BIOQUIMICA COMPLETO

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<p>BIOQUÍMICA</p><p>AULA 1</p><p>Profª Joana Rizzolo</p><p>2</p><p>CONVERSA INICIAL</p><p>Introdução à bioquímica: biomoléculas</p><p>Organismos vivos, desde o mais simples ao mais complexo, com todas</p><p>as suas diversidades aparentes, apresentam uma enorme similaridade química</p><p>e celular e são compostos por elementos químicos e substâncias simples e</p><p>compostas que formam assim as biomoléculas. Essas moléculas biológicas,</p><p>quando em conjunto e em interação, mantêm todas as diferentes formas de vida</p><p>do nosso planeta. A ciência que estuda esses mecanismos de interações chama-</p><p>se bioquímica.</p><p>A bioquímica é a ciência que descreve as estruturas moleculares, os</p><p>mecanismos e os processos químicos compartilhados por todos os organismos.</p><p>Além disso, essa ciência versa sobre os princípios de organização dos</p><p>organismos vivos, ou seja, é na bioquímica que se estuda a base da vida, em</p><p>todas as suas formas.</p><p>As células vivas são formadas por biomoléculas como carboidratos,</p><p>lipídeos, aminoácidos, proteínas, ácidos nucleicos, nucleotídeos e outros</p><p>compostos relacionados, em quantidades variáveis. Embora esses compostos</p><p>tenham um número quase infinito de estruturas químicas, sua massa é</p><p>constituída quase que totalmente por apenas seis elementos – carbono (C),</p><p>hidrogênio (H), oxigênio (O), nitrogênio (N), fósforo (P) e enxofre (S) (CHONPS).</p><p>Apesar da presença desses elementos, pode-se dizer que a química dos</p><p>organismos vivos está organizada em torno do carbono, que contribui com mais</p><p>da metade do peso seco das células, formando ligações simples e duplas com</p><p>átomos de oxigênio e nitrogênio, compondo assim as biomoléculas, com</p><p>variedade de grupos funcionais. Percebemos aqui o primeiro sinal da</p><p>onipresença da química, no entendimento da bioquímica.</p><p>Essas biomoléculas, também chamadas de macromoléculas (macro =</p><p>grande), podem ser conjugadas em moléculas orgânicas pequenas. As</p><p>macromoléculas geralmente são polímeros (poli = muitos; mers = partes),</p><p>moléculas grandes formadas por ligação covalente de inúmeras moléculas</p><p>menores repetidas, denominadas monômeros (mono = um). Já a porção</p><p>inorgânica das células é composta pela água e pelos eletrólitos e, assim como</p><p>as vitaminas (compostos orgânicos), desempenha papéis importantes na</p><p>manutenção de suas funções.</p><p>3</p><p>As macromoléculas e suas subunidades monoméricas diferem muito em</p><p>tamanho: algumas são muito grandes e, em geral, elas contêm milhares de</p><p>átomos, como os polissacarídeos, as proteínas e os ácidos nucleicos, e</p><p>apresentam uma grande variedade de grupos funcionais, sendo esses os</p><p>responsáveis pela maioria das propriedades das moléculas orgânicas, como</p><p>veremos a seguir.</p><p>Sendo assim, nesta primeira aula vamos estudar a estrutura, a</p><p>classificação e a função dos representantes de cada classe de biomoléculas</p><p>(carboidratos, proteínas, lipídeos e enzimas), lembrando que os ácidos</p><p>nucleicos, outra importante classe de biomoléculas, serão estudadas</p><p>posteriormente. Portanto, o objetivo dessa aula é compreender as principais</p><p>características e funções das classes das moléculas que constituem os</p><p>organismos vivos.</p><p>TEMA 1 – CARBOIDRATOS</p><p>Os carboidratos, também chamados de hidratos de carbono, glicídios e</p><p>açúcares, são constituídos de átomos de carbono, hidrogênio e oxigênio. Fazem</p><p>parte desse grande e diverso grupo de compostos orgânicos como os açúcares</p><p>e o amido e consistem na principal e imediata fonte de energia para as atividades</p><p>celulares. Essas macromoléculas são as mais abundantes na Terra, formando</p><p>desde composições naturais como frutos, folhas, caules, animais até materiais</p><p>do nosso dia a dia como papéis, móveis e construções.</p><p>Além da função mencionada, essas macromoléculas desempenham uma</p><p>série de outras importantes funções nos organismos vivos: ligadas a proteínas,</p><p>formam tecidos; constituem o ácido desoxirribonucleico (DNA), a molécula que</p><p>carrega informações hereditárias; são utilizadas na síntese de aminoácidos e</p><p>gorduras ou substâncias mistas similares; funcionam como reservas</p><p>alimentares; constituem a base dos grupos sanguíneos nos seres humanos; são</p><p>usadas por uma variedade de patógenos para ter acesso a seus hospedeiros.</p><p>Desse modo, carboidratos contribuem com detalhes para a disposição</p><p>bioquímica da célula, ajudando a definir a funcionalidade e a particularidade das</p><p>células. A fórmula geral de muitos carboidratos é (CH2O)n, onde n representa o</p><p>número de átomos de C. Os carboidratos podem ser classificados como</p><p>monossacarídeos, dissacarídeos e polissacarídeos, como veremos a seguir.</p><p>4</p><p>1.1 Monossacarídeos, dissacarídeos e polissacarídeos</p><p>Os carboidratos simples são denominados monossacarídeos,</p><p>constituídos por uma única unidade poli-hidroxicetona (o grupo funcional</p><p>carbonila está posicionado no meio da cadeia do carboidrato cetona) ou poli-</p><p>hidroxialdeída (o grupo funcional carbonila está posicionado na extremidade da</p><p>cadeia do carboidrato aldeído), em que poli-hidroxi refere-se ao grupo funcional</p><p>hidroxila (OH), o qual se repete várias vezes na cadeia do carboidrato. A principal</p><p>função desses açúcares simples é servir de fonte de energia das células vivas,</p><p>mas também fazer parte da estrutura do DNA e do ácido ribonucleico (RNA).</p><p>Cada molécula contém de três a sete átomos de carbono; o número de</p><p>átomos de carbono na molécula de um açúcar simples é indicado pelo prefixo</p><p>em seu nome:</p><p>• n = 3 (C3H6O3): triose;</p><p>• n = 4 (C4H8O4): tetrose;</p><p>• n = 5 (C5H10O5): pentose;</p><p>• n = 6 (C6H12O6): hexose;</p><p>• n = 7 (C7H14O7): heptose.</p><p>Portanto, açúcares simples com três carbonos são chamados de trioses</p><p>(ex.: gliceraldeído-3-fosfato, produto intermediário da quebra da glicose), assim</p><p>como também existem os tetroses (ex.: eritrose-4-fosfato, açúcar intermediário</p><p>do metabolismo dos carboidratos), os pentoses (ex.: ribose, açúcar constituinte</p><p>do RNA), os hexoses (ex.: glicose) e os heptoses (ex.: d-manoeptose, açúcar</p><p>presente no abacate), com quatro, cinco, seis e sete carbonos, respectivamente.</p><p>A glicose (C6H12O6) e a frutose (C5H10O5) são isômeros, ou seja, são duas</p><p>moléculas com a mesma fórmula química, mas com estruturas e propriedades</p><p>diferentes (Figura 1).</p><p>5</p><p>Figura 1 – Monossacarídeos isômeros: duas hexoses, com destaque para a</p><p>função aldeído na aldose (glicose) e para a função cetona na cetose (frutose)</p><p>Os monossacarídeos ligam-se entre si formando dissacarídeos e</p><p>polissacarídeos por síntese por desidratação, o que significa que ligações</p><p>glicosídicas são formadas pela união covalente entre um grupo hidroxila de uma</p><p>molécula de açúcar e o carbono anomérico (C1) de outra, sendo eliminada uma</p><p>molécula de água; do contrário, os dissacarídeos fornecem sempre dois</p><p>monossacarídeos, por hidrólise.</p><p>Assim como os monossacarídeos, os dissacarídeos comuns têm nomes</p><p>terminados com o sufixo ose.</p><p>A maltose (glicose + glicose) é produto da hidrólise do amido, a sacarose</p><p>(glicose + frutose) é o açúcar da cana-de-açúcar e a lactose (glicose + galactose)</p><p>é o açúcar do leite, representando os principais dissacarídeos.</p><p>Por meio de ligações glicosídeas, os monossacarídeos são ligados para</p><p>formar dissacarídeos até carboidratos complexos. Esse tipo de ligação é</p><p>formado pela reação entre um grupo hidroxila de um dos açúcares e o carbono</p><p>anomérico (carbono derivado do grupo cetona ou aldeído) do outro açúcar,</p><p>conforme mostrado na Figura 2.</p><p>6</p><p>Figura 2 – Formação da maltose: dois monossacarídeos (D-glicose) em ligação</p><p>glicosídica e o inverso quando ocorre a hidrólise</p><p>3 7</p><p>Fonte: Lehninguer, 2014.</p><p>A Figura 2 mostra a maltose sendo formada quando um –OH (álcool) de</p><p>uma molécula (à direita) se condensa com o hemiacetal intramolecular da outra</p><p>(à esquerda), com eliminação de H2O e a formação de uma ligação glicosídica.</p><p>Como o inverso dessa reação é a hidrólise – ataque da ligação glicosídica pela</p><p>água – a molécula de maltose conserva um</p><p>pelo</p><p>organismo é realizado por gerar um rendimento energético muito maior em</p><p>comparação com a estocagem celular de carboidratos.</p><p>Podemos verificar esse alto rendimento ao analisarmos a oxidação</p><p>completa de um ácido graxo, o qual gera uma quantidade maior de ATP para a</p><p>célula quando comparado à oxidação de carboidratos.</p><p>Usaremos como exemplo o rendimento energético de um ácido graxo com</p><p>16 carbonos, o qual originará 8 moléculas de acetil-CoA que vão para o Ciclo de</p><p>Krebs; comparando com a oxidação da glicose, podemos observar uma grande</p><p>diferença, pois por meio da glicose são formadas 2 moléculas de acetil-CoA,</p><p>gerando ao final 36 ATP. Já com a oxidação completa do ácido graxo em</p><p>questão, a atividade do ciclo de Krebs será bem maior, visto que serão</p><p>necessárias mais voltas nesse Ciclo para oxidar as 8 moléculas de acetil-CoA, e</p><p>10</p><p>ao final serão obtidos, como no caso da oxidação do ácido palmítico, um</p><p>abundante ácido graxo na natureza, 129 ATP.</p><p>Portanto, a oxidação completa de um ácido graxo sempre vai gerar mais</p><p>energia para a célula, pois juntando-se os produtos da β-oxidação aos produtos</p><p>da oxidação dos acetil-CoA obtém-se um somatório de ATP maior que o</p><p>somatório originado na oxidação da glicose.</p><p>Um exemplo prático, usual e informal do nosso dia a dia é em relação à</p><p>quantidade calórica dos alimentos. Ou seja, quanto de energia será liberada por</p><p>grama do alimento. Esse tipo de informação está presente nos rótulos dos</p><p>produtos, normalmente em kcal por 100 g, 10 g ou outra medida do alimento.</p><p>Então, podemos pensar em um leite de coco e comparar com um suco de laranja.</p><p>Qual dos dois produtos possui mais kcal, ou seja, mais energia? Normalmente</p><p>as pessoas relacionam alimentos com maior índice de gordura àqueles com</p><p>maior índice de calorias e realmente isso é verdade. A cada 1 g de carboidratos</p><p>gera-se 4 kcal, já a cada 1 g de lipídeos gera-se 9 kcal, aproximadamente.</p><p>Portanto, quanto maior a quantidade de lipídeo em um alimento, maior o valor</p><p>energético dele, corroborando com a produção de ATP e o balanço energético</p><p>acima discutidos.</p><p>TEMA 5 – BIOSSÍNTESE DOS TRIACILGLICEROIS</p><p>De acordo com as necessidades do organismo, os ácidos graxos</p><p>sintetizados ou ingeridos podem seguir dois diferentes destinos. Em situação de</p><p>abundância de alimento, os ácidos graxos serão transformados em TAG para o</p><p>armazenamento de energia; em situação de crescimento, esses ácidos graxos</p><p>serão utilizados para formação dos componentes lipídicos da membrana.</p><p>Temos também outra forma de armazenamento de lipídeos, chamada de</p><p>glicogênio. Quando a capacidade de armazenamento de glicogênio no fígado é</p><p>extrapolada, em função do excesso de ingestão de carboidratos, ocorrerá a</p><p>conversão desse glicogênio em TAG e seu armazenamento no tecido adiposo.</p><p>Os TAG nas plantas são armazenados, principalmente, em frutos, nozes e</p><p>sementes.</p><p>Conforme estudado, os TAG são formados por ácidos graxos, portanto,</p><p>vamos entender como ocorre a formação dessas moléculas.</p><p>11</p><p>A biossíntese dos ácidos graxos ocorre por vias diferentes das vias de sua</p><p>oxidação e ocorre principalmente no citosol dos hepatócitos de muitos</p><p>organismos e nos cloroplastos das plantas.</p><p>Vamos partir de um pressuposto em que o organismo acabou de ingerir</p><p>alimentos. Assim, a glicose vai chegar às células do fígado, porém, ainda não</p><p>será utilizada por ele, pois a primeira enzima da via glicolítica ainda está inativa,</p><p>então a glicose sai do tecido hepático e atinge a corrente sanguínea, sendo, de</p><p>tal modo, utilizada pelo corpo todo. Quando as necessidades energéticas são</p><p>supridas, ocorre o aumento do índice glicêmico e a glicose entra na célula após</p><p>a sinalização da insulina, fazendo com que o fígado utilize a glicose. A partir daí</p><p>seguem as etapas de glicólise e Ciclo de Krebs, conforme já estudado.</p><p>Porém, a quantidade de ATP será aumentada, mas a célula percebe que</p><p>existe um excesso de energia, então diminui a velocidade do Ciclo de Krebs,</p><p>fazendo com que se aumente a concentração de citrato; esse citrato acumulado</p><p>sai da mitocôndria e retorna a acetil-CoA e oxaloacetato; a cadeia do acetil-CoA</p><p>se alonga após o malonil-CoA, portanto, essas reações de alongamento</p><p>caracterizam reações sucessivas de crescimento dos ácidos graxos, ou seja, as</p><p>reações de síntese de ácidos graxos. Portanto, dizemos que o acetil-CoA e o</p><p>malonil-CoA são os precursores dessa síntese.</p><p>Após essa formação de ácidos graxos é que ocorre a formação e</p><p>acumulação dos TAG no tecido adiposo, processo que usualmente chamamos</p><p>de engordar.</p><p>Os TAG são formados por uma série de reações bioquímicas catalisadas</p><p>por diferentes enzimas.</p><p>Assim como os TAG são ativados por hormônios para entrarem em vias</p><p>específicas, a biossíntese de TAG nos animais também é regulada por</p><p>hormônios, como a insulina já mencionada, sendo esse hormônio responsável</p><p>pelo estímulo da conversão de carboidratos em gordura.</p><p>Os TAG são sintetizados por meio dos precursores acil-CoA graxo</p><p>(formada por meio dos ácidos graxos) e L-glicerol-3-fosfato; a primeira etapa da</p><p>biossíntese dos TAG consiste na adição de duas moléculas de acil-CoA graxo</p><p>ao L-gliceol-3-fosfato gerando o ácido fosfatídico, que será convertido em</p><p>diacilglicerol para então formar os triacilgliceróis (Figura 4).</p><p>12</p><p>Figura 4 Biossíntese dos triacilgliceróis com seus precursores acil-CoA e</p><p>L-glicerol-3-fosfato</p><p>Fonte: Rizzolo, 2020.</p><p>Observando a Figura 4, podemos verificar a participação da glicólise na</p><p>formação dos TAG, pois o L-glicerol-3-fosfato é um derivado de um intermediário</p><p>glicolítico.</p><p>O glicerol, ilustrado na figura anterior, é uma outra fonte para obtenção do</p><p>L-glicerol-3-fosfato obtido no fígado e nos rins, porém, em pequena quantidade.</p><p>Assim sendo, vimos que os principais substratos para a síntese de ácidos</p><p>graxos são o acetil-CoA e o malonil-CoA, a qual ocorre por meio do excesso de</p><p>carboidratos e de acordo com as necessidades da célula e/ou organismo.</p><p>13</p><p>NA PRÁTICA</p><p>Em toda a história da humanidade, pessoas vêm praticando jejuns, seja</p><p>por motivos religiosos ou de saúde. O corpo humano dispõe de mecanismos que</p><p>fornecem a capacidade de jejuar com segurança.</p><p>Contudo, primeiramente vamos analisar porque essa prática é tão</p><p>realizada e vem ganhando vários adeptos.</p><p>A prática de jejum provoca a diminuição do metabolismo, reduz o estresse</p><p>oxidativo e dá a oportunidade ao sistema excretor de remover toxinas,</p><p>minimizando o dano à célula que é exposta diariamente a toxinas por meio da</p><p>alimentação e do estilo de vida.</p><p>Em um primeiro momento, ocorre o consumo da glicose proveniente do</p><p>glicogênio armazenada nos músculos e fígado. Importante frisar que aqui já foi</p><p>considerada a completa digestão dos alimentos da última refeição. Depois, as</p><p>gorduras armazenadas passam a ser consumidas, ou seja, o organismo não</p><p>consome sua própria musculatura, pois seria prejudicial a ele, mas consome a</p><p>gordura estocada.</p><p>A última fase é chamada de cetose, quando ocorre a diminuição dos níveis</p><p>de insulina no sangue e o aumento da libração de ácidos graxos por causa da</p><p>quebra da gordura armazena nos adipócitos. O fígado então começa a converter</p><p>os ácidos graxos em cetonas. Durante o tempo de privação de</p><p>alimentação/glicose, as células consomem cetonas, pois passam a ser a única</p><p>fonte de energia após o terceiro dia de jejum.</p><p>O jejum, quando bem controlado e supervisionado por profissionais da</p><p>área, pode trazer benefícios à saúde, pois diversas doenças respondem bem a</p><p>essa prática. Devido ao jejum colocar o organismo em condições de recuperação</p><p>e regeneração celular é que estudos o relatam como uma prática curativa para</p><p>doenças agudas (alergias, asma, distúrbios alimentares, doenças</p><p>dermatológicas, dores de cabeça, sinusites) e para doenças crônicas (doenças</p><p>cardiovasculares como aterosclerose, angina, pressão alta, artrite, lúpus,</p><p>fadiga</p><p>crônica, diabetes tipo 2, reumatismo).</p><p>Saiba mais</p><p>Após este breve esclarecimento sobre jejum, assista ao documentário</p><p>nacional “Jejum, a cirurgia da natureza” e elabore um mapa conceitual a respeito</p><p>de tal prática com base no conhecimento adquirido nesta aula sobre</p><p>14</p><p>metabolismo dos lipídeos. Disponível em: <https://www.youtube.com/watch?v=</p><p>J2qv9yqCrSQ&t=680s>. Acesso em: 17 mar. 2020.</p><p>FINALIZANDO</p><p>A partir do estudo sobre o metabolismo dos lipídeos, podemos</p><p>compreender que após a digestão e absorção dessas biomoléculas no intestino</p><p>delgado, os ácidos graxos são liberados dos triacilgliceróis e então distribuídos</p><p>para os músculos e o tecido adiposo.</p><p>Dessa forma, vimos como ocorre a oxidação dos ácidos graxos e como</p><p>sua completa oxidação leva à produção de energia; energia essa que é gerada</p><p>com muito mais eficiência quando comparada à energia produzida por meio de</p><p>carboidratos, pois lipídeos são moléculas mais reduzidas e, portanto, carregam</p><p>mais energia, resultando em um rendimento energético muito maior.</p><p>Outro ponto bastante importante que estudamos foi sobre a ativação dos</p><p>ácidos graxos para que eles possam ser transportados até a mitocôndria com o</p><p>auxílio de lipoproteínas e, então, utilizados para geração de energia. Ainda sobre</p><p>a ativação dos ácidos graxos, observamos que os hormônios realizam o trabalho</p><p>de sinalização desse metabolismo.</p><p>Por último, vimos que nutrientes em excesso às necessidades energéticas</p><p>são armazenados na forma de triacilgliceróis. Desse modo, todo excesso de</p><p>carboidratos e proteínas obtido por meio da alimentação que for transformado</p><p>em piruvato e acetil-CoA vai participar da biossíntese de ácidos graxos, gerando</p><p>assim, o armazenamento de gordura.</p><p>15</p><p>Figura 5 – Metabolismo dos lipídeos</p><p>Fonte: Rizzolo, 2020.</p><p>Ingestão e</p><p>digestão de</p><p>lipídeos</p><p>AG liberados</p><p>do TAG</p><p>AG ditribuídos</p><p>para músculos</p><p>e tecido</p><p>adiposo</p><p>Ativação e transporte</p><p>dos AG</p><p>Nutrientes em excesso</p><p>•hormônios</p><p>• lipoproteínas</p><p>•biossíntese de AG</p><p>•armazenado</p><p>como TAG</p><p>Completa oxidação dos</p><p>AG</p><p>Produção de energia ATP</p><p>16</p><p>REFERÊNCIAS</p><p>CONN, E.; STUMPF, P. K. Introdução à Bioquímica. 15 reimp. São Paulo:</p><p>Blucher, 2017.</p><p>CORASSA, E. O jejum higienista, a cirurgia da natureza. Rio de Janeiro:</p><p>Eduardo Corassa, 2011.</p><p>GALANTE, F.; ARAÚJO, M. V. F. de. Princípios da Bioquímica para</p><p>universitários, técnicos e profissionais da área de saúde. São Paulo: Rideel,</p><p>2018.</p><p>NELSON, D. L.; COX, M. M. Princípios de bioquímica de Lehninger. 6. ed.</p><p>Porto Alegre: Artmed, 2014.</p><p>TORTORA, G. J.; FUNKE, B. R.; CASE, C. L. Microbiologia. 10. ed. Porto Alegre:</p><p>Artmed, 2010.</p><p>BIOQUÍMICA</p><p>AULA 4</p><p>Prof.ª Joana Rizzolo</p><p>2</p><p>CONVERSA INICIAL</p><p>Metabolismo dos aminoácidos</p><p>Quando estudamos o metabolismo dos carboidratos e dos lipídeos,</p><p>percebemos que as reações ocorrem com o principal intuito de gerar energia</p><p>para as próprias células, como no caso dos lipídeos, cuja principal função é o</p><p>armazenamento de energia. Porém, quando estudarmos o metabolismo dos</p><p>aminoácidos, veremos que essas biomoléculas podem também ser degradadas</p><p>para gerar energia, mas não podem ser estocadas. Então, a todo momento as</p><p>proteínas estão sendo degradadas, liberando resíduos nitrogenados e sendo</p><p>sintetizadas.</p><p>Na presente aula, serão descritas as principais vias metabólicas</p><p>envolvendo os aminoácidos e os compostos nitrogenados, assim como suas</p><p>origens e destinos no organismo humano e sua participação em um relevante</p><p>ciclo biogeoquímico.