Baixe o app para aproveitar ainda mais
Prévia do material em texto
04/09/23, 14:20 Processos Biológicos https://codely-fmu-content.s3.amazonaws.com/Moodle/EAD/Conteudo/SAU_PRBIBA_19/unidade_1/ebook/index.html 1/58 PROCESSOS BIOLÓGICOS CAPI�TULO 1 - O SURGIMENTO DAS CE� LULAS: COMO A QUI�MICA E A BIOLOGIA PODEM EXPLICAR? Ana Paula Felizatti / Nıćolas Murcia / Vinicius Canato Santana 04/09/23, 14:20 Processos Biológicos https://codely-fmu-content.s3.amazonaws.com/Moodle/EAD/Conteudo/SAU_PRBIBA_19/unidade_1/ebook/index.html 2/58 04/09/23, 14:20 Processos Biológicos https://codely-fmu-content.s3.amazonaws.com/Moodle/EAD/Conteudo/SAU_PRBIBA_19/unidade_1/ebook/index.html 3/58 Introdução Você já se questionou de onde viemos e como viemos? Já se perguntou como a vida surgiu? Dentre as teorias existentes, as teorias evolucionistas do surgimento da vida são as mais aceitas na contemporaneidade para explicar as questões que dizem respeito às inúmeras dúvidas sobre o inı́cio da vida em suas mais diversas formas. Você já parou para observar o quão diversa a vida se apresenta? Há uma in�inidade de formas de vida, desde as mais simples, formadas por uma única célula, até as mais complexas, como nós, os seres humanos, pluricelulares e altamente organizados. Mas, como foi possı́vel o surgimento dos seres mais simples e como se deu a formação dos seres mais complexos? A premissa base mais aceita no meio cientı́�ico é respaldada na formação da sopa primordial ou sopa orgânica. Trata-se de uma teoria que alia conhecimentos quı́micos e biológicos para explicar como uma sopa orgânica, contendo inicialmente átomos e moléculas simples, foi capaz de originar todas as formas de vida. A teoria se fortaleceu com a observação in vitro de tal acontecimento, com a formação de aminoácidos, blocos estruturais das proteı́nas, que são as macromoléculas mais abundantes nos seres vivos (JUNQUEIRA, 2012). Neste capı́tulo, veremos com mais detalhes sobre a formação da vida do ponto de vista quı́mico e biológico. Assim, poderemos compreender como ligações quı́micas entre átomos e moléculas simples, foram responsáveis pela estruturação de moléculas orgânicas com enorme importância biológica no contexto do surgimento da vida. 1.1 Química dos organismos vivos A quı́mica é uma ciência exata muito atrelada à formação da vida. Há milhões de anos, elementos quı́micos se agruparam por meio de ligações quı́micas em um processo gradual e complexo e deram origem à moléculas orgânicas precursoras das formas de vida mais simples. Essas formas simples, eventualmente, passaram por processos evolutivos que deram origem a rotas bioquı́micas que possibilitaram a evolução para formas mais complexas. Mas tudo começou com elementos quı́micos simples. Não é incrı́vel? Nesta sessão, iremos explorar os conceitos da quı́mica no contexto dos organismos vivos e surgimento da vida. 1.1.1 Composição química das células Você certamente já ouviu dizer que somos feitos majoritariamente por água, não é mesmo? Essa premissa é absolutamente correta, visto que somos formados por células, e elas têm, em sua composição, a água como elemento mais abundante. Além da água, outros elementos estão presentes na célula, entre compostos orgânicos e inorgânicos. A composição quı́mica das células segue o padrão aproximado ilustrado pelo objeto a seguir. Clique nos itens para conferir! E� interessante notarmos que as células são a unidade funcional mais básica dos seres vivos, e têm caracterı́sticas em comum tanto nos seres mais simples como nos mais complexos. Nesta seção, iremos conhecer e compreender a importância desses elementos comuns em quase todas as células. 1.1.2 Átomos, moléculas e íons Os organismos vivos são compostos por somente uma pequena seleção dos 92 elementos quı́micos que ocorrem naturalmente (ilustrados na tabela periódica dos elementos), sendo que apenas quatro deles – carbono (C), hidrogênio (H), nitrogênio (N) e oxigênio (O) – representam 95% do peso de um organismo e 04/09/23, 14:20 Processos Biológicos https://codely-fmu-content.s3.amazonaws.com/Moodle/EAD/Conteudo/SAU_PRBIBA_19/unidade_1/ebook/index.html 4/58 formam algumas moléculas importantes em nossas células, como água, proteı́nas, carboidratos, lipı́dios e DNA. Os átomos desses elementos são ligados um ao outro por ligações quı́micas, formando moléculas. Mas, você sabe o que são átomos e moléculas? Conhece qual a diferença entre eles? Clique nos itens a seguir e conheça mais sobre estas questões. Química A quı́mica pode ser de�inida como o estudo da matéria e das transformações que ela sofre. Matéria Matéria é tudo aquilo que ocupa espaço e possui massa. Estados da matéria Toda matéria, pelo menos em princı́pio, pode existir em três estados: sólido, lı́quido e gasos Vamos agora conhecer um breve relato histórico sobre a quı́mica e os estudos que a transformaram nessa ciência importante e imprescindı́vel para a manutenção da vida humana. Figura 1 - Tabela Periódica dos Elementos. Fonte: Humdan/Shutterstock. • • • 04/09/23, 14:20 Processos Biológicos https://codely-fmu-content.s3.amazonaws.com/Moodle/EAD/Conteudo/SAU_PRBIBA_19/unidade_1/ebook/index.html 5/58 Uma molécula é um agregado de, pelo menos, dois átomos ligados em um arranjo de�inido por forças quı́micas (também chamadas de ligações quı́micas). Uma molécula pode possuir átomos do mesmo elemento ou átomos de dois ou mais elementos unidos. A partir do tipo e número de átomos que uma molécula possui, podemos escrever sua fórmula molecular. Con�ira alguns exemplos, clicando nas abas abaixo. As moléculas que têm carbono na sua composição são chamadas de moléculas orgânicas, e aquelas que não têm são chamadas de inorgânicas. Posteriormente, iremos abordar as principais moléculas orgânicas, suas caracterı́sticas e funções. Como dito anteriormente, dois átomos permanecem unidos por ligações quı́micas para formar moléculas. Dois tipos de ligações quı́micas são muito importantes para a compreensão da química da vida: ligações covalentes e não covalentes. Ligação covalente é a ligação em que há compartilhamento de elétrons entre átomos; essas ligações tendem a ser mais fortes. Gra�icamente são mostradas como um ( – ) entre dois átomos, e podem ser ligações simples, duplas ou triplas, como ilustrado a seguir: Dentre as ligações não covalentes, se destacam as ligações de hidrogênio e as ligações iônicas. Esse é um tipo de ligação quı́mica em que não há compartilhamento de elétrons. A ligação é baseada na atração eletrostática entre átomos, como a ligação que ocorre entre Na+ e Cl- na formação do sal de cozinha. Possui dois átomos de oxigênio e um de carbono. Possui um átomo de carbono e quatro de hidrogênio. • • Figura 2 - Anotações moleculares amplamente utilizadas em bioquı́mica. Fonte: Udaix/Shutterstock. Dióxido de Carbono (CO2) Metano (CH4) 04/09/23, 14:20 Processos Biológicos https://codely-fmu-content.s3.amazonaws.com/Moodle/EAD/Conteudo/SAU_PRBIBA_19/unidade_1/ebook/index.html 6/58 Por �im, um ı́on é um átomo ou grupo de átomos que tem uma carga positiva ou negativa. Um ânion é um ı́on com carga negativa, em virtude de um aumento do número de elétrons, e um cátion, um ı́on com carga positiva, devido à perda de um ou mais elétrons. O cloreto de sódio (NaCl), o sal de cozinha, é denominado um composto iônico, pois é formado por cátions e anı́ons (Na+ e Cl-). Figura 3 - Ligações quı́micas entre átomos. Fonte: Adaptada de Nasky; OSweetNature/Shutterstock. VOCÊ QUER VER? Quer conhecer inúmeros tipos de moléculas? Acesse o site 3DChem.com e con�ira. Disponıv́el em: <http://www.3dchem.com/a-z.asp (http://www.3dchem.com/a-z.asp)> http://www.3dchem.com/a-z.asp 04/09/23, 14:20 Processos Biológicos https://codely-fmu-content.s3.amazonaws.com/Moodle/EAD/Conteudo/SAU_PRBIBA_19/unidade_1/ebook/index.html 7/58 Dando sequência aos seus estudos sobre o surgimento das células,veremos sobre de outro elemento quı́mico muito importante: a água. Vamos lá? 1.1.3 A Água A água representa cerca de 70% do peso nos organismos. As teorias evolutivas celebram que a formação da vida como conhecemos atualmente é resultado das caracterı́sticas dos ambientes aquosos primordiais. As caracterı́sticas fı́sico-quı́micas da água explicam por que a vida pode ter se estabelecido inicialmente em ambientes aquosos. Para conhecer mais sobre a água, clique nas setas abaixo. Figura 4 - Molécula da A� gua. Fonte: Fonte: Shade Design/Shutterstock.com. O ponto de ebulição, fusão e vaporização da água é maior na água do que em outros solventes devido à grande coesão interna entre os átomos de hidrogênio e oxigênio da molécula. A molécula de água possui dois dipolos elétricos, gerando uma ligação de hidrogênio (VOET, 2013). 04/09/23, 14:20 Processos Biológicos https://codely-fmu-content.s3.amazonaws.com/Moodle/EAD/Conteudo/SAU_PRBIBA_19/unidade_1/ebook/index.html 8/58 Os seres vivos são adaptados a ambientes aquosos e a grande maioria das reações bioquı́micas ocorrem em ambiente aquoso, dentro das células, no citosol. Até mesmo as macromoléculas que repelem água se organizam em estruturas hidrofóbicas de dobramento essenciais para sua estabilidade, e sem a presença de água para induzir a repulsão, essa estrutura de dobramento não seria possı́vel. Assim, a água é essencial para manutenção da vida, visto que sem ela, não ocorrem as reações necessárias para manutenção celular. Essa ligação é mais fraca que uma ligação covalente, permitindo que a água interaja com diversas moléculas, solubilizando-as. Graças a essa propriedade, a água é conhecida como solvente universal. Compostos que se dissolvem bem na água são chamados de hidrofı́licos. Aqueles que não se dissolvem, chamados de hidrofóbicos. Além de solvente, a água também é importante para o processo de tamponamento celular, garantindo a dissociação de moléculas de hidrogênio e hidroxilas para manutenção do pH celular. Adicionalmente, a água também tem papel reagente, podendo participar ativamente de reações quı́micas, como condensações, hidrólise e oxidorredução. 