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Carboidratos Apresentação Os carboidratos correspondem a mais de 45% da ingestão calórica diária de um indivíduo. Eles são a maior fonte de substratos energéticos em uma dieta típica ocidental. Portanto, essas biomoléculas fornecem grande parte da energia nos processos celulares, além de participarerm da comunicação intercelular e da composição das membranas. Nesta Unidade de Aprendizagem, você vai estudar como os carboidratos estão amplamente distribuídos nos vegetais e nos animais e possuem papéis estruturais, de reserva e metabólicos importantes. Bons estudos. Ao final desta Unidade de Aprendizagem, você deve apresentar os seguintes aprendizados: Diferenciar a estrutura dos monossacarídeos, dissacarídeos e polissacarídeos.• Reconhecer as diversas funções que os carboidratos podem desempenhar nas células.• Identificar a isomeria entre os monossacarídeos e as ligações glicosídicas.• Desafio Imagine que você integra uma equipe em uma clínica de saúde que atende a uma criança de origem asiática com 9 anos de idade. A mãe da paciente relata que a filha apresenta forte dor abdominal, diarreia, cólicas, náuseas e gases após ingerir leite ou seus derivados. E os testes laboratoriais básicos como hemograma, perfil lipídico, hepático e renal estão dentro da normalidade. Frente a esse quadro: a) Qual o possível diagnóstico da criança? Qual teste laboratorial seria fundamental para confirmação? b) Explique o porquê a criança apresenta os sintomas de má digestão de leite e derivados. c) Qual a relação da etnia da criança com esse caso clínico? Infográfico Nos vegetais, a glicose é sintetizada a partir do dióxido de carbono e da água por fotossíntese. Então, é armazenada como amido ou utilizada para sintetizar a celulose das paredes celulares. Já os animais podem sintetizar carboidratos a partir de aminoácidos, porém a maior parte deriva, por fim, dos vegetais. Confira no infográfico a seguir a classificação dos carboidratos de acordo a sua estrutura molecular. Aponte a câmera para o código e acesse o link do conteúdo ou clique no código para acessar. https://statics-marketplace.plataforma.grupoa.education/sagah/edd13c1a-3eb3-4365-8b0a-5a4d8e410c33/5dd3782d-9ce6-43d6-8bb3-e9009d98591a.jpg Conteúdo do livro Os carboidratos são as biomoléculas mais abundantes na Terra. Eles estão amplamente distribuídos em vegetais e animais e possuem papéis estruturais e metabólicos importantes. Suas classes principais são: monossacarídeos, dissacarídeos e polissacarídeos. Repare que a palavra “sacarídeo” é derivada do grego sakcharon que significa “açúcar”, por isso é comum chamá-los também de açúcares. Para entender a importância dos carboidratos no nosso organismo, devemos estudar sua estrutura fisiológica e suas funções no metabolismo, para isso acompanhe o capítulo Carboidratos do livro Bioquímica Geral. Boa leitura! BIOQUÍMICA GERAL Rodrigo Binkowski de Andrade Carboidratos Objetivos de aprendizagem Ao final deste texto, você deve apresentar os seguintes aprendizados: Diferenciar a estrutura dos monossacarídeos, dissacarídeos e polissacarídeos. Reconhecer as diversas funções que os carboidratos podem desem- penhar nas células. Identificar a isomeria entre os monossacarídeos e as ligações glicosídicas. Introdução Os carboidratos correspondem a mais de 45% da ingestão calórica diá- ria de um indivíduo. Eles são a maior fonte de substratos energéticos em uma dieta típica ocidental. Portanto, essas biomoléculas fornecem grande parte da energia nos processos celulares, além de participarem da comunicação intercelular e da composição das membranas. Neste capítulo, você vai ver como os carboidratos estão amplamente distribuídos nos vegetais e nos animais e possuem papéis estruturais, de reserva e metabólicos importantes. Os glicídios são compostos formados por unidades fundamentais, chamadas oses, e por polímeros destas unidades. Os glicídios simples são compostos ternários, isto é, formados por três elementos: carbono, hidro- gênio e oxigênio. Esses três elementos encontram-se na proporção de 1:2:1. Os glicídios simples admitem, assim, uma fórmula geral CnH2nOn. Nesta fórmula existe uma molécula de água para cada átomo de carbono, o que originou, erroneamente, o nome de hidratos de carbono ou carboidratos para estes compostos. Uma curiosidade interessante sobre este tema é que os adoçantes artificiais estimulam os mesmos receptores gustativos dos açúcares, porém não são aproveitados pelo organismo. Identificação interna do documento G1YW89K0CB-ERSEOD1 A estrutura dos monossacarídeos, dissacarídeos e polissacarídeos Os carboidratos podem ser chamados também de glicídios, hidratos de carbono, açúcares e oses. Estes compostos são aldeídos ou cetonas e seus derivados que contêm duas ou mais hidroxilas. A nomenclatura inclui a função, o número de átomos de carbono e a terminação ose. No caso da aldo-hexose, signifi ca que é um aldeído de seis carbonos. Os monossacarídeos são carboidratos que não podem ser hidrolisados a compostos mais simples. As oses portadoras de grupo aldeído são chamadas aldoses e as portadoras de grupo cetônico, cetoses. Tanto as aldoses como as cetoses são classificadas de acordo com o número de átomos de carbono existentes na molécula. As oses com três carbonos são denominadas de trio- ses; com quatro carbonos, tetroses; com cinco carbonos, pentoses; com seis carbonos, hexoses e com sete carbonos, heptoses (Figura 1). Figura 1. Os principais monossacarídeos. Em A, estão representadas duas trioses. Em B, duas hexoses comuns e, em C, as pentoses de ácidos nucleicos. Fonte: Nelson e Cox (2014, p. 244). Já os oligossacarídeos são polímeros de menos de oito monossacarídeos. Por fim, os olissacarídeos são feitos a partir da união de oito ou mais monos- sacarídeos. “Os dissacarídeos (como maltose, lactose e sacarose) consistem em dois monossacarídeos unidos covalentemente por uma ligação O-glicosídica, a qual é formada quando um grupo hidroxila de uma molécula de açúcar, normalmente cíclica, reage com o carbono anomérico de outra molécula” (NELSON; COX, 2018, p. 250). Na figura 2, é possível observar três exemplos de dissacarídeo: lactose, sacarose e trealose. Carboidratos2 Identificação interna do documento G1YW89K0CB-ERSEOD1 Figura 2. Três dissacarídeos mais comuns estão representados com suas ligações glicosídicas. Fonte: Nelson e Cox (2014, p. 253). As funções que os carboidratos podem desempenhar nas células Os polissacarídeos da dieta são sólidos, cristalinos e incolores, dissolvendo-se perfeitamente em soluções aquosas (polares). O amido é um homopolissacarí- deo, pois é composto exclusivamente por polímeros da glicose. Há dois tipos: a α-amilose (linear, de ligações α- 1,4), extraída durante o cozimento da batata e responsável pela coloração escura da água, e a amilopectina (ramifi cada, de ligações α-1,4 e α-1,6), que não é liberada do legume ao aquecimento. Nos alimentos é encontrada em grãos. O cozimento rompe as moléculas ali arma- zenadas, aumentando a digestibilidade. Com o resfriamento, essas estruturas se reorganizam. Por outro lado, o glicogênio tem ligações α-1,4, mas possui mais ramifi cações com as ligações α-1,6 e tem origem em células animais. Veja na Figura 3 abaixo a estrutura desses polissacarídeos. 3Carboidratos Identificação interna do documento G1YW89K0CB-ERSEOD1 Figura 3. Glicogênio e amido. No item A está representado a amilose, com as ligações glicosídicas α-1,4. No item B, estão demonstradas as ligações α-1,6 da amilopectina e nos pontos de ramicação do glicogênio. No item C está um esquema dos agrupamentos de amilose e amilopectina. Fonte: Nelson e Cox (2014, p. 256). A celulose é uma fibra e, portanto, é digerível apenas pelos ruminantes, possuidores de uma bactéria simbionte específica no trato digestório, secre- tora de celulase. Caracteriza-se como um homopolissacarídeo linear não ramificado de glicoses unidas em ligações β-1,4. Outroe a abreviação es- tão mostrados para cada dissacarídeo. A nomenclatura formal da sacarose nomeia a glicose como o glicosídeo parental, embora a sacarose seja nor- malmente representada como mostrado, com a glicose à esquerda. As duas nomenclaturas abreviadas mostradas para a sacarose são equivalentes (K). Nelson_6ed_07.indd 253Nelson_6ed_07.indd 253 07/04/14 14:3007/04/14 14:30 2 5 4 DAV I D L . N E L S O N & M I C H A E L M . COX fornecem suporte extracelular para organismos de todos os reinos. Por exemplo, a camada rígida do envelope celu- lar bacteriano (o peptidoglicano) é parcialmente composta por um heteropolissacarídeo construído por duas unidades alternadas de monossacarídeo (ver Figura 20-30). Nos teci- dos animais, o espaço extracelular é preenchido por alguns tipos de heteropolissacarídeos, os quais formam uma matriz que conecta células individuais e fornece proteção, forma e suporte para células, tecidos e órgãos. Ao contrário das proteínas, os polissacarídeos geral- mente não têm massas moleculares definidas. Essa dife- rença é uma consequência dos mecanismos de construção dos dois tipos de polímero. Como será visto no Capítulo 27, as proteínas são sintetizadas a partir de um molde (o RNA mensageiro), com sequência e comprimento defi- nidos por enzimas que seguem exatamente esse molde. Para a síntese de polissacarídeos, não existe molde; em vez disso, o programa de síntese de polissacarídeos é in- trínseco às enzimas que catalisam a polimerização das unidades monoméricas, e não há um ponto de parada específico no processo sintético; os produtos, portanto, variam em comprimento. O doce é um dos cinco sabores básicos que os huma- nos podem sentir (Figura Q-1); os outros são azedo, amargo, salgado e umami. O sabor doce é detectado por receptores proteicos presentes na membrana plas- mática das células gustativas nas papilas gustativas da superfície da língua. Em humanos, dois genes bastante relacionados (T1R2 e T1R3) codificam os receptores para o sabor doce (Figura Q-2). Quando uma molécula com uma estrutura compatível liga-se a esses recepto- res no domínio extracelular de uma célula gustativa, ela desencadeia uma série de eventos dentro da célula (in- cluindo a ativação de uma proteína ligadora de GTP; ver Figura 12-42) que levam à emissão de um sinal elétrico para o cérebro que é, então, interpretado como “doce”. Durante a evolução, houve, provavelmente, a seleção para a capacidade de saborear os compostos presen- tes nos alimentos contendo nutrientes importantes, como os carboidratos, que são o principal combustível QUADRO 72 O açúcar é doce, assim como o são... outras coisas mais Proteína ligada ao GTP (inativa) Proteína ligada ao GTP (ativa) T1R3 Glicose Sacarose Frutose Alitame Neotame Aspartame Sucralose Brazeína Brazeína CRD T1R2 FIGURA Q2 O receptor para substâncias com sabor doce, com indi- cação de suas regiões de interação com vários compostos doces (setas curtas). Cada receptor tem um domínio extracelular, um domínio rico em cisteína (CRD), e um domínio de membrana com sete hélices transmem- brana, característica comum em receptores de sinalização. Os adoçantes artificiais se ligam a apenas uma das duas subunidades do receptor; os açúcares naturais se ligam às duas. Consulte no Capítulo 1, Problema 14, as estruturas de muitos desses adoçantes artificiais.FIGURA Q1 Um formidável estímulo para os receptores do sabor doce. Homopolissacarídeos Não ramificado Ramificado Heteropolissacarídeos Dois tipos de monômeros, não ramificado Múltiplos tipos de monômeros, ramificado FIGURA 712 Homo e heteropolissacarídeos. Os polissacarídeos po- dem ser compostos por um, dois ou alguns monossacarídeos diferentes, em cadeias lineares ou ramificadas de vários comprimentos. Nelson_6ed_07.indd 254Nelson_6ed_07.indd 254 07/04/14 14:3007/04/14 14:30 P R I N C Í P I O S D E B I O Q U Í M I C A D E L E H N I N G E R 2 5 5 Alguns homopolissacarídeos são formas de estocagem de combustível Os polissacarídeos de armazenamento mais importantes são o amido, em células vegetais, e o glicogênio, em célu- las animais. Ambos ocorrem intracelularmente em gran- des agrupamentos ou grânulos. As moléculas de amido e glicogênio são extremamente hidratadas, pois têm muitos grupos hidroxila expostos e disponíveis para formarem li- gações de hidrogênio com a água. A maioria das células ve- getais possui a capacidade de sintetizar amido (ver Figura 20-2), e o seu armazenamento é especialmente abundante em tubérculos – como a batata – e em sementes. O amido contém dois tipos de polímero de glicose, ami- lose e amilopectina (Figura 7-13). A amilose consiste em cadeias longas, não ramificadas, de resíduos de D-glicose conectados por ligações (a1S4) (como na maltose). A massa molecular dessas cadeias varia entre alguns milhares até mais de um milhão. A amilopectina também tem mas- sa molecular elevada (até 200 milhões), mas, ao contrário da amilose, é altamente ramificada. As ligações glicosídicas que unem os resíduos de glicose sucessivos nas cadeias de amilopectina são (a1S4); nos pontos de ramificação (que ocorrem a cada 24 a 30 resíduos) são ligações (a1S6). O glicogênio é o principal polissacarídeo de armazena- mento das células animais. Como a amilopectina, o glico- gênio é um polímero de subunidades de glicose ligadas por ligações (a1S4), com ligações (a1S6) nas ramificações; o glicogênio, porém, é mais ramificado (em média a cada 8 a 12 resíduos) e mais compacto do que o amido. O glicogênio é especialmente abundante no fígado, onde pode constituir até 7% do peso líquido; ele também está presente no mús- culo esquelético. Nos hepatócitos, o glicogênio é encon- trado em grandes grânulos, os quais são agrupamentos de grânulos menores compostos por moléculas únicas de glico- gênio, altamente ramificadas, com massa molecular média de alguns milhões. Esses grânulos de glicogênio também apresentam, firmemente ligadas, as enzimas responsáveis pela síntese e degradação do glicogênio. Como cada ramificação do glicogênio termina com uma unidade de açúcar não redutora, uma molécula de glicogê- nio com n ramificações tem n 1 1 extremidades não re- dutoras, mas apenas uma extremidade redutora. Quando o glicogênio é utilizado como fonte de energia, as unidades de para a maioria dos organismos. A maioria dos açúcares simples, incluindo