</p><p>Conforme mencionado em aulas anteriores, os aminoácidos são as</p><p>unidades formadoras de proteínas e realizam diversas importantes funções nos</p><p>organismos vivos, pois são precursores de importantes substâncias como</p><p>enzimas, hormônios, pigmentos, assim como, quando proteínas, desempenham</p><p>funções de transporte de substâncias, entre outras tantas funções.</p><p>No organismo humano, os aminoácidos ainda podem prover energia por</p><p>meio de seu metabolismo, como uma terceira opção depois dos carboidratos e</p><p>dos lipídeos (Figura 1).</p><p>3</p><p>Figura 1 – Caminhos para produção de energia a partir das biomoléculas</p><p>estudadas – carboidratos, lipídeos e proteínas</p><p>Fonte: Rizzolo, 2020.</p><p>A origem dos aminoácidos pode ser exógena, ou seja, proveniente de fora</p><p>do organismo, com obtenção de proteínas por meio da dieta; e outra parte pode</p><p>ser endógena, proveniente da degradação normal de proteínas celulares.</p><p>A maior parte dos aminoácidos é utilizada para formar proteínas e a menor</p><p>parte é utilizada para formar moléculas nitrogenadas não proteicas. Portanto, os</p><p>aminoácidos são precursores de todos os compostos do nosso organismo que</p><p>contêm nitrogênio.</p><p>Esses compostos dos quais os aminoácidos serão precursores são:</p><p>ácidos nucleicos, conforme estudaremos mais para a frente, compostos por</p><p>bases nitrogenadas as quais possuem nitrogênio em suas estruturas;</p><p>4</p><p>coenzimas; fosfolipídeos; glicolipídeos; e diversas aminas e seus derivados, que</p><p>também podem ser utilizados para produzir glicose e ácidos graxos.</p><p>Como os aminoácidos não são armazenados no organismo, eles</p><p>resultam, além dos destinos citados acima, em excretas nitrogenadas, ou seja,</p><p>substâncias compostas com nitrogênio e que devem ser eliminadas pelo sistema</p><p>excretor. Portanto, a degradação dos aminoácidos origina esqueletos de</p><p>carbono e compostos nitrogenados (Figura 2).</p><p>Figura 2 – Visão geral do metabolismo dos aminoácidos</p><p>Fonte: Rizzolo, 2020.</p><p>A seguir estudaremos como essas moléculas são convertidas,</p><p>transportadas e eliminadas.</p><p>5</p><p>TEMA 1 – REAÇÕES DE DESAMINAÇÃO E TRANSAMINAÇÃO</p><p>Como acabamos de ver, os aminoácidos são precursores de todos os</p><p>compostos do nosso organismo que contêm nitrogênio, portanto, vão formar</p><p>tanto novas proteínas quanto excretas nitrogenadas não proteicas.</p><p>Apesar de existirem 20 vias catabólicas dos aminoácidos – pois existem</p><p>20 aminoácidos que formam as proteínas e, portanto, cada um com suas</p><p>especificidades agindo de acordo com as necessidades do organismo – existe</p><p>um padrão para que ocorram essas vias.</p><p>Desse modo, primeiramente, é necessário que o grupo amino seja</p><p>separado do esqueleto de carbono, para que então essa cadeia carbônica seja</p><p>oxidada.</p><p>O processo de transferência do grupo amino é chamado de</p><p>transaminação, ou seja, o grupo amino da maioria dos aminoácidos (alanina,</p><p>arginina, aspartato, cisteína, fenilalanina, isoleucina, leucina, tirosina, triptofano</p><p>e valina) é transferido à molécula α-cetoglutarato que está presente no citosol,</p><p>formando o glutamato. Esse processo é catalisado por enzimas denominadas</p><p>aminotransferase, ocorre no citosol dos hepatócitos e origina um α-cetoácido que</p><p>chamamos de esqueleto carbônico do aminoácido.</p><p>O glutamato migra para matriz mitocondrial e pode ter dois destinos</p><p>distintos: no primeiro destino aqui descrito ocorrerá outra transaminação pela</p><p>interação do oxalacetato (proveniente do ciclo de Krebs) com o glutamato, esse</p><p>último tem seu grupo amino transferido formando duas substâncias, o α-</p><p>cetoglutarato que retorna ao citosol sendo reciclado e forma, também, o</p><p>aspartato que irá para o ciclo da ureia.</p><p>O outro destino do glutamato consiste na sua perda do grupo amino e</p><p>ganho de átomos de oxigênio de uma molécula de água, ocorrendo então a</p><p>desaminação oxidativa. Tal processo origina α-cetoglutarato, o qual pode ser</p><p>reciclado e produzir um grupo amino na forma de íon amônio, pois foi, nesse</p><p>caso, somente retirado/liberado de uma molécula e não transferido, como nas</p><p>outras situações descritas.</p><p>Todo esse processo pode ser conferido na Figura 3, a seguir.</p><p>6</p><p>Figura 3 – Reações de transaminação e desaminação no metabolismo dos</p><p>aminoácidos</p><p>Fonte: Rizzolo, 2020.</p><p>A degradação dos outros aminoácidos restantes</p><p>(asparagina, glicina,</p><p>glutamina, histidina, lisina, metionina, prolina, serina e treonina) não vai começar</p><p>com a desaminação, porém, todos os 20 aminoácidos terão sempre seu</p><p>grupamento amino convertido ao íon amônio e ao aspartato, onde essas</p><p>moléculas resultantes participarão do ciclo da ureia.</p><p>TEMA 2 – OXIDAÇÃO DOS AMINOÁCIDOS</p><p>A degradação das proteínas gera aminoácidos que em excesso não</p><p>podem ser armazenados, portanto, esses aminoácidos serão oxidados. Para que</p><p>isso ocorra é necessário que seu grupo amino seja retirado, por desaminação,</p><p>conforme exposto no item anterior. Esse processo gera então os compostos</p><p>carbônicos ou esqueletos de carbono que vão seguir diferentes vias.</p><p>Esses compostos de carbono originados na oxidação podem servir de</p><p>substrato para síntese de glicose, glicogênio e ácidos graxos. Desse modo, a</p><p>7</p><p>cadeia carbônica pode ser glicogênica, produzindo compostos intermediários do</p><p>metabolismo de carboidratos, ou cetogênica, dando origem ao acetil-CoA. Nos</p><p>dois casos os intermediários produzidos vão entrar no ciclo de Krebs para</p><p>oxidação a CO2 e H2O e geração de ATP.</p><p>Podemos observar algumas situações de aminoácidos que serão</p><p>convertidos a esses intermediários, como, por exemplo: triptofano produz</p><p>piruvato; lisina produz acetil-CoA; glutamato produz α-cetoglutarato; asparato</p><p>produz oxaloacetato. Todos os compostos citados, produzidos a partir de</p><p>esqueletos carbônicos, têm o mesmo destino, o ciclo de Krebs, caracterizando-</p><p>se pelas distintas etapas nas quais entram no ciclo.</p><p>TEMA 3 – FORMAÇÃO E TRANSPORTE DA AMÔNIA</p><p>Estudamos que no catabolismo dos aminoácidos são produzidas excretas</p><p>nitrogenadas. Essas excretas podem ser: ácido úrico em aves e répteis; ureia na</p><p>maioria dos vertebrados terrestres; e amônia na maioria dos vertebrados</p><p>aquáticos como peixes ósseos larvas dos anfíbios.</p><p>Os níveis de amônia no sangue dos animais devem ser regulados, pois</p><p>essa substância é bastante tóxica. Assim, ela deve ser rapidamente transportada</p><p>de forma segura e depositada na mitocôndria dos hepatócitos, para então ter seu</p><p>destino no ciclo da ureia.</p><p>Como existem alguns processos que produzem amônia fora do fígado, é</p><p>necessário que ela seja convertida para então entrar na corrente sanguínea. Isso</p><p>ocorre devido à união do íon amônio ao glutamato, formando a glutamina; e é a</p><p>glutamina que vai realizar esse transporte não tóxico da amônia até o fígado,</p><p>para ser transformada em ureia, ou até os rins, para ser eliminada em pequenas</p><p>concentrações.</p><p>Uma outra via de transporte de grupos amino para o fígado de uma forma</p><p>não tóxica chama-se ciclo da glicose-alanina.</p><p>Conforme exposto, a amônia quando produzida em outros tecidos precisa</p><p>ser transportada, nesse caso específico vamos analisar o transporte a partir do</p><p>musculo esquelético.</p><p>O piruvato vai capturar a amônia e será convertido em alanina, a qual fará</p><p>o transporte pelo sangue até o fígado. Lá no fígado o piruvato produzido pela</p><p>desaminação da alanina será convertido em glicose, processo chamado de</p><p>gliconeogênese.</p><p>8</p><p>A vantagem desse processo não está apenas no fato de uma substância</p><p>tóxica ser transportada para sua degradação, mas também no fato de o piruvato</p><p>ser transportado junto para produzir glicose, que é devolvida ao músculo,</p><p>gerando produção de ATP.</p><p>TEMA 4 – CICLO DA UREIA E CICLO DO NITROGÊNIO</p><p>Veremos agora como ocorre o ciclo da ureia, a principal forma de</p><p>excreção dos compostos nitrogenados dos mamíferos.</p><p>Os grupos amino que não são utilizados para a síntese de novos</p><p>aminoácidos ou de outros produtos nitrogenados são encaminhados para o ciclo</p><p>da ureia, que consiste na eliminação segura dos excretas nitrogenados.</p><p>Esse ciclo se inicia na matriz mitocondrial dos hepatócitos, continua no</p><p>citosol e termina na matriz da mitocôndria, sempre no fígado.</p><p>A seguir estão descritas as etapas que compõem o ciclo (ilustrado na</p><p>Figura 4), mas vale relembrar que os aminoácidos chegam ao citosol, sofrem</p><p>transaminação e formam o glutamato que tem dois destinos já dentro da</p><p>mitocôndria, podendo ser transaminado novamente, produzindo o aspartato a</p><p>partir do oxaloacetato e do grupamento amina; o outro destino consiste na</p><p>desaminação do glutamato formando o íon amônio que então entra no ciclo da</p><p>ureia. Outra forma de chegada do glutamato pode ser a partir da glutamina dos</p><p>tecidos extra-hepáticos.</p><p>A primeira etapa propriamente dita do ciclo da ureia ocorre com a</p><p>formação do carbamoil fosfato a partir da conjugação do íon bicarbonato e íon</p><p>amônio originado da desaminação do glutamato recém-descrita; o carbamoil</p><p>fosfato se condensa com ornitina, originando a citrulina; esta é transportada para</p><p>o citosol e reage com o aspartato (que foi produzido dentro da mitocôndria no</p><p>ciclo de Krebs) e forma arginino-succinato que se quebra em arginina e fumarato;</p><p>a arginina é hidrolisada, produz a ureia e regenera a ornitina, que volta à</p><p>mitocôndria e reinicia o ciclo. A ureia liberada será direcionada aos rins para ser</p><p>eliminada na urina, portanto, ela é produzida no fígado, mas eliminada pelos rins.</p><p>9</p><p>Figura 4 – Ciclo da ureia</p><p>Fonte: Nelson; Cox, 2014.</p><p>Como podemos observar na Figura 4, os ciclos da ureia e de Krebs estão</p><p>interconectados; o aspartato é regenerado a fumarato, que é convertido a</p><p>malato, que, por sua vez, volta para o ciclo de Krebs. O oxaloacetato pode</p><p>receber a amina do glutamato que foi transaminado, originando o aspartato. Esse</p><p>aspartato pode sair da mitocôndria e entrar no ciclo da ureia quando convertido</p><p>a arginino-succinato. A conexão entre os dois de ciclo se dá pelo eixo aspartato-</p><p>arginino-succinato e a essa união foi dado o nome de bicicleta de Krebs, por</p><p>conta de a forma geral se parecer com uma bicicleta.</p><p>Acabamos de estudar a função do ciclo da ureia no metabolismo dos</p><p>aminoácidos, agora veremos como o nitrogênio é reciclado na natureza para que</p><p>então possa fazer parte do metabolismo dos aminoácidos nos animais e nas</p><p>plantas.</p><p>Importante lembrar que todos os organismos necessitam de nitrogênio</p><p>para a produção de proteínas, ácidos nucleicos e outros compostos</p><p>10</p><p>nitrogenados; portanto, todos dependem desse ciclo para obter seus</p><p>aminoácidos.</p><p>Microrganismos participam de forma indispensável do ciclo de nitrogênio,</p><p>realizando oxidação e redução de compostos que satisfazem suas necessidades</p><p>metabólicas.</p><p>O ciclo do nitrogênio acorre nas seguintes etapas: amonificação,</p><p>nitrificação (nitrosação e nitratação), desnitrificação e fixação, conforme</p><p>podemos observar na Figura 5, a seguir.</p><p>Figura 5 – Esquema representativo do ciclo do nitrogênio</p><p>Fonte: Rizzolo, 2020.</p><p>A partir de matéria orgânica morta no solo, microrganismos iniciam o</p><p>processo de decomposição das proteínas, originando aminoácidos que serão</p><p>desaminados com a retirada dos seus grupamentos amina; esses últimos serão</p><p>convertidos em amônia.</p><p>A amônia liberada solubiliza-se na água presente no solo formando íons</p><p>amônio. O nitrogênio na amônia passa pelo processo chamado</p><p>nitrificação/nitrosação, em que bactérias (Nitrosomonas) convertem o íon</p><p>amônio em nitrito e outras bactérias (Nitrobacter) oxidam o nitrito para produzir</p><p>nitrato – nitratação. Já na forma de nitrato, as plantas conseguem utilizá-lo como</p><p>fonte de nitrogênio para a síntese de proteínas.</p><p>11</p><p>A forma de nitrogênio completamente oxidada sofrerá desnitrificação pela</p><p>ação de bactérias, reduzindo o nitrogênio dos nitratos a nitrogênio molecular</p><p>(N2). Dessa forma, o N2 é convertido em amônia pelas bactérias fixadoras de</p><p>nitrogênio, conforme descrito na etapa inicial do ciclo.</p><p>O processo de conversão do gás nitrogênio em amônia é conhecido como</p><p>fixação de nitrogênio, e somente dois organismos vivos podem realizar essa</p><p>ação: algumas bactérias de vida livre e algumas bactérias simbióticas (rizóbios).</p><p>Apesar de o nitrogênio estar presente na atmosfera</p><p>na proporção de 80%,</p><p>o elemento não está numa forma química absorvível para a maioria dos seres</p><p>vivos, fazendo com que todos dependam dos processos realizados pelos</p><p>microrganismos no ciclo do nitrogênio para possibilitar a obtenção desse</p><p>elemento indispensável à vida.</p><p>TEMA 5 – METABOLISMO DAS PORFIRINAS E PORFIRIAS</p><p>Antes de estudarmos as porfirinas e as porfirias, é conveniente realizar a</p><p>abordagem sobre a hemoglobina e a mioglobina, duas das proteínas mais</p><p>estudadas e compreendidas.</p><p>A mioglobina contém uma única cadeia polipeptídica de 153 aminoácidos</p><p>de sequência conhecida; a hemoglobina é composta de quatro cadeias</p><p>polipeptídicas; as duas atuam no armazenamento e no transporte do oxigênio,</p><p>respectivamente; a abundância de mioglobina, por exemplo, possibilita a</p><p>estocagem e a distribuição do oxigênio nos músculos de mamíferos</p><p>mergulhadores como focas e baleias, os quais podem permanecer submersos</p><p>por um longo período.</p><p>Ambas, mioglobina e hemoglobina, fazem parte da classe das</p><p>hemeproteínas, possuindo o grupo heme em suas estruturas que se ligam ao</p><p>oxigênio reversivelmente.</p><p>O grupo heme consiste em uma estrutura de anel complexo formada por</p><p>uma molécula orgânica contendo ferro que liga ao oxigênio.</p><p>Porfirina é o componente orgânico do grupo heme, com quatro anéis</p><p>pirrólicos ligados a um íon de ferro central, pelo átomo de nitrogênio de cada um</p><p>dos quatro anéis pirrólicos, conforme pode-se observar na Figura 6.</p><p>12</p><p>Figura 6 – O grupo heme</p><p>Créditos: StudioMolekuul/Shutterstock.</p><p>Conforme já estudamos, o ciclo de Krebs funciona também como uma</p><p>importante fonte de precursores para a biossíntese de moléculas como</p><p>aminoácidos, bases nucleotídicas e porfirina. Desse modo, grande parte dos</p><p>átomos de carbono nas porfirinas provém da succinil-CoA, tanto que a síntese</p><p>do heme inicia com a condensação de succinil-CoA e glicina, seguida por uma</p><p>série de reações catalisadas por enzimas. A enzima ALA-sintase (ALAS1) é a</p><p>enzima reguladora da biossíntese do heme. Essa enzima é limitante da</p><p>velocidade de biossíntese do grupo no fígado, portanto, na ausência dele sua</p><p>velocidade aumenta, e na presença, diminui. Assim, a biossíntese de porfirinas</p><p>é regulada pela concentração do produto heme. As anormalidades genéticas na</p><p>biossíntese de porfirinas podem resultar no acúmulo de intermediários da via nos</p><p>eritrócitos, nos fluidos corporais e no fígado, causando várias doenças humanas</p><p>conhecidas como porfirias. O tratamento das porfirias é sintomático, e elas</p><p>podem ser controladas com facilidade com a manipulação da dieta ou com a</p><p>administração de heme ou de derivados do heme.</p><p>13</p><p>NA PRÁTICA</p><p>Ultimamente, muito se ouve falar nas mídias em geral e nos meios sociais</p><p>sobre dieta vegetariana. O número de pessoas adeptas do vegetarianismo tem</p><p>crescido muito no Brasil e no mundo, seja por motivos ambientais, seja por</p><p>motivos éticos e oriundos da ideia de que essa dieta é mais saudável do que a</p><p>dieta onívora, na qual se utilizam alimentos de origem vegetal e animal – dieta</p><p>em que os seres humanos são enquadrados.</p><p>Porém, com esse aumento de aderentes, crescem também as dúvidas</p><p>quanto à adequação nutricional dessa dieta e, frequentemente, vêm as</p><p>perguntas: e as proteínas? Como pessoas vegetarianas suplementam as</p><p>proteínas? Há proteínas em plantas?</p><p>Essas e outras perguntas são parte do mito de que somente os alimentos</p><p>de origem animal, principalmente as carnes, contêm proteínas. E é daí que vem</p><p>os mitos como as proteínas vegetais são incompletas ou as proteínas</p><p>provenientes de fontes vegetais não são tão boas quanto as provenientes de</p><p>fontes animais.</p><p>Estudando o ciclo do nitrogênio, percebemos que toda proteína é</p><p>construída a partir do nitrogênio atmosférico que foi fixado nas plantas pelas</p><p>bactérias, para daí então um animal ter acesso às proteínas pela alimentação.</p><p>Portanto, podemos entender como pessoas vegetarianas não precisam ingerir</p><p>produtos de origem animal para obter proteínas e que toda proteína será formada</p><p>pela ingestão de aminoácidos essenciais presente nas plantas, mais aqueles</p><p>aminoácidos que nosso organismo consegue sintetizar.</p><p>Com base nos conhecimentos adquiridos, elabore um infográfico sobre os</p><p>vegetais mais ricos em proteínas. Pesquise e inclua no material os três principais</p><p>aminoácidos presentes em cada alimento. Lembre-se que quando utilizamos</p><p>relação de quantidades, temos que usar o mesmo referencial, por exemplo: a</p><p>quantidade de proteína de cada alimento deve ser em relação a 100g ou a 1</p><p>xícara.</p><p>FINALIZANDO</p><p>Estudando o metabolismo dos aminoácidos vimos que esses podem ser</p><p>convertidos em glicose ou ácidos graxos e utilizados para produção de ATP.</p><p>Porém, como aminoácidos não são armazenados, aqueles que sobram dos</p><p>14</p><p>processos metabólicos devem ser excretados, mas antes devem perder seu</p><p>grupo amina. Assim, por meio do processo de transaminação, o grupo amina é</p><p>transferido até ser liberado na forma de íon amônio para que possa entrar no</p><p>ciclo da ureia. O ciclo da ureia é a transformação da amônia em ureia para</p><p>posterior excreção na urina.</p><p>Podemos observar que, por meio do aspartato arginino-succinato, ocorre</p><p>a união entre os ciclos de Krebs e da ureia e que diversos compostos participam</p><p>dos dois ciclos em diferentes momentos.</p><p>Outro tópico importante aqui estudado foi como o nitrogênio, importante</p><p>elemento presente nos aminoácidos, é reciclado na natureza, com o auxílio</p><p>indispensável de bactérias presentes no solo e nas raízes de algumas plantas.</p><p>Assim, o N2 é convertido em alguns compostos durante o ciclo até sua fixação</p><p>nas plantas, estando assim acessível aos animais na forma de aminoácidos e</p><p>proteínas.</p><p>Por último, vimos que o grupo heme presente em importantes proteínas</p><p>(hemeproteínas) é sintetizado a partir das porfirinas e do ferro. Defeitos</p><p>genéticos causam anormalidades na via de biossíntese das porfirinas, podendo</p><p>originar um grupo de doenças chamadas de porfirias.</p><p>15</p><p>Figura 7 – Infográfico: visão geral do metabolismo dos aminoácidos</p><p>Fonte: Rizzolo, 2020.</p><p>desaminação transaminação oxidação</p><p>transporte da</p><p>amônia</p><p>biossíntese</p><p>das porfirinas</p><p>grupo heme anormalidade porfirias</p><p>Ciclo da</p><p>ureia</p><p>Excreção</p><p>Ciclo de</p><p>Krebs</p><p>Aspartato-arginino-</p><p>succinato</p><p>N</p><p>N</p><p>N</p><p>N</p><p>N</p><p>Ciclo do</p><p>Nitrogênio</p><p>16</p><p>REFERÊNCIA</p><p>NELSON, D. L.; COX, M. M. Princípios de bioquímica de Lehninger. 6. ed.</p><p>Porto Alegre: Artmed, 2014.</p><p>BIOQUÍMICA</p><p>AULA 5</p><p>Profª Joana Rizzolo</p><p>2</p><p>CONVERSA INICIAL</p><p>Câncer, transgênicos e organismos geneticamente modificados parecem</p><p>assuntos importantes? A resposta para esta pergunta certamente será sim.</p><p>Esses são tópicos que despertam interesse e aos quais a ciência –</p><p>principalmente a biotecnologia – tem se voltado bastante, embora a população</p><p>em geral pouca entenda sobre eles.</p><p>Estudar os mecanismos intimamente relacionados a esses assuntos é o</p><p>que faremos nesta aula. Compreender a função dos ácidos nucleicos nos</p><p>processos biológicos e na manutenção da vida nos oferece o entendimento dos</p><p>mecanismos bioquímicos pelos quais a informação genética pode ser passada</p><p>de uma geração para a próxima, bem como suas transformações induzidas e</p><p>suas modificações através de erros de replicação. Assim, estudaremos a</p><p>estrutura dos ácidos nucleicos — conhecidos como DNA e RNA — e como eles</p><p>desempenham suas funções relacionadas à codificação, ao armazenamento da</p><p>informação e à hereditariedade, buscando compreender como tudo isso pode</p><p>resultar nos processos biológicos.