04/09/23, 14:20 Processos Biológicos https://codely-fmu-content.s3.amazonaws.com/Moodle/EAD/Conteudo/SAU_PRBIBA_19/unidade_1/ebook/index.html 9/58 A seguir, você aprenderá mais sobre os ácidos e bases. Fique atento! 1.1.4 Ácidos e Bases Um dos tipos de reação quı́mica mais simples, e que tem grande importância para as células, ocorre quando uma molécula que possui alguma ligação covalente altamente polar entre um hidrogênio e outro átomo se dissolve em água. Quando uma molécula polar �ica rodeada por moléculas de água, o próton (H+) é atraı́do pela carga parcialmente negativa do átomo de oxigênio de uma molécula de água adjacente. Esse próton pode se dissociar facilmente do seu parceiro original e se associar ao átomo de oxigênio de uma molécula de água, gerando um ı́on hidrônio (H3O+) (ALBERTS, 2017). Sendo assim, as moléculas que liberam prótons quando dissolvidas em água, formando, assim, H3O+, são denominadas ácido. Já a base é o oposto de ácido: é de�inida como qualquer molécula capaz de aceitar um próton de uma molécula de água. O interior das células também é mantido próximo da neutralidade pela presença de ácidos e bases fracos (tampões), que podem liberar ou receber prótons próximos do pH 7, o que mantém o ambiente celular relativamente constante sob uma grande variedade de condições. 1.1.5 Moléculas orgânicas Figura 5 - Manutenção da vida. Fonte: Fonte: ESB Professional/Shutterstock.com. 04/09/23, 14:20 Processos Biológicos https://codely-fmu-content.s3.amazonaws.com/Moodle/EAD/Conteudo/SAU_PRBIBA_19/unidade_1/ebook/index.html 10/58 As moléculas orgânicas são aquelas que têm carbono como parte estrutural. O carbono é um elemento versátil, capaz de realizar diferente tipos de ligações covalentes – simples, duplas, triplas – com diferentes elementos quı́micos, como oxigênio, hidrogênio e nitrogênio, formando a estrutura básica das biomoléculas. Para compreender a quı́mica das células, devemos compreender a quı́mica dos elementos. Clique nos itens abaixo e conheça mais sobre o carbono. O carbono é o elemento primordial para formação dos compostos orgânicos que garantem sobrevivência celular. A capacidade de formação de ligações do carbono re�lete os diferentes tipos de biomoléculas O carbono representa mais de 50% do peso seco total das células, explicitando a organizaç dos seres vivos em torno deste elemento. O carbono pode fazer até quatro ligações simples a partir de seu núcleo. A estrutura d quatro ligações remete a um tetraedro, com ligações nos quatro vértices. O carbono também realiza ligações duplas e triplas, por meio do compartilhamento de par de elétrons, sendo dois pares compartilhados nas ligações duplas e três pares nas ligaçõ triplas. A versatilidade das ligações resulta em um universo muito amplo e diverso de grup quı́micos funcionais formados, que têm extrema importância para a dinâmica celular d seres vivos. Veja abaixo alguns exemplos de moléculas orgânicas (aminoácido alanina e glicose) e de como o átomo de carbono pode ser ligar a diversos outros átomos. • • • • • • 04/09/23, 14:20 Processos Biológicos https://codely-fmu-content.s3.amazonaws.com/Moodle/EAD/Conteudo/SAU_PRBIBA_19/unidade_1/ebook/index.html 11/58 Agora, para uma experiência mais dinâmica, acesse os links a seguir e explore essas moléculas em 3D! Há centenas ou até milhares de biomoléculas nas células. Essas biomoléculas foram sendo conservadas ao longo dos processos evolutivos, participando ativamente das vias metabólicas essenciais dos seres vivos. Figura 6 - Moléculas orgânicas. Fonte: Fonte: Shmitt Maria/Shutterstock. VOCÊ QUER VER? Para conhecer a molécula da Alanina, clique em: Alanina <http://www.3dchem.com/3dmolecule.asp?ID=36 (http://www.3dchem.com/3dmolecule.asp?ID=36)>. E para conhecer a molécula da Glicose, clique em: Glicose <http://www.3dchem.com/3dmolecule.asp?ID=423 (http://www.3dchem.com/3dmolecule.asp?ID=423)>. http://www.3dchem.com/3dmolecule.asp?ID=36 http://www.3dchem.com/3dmolecule.asp?ID=423 04/09/23, 14:20 Processos Biológicos https://codely-fmu-content.s3.amazonaws.com/Moodle/EAD/Conteudo/SAU_PRBIBA_19/unidade_1/ebook/index.html 12/58 As principais biomoléculas, ou macromoléculas, presentes nas células são os carboidratos, lipı́dios, proteı́nas/enzimas e os ácidos nucleicos. Para conhecer mais sobre elas, clique nas abas a seguir. Você sabe quem descobriu o DNA? Dê continuidade aos seus estudos e con�ira! VOCÊ O CONHECE? Watson e Crick são considerados os pais da estrutura do DNA, mas foi Rosalind Franklind que deu passos essenciais para que eles conseguissem desvendar a estrutura em hélice. Rosalind infelizmente não teve seu talento reconhecido em vida, mas sua história de vida é inspiradora para todos os amantes da ciência. Clique nas abas 04/09/23, 14:20 Processos Biológicos https://codely-fmu-content.s3.amazonaws.com/Moodle/EAD/Conteudo/SAU_PRBIBA_19/unidade_1/ebook/index.html 13/58 Nas próximas sessões, você estudará mais detalhes sobre as macromoléculas essenciais. Este e outros temas serão abordados para que a compressão da importância delas nas células seja esclarecida e melhor �ixada. Vamos continuar explorando a maquinaria celular? 1.2 Origem da vida e teoria celular Como a vida começou? A explicação da origem da vida para as ciências biológicas tem um marco muito importante: a descoberta das células! Mas, antes dar continuidade aos seus estudos sobre a origem da vida e teoria celular, assista ao vı́deo especialmente desenvolvido para esta seção. As células foram descobertas pelo cientista inglês Robert Hooke, no século XVII, com o auxı́lio de um microscópio rudimentar. Hooke observou, pelaprimeira vez, uma estrutura de cortiça vegetal. Ele foi capaz de identi�icar pequenos compartimentos que nomeou de célula, pela origem latina “cella”, compartimento fechado, ao observar as divisões referentes as paredes celulares. Anos depois, cientistas foram capazes de observar o núcleo, com microscópios melhores. Desde o século XIX, os cientistas sabem que todos os seres vivos são formados por células, e descobertas foram sendo realizadas para construir teorias que possam explicar a origem das células e inı́cio da vida (JUNQUEIRA, 2012). Nesta seção, iremos compreender como as células surgiram e qual o impacto disso no contexto da evolução dos organismos. Mantenha-se atento e bons estudos! 1.2.1 Origem da vida: teorias e o elo com surgimento celular O processo evolutivo que originou as primeiras células começou na Terra, há aproximadamente quatro bilhões de anos. Naquela época, a atmosfera provavelmente continha vapor d’água, amônia, metano, hidrogênio, sulfeto de hidrogênio e gás carbônico. Para que o surgimento da vida fosse possı́vel, como você estudou na seção anterior, há milhões de anos, surgiram ligações entre elementos quı́micos da atmosfera primitiva. Esses elementos deram origem às moléculas que permitiram o surgimento das formas mais básicas de vida. Essas ligações foram resultado de descargas energéticas que desencadearem desequilı́brio eletrônico. Esses elementos, por sua vez, se associaram em uma sopa orgânica, gerando moléculas como os ácidos nucleicos e os aminoácidos (JUNQUEIRA, 2012). 04/09/23, 14:20 Processos Biológicos https://codely-fmu-content.s3.amazonaws.com/Moodle/EAD/Conteudo/SAU_PRBIBA_19/unidade_1/ebook/index.html 14/58 Eventualmente, após o surgimento dessas moléculas essenciais, as células surgiram. Com o surgimento das células, surgiram os primeiros organismos vivos. Mas como as células surgiram? E como surgiram diferentes tipos de células? Vamos descobrir?! 1.2.2 A primeira célula seria composta por RNA autoreplicativo! A formação espontânea de moléculas orgânicas foi demonstrada experimentalmente pela primeira vez na década de 1950. Na ocasião, Stanley L. Miller e Harold C. Urey demonstraram que a descarga de faı́scas elétricas em uma mistura de H2, CH4 e NH3 na presença de água, levou à formação de uma variedade de moléculas orgânicas, incluindo vários aminoácidos (JUNQUEIRA, 2012). A hipótese mais aceita atualmente é a de que �itas de RNA se formaram e foram englobados em membranas lipı́dicas, dando origem às protocélulas (células primitivas). Esse RNA foi capaz de se autoduplicar, proporcionando a divisão das células primitivas. Um passo crı́tico no entendimento da evolução molecular foi alcançado no inı́cio dos anos 1980, quando foi descoberto que o RNA é capaz de catalisar uma série de reações quı́micas, incluindo a polimerização de nucleotı́deos. Consequentemente, acredita-se que o RNA tenha sido o sistema genético inicial, e acredita-se que um estágio inicial da evolução quı́mica tenha sido baseado em moléculas de RNA autorreplicativas (que possuem a capacidade de duplicar-se a partir de uma molécula molde, formando cópias de si mesmas). Esse foi um perı́odo de evolução conhecido como o mundo do RNA. As interações ordenadas entre o RNA evoluı́ram para o código genético atual e o DNA acabou substituindo o RNA como material genético (COOPER, 2000). Apesar de a teoria da origem da primeira célula ainda ter lacunas, ela é a mais bem aceita no meio cientı́�ico, atualmente. Agora, conheça mais sobre a organização inicial de um RNA autorreplicante no interior de uma bicamada fosfolipı́dica de uma célula primitiva, observando a �igura a seguir. VOCÊ SABIA? O documentário “Origem da vida”, produzido pela National Geographic, mostra uma linha do tempo pautada em eventos cientı�́icos importantes para a compreensão da origem da vida. E� uma série muito interessante para aprender mais sobre o assunto e conhecer curiosidades sobre as teorias e seus criadores, incluindo a análise de experimentos antigos e atuais. Que tal aprender um pouco mais sobre esse assunto tão intrigante? 