a sacarose, a glicose e a frutose, tem sabor doce, mas existem outras classes de compostos que também se ligam aos receptores do sabor doce: os aminoácidos glicina, alanina e serina são suavemente doces e inócuos; o nitrobenzeno e o etileno glicol têm um sabor doce forte, porém são tóxicos. (Consulte no Quadro 18-2 um notável mistério médico envolvendo o envenenamento por etilenoglicol.) Alguns produtos naturais são extraordinariamente doces: o esteviosídeo, derivado de açúcar isolado das folhas da planta estévia (Stevia rebaudiana Bertoni), é algumas centenas de vezes mais doce do que o volume equivalente de saca- rose (açúcar de mesa), e a pequena proteína (54 ami- noácidos) brazeína, isolada dos frutos da trepadeira Pentadiplandra brazzeana Baillon, com ocorrência no Gabão e em Camarões, é 17.000 vezes mais doce do que a sacarose em comparação molar. Presume-se que o sabor doce desses frutos encoraje o seu consumo por animais, que, então, dispersam geograficamente as se- mentes estimulando o crescimento de novas plantas. Existe um grande interesse no desenvolvimento de adoçantes artificiais para auxiliar na redução do peso – compostos que forneçam aos alimentos sabor doce sem adicionar as calorias encontradas nos açúcares. O ado- çante artificial aspartame demonstra a importância da estereoquímica na biologia (Figura Q-3). De acordo com um modelo simples para a ligação ao receptor do sabor doce, a ligação envolve três sítios do receptor: AH1, B– e X. O sítio AH1 contém algum grupo (álcool ou amino) que pode formar uma ligação de hidrogêniocom uma carga parcialmente negativa, como o oxigênio do carbo- nil, da molécula doce; o ácido carboxílico do aspartame contém um oxigênio deste tipo. O sítio B– contém um grupo com um oxigênio parcialmente negativo disponível para formar uma ligação de hidrogênio com algum átomo parcialmente positivo da molécula doce, tal como o grupo amino do aspartame. O sítio X é orientado perpendicular- mente aos outros dois grupos e é capaz de interagir com uma região hidrofóbica da molécula doce, tal como o anel benzeno do aspartame. Quando o pareamento (match) estiver correto, como na Figura Q-3 à esquerda, o receptor do sabor doce será estimulado e o sinal “doce” será conduzido ao cérebro. Quando o pareamento não estiver correto, como na Figura Q-3 à direita, o receptor do sabor doce não será estimulado; na verdade, neste caso, outro re- ceptor (para o sabor amargo) será estimulado pelo este- reoisômero “errado” do aspartame. Estereoisomerismo realmente importa! T1R2 Sabor doce L,L- ou (S,S)- Aspartame D,L- ou (R,S)- Aspartame B2 AH1 X Sabor amargo B2 AH1 X 1R2 L,L- ou Aspa BB22 XX BB22 FIGURA Q3 A base estereoquímica para o sabor dos dois isômeros do aspartame. Nelson_6ed_07.indd 255Nelson_6ed_07.indd 255 07/04/14 14:3007/04/14 14:30 2 5 6 DAV I D L . N E L S O N & M I C H A E L M . COX glicose são removidas uma de cada vez a partir da extremi- dade não redutora. As enzimas de degradação que atuam somente em extremidades não redutoras podem trabalhar simultaneamente nas muitas ramificações, acelerando a conversão do polímero em monossacarídeos. Por que não armazenar a glicose em sua forma mono- mérica? Calcula-se que os hepatócitos armazenam uma concentração de glicogênio equivalente a 0,4 M de glicose. A concentração existente de glicogênio, que é insolúvel e contribui pouco para a osmolaridade do citosol, é de cer- ca de 0,01 mM. Se o citosol contivesse 0,4 M de glicose, a osmolaridade seria perigosamente elevada, causando uma entrada osmótica de água que poderia romper a célula (ver Figura 2-13). Além disso, com a concentração de glicose interna igual a 0,4 M e a concentração externa igual a 5 mM (a concentração no sangue de um mamífero), a variação de energia livre para o transporte de glicose para dentro das células contra este gradiente de concentração tão alto seria proibitivamente grande. As dextranas são polissacarídeos de bactérias e leve- duras, compostos por resíduos de D-glicose em ligações (a1S6); todos têm ramificações (a1S3), e alguns também têm ramificações (a1S2) ou (a1S4). A placa dentária, formada por bactérias que crescem na superfície dos den- tes, é rica em dextranas, as moléculas adesivas que permi- tem às bactérias grudarem-se nos dentes e umas às outras. As dextranas também fornecem uma fonte de glicose para o metabolismo bacteriano. Dextranas sintéticas são utili- zadas em alguns produtos comerciais (p. ex., Sephadex) que servem para o fracionamento de proteínas por meio de cromatografia por exclusão de tamanho (ver Figura 3-17b). As dextranas nesses produtos são quimicamente ligadas por ligações cruzadas para formarem materiais insolúveis de vários tamanhos. Alguns homopolissacarídeos têm funções estruturais A celulose – substância fibrosa, resistente e insolúvel em água – é encontrada na parede celular de plantas, particu- larmente em caules, troncos e todas as porções amadeira- das do corpo da planta, e constitui grande parte da mas- sa da madeira e quase a totalidade da massa do algodão. Como a amilose, a celulose é um homopolissacarídeo linear e não ramificado, constituído por 10.000 a 15.000 unidades de D-glicose. Entretanto, existe uma importante diferença: na celulose, os resíduos de D-glicose têm a configuração b (Figura 7-14), enquanto na amilose a glicose está em configuração a. Os resíduos de glicose na celulose estão ligados por ligações glicosídicas (b1S4), ao contrário das ligações (a1S4) da amilose. Devido à essa diferença, as moléculas individuais de celulose e amilose dobram-se es- pacialmente de maneiras diferentes, dando a essas molécu- las estruturas macroscópicas e propriedades físicas muito diferentes (ver a seguir). A natureza rígida e fibrosa da 4 1 H OH OH H CH2OH O H 4a H OH OHH CH2OH H H H O 1 H H a H 4 a H OH OHH CH2OH O H H O 1 O a 3 5 2 O 6 H 4 H OH OHH CH2OH O H H O 1 (a) Amilose Extremidade redutora Extremidade não redutora (c) Extremidades redutoras Amilose Extremidades não redutoras Amilopectina Ponto de ramificação (a1S6) 6 O H 4 H OH OHH CH2OH O H H O 1 6 H 4 H OH OHH CH2 O H H O 1 O A Cadeia principal (b) Ramificação Ponto de ramificação (a1S6) FIGURA 713 Glicogênio e amido. (a) Segmento curto de amilose, polí- mero linear de resíduos de D-glicose em ligações (a1S4). Uma única cadeia pode conter alguns milhares de resíduos de glicose. A amilopectina tem trechos de resíduos ligados de maneira similar, situados entre pontos de ra- mificação. O glicogênio tem a mesma estrutura básica, porém é mais ramifi- cado do que a amilopectina. (b) Ponto de ramificação (a1S6) no glicogênio ou na amilopectina. (c) Agrupamento de amilose e amilopectina como o que supostamente ocorre nos grânulos de amido. Fitas de amilopectina (em preto) formam estruturas em hélice dupla umas com as outras ou com fitas de amilose (em azul). A amilopectina tem pontos de ramificação (a1S6) frequentes (em vermelho). Os resíduos de glicose nas extremidades não redutoras das ramificações mais externas são removidos enzimaticamente durante a mobilização do amido para produção de energia. O glicogênio tem estrutura similar; porém, é mais ramificado e mais compacto. Nelson_6ed_07.indd 256Nelson_6ed_07.indd 256 07/04/14 14:3007/04/14 14:30 P R I N C Í P I O S D E B I O Q U Í M I C A D E L E H N I N G E R 2 5 7 celulose a torna útil para produtos comerciais como pape- lão e material para isolamento, e ela é um dos principais componentes dos tecidos de algodão e linho. A celulose é também a matéria-prima para a produção comercial de ce- lofane e seda artificial (rayon). O glicogênio e o amido ingeridos na dieta são hidroli- sados por a-amilases e glicosidases, enzimas presentes na saliva e no intestino que rompem ligações glicosídicas (a1S4) entre as unidades de glicose. A maioria dos animais vertebrados não consegue utilizar a celulose como uma fon- te combustível, pois eles carecem de uma enzima que hi- drolise ligações (b1S4). Os cupins digerem a celulose (e, portanto, a madeira) prontamente, mas somente porque carregam no trato intestinal um microrganismo simbiótico, Trichonympha, que secreta celulase, enzima que hidroli- sa as ligações (b1S4) (Figura 7-15). Estudos de genética molecular têm revelado que os genes que codificam as en- zimas para a degradação da celulose estão presentes nos genomas de uma ampla gama de animais invertebrados, incluindo artrópodes e nematódeos. Existe uma exceção importante para a ausência da celulase nos vertebrados: os animais ruminantes, tais como gado, ovelhas e cabras, car- regam no rúmen (o primeiro dos quatro compartimentos de seus estômagos) microrganismos simbióticos que con- seguem hidrolisar a celulose, permitindo que estes animais degradem a celulose das gramíneas macias de sua dieta, mas não de plantas arbustivas. A fermentação no rúmen gera acetato, propionato e b-hidroxibutirato, que o animal utiliza para sintetizar os açúcares do leite (p. 560). A biomassa (tal como a gramínea Panicum virgatum) rica em celulose pode ser utilizada como matéria-prima para a fermentação de carboidratos a etanol, para ser utili- zado com um aditivo na gasolina. A produção de biomassa anual na Terra (realizada principalmente pelos organismos fotossintéticos) é o equivalente energético de aproximada- mente um trilhão de barris de petróleo, quando convertida a etanol por meio da fermentação. Devido à sua potencial utilidade para a conversão debiomassa em bioenergia, as enzimas que degradam a celulose, tais como a celulase, es- tão sob intensa investigação. Complexos supramoleculares chamados celulosomos, encontrados na superfície externa da bactéria Clostridium cellulolyticum, incluem a subuni- dade catalítica da celulase, juntamente com proteínas que unem uma ou mais moléculas de celulase à superfície bac- teriana, e uma subunidade que se liga à celulose e a posicio- na no sítio catalítico. Uma fração principal da biomassa fotossintética está na porção amadeirada das plantas e árvores, a qual consiste em celulose e outros polímeros derivados de carboidratos não facilmente digeríveis, tanto química como biologica- mente. As ligninas, por exemplo, formam aproximadamen- te 30% da massa da madeira. Sintetizadas a partir de pre- cursores que incluem a fenilalanina e a glicose, as ligninas são polímeros complexos com ligações cruzadas covalentes com a celulose que complicam a digestão da celulose pela celulase. Para que as plantas lenhosas sejam utilizadas para a produção de etanol a partir de biomassa, maneiras melho- res para digerir os componentes da madeira precisarão ser encontradas. A quitina é um homopolissacarídeo linear composto por resíduos de N-acetilglicosamina em ligações (b1S4) (Figura 7-16). A única diferença química em comparação com a celulose é a substituição de um grupo de hidroxila em C-2 por um grupo de amina acetilado. A quitina forma fibras longas similares às fibras da celulose e, como a celu- lose, não pode ser digerida por vertebrados. A quitina é o principal componente dos exoesqueletos duros de aproxi- madamente 1 milhão de espécies de artrópodes – insetos, lagostas e caranguejos, por exemplo – e é provavelmente o segundo polissacarídeo mais abundante na natureza, depois da celulose; estima-se que 1 bilhão de toneladas de quitina são produzidas a cada ano na biosfera. Fatores estéricos e ligações de hidrogênio influenciam o enovelamento dos homopolissacarídeos O enovelamento de polissacarídeos em três dimensões segue os mesmos princípios que governam a estrutura de polipeptídeos. Subunidades com estrutura relativamente rí- gida ditada por ligações covalentes formam estruturas ma- cromoleculares tridimensionais estabilizadas por interações fracas dentro da própria molécula ou intermoleculares, tais como ligações de hidrogênio, interações hidrofóbicas, inte- rações de van der Waals e, para polímeros com subunidades carregadas, interações eletrostáticas. Como os polissacarí- deos têm muitos grupos hidroxila, as ligações de hidrogênio OH HO Unidades de D-glicose ligadas por ligações (b1S4) O O O HO OH O OH OH 4 6 5 2 13 O FIGURA 714 Celulose. Duas unidades de uma cadeia de celulose; os resíduos de D-glicose estão em ligações (b1S4). As rígidas estruturas em cadeira podem rotar uma em relação à outra. FIGURA 715 Degradação da celulose por Trichonympha, protista do estômago dos cupins da madeira. O Trichonympha produz a enzima ce- lulase, que hidrolisa as ligações glicosídicas (b1S4) da celulose, tornando a madeira uma fonte metabolizável de açúcar (glicose) para o protista e para o cupim. Embora diversos invertebrados consigam digerir a celulose, ape- nas alguns vertebrados o fazem (os ruminantes, como o gado, as ovelhas e as cabras); os ruminantes são capazes de utilizar a celulose como alimento porque o primeiro dos seus quatro compartimentos estomacais (o rúmen) é colonizado por bactérias e protistas que secretam celulase. Nelson_6ed_07.indd 257Nelson_6ed_07.indd 257 07/04/14 14:3007/04/14 14:30 2 5 8 DAV I D L . N E L S O N & M I C H A E L M . COX têm uma influência especialmente importante em suas es- truturas. O glicogênio, o amido e a celulose são compostos por subunidades de piranose (o anel de seis membros), as- sim como os oligossacarídeos de glicoproteínas e glicolipí- deos a serem discutidos a seguir. Tais moléculas podem ser representadas como uma série de rígidos anéis de piranose conectados por um átomo de oxigênio que une dois átomos de carbono (a ligação glicosídica). Existe, em princípio, li- vre rotação ao redor de ambas as ligações C-O que ligam os resíduos (Figura 7-14), porém, como nos polipeptídeos (ver Figuras 4-2 e 4-9), a rotação ao redor de cada ligação é limi- tada pelo impedimento estérico gerado pelos substituintes. As estruturas tridimensionais dessas moléculas podem ser descritas nos termos dos ângulos de diedro, da ligação gli- cosídica (Figura 7-17), análogos aos ângulos f e c forma- dos pela ligação peptídica (ver Figura 4-2). O volume do anel de piranose e seus substituintes, e os efeitos eletrônicos sobre o carbono anomérico, cons- tringem os ângulos f e c; assim, certas conformações são muito mais estáveis do que outras, como pode ser mos- trado por um mapa da energia em função destes ângulos (Figura 7-18). A estrutura tridimensional mais estável para as cadeias ligadas