</p><p>Pesquisas ao redor do mundo vêm avançado a cada ano, proporcionando</p><p>conhecimentos e tecnologias para serem aplicados na medicina, ciência forense</p><p>e biologia molecular. Por outro lado, tanto poder sobre alterações na natureza</p><p>–</p><p>como o impedimento do nascimento de fêmeas de algumas espécies,</p><p>modificações na fertilidade de plantas, modificações quanto à aparência e à</p><p>resistência a agroquímicos – poderão acarretar grandes impactos irreversíveis</p><p>nos ecossistemas e na saúde dos organismos vivos. Todo esse poder é, muitas</p><p>vezes, dominado por algumas instituições com intenções duvidosas. Portanto, o</p><p>avanço da ciência pode ser também uma ameaça à saúde humana e ao meio</p><p>ambiente como um todo, chegando até nós sem nosso conhecimento ou</p><p>disfarçado por meio do lema de soluções inovadoras.</p><p>Assim sendo, a próxima classe de compostos orgânicos que vamos</p><p>estudar é a classe dos ácidos nucleicos. Esses compostos são formados por</p><p>átomos de carbono, hidrogênio, oxigênio, nitrogênio e fósforo. Do mesmo modo</p><p>que os carboidratos são polímeros de monossacarídeos e proteínas são</p><p>polímeros de aminoácidos, os ácidos nucleicos são polímeros de nucleotídeos.</p><p>Os ácidos nucleicos desempenham a função de armazenamento da</p><p>informação genética e as moléculas que os representam são o DNA (ácido</p><p>3</p><p>desoxirribonucleico) e o RNA (ácido ribonucleico). Assim, DNA e o RNA são</p><p>longos polímeros lineares que carregam a informação de uma maneira que pode</p><p>ser passada de uma geração para a próxima. Todos os seres vivos têm ácidos</p><p>nucleicos em seu material genético e todos codificam sua informação genética</p><p>da mesma forma.</p><p>Importante lembrar que cada célula humana possui 46 cromossomos, que</p><p>são constituídos por DNA e proteínas. É no DNA que estão os genes,</p><p>considerados as unidades fundamentais da hereditariedade, nos quais estão</p><p>inscritas as instruções para a produção de proteínas (Figura 1). Sabemos que</p><p>as enzimas catalisam todas as reações vitais, de tal modo que os ácidos</p><p>nucleicos controlam as enzimas. Logo, podemos dizer que os ácidos nucleicos</p><p>controlam todo o funcionamento das células dos organismos, pois são</p><p>constituídos por genes, os quais são responsáveis por todas as características</p><p>dos indivíduos e comandam todas as funções vitais.</p><p>Figura 1 – Representação das subdivisões de um cromossomo de uma célula</p><p>até a síntese proteica a partir de um gene</p><p>Fonte: Fancy Tapis/Shutterstock.</p><p>Agora que já entendemos que as funções dos ácidos nucleicos são de</p><p>armazenamento da informação genética e de síntese de proteínas, cabe estudar</p><p>sua estrutura: tanto o DNA quanto o RNA são macromoléculas que consistem</p><p>em um grande número de nucleotídeos ligados, cada um composto de um</p><p>4</p><p>açúcar, um fosfato e uma base nitrogenada. Como os ácidos nucleicos são</p><p>polímeros, cada unidade monomérica dentro desse polímero é um nucleotídeo.</p><p>Figura 2 – Estrutura geral de um ácido nucleico:</p><p>Fonte: Soleil Nordic/Shutterstock.</p><p>a) Comparação em relação às pentoses dos ácidos nucleicos: a pentose do</p><p>DNA é denominada desoxirribose e a pentose do RNA é denominada</p><p>ribose com um grupo hidroxila no carbono 2; ambas com um grupo</p><p>hidroxila ligado ao carbono 3 circulado, pois é onde o grupo fosfato da</p><p>próxima unidade de nucleotídeo irá se ligar;</p><p>b) Demonstração geral de uma cadeia de um ácido nucleico mostrando</p><p>como os nucleotídeos se ligam para formar a cadeia de um ácido nucleico.</p><p>TEMA 1 – NUCLEOTÍDEOS: COMPOSIÇÃO E NOMECLATURA</p><p>Nucleotídeos são as unidades estruturais dos ácidos nucleicos. Além</p><p>disso, os nucleotídeos desempenham uma variedade de outras funções, como</p><p>carreadores de energia (como principais doadores e aceptores de grupos fosforil</p><p>no metabolismo como tri e difostatos – ATP e ADP), componentes de cofatores</p><p>enzimáticos e mensageiros químicos.</p><p>5</p><p>Cada nucleotídeo isolado é formado por três componentes: uma base</p><p>nitrogenada, uma pentose (açúcar de cinco carbonos) denominada desoxirribose</p><p>ou ribose e um grupo fosfato. Tanto o DNA como o RNA são compostos por</p><p>nucleotídeos, com a diferenciação de suas pentoses pela ausência ou presença</p><p>do grupo hidroxila no carbono 2, conforme explanado acima. O terceiro</p><p>componente dos nucleotídeos será uma das cinco bases nitrogenadas,</p><p>denominadas adenina (A), timina (T), citosina (C), guanina (G) e uracila (U). A e</p><p>G são estruturas de anel duplo chamadas de purinas; enquanto T, C e U são</p><p>estruturas de anel simples denominadas pirimidinas, conforme Figura 3.</p><p>Uma outra característica que difere as estruturas do DNA e do RNA, além</p><p>das pentoses, é quanto às bases nitrogenadas. Ambos os ácidos nucleicos</p><p>contêm duas bases púricas (A e G) e uma base pirimídica (C) em comum. No</p><p>DNA, a quarta base é a timina; no RNA, é a uracila, como podemos observar na</p><p>figura abaixo.</p><p>Figura 3 – Componentes estruturais dos nucleotídeos: grupo fosfato, açúcares e</p><p>as bases nitrogenadas</p><p>Um detalhe importante que deve ser esclarecido quando estudamos a</p><p>estrutura dos nucleotídeos é em relação ao uso da numeração dos átomos nas</p><p>unidades de pentose, os quais são identificados e numerados com “linhas” para</p><p>distingui-los dos átomos das bases. Assim, fica claro quando dizemos que um</p><p>nucleotídeo se liga ao outro através do carbono 3’ da pentose do primeiro com o</p><p>grupo fosfato do próximo, como podemos observar na Figura 4.</p><p>6</p><p>Figura 4 – Nucleotídeos se ligando através do carbono 3’ do primeiro (destacado</p><p>pelo círculo na cor roxa) com o grupo fosfato do próximo (destacado pelo círculo</p><p>na cor amarela)</p><p>Na figura acima apresentada, não foi chamada a atenção para as bases</p><p>nitrogenadas. Porém, é importante pontuar que um nucleotídeo difere do outro</p><p>apenas pela base nitrogenada. Assim, as outras estruturas sempre serão as</p><p>mesmas, um grupo fosfato e uma pentose.</p><p>Quando a estrutura considerada é formada apenas pela pentose e pela</p><p>base nitrogenada, chamamos essa estrutura de nucleosídeo.</p><p>7</p><p>Quadro 1 – Nomenclatura das bases, dos nucleosídeos e dos nucleotídeos</p><p>Base Nucleosídeo Nucleotídeo no DNA Nucleotídeo no RNA</p><p>Adenina Adenosina Desoxiadenosina 5’</p><p>monofosfato Adenosina 5’ monofosfato</p><p>Guanina Guanosina Desoxiguanosina 5’</p><p>monofosfato Guanosina 5’ monofosfato</p><p>Citosina Citidina Desoxicitidina 5’</p><p>monofosfato Citidina 5’ monofosfato</p><p>Timina Timidina Desoxitimidina 5’</p><p>monofosfato --</p><p>Uracila Uridina -- Uridina 5’ monofosfato</p><p>Note, no quadro acima, como se dá a nomenclatura das bases, dos</p><p>nucleosídeos e dos nucleotídeos.</p><p>TEMA 2 – DNA: CONSTITUIÇÃO E ESTRUTURA DA DUPLA HÉLICE</p><p>Watson e Crick foram os cientistas que postularam o modelo</p><p>tridimensional da estrutura do DNA, em 1953, consistindo em um marco decisivo</p><p>na história do material genético. O modelo proposto – o qual é aceito até hoje –</p><p>descreve que cada molécula de DNA é uma dupla hélice em que duas cadeias</p><p>de nucleotídeos se dispõem espiraladamente em torno de um eixo. Essas</p><p>cadeias são unidas entre si por pontes de hidrogênio que se formam entre as</p><p>bases nitrogenadas.</p><p>A dupla hélice contém dois polinucleotídeos. As bases nitrogenadas estão</p><p>no interior da hélice, e o arcabouço açúcar-fosfato na parte externa. A dupla</p><p>hélice se constitui então em duas fitas antiparalelas que se unem em pares de</p><p>bases por ligações de hidrogênio intramoleculares.</p><p>Essa união entre as cadeias não é aleatória, ou seja, em qualquer DNA,</p><p>a adenina de uma cadeia se pareia com a timina da outra cadeia e a guanina de</p><p>uma se pareia com a citosina de outra, e vice-versa.</p><p>Uma cadeia de DNA se difere de outra pela ordem com que os</p><p>nucleotídeos se dispõem.</p><p>8</p><p>Figura 5 – Padrões de ligações de hidrogênio no pareamento de bases (ligações</p><p>de hidrogênio estão representadas por três linhas azuis)</p><p>Fonte: Adaptado de Nelson e Cox, 2014.</p><p>Outro aspecto importante sobre a estrutura de uma cadeia de DNA é que</p><p>a sequência de uma fita simples de ácido nucleico é sempre escrita com a sua</p><p>extremidade 5’ (carbono 5’ da primeira pentose) à esquerda e com a extremidade</p><p>3’ à direita (Figura 5), ou seja, na direção 5’→3’. Assim, a cadeia tem uma ponta</p><p>5’, geralmente ligada</p><p>a um fosfato e uma ponta 3’, geralmente uma hidroxila livre.</p><p>A partir da Figura 5, podemos destacar outra questão: podem ser</p><p>formadas três ligações de hidrogênio entre G e C — simbolizadas G≡C — e</p><p>apenas duas podem ser formadas entre A e T — simbolizadas A=T.</p><p>TEMA 3 – DNA: ESTUDOS DE MAPEAMENTOS GENÉTICOS</p><p>Antes de falarmos sobre o mapeamento genético em si e sua importância,</p><p>é imprescindível conhecermos o Projeto Genoma Humano. Esse foi um projeto</p><p>internacional que durou 13 anos, sendo finalizado em 2003 e custando quase</p><p>US$ 3 bilhões de dólares. Seu objetivo era sequenciar o genoma humano</p><p>completo e, através desse mapeamento, fornecer informações e oferecer um</p><p>banco de dados para pesquisas. Lembrando que o genoma é a sequência</p><p>completa do DNA da célula e os genes que o compõem são as unidades</p><p>9</p><p>responsáveis pela transmissão das características hereditárias e controlam</p><p>todas as atividades que ocorrem dentro da célula. Desse modo, a técnica que</p><p>determina quais genes estão presentes no genoma de uma célula se chama</p><p>mapeamento genético. A partir do mapa genético, é possível identificar a</p><p>predisposição a alergias, intolerâncias e doenças.</p><p>Outras ciências foram surgindo para lidar com as informações</p><p>encontradas nos mapas genéticos. A nutrigenômica estuda a forma como</p><p>compostos presentes nos alimentos podem modular a expressão gênica. Dessa</p><p>forma, o paciente poderá ser tratado com alimentos específicos a fim de silenciar</p><p>a expressão de certas doenças.</p><p>A medicina preventiva também pode atuar baseada nesses</p><p>conhecimentos alcançados pelo mapeamento genético por meio do</p><p>silenciamento de genes que poderiam expressar determinadas doenças. Ela</p><p>também pode revelar informações sobre o metabolismo, sobre características</p><p>dos sistemas corpóreos e até mesmo informações sobre a performance física. A</p><p>medicina preventiva consiste em um tratamento completamente individual que</p><p>se baseia no perfil genético de cada pessoa. Certamente, esse tipo de</p><p>tratamento não modifica a predisposição genética, sendo utilizado apenas para</p><p>evitar a manifestação de algumas doenças.</p><p>O mapeamento genético também se destaca nos estudos de ecologia, em</p><p>que pesquisadores buscam entender estratégias adaptativas de organismos. Por</p><p>exemplo, como fatores ambientais influenciam padrões de variação no genoma</p><p>resultando em mudanças adaptativas e a hereditariedade dessas alterações.</p><p>A epigenética é outra ciência que se integra ao conhecimento dos mapas</p><p>genéticos, pois ela consiste no estudo das características de organismos que se</p><p>modificam sem que haja modificações em seu DNA. Assim, a epigenética trata</p><p>dos efeitos que o ambiente gera na expressão genética e que podem ser</p><p>passados para as gerações. Esse assunto será abordado na próxima aula.</p><p>O sequenciamento do genoma de microrganismo patogênicos também</p><p>pode trazer benefícios em relação a um aspecto que vem preocupando cientistas</p><p>e a medicina: a resistência a antibióticos. Assim, a identificação dos genes</p><p>associados à resistência de medicamento pode auxiliar na identificação rápida</p><p>da resistência.</p><p>10</p><p>TEMA 4 – RNA: COMPOSIÇÃO E ESTRUTURA</p><p>A segunda maior forma de ácidos nucleicos nas células é o RNA, o qual</p><p>difere do DNA em vários aspectos:</p><p>• O RNA normalmente é uma fita simples;</p><p>• O açúcar do nucleotídeo é a ribose, que tem um átomo de oxigênio a mais</p><p>que a desoxirribose;</p><p>• Ocorre a presença da base uracila ao invés da timina;</p><p>• A uracila forma pares de bases com a adenosina;</p><p>• As outras três bases são as mesmas do DNA (A, G, C).</p><p>O processo de formação do RNA a partir do DNA será abordado no</p><p>próximo tema, assim como a função dos três principais tipos de RNA,</p><p>denominados RNA mensageiro (mRNA), RNA ribossômico (rRNA) e RNA</p><p>transportador (tRNA). Podemos observar, na Figura 6, esse processo que se</p><p>inicia no núcleo celular e continua no citoplasma, com a participação do tipos de</p><p>RNA citados.</p><p>Figura 6 – Formação do RNA na célula, com destaque para os processos de</p><p>transcrição, tradução e formação de proteína</p><p>Fonte: Alila Medical Media/Shutterstock.</p><p>11</p><p>TEMA 5 – FUNÇÕES DO MATERIAL GENÉTICO: REPLICAÇÃO, TRANSCRIÇÃO</p><p>E TRADUÇÃO</p><p>O pesquisador Crick propôs em 1958 o Dogma Central, alegando que a</p><p>informação biológica é primeiro transferida ao RNA e depois à proteína. Em</p><p>1970, essa afirmação foi considerada errada quando outros cientistas</p><p>descobriram que alguns vírus transmitem a informação do RNA para o DNA.</p><p>Contudo, a transmissão da informação na maioria dos organismos vai de</p><p>DNA para RNA da seguinte forma: a informação é armazenada no DNA,</p><p>transcrita e decodificada no RNA e, por último, traduzida em uma proteína,</p><p>conforme ilustrada na Figura 7.</p><p>Figura 7 – Representação da transcrição do DNA e da tradução do RNA à</p><p>proteína</p><p>A replicação (Figura 8) é um processo que ocorre sempre que a célula se</p><p>divide, independentemente da transcrição ou tradução. Portanto, esse é um</p><p>processo essencial para que haja multiplicação celular, o qual parte de uma</p><p>cadeia dupla de DNA para gerar duas novas cadeias duplas de DNA, idênticas</p><p>à original.</p><p>12</p><p>Figura 8 – Duplicação do DNA produzindo duas fitas idênticas (representadas</p><p>pela cor laranja) de DNA a partir de uma fita original de DNA (representada pela</p><p>cor azul)</p><p>Fonte: Soleil Nordic/Shutterstock.</p><p>A replicação do DNA é semiconservativa, ou seja, uma fita de DNA original</p><p>será conservada para se unir a uma nova fita de DNA. Assim, cada fita de DNA</p><p>fornece um molde para uma nova fita, produzindo duas novas moléculas de</p><p>DNA.</p><p>Assim como as pontes de hidrogênio das bases nitrogenadas que unem</p><p>as fitas de DNA são desfeitas por enzimas (DNA helicase) para que se inicie a</p><p>duplicação/replicação, as próximas etapas também são geridas por enzimas.</p><p>São as enzimas que garantem que o nucleotídeo correto seja adicionado e que</p><p>a informação genética seja transmitida de maneira intacta. Já com as fitas</p><p>abertas, a DNA polimerase proporciona a construção da nova fita; logo, ocorre a</p><p>ligação dos nucleotídeos da nova fita de DNA à fita original de DNA sob</p><p>gerenciamento da DNA ligase.</p><p>Vimos que a função da replicação é a duplicação da molécula de DNA, a</p><p>qual ocorre independentemente da transcrição e tradução, sempre que uma</p><p>célula precisa se duplicar. Agora, veremos como ocorre a passagem de</p><p>informação do DNA para o RNA e proteínas, orientando o tamanho, forma e</p><p>funcionamento de todos os seres vivos.</p><p>O primeiro passo na passagem da informação do material genético para</p><p>a síntese das proteínas é a transcrição, processo que gera um RNA a partir de</p><p>um DNA. O processo é semelhante à replicação, mas apenas um pequeno</p><p>13</p><p>segmento de uma fita de DNA é copiado, exatamente aquele correspondente ao</p><p>gene que está sendo transcrito. Outra diferença é que o produto da transcrição</p><p>é uma fita simples de RNA, que se libera do DNA após sintetizada, sendo que o</p><p>DNA volta a se enrolar ao final do processo.</p><p>Esse RNA produzido na transcrição (conforme Figura 6) é denominado</p><p>RNA mensageiro (mRNA) e sairá do núcleo da célula para o citoplasma, onde</p><p>encontra um ribossomo, carregando a sequência de bases nitrogenadas (códon</p><p>– conjunto de três bases nitrogenadas que contém a informação para um</p><p>aminoácido) que será traduzida. Dentro dessa organela, os RNA transportadores</p><p>(tRNA) começam a chegar, em resposta à leitura dos códons pelos ribossomos</p><p>e transportam os aminoácidos correspondentes ao códon do mRNA. Os tRNAs</p><p>traduzem fielmente a informação no mRNA em uma sequência específica de</p><p>aminoácidos. É o RNA ribossômico (rRNA) que realiza a leitura do mRNA,</p><p>permitindo as ligações dos códons, proporcionado então a síntese das proteínas.</p><p>Contudo, podemos concluir que a sequência específica de aminoácidos</p><p>de cada nova proteína é determinada pelo gene, o qual consiste em um</p><p>segmento de uma molécula de DNA que continha a informação</p><p>necessária para</p><p>a síntese dessa proteína formada. Assim, as sequências de nucleotídeos de</p><p>DNA codificam as estruturas primárias de todos os RNAs e proteínas celulares,</p><p>afetando indiretamente a síntese de todos os outros constituintes celulares.</p><p>NA PRÁTICA</p><p>Nesta aula, vimos o quanto a ciência avançou no campo da engenharia</p><p>genética e o quanto ainda irá avançar. Observamos também algumas vantagens</p><p>que o mapeamento genético pode trazer para a vida das pessoas.</p><p>Uma situação famosa foi o caso da atriz e cineasta estadunidense</p><p>Angelina Jolie que, aos 38 anos, realizou mastectomia, retirando os seios.</p><p>Através do estudo do seu mapeamento genético, a atriz soube da sua forte</p><p>predisposição ao câncer de mama e que pertencia ao grupo de risco, optando</p><p>pela cirurgia, mesmo não tendo sido diagnosticado câncer de mama.</p><p>Tomando esse caso como exemplo, podemos pensar a importância desse</p><p>tipo de exame para salvar vidas. Mas podemos analisar sob outro ponto de vista</p><p>se considerarmos resultados referentes a mutações para doenças que ainda não</p><p>apresentam cura. Como será que as pessoas lidariam com essas informações?</p><p>14</p><p>Avançando nessa discussão da possibilidade de conhecer os genes de</p><p>cada indivíduo, podemos trazer as seguintes situações: imaginemos empresas</p><p>e setores que venham a se apropriar dessa tecnologia e passem a aplicar, por</p><p>exemplo, testes para os genes da inteligência para admissão em escolas; testes</p><p>para habilidades específicas; ou testes para identificação de predisposição a</p><p>certas doenças para contratação de trabalhadoras e trabalhadores. Do ponto de</p><p>vista ético, o mapa genético deveria ser utilizado somente como instrumento de</p><p>inclusão e acolhimento, e não como forma de discriminação e exclusão.</p><p>Ainda podemos ir mais longe nessa discussão e falar da possibilidade de</p><p>descobrir quem tem predisposição a ter filhos/filhas com determinadas doenças.</p><p>No futuro, talvez seja possível evitar que as pessoas tenham doenças. Será que</p><p>a humanidade pararia por aí ou passaria a escolher outras características para</p><p>suas crianças, criando de certa forma uma eugenia, como mostra o filme</p><p>Gattaca: Experiência Genética, dirigido por Andrew Niccol em 1997?</p><p>Portanto, o avanço da ciência e a utilização das informações genéticas</p><p>devem estar continuamente aliadas à bioética. Além de todas as outras formas</p><p>de discriminação que a sociedade já vivencia, podemos acabar nos deparando</p><p>com discriminação genética, pois além do conhecimento sobre predisposição</p><p>genética para doenças, através do mapeamento genético de uma pessoa, pode-</p><p>se ter acesso às características normais do indivíduo e, num futuro próximo,</p><p>pode-se almejar manipular essas características normais como altura, cor dos</p><p>olhos, habilidades etc.</p><p>Considerando o que foi apresentado acima, você faria seu mapa</p><p>genético? E seus familiares, o que achariam disso? Faça uma pesquisa empírica</p><p>com as pessoas do seu convívio, perguntando o que elas pensam sobre o</p><p>assunto (a partir de sua prévia explicação sobre o tema) e questione-as a</p><p>respeito da necessidade de se estipular ou não um limite a partir do domínio de</p><p>tanto conhecimento sobre si mesmas.</p><p>FINALIZANDO</p><p>Chegamos à última classe das macromoléculas que constituem as</p><p>células. O grupo dos ácidos nucleicos é representado pelas moléculas de DNA</p><p>e RNA, as quais são formadas por sequências repetidas de nucleotídeos — suas</p><p>unidades estruturais.