04/09/23, 14:20 Processos Biológicos https://codely-fmu-content.s3.amazonaws.com/Moodle/EAD/Conteudo/SAU_PRBIBA_19/unidade_1/ebook/index.html 15/58 Acompanhe, na sequência, como ocorreu o surgimentos dos primeiros organismos. Para tanto, clique nos itens abaixo. Primeiros organismos Os primeiros organismos eram heterotró�icos (incapaz de produzir o próprio alimento e q se nutre de outros seres vivos) anaeróbicos (não utilizavam oxigênio em seu metabolismo devido à ausência de oxigênio na atmosfera terrestre. Autotrofia Com o passar do tempo, esses organismos passam a apresentar alterações genéticas q possibilitam a autotro�ia, como observado nas algas azuis. Fotossíntese Surge então, a capacidade de realizar fotossı́ntese nesses organismos, alterando a atmosfe primitiva pela geração de oxigênio (JUNQUEIRA, 2012). Organismos aeróbicos A partir dessa alteração, organismos aeróbicos surgem, e a vida, que até então ocorria e ambiente aquoso, passa a ser possı́vel no ambiente terrestre. Procariontes e unicelulares Os primeiros organismos são classi�icados como procariontes (material genético n protegido por núcleo) e unicelulares. Supõe-se que o passo seguinte no processo evolutivo foi o surgimento das células eucariontes (com material genético protegido por envoltório ou núcleo). Tudo indica que as células eucariontes, caracterizadas por seu elaborado sistema de membranas internas, tenham se originado a partir de procariontes, por invaginações da membrana plasmática. Essa hipótese é apoiada pela observação de que as membranas intracelulares se assemelham à membrana plasmática. A invaginação da membrana foi fundamental para a evolução das células eucariontes, pois formou diversos compartimentos intracelulares, ou organelas, como o núcleo, Figura 7 - Organização inicial de um RNA auto replicante no interior de uma bicamada fosfolipı́dica: célula primitiva. Fonte: Adaptada de National Center for Biotechnology Information, [s.d]. • • • • • 04/09/23, 14:20 Processos Biológicos https://codely-fmu-content.s3.amazonaws.com/Moodle/EAD/Conteudo/SAU_PRBIBA_19/unidade_1/ebook/index.html 16/58 retı́culo endoplasmático, endossomos, lisossomos e aparelho de Golgi, que são organelas (microrregiões) com composições e atividades funcionais especı́�icas (JUNQUEIRA, 2012). Por �im, há evidências sugestivas de que as organelas envolvidas nas transformações energéticas, cloroplastos e mitocôndrias, originaram-se de bactérias que foram incorporadas e se estabeleceram como simbiontes no interior das células eucariontes hospedeiras, criando um relacionamento mutuamente bené�ico e que se tornou irreversı́vel com o passar dos anos. A �igura a seguir apresenta a teoria da Endossimbiose. Con�ira! Perceba que na imagem A podemos visualizar o processo de invaginação da membrana plasmática que deu origem ao envelope nuclear e possibilitou que as células evoluı́ssem de procariotos para eucariotos. Já na imagem B, observe a internalização de uma célula aeróbia, capaz de realizar fosforilação oxidativa, que posteriormente evoluiu para as nossas mitocôndrias. Figura 8 - a) Ilustração da teoria da invaginação da membrana plasmática; b) Ilustração da teoria da Endossimbiose. Fonte: Adaptada de Junqueira; Carneiro (2012, p. 12-13). 04/09/23, 14:20 Processos Biológicos https://codely-fmu-content.s3.amazonaws.com/Moodle/EAD/Conteudo/SAU_PRBIBA_19/unidade_1/ebook/index.html 17/58 Agora, vamos conhecer outros aspectos relacionados as células procariontes. Para tanto, mantenha-se atento ao próximo subtópico. Vamos lá? 1.2.3 Células procariontes Vimos que as células procariontes são mais simples e menores do que as células eucariontes. Para conhecer as principais caracterı́sticas dessas células, cujo material genético não protegido pornúcleo, clique nas abas abaixo (ALBERTS,2017). VOCÊ SABIA? Para ampliar seus conhecimentos sobre a origem das células, sugerimos que você acesse o site Learn.Genetics – Genetic Science Learning Center. Você terá uma experiência microscópica, ao comparar a escala de tamanho entre uma célula eucarionte (célula de pele = skin cell), procarionte (bactéria E. coli) e um vıŕus (HIV)! Você irá se surpreender o quão pequenas essas estruturas são quando comparadas à um grão de arroz! Disponıv́el em: <https://learn.genetics.utah.edu/content/cells/scale/ (https://learn.genetics.utah.edu/content/cells/scale/)>. Ausência de núcleo Ausência de núcleo (carioteca). A carioteca é uma membrana que envolve o DNA, compartimentalizando essa região. https://learn.genetics.utah.edu/content/cells/scale/ 04/09/23, 14:20 Processos Biológicos https://codely-fmu-content.s3.amazonaws.com/Moodle/EAD/Conteudo/SAU_PRBIBA_19/unidade_1/ebook/index.html 18/58 As células procariontes não são capazes de se associar formando tecidos: uma única célula procarionte dá origem a um organismo procarionte, isto é, um organismo unicelular. Podem ter formas diversas, dentre elas coco (forma esférica) e bacilo (forma de bastão) e a reprodução ocorre de forma assexuada, por �issão binária (ALBERTS, 2017). Estruturas funcionais Não apresentam organelas citoplasmáticas, que são estruturas funcionais limitadas por membranas. DNA circular Seu DNA é cı́clico, diferente dos eucariotos que possuem DNA linear (com extremidades livres). 04/09/23, 14:20 Processos Biológicos https://codely-fmu-content.s3.amazonaws.com/Moodle/EAD/Conteudo/SAU_PRBIBA_19/unidade_1/ebook/index.html 19/58 A célula procarionte mais estudada é uma bactéria chamada de Escherichia coli, e, assim como, ela há milhares de outras espécies de bactérias. Uma célula procarionte possui o material genético não compartimentalizado, polissacarı́deos formando uma cápsula protetora, parede celular e fosfolipı́dios formando a membrana celular, �lagelos para locomoção (em alguns organismos), citoplasma e ribossomos (JUNQUEIRA, 2012). Podemos observar a estrutura da célula procariótica e seus componentes na parte A da �igura abaixo. Figura 9 - Tipos de bactérias. Fonte: Designua/Shutterstock. 04/09/23, 14:20 Processos Biológicos https://codely-fmu-content.s3.amazonaws.com/Moodle/EAD/Conteudo/SAU_PRBIBA_19/unidade_1/ebook/index.html 20/58 Para complementar seus estudos sobre a origem da vida, na sequência, vamos apresentar outros aspectos relacionados às células eucariontes. Mantenha-se concentrado. 1.2.4 Células eucariontes As células eucariontes são mais complexas e organizadas quando comparadas às procariontes. Possuem organelas celulares e um núcleo bem de�inido e compartimentalizado. São capazes de se associar e formar tecidos. Além disso, essas células podem estar presentes em organismos unicelulares, como leveduras e parasitas, ou pluricelulares, como plantas e animais. Dentre as organelas mais importantes estão os ribossomos, lisossomos, peroxissomos, mitocôndrias, complexo de Golgi e retı́culo endoplasmático rugoso e liso (JUNQUEIRA, 2012). A presença de organelas permite a ocorrência de reações bioquı́micas mais complexas, possibilitando o surgimento de funções que permitiram a evolução das espécies. A �igura a seguir apresenta uma célula eucarionte. Con�ira! Figura 10 - A célula procariótica é mais simples e não apresenta carioteca, contendo estruturas para locomoção e reprodução em seu exterior. Fonte: Ducus59us/Shutterstock. 04/09/23, 14:20 Processos Biológicos https://codely-fmu-content.s3.amazonaws.com/Moodle/EAD/Conteudo/SAU_PRBIBA_19/unidade_1/ebook/index.html 21/58 Agora, convidamos você a explorar algumas organelas celulares. Para tanto, observe os itens que compõem cada uma delas e conheça suas funções, segundo Junqueira (2013). Agora, dando sequência aos nossos estudos, vamos conhecer os aspectos comuns aos dois tipos de células: as procariontes e eucariontes. Vamos lá?! Figura 11 - A célula eucariótica apresenta carioteca e organelas. Fonte: Achiichiii/Shutterstock. 04/09/23, 14:20 Processos Biológicos https://codely-fmu-content.s3.amazonaws.com/Moodle/EAD/Conteudo/SAU_PRBIBA_19/unidade_1/ebook/index.html 22/58 1.2.5 Aspectos comuns em procariontes e eucariontes Como pudemos estudar nesta seção, ainda há muitas lacunas para a compreensão da origem da vida. Todavia, temos fortes indı́cios teóricos sobre esse assunto, como a hipótese da sopa orgânica, o surgimento de RNA e protocélulas e o eventual surgimento de procariontes, muito importantes na formação das células eucariontes, de acordo com a teoria da endossimbiose. Assim, podemos compreender as semelhanças entre todas as células, independentemente de sua origem e classi�icação. O próximo ponto é conhecer algumas funções comuns a todos os tipos celulares (ALBERTS, 2017). Para tanto, clique nas abas a seguir. Sendo assim, podemos concluir que, apesar da distinção entre as células, várias caracterı́stica essenciais, pincipalmente voltadas para transmissão de informação genética, são idênticas, fortalecendo a hipótese de que todas as células têm um ancestral em comum. O DNA é a molécula da vida Todas as células vivas da Terra armazenam suas informações hereditárias na forma de moléculas de DNA de �ita dupla. Assim, é possı́vel inserir um pedaço de DNA de uma célula humana em uma bactéria. Bem como, também é possı́vel inserir um pedaço de DNA bacteriano em uma célula humana. As informações, nas duas situações, serão lidas, interpretadas e copiadas com sucesso. Hereditari edade As células replicam sua informação genética da mesma forma, a partir de um molde, para garantir a hereditariedade. Ou seja, as células liberam uma �ita simples do seu material genético como molde no processo de replicação, que servirá de base para a produção de novas moléculas de DNA ou RNA que serão transmitidas para as outras células, via sexuada ou assexuada. Transcriçã o de RNA A produção de proteı́nas em todas as células é baseada na transcrição de RNA, que é o intermediário da informação genética. Todas as células utilizam as proteı́nas como catalisadores de suas reações e produzem essas proteı́nas da mesma maneira, por meio dos processos de transcrição e tradução. 