado c) tracto digestivo d) Intestino delgado 3.As enzimas são substâncias que participam de reacções biológicas, aumentando a velocidade do processo. Assinale a alternativa em que está indicada a natureza dessa substância: a) Lipídio. b) Sal mineral. c) Carboidrato. d) Proteína. e) Fibra. 4. As enzimas são moléculas polipeptídicas de grande tamanho que muitas vezes apresentam uma forma globosa. Elas são capazes de interagir com substratos e actuar como catalisadores biológicos. O nome dado à região da enzima capaz de interagir com o substrato é: a) sítio activo. b) núcleo activo. c) neurotransmissor. d) complexo enzimático. e) cofator. 5. Qual o composto biológico que tem como função facilitar e aumentar a velocidade das reacções envolvendo biomoléculas orgânicas nas células? a) esteroides b) proteína com função enzimática c) polissacarídios d) lipídios 6. Sabemos que as enzimas possuem papel fundamental nas reacções químicas que ocorrem em nosso corpo. Marque a alternativa que indica correctamente a função dessas substâncias orgânicas nas reacções do nosso organismo. a) As enzimas actuam retardando a velocidade de uma reacção. b) As enzimas actuam aumentando a velocidade de uma reacção. c) As enzimas não atuam na velocidade de uma reacção. d) As enzimas atuam apenas degradando substâncias. Bioquímica - Enzimas Problemas de auto-avaliação 7. Para inibir a acção de uma enzima, pode- se fornecer à célula uma substância que ocupe o sítio activo dessa enzima. Para isso, essa substância deve: a) estar na mesma concentração da enzima. b) ter a mesma estrutura espacial do substrato da enzima. c) recobrir toda a molécula da enzima. d) ter a mesma função biológica do substrato da enzima. e) promover a desnaturação dessa enzima. 8. As enzimas são: a) carboidratos. b) lipídios. c) fosfolipídios. d) proteínas. e) ácidos graxos. 9. As enzimas são substâncias que atuam em substratos específicos. Relacione correctamente a enzima com seu substrato: a) Renina – ácido lático. b) Ptialina – amido. c) Pepsina – gorduras. d) Amilase – proteína. e) Maltase – sacarose. 10.Considerando a definição de enzimas, assinale a alternativa correta: I – São catalisadores orgânicos, de natureza protéica, sensíveis às variações de Temperatura. II – São substâncias químicas de natureza lipídica, sendo consumidas durante o processo químico III – Apresenta uma região chamada área activa, à qual se adapta a molécula do substrato. a) Apenas a afirmativa I é correta. b) Apenas as afirmativas II e III são corretas. c) Apenas as afirmativas I e III são corretas. d) Todas as afirmações são corretas. e) Nenhuma afirmação é correta Respostas: 1.c), 2.c), 3.d), 4.a), 5.b), 6.b), 7.a), 8.d), 9.b), 10.c) Bioquímica - Enzimas Problemas de avaliação 1. O diagrama esquematiza o
Compartilhar