por ligações (a1S4) do amido e do glicogênio é uma hélice firmemente enrolada (Figura 7-19), esta- bilizada por ligações de hidrogênio entre as cadeias. Na amilose, que não é ramificada, essa estrutura é regular o suficiente para permitir a cristalização e, portanto, a de- terminação da estrutura por difração de raios X. O plano médio de cada resíduo ao longo da cadeia da amilose for- ma um ângulo de 60o com o plano médio do resíduo pre- decessor, de modo que a estrutura em hélice tem seis re- síduos por volta. Para a amilose, o centro da hélice tem FIGURA 716 Quitina. (a) Segmento curto de quitina, ho- mopolímero de unidades de N-acetil-D-glicosamina em liga- ções (b1S4). (b) Besouro Pelidnota punctata, com sua arma- dura (exoesqueleto) de quitina. (a) (b) O H H H O HO 1 1 1 1 1 14 4 4 4 HO O O O O O CH2OH CH2OH HO O CH2OH O 6 6 5 O O C O CH2 HO HO O O HO CH2OH OH OH O HO HO HO f c f f c v c Celulose Repetições de (b1S4)Glc Amilose Repetições de (a1S4)Glc Dextrana Repetições de (a1S6)Glc (com ramificações (a1S3), não mostradas) FIGURA 717 Conformação das ligações glicosídicas da celulose, amilose e dextrana. Os polímeros estão representados como rígidos anéis de piranose unidos por ligações glicosídicas, com livre rotação ao redor des- sas ligações. Observe que na dextrana também existe livre rotação ao redor da ligação entre C-5 e C-6 (o ângulo de torção v [ômega]). Nelson_6ed_07.indd 258Nelson_6ed_07.indd 258 07/04/14 14:3007/04/14 14:30 P R I N C Í P I O S D E B I O Q U Í M I C A D E L E H N I N G E R 2 5 9 precisamente as dimensões corretas para acomodar íons complexos de iodo (I– 3 e I5 –), formando um complexo azul intenso. Essa interação é a base de um teste qualitativo comum para a presença de amilose. Para a celulose, a conformação mais estável é aquela na qual cada cadeira gira 180o em relação aos vizinhos, o que gera uma cadeia reta e estendida. Todos os grupos –OH es- tão disponíveis para ligações de hidrogênio com as cadeias vizinhas. Com algumas cadeias estendendo-se lado a lado, uma rede estabilizada por ligações de hidrogênio interca- deia e intracadeia produz fibras supramoleculares retas e estáveis, com grande resistência à tensão (Figura 7-20). Essa propriedade da celulose a tem feito uma substância útil para as civilizações por milênios. Muitos produtos ma- nufaturados, incluindo papiro, papel, papelão, viscose, iso- lantes e vários outros materiais úteis, são derivados da ce- lulose. O conteúdo de água desses materiais é baixo porque o grande número de ligações de hidrogênio entre as cadeias das moléculas de celulose esgota sua capacidade para for- mação de ligações de hidrogênio. As paredes celulares de bactérias e algas contêm heteropolissacarídeos estruturais O componente rígido das paredes celulares bacterianas (o peptidoglicano) é um heteropolímero de resíduos alterna- dos de N-acetilglicosamina e ácido N-acetilmurâmico uni- dos por ligações (b1S4) (ver Figura 20-30). Os polímeros lineares encontram-selado a lado na parede celular, cruza- damente ligados por peptídeos curtos, cuja estrutura exata depende da espécie bacteriana. As ligações cruzadas dos peptídeos juntam as cadeias de polissacarídeo em uma bai- nha resistente (peptidoglicano) que envolve a célula inteira e impede o inchaço e a lise celular devidos à entrada osmó- tica de água. A enzima lisozima é bactericida por hidrolisar as ligações glicosídicas (b1S4) entre N-acetilglicosamina d f,c 5 308,2408 d f,c 5 21708, 21708(a) (b) c f FIGURA 718 Mapa das conformações mais comuns em oligossa- carídeos e polissacarídeos. Os ângulos de torção f e c (ver Figura 7-17), que definem as relações espaciais entre anéis adjacentes, podem, em prin- cípio, ter qualquer valor entre 0o e 360o. Na verdade, alguns dos ângulos de torção originariam conformações estericamente impedidas, enquanto outros originam conformações que maximizam a formação de ligações de hidrogênio. (a) Quando a energia relativa (S) para cada valor de f e c é re- presentada em um gráfico, com os contornos de isoenergia (“mesma ener- gia”) representados em intervalos de 1 kcal/mol acima do estado de energia mínima, o resultado é um mapa das conformações preferenciais. Este mapa é análogo ao gráfico de Ramachandran para peptídeos (ver Figuras 4-3 e 4-9). (b) Dois extremos energéticos para o dissacarídeo Gal(b1S3)Gal; estes valores estão representados no diagrama de energia (a) pelos círculos ver- melho e azul. O círculo vermelho indica a conformação menos favorecida; o círculo azul indica a conformação mais favorecida. As conformações conhe- cidas dos três polissacarídeos mostrados na Figura 7-17 foram determina- das por cristalografia por raios X e todas estão dentro das regiões de menor energia do mapa. (b) CH2OH O HO Unidades de D-glicose ligadas por ligações (a1S4) (a) OHHO CH2OH HO O O O FIGURA 719 A estrutura helicoidal do amido (amilose). (a) Na con- formação mais estável, por causa das rígidas cadeiras adjacentes, a cadeia polissacarídica é curva, em vez de reta como a da celulose (ver Figura 7-14). (b) Modelo de um segmento da amilose; para maior clareza, os grupos hi- droxila de apenas um resíduo de glicose estão representados. Compare os dois resíduos sombreados em cor salmão com as estruturas químicas em (a). Pela conformação das ligações (a1S4) na amilose, na amilopectina e no gli- cogênio, estes polímeros formam estruturas firmes em hélice enrolada. Estas estruturas compactas originam os densos grânulos de armazenamento de amido ou glicogênio observados em muitas células (ver Figura 20-2). Nelson_6ed_07.indd 259Nelson_6ed_07.indd 259 07/04/14 14:3007/04/14 14:30 2 6 0 DAV I D L . N E L S O N & M I C H A E L M . COX e ácido N-acetilmurâmico (ver Figura 6-27); essa enzima é encontrada nas lágrimas dos seres humanos, onde é pre- sumivelmente uma defesa contra infecções bacterianas nos olhos, e é também produzida por certos vírus de bactérias para garantir que o vírus seja liberado de dentro da célula bacteriana hospedeira, etapa essencial do ciclo de infecção viral. A penicilina e os antibióticos relacionados são bacte- ricidas por impedirem a formação das ligações cruzadas, tornando a parede celular muito fraca para resistir à lise osmótica (ver p. 224). Certas algas marinhas vermelhas têm paredes celulares que contêm ágar, mistura de heteropolissacarídeos sulfa- tados compostos por D-galactose e um derivado de L-galac- tose, unidos entre C-3 e C-6 por uma ligação éter. O ágar é uma complexa mistura de polissacarídeos, todos com o mesmo esqueleto estrutural, mas sendo substituídos por di- ferentes quantidades de sulfato e piruvato. A agarose (Mr ,150.000) é o componente do ágar que possui menos gru- pamentos carregados (sulfatos, piruvatos) (Figura 7-21). Sua propriedade singular de formar géis a torna útil nos la- boratórios de bioquímica. Quando uma suspensão de agaro- se em água é aquecida e depois resfriada, a agarose forma uma hélice dupla: duas moléculas em orientação paralela se enrolam uma na outra, com uma volta da hélice a cada três resíduos; moléculas de água ficam retidas na cavidade central. Essas estruturas helicoidais se associam umas com as outras para formar um gel – uma matriz tridimensional que retém grandes quantidades de água. Géis de agarose são utilizados como suportes inertes para a separação ele- troforética de ácidos nucleicos, uma parte essencial do pro- cesso de sequenciamento de DNA (p. 302). O ágar também é utilizado para formar uma superfície para o crescimento de colônias bacterianas. Outra utilidade comercial do ágar é a produção de cápsulas, nas quais alguns medicamentos e vitaminas são encapsulados; o ágar seco dissolve-se pronta- mente no estômago e é metabolicamente inerte. Os glicosaminoglicanos são heteropolissacarídeos da matriz extracelular O espaço extracelular dos tecidos dos animais multicelula- res é preenchido com um material semelhante a gel, a ma- triz extracelular (MEC), também chamada de substân- cia fundamental, que mantém as células unidas e provê um meio poroso para a difusão de nutrientes e oxigênio para cada célula. A MEC, que circunda fibroblastos e outras cé- lulas do tecido conectivo, é composta por uma rede entre- laçada de polissacarídeos e proteínas fibrosas, como coláge- nos, elastinas e fibronectinas fibrilares. A membrana basal é uma MEC especializada sobre a qual se assentam as células epiteliais; ela é constituída por colágenos especializados, lamininas e heteropolissacarídeos. Esses heteropolissaca- rídeos, os glicosaminoglicanos, formam uma família de polímeros lineares compostos por unidades de dissacarídeo repetidas (Figura 7-22). Os glicosaminoglicanos são ex- clusivos de animais e bactérias, não sendo encontrados em plantas. Um dos dois monossacarídeos é obrigatoriamente N-acetilglicosamina ou N-acetilgalactosamina; o outro, na maioria dos casos, é um ácido urônico, geralmente ácido D- -glicurônico ou ácido L-idurônico. Alguns glicosaminoglica- nos contêm grupos sulfato esterificados. A combinação dos grupos sulfato com os grupos carboxilato dos resíduos de ácido urônico gera uma densidade muito grande de cargas negativas. Para minimizar as forças de repulsão entre gru- pos vizinhos carregados, essas moléculas adotam em solu- ção uma conformação estendida, formando uma hélice em formato de bastão na qual os grupos carboxilato negativa- mente carregados situam-se em lados alternados da hélice (como mostrado para a heparina na Figura 7-22). O formato de bastão estendido também leva à maior separação pos- sível entre os grupos sulfato negativamente carregados. O padrão de resíduos de açúcar sulfatados e não sulfatados específico para cada glicosaminoglicano proporciona que diferentes ligantes proteicos, os quais se ligam eletrosta- ticamente aos glicosaminaglicanos, sejam reconhecidos especificamente. Os glicosaminoglicanos sulfatados são li- gados a proteínas extracelulares para formarem proteogli- canos (Seção 7.3). O glicosaminoglicano ácido hialurônico (hialuronana) contém resíduos alternados de ácido D-glicurônico e N-ace- 4 6 5 2 1 3 5 FIGURA 720 Cadeias de celulose. Representação em escala de segmen- tos de duas cadeias de celulose paralelas, mostrando a conformação dos re- síduos de D-glicose e as ligações de hidrogênio formando ligações cruzadas. Na unidade de hexose embaixo à esquerda, estão representados todos os átomos de hidrogênio; nas outras três unidades de hexose, os hidrogênios ligados ao carbono foram omitidos para maior clareza, já que não participam de ligações de hidrogênio. Agarose 3)D-Gal(b1S4)3,6-anidro-L-Gal2S (unidades de repetição a1) HO OH O 3 3 1 2 2 5 5 4 6 6 O CH2OH OSO3 2 O O1 4 CH2 O FIGURA 721 Agarose. As unidades repetidas da agarose são constituídas por D-galactose unidas por ligação (b1S4) a 3,6-anidro-L-galactose (na qual uma ligação éter conecta C-3 e C-6). Essas unidades são ligadas por ligações glicosídicas (a1S3),formando polímeros com um comprimento de 600 a 700 resíduos. Uma pequena fração dos resíduos de 3,6-anidro-L-galactose contém um éster de sulfato em C-2 (como mostrado aqui). Os parênteses abertos no nome sistemático indicam que as unidades repetidas estendem- -se a partir das duas extremidades. Nelson_6ed_07.indd 260Nelson_6ed_07.indd 260 07/04/14 14:3007/04/14 14:30 P R I N C Í P I O S D E B I O Q U Í M I C A D E L E H N I N G E R 2 6 1 tilglicosamina (Figura 7-22). Contendo até 50.000 repeti- ções da unidade dissacarídica básica, o ácido hialurônico tem massa molecular de alguns milhões; ele forma soluções claras, altamente viscosas, que funcionam como lubrifican- tes no líquido sinovial das articulações e geram a consistên- cia gelatinosa do humor vítreo nos olhos dos vertebrados (a palavra grega hyalos significa “vidro”; o ácido hialurônico pode ter aparência vítrea ou translúcida). O ácido hialurô- nico também é um componente da matriz extracelular de cartilagens e tendões, onde auxilia na resistência à tensão e elasticidade, devido à sua forte interação não covalente com outros componentes da matriz. A hialuronidase, enzima se- cretada por certas bactérias patogênicas, hidrolisa as liga- ções glicosídicas do ácido hialurônico, tornando os tecidos mais suscetíveis à infecção bacteriana. Em muitas espécies animais, uma enzima similar presente no espermatozoide hidrolisa o revestimento de glicosaminoglicano que envolve o óvulo, permitindo a penetração do espermatozoide. Os outros glicosaminoglicanos diferem do ácido hialurô- nico em três aspectos: em geral são polímeros muito mais curtos, estão covalentemente ligados a proteínas específi- cas (proteoglicanos), e uma ou as duas unidades monomé- ricas são diferentes daquelas do ácido hialurônico. O sul- fato de condroitina (do grego chondros, “cartilagem”) auxilia na resistência à tensão das cartilagens, dos tendões, dos ligamentos e das paredes da aorta. O dermatan-sulfato (do grego derma, “pele”) auxilia na flexibilidade da pele e também está presente em vasos sanguíneos e válvulas car- díacas. Nesse polímero, muitos dos resíduos de glicuronato presentes no sulfato de condroitina estão substituídos por seu 5-epímero, L-iduronato(IdoA). H H H H H H H H H O HO HO OH OH OH OH OH OH COO2 COO2 O a-L-Iduronato (IdoA) b-D-Glicuronato (GlcA) Os queratan-sulfatos (do grego keras, “chifre”) não contêm ácido urônico, e o conteúdo de sulfato é variável. Estão presentes em cartilagens, ossos e várias estruturas córneas formadas por células mortas: chifres, cabelos, cas- cos, unhas e garras. O heparan-sulfato (do grego hépar, “fígado”; originalmente isolado de fígado de cachorro) é sintetizado por todas as células animais e contém arranjos variados de açúcares sulfatados e não sulfatados. Os seg- mentos sulfatados da cadeia permitem a interação com um grande número de proteínas, incluindo fatores de cresci- H OH H CH2 O HHHO H CH2OH H H H H O H H CH2OH O H H OH OH H H H H OSO3 NH O O“C CH3 Gal H O GlcNAc H H CH2OH O HHO H OH OH H H H (b1S4) (b1S4) (b1S3) (b1S3) (b1S3) (b1S4) (a1S4) (a1S4) H H COO2 NH O“C CH3 GlcA H O COO2 O O O 2O3SO GlcA H OH NH O“C CH3 Glicosaminoglicano Dissacarídeo repetido Segmento de heparina Número de dissacarídeos por cadeia Ácido hialurônico Condroitina- -4-sulfato Queratan- -sulfato ,50,000 20–60 ,25 H GalNAc4S GlcNAc6S 2 O O H H CH2 O H H H H COO2 H HH O OSO3 NHH OH