04/09/23, 14:20 Processos Biológicos https://codely-fmu-content.s3.amazonaws.com/Moodle/EAD/Conteudo/SAU_PRBIBA_19/unidade_1/ebook/index.html 23/58 Agora que pudemos compreender melhor como surgiu e como funcionam as nossas “usinas bioquı́micas”, as nossas células, podemos estudar melhor as biomoléculas que permitem que toda essa maquinaria se mantenha ativa! Vamos lá? Vamos praticar o que estudamos até aqui? A partir de seus estudos sobre a origem das células, clique e arraste os nomes das partes que compõem a célula eucarionte para os lugares adequados. VOCÊ QUER LER? O livro “O gene egoıśta”, de Richard Dawkins, traz uma visão diferenciada sobre a evolução das células. O livro apresenta um ponto de vista voltada para o DNA, como se os genes fossem responsáveis pela evolução de modo consciente. E� uma obra muito interessante e que nos faz re�letir sobre uma nova perspectiva em relação aos genes e informação hereditária. Fonte: DAWKINS, Richard. O Gene Egoísta. Trad. Geraldo Florsheim. Belo Horizonte: Editora Itatiaia; São Paulo: Editora da Universidade de São Paulo, 1978. 1.3 Aminoácidos, proteínas e enzimas: estruturas e função. As proteı́nas estão presentes e formam muitos componentes do nosso organismo. Elas representam aproximadamente 40% do peso seco do nosso corpo e estão presentes em nossas unhas, cabelos, pele, ossos, músculos, e até no sangue. Além de desempenharem uma função estrutural, há uma classe de proteı́nas especial, chamadas de enzimas, que aceleram reações quı́micas em nosso organismo. Na sequência, antes de aprofundar emseus estudos sobre os aminoácidos, proteı́nas e enzimas, assista ao vı́deo especialmente desenvolvido para esta seção. Todas as proteı́nas têm uma coisa em comum: são formadas pelos mesmos blocos de montagem – os aminoácidos. Nesta seção, iremos explorar caracterı́sticas importantes dessas moléculas. 1.3.1 Aminoácidos Você viu em seus estudos que as proteı́nas são importantes biomoléculas presentes em nossas células. Todas as proteínas são formadas por aminoácidos, unidos por uma ligação peptídica. A estrutura básica dos aminoácidos é composta por um átomo de carbono central (C), ligado à um grupo ácido carboxı́lico (COOH), um grupamento amina (NH2) e uma cadeia lateral “R”. A cadeira lateral R é diferente para cada um dos 20 aminoácidos encontrados nas proteı́nas, e confere propriedades bioquı́micas diferentes para cada um deles (ALBERTS, 2017). 04/09/23, 14:20 Processos Biológicos https://codely-fmu-content.s3.amazonaws.com/Moodle/EAD/Conteudo/SAU_PRBIBA_19/unidade_1/ebook/index.html 24/58 Os aminoácidos podem ser nomeados de três formas diferentes. Clique nos itens a seguir e con�ira quais são elas. A primeira delas, é o nome por extenso, como por exemplo “Glicina” ou “Glycine”, do inglês. A segunda forma, é o código de três letras, que utiliza as três primeiras letras do termo e inglês. Continuando o exemplo da glicina, o código de três letras são as iniciais “GLY”. Por �im, há o código de uma letra, onde apenas uma letra, que pode ser a letra inicial ou não associada a determinado aminoácido. No caso da glicina, temos a letra “G” (ALBERTS ,2017) A �igura a seguir apresenta a lista com todas as nomenclaturas para os 20 aminoácidos principais, assim como suas estruturas quı́micas. Atente-se para os grupamentos laterais e as diferenças entre eles, que conferem caracterı́sticas aos diferentes aminoácidos em relação a: solubilidade em água (hidrofobicidade), Figura 12 - Estrutura básica de um aminoácido, ilustrando o grupo ácido carboxı́lico (COOH em vermelho), um grupamento amina (NH2 em azul) e uma cadeia lateral R (em amarelo). De acordo com a cadeira lateral, os aminoácidos adquirem caracterı́sticas bioquı́micas distintas. Fonte: Adaptada de Luciano Cosmo/Shutterstock. • • • 04/09/23, 14:20 Processos Biológicos https://codely-fmu-content.s3.amazonaws.com/Moodle/EAD/Conteudo/SAU_PRBIBA_19/unidade_1/ebook/index.html 25/58 tamanho da molécula, presença de carga, entre outras caracterı́stica fı́sico-quı́micas que in�luenciam diretamente o meio biológico. Em pH neutro, todos os aminoácidos estão em sua forma ionizada (carregada). As propriedades das cadeias laterais in�luenciam diretamente nas proteı́nas que serão formadas, e por isso, é muito importante compreendermos porquê essas cadeias são tão importantes. A capacidade de repulsão ou atração de moléculas de água, por exemplo, in�luenciam no dobramento das proteı́nas para a sua forma biologicamente ativa. Portanto, caso ocorra alguma troca de um aminoácido hidrofóbico por um hidrofı́lico, por exemplo, a conformação dessa proteı́na pode ser alterada, resultando em sua inativação (ALBERTS, 2017). Caso esta proteı́na seja associada a uma função vital, a célula poderá morrer, e, consequentemente, também Figura 13 - Os aminoácidos possuem diferentes cadeias laterais, que fornecem suas caracterı́sticas fı́sico- quı́micas. Preto: átomos de carbono; azul: nitrogênio; vermelho: oxigênio; branco: hidrogênio; amarelo: enxofre. Fonte: molekull_be/Shutterstock. 04/09/23, 14:20 Processos Biológicos https://codely-fmu-content.s3.amazonaws.com/Moodle/EAD/Conteudo/SAU_PRBIBA_19/unidade_1/ebook/index.html 26/58 morrerá o organismo vivo que carrega essa mutação. Diversas doenças têm base na mutação da trinca codi�icadora de aminoácidos (chamada de códon), que pode sofrer alterações que resultam na troca de um aminoácido por outro. Nem todos os aminoácidos são produzidos pelos organismos e precisam ser adquiridos via alimentação. Nos seres humanos, os aminoácidos produzidos por nós são chamados de não essenciais ou naturais, ao passo que os que precisamos obter por vias exógenas (alimentação) são os essenciais. Para conhecer a importância dos aminoácidos para a saúde humana, clique nas setas a seguir. Figura 14 - Aminoácidos essenciais. Fonte: Elaborado pelo autor, 2018. Além da formação de proteı́nas, os aminoácidos desempenham outras funções nas células, como por exemplo em reações de reparo muscular, resistência fı́sica e resposta imunológica. Por isso, uma alimentação equilibrada para adequação dos nı́veis de aminoácidos é de extrema importância. Por meio da alimentação, consumimos proteı́nas complexas, formadas por muitos aminoácidos e pela ação de enzimas digestivas. Essas proteı́nas são totalmente degradadas e os aminoácidos, absorvidos individualmente. Para formação das proteı́nas, um processo que ocorre no interior das células, os aminoácidos são direcionados aos ribossomos. Nessa organela, eles são unidos, por ligações peptı́dicas, que irão formam a estrutura proteica. O processo de sı́ntese proteica será abordado melhor na próxima unidade. A ligação peptı́dica ocorre entre o grupo carboxila de um aminoácido e o grupo amina de outro, com a liberação de uma molécula de água. A molécula resultante da ligação entre dois aminoácidos é chamada de dipeptı́deo, e para aquelas oriundas da ligação de alguns aminoácidos, damos o nome de oligopeptı́deo (a maioria dos peptı́deos apresentam até 30 aminoácidos). Quando muitos aminoácidos se unem, damos o 04/09/23, 14:20 Processos Biológicos https://codely-fmu-content.s3.amazonaws.com/Moodle/EAD/Conteudo/SAU_PRBIBA_19/unidade_1/ebook/index.html 27/58 Con�ira, na �igura abaixo, uma representação de ligação peptı́dica entre dois aminoácidos. Perceba que a ligação peptı́dica ocorre entre a hidroxila (OH) presente no Carbono de um aminoácido e o Hidrogênio ligado ao Nitrogênio de outro aminoácido. Dessa reação ocorre a liberação de uma molécula de água. Antes de continuar seus estudos, participe de mais uma experiência enriquecedora. Vamos lá? nome de polipeptı́deos. Aos polipetı́deos com função biológica damos o nome de proteı́nas. Os peptı́deos apresentam funções importantes para as células, podendo atuar como hormônios, sinalizadores, antibióticos, entre outros (MARZZOCO, 2015). Figura 15 - Ligação peptı́dica entre dois aminoácidos. Fonte: Marzzoco e Torres, 2015, p. 15. VOCÊ SABIA? Você sabia que um dos adoçantes mais utilizados é um peptıd́eo? Trata-se do aspartame, formado pelos aminoácidos fenilalanina e ácido aspártico. Ele é quase 200 vezes mais doce que o açúcar! 