</p><p>15</p><p>Os nucleotídeos são formados por um grupo fosfato, uma pentose e uma</p><p>base nitrogenada. As moléculas de DNA e de RNA se diferem pela pentose (DNA</p><p>– desoxirobose; RNA – ribose), pelo conjunto de bases nitrogenadas, estando a</p><p>timina presente somente no DNA; e a uracila presente somente no RNA. Outra</p><p>característica estrutural que as difere é que o DNA consiste em um par de</p><p>cadeias de ácidos nucleicos, chamadas de fitas duplas; e o RNA consiste em</p><p>uma única cadeia de ácidos nucleicos, chamada de fita simples.</p><p>As cadeias polinucleotídicas do DNA se ligam por pontes de hidrogênio</p><p>que se formam entre as bases nitrogenadas. São essas pontes que são</p><p>rompidas quando se dá início à duplicação do material genético, a qual ocorre a</p><p>partir no DNA, com exceção de alguns vírus. Tal processo é chamado de</p><p>replicação ou duplicação semiconservativa, pois uma fita da molécula é</p><p>conservada e uma nova fita de DNA será produzida para que juntas deem origem</p><p>a uma nova molécula de DNA. Portanto, a partir uma molécula de DNA, são</p><p>originadas outras duas moléculas.</p><p>É o DNA que contém os genes e, portanto, é nele que estão todas</p><p>informações referentes ao indivíduo, que serão passadas para as próximas</p><p>gerações, e é ele que comanda e coordena toda a função celular.</p><p>Vimos que cada gene comanda a síntese de determinada proteína e é</p><p>nesse processo que a molécula de RNA inicia seu trabalho. Três tipos de RNA</p><p>são produzidos, os quais desempenham diferentes e imprescindíveis funções</p><p>para que ocorra o processo de transmissão da informação. Assim, o mRNA é</p><p>produzido na primeira etapa denominada de transcrição, e é ele que carrega a</p><p>mensagem contida no DNA. O rRNA realiza a leitura da mensagem trazida até</p><p>o ribossomo e traduz para que os tRNA cheguem com os códigos corretos, os</p><p>quais definirão quais proteínas devem ser produzidas. Dessa forma, se dão os</p><p>mecanismos bioquímicos para que ocorram o armazenamento e a transferência</p><p>da informação genética, ou seja, para que um organismo funcione.</p><p>Ainda estudamos sobre um grande marco na ciência, que foi o Projeto</p><p>Genoma Humano, o qual permitiu que o genoma humano fosse mapeado. Tal</p><p>estudo possibilitou um avanço na engenharia genética e ainda projeta, até hoje,</p><p>novos horizontes.</p><p>16</p><p>REFERÊNCIAS</p><p>BERG, J. M.; TYMOCZKO, J. L.; STRYER, L. S. Bioquímica. 7 ed. Rio de</p><p>Janeiro: Guanabara Koogan, 2014.</p><p>FERREIRA, V. Mapeamento genético traça evolução do bacilo causador da</p><p>hanseníase. Disponível em: <http://portal.fiocruz.br/noticia/mapeamento-</p><p>genetico-traca-ecolicao-do-bacilo-causador-da-hanseniase>. Acesso em: 13</p><p>nov. 2019.</p><p>OSSEGE, A.; GARRAFA, V. Bioética e mapeamento genético na seleção de</p><p>trabalhadores. Saúde debate, Rio de Janeiro, v. 39, n. 104, p. 226-238, 2015.</p><p>NELSON, D. L.; COX, M. M. Princípios de bioquímica de Lehninger. 6. ed.</p><p>Porto Alegre: Artmed, 2014.</p><p>TORTORA, G. J.; FUNKE, B. R.; CASE, C. L. Microbiologia. 10. ed. Porto</p><p>Alegre: Artmed, 2010.</p><p>BIOQUÍMICA</p><p>AULA 6</p><p>Profª Joana Rizzolo</p><p>2</p><p>CONVERSA INICIAL</p><p>Se existe um “livro” capaz de conter todas as informações sobre uma</p><p>espécie, esse “livro” é o material genético do indivíduo, mais especificamente o</p><p>DNA. Conforme já estudamos, é no DNA que estão todas informações referentes</p><p>àquele indivíduo e que serão passadas para as próximas gerações.</p><p>Um erro no processo de duplicação e transcrição da informação pode</p><p>causar sérios danos ao indivíduo, até mesmo o desenvolvimento de doenças</p><p>como o câncer.</p><p>Assim, nesta aula estudaremos a existência de mecanismos de reparo</p><p>que trabalham o tempo todo a fim de evitar esses acontecimentos prejudiciais.</p><p>Adiante, estudaremos a importância de se conservar a biodiversidade</p><p>genética e como ela pode auxiliar cientistas que estão, a todo momento, atrás</p><p>de novas biomoléculas vegetais e animais.</p><p>Ainda veremos que processos como a carcinogênese podem estar ligados</p><p>ao acúmulo lento e irreversível de alterações no DNA, assim como o estilo de</p><p>vida pode influenciar na prevenção e no aparecimento de mutações.</p><p>As informações genéticas, armazenadas no DNA, determinam a estrutura</p><p>e a função de uma proteína e, consequentemente, todas as características de</p><p>tamanho, forma e funcionamento de todos os seres vivos. E é no momento em</p><p>que o DNA se duplica que essas informações serão passadas para fitas filhas e</p><p>gerações futuras.</p><p>Enzimas trabalham para que o nucleotídeo correto</p><p>seja adicionado e a</p><p>informação seja gerada com precisão. Imaginem as consequências da</p><p>ocorrência de erros durante a síntese de DNA, podendo afetar a função de um</p><p>gene ou até mesmo gerar uma alteração hereditária.</p><p>A molécula de DNA possui tolerância biológica muito baixa a alterações</p><p>na sua sequência. Por isso, existem mecanismos de reparo, a fim de manter a</p><p>integridade da molécula. Com o objetivo de reorganizar seu material genético,</p><p>as células podem passar pelo processo de recombinação do DNA, onde as</p><p>sequencias de DNA são rearranjadas.</p><p>Toda essa informação contida no DNA, conforme já estudado, pode ser</p><p>convertida em informação proteica através da transcrição e tradução. Então</p><p>podemos concluir que, caso ocorra alguma alteração nas sequências de</p><p>nucleotídeos de DNA, os quais codificam todos os RNAs e as proteínas</p><p>3</p><p>celulares, a síntese de todos os outros constituintes celulares será afetada</p><p>indiretamente. Em outras palavras, erros na produção de enzimas podem</p><p>comprometer a biossíntese celular, pois são essas proteínas que catalisam todas</p><p>as reações celulares.</p><p>TEMA 1 – CONSERVAÇÃO DE MATERIAL GENÉTICO</p><p>O Brasil é o país mais biodiverso do mundo, ou seja, é o país que abriga</p><p>a maior diversidade de espécies entre animais e plantas. Porém, sabemos que</p><p>a cada ano milhares de espécies são extintas, muitas nem mesmo chegamos a</p><p>conhecer. A principal causa de extinção é a perda e fragmentação de habitat,</p><p>seguida pela introdução de espécies exóticas, poluição, mudanças climáticas e</p><p>superexploração (pesca e caça). Todos esses agentes são consequências da</p><p>forma de vida das sociedades atuais, baseadas em hiperconsumo,</p><p>hiperdependência, hiperdesperdício e artificialização.</p><p>Sabemos também que, além da importância inerente que cada espécie</p><p>desempenha em um ecossistema, essa abundante variedade de vida apresenta</p><p>importância econômica, pois é considerada como mais um recurso natural. É</p><p>dessa biodiversidade que obtemos alimentos, insumos para moradia, para</p><p>diversos processos industriais, aliás, dependemos dessa riqueza, pois tudo que</p><p>nos é vital vem da natureza, não é mesmo?</p><p>E como a ciência enxerga e age quanto a isso? Aqui veremos somente as</p><p>técnicas de conservação de material genético, também chamadas de técnicas</p><p>de conservação genética ex situ. Portanto não serão discutidas as estratégias e</p><p>técnicas de conservação in situ, muito utilizadas nos estudos conservacionistas,</p><p>que consistem na manutenção de espécies em seus ambientes naturais.</p><p>É claro que, unido à busca por armazenar corretamente o material</p><p>genético, deve-se também conhecê-lo. Portanto, a análise genética ou</p><p>caracterização molecular devem ser realizadas a fim de ampliar os</p><p>conhecimentos sobre a biologia de determinada espécie, além de procurar</p><p>aprimorar técnicas de conservação do material.</p><p>Partindo do conhecimento comum, quando queremos armazenar e</p><p>conservar algo orgânico, pensamos logo nas baixas temperaturas dos</p><p>refrigeradores. Na ciência, também se opera assim quando se trata de criar</p><p>bancos de germoplasma (base física/matéria-prima dos materiais hereditários de</p><p>uma espécie).</p><p>4</p><p>Então as técnicas de manutenção de recursos genéticos trabalham</p><p>frequentemente a baixas temperaturas, utilizando câmaras de conservação de</p><p>sementes (- 20° C), criogenia (- 196 C) e in vitro (cultura de tecidos à temperatura</p><p>de 10 a 20° C).</p><p>Quanto à conservação de recursos genéticos animais, o foco pode estar</p><p>voltado para os animais que são utilizados para alimentação, onde suas carnes,</p><p>secreções mamárias e ovos são produzidos para um único fim. Ou, mudando um</p><p>pouco o foco, mas não totalmente, pois ainda se tem o interesse econômico,</p><p>existem os bancos de DNA e banco de tecidos de animais silvestres de espécies</p><p>com potencial econômico. Ambas técnicas podem ser utilizadas para</p><p>conservação genética animal.</p><p>No caso da conservação de microrganismos, o material genético também</p><p>pode ser conservado a baixas temperaturas, como as já citadas para</p><p>conservação vegetal.</p><p>A conservação do material genético de espécies de importância agrícola</p><p>e pecuária mostra que a ciência tem caminhado para e manipulação genética a</p><p>fim de desenvolvimento de organismos geneticamente modificados e/ou</p><p>transgênicos, em geral com interesses de caráter econômicos.</p><p>O tipo de material armazenado depende muito da finalidade de cada</p><p>trabalho. Por isso existem coleções de espermatozoides, células tronco, sangue,</p><p>pelos e células somáticas, sendo assim, diferentes formas de armazenamento</p><p>genético e diferentes aplicações são decorridas em função dos objetivos</p><p>esperados.</p><p>É importante mencionar que as técnicas de conservação de material</p><p>genético não devem ser consideradas as formas ideais e primordiais de</p><p>preservação de espécies, pois de nada adianta a biotecnologia e a genética</p><p>avançarem se as causas responsáveis pela perda da biodiversidade</p><p>continuarem ocorrendo.</p><p>Saiba mais</p><p>Fica aqui uma sugestão de leitura para aprofundamento do tema,</p><p>publicado pelo Ministério do Meio Ambiente (MMA) com o título: Conservação in</p><p>situ, ex situ e on farm. Disponível em:</p><p><https://www.mma.gov.br/biodiversidade/conservacao-e-promocao-do-uso-da-</p><p>diversidade-genetica/agrobiodiversidade/conservação-in-situ,-ex-situ-e-on-</p><p>5</p><p>farm>. Acesso em 19 mar. 2020. Não deixe de acessar e obter mais</p><p>conhecimento!</p><p>TEMA 2 – ESTUDOS REALIZADOS COM BIOMOLÉCULAS ANIMAIS</p><p>Seres vivos, ao realizarem seus metabolismos, produzem substâncias por</p><p>diversos motivos. Leveduras produzem etanol, bactérias produzem insulina,</p><p>fungos produzem antibióticos; esses são alguns exemplos bastante conhecidos</p><p>de microrganismos produzindo substâncias de interesse humano.</p><p>Animais, sejam eles invertebrados ou vertebrados, também secretam</p><p>substâncias. Os motivos para essa produção de metabólitos são os mais</p><p>diversos: relacionados com a defesa contra predadores ou com a predação em</p><p>si, com atração de parceiro para procriação, e diversas outras funções até</p><p>mesmo ainda desconhecidas.</p><p>A identificação de biomoléculas produzidas por animais pode também</p><p>auxiliar a taxonomia e os estudos em geral sobre a biologia das espécies,</p><p>inclusive ajudando em trabalhos de preservação, assim como o mapeamento</p><p>genético, conforme já mencionado.</p><p>Um outro exemplo do uso de animais e a importância dos estudos</p><p>genéticos está relacionado às doenças parasitárias que acometem pessoas. Por</p><p>exemplo, animais hematófagos possuem mecanismos anti-hemostáticos. Em</p><p>outras palavras, esses animais produzem substâncias provenientes de sua</p><p>saliva com ação vasodilatadora e que atuam inibindo a agregação plaquetária e</p><p>a coagulação sanguínea. São estratégias naturais e necessárias para que eles</p><p>possam driblar os mecanismos hemostáticos dos seus hospedeiros.</p><p>A partir desse conhecimento, desenvolve-se fármacos baseados na</p><p>estratégia, por exemplo, dos insetos (barbeiros), que injetam nos seus</p><p>hospedeiros óxido nitroso (NO) associado a uma proteína carreadora (nitroforina</p><p>– já que o NO é instável e requer essa associação) e prostaglandinas (lipídeos),</p><p>ambas potentes substâncias capazes de dilatar vasos sanguíneos. Assim,</p><p>drogas para tratamento de cardíacos foram produzidas a partir de biomoléculas</p><p>anti-hemostáticas produzidas por hematófagos. Ademais, há a utilização de</p><p>óxido nítrico (NO), um potente vasodilatador, mas como o NO é instável, os</p><p>insetos (barbeiros) injetam-no associado a uma proteína carreadora</p><p>como a nitroforina.</p><p>6</p><p>De tal modo, o sequenciamento de genomas de parasitos, o</p><p>entendimento do modelo de transcrição do RNA e o conhecimento dos</p><p>mecanismos que causam as doenças auxiliam na identificação dos alvos</p><p>específicos para cada espécie parasita, além de possibilitar o desenvolvimento</p><p>de novos fármacos a partir desse tipo de conhecimento alcançado.</p><p>Até mesmo as toxinas produzidas por animais podem apresentar utilidade</p><p>perante</p><p>a ciência e também a saúde humana. Casos bastante aplicados são</p><p>relacionados às mordidas e picadas de animais peçonhentos. Soros são</p><p>produzidos a partir da própria toxina do animal em questão, mais outro animal,</p><p>em geral cavalos, são utilizados nesse processo.</p><p>Tratando-se de restituição óssea, é possível isolar colágeno (importante</p><p>proteína estrutural da pele, tendões e ligamentos) de esponjas marinhas para</p><p>substituição de tecidos e ossos.</p><p>Além do mais, a partir da análise de extrato bruto de esponjas marinhas,</p><p>obtêm-se metabólitos secundários. Urabayashi (2015) desenvolveu uma</p><p>pesquisa com uma espécie de esponja marinha em que buscou relacionar o</p><p>mRNA com o gene de compostos bioativos, ou seja, obteve sequências a partir</p><p>de RNA’s mensageiros que indicavam proteínas com atividade biológica de</p><p>interesse. A partir dessas biomoléculas (proteínas) encontradas, analisou a</p><p>bioatividade quanto a danos em células tumorais.</p><p>Assim, pode-se dizer que são inúmeras as aplicações de biomoléculas</p><p>animais, pois além dos exemplos citados acima, uma ampla gama abrange</p><p>também o emprego de biomoléculas na área cosmética e industrial em geral.</p><p>Tanto conhecimento gerado deve ser bem conservado, como já abordado na</p><p>presente aula.</p><p>Ademais, é importante mencionar que, quando os objetivos da pesquisa</p><p>ou aplicação fogem dos objetivos intrínsecos à espécie de animal utilizada, o</p><p>trabalho torna-se antropocêntrico, ou seja, quando se utiliza um animal senciente</p><p>para fins humanos sem levar em consideração seus interesses, provavelmente</p><p>será realizado um trabalho antiético.</p><p>Além das questões éticas, a produção de insumos a partir de animais</p><p>possui várias barreiras, a começar pela dificuldade em criar animais em grande</p><p>escala e pela inviabilidade econômica, pois o rendimento das substâncias é</p><p>muito baixo comparado ao de outras procedências (microrganismos e plantas).</p><p>7</p><p>Contudo, com o avanço da ciência aliada às suas boas intenções,</p><p>métodos alternativos vêm surgindo, possibilitando explorar mais esse campo</p><p>sem utilizar animais vivos, mas sim cultivos celulares, softwares entre outros.</p><p>TEMA 3 – ESTUDOS REALIZADOS COM BIOMOLÉCULAS VEGETAIS</p><p>O outro grupo de seres vivos que armazena e secreta substâncias durante</p><p>seu metabolismo é o vasto e rico grupo das plantas. Muitos conhecimentos hoje</p><p>dominados sobre princípios ativos de plantas foram obtidos dos povos originários</p><p>e tradicionais (indígenas, quilombolas, ribeirinhos e outros).</p><p>Quem nunca ouviu ou até mesmo já indicou um chazinho para curar as</p><p>mazelas pelas quais alguém estava passando? A humanidade faz uso medicinal,</p><p>ritualístico, místico e, não menos importante, como fonte de alimento de plantas,</p><p>desde sua existência. O que mudou em relação aos dias atuais?</p><p>Hoje, e cada vez mais, se conhece a natureza química das substâncias.</p><p>Esses compostos químicos derivados do metabolismo de plantas apresentam</p><p>uma infinidade de funções e vêm sendo aplicados nas mais diversas áreas:</p><p>laboratorial, farmacológica, cosmética, nutricional, alimentícia e industrial, esta</p><p>última bastante abrangente.</p><p>As biomoléculas de interesse podem ser proteínas, glicoproteínas,</p><p>lipídeos, polissacarídeos, pigmentos, antioxidantes, enzimas, terpenos, taninos</p><p>e outras tantas classes de compostos químicos provenientes do metabolismo</p><p>das plantas.</p><p>Inúmeros estudos vêm sendo realizados, no Brasil e no resto do mundo,</p><p>com objetivo de encontrar novos compostos provenientes de fontes naturais</p><p>(plantas) a fim de encontrar substâncias bioativas com elevado potencial de</p><p>aplicação, nas diversas áreas.</p><p>A exemplo disso, podemos citar pesquisas realizadas na maior floresta</p><p>tropical do mundo e nosso maior bioma, a Amazônia.</p><p>Fernandes (2017), em sua tese de doutorado, estudou espécies de</p><p>plantas da família Lauraceae da Amazônia. O objetivo da pesquisa foi testar a</p><p>ação de compostos presentes nas plantas sobre os protozoários agentes</p><p>etiológicos das doenças de Chagas e leishmaniose, a fim de substituir os</p><p>fármacos sintéticos já existentes que provocam severo efeitos colaterais e baixa</p><p>eficácia. Dentre os compostos extraídos e testados, um alcaloide (composto</p><p>nitrogenado orgânico derivado de plantas) apresentou bons resultados sobre os</p><p>8</p><p>protozoários em questão, causando colapso celular e morte. Estudos</p><p>moleculares também demonstraram bons resultados quanto à expressão de</p><p>proteína, ajudando a entender as suas funções, possibilitando, assim, o</p><p>desenvolvimento de fármacos específicos que atuem sobre essa expressão.</p><p>Outra pesquisa também realizada com plantas na Amazônia foi a</p><p>desenvolvida por Bastos (2016). O objetivo do estudo foi avaliar a atividade</p><p>antibacteriana, antifúngica e antimalárica do extrato de 25 espécies de plantas.</p><p>Os resultados foram bastante promissores contra os microrganismos</p><p>patogênicos, mostrando uma alternativa aos antimicrobianos convencionais</p><p>disponíveis.</p><p>Pesquisas recentes têm indicado os flavonoides (grupo de metabólitos</p><p>secundários de plantas com grande diversidade estrutural e grande espectro de</p><p>atividades biológicas) como promissores fármacos naturais.</p><p>Flavonoides possuem cadeias cíclicas, sendo assim pouco solúveis em</p><p>água, apresentando uma tendência a se acumularem em membranas biológicas.</p><p>Pesquisas mostraram que, devido a esse acúmulo, o processo degenerativo da</p><p>bainha de mielina de neurônios de roedores com doenças neurodegenerativas</p><p>desacelerou.</p><p>Ainda sobre os flavonoides, estudos relataram que essas biomoléculas</p><p>apresentam capacidade de redução da síntese endógena de colesterol.</p><p>Flavonoides podem aumentar a atividade dos receptores de colesterol-LDL, o</p><p>qual transporta o colesterol para os tecidos periféricos; sendo os receptores de</p><p>colesterol-LDL no hepatócito ativados, a síntese endógena de colesterol diminui,</p><p>levando, assim, à redução dos níveis sanguíneos de colesterol.</p><p>A biotecnologia em geral faz uso dessa imensa coleção molecular que se</p><p>apresenta, infelizmente, ameaçada com a corrente extinção e perda da</p><p>biodiversidade.</p><p>Métodos de conservação de recursos genéticos são indispensáveis a fim</p><p>de perpetuar esses saberes tradicionais e científicos que vêm sendo gerados em</p><p>prol de um planeta mais saudável e justo.</p><p>9</p><p>TEMA 4 – REGULAÇÃO DA EXPRESSÃO GÊNICA</p><p>De todos os genes de um organismo, apenas uma fração é expressa em</p><p>um determinado momento. Alguns genes são expressos mais frequentemente,</p><p>outros são expressos menos frequentemente, de acordo com as necessidades</p><p>metabólicas.</p><p>O controle da regulação gênica, em qualquer organismo, pode ocorrer em</p><p>diferentes níveis, ou seja, os processos regulatórios podem ocorrer no nível da</p><p>iniciação da transcrição, no processamento pós-transcricional, na regulação da</p><p>tradução e na formação, degradação e transporte da proteína, conforme</p><p>ilustrado da Figura 1.</p><p>Figura 1 – Principais potenciais pontos de regulação gênica na síntese proteica</p><p>A regulação da expressão gênica ainda promove a otimização da</p><p>utilização de energia disponível, já que a síntese proteica demanda um alto custo</p><p>de energia.</p><p>O controle da expressão gênica consiste, então, em decidir se um gene</p><p>será transcrito ou não; ou se um determinado mRNA será traduzido ou não, ou</p><p>quanto tempo uma proteína deve durar.</p><p>10</p><p>Essa decisão será tomada em função da necessidade de indução da</p><p>transcrição/tradução ou da necessidade de repressão da transcrição/tradução.</p><p>Assim, quem realiza esse trabalho são moléculas de ligação ao DNA, que ativam</p><p>ou desativam o processo.