Heparina 15–90 2 OSO3 2 OSO3 2 SO3 2 O GlcNS3S6S IdoA2S O FIGURA 722 Unidades repetidas de alguns glicosaminoglicanos comuns na matriz extracelular. Os glicosaminoglicanos são copolíme- ros de resíduos alternados de ácido urônico e aminoaçúcares (o queratan- -sulfato é uma exceção), com ésteres de sulfato presentes em diferentes posições, exceto no ácido hialurônico. Os grupos ionizados carboxilato e sulfato (em vermelho nas fórmulas em perspectiva) criam a alta carga nega- tiva característica destes polímeros. A heparina utilizada terapeuticamente contém principalmente ácido idurônico (IdoA) e uma proporção menor de ácido glicurônico (GlcA, não mostrado), em geral sendo altamente sulfatada e de comprimento heterogêneo. O modelo em volume atômico mostra um segmento da estrutura da heparina em solução, como determinada por es- pectroscopia de RMN (PDB ID 1HPN). Os carbonos no sulfato do ácido idurô- nico estão em azul; os carbonos no sulfato de glicosamina estão em verde. O oxigênio e o enxofre estão representados nas cores vermelho e amarelo, respectivamente. Os átomos de hidrogênio não estão mostrados (para maior clareza). O heparan-sulfato (não mostrado) é similar à heparina, mas contém uma proporção maior de GlcA e menos grupos sulfato, distribuídos em um padrão menos regular. Nelson_6ed_07.indd 261Nelson_6ed_07.indd 261 07/04/14 14:3007/04/14 14:30 2 6 2 DAV I D L . N E L S O N & M I C H A E L M . COX mento e componentes da matriz extracelular, assim como várias enzimas e fatores presentes no plasma. A heparina é uma forma fracionada do heparan-sulfato, derivada princi- palmente de mastócitos (tipo de leucócito). Ela é um agen- te terapêutico utilizado para inibir a coagulação sanguínea por sua capacidade de se ligar à antitrombina, um inibidor de proteases. A ligação da heparina leva a antitrombina a se ligar e inibir a trombina, protease essencial para a coagula- ção do sangue. Essa interação é fortemente eletrostática; a heparina tem a maior densidade de cargas negativas que a de qualquer macromolécula biológica conhecida (Figu- ra 7-23). A heparina purificada costuma ser adicionada a amostras de sangue coletadas para análises clínicas e ao sangue doado para transfusão, para impedir a coagulação. A Tabela 7-2 descreve a composição, as propriedades, as funções e a ocorrência dos polissacarídeos descritos na Seção 7.2. FIGURA 723 Interação entre um glicosaminoglicano e sua proteína ligante. O fator 1 de crescimento de fibroblastos (FGF1), seu receptor na superfície celular (FGFR) e um curto segmento de um glicosaminoglicano (heparina) foram cocristalizados para gerar a estrutura mostrada aqui (PDB ID 1E0O). As proteínas estão representadas por imagens de contorno da su- perfície, com as cores representando o potencial eletrostático predominante da superfície: vermelho, carga negativa; azul, carga positiva. A heparina está representada no modelo de esfera e bastão, com as cargas negativas (¬SO– 3 e –COO–) atraídas para a superfície positiva (azul) da proteína FGF1. A hepari- na foi utilizada neste experimento, mas o glicosaminoglicano que se liga ao FGF1 in vivo é o heparan-sulfato presente na superfície celular.Glicosaminoglicano (heparina) Nelson_6ed_07.indd 262Nelson_6ed_07.indd 262 07/04/14 14:3007/04/14 14:30 Dica do professor O vídeo a seguir apresenta o processo de ingestão de amido. Assista! Aponte a câmera para o código e acesse o link do conteúdo ou clique no código para acessar. https://fast.player.liquidplatform.com/pApiv2/embed/cee29914fad5b594d8f5918df1e801fd/62b654a70a87d1a41c94fda3ed67c2d6 Exercícios 1) Sobre monossacarídeos e dissacarídeos, aponte a afirmativa correta. A) A D-glicose é um exemplo de monossacarídeo do tipo aldose. B) Os monossacarídeos têm como característica comum a ausência de átomos de carbono quirais. C) Em solução aquosa, todos os monossacarídeos com cinco carbonos ou mais tentem a apresentar-se como estruturas de cadeia aberta, ou seja, estruturas não cíclicas. D) A glicose é um exemplo de monossacarídeo, mas não é um exemplo de açúcar redutor. E) Sacarose e lactose são exemplos de monossacarídeos. 2) Analise as afirmativas e assinale a resposta correta: I - Os polissacarídeos podem ser diferenciados em homopolissacarídeos (com somente uma espécie monomérica) e heteropolissacarídeos (com dois ou mais tipos diferentes de monômeros). II - Amido e glicogêniosão exemplos de homopolissacarídeos. III - Os glicosaminoglicanos que compõem a matriz extracelular são exemplos de heteropolissacarídeos. A) Apenas a alternativa I está correta. B) Apenas a alternativa II está correta. C) Apenas a alternativa III está correta. D) Todas estão corretas. E) Todas estão erradas. 3) Ao longo dos tempos, o amido constituiu uma das principais fontes de carboidratos da dieta humana. Além de melhorar as propriedades físico-químicas (textura, aparência, consistência) dos alimentos, o amido é um ingrediente calórico, capaz de gerar energia ao organismo após metabolização. Sobre a digestão do amido, marque a opção correta. A) A digestão do amido inicia no estômago, mediante intensa ação da α-amilase salivar. B) A α-amilase salivar inicia a digestão do amido na boca, em uma reação que independe da presença de água. C) A α-amilase salivar inicia o processo de digestão do amido na boca, gerando fragmentos de polissacarídeos curtos ou oligossacarídeos que, por sua vez, sofrem ação da α-amilase pancretática no intestino, gerando maltose, maltotriose e dextrinas. D) A α-amilase é produzida somente nas glândulas salivares. E) A α-amilase salivar degrada ligações do tipo α 1→6 entre as moléculas do amido, enquanto que a α-amilase pancreática degrada ligações do tipo α1→4. 4) São exemplos de monossacarídeos, oligossacarídeos e polissacarídeos, respectivamete: A) Dextrose, sacarose e glicogênio. B) Sacarose, frutose e glicose. C) Amido, celulose e quitina. D) Lactose, amido e glicose. E) Maltose, xilose e frutose. 5) Sobre os polissacarídeos, também conhecidos como "açúcares complexos", é correto afirmar que: I - O glicogênio é um polissacarídeo de armazenamento da glicose em animais e pode ser encontrado na forma de grânulos no músculo e no fígado. II - A extensão da hidrólise do amido pela amilase é determinada por sua estrutura e pelo grau de cristalização ou hidratação. III - A lactose é um polissacarídeo complexo degradado pela enzima lactase. A) Apenas I está correta. B) Apenas II está correta. C) Todas estão corretas. D) Apenas III está correta. E) Apenas I e II estão corretas. Na prática Ao consumir leite e derivados, estamos ingerindo lactose, um dissacarídeo importantíssimo para a sobrevivência dos mamíferos lactentes. Confira na ilustração as causas de intolerância à lactose. Saiba + Para ampliar o seu conhecimento a respeito desse assunto, veja abaixo as sugestões do professor: Intolerância à lactose: mudança de paradigmas com a biologia molecular Aponte a câmera para o código e acesse o link do conteúdo ou clique no código para acessar. http://www.scielo.br/pdf/ramb/v56n2/a25v56n2.pdf Fibras alimentares: Classificação, propriedades e análise Apresentação As fibras alimentares são materiais comestíveis, de origem vegetal, que não podem ser hidrolisadas por enzimas no corpo humano. As fibras podem ser classificadas em fibras solúveis e insolúveis, de acordo com sua funcionalidade no organismo. A ingestão de fibras resulta em diversos benefícios ao organismo relacionados, especialmente, ao bom funcionamento do intestino. Nesta Unidade de Aprendizagem, você vai conhecer as propriedades e a classificação das fibras, além dos principais métodos utilizados para identificação e quantificação desses compostos em alimentos. Também irá identificar as leis relacionadas à rotulagem e sua importância para a saúde. Bons estudos. Ao final desta Unidade de Aprendizagem, você deve apresentar os seguintes aprendizados: Reconhecer a classificação dos diferentes tipos de fibras e suas propriedades.• Identificar os métodos de análise da composição química das fibras.• Explicar a inserção da quantidade de fibras em rótulos nutricionais e sua relação com a saúde.• Desafio As fibras alimentares podem ser definidas como parte das plantas ou de carboidratos resistentes à digestão e à absorção no intestino. A ingestão de fibras beneficia o funcionamento do intestino e, como consequência, traz diversos benefícios à saúde, como redução do colesterol, melhor absorção de alguns nutrientes, redução do risco de câncer e de doenças cardiovasculares. Ciente da importância das fibras na dieta, uma empresa que produz barras de cereal deseja lançar um produto com alto teor de fibras. Segundo a legislação brasileira, essa barra de cereal pode ser considerada com alto teor de fibras? Justifique sua resposta. Infográfico As fibras alimentares vêm despertando muito interesse de especialistas das áreas de nutrição e saúde, pois elas regularizam o funcionamento do intestino, tornando-as essenciais para o bem-estar das pessoas saudáveis e para o tratamento de várias doenças. O consumo de fibra alimentar reduz o risco de ocorrência de doenças cardiovasculares, diabetes, hipertensão, obesidade, bem como algumas patologias gastrointestinais. Veja, no Infográfico, os benefícios em diferentes partes do corpo humano referentes à ingestão de fibras. Aponte a câmera para o código e acesse o link do conteúdo ou clique no código para acessar. https://statics-marketplace.plataforma.grupoa.education/sagah/248697d9-a7d3-47f8-9951-80229664631f/414a0460-c2b0-4869-ace6-07c94fe4ba07.png Conteúdo do livro As fibras são carboidratos que fazem parte dos vegetais. Elas não são absorvidas nem digeridas pelo organismo, sendo que passam intactas pelo sistema digestório. São classificadas como solúveis e insolúveis. Diversos métodos analíticos podem ser utilizados para identificar e quantificar a presença de fibras em alimentos. A declaração da presença desses compostos é obrigatória nas embalagens dos produtos alimentícios. A ingestão de fibras pode trazer diversos benefícios ao organismo, sendo o principal deles o melhor funcionamento do intestino. No capítulo Fibras alimentares: classificação, propriedades e análise, do livro Bromatologia, você vai conhecer a classificação das fibras e os principais métodos utilizados para a análise desses compostos em alimentos. Além disso, vai compreender as leis de rotulagem e sua importância para a saúde Boa leitura. BROMATOLOGIA Fernanda Robert de Mello Fibras alimentares: classificação, propriedades e análise Objetivos de aprendizagem Ao final deste texto, você deve apresentar os seguintes aprendizados: Reconhecer a classificação dos diferentes tipos de fibras e suas propriedades. Identificar os métodos de análise da composição química das fibras. Explicar a inserção da quantidade de fibras em rótulos nutricionais e sua relação com a saúde. Introdução Segundo a legislação brasileira, fibra alimentar é qualquer material combustível que não seja hidrolisado pelas enzinas endógenas do trato digestivo humano (BRASIL, 2003). Elas também não fornecem qualquer tipo de nutriente para o organismo. São importantes, pois atuam no bom funcionamento intestinal. As fibras alimentares podem ser classificadas como solúveis e insolú- veis. As fibras solúveis retardam o esvaziamento gástrico, diminuem a taxa de absorção de carboidratos e lipídeos, apresentam alta viscosidade e são fermentáveis. Por outro lado, as fibras insolúveis não são fermentáveis e aceleram o trânsito intestinal por meio do aumento do bolo fecal. O teor de fibras é um item obrigatório nas tabelas nutricionais dos alimentos e deve ser apresentado em gramas, como fibra total. A pas- sagem das fibras alimentares pelo trato digestivo resulta em diversos efeitos fisiológicos importantes, sendo os mais conhecidos o bom fun- cionamento do intestino e a prevenção de algumas doenças. Neste capítulo, você vai conhecer as propriedades e a classificação das fibras e os principais métodos utilizados para identificação e quan- tificação desses compostos em alimentos. Além disso, vai identificar as leis relacionadas à rotulagem e sua importância para a saúde Classificação e propriedades das fibras Segundo a Association of Offi cial Analytical Chemists (AOAC), órgão ameri- cano, fi bra alimentaré a parte comestível das plantas ou análogos aos carboi- dratos que são resistentes à digestão e absorção pelo intestino delgado humano, com fermentação parcial ou total no intestino grosso (COPPINI, 2004). De acordo com a Resolução RDC nº 40, de 21 de março de 2001, da Agência Nacional de Vigilância Sanitária (Anvisa), fibra alimentar é qualquer material comestível que não seja hidrolisado pelas enzimas endógenas no trato digestivo humano (FILISETTI; LOBO, 2005). A fibra alimentar, também denominada fibra dietética, é constituída de polímeros de carboidratos, com três ou mais unidades monoméricas, e mais a lignina — um polímero de fenilpropano (ANDERSON et al., 2009; HOW- LETT et al., 2010). Os efeitos positivos da fibra alimentar estão relacionados, em parte, ao fato de que uma parcela da fermentação de seus componentes ocorre no intestino grosso, o que produz impacto sobre a velocidade do trânsito intestinal, sobre o pH do cólon e sobre a produção de subprodutos com importante função fisiológica (DEVRIES, 2003). A classificação das fibras de acordo com sua solubilidade em água tem sido o critério mais utilizado, dividindo as fibras em solúveis e insolúveis. Pectinas, gomas, mucilagens e algumas hemiceluloses são exemplos de fibras solúveis, cujas fontes principais são frutas, verduras, farelo de aveia, cevada e leguminosas (feijão, grão-de-bico, lentilha e ervilha). As fibras solúveis retardam o esvaziamento gástrico e o trânsito intestinal, apresentam alta viscosidade e são fermentáveis. Já as fibras insolúveis, como a celulose, a lignina e algumas hemiceluloses, têm como fontes principais o farelo de trigo, os grãos integrais e as verduras. Essas fibras contribuem para a redução de peso, uma vez que induzem a saciedade mais precocemente e estimulam o peristaltismo intestinal por meio do aumento do bolo fecal (PAPATHANA- SOPOULOS; CAMILLERI, 2010). Também é possível classificar as fibras de acordo com suas propriedades físico-químicas, tais como viscosidade (ou capacidade hidrofílica) e