04/09/23, 14:20 Processos Biológicos https://codely-fmu-content.s3.amazonaws.com/Moodle/EAD/Conteudo/SAU_PRBIBA_19/unidade_1/ebook/index.html 28/58 Agora que já compreendemos como as proteı́nas são formadas e a importância de reconhecer as propriedades das cadeias laterais, podemos começar nossos estudos sobre as proteı́nas. Vamos lá?! 1.3.2. Proteínas As proteı́nas são as “engrenagens celulares”. São elas que regulam e possibilitam reações quı́micas, participam de processos estruturais, de proteção e manutenção basal e vital dos organismos vivos. Geralmente, são formadas pela união de mais de 50 aminoácidos, podendo variar amplamente em conformação e número de aminoácidos. A distribuição de aminoácidos depende da informação genética e conformação associada àquela proteı́na. Usualmente, todos os 20 aminoácidos principais estão presentes, em proporções variadas. As proteı́nas têm nı́veis de estruturação distintos. A estrutura primária engloba a sequência de aminoácidos per se, representada em um único plano, resultante das ligações peptı́dicas. VOCÊ QUER VER? O convite agora é para explorar a estrutura de algumas moléculas em 3D. Veja se você é capaz de identi�icar os dois aminoácidos! Para vera molécula do ácido aspártico, acesse: Ácido aspártico <http://www.3dchem.com/3dmolecule.asp?ID=51 (http://www.3dchem.com/3dmolecule.asp?ID=51)>. Para ver a molécula da fenilalanina, acesse: Fenilalanina <http://www.3dchem.com/3dmolecule.asp?ID=44 (http://www.3dchem.com/3dmolecule.asp?ID=44)>. Para ver a molécula do aspartame, acesse: Aspartame <http://www.3dchem.com/3dmolecule.asp?ID=24 (http://www.3dchem.com/3dmolecule.asp?ID=24)>. http://www.3dchem.com/3dmolecule.asp?ID=51 http://www.3dchem.com/3dmolecule.asp?ID=44 http://www.3dchem.com/3dmolecule.asp?ID=24 04/09/23, 14:20 Processos Biológicos https://codely-fmu-content.s3.amazonaws.com/Moodle/EAD/Conteudo/SAU_PRBIBA_19/unidade_1/ebook/index.html 29/58 Observe na parte de cima da �igura, em verde, a ligação peptı́dica entre dois aminoácidos. Já na parte de baixo, identi�icamos as extremidades amino-terminal (NH2) e carboxi-terminal (COOH) e os aminoácidos que compõem a proteı́na. Agora, vamos testar seus conhecimentos sobre a cadeia polipeptı́dica. Para tanto, clique e arraste a partes destacadas abaixo para os respectivos lugares. Para dar sequência aos seus estudos sobre as proteı́nas, clique nas abas abaixo. Você aprenderá sobre a estrutura secundária e o nı́vel terciário. Fique atento! Figura 16 - Estrutura primária de uma proteı́na. Fonte: Ciência, Educação/Shutterstock. Clique nas abas 04/09/23, 14:20 Processos Biológicos https://codely-fmu-content.s3.amazonaws.com/Moodle/EAD/Conteudo/SAU_PRBIBA_19/unidade_1/ebook/index.html 30/58 Veja, na �igura a seguir, o nı́vel de organização secundário e terciário das proteı́nas. Perceba que, além das ligações peptı́dicas, ocorrem interações entre os próprios aminoácidos. Essas interações fazem com que a cadeia de aminoácidos “dobre-se” sobre si mesma. Dependendo como essas interações ocorrem, formam-se estruturas caracterı́sticas chamadas de alfa hélice e folha beta. No nı́vel quaternário, mais complexo, ocorre a interação entre cadeias peptı́dicas distintas, podendo gerar proteı́nas com mais de uma subunidade. Nem todas as proteı́nas possuem esse nı́vel de organização. Nos últimos nı́veis, a representação ocorre tridimensionalmente como ilustrado pela molécula de hemoglobina a seguir (MARZZOCO, 2015). Figura 17 - Nı́vel de organização secundário e terciário das proteı́nas. Fonte: magnetix/Shutterstock. 04/09/23, 14:20 Processos Biológicos https://codely-fmu-content.s3.amazonaws.com/Moodle/EAD/Conteudo/SAU_PRBIBA_19/unidade_1/ebook/index.html 31/58 Perceba, na imagem, que é possı́vel visualizar quatro cadeias, duas alfa e duas beta representadas em amarelo e vermelho. O grupamento heme contendo ferro, ao qual se liga o oxigênio, está representado em verde. O enovelamento das proteı́nas ocorre em busca da conformação energeticamente mais favorável, ou seja, com menor energia livre. Cada proteı́na tem uma conformação espacial caracterı́stica e de�inida. E� importante compreendermos que as estruturas não são �ixas, e podem ser alteradas de acordo com o meio e a necessidade celular. Estados transitórios às vezes fazem parte do mecanismo funcional dessas proteı́nas. A classi�icação das proteı́nas pode ser de acordo com sua forma, sendo então classi�icadas como globulares ou �ibrosas. Para conhecer sobre elas, conforme Marzzoco (2015), clique nas abas abaixo. Figura 18 - Estrutura tridimensional da molécula de hemoglobina. Fonte: molekull_be/Shutterstock. Apresentam forma enovelada, próxima a uma forma esférica. A classe das proteı́nas globulares é composta por proteı́na solúveis que desempenham funções no citosol principalmente. • • Proteínas globulares Proteínas �ibrosas 04/09/23, 14:20 Processos Biológicos https://codely-fmu-content.s3.amazonaws.com/Moodle/EAD/Conteudo/SAU_PRBIBA_19/unidade_1/ebook/index.html 32/58 Para dar sequência aos seus estudos sobre os tipos de proteı́nas, realize a experiência prevista a seguir. Aprender mais é grati�icante. Aproveite! O estudo de todas as proteı́nas se um ser vivo é chamado proteoma. A análise do proteoma permite identi�icar muitas informações sobre um organismo, desde seus ancestrais, até a compreensão de doenças em nı́vel molecular. As proteı́nas são formadas a partir da informação genética, em que as bases nitrogenadas dos nucleotı́deos que formam o DNA são transcritas em RNA mensageiro, que, por sua vez, será traduzido em aminoácidos pelos ribossomos. Esse processo é chamado de Expressão Gênica, e será trabalhado em mais detalhes nas próximas unidades! Possui forma alongada e tem função estrutural. Um exemplo de proteı́na �ibrosa, é a queratina, responsável pela rigidez das unhas, e o colágeno, importante componente da matriz extracelular dos tecidos. VOCÊ SABIA? Para ter uma experiência mais dinâmica, explore as formas tridimensionais de proteıńas �ibrosas e globulares. A proteıńa do colágeno pode ser vista em: <http://www.3dchem.com/3dmolecule.asp?ID=195 (http://www.3dchem.com/3dmolecule.asp?ID=195)>. Já a Proteıńa-Tirosina-Fosfatase 1B pode ser acessada em: <http://www.3dchem.com/3dmolecule.asp?ID=117 (http://www.3dchem.com/3dmolecule.asp?ID=117)>. http://www.3dchem.com/3dmolecule.asp?ID=195 http://www.3dchem.com/3dmolecule.asp?ID=117 04/09/23, 14:20 Processos Biológicos https://codely-fmu-content.s3.amazonaws.com/Moodle/EAD/Conteudo/SAU_PRBIBA_19/unidade_1/ebook/index.html 33/58 As proteı́nas podem estar associadas a compostos não proteicos, como açúcares, lipı́dios e ı́ons metálicos. Esses grupos são chamados grupos prostéticos e são essenciais para o correto funcionamento das proteı́nas. Dependendo do componente que estiver associado, a proteı́na passa a ser chamada de, por exemplo, lipoproteı́na (se estiver associada a um lipı́dio), glicoproteı́na (se estiver associada a um açúcar), e assim por diante. Um grupo especial de proteı́nas com função catalı́tica, aceleram processos quı́micos nas células, que são as enzimas. Vamos aprender mais sobre elas? Para tanto, �ique atento ao próximo subtópico de estudo. 1.3.3 Enzimas As enzimas são proteı́nas com ação catalisadora ou catalı́tica. Mas o que é uma ação catalı́tica? E� uma ação que resulta no favorecimento de uma reação quı́mica, pela diminuição da energia necessária para que ela ocorra. Diversas reações quı́micas ocorrem em nosso organismo o tempo todo e a manutenção da vida celular depende de dois fatores (MARZZOCO, 2015). Para conhecê-los, clique nas abas abaixo. O primeiro passo da reação enzimática, é a ligação ao substrato por meio do seu sítio ativo (porção da enzima o qual se liga ao substrato). A catálise se inicia com o reconhecimento do substrato pela enzima, formando um estado de transição enzima-substrato, que é energeticamente mais favorável a formação dos produtos. Após a ação da enzima, forma-se o produto, que agora é energeticamente estável. VOCÊ QUER LER? Com o avanço da biotecnologia, é possıv́el produzir proteıńas com alto valor agregado de modo recombinante, ou seja, construindo um DNA carregador contendo a sequência para a proteıńa de interesse, e transformando esse DNA em um organismo que otimize a expressão e produção desta proteıńa para �ins comerciais. A insulina é produzida de maneira recombinante, atualmente. Para saber mais, clique em: <http://pro�issaobiotec.com.br/insulina-recombinante-como-afetou-vida-dos- pacientes/ (http://pro�issaobiotec.com.br/insulina-recombinante-como-afetou-vida- dos-pacientes/)>. Velocidad e As reações quı́micas devem ocorrer em uma velocidade adequada, para que não haja falta nem excesso de certas substâncias em nosso organismo. Especi�ici dade As reações quı́micas precisam ser altamente especı́�icas, para que produtos de�inidos sejam produzidos, pois eles são fundamentais para a vida. http://profissaobiotec.com.br/insulina-recombinante-como-afetou-vida-dos-pacientes/ 04/09/23, 14:20 Processos Biológicos https://codely-fmu-content.s3.amazonaws.com/Moodle/EAD/Conteudo/SAU_PRBIBA_19/unidade_1/ebook/index.html34/58 E� importante entendermos que a enzima faz parte da reação, mas não é modi�icada durante o processo. A ligação ao substrato é altamente especı́�ica, e a reação chega a ser acelerada por fatores, que, às vezes, �icam na casa de milhares! VOCÊ QUER LER? Durante muito tempo, admitiu-se que todas as enzimas eram proteıńas! Ou seja, que todos os catalisadores biológicos eram proteıńas, polıḿeros de aminoácidos. No inıćio da década de 1980, entretanto, veri�icou-se que moléculas de RNA catalisavam reações quıḿicas celulares. A descoberta foi surpreendente e este tipo particular de catalisador recebeu o nome de ribozima. Para saber mais sobre o assunto, acesse: <https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3770912/pdf/nihms413112.pdf (https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3770912/pdf/nihms413112.pdf )>. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3770912/pdf/nihms413112.pdf 04/09/23, 14:20 Processos Biológicos https://codely-fmu-content.s3.amazonaws.com/Moodle/EAD/Conteudo/SAU_PRBIBA_19/unidade_1/ebook/index.html 35/58 Há um sistema alfa numérico bastante complexo, o qual organiza a nomenclatura das enzimas, de acordo com sua ação, substrato e produto gerado. Por exemplo, a enzima que catalisa a oxidação do etanol por NAD+ é designada álcool: NAD+: oxirredutase e tem o número de classi�icação EC 1.1.1.1 (EC de Enzyme Comission). Porém, o que prevalece no cotidiano é o nome usual da enzima, nesse caso a enzima é conhecida como álcool desidrogenase. Na terminologia usual, o nome é dado indicando o substrato, seguido de outra palavra terminada em “ase”, que especi�ica o tipo de reação que a enzima catalisa (MARZZOCO, 2015). As enzimas são classi�icadas em seis grupos, de acordo com o tipo de reação que catalisam (HARVEY, 2015). Para saber mais sobre elas, clique nos itens abaixo. Oxirredutases Fazem oxidação-redução de moléculas. Transferases Fazem transferências de grupos. Hidrolases Figura 19 - Ilustração da ação de uma enzima sob seu substrato especı́�ico. No primeiro caso, a enzima age sobre o substrato formado o produto 1 + 2. No segundo caso, a enzimas agem nos substratos 1 + 2, formando o produto. Fonte: VectorMine/Shutterstock. • • • 04/09/23, 14:20 Processos Biológicos https://codely-fmu-content.s3.amazonaws.com/Moodle/EAD/Conteudo/SAU_PRBIBA_19/unidade_1/ebook/index.html 36/58 Catalisam a quebra de ligações pela adição de água. Liases Adicionam grupos em moléculas que possuem dupla ligação. Isomerases Rearranjos intramoleculares. Ligases Condensação de duas moléculas, consumindo ATP. Há enzimas que necessitam de cofatores para exercer sua função catalı́tica. Esses cofatores, se associam aos sı́tios ativos das enzimas e podem ser ı́ons metálicos ou moléculas orgânicas, de complexidade variada, que recebem o nome de coenzimas. I�ons metálicos como Zn2+, Fe2+, Cu2+, Mg+, Mn+, e algumas vitaminas são importantes coenzimas. As vitaminas são compostos orgânicos sintetizados por plantas ou microrganismos, indispensáveis ao crescimento e às funções normais dos animais superiores e são requeridos na dieta em pequenas quantidades (microgramas ou miligramas diários). As vitaminas são classi�icadas como lipossolúveis (vitaminas A, D, E K) e hidrossolúveis, que incluem a vitamina C e as vitaminas do complexo B. Essas são coenzimas importantes para muitas enzimas que participam de vias metabólicas para produção de energia e uma ingestão inadequada pode levar a sérias complicações como anemia, fadiga e perda de memória (HARVEY, 2015). Há fatores que podem interferir na e�iciência de uma enzima: temperatura, pH e concentração do substrato! A estrutura e a forma do sı́tio ativo dependem da estrutura tridimensional da enzima. Essa conformação pode ser afetada por quaisquer agentes capazes de provocar mudanças na conformação da proteı́na. Para a maioria das enzimas, existe uma faixa de pH e temperatura em que sua e�iciência é máxima. Se alterações drásticas no pH ou na temperatura do ambiente ocorrerem, a enzima pode ter sua e�iciência reduzida. Há locais em nosso • • • VOCÊ SABIA? A evolução da ciência permite que, atualmente, enzimas sejam sintetizadas em laboratório. Um grupo de pesquisadores brasileiros conseguiu criar uma enzima sintética capaz de clivar DNA de patógenos, com potencial aplicação para a saúde. 04/09/23, 14:20 Processos Biológicos https://codely-fmu-content.s3.amazonaws.com/Moodle/EAD/Conteudo/SAU_PRBIBA_19/unidade_1/ebook/index.html 37/58 corpos, como o estômago, em que o pH é extremamente baixo. Já locais como o intestino, o pH é mais elevado. As enzimas presentes em cada um desses locais não teriam a mesma e�iciência se o pH fosse diferente. Esse efeito do pH e da temperatura sobre a estrutura das proteı́nas é chamado de desnaturação. A velocidade da reação pode variar de acordo com a concentração de substrato disponı́vel. A velocidade de uma reação (V) é o número de moléculas de substrato convertidas em produto por unidade de tempo; geralmente, a velocidade é expressa como μmol (micromol) de produto formado por minuto (μmol/minuto). Quanto maior a concentração do substrato disponı́vel, maior será a velocidade de uma reação catalisada, até que se atinja uma velocidade máxima. Quando se chega a esse “platô” na velocidade de reação (altas concentrações de substrato), temos o momento de saturação e estabilização da velocidade da reação, pois todos os sı́tios ativos encontram-se virtualmente preenchidos (HARVEY, 2015). A atividade enzimática pode ser diminuı́da, também, pela ação de substâncias, genericamente chamadas de inibidores. Esses inibidores podem ser irreversı́veis ou reversı́veis. Estes, por sua vez, são classi�icados em competitivos e não competitivos (quando competem ou não com o substrato pelo sı́tio ativo da enzima). Algumas dessas substâncias são constituintes normais das células, outras são estranhas aos organismos (como alguns compostos organofosforados presentes em pesticidas, e fármacos, como a aspirina e penicilina). Os inibidores enzimáticos encontrados nas células que cumprem um papel regulador importante são designados reguladores alostéricos. Como esses inibidores são produzidos pelas próprias células, a variação de sua concentração é um recurso largamente empregado por elas no controle da velocidade das reações (MARZZOCO, 2015). Vamos explorar como o pH pode interferir na e�iciência de uma enzima?! Fonte: VectorMine/Shutterstock. 04/09/23, 14:20 Processos Biológicos https://codely-fmu-content.s3.amazonaws.com/Moodle/EAD/Conteudo/SAU_PRBIBA_19/unidade_1/ebook/index.html 38/58 Agora, chegou outro momento importante: realizar uma atividade especialmente preparada para você. Você deverá, na sequência, representar a enzima com e sem inibidor, indicando o que vai ocorrer em cada situação. Vamos lá?! Fique atento, pois no próximo tópico vamos estudar sobre outras estruturas importantes para compreender a composição quı́mica dos organismos vivos: os carboidratos e lipı́dios. Siga em frente! 1.4 Carboidratos e lipídios: estrutura e função Antes dar continuidade aos seus estudos, convidamos você a acompanhar um vídeo que trata dos carboidratos e lipídios. Nele, você poderá ver quais as principais funções biológicas desempenhadas pelos carboidratos e lipídios nas células. Fique atento e aproveite essa oportunidade enriquecedora. Você estudou sobre a importância dessas moléculas na formação das células e origem da vida, não é mesmo? Nesta seção, iremos aprofundar nossos conhecimentos sobre essas moléculas tão importantes. Vamos lá?! 1.4.1 Carboidratos A fórmula geral dos carboidratos é dada por (CH2O)n. Perceba que seu nome está diretamente ligado à sua fórmula quı́mica (hidrato de carbono), embora alguns carboidratos fujam à essa regra. Os carboidratos estão presentes em nossa alimentação, e muitos conferem sabor doce aos alimentos como glicose, frutosee sacarose e são chamados de açúcares ou sacarı́deos. Os carboidratos podem ser classi�icados quanto ao número de suas unidades componentes em monossacarídeos e oligossacarídeos e polissacarídeos. Os monossacarı́deos são o tipo mais simples de carboidratos, formados por apenas uma molécula. Podem ser nomeados de acordo com o número de carbonos presentes em sua estrutura: em trioses (3C), tetroses (4C), pentoses (5C) e hexoses (6C). Os monossacarı́deos são classi�icados de acordo com o grupo funcional que possuem, em cetoses e aldoses, que contêm grupo funcional do tipo cetona ou aldeı́do, respectivamente (MARZZOCO, 2015). Veja na próxima �igura a estrutura linear de monossacarı́deos com diferentes números de carbonos e grupos funcionais. 04/09/23, 14:20 Processos Biológicos https://codely-fmu-content.s3.amazonaws.com/Moodle/EAD/Conteudo/SAU_PRBIBA_19/unidade_1/ebook/index.html 39/58 Em soluções aquosas, como o citosol, os monossacarı́deos com mais de quatro carbonos apresentam estrutura cı́clica. Por exemplo, as moléculas de glicose e frutose são monossacarı́deos com seis carbonos, chamadas de hexoses e adquirem a estrutura cı́clica em meio aquoso. Em geral, as formas cı́clicas prevalecem nas células. Para a molécula de glicose, por exemplo, apenas 1% permanece na forma aberta (HARVEY, 2015). Figura 20 - Estrutura linear de monossacarı́deos com diferentes números de carbonos e grupos funcionais. Na linha superior, temos as aldoses. Na linha inferior, temos as cetoses. Fonte: Marzzoco, 2015, p. 84. 04/09/23, 14:20 Processos Biológicos https://codely-fmu-content.s3.amazonaws.com/Moodle/EAD/Conteudo/SAU_PRBIBA_19/unidade_1/ebook/index.html 40/58 Os oligossacarı́deos são polı́meros de monossacarı́deos, ligados por ligações glicosídicas. As ligações glicosı́dicas são ligações covalentes que ocorrem entre dois monossacarı́deos, por meio da interação entre duas hidroxilas, com liberação de uma molécula de água. Agora, observe na �igura a seguir, uma ligação glicosı́dica alfa-1,4, em outros termos, uma ligação glicosı́dica entre o carbono 1 de um monossacarı́deo e o carbono 4 de outro monossacarı́deo. Figura 21 - Estrutura cı́clica da glicose. Fonte: Marzzoco, 2015, p. 84 04/09/23, 14:20 Processos Biológicos https://codely-fmu-content.s3.amazonaws.com/Moodle/EAD/Conteudo/SAU_PRBIBA_19/unidade_1/ebook/index.html 41/58 Os oligossacarı́deos com maior função biológica são os dissacarı́deos (união de dois monossacarı́deos). Entre os dissacarı́deos, os mais comuns são consequência da ligação entre glicose e frutose, gerando a sacarose (componente do açúcar de mesa); glicose e galactose, gerando, por sua vez, a lactose (o açúcar presente no leite). Você sabia que a junção de centenas de monossacarı́deos dá origem aos polissacarı́deos? Eles são moléculas de reserva nos seres vivos, como o glicogênio nos animais e o amido nos vegetais. Figura 22 - Ligação glicosı́dica entre o carbono 1 de um monossacarı́deo e o carbono 4 de outro monossacarı́deo (ligação glicosı́dica alfa-1,4). Fonte: Marzzoco, 2015, p. 86. Figura 23 - Dissacarı́deos e monossacarı́deos em sua forma cı́clica. Por meio da união de dois monossacarı́deos, com uma ligação glicosı́dica, forma-se um dissacarı́deo. Fonte: lyricsaima/Shutterstock. 