</p><p>Vejamos alguns exemplos de situações em que pode ocorrer a regulação:</p><p>• Uma determinada molécula é produzida, atinge os níveis necessários na</p><p>célula, e então um sinal é enviado para que a produção seja cessada;</p><p>• Uma célula tenta traduzir um mRNA, mas não consegue por falta de</p><p>aminoácidos no meio, então uma mensagem será enviada para que a</p><p>produção seja cessada;</p><p>• Ocorrência de erros na replicação do DNA, enzimas serão enviadas para</p><p>reparar os erros;</p><p>• Uma célula está se intoxicando com um metal pesado, e esse metal</p><p>pesado aumenta a transcrição de genes para proteínas que irão</p><p>sequestrá-lo do meio, detoxificando as células.</p><p>Proteínas regulam a iniciação da transcrição e, em eucariotos, a</p><p>regulação positiva é mais comum. Nesse caso, a transcrição ocorre sem</p><p>obstáculos; no caso contrário, a chamada regulação negativa, uma proteína</p><p>repressora bloqueia a transcrição, não permitindo a ligação da RNA-polimerase,</p><p>ou seu movimento ao longo do DNA após sua ligação a ele.</p><p>Através dos mecanismos de regulação da transcrição, particularmente no</p><p>início do processo, os organismos podem obter, por exemplo, a sincronização</p><p>da expressão de vários genes que codificam para produtos com atividades</p><p>interdependentes, como no caso dos genes envolvidos na degradação e</p><p>utilização de um determinado produto, os quais somente serão transcritos se o</p><p>produto estiver presente. Nesse caso, a regulação gênica pode ser mediada por</p><p>proteínas que reagem a sinais do ambiente, detectando a presença do produto</p><p>a ser utilizado.</p><p>A expressão gênica pode ser regulada por sinais moleculares. Hormônios</p><p>esteroides agem como moduladores de proteínas regulatórias de eucariotos.</p><p>Hormônios, uma vez dentro das células, interagem com receptores nucleares e</p><p>formam um complexo hormônio-receptor que atua ligando-se a sequências de</p><p>DNA, alterando a expressão gênica. Esses receptores atuam como ativadores</p><p>de transcrição, disparando a transcrição do gene. Essa ligação hormônio-</p><p>11</p><p>receptor é a etapa inicial de uma série de eventos que irão regular as respostas</p><p>dos genes suscetíveis aos hormônios, resultando nas diversas respostas</p><p>fisiológicas induzidas por essa relação de dependência. Contudo, essa ligação</p><p>pode resultar em feitos positivos ou negativos na transcrição dos genes-alvo do</p><p>hormônio.</p><p>Assim sendo, vimos o quão importante é a regulação da tradução da</p><p>informação contida no DNA em proteínas, ou seja, o valor da regulação da</p><p>expressão gênica.</p><p>A epigenética, assunto abordado brevemente anteriormente, estuda os</p><p>efeitos ambientais gerados na expressão genética e que podem ser passados</p><p>para gerações futuras, porém sem modificar a sequência do código genético.</p><p>Essas modificações epigenéticas desencadeadas no genoma podem</p><p>ocorrer em qualquer momento de vida de um indivíduo, levando ou não ao</p><p>desenvolvimento de patologias. Portanto, além do material genético, organismos</p><p>passam para as próximas gerações características de mecanismos de</p><p>regulação.</p><p>Fenômenos epigenéticos permitem que determinados genes sejam</p><p>expressos ou silenciados. Então as características de controle gênica podem ser</p><p>alteradas por fenômenos ambientais.</p><p>Os mecanismos epigenéticos incluem: modificação de histonas (proteínas</p><p>responsáveis pelo enrolamento do DNA); metilação (ligação de um radical metil</p><p>no gene impedindo a transcrição); RNA não codificantes (função de regulação</p><p>gênica).</p><p>Estudos epigenéticos têm sido realizados com o objetivo de auxiliar no</p><p>tratamento de doenças como o câncer, auxiliando na regulação de genes que</p><p>estão causando a doença, justamente por se tratar de estudos dos mecanismos</p><p>de regulação gênica.</p><p>TEMA 5 – PROCESSOS MUTAGÊNICOS</p><p>A mutação é um evento geralmente indesejável, de pequena extensão,</p><p>mas às vezes de grande efeito. Porém, por outro lado, podemos dizer que as</p><p>mutações são a fonte da evolução humana e das espécies em geral.</p><p>Desse modo, mutação gênica é a mudança na sequência de bases de um</p><p>segmento de DNA, com a possível consequente mudança na composição dos</p><p>12</p><p>aminoácidos de uma proteína. Essa alteração pode ocorrer por mau pareamento</p><p>ou por alterações causadas por agentes mutagênicos físicos e químicos.</p><p>Utilizando-se a informação codificada no DNA, moléculas de RNA e</p><p>proteínas danificadas podem ser rapidamente substituídas, porém, as moléculas</p><p>de DNA são insubstituíveis.</p><p>O DNA pode ser danificado por vários processos, sendo eles espontâneos</p><p>ou induzidos. Portanto, as mutações podem ser espontâneas, surgindo</p><p>principalmente por algum erro no processo de replicação, ou induzidas por algum</p><p>agente externo que favorece o aparecimento dessas mutações.</p><p>Para que uma alteração do DNA seja considerada como uma mutação,</p><p>ela deve se “estabelecer”, ou seja, deve escapar dos sistemas de reparo e se</p><p>fixar nas gerações futuras.</p><p>As mutações podem ser classificadas de acordo com as seguintes</p><p>categorias:</p><p>• Alteração na sequência do DNA: substituição de um par de bases por</p><p>outro, lidam apenas com um pequeno segmento do DNA alterado, com</p><p>efeitos variados; a adição ou deleção de um ou mais pares de bases tende</p><p>a ser mais severa, pois toda proteína resultante, a partir do ponto onde a</p><p>mudança ocorreu, é também mudada;</p><p>• Mutações em um gene: mutações silenciosas (afeta um DNA não</p><p>essencial ou de efeito desprezível na função de um gene) e de sentido</p><p>trocado;</p><p>• Mutações no nível de organismo: mutantes auxotróficos (falta algum</p><p>produto gênico, são incapazes de sintetizar um metabólito essencial, mas</p><p>se fornecido ao organismo, este sobrevive), mutantes condicionais letais</p><p>(sobrevivem, mas apenas se cultivados em condições especiais),</p><p>mutantes regulatórios (perdem a capacidade de regular alguns genes que</p><p>normalmente estão sujeitos à forte regulação gênica) e mutantes</p><p>resistentes a antibióticos (são capazes de alterar a estrutura do</p><p>antibiótico, ou de utilizar rotas metabólicas alternativas).</p><p>Nem todas mutações são “visíveis” (expressas), podendo ser mutações</p><p>silenciosas, como citadas acima.</p><p>Os mutágenos são os agentes que causam as mutações, sendo eles</p><p>compostos químicos ou agente físicos, como a radiação ultravioleta.</p><p>13</p><p>Mudanças químicas espontâneas podem ocorrer por desaminação,</p><p>quando, por exemplo, citosina perde o grupo amino (NH2) naturalmente ou por</p><p>algum agente mutagênico. A citosina desaminada forma uracil, o qual se pareia</p><p>com uma adenina, e não com a guanina, que seria o par normal para a citosina.</p><p>Mudança químicas induzidas podem ocorrer por agentes interligantes</p><p>(cisplatina, mitomicina C). Esses são agentes frequentemente utilizados em</p><p>quimioterapia, e fazem com que dois filamentos de dupla hélice sejam</p><p>conectados por meio de ligações covalentes. O resultado é um bloqueio da</p><p>replicação, levando à morte celular.</p><p>Radiações não ionizantes (luz ultravioleta), aquela presente na luz solar,</p><p>é um exemplo de um agente físico que pode causar mutação induzida. A</p><p>radiação ultravioleta (UV) promove a formação de dímeros, ou seja, bases</p><p>nitrogenadas de uma mesma fita de DNA se unem. Essas formações dificultam</p><p>a ação da DNA polimerase, atrapalhando, portanto, o processo de replicação.</p><p>Dependendo da extensão desse dano, ou seja, da relação entra a taxa de</p><p>mutação e a dose de UV, a célula pode ser levada à morte.</p><p>Sabe-se que, em mamíferos, há uma forte correlação entre o acúmulo de</p><p>mutações e o câncer.</p><p>Em situações em que genes que regulam a divisão celular não funcionam,</p><p>estes são ativados no momento errado ou são alterados, e os cânceres em seres</p><p>humanos se desenvolvem. Assim, alterações nos genes de reparo elevam</p><p>enormemente a suscetibilidade de um indivíduo ao câncer.</p><p>O câncer ocorre devido à interação de fatores externos (presentes no</p><p>meio ambiente) e internos (hormônios, condições imunológicas e mutações</p><p>genéticas). Porém, mais de 80% dos casos de câncer estão associados a fatores</p><p>externos como hábitos e estilo de vida, os quais podem afetar a estrutura</p><p>genética da célula, resultando em um crescimento descontrolado de células,</p><p>formando um tumor.</p><p>A OMS (Organização Mundial de Saúde) divulgou, em 2015, um relatório</p><p>realizado pela Agência Internacional de pesquisa em Câncer que discorre sobre</p><p>a avaliação do consumo</p><p>hemiacetal redutor no C-1 (carbono</p><p>funcional) não envolvido na ligação glicosídica.</p><p>A maioria dos carboidratos encontrados na natureza ocorrem como</p><p>polissacarídeos. Os principais são o amido, o glicogênio (formando as estruturas</p><p>de reserva energética das células vegetal e animal, respectivamente), a celulose,</p><p>a quitina e a dextrana. Os polissacarídeos são polímeros de açúcar e consistem</p><p>em dezenas ou centenas de monossacarídeos unidos pela síntese por</p><p>desidratação; podem ter cadeias lineares (celulose) ou ramificadas (glicogênio)</p><p>e propriedades e funções biológicas diferentes, em consequência de suas</p><p>ligações glicosídicas.</p><p>O amido, encontrado nas raízes como batatas, em cereais como milho e</p><p>o arroz e até mesmo em frutos, é um polímero da glicose produzido pelas</p><p>7</p><p>plantas, usado como alimento por seres humanos e, assim como o glicogênio,</p><p>serve como forma de armazenamento de energia.</p><p>O glicogênio também é um importante polissacarídeo de reserva, porém</p><p>presente em animais e algumas bactérias.</p><p>A celulose é um dos carboidratos mais abundantes da Terra e atua como</p><p>elemento estrutural em paredes celulares de plantas (caules, troncos e partes</p><p>lenhosas dos tecidos vegetais) e da maioria das algas e é insolúvel em água.</p><p>A quitina, bem como a celulose, desempenha a função estrutural,</p><p>fornecendo suporte extracelular para animais, formando exoesqueletos em</p><p>crustáceos e insetos e constituindo a parede celular da maioria dos fungos.</p><p>Outro polissacarídeo bastante relevante é a dextrana, que é produzida</p><p>como um líquido açucarado por certas bactérias e utilizada como substituta do</p><p>plasma sanguíneo. A placa dentária, formada por bactérias que crescem na</p><p>superfície dos dentes, é rica em dextranas, as moléculas adesivas que permitem</p><p>às bactérias grudarem-se nos dentes e umas às outras.</p><p>Apesar de os carboidratos serem as principais fontes de energia, nem</p><p>todos podem ser digeridos pelos diversos grupos de seres vivos. Os ruminantes</p><p>(bois, vacas, cabras, ovelhas, entre outros) são os únicos vertebrados capazes</p><p>de digerir celulose, pois possuem bactérias, em seus sistemas digestórios,</p><p>capazes de degradar esse carboidrato pela produção da enzima celulase.</p><p>Para digerir o amido, ou seja, quebrar as ligações entre as moléculas de</p><p>glicose, muitos animais, incluindo os animais humanos, produzem enzimas com</p><p>essa capacidade de quebrar o amido, chamadas de amilases.</p><p>As celulases são utilizadas para uma série de fins industriais, devido a sua</p><p>propriedade de quebrar moléculas de celulose. Uma das suas utilizações é para</p><p>a produção do etanol de segunda geração (etanol celulósico), obtido da</p><p>biomassa de bagaço de cana, palha de arroz e de milho. Também na indústria</p><p>têxtil a celulase é utilizada para desfibrilação e amaciamento de tecidos como</p><p>algodão e linho.</p><p>TEMA 2 – LIPÍDEOS</p><p>Lipídeos (lip = gordura) são conhecidos usualmente como gorduras.</p><p>Assim como os carboidratos, são formados por átomos de carbono, hidrogênio</p><p>e oxigênio, porém em diferentes proporções. Desempenham a importante função</p><p>de manter a estrutura das membranas celulares, atuando também na regulação</p><p>8</p><p>da entrada de substâncias/nutrientes e da saída de dejetos, além de no</p><p>armazenamento de energia, entre outras funções.</p><p>Uma molécula lipídica fornece o dobro de calorias, em comparação com</p><p>uma molécula de glicose. Então, uma célula pode mudar seu metabolismo na</p><p>falta de glicose e oxidar os lipídeos, para liberação de energia. Porém, esse</p><p>processo de utilização de energia com base em lipídeos é lento e a célula tem</p><p>preferência por metabolizar os carboidratos.</p><p>A maioria dos lipídeos são insolúveis em água e apolares, não</p><p>apresentando uma extremidade polar e outra polar, como no caso da molécula</p><p>da água. Logo, eles são solúveis em solventes orgânicos apolares como álcool,</p><p>éter e clorofórmio. Exatamente por essa característica de apolaridade, os</p><p>lipídeos são essenciais para estabelecer uma interface entre o meio intracelular</p><p>e o extracelular, a exemplo do caso das células eucarióticas que contêm, além</p><p>das suas membranas citoplasmáticas, compartimentos delimitados por</p><p>membranas internas constituídas por lipídeos.</p><p>2.1 Classificação, composição e propriedade dos lipídeos</p><p>Lipídeos, diferentemente dos carboidratos e das proteínas, não são</p><p>polímeros, ou seja, não são formados por várias porções de moléculas iguais</p><p>como o amido, que é formado principalmente por repetidas moléculas de glicose.</p><p>Por constituírem uma classe de biomoléculas heterogênea, são classificados em</p><p>diferentes tipos, descritos a seguir.</p><p>a. Triacilgliceróis, também chamados de triglicerídeos, são caracterizados</p><p>pela união de um álcool (glicerol) com três ácidos graxos. Esse tipo de</p><p>ligação chama-se ligação éster, quando o ácido graxo, por meio do seu</p><p>grupo carboxila (-COOH), se liga com a hidroxila (-OH) do glicerol e perde</p><p>uma molécula de água.</p><p>b. As gorduras em animais (manteiga, sebo – sólidos em temperatura</p><p>ambiente) e óleos vegetais (óleo de soja, de milho – líquidos em</p><p>temperatura ambiente) constituem o grupo dos triacilgliceróis. Esse tipo</p><p>de lipídeo fica depositado nos adipócitos que constituem o tecido adiposo</p><p>localizado logo abaixo da hipoderme e realiza importantes funções como</p><p>estocagem de energia e isolamento térmico.</p><p>9</p><p>c. Cerídeos são moléculas de lipídeos muito maiores, que possuem muito</p><p>mais carbonos que os triacilgliceróis e os fosfolipídeos (veremos a seguir),</p><p>apesar de serem formados por álcool e ácidos graxos. Entre as funções</p><p>dos cerídeos, destaca-se o importante desempenho dessas biomoléculas</p><p>como impermeabilizantes, impedindo que as folhas percam água para o</p><p>ambiente, assim como permitirem que aves aquáticas nadem evitando o</p><p>encharcamento de suas penas. Atuam também como reserva de energia</p><p>no fitoplâncton e na proteção da pele contra o ressecamento. Além disso,</p><p>os cerídeos são utilizados para uma grande diversidade de aplicações na</p><p>forma de cera, devido às suas propriedades impermeabilizantes e à sua</p><p>consistência firme, na indústria farmacêutica e cosmética.</p><p>d. Glicerofosfolipídeos, esfingolipídeos e esteróis compõem a classe dos</p><p>lipídeos estruturais de membrana. O primeiro possui suas regiões</p><p>hidrofóbicas compostas por dois ácidos graxos ligados ao glicerol; os</p><p>esfingolipídeos apresentam seu único ácido graxo ligado a um</p><p>aminoálcool, à esfingosina e não contêm glicerol; e os esteróis são</p><p>compostos caracterizados por um sistema rígido de quatro anéis</p><p>hidrocarbonados fusionados. O mais simples glicerofosfolipídeo é o ácido</p><p>fosfatídico, encontrado nas membranas celulares, atuando como</p><p>intermediário na síntese de outros lipídeos.</p><p>e. Esfingomielinas e glicoesfingolipídeos são exemplos de esfingolipídeos e</p><p>desempenham funções de revestimento e isolamento em alguns</p><p>neurônios, estando, portanto, presentes na maioria das membranas</p><p>plasmáticas das células animais do tecido nervoso. Por conterem fosfato,</p><p>os glicerofosfolipídeos e os esfingolipídeos são considerados</p><p>fosfolipídeos pois, assim como os glicerídeos, são formados por um</p><p>glicerol com dois ácidos graxos e um grupo fosfato ligado a essa molécula,</p><p>dando um caráter polar a ela, já que uma parte dos fosfolipídeos interage</p><p>com a água. Desse modo, os fosfolipídeos são moléculas anfipáticas, com</p><p>uma porção que se liga à água e outra que não se liga, em uma estrutura</p><p>denominada de bicamada lipídica, presente nas membranas celulares.</p><p>Portanto, os fosfolipídeos estão presentes nas membranas plasmáticas</p><p>contribuindo com sua estrutura, fluidez, também envolvidos em reações</p><p>de síntese de moléculas e como precursores de reações.</p><p>10</p><p>f. Esteróis são outra classe de lipídeos constituída por cadeias carbônicas</p><p>formando quatro anéis (vários isoprenos). Apresentam função regulatória,</p><p>ação hormonal (colesterol) e estão também presentes nas membranas</p><p>plasmáticas de plantas (estigmaesterol) e de animais,</p><p>de carne vermelha e processada. O documento</p><p>classifica as carnes processadas (salsicha, mortadela, linguiça, presunto, bacon,</p><p>blanquet de peru, peito de peru e salame) no grupo 1 de carcinogênicos</p><p>juntamente com o tabaco, amianto e fumaça de óleo diesel, pois já há evidências</p><p>suficientes de ligação desses alimentos com o câncer. Já a carne vermelha</p><p>14</p><p>(bovinos, suínos, bode, carneiro e cavalo) ficou classificada no grupo 2 como</p><p>provável carcinógeno.</p><p>Raros são os casos em que o fator genético é a causa exclusiva de</p><p>ocorrência de câncer, apesar dos fatores hereditários exercerem um importante</p><p>papel na formação de tumores.</p><p>Portanto, a alimentação pode influenciar tanto como agente de prevenção</p><p>e redução como agente precursor do câncer.</p><p>NA PRÁTICA</p><p>Aves machos e jacarés machos com características femininas? Peixes</p><p>apresentando hermafroditismo?</p><p>Esses e outros efeitos em comunidades aquáticas têm sido relatados</p><p>cada vez mais, e claro, vem despertando atenção de pesquisadores e órgãos</p><p>responsáveis pelo saneamento ambiental.</p><p>Já se sabe que compostos presentes em fármacos (antibióticos,</p><p>analgésicos, anti-inflamatórios, drogas psiquiátricas, entre outras), pesticidas,</p><p>produtos químicos industriais, produtos de higiene pessoal, protetor solar,</p><p>hormônios sintéticos e naturais podem causar diversos problemas quando</p><p>ingeridos por animais e não humanos. Essas substâncias são chamadas de</p><p>compostos ou poluentes emergentes.</p><p>Como o próprio nome já diz, esse é um assunto emergente e bastante</p><p>grave. O uso de produtos que contêm essas substâncias vem crescendo e</p><p>alarmando a comunidade científica, pois estão sendo detectadas em efluentes</p><p>urbanos e industriais. Nem mesmo os processos de tratamento de água não são</p><p>suficientes para eliminar esses compostos.</p><p>Além dos efeitos causados na reprodução, crescimento e comportamento,</p><p>muitos compostos emergentes têm sido relatados como causadores de efeitos</p><p>na expressão gênica de animais. Assim, nesse caso específico, são</p><p>denominados desreguladores endócrinos. Esses agentes imitam os hormônios</p><p>naturais, ativando ou bloqueando vias de sinalização que desencadeiam a</p><p>função hormonal.</p><p>Embora os circuitos regulatórios em células eucarióticas sejam</p><p>extremamente complexos e resistentes a mudanças impostas por substâncias</p><p>químicas, o sistema endócrino é passível de danos e também mais sensível em</p><p>períodos críticos como o desenvolvimento embrionário.</p><p>15</p><p>Isso responde o questionamento colocado no início do texto sobre as</p><p>modificações sexuais de alguns animais, nos levando a refletir sobre a</p><p>possibilidade da extinção de espécies e, consequentemente, sobre as sérias</p><p>consequências nas cadeias tróficas dos ecossistemas.</p><p>Portanto, entre os tópicos que mais apresentam risco à saúde humana e</p><p>importância ambiental na atualidade, estão os poluentes emergentes com ação</p><p>desreguladora endócrina, juntamente com as mudanças climáticas e organismos</p><p>geneticamente modificados.</p><p>Após esse breve apontamento sobre compostos emergentes, mais</p><p>especificamente sobre os desreguladores endócrinos, fica aqui uma sugestão de</p><p>leitura de um artigo publicado na PUBMED (<https://pebmed.com.br/8-</p><p>perguntas-e-respostas-sobre-desreguladores-endocrinos-e-seus-efeitos-na-</p><p>homeostase-tireoidiana/>) juntamente com a seguinte proposta de atividade:</p><p>escolha 3 produtos de uso doméstico ou pessoal (higiene ou cosmético), analise</p><p>os rótulos, pesquise se algum ingrediente ali presente está na lista dos</p><p>desreguladores endócrinos e, por fim, busque por alternativas.