fermen- tabilidade. As pectinas, as gomas, as mucilagens e os amidos resistentes são exemplos de fibras com alta viscosidade, pois têm alta afinidade pela água e Fibras alimentares: classificação, propriedades e análise2 formam material gelatinoso no intestino delgado. Em geral, quanto mais solúvel for uma fibra, maior será o seu grau de fermentação. Ainda, as fibras podem ser classificadas como polissacarídeos estruturais (celulose, hemicelulose, pectina e amido resistente), polissacarídeos não estruturais (gomas e mucilagens) e compostos não polissacarídeos, como a lignina e outras substâncias (inulina, FOS e amidos resistentes). Fibras solúveis De acordo com Mondini e Monteiro (1995), as fi bras alimentares solúveis são, em geral, viscosas e gomosas, com alta capacidade de absorção de água. As fi bras solúveis estão presentes em vários produtos que têm exclusivamente esse tipo de fi bras, com destaque para a goma acácia, a pectina (presente nos vegetais) e a goma xantana (de origem bacteriana), mas também nos produtos: fl ocos vegetais, fl ocos de aveia, cevada e leguminosas (feijão, lentilha, soja e grão-de-bico), embora em quantidade muito menor à das fi bras insolúveis (MONDINI; MONTEIRO, 1995) A principal fibra solúvel é a pectina, encontrada em frutas (laranja e ma- çãs), vegetais (cenoura), farelos de aveia e leguminosas. É classificada como solúvel por reter água formando uma estrutura em forma de gel. A maioria de concentrados de fibras tem uma parte solúvel e outra, geralmente bem menor, insolúvel. Ao lado delas, existem os polissacarídeos e os oligossacarídeos resistentes à digestão e não precipitáveis, porém com propriedades fisioló- gicas semelhantes às das fibras solúveis. Entre tais, se destacam a inulina, a oligofrutose e a goma acácia (CHO; DEVRIES; PROSKY, 1997). O primeiro aspecto importante das fibras solúveis é o aumento do tempo de exposição dos nutrientes no estômago, proporcionando melhora na digestão, em particular, dos açúcares e das gorduras (MONDINI; MONTEIRO, 1995). Buckeridge e Tiné (2001) explicam que as fibras solúveis participam ativamente nessa função mecânica, mas, além disso, por apresentarem solubilidade mais alta em água e alta viscosidade, dificultam o trânsito de moléculas dentro do bolo alimentar. Por esse motivo, essas fibras “capturam” açúcares simples, gorduras, vitaminas, entre outras substâncias, por um tempo longo, e evitam que elas sejam absorvidas. Acredita-se que quando nos alimentamos de fibras solúveis, forma-se uma camada viscosa na superfície interna do intestino, que exerce a função de “filtrar” o que é absorvido naquele local. Se esse efeito é bom ou ruim para quem ingere tal tipo de fibra, depende de quanto e de qual o tipo de fibra solúvel. Dependendo da proporção de fibra solúvel na alimentação, uma 3Fibras alimentares: classificação, propriedades e análise menor quantidade de açúcares e gorduras será absorvida pelo organismo. Por um lado, isso pode ser bom, pois previne ou ameniza os efeitos daquelas substâncias sobre o diabetes (açúcares) e tende a diminuir a incidência de doenças cardiovasculares (gorduras). As fibras solúveis podem contribuir, ainda, para uma diminuição na inci- dência de certos tipos de câncer, tais como o câncer de cólon (intestino grosso), estômago e mama. Por outro lado, é importante lembrar que se houver consumo muito alto de fibras na alimentação, haverá uma tendência de aumento na fermentação destas pelas bactérias da flora intestinal, resultando em produção de gases em excesso (BUCKERIDGE; TINÉ, 2001). Fibras insolúveis As fi bras alimentares insolúveis não são fermentadas completamente e reali- zam esse processo de forma lenta. Uma das principais características dessas fi bras é sua capacidade de reter água, o que ajuda na eliminação das fezes e previne a constipação intestinal. Além disso, essas fi bras ajudam no au- mento do bolo fecal e estimulam o funcionamento adequado do intestino. As fi bras insolúveis são compostas principalmente por celulose, hemicelulose e lignina, componentes estruturais de plantas (DREHER, 1999). A celulose é um homopolissacarídeo linear formado de unidades de glicose unidas por ligações glicosídicas (NING; VILLOTA; ARTZ, 1991). As hemiceluloses compreendem um grupo de polissacarídeos ramifi cados (SILVA; FRANCO; GOMES, 1997) e a lignina constitui um polímero, não carboidrato, aromático, composto de resíduos de fenilpropano distribuídos ao acaso, formando uma estrutura tridimensional (SILVA; FRANCO; GOMES, 1997). O farelo de cereais e os grãos de cereais propriamente ditos são as princi- pais fontes de fibras insolúveis. Outras fontes de fibras insolúveis são cereais como a farinha de trigo integral e os vegetais feijão e soja (DREHER, 1999), As fibras insolúveis em solução enzimática aquosa atuam de maneira mais intensa com uma ação mecânica durante o trânsito digestivo. Em razão de sua hidrofobicidade, as fibras insolúveis também absorvem carcinogênicos hidrofóbicos, como derivados de pirenos e aminas aromáticas heterocíclicas. Segundo Dreher (1999), essas fibras ajudam na prevenção de algumas doen- ças, como a constipação, a diverticulite, as hemorroidas e o câncer colorretal. A principal função desse tipo de fibra é aumentar a velocidade do trânsito intestinal. Assim, diminuem a exposição do cólon a agentes que provocam câncer, fazendo com que dietas ricas em fibras insolúveis atuem diminuindo o risco de ocorrência de câncer nesse local. Fibras alimentares: classificação, propriedades e análise4 O consumo exagerado de fibras pode causar absorção excessiva de água, provocar desconforto intestinal, saciedade e constipação. O recomendado é que o consumo alto de fibras seja acompanhado da ingestão de uma grande quantidade de água. Métodos de análise da composição química das fibras A quantifi cação da fi bra alimentar é importante, uma vez que contribui para conhecer o valornutricional da alimentação, detectar adulterações e, ainda, verifi car a qualidade do produto. Apesar das divergências relacionadas à sua definição, do ponto de vista químico, a fibra alimentar consiste de polissacarídeos não amido e lignina, os quais não são metabolizados pelas enzimas intestinais do homem. Esses polissacarídeos são representados por compostos quimicamente diversos como hemicelulose, celulose, pectina, carragena, goma guar e ágar, entre outros (FREITAS et al., 2011). As propriedades físico-químicas de cada fração da fibra, assim como o grau de desintegração durante o processamento e a mastigação, influem em seus efeitos fisiológicos no organismo. A maioria dos métodos analíticos determina as fibras alimentares levando em conta o conceito químico. Poucos tentam medir o conceito fisiológico, que é basicamente a propriedade de não serem hidrolisadas por enzimas do trato digestivo (FREITAS et al., 2011). Os métodos analíticos de determinação de fibras têm vindo a sofrer alte- rações à medida que a definição de fibra alimentar evolui (IFST, 2007). Os atuais métodos preconizados para a determinação desse parâmetro vêm na sequência dos métodos desenvolvidos na década de 70 e que vieram a ser validados pela AOAC. Não existe um só método analítico que permita determinar todos os com- ponentes da fibra alimentar. Como tal, os métodos e as técnicas existentes complementam-se e têm vindo a ser estudados e melhorados com o objetivo de aumentar a sua precisão e rapidez e diminuir custos. As metodologias adotadas atualmente para a determinação dos diferentes componentes da fibra podem dividir-se em dois grupos fundamentais: métodos 5Fibras alimentares: classificação, propriedades e análise gravimétricos e métodos químicos. A determinação pode envolver tratamentos enzimáticos, no sentido de permitir uma análise mais completa, sendo esses métodos denominados por enzimático-gravimétricos e enzimático-químicos. Estes últimos incluem os métodos enzimático-colorimétricos e enzimático- -cromatográficos (CG/HPLC). Quando não é efetuada a digestão enzimática, caso dos métodos não enzimático-gravimétricos, não se recupera, para a maioria dos alimentos, uma porção significativa do que é considerado fibra alimentar total (LEE, s/d). Os métodos gravimétricos determinam somente a fração insolúvel de fibra alimentar e podem superestimar os valores de fibra por incluir valores de amido e proteína não solubilizados. No método enzímico-gravimétrico, o alimento é tratado com diversas enzimas fisiológicas (semelhante ao processo que ocorre no intestino delgado) permitindo separar e quantificar o conteúdo total de fibra e frações solúvel e insolúvel. Esse é o método recomendado pelo Ministério da Saúde no Brasil para rotulagem de alimentos. Os métodos enzímico-químicos medem os constituintes da fibra direta- mente por meio da extração dos açúcares de baixo peso molecular, remoção enzimática do amido, hidrólise ácida dos polissacarídeos e determinação dos resíduos de monossacarídeos por espectrofotometria ou cromatografia. As técnicas de fracionamento (métodos enzimático-cromatográficos) em conjunto com os métodos colorimétricos permitem dosear grande parte dos componentes da fibra alimentar. Essas diferentes metodologias devem ser avaliadas no que diz respeito às limitações do método a ser utilizado, à precisão analítica, à repetitividade e, ainda, ao custo. Atualmente, os métodos mais aceitos pela comunidade internacional e as entidades reguladoras são os enzimático-gravimétricos. No caso de alimentos mais ricos em alguns componentes específicos de fibra, deve recorrer-se, em complemento, a métodos que permitam a determinação destes por via enzimática, colorimétrica e cromatográfica, como é o caso dos métodos mais recentes AOAC 2009.01 e AOAC 2011.25. Em 2000, seguiu-se a recomendação de que o procedimento de referência para a análise de fibra alimentar passasse a ser um método internacional AOAC. Os métodos enzimático-gravimétricos mais utilizados são os métodos AOAC 985.29, 991.43 e 991.42. O método de Southgate (1969) foi utilizado durante muitos anos, estando os resultados incluídos em trabalhos padrão sobre informação nutricional, tal como o de McCance e Widdowson (1991). É uma técnica de fracionamento que isola a maior parte dos componentes da fibra dos cereais, como a celulose, a hemicelulose e a lignina. Tem como desvantagem o fato de ser demorado. O método desenvolvido por Englyst et Fibras alimentares: classificação, propriedades e análise6 al. (1992) determina a fibra alimentar correspondente aos polissacarídeos não amiláceos (non starch polysaccharides [NSP]) estando também os seus resultados em McCance e Widdowson. Esse método é complicado, não sendo, portanto, utilizado em análises de rotina. O método enzimático-gravimétrico AOAC 985.29 tem sido adotado por agências governamentais de vários países para análise rotineira da rotulagem nutricional, uma vez que é simples e barato. Este quantifica a fibra alimentar total, contudo, os valores obtidos por este método em alguns alimentos são superiores aos obtidos por meio de métodos enzimático-químicos e não pos- sibilita a quantificação de alguns componentes da fibra alimentar. Rotulagem das fibras em alimentos e sua relação com a saúde Rotulagem Atualmente, existem dois principais modos de transmissão de informações de caráter nutricional nos rótulos. Uma é a informação nutricional complementar (INC) que utiliza denominações como rico em fi bras, entre outras, as quais aparecem na maioria das vezes na parte anterior e mais visível da embalagem, de acordo com a Resolução nº 54/2012 (GIRALDI; MÜCKE; CÂNDIDO, [201-?]). A outra é a informação nutricional obrigatória ou usualmente na parte posterior da embalagem e relata sobre calorias, carboidratos, proteínas, gorduras totais saturadas e trans, teor de fi bras, sódio, entre outros nutrientes (CELESTE, 2001). Os órgãos de vigilância devem estar sempre preocupados com o moni- toramento da rotulagem e também ter instrumentos legais para promover a fiscalização, a fim de tornar o produto fidedigno à descrição do rótulo (FREITAS; MORETTI, 2006). No Brasil, a Anvisa é o órgão responsável pela regulação da rotulagem de alimentos. As informações que um rótulo deve conter são estabelecidas por meio da Resoluções da Diretoria Colegiada (RDC) nº 54 (BRASIL, 2012). No contexto mundial, somente outros países do Mercosul (Argentina, Uruguai, Chile, Bolívia e Paraguai), Estados Unidos, Canadá, Austrália, Israel e Malásia dispõem de legislação semelhante (MONTEIRO, 2001). De acordo com a RDC nº 54, de 12 de novembro de 2012, que dispõe sobre o regulamento técnico sobre informação nutricional complementar, no subitem 5.1, o qual trata do conteúdo absoluto de propriedades nutricionais, os 7Fibras alimentares: classificação, propriedades e análise alimentos fontes de fibras são aqueles com pelo menos 3 g de fibras em 100 g ou 100 ml de produto final, ou mesmo pelo menos 2,5 g destas por porção do produto. Os alimentos que apresentam a expressão alto teor de fibras no rótulo, por sua vez, devem apresentar um mínimo de 6 g destas por 100 g ou 100 ml de produto pronto ou 5 g de fibras por porção deste (BRASIL, 2012). De acordo com a Anvisa, na tabela nutricional deve ser declarada a quan- tidade de fibras alimentares e pode vir a alegação de que o produto auxilia o funcionamento do intestino somente se contiver, no mínimo, 3 g de fibra por porção (se tratando de um produto sólido). Além disso, quando a fibra alimentar for apresentada isolada em cápsulas, tabletes, comprimidos, pós e similares, deve constar no rótulo do produto a seguinte frase: “O consumo deste produto deve ser acompanhado da ingestão de líquidos”. Relações das fibras com a saúde As fi bras alimentares têm ocupado uma posição de destaque em razão dos resultados divulgados em estudos científi cos, os quais demonstram a sua ação benéfica no organismo e a relação entre a ingestão em quantidades adequadas e a prevenção de doenças (TATE & LYLE, 2008). A presença de fibra nos alimentos é de grande interesse na área da saúde, já que têm sido relatados numerosos estudos que relacionam o papel da fibra alimentar com a prevenção de certas enfermidades como diverticulite, câncer de cólon, obesidade, problemas cardiovasculares e diabetes (ANDERSON et al., 2000; DERIVI; MENDEZ, 2001; MEYER et