04/09/23, 14:20 Processos Biológicos https://codely-fmu-content.s3.amazonaws.com/Moodle/EAD/Conteudo/SAU_PRBIBA_19/unidade_1/ebook/index.html 42/58 Os polissacarı́deos podem ainda ter função estrutural, como a quitina e a celulose nas plantas. Para saber mais sobre o tema, clique nas abas abaixo. A �igura a seguir apresenta uma estrutura de carboidratos. Observe que os destaques em verde são as unidades formadoras. Em azul, temos as unidades de rami�icação. E, por sua vez, em vermelho, estão as unidades redutoras, pelas quais é possı́vel fazer a adição ou remoção de unidades. VOCÊ QUER VER? Antes de continuar seus estudos sobre o tema, que tal conhecer algumas moléculas de carboidratos em 3D? Para conhecer a molécula da lactose, clique em: Lactose (dissacarıd́eo presente no leite): <http://www.3dchem.com/3dmolecule.asp? ID=58 (http://www.3dchem.com/3dmolecule.asp?ID=58)> E, para conhecer a molécula da Sacarose, clique em: Sacarose (dissacarıd́eo do açúcar de mesa): <http://www.3dchem.com/3dmolecule.asp?ID=59 (http://www.3dchem.com/3dmolecule.asp?ID=59)>. A ligação glicosı́dica é um fator chave para a formação estrutural desses carboidratos complexos, que exercem as funções primordiais de armazenamento e estrutura, além de diversas outras, como sinalização celular. A adição de moléculas, para formação das estruturas lineares longas é possı́vel, pela presença das extremidades redutoras que possibilitam a adição e remoção de novas moléculas de glicose e alongamento ou diminuição da estrutura (MARZZOCO, 2015). • • Fator chave Adição de moléculas http://www.3dchem.com/3dmolecule.asp?ID=58 http://www.3dchem.com/3dmolecule.asp?ID=59 04/09/23, 14:20 Processos Biológicos https://codely-fmu-content.s3.amazonaws.com/Moodle/EAD/Conteudo/SAU_PRBIBA_19/unidade_1/ebook/index.html 43/58 As funções principais dos polissacarı́deos são de armazenamento e estrutural. Além disso, são fonte principal para o metabolismo energético das células. As moléculas mais simples, como a glicose, são o combustı́vel celular e base de rotas bioquı́micas complexas que necessitam de energia ou precursores gerados na via da glicólise. Para ampliar seus conhecimentos sobre a glicose, clique nas abas abaixo. Figura 24 - Estrutura de carboidratos. Fonte: Elaborada pelo autor, 2018. Principal carboidrato Vias metabólicas A glicose é o principal carboidrato obtido pela alimentação nos seres humanos, que é baseada essencialmente na ingestão de amido (polissacarı́deo de glicose), sacarose (dissacarı́deo de glicose) e lactose (dissacarı́deo de glicose e galactose). Essa glicose é, então, clivada e utilizada pelas vias metabólicas, garantindo a sobrevivência das células. (MARZZOCO,2015) 04/09/23, 14:20 Processos Biológicos https://codely-fmu-content.s3.amazonaws.com/Moodle/EAD/Conteudo/SAU_PRBIBA_19/unidade_1/ebook/index.html 44/58 Você sabe por que os seres humanos não digerem a celulose, presente na alface e na rúcula? Mesmo sendo um polissacarı́deo de glicose, assim como o amido (presente na batata e no arroz), os seres humanos não conseguem digeri-la para obter moléculas de açúcar isoladas e utilizar para produzir energia! Na celulose, as unidades de glicose são polimerizadas por ligações glicosı́dicas entre os carbonos 1 (com con�iguração β) e 4: ligações β-1,4. Os seres humanos não possuem a enzima digestiva necessária para a quebra desta ligação especı́�ica, e, portanto, a celulose proveniente dos vegetais que ingerimos não é digerida em nosso trato gastrointestinal, sendo considerada uma �ibra dietética (HARVEY, 2015). A glicose é um carboidrato chave para a sobrevivência humana. Ela é o combustı́vel básico das funções neurológicas e, sem ela, o cérebro pode entrar em colapso. Por isso, perı́odos longos de jejum ou atividade fı́sica muito intensa sem reposição energética podem causar danos ao cérebro. Toda a maquinaria celular é sustentada pela via da glicólise e outras rotas alternativas, que geram energia, sob a forma de calor e ATP. VOCÊ QUER LER? Conheça mais sobre as �ibras dietéticas e seus benefıćios para a saúde lendo ao artigo “Fibra alimentar – Ingestão adequada e efeitos sobre a saúde do metabolismo.” Você irá se surpreender com o quanto é importante manter uma alimentação equilibrada, rica em �ibras! Disponıv́el em: <http://www.scielo.br/pdf/abem/v57n6/01.pdf (http://www.scielo.br/pdf/abem/v57n6/01.pdf )>. http://www.scielo.br/pdf/abem/v57n6/01.pdf 04/09/23, 14:20 Processos Biológicos https://codely-fmu-content.s3.amazonaws.com/Moodle/EAD/Conteudo/SAU_PRBIBA_19/unidade_1/ebook/index.html 45/58 Para complementar seus estudos sobre o tema, conheçao caso de uma jovem de 21 anos e aprenda mais sobre a lactose. VOCÊ SABIA? Você sabia que seu tipo sanguıńeo (A, B, O e AB) é determinado por carboidratos presentes na superfıćie das hemácias? Isso mesmo, dependendo do tipo de açúcar presente na superfıćie das suas células, você será de um tipo sanguıńeo especı�́ico. Indivıd́uos do tipo A, possuem o “Açúcar A”, indivıd́uos do tipo B possuem o “Açúcar B”, indivıd́uos AB possuem ambos e indivıd́uos O não possuem nenhum. Para saber mais sobre esse assunto, leia o artigo “Aspectos moleculares do Sistema Sanguıńeo ABO”, disponıv́el em: <https://www.scielo.br/scielo.php? script=sci_arttext&pid=S1516-84842003000100008&lang=en (https://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S1516- 84842003000100008&lang=en )> https://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S1516-84842003000100008&lang=en 04/09/23, 14:20 Processos Biológicos https://codely-fmu-content.s3.amazonaws.com/Moodle/EAD/Conteudo/SAU_PRBIBA_19/unidade_1/ebook/index.html 46/58 Vamos testar os conhecimentos adquiridos até aqui? Para isso, realize a atividade especialmente preparada para você. Você deverá, então, clicar e arrastar os respectivos nomes para as moléculas que o representam. Agora que você já conheceu sobre a estrutura e função dos carboidratos, vamos, dando sequência aos seus estudos sobre o surgimentos das células, aprender sobre os lipı́dios. Mantenha-se concentrado e bons estudos! 1.4.2 Lipídios CASO E. J. D., 21 anos de idade, sexo feminino. Apresenta quadro de diarreia e dor abdominal há seis meses. Acreditava que seu quadro estava atribuıd́o a estresse, porém, mesmo após inıćio das férias escolares não houve melhora. Orientada por um amigo se automedicou com antiparasitário pois acreditava estar com “vermes”. O tratamento também não surtiu efeito. Ela então decidiu procurar um médico. Na consulta, relatou que os sintomas aparecem principalmente no perıódo da manhã 1h – 2h após o café da manhã. Relata que costuma consumir pão, leite, café, queijo e frutas. Alguns dias consome iogurte batido com aveia e frutas. O médico suspeita de um quadro de intolerância à lactose e a jovem então relata que seus pais apresentam a condição. O médico solicita que a jovem suspenda laticıńios da dieta e faça um exame chamado de teste de tolerância a lactose. No laboratório, a jovem mediu a glicemia as 7h da manhã em jejum. Ela, então, ingeriu uma quantidade grande de lactose, na forma de um lıq́uido. A� s 8h e as 9h mediram novamente os ıńdices de glicose na corrente sanguıńea. Os ıńdices não se elevaram, �icando quase iguais ao ıńdice medido em jejum. Frente aos resultados, o médico sugeriu o diagnóstico de intolerância a lactose. Você sabe como é possıv́el justi�icar os fatos observados? Se justi�ica porque, em indivıd́uos normais, a enzima lactase age sobre a lactose no intestino, rompendo a ligação glicosıd́ica, resultando em moléculas de galactose e glicose. A glicose, ao ser absorvida, eleva os seus nıv́eis na corrente sanguıńea. Em indivıd́uos intolerantes, a enzima não é produzida. Sendo assim, a lactose permanece na forma de dissacarıd́eo e não é absorvida. Por isso, os nıv́eis de glicose no sangue não se alteram e o acúmulo de lactose no intestino causa a diarreia e a cólica. Nas células podem ocorrer associações entre os carboidratos e lipıd́ios ou proteıńas, formando glicoconjugados, como os glicolipıd́ios e glicoproteıńas com funções diversas nas células, incluindo sinalização e proteção celular. 04/09/23, 14:20 Processos Biológicos https://codely-fmu-content.s3.amazonaws.com/Moodle/EAD/Conteudo/SAU_PRBIBA_19/unidade_1/ebook/index.html 47/58 O termo lipı́dio, conhecido como gordura ou óleo em nosso cotidiano, muitas vezes é tachado como vilão da nossa dieta. Porém, essas moléculas são importantes fontes de energia para nosso organismo. Isto porque os lipı́dios participam da estrutura das nossas membranas plasmáticas e servem como precursores para a sı́ntese de vitaminas e hormônios. Os lipı́dios formam um grupo de moléculas bastante diverso e possuem a caracterı́stica de serem pouco solúveis em água. Fazem parte desse grupo de moléculas os ácidos graxos e os esteroides (como por exemplo o colesterol). Vamos conhecer um pouco mais sobre essas moléculas? Clique nas abas abaixo e con�ira! Agora, con�ira, na �igura a seguir, a estrutura molecular e tridimensional de dois ácidos graxos. Ácidos graxos Os ácidos graxos geralmente são compostos por uma cadeia carbônica longa, com número par de átomos de carbono e sem rami�icações, podendo ser saturada (conter apenas ligações simples entre os átomos de carbono) ou conter uma ou mais instaurações (ligações duplas) ao longo da cadeia. Ácidos graxos saturados Os compostos que contém apenas ligações simples são chamado de ácidos graxos saturados. Monoinsat urados e poli- insaturad os Já aqueles que contém apenas uma ligação dupla são chamados de monoinsaturados e duas ou mais ligações duplas poli-insaturados (RODWELL, 2017). 