</p><p>FINALIZANDO</p><p>A informação genética deve ser conservada, assim como deve ser</p><p>expressa com exatidão, a fim de manter a perpetuação de uma espécie.</p><p>Através dos conteúdos apresentados na presente aula, foi possível</p><p>conhecer os métodos de conservação de material genético, assim como sua</p><p>importância.</p><p>Técnicas de armazenamento como os bancos de germoplasma podem</p><p>manter, por um longo período, sementes, gametas e células em condições de</p><p>uso para diversas aplicações, seja na indústria em geral e na pesquisa.</p><p>Essas técnicas de conservação de material genético podem garantir o</p><p>acesso aos recursos genéticos animais, vegetais e microbianos, os quais</p><p>oferecem possível valor para o presente e futuro das gerações, uma vez que</p><p>apresentam potenciais farmacológicos a partir de suas biomoléculas.</p><p>Não podemos deixar de mencionar a importância da conservação da</p><p>variabilidade genética quando tratamos de programas de preservação de</p><p>animais silvestres, a fim de preservar a valiosa biodiversidade existente que</p><p>corre, atualmente, tanto perigo.</p><p>16</p><p>Por último, mas não menos relevante, estudamos o quão grave podem</p><p>ser as consequências quando algo interfere nos mecanismos de reparo gênico.</p><p>Assim, um dano ao DNA não reparado pode levar a um resultado mais sério</p><p>como uma mutação na sequência de bases do DNA. Esses mecanismos são tão</p><p>importantes para a vida celular, seja ela, microbiana, animal e vegetal, que o</p><p>material genético é constituído em aproximadamente 2% de genes que codificam</p><p>proteínas ou RNA, e o restante, 98%, tem a função de regular esses 2%.</p><p>17</p><p>REFERÊNCIAS</p><p>BASTOS, I. V. Avaliação da atividade antibacteriana, antifúngica e</p><p>antimalárico de extratos, frações e compostos obtidos de plantas da região</p><p>amazônica. 157 f. Dissertação (Mestrado em Saúde, Sociedade e Endemias) –</p><p>Universidade federal do Amazonas, Manaus, 2016.</p><p>EMBRAPA CERRADOS. Biotecnologia: estado da arte e aplicações na</p><p>agropecuária. Planaltina, DF: il, 2011.</p><p>FERNANDES, N. S. Investigação de alcaloides de Lauraceae da Amazônia</p><p>como tratamento para tripanossomíase e leishmaniose: avaliação fenotípica</p><p>e busca de alvos moleculares. 212 f. Tese (Doutorado em Biotecnologia) –</p><p>Universidade Federal do Amazonas, Manaus, 2017.</p><p>INSTITUTO NACIONAL DO CÂNCER. OMS classifica carnes processadas</p><p>como cancerígenas. Disponível em: <https://www.inca.gov.br/noticias/oms-</p><p>classifica-carnes-processadas-como-cancerigenas#block-menu-menu-cancer>.</p><p>Acesso em: 4 mar. 2020.</p><p>NELSON, D. L.; COX, M. M. Princípios de bioquímica de Lehninger. Porto</p><p>Alegre: Artmed, 2011.</p><p>OLIVEIRA, T. et al. Flavonóides e aterosclerose. RBAC, v. 42, n. 1, p. 49-54,</p><p>2010.</p><p>SILVA, L. R. et al. Flavonóides: constituição química, ações medicinais e</p><p>potencial tóxico. Acta Toxicol. Argent., v. 23, n. 1, 2015.</p><p>TANAKA, A. S.; TERMIGNONI, C.; SILVA-NETO, M. A. C. Tópicos avançados</p><p>em entomologia molecular. Instituo Nacional de Ciência e Tecnologia em</p><p>Entomologia Molecular – INCT, 2012.</p><p>TORTORA, G. J.; FUNKE, B. R.; CASE, C. L. Microbiologia, 10. ed. Porto</p><p>Alegre: Artmed, 2010.</p><p>URABAYASHI, M. S. Prospecção de moléculas bioativas e esponjas</p><p>marinha da espécie Amphimedon viridis: estudos celulares e moleculares.</p><p>69 f. Tese (Doutorado em Ciências) – Universidade de São Paulo, São Paulo,</p><p>2015.</p><p>https://www.inca.gov.br/noticias/oms-classifica-carnes-processadas-como-cancerigenas#block-menu-menu-cancer</p><p>https://www.inca.gov.br/noticias/oms-classifica-carnes-processadas-como-cancerigenas#block-menu-menu-cancer</p><p>nos sais biliares,</p><p>atuando na emulsificação das gorduras. Na maioria dos fungos, o esterol</p><p>presente na membrana plasmática é o ergosterol, o qual desempenha</p><p>importantes funções de manutenção da permeabilidade da membrana e</p><p>de mecanismo de absorção de nutrientes.</p><p>Ainda existem outros compostos de natureza lipídica presentes nos</p><p>organismos vivos que devemos tratar aqui, como as tromboxanas, envolvidas no</p><p>processo de coagulação sanguínea; o leucotrieno, envolvido na respiração</p><p>celular; a prostaglandina, envolvida no processo inflamatório; e os carotenoides.</p><p>Esses últimos compreendem os pigmentos naturais presentes nas plantas, tais</p><p>como o betacaroteno, que é precursor da vitamina A, e o pigmento da</p><p>fotossíntese, a clorofila.</p><p>TEMA 3 – AMINOÁCIDOS: COMPOSIÇÃO, IMPORTÂNCIA, CLASSIFICAÇÃO</p><p>E PROPRIEDADES QUÍMICAS</p><p>Os aminoácidos, também chamados de resíduos, quando incorporados a</p><p>um polímero proteico, são unidades estruturais que formam as proteínas, assim</p><p>como os monossacarídeos são as unidades estruturais que formam os</p><p>carboidratos.</p><p>A composição química dos aminoácidos se dá da seguinte maneira: um</p><p>grupo carboxila (-COOH), um grupo amino (-NH2), um átomo de hidrogênio e um</p><p>grupo lateral (grupo R), todos ligados ao mesmo átomo de carbono (carbono</p><p>alfa), conforme demonstra a Figura 3.</p><p>11</p><p>Figura 3 – Fórmula estrutural geral de um aminoácido; o carbono alfa é mostrado</p><p>no centro</p><p>O grupo lateral poderá ser uma cadeia linear ou ramificada de átomos ou</p><p>uma estrutura em anel que pode ser cíclica (toda em carbono) ou heterocíclica</p><p>(quando um átomo diferente do carbono está incluído no anel). A única exceção</p><p>é no caso da glicina, um aminoácido cuja cadeia lateral será substituída por um</p><p>átomo de hidrogênio (Figura 4).</p><p>Figura 4 – Fórmula estrutural do aminoácido glicina com o átomo de hidrogênio</p><p>substituindo o grupo R e a fórmula estrutural da tirosina com seu grupo lateral</p><p>cíclico, respectivamente</p><p>Todos os seres vivos sintetizam aminoácidos e são constituídos pelos</p><p>mesmos 20 aminoácidos, porém alguns animais superiores não conseguem</p><p>sintetizar todos os aminoácidos necessários para construir suas proteínas. Por</p><p>exemplo, existem nove aminoácidos que os seres humanos não conseguem</p><p>sintetizar, denominados de aminoácidos essenciais (fenilalanina, histidina,</p><p>isoleucina, leucina, lisina, metionina, treonina, triptofano e valina), cuja ingestão</p><p>por dieta se torna, portanto, indispensável.</p><p>12</p><p>Desses 20 aminoácidos mais comuns, todas as milhares de proteínas são</p><p>formadas; além da função estrutural na formação dessas biomoléculas, os</p><p>aminoácidos realizam funções como precursores de importantes substâncias</p><p>como enzimas, hormônios, pigmentos, conforme será abordado posteriormente</p><p>na temática metabolismo dos aminoácidos.</p><p>Os aminoácidos possuem como característica distintiva o grupo R. É pela</p><p>polaridade desse mesmo grupo e pela sua tendência de interagir com a água em</p><p>pH biológico que são classificados os aminoácidos, agrupando-se em cinco</p><p>grupos, como veremos a seguir.</p><p>1. Grupos R apolares: os grupos R dessa classe são alifáticos e</p><p>hidrofóbicos; incluem os aminoácidos alanina, valina, leucina e isoleucina.</p><p>2. Grupos R aromáticos: representados pela fenilalanina, tirosina e</p><p>triptofano, têm suas cadeias laterais aromáticas, relativamente apolares,</p><p>e são hidrofóbicos.</p><p>3. Grupos R polares, não carregados: grupos R mais hidrofílicos; essa</p><p>classe inclui serina, treonina, cisteína, asparagina e glutamina.</p><p>4. Grupos R carregados positivamente (bases): grupos R mais hidrofílicos;</p><p>incluem lisina, histidina e arginina.</p><p>5. Grupos R carregados negativamente: representam esse grupo o</p><p>aspartato e o glutamato.</p><p>Conforme acabamos de ver, os aminoácidos são classificados de acordo</p><p>com as propriedades químicas dos grupos R, se diferenciando em estrutura,</p><p>tamanho e carga elétrica. Tais características químicas influenciam na</p><p>solubilidade dos aminoácidos em água e na sua capacidade de sofrer</p><p>transformações.</p><p>TEMA 4 – PROTEÍNAS: CONCEITO, CLASSIFICAÇÃO, SOLUBILIDADE, NÍVEIS</p><p>ESTRUTURAIS</p><p>As biomoléculas presentes em maior proporção nas células são as</p><p>proteínas. Estas desempenham imprescindíveis funções nos organismos vivos,</p><p>tais como: catálise enzimática (todas as enzimas são proteínas, como veremos</p><p>no próximo tema), transporte e armazenamento de moléculas e íons, estrutura e</p><p>sustentação celular, coordenação e regulação de atividades celulares e proteção</p><p>imunitária.</p><p>13</p><p>As moléculas de proteínas contêm, além do carbono, oxigênio e</p><p>hidrogênio, átomos de nitrogênio e de enxofre. Algumas proteínas contêm</p><p>elementos adicionais, como fósforo, ferro, zinco e cobre.</p><p>4.1 Conceito e classificação</p><p>Aminoácidos são as unidades estruturais básicas das proteínas e podem</p><p>ser unidos com outros aminoácidos por meio de ligações peptídicas, formando</p><p>cadeias de peptídeos e/ou proteínas, assim como os dissacarídeos e os</p><p>polissacarídeos são unidos por monossacarídeos, formando ligações</p><p>glicosídicas e liberando uma molécula de água. Sendo assim, as proteínas</p><p>podem ser cadeias peptídicas muito longas, assim como podem ser formadas</p><p>apenas por dois resíduos de aminoácidos.</p><p>A seguir, estudaremos a classificação das proteínas quanto ao número de</p><p>cadeias polipeptídicas, quanto à composição e quanto à forma.</p><p>Como as proteínas são macromoléculas que contêm uma ou mais cadeias</p><p>polipeptídicas, elas podem conter dois; três; quatro; cinco; ou mais aminoácidos,</p><p>sendo denominadas, respectivamente, de dipeptídeo, tripeptídeo, tetrapetídeo,</p><p>pentapeptídeo e polipetídeo. Do mesmo modo, quando até cinco aminoácidos</p><p>se ligam à estrutura, a proteína pode ser chamada de oligopeptídeo.</p><p>A segunda classificação apresentada aqui equivale à composição, uma</p><p>vez que as proteínas podem ser simples, quando constituídas apenas por</p><p>aminoácidos, e podem ser conjugadas (glicoproteínas, lipoproteínas),</p><p>apresentando uma parte proteica e uma não proteica (carboidrato ou lipídio) –</p><p>tal parte associada pode ser chamada de grupo prostético. As glicoproteínas</p><p>estão presentes na superfície externa de membranas plasmáticas celulares,</p><p>sendo, por exemplo, receptoras do vírus influenza, atuando como sítios de</p><p>absorção. Bactérias utilizam glicoproteínas que se conectam à membrana</p><p>plasmática da célula hospedeira para se moverem de uma célula a outra. Além</p><p>dessa característica relacionada à penetração de agentes infecciosos, células e</p><p>à recepção de moléculas, as glicoproteínas estão associadas a outras funções,</p><p>pois elas compõem hormônios e enzimas. As lipoproteínas constituem um grupo</p><p>no qual estão presentes as importantes moléculas transportadoras de lipídeos</p><p>entre células, fígado e sangue: high density lipoproteins (HDL), low density</p><p>lipoproteins (LDL) e very low density lipoproteins (VLDL).</p><p>14</p><p>Proteínas também podem ser classificadas, quanto à forma, como</p><p>fibrosas, arranjadas em longos filamentos ou folhas, desempenhando função de</p><p>estrutura (colágeno do tecido conjuntivo, queratina dos cabelos, miosina dos</p><p>músculos etc.) ou proteínas globulares; estas apresentam uma estrutura</p><p>espacial mais complexa, com cadeias polipeptídicas dobradas em forma esférica</p><p>ou globular.</p><p>4.2 Solubilidade</p><p>A solubilidade das proteínas é bastante variável e influenciada por alguns</p><p>fatores como o pH e a temperatura. Assim, a solubilidade depende da polaridade</p><p>de seus grupos R: quanto mais grupos R ionizáveis existirem, mais solúvel será</p><p>o polipeptídeo.</p><p>A produção de iogurtes, tanto dos convencionais, feitos de leite de vaca,</p><p>como dos mais recentes, de fontes vegetais (coco, soja, castanhas), é realizada</p><p>com base nesse conceito. Primeiramente, aminoácidos são liberados no meio, a</p><p>seguir ocorre o aumento da acidez, com a produção microbiana de ácido lático.</p><p>O pH se aproxima do ponto isoelétrico de algumas proteínas (valor do pH em</p><p>que as cargas elétricas dos aminoácidos</p><p>se igualam e se anulam, ocasionando</p><p>a precipitação das proteínas), ocorrendo a formação de coágulo, processo</p><p>também chamado de coagulação ácida. Portanto, nesse caso descrito, o pH</p><p>influenciou na solubilidade de proteínas, desestabilizando-as, ocasionando a</p><p>coagulação, acontecimento esperado para a produção de tal alimento.</p><p>4.3 Níveis estruturais</p><p>Conforme já estudado, as proteínas são formadas de 20 aminoácidos com</p><p>diferentes estruturas e conformação tridimensional, o que permite que haja sua</p><p>interação com moléculas específicas, de maneira a realizar diferentes e</p><p>específicas funções. Sendo assim, de acordo com sua estrutura e complexidade,</p><p>as proteínas são classificadas em quatro níveis de organização (Figura 5):</p><p>1. Estrutura primária: sequência linear de aminoácidos que forma uma</p><p>cadeia peptídica; cada sequência de aminoácidos é determinada</p><p>geneticamente e diferencia as proteínas umas das outras, determinando</p><p>suas propriedades estruturais e biológicas.</p><p>15</p><p>2. Estrutura secundária: esse termo refere-se à estrutura que apresenta</p><p>pontes de hidrogênio mantendo a forma estrutural de um composto</p><p>proteico, ou seja, em que ligações peptídicas interagem formando pontes</p><p>de hidrogênio modificando a estrutura de uma proteína. Esse tipo de</p><p>configuração estrutural apresenta duas formas:</p><p>a. hélice α: apresenta forma de uma espiral mantida por pontes de</p><p>hidrogênio entre resíduos de aminoácidos de uma mesma cadeia</p><p>polipeptídica; esse tipo de configuração está presente no cabelo (α-</p><p>queratina) e na pele, no osso, no tendão (colágeno);</p><p>b. folha β laminar: cadeias polipeptídicas se ligam por pontes de hidrogênio,</p><p>em forma de zigue-zague em vez de estrutura helicoidal; um exemplo de</p><p>proteína com essa conformidade é a proteína que forma a teia de aranha,</p><p>em que mesmo as pontes de hidrogênio sendo ligações fracas, a estrutura</p><p>torna-se extremamente forte, pois se faz muitas ligações para isso.</p><p>3. Estrutura terciária: nesse tipo de configuração estrutural de proteínas, o</p><p>dobramento não é repetitivo e adquire estrutura tridimensional. Ocorre</p><p>quando cadeias laterais polipeptídicas secundárias se dobram sobre elas</p><p>mesmas, ligando-se por vários grupos de aminoácidos, envolvendo</p><p>diversas interações, além das interações por ponte de hidrogênio</p><p>(interações hidrofóbicas/de van der Waals, ligações iônicas, pontes de</p><p>dissulfeto).</p><p>4. Estrutura quaternária: nesses tipos de configurações estruturais ocorre a</p><p>união de duas ou mais cadeias polipeptídicas (subunidades); a união</p><p>dessa estrutura quaternária é mantida por meio de forças iônicas e pontes</p><p>de hidrogênio. São as proteínas fibrosas e globulares, essas últimas</p><p>representadas pela hemoglobina, formada por quatro subunidades</p><p>polipeptídicas unidas, com átomos de ferro que interagem com o oxigênio</p><p>para transportá-lo pelo sangue.</p><p>16</p><p>Figura 5 – Ilustração das estruturas primária, secundária, terciária e quaternária</p><p>das proteínas</p><p>Crédito: Mypokcik/Shutterstock.</p><p>TEMA 5 – ENZIMAS: CLASSIFICAÇÃO E NOMENCLATURA, FATORES QUE</p><p>AFETAM A ATIVIDADE DAS ENZIMAS, INTRODUÇÃO À CINÉTICA</p><p>ENZIMÁTICA E VITAMINAS</p><p>Enzimas são proteínas especializadas em acelerar processos</p><p>bioquímicos, agindo como catalisadoras das reações bioquímicas. Portanto,</p><p>praticamente todas as reações de manutenção da vida dependem da atividade</p><p>dessas moléculas, pois, sem elas, a velocidade das reações seria tão lenta que</p><p>impossibilitaria a vida. Tais reações poderiam ser realizadas em condições</p><p>laboratoriais, com manejo de temperatura e pH, por exemplo. Importante lembrar</p><p>que toda enzima é uma proteína, porém nem toda proteína é uma enzima.</p><p>https://www.shutterstock.com/pt/g/pokcik</p><p>17</p><p>Em geral, os nomes das enzimas terminam em ase e são definidas em</p><p>seis classes como apresentado no Quadro 1.</p><p>Quadro 1 – Classificação das enzimas</p><p>CLASSIFICAÇÃO TIPO DE REAÇÃO</p><p>QUE CATALISAM</p><p>EXEMPLOS MODO DE</p><p>ATUAÇÃO</p><p>Oxirredutases Reações de</p><p>oxidorredução</p><p>Desidrogenase;</p><p>oxidase</p><p>Removem átomos</p><p>de hidrogênio;</p><p>adicionam átomos de</p><p>oxigênio</p><p>Transferases Transferências</p><p>de grupos funcionais</p><p>Metiltransferase Transferem grupos</p><p>metil (-CH3)</p><p>Hidrolases Reações de hidrólise Lipases; proteases Quebram lipídios e</p><p>proteínas</p><p>Liases Quebra de ligações</p><p>duplas</p><p>Descarboxilase Removem CO2</p><p>Isomerases Isomerizações Cis/transisomerase Convertem</p><p>formas cis e trans</p><p>Ligases Formação de</p><p>ligações</p><p>Sintetase Combinam dois</p><p>grupos</p><p>Essa classificação está de acordo com o tipo de reação química que as</p><p>enzimas catalisam, usando-se o exemplo das enzimas da classe oxidorredutase</p><p>que removem hidrogênio de um substrato (desidrogenases) ou que adicionam</p><p>O2 (oxidases). Outras têm nomes ainda mais específicos, dependendo dos</p><p>substratos específicos em que elas atuam. Imprescindível explicar que substrato</p><p>é o nome dado à substância inicial que é transformada pela ação enzimática.</p><p>5.1 Fatores que afetam a atividade das enzimas</p><p>Diversos fatores são capazes de influenciar e alterar a atividade de uma</p><p>enzima. Entre os mais importantes estão a temperatura, o pH, a concentração</p><p>de substrato e inibidores. Sendo assim, cada enzima possui um pH ótimo de</p><p>atividade (quando sua atividade é ótima) e, acima ou abaixo desse valor ótimo</p><p>de pH, a velocidade da reação da enzima diminui.</p><p>O conceito de que, em baixas temperaturas, moléculas se movimentam</p><p>menos e, em altas temperaturas, moléculas se agitam mais pode ser aplicado</p><p>no caso das enzimas, pois, de maneira geral, as enzimas aumentam sua</p><p>atividade de reação com o aumento da temperatura, até que seja atingida a</p><p>velocidade máxima. A partir desse momento, as enzimas podem sofrer</p><p>desnaturação (mudança na estrutura molecular da proteína/enzima) e perder</p><p>suas propriedades catalíticas; em baixas temperaturas, a velocidade da reação</p><p>18</p><p>começa a decrescer, o que pode ser explicado pelo início da inativação das</p><p>enzimas pela temperatura.</p><p>Outro fator que afeta a atividade das enzimas, porém sem provocar a</p><p>desnaturação, é a concentração de substrato. À medida que a concentração do</p><p>substrato aumenta, a atividade enzimática também se eleva até as enzimas</p><p>ficarem saturadas, pois ocupadas pelo excesso de substrato disponível.</p><p>Certas substâncias podem inibir a atividade enzimática, levando as</p><p>células até a pararem de funcionar e morrer. Essas substâncias são chamadas</p><p>de inibidores. Muitas novas drogas (antidepressivos e reguladores de apetite)</p><p>são formuladas com base nesse fator inibitório enzimático.</p><p>5.2 Introdução à cinética enzimática</p><p>Assim como as proteínas se ligam em um receptor, em uma célula, para</p><p>realizar funções específicas, as enzimas também se ligam em uma substância</p><p>específica, chamada de substrato da enzima. É formado o complexo enzima-</p><p>substrato pela ligação temporária da enzima com os reagentes; o ponto de</p><p>ligação entre a enzima e o substrato é chamado de sítio ativo, uma região que</p><p>interage com uma substância química específica. Após a atuação da enzima, ela</p><p>é recuperada; sendo assim, a enzima não é consumida ao longo do processo.</p><p>Por exemplo, a maltose (dissacarídeo presente em alimentos) é o substrato da</p><p>enzima sacarase, que catalisa a hidrólise da maltose para duas moléculas de</p><p>glicose.</p><p>5.3 Vitaminas</p><p>As vitaminas são compostos orgânicos presentes nos organismos vivos,</p><p>podendo ser obtidas pela alimentação ou pela síntese metabólica, apresentando</p><p>um variável grau de complexidade. São de extrema importância para o</p><p>crescimento e desenvolvimento dos seres vivos; no organismo humano, atuam</p><p>na prevenção contra doenças, como precursoras de hormônios e como fatores</p><p>de crescimento ou coenzimas (cofatores orgânicos requeridos por certas</p><p>enzimas, para seu funcionamento). Podem ser classificadas em:</p><p>• lipossolúveis: apresentam moléculas apolares, são absorvidas no</p><p>intestino; vitaminas A, D, E e K são exemplos;</p><p>19</p><p>• hidrossolúveis: apresentam moléculas polares e</p><p>função de coenzima;</p><p>vitaminas do complexo B (tiamina-B1, riboflavina-B2, ácido panteônico-</p><p>B5, piridoxina-B6, cobalamina-B12), ácido ascórbico (C) e biotina (H) são</p><p>exemplos.