al., 2000). Segundo Viuniski (2003), os benefícios do consumo de fibras são bem conhecidos, dentre eles a melhora das funções intestinais. Mesmo não for- necendo nutrientes para o organismo, elas são essenciais na dieta. Mondini e Monteiro (1995) relatam que a passagem das fibras pelo trato digestivo resulta em diversos efeitos fisiológicos importantes para a saúde. No entanto, nem todas as fibras atuam da mesma forma, compondo fundamentalmente duas categorias, tecnicamente classificadas como: insolúveis e solúveis. O papel da ingestão das fibras tornou-se mais estudado nos últimos anos (HAUNER et al., 2012; HUR; REICKS, 2012). O consumo adequado de fibras na dieta usual parece reduzir o risco de desenvolvimento de algumas doenças crônicas como: doença arterial coronariana (DAC) (LIU et al., 1999), acidente vascular cerebral (AVC) (STEFFEN et al., 2003), hipertensão arterial (WHELTON et al., 2005), diabetes melito (DM) (MONTONEN et al., 2003) e algumas desordens gastrointestinais (PETRUZZIELLO et al., 2006). Além disso, o aumento na ingestão de fibras melhora os níveis dos lipídeos séricos Fibras alimentares: classificação, propriedades e análise8 (BROWN et al., 1999; WILLIAMS; STROBINO, 2008), reduz os níveis de pressão arterial (WHELTON et al., 2005), melhora o controle da glicemia em pacientes com DM (ANDERSON et al., 2004), auxilia na redução do peso corporal (BIRKETVEDT et al., 2005) e, ainda, atua na melhora do sistema imunológico (WATZL; GIRRBACH; ROLLER, 2005). As fibras conseguem regular o funcionamento intestinal por servirem como matéria-prima para fermentação de bactérias da flora intestinal, então elas regulam o fluxo intestinal por meio do aumento do bolo fecal e aumento da viscosidade, graças à sua capacidade de reter água associada à fermentação pela flora bacteriana. A fermentação de bactérias da flora intestinal também produz vitaminas essenciais para o bom funcionamento do organismo e po- dem evitar doenças do coração, câncer, diabetes, entre outros. No intestino, as fibras se ligam aos sais biliares e, dessa maneira, reduzem a absorção de gorduras, sendo este o mecanismo pelo qual elas diminuem o colesterol. Elas também fazem com que o estômago demore mais tempo para se esvaziar entre as refeições, causando uma sensação de saciedade e diminuindo o apetite. As fibras sofrem fermentação colônica, tendo como resultado a formação de ácidos graxos de cadeia curta (acético, propiônico e butírico) e alguns gases (metano, hidrogênio e dióxido de carbono). Os ácidos graxos de cadeia curta estão particularmente envolvidos na regulação da divisão e na morte celular, sustentando o ritmo normal de renovação, essencial para garantir as trocas constantes do epitélio digestivo. Além disso, as fibras, especialmente as solúveis, aumentam a viscosidade do conteúdo entérico, sendo essa viscosidade um dos estímulos para a divisão celular. Outro importante efeito das fibras no organismo humano se refere à flora bacteriana colônica. As fibras influenciam o crescimento e a composição da flora bacteriana, sendo, por sua vez, as responsáveis pela fermentação e consequente formação dos ácidos graxos de cadeia curta. Assim, sempre que ocorrem mudanças na dieta ingerida, tornam-se necessários diversos dias para a flora se adaptar aos novos substratos e fermentá-los eficientemente. Os ácidos graxos de cadeia curta estão associados com melhor evolução de diversas doenças colônicas, prevenção de translocação bacteriana e regressão de diarreias, em razão do fato de ser fonte de energia para os colonócitos, ter efeitos reguladores na proliferação celular do cólon, aumentar o fluxo san- guíneo no cólon, melhorar a absorção de água e sódio e aumentar a secreção digestiva, incentivando o sistema nervoso e os hormônios do trato digestivo, bem como regulando o trânsito intestinal. Dentre os inúmeros efeitos das fibras, também se destaca a regulação dos lipídios séricos. As fibras alimentares têm uma grande atuação no sentido de 9Fibras alimentares: classificação, propriedades e análise garantir a redução das concentrações do colesterol sérico. O mecanismo res- ponsável por esse efeito hipolipidêmico é a capacidade das fibras em absorver ácidos biliares, o que provoca o aumento do desvio de colesterol endógeno para uma síntese de ácidos biliares. Também se observa um aumento significativo de gordura fecal no consumo de uma dieta rica em fibras, concluindo-se que sua absorção está diminuída. Uma dieta alimentar rica em fibras também pode reduzir o risco de desen- volver diabetes tipo II, o tipo mais comum do diabetes. No intestino delgado, as fibras alimentares, em particular as insolúveis, aumentam o conteúdo intestinal que age na diminuição do tempo de trânsito intestinal, reduzindo o tempo de contato entre os alimentos e as substâncias indesejáveis (carcinogênicos, por exemplo) com a mucosa do intestino delgado. Com isso, a velocidade de absorção dos nutrientes é diminuída. Isso é especialmente significativo para os diabéticos, visto que uma absorção mais lenta de glicose significa que o nível de glicose no sangue após uma refeição não se eleva muito rápido e a resposta insulínica é reduzida. Ademais, uma dieta com alto conteúdo de fibras alimentares também pode ajudar na perda de peso. Alimentos com alto teor de fibra geralmente requerem mais tempo de mastigação, dando tempo ao organismo de registrar a saciedade mais precocemente. As recomendações atuais de ingestão de fibra alimentar na dieta variam de acordo com a idade, o sexo e o consumo energético, sendo a ingestão diária recomendada (IDR) para fibra alimentar de 25 g, considerando uma dieta de 2.000 kcal (BRASIL, 2003). Por outro lado, é importante também conhecer o tipo de fibra presente em cada alimento, pelo menos quanto a sua solubilidade em água, tendo em vista que, embora haja efeitos fisiológicos relacionados com a fração de fibra total, existem outros, como a redução da colesterolemia e da glicemia, que têm sido mais relacionados com a fração solúvel da fibra (CHERBUT et al., 1997). Apesar dos diversos benefícios provenientes do consumo de fibras ali- mentares, vale ressaltar que elas fazem parte de um grupo de compostos que são denominados antinutricionais, pois estes interferem na digestibilidade, absorção ou utilização de outros nutrientes. Dessa maneira, seu consumo deve ser controlado (COUTINHO; GENTIL; TORAL, 2008; COLLETE; ARAÚJO; MADRUGA, 2010; ARAÚJO et al., 2011). Fibras alimentares: classificação, propriedades e análise10 ANDERSON, J. W. et al. Health benefits of dietary fiber. Nutrition Reviews, v. 67, n. 4, p. 188-205, 2009. ANDERSON, J. W. et al. 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Preventive Cardiology, v. 11, n. 1, p. 11-20, 2008. 13Fibras alimentares: classificação, propriedades e análise Conteúdo: Dica do professor A fibra alimentar pode ser definida tanto pelas suas características fisiológicas como pela sua composição química, por isso sua definição exata não foi muito bem estabelecida. A fibra alimentar é constituída, principalmente, de polissacarídeos e substâncias associadas que, quando são ingeridos, não sofrem hidrólise, digestão e absorção no intestino delgado dos seres humanos. Na Dica do Professor, você verá definição, características e importância das fibras solúveis e insolúveis. Aponte a câmera para o código e acesse o link do conteúdo ou clique no código para acessar. https://fast.player.liquidplatform.com/pApiv2/embed/cee29914fad5b594d8f5918df1e801fd/26133f9947974f2aa7f5880488732ec6 Exercícios 1) As fibras podem ser definidas como uma parte não digerível do alimento vegetal, a qual resiste à digestão e à absorção intestinal, porém com fermentação completa ou parcial no intestino grosso. Sobre a classificação e as propriedades das fibras, assinale a alternativa correta: A) Quimicamente, as fibras dietéticas podem ser definidas como polímeros proteicos, formados pela união de diversas unidades de peptídeos. B) As fibras insolúveis retardam o esvaziamento gástrico e o trânsito intestinal, apresentam alta viscosidade e são fermentáveis. Suas principais fontes são frutas, verduras, farelo de aveia, cevada e leguminosas. C) Celulose, lignina e algumas hemiceluloses são exemplos de fibras solúveis presentes em farelo de trigo, grãos integrais e verduras. D) Pectinas, gomas, mucilagens e amidos resistentes são exemplos de fibras com alta viscosidade, pois têm alta afinidade pela água e formam material gelatinosopolissacarídeo é a quitina, homopolissacarídeo feito por N-acetilglicosaminas e interconectados em ligações β-1,4. Compõe o exoesqueleto de insetos e a parede celular de fungos. Uma utilidade dos carboidratos é a fabricação de ágar, pois certas algas contêm uma mistura de D-galactose e L-galactose, com que se produz um gel utilizado no processo de eletroforese. A eletroforese é uma técnica que separa biomoléculas por meio de carga e massa molecular. Metabolismo de açúcares pelas bactérias: nem todo amido ingerido é hidrolisado, principalmente aquele rico em amilose ou pouco hidratado, como o do feijão. Essas substâncias entram, então, no cólon, onde são digeridas por bactérias em ácidos graxos de cadeia curta, lactato e gases. Deste grupo, podem ser citados o gás hidrogênio (H2), o gás carbônico (CO2) e o gás metano (CH4). Carboidratos4 Identificação interna do documento G1YW89K0CB-ERSEOD1 Clique no link abaixo e veja todas informações sobre a estrutura e função dos carboi- dratos na animação da BiologyBasics. https://goo.gl/JyjpoY Isomeria entre os monossacarídeos e as ligações glicosídicas O D-gliceraldeído, o L-gliceraldeído e a dihidroxiacetona são os hidratos de carbono mais simples (trioses). O átomo de carbono assimétrico mais afastado da carbonila defi ne se um composto é D, se estiver à direita, ou L, à esquerda. Estes isômeros são o aldeído D-glicérico e o aldeído L-glicérico. O primeiro é dextrógiro e o segundo, levogiro. Os enantiômeros são compostos nos quais a conformação espacial de um é a imagem especular do outro. Já os epímeros são esteroisômeros (isômeros ópticos) que diferem na configuração dos ligantes de apenas um carbono assimétrico. Alguns exemplos de aldoses epímeras: D-Glicose, D-Manose e D-Galactose. Os carboidratos têm a propriedade de ciclização em soluções aquosas. Aldotetroses e todos os monossacarídeos de cinco ou mais átomos de car- bono apresentam- se como anéis, pois o grupo carbonila une-se ao oxigênio da hidroxila. Forma-se, então, um composto intermediário, os hemicetais, de cetonas, ou hemiacetais, de aldeídos, que apresentam um carbono quiral adicional. As aldohexoses tendem a fazer ligações 1,5 e as aldocetoses, 2,5 e 2,6, pois a carbonila está no segundo carbono. O sufixo é dado aos açúcares cíclicos, furanoses, em anéis de cinco membros e piranoses em anéis de seis. As formas α e β de um mesmo monossacarídeo são anômeras, diferindo somente na configuração dos elementos do carbono anomérico. Em solução, embora reajam como aldeídos e cetonas, essas subs- tâncias majoritariamente apresentam-se como hemiacetais e hemicetais. Outra propriedade importante é a mutarrotação: a conversão de um anômero em outro. Além disso, para que um açúcar seja considerado redutor deve possuir o 5Carboidratos Identificação interna do documento G1YW89K0CB-ERSEOD1 carbono anomérco livre. Como a oxidação de um composto só ocorre na forma linear, um dissacarídeo cujo dois carbonos anoméricos não sejam ocupados na ligação, pode atuar como glicídio redutor (Figura 4). Figura 4. Piranoses e furanoses. As conformações cíclicas dos monossacarídeos glicose e frutose, respectivamente. Fonte: Nelson e Cox (2014, p. 248). A ligação glicosídica, de modo geral, acontece com o carbono anomérico de um monossacarídeo e o C-4 ou C-6 de outro, liberando uma molécula de água, sendo uma ligação covalente. Duas oses são epímeras quando se diferenciam pela posição de uma única hidroxila (Figura 5). Quando a diferença se encontra no carbono 2 não há necessidade de especificar o número do carbono que deu origem à epimerização. Nos outros casos, o número do carbono responsável pela epimerização deverá ser salientado. A glicose e a galactose são epímeras em C4 e a ribulose e a xilulose são epímeras em C3. Carboidratos6 Identificação interna do documento G1YW89K0CB-ERSEOD1 Figura 5. Epímeros. A D-glicose e seus epímeros são mostrados em suas fórmulas químicas. Fonte: Nelson e Cox (2014, p. 246). Deficiência das dissacaridases é uma patologia relativamente frequente, causada por defeito genético, declínio fisiológico pela idade ou por agressões à mucosa. A enzima mais facilmente atingida é a β-glicosidase (lactase). A deficiência da lactase ocorre porque o dissacarídeo não pode ser aproveitado pelo organismo nem quebrado em unidades menores, permanecendo no intestino e causando desequilíbrio osmótico. A grande quantidade de água no trato intestinal provoca, então, diarreia aquosa, fluxo intestinal anormal e cólicas abdominais. Essa doença tem prevalência de quase 100% em asiáticos e de 0% em dinamarqueses e holandeses. NELSON, D. L.; COX, M. M. Princípios de bioquímica de Lehninger. 6 ed. Porto Alegre: Artmed, 2014. NELSON, D. L.; COX, M. M. Princípios de bioquímica de Lehninger. 7. ed. Porto Alegre: Artmed, 2019. Referências 7Carboidratos Identificação interna do documento G1YW89K0CB-ERSEOD1 Dica do professor Do ponto de vista biomédico, a glicose é o monossacarídeo mais importante, pois a maior parte dos carboidratos é absorvida para a corrente sanguínea à medida que a glicose é formada pela hidrólise do amido e dissacarídeos da dieta. Essa é uma das razões da importância em reconhecer a estrutura dos carboidratos, dado que são o principal combustível metabólico dos mamíferos. Veja na Dica do Professor os principais aspectos estruturais dos carboidratos, suas classificações e funções. Aponte a câmera para o código e acesse o link do conteúdo ou clique no código para acessar. https://fast.player.liquidplatform.com/pApiv2/embed/cee29914fad5b594d8f5918df1e801fd/70b0c7f3dbc2338eb9bf822b1563b70b Exercícios 1) O que são os monossacarídeos? A) Monossacarídeos são produtos de condensação de ácidos graxos. B) Monossacarídeos são produtos de condensação de mais de dez unidades de monossacarídeos. C) Monossacarídeos são produtos de condensação de três a dez monossacarídeos. D) Monossacarídeos são produtos de condensação de duas unidades monossacarídeos. E) Monossacarídeos são aqueles açúcares que não podem ser hidrolisados em carboidratos mais simples. 