04/09/23, 14:20 Processos Biológicos https://codely-fmu-content.s3.amazonaws.com/Moodle/EAD/Conteudo/SAU_PRBIBA_19/unidade_1/ebook/index.html 48/58 Analisado a estrutura da molécula, perceba que em uma das extremidades temos uma carboxila (COO-) e na outra extremidade um CH3. Em uma das nomenclaturas utilizadas para identi�icar as ligações quı́micas das moléculas de ácidos graxos, o carbono da extremidade CH3 é identi�icado como carbono de número 1 ou também chamado de carbono ômega (ω). Ao representar a fórmula geral de um ácido graxo, identi�icamos em primeiro lugar o número de carbonos totais da molécula, em seguida (separado por dois pontos), o número de ligações duplas que ela possui. Por �im, indicamos a posição da primeira ligação dupla presente na cadeia. Lembre-se de que o primeiro carbono da cadeia extremidade CH3 é chamado de ômega, e, se a primeira ligação dupla está no segundo carbono, ela será chamada de ômega-2, se estiver no 6 carbono, ômega-6. (MARZZOCO, 2015). Para ampliar sua compreensão sobre o tema, vamos tomar como exemplo o ácido oleico, apresentado anteriormente; veja: 18:1 ω-9 Observe que esse ácido graxo possui 18 carbonos e uma ligação dupla em sua estrutura. A ligação dupla está no carbono número nove. Como vimos, os ácidos graxos poli-insaturados chamados de ômega-3 são aqueles que possuem uma ligação dupla entre o terceiro e quarto carbono da cadeia (numerado a partir do carbono 1, ou carbono ômega). Pode haver mais duplas ligações ao longo da cadeia, porém, apenas uma é identi�icada. Alimentos como peixes (atum, salmão e sardinha) e azeite de oliva são fontes destes ácidos graxos. Figura 25 - Estrutura molecular e tridimensional de dois ácidos graxos. Ambos possuem 18 átomos de carbono, porém em (a) temos ácido esteárico, saturado e em (b), ácido oleico, insaturado (b). A presença da dupla ligação cis resulta em uma dobra na molécula. Fonte: Marzzoco, 2015, p. 89. 04/09/23, 14:20 Processos Biológicos https://codely-fmu-content.s3.amazonaws.com/Moodle/EAD/Conteudo/SAU_PRBIBA_19/unidade_1/ebook/index.html 49/58 Lembrando que o EPA é o ácido eicosapentaenoico. Há o DHA é o ácido docosahexaenóico. E, por sua vez, o ALA é o ácido alfa-linolênico; são ácidos graxos do tipo ômega-3, que trazem inúmeros bené�icos à saúde. O último é encontrado no azeite extra virgem, e os dois primeiros, em peixes como salmão e sardinha. A� temperatura ambiente, os ácidos graxos podem apresentar consistência diferentes. A� cidos graxos saturados com mais de 14 carbonos são sólidos e, se possuı́rem pelo menos uma dupla ligação, são lı́quidos. Figura 26 - A� cidos graxos do tipo ômega 3. Fonte: Perception7/Shutterstock. VOCÊ QUER LER? Nos últimos anos, as investigações cientı�́icas têm comprovado que as dietas com quantidades adequadas de ácidos graxos poli-insaturadosdesempenham papel importante na prevenção de doenças cardiovasculares e aterosclerose! Nessa revisão da literatura, descubra diversos benefıćios relacionados ao consumo regular desse tipo de ácido graxo. Leia o artigo A� cidos graxos poli-insaturados n-3 e n-6: metabolismo em mamıf́eros e resposta imune, disponıv́el em: <http://www.scielo.br/pdf/rn/v23n6/13.pdf (http://www.scielo.br/pdf/rn/v23n6/13.pdf )> http://www.scielo.br/pdf/rn/v23n6/13.pdf 04/09/23, 14:20 Processos Biológicos https://codely-fmu-content.s3.amazonaws.com/Moodle/EAD/Conteudo/SAU_PRBIBA_19/unidade_1/ebook/index.html 50/58 O grau de �luidez das membranas biológicas depende, então, do tipo de ácido graxo presente nos seus lipı́dios estruturais. A diversidade lipı́dica é espécie-dependente, sendo que alguns só são produzidos por vegetais, outros apenas por microrganismos e outros apenas por mamı́feros, por exemplo. Sendo assim, o consumo de diferentes formas de ácidos graxos é o ideal para a manutenção da saúde humana (RODWELL, 2017). Os ácidos graxos livres são pouco encontrados nos organismos vivos e mais frequentemente estão ligados a uma molécula de glicerol (um tipo de álcool) formando os triglicerı́deos ou triacilgliceróis. Clique nas abas abaixo e conheça mais sobre o assunto. Acompanhe, na sequência, uma representação de um triacilglicerol formado pela ligação de um glicerol e três ácidos graxos. Nos vertebrados, os triacilgliceróis são estocados no tecido adiposo, localizado no espaço subcutâneo e visceral. Esse tecido atua também como isolante térmico e na proteção contra os choques mecânicos. Os triacilgliceróis são os lipı́dios mais abundantes na natureza, atuam como reserva de energia e são formados por três moléculas de ácidos graxos esteri�icadas (ligadas) a uma molécula de glicerol. Os ácidos graxos podem ser iguais ou diferentes entre si. Os triacilgliceróis das gorduras animais são ricos em ácidos graxos saturados, o que atribui a esses lipı́dios uma consistência sólida à temperatura ambiente. Os ácidos graxos de origem vegetal, ricos em ácidos graxos insaturados, são lı́quidos. Os óleos vegetais que são utilizados para a fabricação de margarinas passam por um processo de hidrogenação, que reduz parte de suas duplas ligações e os torna sólidos à temperatura ambiente (MARZZOCO, 2015). • • • • Tecido adiposo Reserva de energia Gorduras animais Óleos vegetais 04/09/23, 14:20 Processos Biológicos https://codely-fmu-content.s3.amazonaws.com/Moodle/EAD/Conteudo/SAU_PRBIBA_19/unidade_1/ebook/index.html 51/58 Outro tipo de lipı́dio com importante função biológica são os fosfolipídios. Eles são compostos de maneira semelhante aos triacilgliceróis, porém, possuem apenas duas cadeias de ácidos graxos ligados à molécula de glicerol. Na terceira posição do glicerol, liga-se um grupo fosfato, que ainda pode se ligar a outras moléculas. Essa con�iguração molecular confere aos fosfolipı́dios um caráter an�ipático. Isso signi�ica que uma porção da molécula é hidro�ílica ou polar (cabeça de fosfato), e a outra é hidrofóbica ou apolar (cauda de ácidos graxos) (RODWELL, 2017). Essa propriedade é fundamental para a organização da membrana plasmática e será mais explorada nas próximas unidades. Fique atento! Figura 27 - Triacilglicerol formado pela ligação de um glicerol e três ácido s graxos. Fonte: Marzzoco, 2015, p. 92. 04/09/23, 14:20 Processos Biológicos https://codely-fmu-content.s3.amazonaws.com/Moodle/EAD/Conteudo/SAU_PRBIBA_19/unidade_1/ebook/index.html 52/58 Na estrutura do fosfolipı́deo observe uma porção hidrofóbica (caudas de ácidos graxos) e uma hidrofı́lica (grupamento fosfato ligado ao glicerol). Além dos ácidos graxo, triglicerı́deos e fosfolipı́dios há uma outra classe de lipı́dios importantes, chamada de esteroides. Os esteroides possuem uma conformação bastante diferente dos ácidos graxos, que são cadeias carbônicas lineares. Essa classe de lipı́dios apresenta um núcleo tetracı́clico caracterı́stico em sua estrutura. O principal representante desse grupo é o colesterol. O colesterol é o esteroide mais abundante nos tecidos animais. E� capaz de servir de precursor para sı́ntese de todos os outros esteroides, que incluem hormônios esteroides (hormônios sexuais e do córtex das glândulas suprarrenais), sais biliares e vitamina D (MARZZOCO, 2015). Por �im, o colesterol apresenta uma função estrutural importante, compondo a membrana plasmática das células, conforme veremos nos próximos capı́tulos. Figura 28 - Fosfolipı́deo. Fonte: Alberts, 2017, p.72. 04/09/23, 14:20 Processos Biológicos https://codely-fmu-content.s3.amazonaws.com/Moodle/EAD/Conteudo/SAU_PRBIBA_19/unidade_1/ebook/index.html 53/58 A �igura ilustra a molécula de colesterol, na qual podemos observar os quatro anéis carbônicos, o grupo polar (OH) e a região apolar com aspecto mais linear. Essas caracterı́sticas tornam a molécula an�ipática. Figura 29 - Molécula de colesterol. Fonte: Marzzoco, 2015, p. 95. 04/09/23, 14:20 Processos Biológicos https://codely-fmu-content.s3.amazonaws.com/Moodle/EAD/Conteudo/SAU_PRBIBA_19/unidade_1/ebook/index.html 54/58 Os triacilgliceróis e as moléculas de colesterol provenientes da dieta, e mesmo aquelas produzidas por via endógena, viajam na corrente sanguı́nea em partı́culas chamadas de lipoproteínas. São agregados moleculares solúveis formados por um núcleo central hidrofóbico de triglicerı́deos e ésteres de colesterol (colesterol ligado a um ácido graxo). Esse núcleo é envolto por uma cada de fosfolipı́dios e proteı́nas chamadas de apoproteı́nas. Essa partı́cula se torna solúvel em água devido à cabeça do fosfolipı́dio ser hidrofı́lica. Dependendo do tamanho e composição (quantidade de lipı́dios e proteı́nas) dessas Lipoproteı́nas elas são chamadas de Lipoproteı́nas de alta (HDL), baixa (LDL) e muito baixa (VLDL) densidade além dos quilomı́crons (RODWELL, 2015). VOCÊ O CONHECE? Bruce D. Roth (nascido em Junho de 1954) é um americano PhD em quıḿica orgânica que, com a idade de 32, descobriu a atorvastatina enquanto trabalhava na empresa Warner-Lambert, posteriormente adquirida pela gigante farmacêutica P�izer. Essa droga pertence à classe das estatinas e é vendida como o medicamento Lipitor™ que se tornaria o medicamento mais vendido na história da indústria farmacêutica! Ele é utilizado para reduzir os nıv́eis de colesterol e na prevenção de doenças cardiovasculares e já auxiliou no tratamento de milhões de pessoas em todo o mundo. Entre 1996 e 2012 estima-se que o medicamento tenha um resultado de vendas de mais de 125 bilhões de dólares! Para saber mais sobre o Bruce D. Roth, consulte o site: <https://www.crainsnewyork.com/article/20111228/HEALTH_CARE/111229902/lipi tor-becomes-world-s-top-selling-drug (https://www.crainsnewyork.com/article/20111228/HEALTH_CARE/111229902/lipi tor-becomes-world-s-top-selling-drug)>. https://www.crainsnewyork.com/article/20111228/HEALTH_CARE/111229902/lipitor-becomes-world-s-top-selling-drug 04/09/23, 14:20 Processos Biológicos https://codely-fmu-content.s3.amazonaws.com/Moodle/EAD/Conteudo/SAU_PRBIBA_19/unidade_1/ebook/index.html 55/58 Na sequência, observe a representação de lipoproteı́nas de alta e baixa densidade (HDL e LDL) transportadoras de colesterol e triglicerı́deos na corrente sanguı́nea. VOCÊ QUER LER? Diversos estudos clıńicos, epidemiológicos e experimentais têm mostrado de maneira incontestável a relação entre dosagem sérica dos nıv́eis de lipoproteıńa de alta densidade (HDL) e doença cardiovascular. Baixos nıv́eis de HDL estão presentes em aproximadamente 10% da população e representam um dos mais frequentes achados de dislipidemia nos pacientes com doença arterial coronariana (DAC). Leia o artigo e descubra fatos interessantes sobre ela: estrutura, metabolismo e funções �isiológicas da lipoproteıńa de alta densidade. Disponıv́el em: <http://www.scielo.br/pdf/jbpml/v42n3/a05v42n3.pdf
Compartilhar