</p><p>Algumas vitaminas, como a vitamina K e algumas do complexo B, são</p><p>digeridas e sintetizadas no intestino grosso por bactérias que interagem de forma</p><p>harmônica (mutualismo) com os seres humanos. Por esses efeitos benéficos,</p><p>entre outros, atualmente muito se fala na alimentação com os probióticos, que</p><p>consistem em microrganismos vivos benéficos para o organismo, atraindo a</p><p>atenção da indústria alimentícia e farmacêutica, assim como da ciência, em</p><p>busca de novas descobertas.</p><p>NA PRÁTICA</p><p>Um cabelo enrolado é feito de proteínas queratinas, em sua estrutura</p><p>secundária. Quando usamos um secador ou um alisador de cabelo, acabamos,</p><p>devido ao calor, quebrando as pontes de hidrogênio que mantêm essa estrutura,</p><p>fazendo com que as proteínas queratinas fiquem em estrutura primária. Porém,</p><p>se pegarmos chuva ou umidade, nosso cabelo voltará a se enrolar, pois a água</p><p>doa átomos de hidrogênio, reconstituindo as pontes de hidrogênio, possibilitando</p><p>que a proteína retorne a sua estrutura primária. Essa é uma situação um tanto</p><p>comum hoje em dia e em que nem imaginamos que há a atuação da bioquímica</p><p>por trás dela, não é mesmo?</p><p>FINALIZANDO</p><p>Do ponto de vista da nutrição humana, nesta aula abordamos todos os</p><p>macronutrientes (carboidratos, lipídeos e proteínas) que são os nutrientes</p><p>necessários, em maiores quantidades, e alguns micronutrientes que funcionam</p><p>como coenzimas (vitaminas), dos quais necessitamos em menores</p><p>concentrações, a maioria obtida pela dieta. E também estudamos as tão</p><p>importantes enzimas.</p><p>Vimos que todos esses nutrientes são compostos orgânicos também</p><p>chamados de biomoléculas, que exercem, de maneira geral, funções</p><p>energéticas, estruturais, isolantes, de armazenamento e metabólicas.</p><p>20</p><p>Figura 6 – Infográfico: biomoléculas estudadas</p><p>Lipídeos</p><p>Proteínas</p><p>Carboidratos</p><p>M</p><p>A</p><p>C</p><p>R</p><p>O</p><p>M</p><p>O</p><p>L</p><p>É</p><p>C</p><p>U</p><p>L</p><p>A</p><p>S</p><p>ENZIMAS</p><p>S</p><p>VITAMINAS</p><p>S</p><p>BIOQUÍMICA</p><p>AULA 2</p><p>Prof.ª Joana Rizzolo</p><p>2</p><p>CONVERSA INICIAL</p><p>Você já parou para pensar em qual é a relação entre a cerveja, as dores</p><p>musculares depois de uma atividade física intensa, a ingestão de uma batata e</p><p>o crescimento de uma massa de pão?</p><p>Por incrível que pareça, existe uma relação entre esses quatro exemplos</p><p>aparentemente tão distantes, e é dela que vamos tratar neste estudo.</p><p>Iniciaremos com uma breve retomada sobre a estrutura e o metabolismo</p><p>dos sistemas biológicos.</p><p>Na sequência, vamos nos aprofundar no metabolismo dos carboidratos,</p><p>estudando suas etapas, caracterizando a glicólise e as estruturas que a</p><p>compõem, o Ciclo de Krebs e a cadeia respiratória.</p><p>Serão estudadas também as propriedades físicas e químicas e a</p><p>importância das fermentações alcoólica, láctica e acética.</p><p>Já estudamos a estrutura, a classificação e as funções dos carboidratos.</p><p>Porém, para que possamos entender como as células utilizam os açúcares para</p><p>gerar energia, por exemplo, devemos estudar as reações pelas quais os</p><p>carboidratos passam, tanto para sua síntese como para sua degradação.</p><p>Portanto, torna-se necessário conhecer seu metabolismo.</p><p>Metabolismo é o nome dado aos processos pelos quais os sistemas vivos</p><p>realizam suas reações bioquímicas, adquirem e usam energia. Essas reações</p><p>podem ser: de degradação (catabolismo), um processo no qual os nutrientes são</p><p>degradados em produtos finais simples para poder extrair energia química e</p><p>convertê-la em formas úteis à célula; e de biossíntese (anabolismo), em que</p><p>moléculas precursoras pequenas são convertidas em moléculas maiores e mais</p><p>complexas, como mostra a figura a seguir.</p><p>3</p><p>Figura 1 – Vias metabólicas (anabolismo e catabolismo) e a relação energética</p><p>entre ambas</p><p>Fonte: Rizzolo, 2020.</p><p>As vias de catabolismo liberam, além da energia química (ATP), os</p><p>transportadores de energia que são utilizados nas vias anabólicas, ou seja, os</p><p>elétrons são transportados de uma via para outra de forma cíclica.</p><p>Os carboidratos passam por uma sequência de reações químicas</p><p>catalisadas por enzimas, conforme veremos a seguir (glicólise, fermentação,</p><p>Ciclo de Krebs e cadeia respiratória). Assim, pela glicose é iniciada a glicólise,</p><p>etapa que faz parte dos dois processos gerais para a produção de energia: a</p><p>respiração celular e a fermentação.</p><p>TEMA 1 – COMPOSIÇÃO E ESTRUTURA DE SISTEMAS BIOLÓGICOS</p><p>A Bioquímica é a ciência que estuda a composição e a estrutura das</p><p>moléculas biológicas e o modo como elas são formadas, degradadas, como se</p><p>associam formando sistemas complexos e como funcionam para manter a vida.</p><p>Podemos analisar a estrutura dos sistemas biológicos em níveis</p><p>organizacionais (Figura 2):</p><p>• Células e suas organelas;</p><p>• Complexos supramoleculares (por exemplo, a membrana plasmática);</p><p>• Macromoléculas (as proteínas, por exemplo);</p><p>• Unidades monoméricas (os aminoácidos, por exemplo).</p><p>4</p><p>Figura 2 – Níveis organizacionais dos sistemas biológicos</p><p>Créditos: Aldona Gri/Designua/N.VINOTH N/Blackboard/VanDenBlin/Tefi/Shutterstock.</p><p>TEMA 2 – GLICÓLISE</p><p>A maioria dos organismos vivos oxida carboidratos como sua fonte</p><p>primária de energia celular, sendo a glicose o carboidrato fornecedor de energia</p><p>mais comum utilizado pelas células.</p><p>Esse monossacarídeo é produzido pelas plantas, passa pela cadeia</p><p>alimentar e é uma molécula que tem muita energia em suas ligações. Para que</p><p>as células aproveitem essa energia, ela deve ser convertida em energia utilizável</p><p>pela célula, ou seja, em ATP (adenosina trifosfato). O ATP é a mais importante</p><p>molécula fornecedora de energia, formando com o ADP (adenosina difosfato) um</p><p>sistema de transporte e armazenamento de energia.</p><p>A respiração celular é iniciada pela quebra da glicose (glicólise),</p><p>transferindo a energia dos alimentos para o ATP – por isso a respiração celular</p><p>é também chamada de “síntese de ATP”; assim, a glicólise é o primeiro passo</p><p>no catabolismo de carboidratos.</p><p>Antes de estudarmos as etapas da glicólise, é importante conhecer alguns</p><p>elementos que a compõem, como a nicotinamida adenina dinucleotídeo (NAD).</p><p>Essa é uma coenzima que atua como carreador de elétrons e hidrogênio, ou</p><p>5</p><p>seja, que captura e carrega energia para ser utilizada na produção de ATP.</p><p>Quando essa molécula não está capturando elétrons, está na sua forma oxidada</p><p>(NAD+); quando captura elétrons e hidrogênio, passa para sua forma reduzida</p><p>(NADH).</p><p>A energia contida nos carreadores e as reações oxirredutoras permitem</p><p>que uma composição estrutural engrenada extremamente aprimorada consiga</p><p>produzir ATP de forma contínua. Toda energia sendo produzida ao longo da</p><p>quebra da molécula de glicose vai sendo conservada no NAD e no FAD (flavina</p><p>adenina dinucleotídeo), que vão levar essa energia para um sistema específico,</p><p>que otimiza de forma completa essa utilização e produz, ao final, grandes</p><p>quantidades de ATP.</p><p>A glicólise acontece no líquido citoplasmático (citosol), não requer</p><p>oxigênio e é obtida em uma série de dez reações químicas, cada uma catalisada</p><p>por uma enzima diferente; essas etapas consistem em dois passos básicos – um</p><p>passo preparatório e um passo compensatório de recuperação energética, os</p><p>quais vamos estudar agora, e que podem ser observados na Figura 3.</p><p>Mesmo que a glicose seja uma molécula que carrega muita energia, para</p><p>que a glicólise produza ATP, é necessário um investimento energético inicial que</p><p>será recuperado ao final, quando a conversão da glicose a piruvato é concluída.</p><p>Assim, a glicose deve ser preparada recebendo 2 fosfatos (fosforilação), para</p><p>tornar a molécula mais instável, aumentando a chance de as ligações entre seus</p><p>átomos se desfazerem. Portanto, 2 moléculas de ATP são utilizadas na</p><p>fosforilação</p><p>da glicose para doar íons fosfato, originando o ADP, e a frutose 1,6</p><p>difosfato.</p><p>Na próxima etapa ocorre a quebra da molécula frutose 1,6 difosfato,</p><p>gerando 2 moléculas com 3 átomos de carbono cada (diidroxiacetona-</p><p>fosfato/DHAP e glirealdeído-3-fosfato/GP). Apenas o GP segue na via glicolítica;</p><p>portanto, para que a DHAP entre na via, precisa ser convertida em GP;</p><p>ocorrendo essa conversão, as 2 moléculas de GP originadas seguirão na via</p><p>como ácido 1,3-difosfoglicérico. Sendo assim, para cada molécula de glicose, o</p><p>resultado será de 2 moléculas de ácido 1,3-difosfosfoglicérico. Essa reação de</p><p>conversão a 1,3-difosfoglicérico é realizada pela oxidação do GP na</p><p>transferência de 2 átomos de hidrogênio para NAD+, para formar NADH, e pela</p><p>adição de um fosfato de alta energia (Pi) à molécula de açúcar. O Pi de alta</p><p>energia é transferido ao ADP, formando ATP, a primeira produção de ATP da</p><p>6</p><p>glicólise. Do 3-fosfoglicerato temos a conversão em 2-fosfoglicerato e, logo,</p><p>fosfoenolpiruvato, que é convertido em ácido pirúvico/piruvato.</p><p>Figura 3 – Glicólise: representação das dez etapas da conversão da glicose em</p><p>piruvato</p><p>Fonte: Rizzolo, 2020.</p><p>Portanto, a glicólise é constituída de dois passos (preparatório e</p><p>compensatório), como já mencionado, em que inicialmente a glicose é preparada</p><p>para quebra, aumentando sua energia, e as 2 moléculas de ATP são utilizadas;</p><p>a fase compensatória consiste na oxidação das 2 moléculas de 3 carbonos, em</p><p>várias etapas, em 2 moléculas de piruvato. Nessa segunda fase, 2 moléculas de</p><p>7</p><p>NAD+ são reduzidas a NADH e 4 moléculas de ATP são formadas, porém,</p><p>resultando em um saldo positivo de 2 moléculas de ATP, pois 2 foram</p><p>consumidas no início da glicólise.</p><p>TEMA 3 – FERMENTAÇÃO ALCOÓLICA, LÁTICA E ACÉTICA</p><p>Após a glicólise, se houver a presença de O2, as 2 moléculas de piruvato</p><p>formadas com base na glicose serão levadas para dentro da mitocôndria, e</p><p>ocorrerá o processo de respiração celular; se a célula tiver carência de O2, o</p><p>piruvato será fermentado. Temos então um processo metabólico de</p><p>fermentação, que não utiliza O2, gera uma molécula orgânica, gás carbônico e 2</p><p>moléculas de ATP, conforme ilustrado na Figura 4.</p><p>Figura 4 – Vias metabólicas dos diferentes destinos da glicose em condições</p><p>anaeróbias e aeróbias</p><p>Fonte: Rizzolo, 2020.</p><p>8</p><p>Fermentação é um processo metabólico que não requer, além do O2, um</p><p>sistema de transporte de elétrons, e utiliza uma molécula orgânica com aceptor</p><p>final de elétrons, sempre produzindo 2 ATP, com dedução de NAD, conforme</p><p>equação a seguir.</p><p>1 glicose → 2 etanol + 2 CO2 + 2 ATP</p><p>A equação demonstrada trata da fermentação para produção de etanol,</p><p>que é muito utilizada na produção de bebidas alcoólicas, de etanol combustível</p><p>(bioetanol) e na panificação; desse modo, o produto e a espécie de</p><p>microrganismo (Saccharomyces cerevisiae) são os mesmos – o que muda é a</p><p>fonte de carboidrato antes de ser tornar glicose. No processo de fermentação</p><p>alcoólica, o piruvato é convertido a acetaldeído, com a perda de 1 molécula de</p><p>CO2, para então ocorrer a conversão em 2 moléculas de etanol com 2 carbonos</p><p>cada. Percebe-se que, dos 6 carbonos de 1 molécula de glicose, são formadas</p><p>2 moléculas de etanol e 2 moléculas de CO2, totalizando os 6 carbonos iniciais.</p><p>O quadro abaixo mostra alguns exemplos de diferentes tipos de</p><p>fermentações de acordo com a fonte inicial de substrato, com fabricação de</p><p>diferentes produtos originados e suas diversas aplicações.</p><p>Quadro 1 – Alguns usos industriais para diferentes tipos de fermentações</p><p>Produto final da fermentação Uso comercial ou industrial Material inicial</p><p>Etanol Cerveja Extrato de malte</p><p>Vinho Uva</p><p>Combustível Resíduos agrícolas</p><p>Ácido acético Vinagre Etanol</p><p>Ácido lático Queijo, iogurte Leite</p><p>Chucrute Repolho</p><p>Ácido propiônico Queijo Ácido lático</p><p>Ácido cítrico Sabor Melaço</p><p>Fonte: Rizzolo, 2020.</p><p>Além do etanol e do ácido lático, o processo de fermentação pode gerar</p><p>outras moléculas orgânicas, como ácido acético (vinagre), ácido propiônico,</p><p>ácido málico e compostos aromáticos, extremamente requeridos na indústria</p><p>alimentícia para produção de alimentos e bebidas, como queijos, cacau, café e</p><p>iogurte (vide Quadro 1).</p><p>É importante salientar que o que caracteriza as diferentes fermentações</p><p>também são as espécies de microrganismos, pois quem produz o ácido lático,</p><p>por exemplo, são bactérias do ácido lático (BAL), diferentemente dos</p><p>9</p><p>microrganismos responsáveis pela fermentação alcoólica, que são as leveduras,</p><p>como já citado.</p><p>A fermentação lática também ocorre nas células musculares quando as</p><p>mitocôndrias não conseguem produzir ATP suficiente para todo o esforço que</p><p>está sendo realizado. Assim, a célula inicia a fermentação lática para que</p><p>rapidamente o organismo produza ATP, mesmo que em menor quantidade.</p><p>Desse modo, a fermentação acontece com o intuito de liberar o NAD para buscar</p><p>mais hidrogênio da quebra da glicose, sem utilização do O2. A acidificação</p><p>provocada pelo ácido lático no músculo está relacionada com câimbra, fadiga e</p><p>dores musculares, ou seja, a presença do ácido lático no músculo provoca dores,</p><p>aquelas que sentimos quando realizamos algum tipo de esforço físico intenso e</p><p>temos a impressão de que o músculo está “queimando”.</p><p>Não podemos esquecer de que existem microrganismos que realizam</p><p>respiração celular sem a presença de O2. A essa forma de geração de energia é</p><p>dado o nome de “respiração anaeróbia”. O aceptor final de elétrons não será o</p><p>oxigênio, mas sim compostos inorgânicos, como nitratos e sulfatos presentes no</p><p>ambiente no qual essas bactérias vivem. Comparando com a fermentação, a</p><p>respiração anaeróbia é um processo que não origina um composto orgânico; é</p><p>mais rentável energeticamente, porém, menos rentável que a respiração</p><p>aeróbia.</p><p>TEMA 4 – CICLO DE KREBS</p><p>O Ciclo de Krebs, também denominado “Ciclo do Ácido Cítrico”,</p><p>compreende uma série de reações em sequência que ocorrem na matriz</p><p>mitocondrial dos eucariotos e no citoplasma dos procariotos – lembrando que a</p><p>mitocôndria tem duas membranas limitantes, a membrana externa e a membrana</p><p>interna; essa última é pregueada, e essas pregas são denominadas “cristas</p><p>mitocondriais”. O interior da mitocôndria é a matriz mitocondrial.</p><p>Trata-se de uma parte do metabolismo dos organismos aeróbios (utilizam</p><p>oxigênio na respiração celular); organismos anaeróbios utilizam outros</p><p>mecanismos, como a fermentação lática, que também ocorre nas células</p><p>musculares; além da fermentação lática, alguns organismos promovem a</p><p>fermentação acética e alcoólica, produzindo ácido acético e etanol,</p><p>respectivamente. Então, no Ciclo de Krebs, o piruvato produzido pela glicólise é</p><p>10</p><p>oxidado a H2O e CO2, em vez de ser reduzido a lactato ou a outro produto da</p><p>fermentação.</p><p>Outros macronutrientes ingeridos (lipídeos e proteínas) também podem</p><p>ser quebrados em seus constituintes (ácidos graxos e aminoácidos) para entrar</p><p>no Ciclo de Krebs, porém, também serão convertidos a acetil-CoA, a forma como</p><p>a maioria dos combustíveis entra no ciclo. Acetil-CoA, assim como NAD e FAD,</p><p>é uma coenzima que funciona durante a descarboxilação. Coenzimas são</p><p>sustâncias que se associam a enzimas, ativando-as e transferindo elétrons.</p><p>Portanto, o primeiro passo a ser considerado aqui é a entrada do piruvato</p><p>na matriz mitocondrial e sua conversão em acetil-CoA, realizada por um</p><p>complexo enzimático – um grupo de enzimas – com liberação de uma molécula</p><p>de CO2 (descarboxilação); logo, com a perda de 1 átomo de carbono com a saída</p><p>de 1 CO2, originou-se uma estrutura com 1 carbono a menos, ou seja, 1 molécula</p><p>com 2 carbonos (acetil-CoA).</p><p>As etapas descritas estão demonstradas na figura abaixo.</p><p>Figura 5 – Ciclo de Krebs</p><p>Fonte: Rizzolo, 2020.</p><p>11</p><p>A partir daqui inicia-se o Ciclo de Krebs, com a 1ª etapa de condensação:</p><p>acetil-CoA mais oxaloacetato produzindo citrato com 6 carbonos; a 2ª etapa</p><p>compreende a conversão do citrato a cis-Aconitato, com a saída de 1 molécula</p><p>de água e a formação do isocitrato com hidratação; na 3ª etapa ocorre a</p><p>conversão do isocitrato a α-cetoglutarato (5 carbonos), com reação de</p><p>descarboxilação e a primeira transferência de elétrons pela molécula de NAD</p><p>ficando em seu estado reduzido NADH; na 4ª etapa ocorre novamente uma</p><p>descarboxilação, com a conversão do α-cetoglutarato em succinil-CoA (4</p><p>carbonos) e mais uma redução do NAD; na 5ª etapa o succinil-CoA é convertido</p><p>a succinato, com a associação de um Pi a 1 molécula de GDP, formando um</p><p>GTP; a 6ª etapa converte succinato a fumarato, com a transferência de elétrons</p><p>pelo FAD, com sua redução a FADH2; na 7ª etapa ocorre a hidratação do</p><p>fumarato, formando o L-malato; na última etapa, o L-malato é oxidado a</p><p>oxaloacetato, com redução do NAD.</p><p>Observando o Ciclo de Krebs como um todo, vemos que ocorreu uma</p><p>série de reações bioquímicas nas quais a quantidade de energia armazenada na</p><p>acetil-CoA é liberada por etapas, por reações de oxidação-redução realizadas</p><p>por coenzimas carreadoras de elétrons (NAD e FAD). Podemos observar</p><p>também que, para cada molécula de acetil-CoA que entra no ciclo, temos: 2</p><p>moléculas de CO2 liberadas por reação de descarboxilação, 3 moléculas de</p><p>NADH e 1 molécula de FADH2 produzidas por reações de oxidação-redução e 1</p><p>molécula de GTP (ATP) gerada por fosforilação. Ainda, temos como produto</p><p>desse ciclo os intermediários que desempenham funções em outras vias,</p><p>principalmente na biossíntese de aminoácidos. Portanto, as principais funções</p><p>do Ciclo de Krebs são a produção de agentes redutores (NAD e FAD) e a função</p><p>anaplerótica (intermediários que participam de outras vias).</p><p>Na respiração celular inspiramos O2 e liberamos CO2 pelos pulmões</p><p>durante a expiração; esse CO2 é produzido no Ciclo de Krebs e é liberado na</p><p>atmosfera como um resíduo gasoso da respiração aeróbica; portanto, a</p><p>respiração tem um papel estritamente metabólico, resultando no CO2 como um</p><p>excreta do metabolismo celular e um produto consequente do processo oxidativo</p><p>da glicose, sendo uma consequência da síntese de ATP.</p><p>12</p><p>TEMA 5 – CADEIA RESPIRATÓRIA</p><p>A cadeia respiratória ou cadeia transportadora de elétrons consiste em</p><p>utilizar todos os NADH e FADH2 que foram produzidos na glicólise e no Ciclo de</p><p>Krebs para transferir a energia carreada para produção de ATP.</p><p>Conforme estudamos, dentro das células ocorrem reações químicas nas</p><p>quais carreadores são capazes de transferir a energia presente nas ligações</p><p>químicas de uma molécula orgânica inicial (glicose) até o sistema final, que então</p><p>é capaz de utilizar essa energia para sintetizar novas moléculas de ATP.</p><p>Em eucariotos, os carreadores de elétrons estão localizados na</p><p>membrana interna da mitocôndria. Procariotos não têm mitocôndria, portanto,</p><p>fazem a respiração celular no citosol e utilizam invaginações da própria</p><p>membrana plasmática para fazer a cadeia respiratória.</p><p>Os elétrons do NADH e do FADH2 ficam passando por complexos</p><p>proteicos inseridos na membrana da crista mitocondrial e sendo atraídos em</p><p>direção ao O2. Desse modo, dizemos que os principais componentes do sistema</p><p>transportador de elétrons são complexos proteicos denominados complexo I,</p><p>complexo II, complexo III e complexo IV, conforme figura a seguir (os formatos</p><p>dos complexos aqui representados são aleatórios, não simulando a realidade).</p><p>Figura 6 – Visão geral da cadeia respiratória ocorrendo na crista mitocondrial e</p><p>na matriz intermembranar</p><p>Fonte: Rizzolo, 2020.</p><p>O transporte de elétrons pela cadeia respiratória se inicia com a chegada</p><p>do NAD reduzido proveniente do ciclo de Krebs, que reduz o complexo I e volta</p><p>13</p><p>oxidado. O complexo II reduz o FAD, que também retorna oxidado para a</p><p>glicólise e para o Ciclo de Krebs, pois está sempre ocorrendo essa reciclagem</p><p>de carreadores.