2) Quais dos carboidratos a seguir podem ser classificados como dissacarídeos? A) Lactose, maltose e sacarose. B) Glicose, frutose e galactose. C) Lactose, sacarose e galactose. D) Amido e celulose. E) Glicogênio e quitina. 3) Qual a função do glicogênio e como sua estrutura pode ser definida? A) Função: Armazenar frutose. Estrutura: Polímero linear com inúmeras frutoses ligadas por ligações alfa1-4. B) Função: Disponibilizar um polímero de glicose para uso em condições como jejum ou exercício. Estrutura: polímero ramificado com várias estruturas de glicose ligadas por ligações entre os carbonos alfa (1 e 4) e (1 e 6). C) Função: Formar um esqueleto de lactose. Estrutura: monômeros agrupados em torno do centro do grânulo de glicogênio. D) Formar um polímero de frutose para uso após uma refeição. Estrutura: polímero linear formado por inúmeras frutoses ligadas por ligações beta 1-4. E) Função: Armazenar galactose. Estrutura: polímero ramificado de galactose formado por inúmeras ligações alfa 1-4 e alfa 1-6. 4) Sobre a celulose, é CORRETO afirmar que: A) O organismo humano consegue digerir a celulose. B) A celulose é solúvel e o principal componente das paredes das células vegetais. C) Micro-organismos como alguns fungos e bactérias são capazes de hidrolisar as ligações β1 → 4 da celulose. D) Os ruminantes produzem uma enzima capaz de hidrolisar as ligações β1 → 4 da celulose. E) A celulose é um monossacarídeo estrutural no exoesqueleto de crustáceos e insetos. 5) Sobre o amido, é correto afirmar: A) É de origem animal, porém com estrutura similar à da celulose. B) O glicogênio é o principal constituinte deste polissacarídeo e suas estruturas são similares. C) É de origem vegetal e possui estrutura ramificada, similar a do glicogênio. D) É constituído por dissacarídeos, principalmente pela sacarose, e sua estrutura é octogonal.no intestino delgado. E) Também é possível classificar as fibras de acordo com suas propriedades físico-químicas, como a fermentabilidade. Em geral, quanto mais solúvel for uma fibra, menor o seu grau de fermentação. 2) As fibras alimentares são compostos que têm muitos efeitos benéficos no organismo, sendo mesmo essenciais para o normal funcionamento do sistema digestivo. No vasto grupo das fibras alimentares, pode-se distinguir as fibras solúveis das insolúveis. Sobre a classificação e a propriedades das fibras, assinale a alternativa correta. A) A ingestão de fibras solúveis deve ser balanceada, pois embora apresentem efeito benéfico ao bom funcionamento do intestino, prejudicam a digestão de algumas moléculas, como os açúcares e as gorduras. B) As fibras solúveis podem contribuir ainda para uma diminuição na incidência de certos tipos de câncer, tais como o câncer de cólon (intestino grosso), e estômago. C) O alto consumo de fibras solúveis pode contribuir também para a redução da formação de gases. D) As fibras alimentares insolúveis são totalmente fermentadas de forma muito rápida. Uma das principais características dessas fibras é sua capacidade de reter água, o que ajuda na eliminação das fezes e previne a constipação intestinal. E) A ingestão de água pode prejudicar a funcionalidade das fibras, especialmente relacionada ao funcionamento do intestino. Por isso, recomenda-se que as fibras sejam ingeridas com poucas quantidades de líquidos. 3) A quantificação da fibra alimentar é importante, uma vez que contribui para conhecer o valor nutricional da alimentação, detectar adulterações e verificar a qualidade do produto. Sobre os métodos de análise de fibras, assinale a alternativa correta. A) Apenas um tipo de método é considerado válido e confiável para a análise de identificação e quantificação de fibras em alimentos. B) A determinação de fibras pode envolver tratamentos enzimáticos, no sentido de permitir uma análise mais completa, sendo estes métodos denominados por enzimático-gravimétricos e enzimático-químicos. C) Os métodos gravimétricos determinam somente a fração de fibras solúveis e insolúveis presentes em uma amostra, não incluindo no resultado a presença de outros compostos. D) Atualmente, os métodos mais aceitos pela comunidade internacional e as entidades reguladoras são os enzimáticos-químicos, devido a sua alta precisão e praticidade. E) O método enzimático-gravimétrico é considerado específico para quantificar todos os componentes da fibra alimentar, porém é complexo e de alto custo. 4) No Brasil, a Agência Nacional de Vigilância Sanitária (ANVISA) é o órgão responsável pela regulação da rotulagem de alimentos. Ele estabelece as informações que um rótulo deve conter nas Resoluções da Diretoria Colegiada (RDC) no 54 . Sobre a rotulagem das fibras em alimentos, assinale a alternativa correta: A) Segundo a legislação brasileira, os alimentos fontes de fibras são aqueles com pelo menos 3 gramas de fibras em 100 gramas ou 100 mililitros de produto final, ou mesmo pelo menos 2,5g de fibra por porção do produto. B) Os alimentos que apresentam a expressão “alto teor de fibras" no rótulo devem apresentar um mínimo de 10 gramas de fibras por 100 gramas ou 100 mililitros de produto pronto, ou 8 gramas de fibras por porção dele. C) De acordo com a ANVISA, não é permitido em nenhuma hipótese, apresentar no rótulo de um alimento rico em fibras a alegação de que o produto auxilia o funcionamento do intestino. D) A declaração do teor de fibras do alimento na tabela nutricional é um item facultativo, sendo obrigatória apenas a declaração de proteínas, carboidratos, lipídios e sódio. E) O teor de fibras do alimento deve ser descriminado em fibra bruta, fibra solúvel e fibra insolúvel, a fim de facilitar a compreensão do consumidor. 5) As fibras alimentares têm ocupado uma posição de destaque devido aos resultados divulgados em estudos científicos, os quais demonstram a sua ação benéfica no organismo e a relação entre a ingestão em quantidades adequadas e a prevenção de doenças (TATE E LYLE, 2008). Sobre a relação das fibras com a saúde, assinale a alternativa correta: A) As fibras são consideradas como importantes fontes de nutrientes para o organismo. Além disso, contribuem para o bom funcionamento do intestino. B) O consumo adequado de fibras na dieta usual auxilia na redução do risco de desenvolvimento de algumas doenças crônicas como: doença arterial coronariana, acidente vascular cerebral (AVC), hipertensão arterial e diabetes. C) O alto consumo de fibras pode contribuir na melhora do sistema imunológico e controle da glicemia em pacientes com diabetes. Por outro lado, eleva a pressão arterial e favorece o aumento de peso. D) As fibras alimentares, em particular as solúveis, aumentam o conteúdo intestinal que age na diminuição do tempo de trânsito intestinal, reduzindo o tempo de contato entre os alimentos e substâncias indesejáveis (carcinogênicos, por exemplo) com a mucosa do intestino delgado. E) A recomendação atual de ingestão diária recomendada (IDR) para fibra alimentar é de 10 g, considerando uma dieta de 2000 kcal. Na prática Uma dieta com alto conteúdo de fibras alimentares pode ajudar na perda de peso. Alimentos com alto teor de fibra geralmente requerem mais mastigação, dando tempo para o organismo registrar a saciedade mais precocemente. As dietas com fibras também tendem a ser menos energéticas, ou seja, possuem menos calorias para o mesmo volume de alimento do que dietas com mesmo volume, mas menos quantidade de fibras. Veja, Na Prática, como Nicole utilizou fibras alimentares para perder peso e ter mais disposição no dia a dia. Conteúdo interativo disponível na plataforma de ensino! Saiba + Para ampliar o seu conhecimento a respeito desse assunto, veja abaixo as sugestões do professor: FIBRAS: por que consumi COORDENAÇÃO DE VIGILÂNCIA NUTRICIONAL COORDENAÇÃO DE VIGILÂNCIA NUTRICIONAL GVEDNT / SUVISA / SES-GO FIBRAS: por que consumi-las? Aponte a câmera para o código e acesse o link do conteúdo ou clique no código para acessar. Fibra alimentar – Ingestão adequada e efeitos sobre a saúde do metabolismo Aponte a câmera para o código e acesse o link do conteúdo ou clique no código para acessar. Fibra Alimentar Análise Aponte a câmera para o código e acesse o link do conteúdo ou clique no código para acessar. https://www.saude.go.gov.br/images/imagens_migradas/upload/arquivos/2016-07/fibras---por-que-consumi-las.pdf https://www.scielo.br/j/abem/a/PZdwfM5xZKG8BmB9YH59crf/?format=pdf&lang=pt https://edisciplinas.usp.br/pluginfile.php/4133833/mod_resource/content/1/Fibra%20Alimentar%202017-an%C3%A1lise.pdf Proteínas: estrutura Apresentação As proteínas controlam inúmeras funções biológicas, sendo a biomolécula mais abundante em todas as células. Elas possuem tipos de ligações químicas que mantêm sua estrutura e desempenham importância única nas células. Além disso, as proteínas são os produtos da informação genética contida no DNA. Nesta Unidade de Aprendizagem, você vai estudar os níveis de organização das proteínas e a sua estrutura de acordo com a função. Bons estudos. Ao final desta Unidade de Aprendizagem, você deve apresentar os seguintes aprendizados: Diferenciar as estruturas primárias, secundárias, terciárias e quaternárias das proteínas.• Comparar os tipos de ligações que estão envolvidas na estabilidade das proteínas.• Reconhecer a estrutura das proteínas de acordo com sua função.• Desafio A bactéria Clostridium perfringens* normalmente está associada a infecções alimentares. No entanto, a contaminação de pele e tecidos moles por essa bactéria pode levar a um quadro bastante grave, chamado de mionecrose clostridial, que também é conhecida como gangrena gasosa. É importante salientar que algumas cepas da bactéria supracitada pode causar uma doença leve a moderada ou até uma gastroenterite grave. Nessa condição, o indivíduo com gangrena gasosa apresentainfecções necrosantes de tecidos moles, que são rapidamente progressivas e se caracterizam por conta da destruição tecidual e de gás nos tecidos, podendo levar ao choque. É aconselhável repouso e reposição de líquidos no paciente que ingeriu alimentos contaminados. Diante de tal contexto, explique como a Clostridium perfringens consegue alterar as proteínas. Qual seria sua patogenia? * A bactéria Clostridium perfringens não possui colágeno em nenhuma parte de sua composição. Infográfico O Infográfico a seguir ilustra as estruturas primária, secundária, terciária e quaternária das proteínas. Conteúdo interativo disponível na plataforma de ensino! Conteúdo do livro Para fundamentar seus estudos, leia o capítulo Proteínas: estrutura, do livro Bioquímica geral, base teórica desta Unidade de Aprendizagem. Boa leitura. BIOQUÍMICA GERAL Rodrigo Binkowski de Andrade Proteínas: estrutura Objetivos de aprendizagem Ao final deste texto, você deve apresentar os seguintes aprendizados: � Diferenciar as estruturas primárias, secundárias, terciárias e quaternárias das proteínas. � Comparar os tipos de ligações que estão envolvidas na estabilidade das proteínas. � Reconhecer a estrutura das proteínas de acordo com sua função. Introdução As proteínas controlam inúmeras funções biológicas, sendo a biomolécula mais abundante em todas as células. Elas possuem tipos de ligações químicas que mantêm sua estrutura e desempenham importância única nas células. Além disso, as proteínas são os produtos da informação genética contida no DNA. Neste texto, você vai estudar os níveis de organização das proteínas e a sua estrutura de acordo com a função. Os quatro níveis da estrutura proteica As proteínas são as moléculas mais abundantes e diversas do organismo. São formadas por aminoácidos unidos em cadeias lineares. Além de carbono, hidrogênio e oxigênio, elas contêm nitrogênio em sua estrutura. O processo digestivo quebra as proteínas em aminoácidos, que são então absorvidos. Elas possuem funções estruturais, motoras e hormonais; são também en- zimas e fazem parte da membrana plasmática. Servem como transportadoras de componentes hidrofóbicos pelo sangue, como hormônios que transmitem sinais de um grupo de células a outro, como canais de íons na membrana plasmática e como enzimas. Existe uma grande quantidade de proteínas no nosso organismo, e elas executam funções bem distintas. Os 20 aminoácidos que compõem nossas proteínas podem ser organizados em uma ampla variedade de sequências determinadas pelo código genético. Em razão da sua grande variedade, as proteínas estão organizadas em uma estrutura tridimensional determinada pelos aminoácidos constituintes para desempenhar sua função específica. Os níveis estruturais das proteínas podem ser classificados em primário, secundário, terciário ou quaternário (Figura 1). Figura 1. Estrutura das proteínas. Fonte: Níveis de estruturas protéicas (2013). Estrutura primária Resíduos de aminoácidos Estrutura secundária Alfa-hélice Estrutura terciária Cadeia polipeptídica Estrutura quaternária Subunidades agrupadas Estrutura primária: é a sequência de aminoácidos da proteína. É o nível mais simples, responsável pela definição das demais estruturas. A ordem dos aminoácidos é de grande importância. Estrutura secundária: é caracterizada por arranjos regulares de ami- noácidos agrupados na estrutura primária. Refere-se ao dobramento local do esqueleto polipeptídico em conformações de hélice, folha pregueada ou ao acaso. As conformações em alfa-hélice e em beta-pregueada são as mais estáveis termodinamicamente, mas existe a possibilidade de uma proteína se dobrar ao acaso. As cadeias laterais projetam-se para cima e para baixo da estrutura. Podem apresentar duas ou mais cadeias polipeptídicas dispostas de forma paralela ou antiparalela, diferentemente da conformação em alfa-hélice. Proteínas: estrutura2 As sequências de aminoácidos se agrupam em formas denominadas motivos estru- turais, que são arranjos simples de estruturas secundárias que se repetem em mais de uma proteína. Um domínio estrutural, por sua vez, é uma estrutura globular compacta – uma unidade de enovelamento – formada internamente por polipeptídeos hidrofóbicos e externamente por polipeptídeos hidrofílicos.Geralmente, um domínio estrutural se dobra independentemente de outras unidades estruturais da cadeia. O dobramento proteico é passível de erros, apesar de estar sob controle termodinâmico e cinético, podendo resultar em uma molécula imprópria. Essas moléculas devem ser marcadas e degradadas. A marcação é feita principalmente pela ubiquitina. Estrutura terciária: refere-se tanto aos domínios (unidades funcionais fundamentais com estruturas tridimensionais em um peptídeo) quanto ao arranjo final destes no polipeptídeo. Mostra a localização de cada um dos seus átomos no espaço. Inclui relações geométricas entre segmentos distantes na estrutura primária e secundária. Estrutura quaternária: a proteína quaternária não está sempre presente. É mantida principalmente por ligações iônicas, pontes de hidrogênio e interações do tipo hidrofóbico. 