</p><p>Nos complexos I, III e IV, além de eles terem centros de oxidação-</p><p>redução, a dissipação de energia faz com que esses complexos proteicos</p><p>mudem suas conformações e funcionem como bombas de prótons (bombeiam</p><p>prótons), pois, para cada NAD e FAD que chega, a quantidade de prótons no</p><p>espaço intermembrana aumenta, e eles precisam retornar à matriz mitocondrial,</p><p>o que só pode ocorrer pela ATP sintase, já que esse é o único caminho de</p><p>retorno. Quando o próton retorna à matriz mitocondrial, gera uma mudança de</p><p>conformação da ATP sintase, e é exatamente essa energia que ela utiliza para</p><p>montar uma molécula de ATP.</p><p>Portanto, os elétrons passam por todo esse caminho para que possam</p><p>liberar toda a sua energia, que vai ser usada para bombear os H que estão na</p><p>parte interna da mitocôndria para fora (entre as membranas da mitocôndria).</p><p>Essa parte da mitocôndria vai ficar com carga positiva (H+) e a matriz vai ficar</p><p>com carga negativa; o H só vai conseguir retornar para a matriz por meio do</p><p>complexo proteico chamado de “ATP sintase”, ou seja, após a etapa que passa</p><p>pelo complexo IV; assim, elétrons se unem a prótons e O2, formando água.</p><p>O processo chamado de “fosforilação oxidativa” ocorre com o retorno dos</p><p>prótons (H+); ele consiste na adição do P à molécula de ADP, formando uma</p><p>molécula de ATP pela catalisação da ATP sintase; para isso acontecer, é</p><p>necessária a presença do O2 como aceptor final das várias transferências de</p><p>elétrons que já foram iniciadas desde o primeiro momento em que a glicose é</p><p>oxidada. Tal processo é complementar ao processo de transporte de elétrons na</p><p>cadeia respiratória, pois é justamente essa cadeia que promove a fosforilação</p><p>oxidativa.</p><p>O ATP sai da mitocôndria para ser usado como fonte de energia pela</p><p>célula, e os NAD e FAD retornam para a continuação do processo de respiração</p><p>celular. É importante ater-se ao fato de que os elétrons só vão sair do NADH e</p><p>do FADH2 e se locomover pelas proteínas da membrana da crista mitocondrial</p><p>se o O2 estiver presente; se o O2 não estiver presente, não ocorrerá a cadeia</p><p>respiratória; consequentemente, não há produção de ATP.</p><p>Na respiração aeróbia dos procariotos são produzidas 38 moléculas de</p><p>ATP por molécula de glicose. Já nos eucariotos, que também realizam</p><p>14</p><p>respiração aeróbia, são produzidas 36 moléculas de ATP; tal diferença deve-se</p><p>à perda de energia no momento em que os elétrons são expelidos pelas</p><p>membranas mitocondriais que separam a glicólise (no citoplasma) da cadeia de</p><p>transporte; em procariotos, essa separação não existe.</p><p>No caso dos microrganismos que realizam anaerobiose utilizando uma</p><p>substância inorgânica como aceptor final de hidrogênio, a produção de ATP é</p><p>variável, sendo menor que 38, mas maior que 2. Aqueles que realizam</p><p>fermentação, utilizando uma molécula orgânica como aceptor final de hidrogênio,</p><p>produzem 2 moléculas de ATP por molécula de glicose.</p><p>A figura abaixo ilustra de forma resumida todas as etapas da respiração</p><p>discutidas na presente aula.</p><p>Figura 7 – Etapas da respiração celular e da fermentação, ambas com a mesma</p><p>etapa inicial (glicólise), porém, com suas vias posteriores diferentes</p><p>Fonte: Rizzolo, 2020.</p><p>15</p><p>NA PRÁTICA</p><p>Vamos recapitular a parte introdutória do texto?</p><p>Depois de tudo que estudamos até aqui, consegue perceber a relação</p><p>entre a produção de cerveja, as dores musculares depois de uma atividade física</p><p>intensa, a ingestão de uma batata e o crescimento de uma massa de pão?</p><p>Essas quatro situações citadas se referem ao metabolismo de</p><p>carboidratos no qual a glicose é oxidada para produção de energia.</p><p>Com base nesses conhecimentos, realize em sua casa o experimento</p><p>saliva-iodo-amido.</p><p>Material necessário</p><p>• 1 folha de papel sulfite A4 branca;</p><p>• 1 haste flexível/cotonete ;</p><p>• 1 borrifador;</p><p>• Tintura de iodo 2%.</p><p>Modo de preparo</p><p>• Molhe o algodão do cotonete com a sua saliva;</p><p>• Escreva a palavra “hidrólise”</p><p>no papel utilizando a sua própria saliva: será</p><p>necessário parar a escrita, molhar várias vezes e voltar a escrever;</p><p>• Espere uns minutos até que a saliva seque;</p><p>• Aplique a tintura de iodo sobre o papel borrifando o líquido por toda a</p><p>palavra escrita;</p><p>• Espere uns minutos para que o papel absorva a tintura; observe a reação;</p><p>• Com base no resultado e na dica oferecida com a palavra “hidrólise”,</p><p>desenvolva hipóteses do que possa ter acontecido e por que;</p><p>• Após concluídas as hipóteses, pesquise o que pode ter ocorrido e</p><p>relacione com o metabolismo dos carboidratos.</p><p>FINALIZANDO</p><p>Estudando o metabolismo, vimos que moléculas orgânicas são</p><p>degradadas em produtos finais menores e simples, processo denominado</p><p>16</p><p>“catabolismo”. Já o anabolismo consiste na formação (biossíntese) de moléculas</p><p>maiores e complexas com base em precursores menores.</p><p>O metabolismo da maioria dos organismos vivos utiliza a glicose como</p><p>principal substrato oxidável para geração de energia, e segue para dois</p><p>processos gerais: a respiração celular e a fermentação. Ambos os processos se</p><p>iniciam com o mesmo primeiro passo, a glicólise, mas seguem vias posteriores</p><p>diferentes, dependendo da presença ou não de oxigênio na célula.</p><p>Na presença de oxigênio, o piruvato entra na mitocôndria para que seja</p><p>realizado o Ciclo de Krebs, seguido da cadeia transportadora de elétrons. Os</p><p>complexos proteicos da membrana mitocondrial ficam transferindo os elétrons</p><p>de um lugar para outro, a fim de liberar energia aos poucos para bombear os</p><p>prótons de H para fora da matriz.</p><p>Na ausência desse aceptor de elétrons (o oxigênio), a célula desvia seu</p><p>metabolismo, realizando a fermentação, na qual uma molécula orgânica será o</p><p>aceptor final de elétrons, e haverá uma produção de apenas 2 moléculas de ATP.</p><p>O processo de fermentação é largamente utilizado na indústria para produção</p><p>de alimentos, bebidas e biocombustível.</p><p>Figura 8 – Resumo do estudo</p><p>Fonte: Rizzolo, 2020.</p><p>17</p><p>REFERÊNCIAS</p><p>NELSON, D. L.; COX, M. M. Princípios de Bioquímica de Lehninger. 6. ed.</p><p>Porto Alegre: Artmed, 2014.</p><p>1</p><p>BIOQUÍMICA</p><p>AULA 3</p><p>Prof.ª Joana Rizzolo</p><p>2</p><p>CONVERSA INICIAL</p><p>Nas aulas passadas, discutimos sobre a produção de energia por meio da</p><p>glicose, um carboidrato do grupo dos monossacarídeos. Em alguns casos,</p><p>organismos vivos também oxidam lipídeos para a obtenção de energia.</p><p>Assim sendo, iniciaremos agora os estudos sobre o metabolismo dessas</p><p>moléculas orgânicas insolúveis em água por meio do estudo das reações</p><p>realizadas para o metabolismo dos lipídeos, como a oxidação e o transporte dos</p><p>ácidos graxos, a produção de energia por essa via. Por último, estudaremos a</p><p>formação dos lipídeos.</p><p>Ao mesmo tempo, veremos como as oxidações desses nutrientes estão</p><p>relacionadas com a oxidação das outras macromoléculas, como os carboidratos</p><p>e as proteínas.</p><p>Portanto, o objetivo principal desta aula é compreender os processos</p><p>biológicos que oxidam ácidos graxos para promoção de energia e os processos</p><p>de transformações moleculares dos constituintes celulares.</p><p>Os lipídeos, conforme já estudado, realizam diversas funções nos</p><p>organismos vivos, porém, a função mais importante é a de reserva de energia</p><p>que os triglicerídeos desempenham. A exemplo disso, podemos citar o caso das</p><p>aves migratórias e dos animais hibernantes que utilizam esses lipídeos como</p><p>quase a única fonte de energia.</p><p>Os ácidos graxos que compõem os triglicerídeos são obtidos pelas células</p><p>por meio das gorduras consumidas na dieta, das gorduras armazenadas nas</p><p>células e de gorduras sintetizadas em um órgão para exportar para outro. Este</p><p>é o caso do fígado, que realiza a conversão do excesso dos carboidratos da dieta</p><p>em gordura para ser exportada para outros tecidos.</p><p>Após a aquisição de triacilgliceróis (TAG) de forma exógena, esses</p><p>lipídeos, dependendo do tamanho de suas cadeias, terão dois caminhos a seguir</p><p>para que possam ser digeridos e absorvidos no intestino delgado:</p><p>1. TAG de cadeia curta ou média: serão absorvidos na boca e no estômago</p><p>por meio das lipases ácidas; essas enzimas vão quebrar e transportar os</p><p>TAG para o sistema porta; para que os lipídeos possam ser transportados</p><p>pelo sangue, eles precisam estar associados à albumina, uma</p><p>lipoproteína que o ajuda a ser distribuído pelo resto do corpo;</p><p>2. TAG de cadeia longa: juntamente com o TAG de cadeia curta e média</p><p>que não conseguiram ser absorvidos na boca e no estomago, os TAG de</p><p>3</p><p>cadeia longa serão quebrados e absorvidos no duodeno; o transporte será</p><p>realizado pela lipase básica para o sistema linfático; os produtos dessa</p><p>quebra (ácido graxos) também precisam estar associados com proteínas,</p><p>nesse caso, os quilomícrons, para que possam ser transportados para</p><p>outros tecidos.</p><p>Os ácidos graxos que estavam sendo transportados pelos quilomícrons</p><p>na corrente sanguínea entram nas células, podendo ser oxidados como</p><p>combustíveis, originando CO2 e ATP ou esterificados (reação de ligação do ácido</p><p>graxo com o glicerol produzindo éster e água) para armazenamento na forma de</p><p>triacilgliceróis.</p><p>E por que será que os humanos, por exemplo, com exceção da reserva</p><p>do glicogênio hepático, só utilizam lipídeos para armazenar energia? Essa</p><p>pergunta deve ser respondida de acordo com a seguintes considerações: as</p><p>células preferem armazenar energia na forma de gordura, pois esses adipócitos</p><p>(células de gordura) conseguem estocar uma quantidade bem maior de gordura,</p><p>e por serem insolúveis em água, o armazenamento de lipídeos não causa danos</p><p>osmóticos para as células. Além disso, as moléculas de triglicerídeos são mais</p><p>reduzidas que as moléculas de carboidratos, ou seja, o rendimento energético é</p><p>muito maior, pois sua oxidação gera mais energia.</p><p>Portanto, quando comparamos as duas formas de armazenamento de</p><p>carboidratos e de lipídeos, concluímos que estocar lipídeos é mais rentável para</p><p>as células do que estocar carboidratos.</p><p>No contexto ambiental, também temos situações de destaque quando</p><p>estudamos o metabolismo dos lipídeos. Esse é o caso da biorremediação, um</p><p>método que utiliza bactérias e fungos para degradar poluentes. Já sabemos que</p><p>muitos microrganismos têm necessidades nutricionais similares às nossas,</p><p>porém outros conseguem metabolizar substâncias que são tóxicas para a</p><p>maioria dos animais e plantas. Assim, estes oxidam ácidos graxos presentes no</p><p>petróleo e na gasolina, por exemplo, ajudando na descontaminação do solo ou</p><p>dá água, ou até mesmo do ar atmosférico quando aplicado o método de</p><p>biofiltração de vapores contaminantes.</p><p>4</p><p>TEMA 1 – OXIDAÇÃO DOS ÁCIDOS GRAXOS</p><p>Da mesma forma que elétrons são retirados da glicose e transferidos para</p><p>o Ciclo de Krebs e para a cadeia respiratória, os elétrons retirados dos ácidos</p><p>graxos também sofrem esse processo, levando à síntese de ATP com oxidação</p><p>completa e produzindo CO2, H2O e energia, conforme mostra a Figura 1.</p><p>Figura 1 – Rotas para produção de energia por meio de proteínas, carboidratos</p><p>e triacilglicerídeos, com oxidação completa e produzindo CO2 e H2O</p><p>Fonte: Rizzolo, 2020.</p><p>Antes de falarmos sobre as etapas pelas quais ocorre a β-oxidação, em</p><p>que os ácidos graxos são convertidos em acetil-CoA, é pertinente comentar que</p><p>existem destinos alternativos da acetil-CoA. Por exemplo, quando ocorre uma</p><p>5</p><p>indisponibilidade da glicose no cérebro, o fígado pode converter a acetil-CoA em</p><p>corpos cetônicos (produtos do metabolismo dos ácidos graxos), que podem</p><p>servir de combustível para o cérebro.</p><p>A função biológica da oxidação dos ácidos graxos varia de acordo com o</p><p>organismo, mas o mecanismo é essencialmente o mesmo, como veremos a</p><p>seguir.</p><p>Após digestão e transporte das gorduras para os tecidos e células que</p><p>utilizam os ácidos graxos como combustível, essas moléculas entrarão na</p><p>mitocôndria para serem oxidadas passando por um processo repetitivo chamado</p><p>de β-oxidação.</p><p>A molécula de ácido graxo precisa ser oxidada em uma forma ativa</p><p>chamada de acil-CoA, reação esta catalisada pela enzima acil-CoA sintetase,</p><p>que está situada na face citosólica da membrana interna da mitocôndria. Como</p><p>essa membrana é impermeável à acil-CoA, é necessária a ajuda da carnitina,</p><p>que se associa ao grupo acil e possibilita a entrada na matriz mitocôndrial. Dentro</p><p>da matriz mitocondrial, a carnitina é desassociada e o grupamento acil é</p><p>associado a uma nova molécula de coenzima-A para que se inicie o processo de</p><p>β-oxidação, conforme ilustrado na figura a seguir:</p><p>Figura 2 – Etapas da β-oxidação</p><p>Fonte: Rizzolo, 2020.</p><p>6</p><p>Como as ligações C-C dos ácidos graxos são relativamente estáveis,</p><p>estes são convertidos em acetil-CoA, conforme descrito anteriormente, pela</p><p>ligação do grupo carboxil do C-1 à coenzima, que permite a oxidação gradativa</p><p>do grupo acil graxo na posição C-3, ou β – daí o nome β-oxidação.</p><p>Para haver a oxidação completa de ácido graxo, é necessária uma</p><p>cooperação entre a β-oxidação e o Ciclo de Krebs, porque é nele que o acetil-</p><p>CoA é oxidado a CO2. Logo, os elétrons derivados da oxidação e do Ciclo de</p><p>Krebs são passados ao O2 por meio da cadeia respiratória, assim como acontece</p><p>com a glicose, fornecendo energia para a síntese de ATP por fosforilação</p><p>oxidativa.</p><p>Até o momento, discorreu-se sobre a oxidação dos ácidos graxos</p><p>saturados e com número par de átomos de carbono, os quais são os lipídeos de</p><p>maior ocorrência natural. Os ácidos graxos com um número ímpar de carbonos</p><p>são comuns nos lipídeos de muitas plantas e de alguns organismos marinhos,</p><p>assim como a maioria dos ácidos graxos nos triacilgliceróis e fosfolipídeos de</p><p>animais e plantas é insaturada, tendo uma ou mais ligações duplas.</p><p>Desse modo, a oxidação de ácidos graxos com um número ímpar de</p><p>carbonos e os de cadeias insaturadas requer reações adicionais com a</p><p>participação de enzimas específicas para cada caso, até que sejam convertidos</p><p>em acetil-CoA para entrarem no Ciclo de Krebs.</p><p>TEMA 2 – ÁCIDOS GRAXOS SATURADOS E INSATURADOS</p><p>O ácido graxo é o principal componente da maioria dos lipídeos, portanto,</p><p>está presente na estrutura dos triacilgliceróis, dos cerídeos e dos</p><p>glicerofosfolipídeos, estando ausente nos esteróis.</p><p>Ácidos graxos consistem em cadeias de hidrocarbonetos com tamanhos</p><p>variando de 4 a 36 carbonos e podem ser saturados ou insaturados.</p><p>Cadeias saturadas são cadeias nas quais os carbonos que formam os</p><p>ácidos graxos fazem ligação simples uns com os outros, portanto, sem ligações</p><p>duplas, e são também cadeias não ramificadas; esse aspecto facilita que eles,</p><p>os ácidos graxos, se agrupem, formando as gorduras que são sólidas em</p><p>temperatura ambiente. Essa característica faz com que haja mais facilidade</p><p>dessas gorduras se prenderem nos vasos sanguíneos, podendo ocasionar</p><p>problemas cardíacos.</p><p>7</p><p>Cadeias insaturadas possuem uma ou mais ligações duplas entre os</p><p>átomos de carbono, o que dificulta o agrupamento dos carbonos, apresentando</p><p>forma líquida em temperatura ambiente. Esse tipo de lipídeo é mencionado como</p><p>uma gordura mais saudável representada pelos óleos vegetais e o óleo de peixe.</p><p>A gordura hidrogenada, desenvolvida na indústria alimentícia, transforma</p><p>os óleos vegetais em gorduras sólidas e mais estáveis em temperatura ambiente.</p><p>Esse processo desfaz as ligações insaturadas com a adição de hidrogênio na</p><p>molécula do óleo; o uso da hidrogenação catalítica para tal produção pode não</p><p>romper todas as ligações duplas do tipo cis e transformar em gordura trans, muito</p><p>mais perigosas para a saúde, pois se acumulam com muito mais facilidade no</p><p>vaso sanguíneos.</p><p>Esclarecendo, nas cadeias insaturadas de configuração cis, os átomos de</p><p>H estão do mesmo lado da ligação dupla; nas cadeias insaturadas de</p><p>configuração trans, os átomos de H estão em lados opostos da ligação dupla,</p><p>conforme podemos observar na Figura 3.</p><p>Figura 3 – Estrutura química de ácidos graxos saturados e dos ácidos graxos</p><p>insaturados com suas diferentes configurações cis e trans</p><p>Créditos: Chromatos/Shutterstock.</p><p>8</p><p>Um exemplo de ácido saturado bastante comum e encontrado em animais</p><p>e em plantas como no óleo de palma é o ácido palmítico, com 16 carbonos,</p><p>representado na figura anterior. Na mesma figura, temos representações do</p><p>ácido cis oleico, também conhecido como ômega 9, encontrado em abundância</p><p>no azeite de oliva, e do ácido trans vacênico, com 18 C, encontrado na gordura</p><p>de ruminantes e em produtos lácteos.</p><p>Note que o ácido graxo insaturado cis representado na figura anterior</p><p>apresenta sua dupla ligação no carbono 9 em destaque com os hidrogênios do</p><p>mesmo lado. Já o ácido graxo insaturado trans possui sua dupla ligação no</p><p>carbono 11, porém, com hidrogênios de lados opostos, também em destaque na</p><p>figura.</p><p>TEMA 3 – ATIVAÇÃO DOS ÁCIDOS GRAXOS E TRANSPORTE PELA</p><p>MITOCÔNDRIA</p><p>Aprendemos que as gorduras podem ser adquiridas pela dieta e</p><p>absorvidas no intestino delgado e podem também ser adquiridas por intermédio</p><p>da utilização das reservas lipídicas.</p><p>Em situações de excesso de glicose, o ATP diminui a velocidade do Ciclo</p><p>de Krebs, fazendo que o citrato de acumule e saia da mitocôndria; lá fora, ele</p><p>será convertido em acetil-CoA, que se converte em um precursor da síntese de</p><p>ácidos graxos, os quais serão armazenados na forma de TAG. Essa condição</p><p>favorece a formação dos ácidos graxos, ou seja, a biossíntese dos TAG, a qual</p><p>será estudada de forma mais detalhada posteriormente.</p><p>No momento, o que precisamos entender é que, quando utilizamos</p><p>nossas reservas lipídicas para que seja possível fornecer os ácidos graxos ao</p><p>organismo, é realizada uma mobilização inicial, ou seja, ocorre uma ativação dos</p><p>ácidos graxos.</p><p>Então, consideramos assim uma situação de jejum do organismo, em que</p><p>o glucagon (hormônio que faz ação oposta à da insulina) é secretado e está</p><p>agindo em resposta aos baixos níveis de glicose, gerando transformações que</p><p>ativam a adenilato ciclase, uma proteína de membrana; após ser ativada, essa</p><p>enzima desencadeia reações que fazem com que ative a proteína quinase A</p><p>(PKA); a PKA ativa a enzima que transporta TAG para que outra enzima ative a</p><p>lipase hormônio sensível (LHS), que faz a quebra do TAG em ácidos graxos e</p><p>9</p><p>glicerol. Assim, uma série de reações são realizadas pelo acionamento inicial do</p><p>glucagon para que a quebra dos TAG seja ativada.</p><p>Os ácidos graxos originados podem cair na corrente sanguínea, ser β-</p><p>oxidados a CO2 e produzir energia na forma de ATP; já o glicerol pode cair na</p><p>corrente sanguínea e ser utilizado como fonte energética na via glicolítica ou</p><p>pode chegar no fígado e passar pela gliconeogênese, que é a formação de</p><p>glicose por meio de precursores não glicídicos.</p><p>Na etapa de movimentação dos TAG e dos ácidos graxos, quem realiza o</p><p>papel central de mobilização dos lipídeos são as lipoproteínas, mais</p><p>especificamente as apolipoproteínas, que realizam o transporte dos TAG pelo</p><p>sistema linfático e corrente sanguínea. Apolipoproteínas são proteínas que se</p><p>ligam a lipídeos no sangue e realizam o transporte de triacilgliceróis,</p><p>fosfolipídeos, colesterol e ésteres de colesterol entre os órgãos.</p><p>Vimos que existem as biomoléculas, que são capazes de transportar os</p><p>TAG, as lipoproteínas. Contudo, existem também biomoléculas, que sinalizam a</p><p>necessidade de energia metabólica. Essas biomoléculas ativadoras são os</p><p>hormônios, como o glucagon, os quais realizam a ativação dos TAG</p><p>armazenados para que eles possam ser transportados aos tecidos e, em</p><p>seguida, para dentro das mitocôndrias, de modo que possa ocorrer a oxidação</p><p>dos ácidos graxos para produção de energia.</p><p>TEMA 4 – BALANÇO ENERGÉTICO NA PRODUÇÃO DE ATP</p><p>Conforme já discutido aqui, o armazenamento celular de gordura feito</p>