3Proteínas: estrutura Quais os tipos de ligações que estão envolvidas na estabilidade das proteínas? A ligação peptídica ocorre entre um grupamento carboxílico e um grupamento amina, com liberação de um H2O. Esse tipo de ligação é a mais básica e une os aminoácidos, estando presente desde o nível primário das proteínas. Na alfa-hélice da estrutura secundária, os peptídeos formam duas pontes de hidrogênio, uma com a ligação peptídica do quarto aminoácido acima e outra com a ligação peptídica do quarto aminoácido abaixo. As cadeias laterais per- manecem do lado externo da estrutura em espiral. Já na folha beta-pregueada, ocorre o estabelecimento de pontes de hidrogênio perpendiculares à espinha dorsal, com outras regiões polipeptídicas semelhantes alinhadas em direção paralela ou antiparalela. Na estrutura terciária, as cadeias laterais hidrofóbicas tendem a permanecer no interior, enquanto as hidrofílicas ficam no exterior para serem estabilizadas pela solvatação. As dobras da estrutura terciária são estabilizadas pela própria interação entre os radicais dos aminoácidos. Podem ser mantidas por ligações iônicas (atração eletrostática), covalentes (quando há compartilhamento de elétrons), hidrofóbicas (entre radicais apolares) ou pontes de hidrogênio (atração entre H e F, O ou N). Por fim, na estrutura quaternária, as subunidades ficam associadas não covalentemente. Você deve ter em mente que não são todas as proteínas que alcançam esse nível de organização. O sistema de controle de destruição das moléculas impróprias pode falhar e acarretar doenças. Como não há degradação, há acúmulo dessas moléculas impróprias. Esse acúmulo pode estar associado a amiloidoses, que são doenças degenerativas cuja principal característica é a deposição de agregados proteicos em determinados órgãos e tecidos. O acúmulo desses agregados denominados amiloides foi constatado em muitas doenças neurodegenerativas. O dobramento impróprio pode ser espontâneo ou genético. Entre as doenças que apresentam o acúmulo de agregados, estão o Parkinson, o Alzheimer (acúmulo de beta-amiloide na conformação beta-pregueada no cérebro) e as encefalopatias espongiformes transmissíveis (como a doença da vaca louca). Proteínas: estrutura4 Estrutura das proteínas de acordo com sua função As proteínas podem ser classificadas de acordo com a função, as características e a conformação de cada cadeia. As proteínas fibrosas ou fibrilares ‒ a alfa queratina, o colágeno e a fibroína da seda ‒ são compostas de uma estrutura simples secundária que se repete. Além disso, possuem força e flexibilidade, devido à grande tensão estabelecida entre os resíduos. São todas insolúveis; os radicais hidrofóbicos estão tanto no interior quanto na superfície da proteína. Já as proteínas globulares, comoa albumina, as enzimas e as imunoglo- bulinas, têm segmentos diferentes das cadeias polipeptídicas. Os segmentos dobram-se uns sobre os outros, gerando uma molécula de forma mais compacta e extremamente solúvel nos fluidos biológicos. Já com relação aos produtos de hidrólise, as proteínas são classificadas da seguinte forma: � Simples: formadas somente por aminoácidos, como a albumina sérica. � Conjugadas: aminoácidos + compostos de origem não proteica, como glicoproteínas e lipoproteínas. Confira um estudo interativo da estrutura das proteínas acessando o link a seguir. https://goo.gl/cvVifS As modificações pós-traducionais podem reduzir o tamanho da proteína, como é o caso do pepsinogênio, reduzido à pepsina. Podem também ocorrer alterações por modificação covalente, como: � Fosforilação: importante na ativação e desativação de compostos. � Hidroxilação: torna as proteínas mais solúveis. � Glicosilação: importante no monitoramento da hemoglobina glicosilada no diabetes. 5Proteínas: estrutura No caso da anemia falciforme, uma mutação de um aminoácido polar ácido (gluta- mato) por um hidrofóbico (valina) causará um prejuízo na função da hemoglobina no paciente. A solubilidade da hemoglobina depois dessa alteração fica comprometida e precipita a proteína dentro das hemácias. O diagnóstico pode ser feito por meio do teste do pezinho, quando pode ser detectada a hemoglobina S no sangue da criança, e também por exames adicionais. NÍVEIS de estruturas protéicas. 2013. Disponível em: . Acesso em: 28 ago. 2017. Leituras recomendadas ANTEBI, U. et al. Efeitos da radiação ionizante nas proteínas presentes em ossos hu- manos desmineralizados, liofilizados ou congelados. Revista Brasileira de Ortopedia, São Paulo, v. 51, n. 2, p. 224-230, mar./abr. 2016. Disponível em: . Acesso em: 28 ago. 2017. MURRAY, R. K. et al. Bioquímica ilustrada de Harper. 29. ed. Porto Alegre: McGraw-Hill, 2014. NELSON, D. L; COX M. M. Princípios de bioquímica de Lehninger. 6. ed. Porto Alegre: Artmed, 2014. Referência Proteínas: estrutura6 Dica do professor As proteínas possuem tipos de ligações químicas que mantêm sua estrutura e desempenham uma importância única nas células. Veja na Dica do Professor as principais propriedades das estruturas das proteínas. Aponte a câmera para o código e acesse o link do conteúdo ou clique no código para acessar. https://fast.player.liquidplatform.com/pApiv2/embed/cee29914fad5b594d8f5918df1e801fd/8aa2c06cbf40cd903a6623c1aba6036e Exercícios 1) Durante a maturação das proteínas, podem ocorrer as modificações pós-tradução. Quais são as suas funções? A) As funções das modificações pós-tradução podem acrescentar novos grupamentos químicos ou remover segmentos do peptídeo. B) Marcar a proteína para ser degradada. C) Não possui nenhuma função biológica. D) Dentre as funções, está inverter alguns aminoácidos de posição para corrigir eventuais erros que possam ter ocorrido na síntese proteica. E) Servem para formar as ligações peptídicas entre os aminoácidos das proteínas. 2) Em relação à estrutura das proteínas impactando na sua função, marque a alternativa correta: A) Proteínas com aminoácidos que possuem interações mais intensas, como por exemplo, as proteínas globulares, tendem a ser mais solúveis no meio extracelular. B) Proteínas com grande quantidade de aminoácidos hidrofóbicos, como, por exemplo as proteínas fibrosas, tendem a ser mais solúveis no meio extracelular. C) A função das proteínas é pouco ou nada impactada pela sua estrutura, pois sua função depende de fatores como pH e temperatura. D) Proteínas que possuem majoritariamente estrutura alfa-hélice podem se continuar funcionais se todas as estruturas alfa-hélice forem convertidas em estruturas beta-folha, por exemplo, ao mesmo tempo. E) A temperatura e o pH do meio em que a proteína se encontre impacta apenas na sua estrutura, porém não na sua função biológica. 3) O que é a estrutura primária da proteína? A) Estrutura primária da proteína é o dobramento de segmentos curtos (3 a 30 resíduos) contínuos do polipeptídeo em unidades geometricamente ordenadas. B) A estrutura primária da proteína é a reunião das unidades estruturais secundárias em unidades funcionais maiores, como o polipeptídeo maduro e seus domínios componentes. C) A estrutura primária da proteína é o número e os tipos de unidades polipeptídicas de proteínas oligoméricas e seus arranjos espaciais. D) A estrutura primária da proteína é a sequência de aminoácidos em uma cadeia polipeptídica. E) A estrutura primária da proteína é a junção das estruturas secundárias, terciárias e quaternárias. 4) Como se origina a estabilidade de uma hélice alfa? A) A estabilidade de uma hélice alfa se origina, principalmente, das pontes de hidrogênio formadas entre o oxigênio da carbonila, da ligação peptídica, e o átomo de hidrogênio da ligação peptídica do nitrogênio, do quarto resíduo adiante na cadeia polipeptídica. B) A estabilidade de uma hélice alfa se origina, principalmente, das pontes de oxigênio formadas da ligação peptídica. C) A estabilidade de uma hélice alfa se origina, principalmente, da carbonila. D) A estabilidade de uma hélice alfa se origina dos aminoácidos que, a partir das pontes de hidrogênio, formam as ligações peptídicas. E) A estabilidade de uma hélice alfa se origina, principalmente, das pontes de hidrogênio formadas entre o oxigênio da carbonila, da ligação peptídica, e o átomo de hidrogênio da ligação peptídica do nitrogênio, do segundo resíduo adiante na cadeia polipeptídica. 5) Em relação às proteínas, assinale a alternativa correta: A) Sua composição é essencialmente carbono e hidrogênio. B) A temperatura não pode alterar sua conformação. C) Possuem estruturas regulares de ordem primária ou secundária. D) Formam os aminoácidos. E) Algumas proteínas tem até 4 níveis de organização, tal como a hemoglobina. Na prática Os aminoácidos que compõem as proteínas podem ser organizados em uma ampla variedade de sequências que é determinada pelo código genético. Conteúdo interativo disponível na plataforma de ensino! Saiba + Para ampliar o seu conhecimento a respeito desse assunto, veja abaixo as sugestões do professor: Visão geral da estrutura da proteína | Macromoléculas Veja mais sobre a estrutura das proteínas no vídeo a seguir. Aponte a câmera para o código e acesse o link do conteúdo ou clique no código para acessar. ESTRUTURA DAS PROTEÍNAS Leia mais sobre ESTRUTURA DAS PROTEÍNAS Aponte a câmera para o código e acesse o link do conteúdo ou clique no código para acessar. Consumo de proteína dos praticantes de musculação que objetivam hipertrofia muscular Leia o artigo e saiba mais sobre as análises a respeito dos efeitos do consumo proteico sobre a hipertrofia muscular. Aponte a câmera para o código e acesse o link do conteúdo ou clique no código para acessar. https://www.youtube.com/embed/TM3cm3aJR-U https://www.fcav.unesp.br/Home/departamentos/tecnologia/luciamariacararetoalves/aula-5---estrutura-das-proteinas.pdf https://www.scielo.br/pdf/rbme/v18n1/01.pdf Digestão de proteínas Apresentação A digestão das proteínas, ao contrário da digestão de carboidratos e lipídios, não tem como foco principal a geração de energia, mas a geração de "esqueletos carbônicos" que podem ser usados na síntese de várias moléculas (glicogênio e acidos graxos, por exemplo). Nesta Unidade de Aprendizagem, você vai estudar as etapas envolvidas na digestão de proteínas e aminoácidos. Bons estudos. Ao final desta Unidade de Aprendizagem, você deve apresentar os seguintes aprendizados: Reconhecer a estrutura geral de uma proteína e identificar suas fontes para fins catabólicos.• Identificar as etapas da digestão de proteínas e aminoácidos em mamíferos.• Relacionar falhas do metabolismo de proteínas e aminoácidos e suas implicações àsaúde humana. • Desafio Julia tem 2 dias de vida, nasceu de parto normal, com 48 cm e 2,950 kg. É a primeira filha de Rita, 27 anos, que teve uma gestação tranquila, sem intercorrências durante todo o pré-natal. Julia evoluiu mal. Letárgica, hipotônica e hipotérmica, com convulsão parcial. Foi tratada de forma paliativa para os sintomas enquanto os médicos continuavam a investigação. Não foram constatadas alterações em tomografia de encéfalo, descartando-se qualquer alteração significativa em nível de sistema nervoso central. Julia estava inconsciente e entubada, com sinais vitais débeis. O caso de Julia estava sendo comentado entre todos os membros da equipe multidisciplinar da pediatria do hospital. Todos estavam mobilizados na tentativa de elucidar o caso. Alguns dias mais tarde, o resultado da avaliação dos níveis de galactose-1-fosfato uridiltransferase, galactoquinase e uridina-difosfato-galactose-4-epimerase galactose-1-fosfato indicou não haver alteração nessas enzimas. a) A provável causa do quadro clínico de Julia poderia ser alterações relacionadas à digestão de proteínas ou aminoácidos? b) Exames específicos, como cromatografia de aminoácidos, poderiam auxiliar na elucidação do caso e na definição do tratamento? Justifique. c) Considerando que houve alterações nos exames complementares que você indicou no item B, quais seriam as medidas nutricionais gerais a serem adotadas? Infográfico Há duas fontes de proteína para digestão: proteínas da dieta, em que a quantidade de aminoácidos gerados em excesso é direcionada à degradação, e proteínas teciduais em situações normais, isto é, durante a síntese e a degradação normal de proteínas celulares, alguns aminoácidos resultantes não são necessários para a biossíntese de novas proteínas. Confira no infográfico! Conteúdo do livro As proteínas são responsáveis por cerca de três quartos da matéria seca na maioria dos tecidos humanos com exceção do osso e tecido adiposo. São macromoléculas com pesos moleculares que variam de alguns milhares a muitos milhões e são necessárias para praticamente todas as funções essenciais do organismo. Após a digestão e absorção das proteínas, o organismo utilizará os aminoácidos para realizar essas funções. As proteínas estão presentes em diferentes alimentos de origem animal e vegetal, porém tanto a sua quantidade quanto a sua qualidade varia muito, portanto é necessário que sejam consumidos diferentes tipos de alimentos para que o corpo possa realizar as funções de construção e manutenção de células, tecidos e órgãos. Com a leitura deste capítulo, você vai reconhecer a estrutura geral de uma proteína e identificar suas fontes para fins catabólicos, identificar as etapas da digestão de proteínas e aminoácidos em mamíferos e relacionar falhas do metabolismo de proteínas e aminoácidos e suas implicações à saúde humana. Boa leitura! BIOQUÍMICA DA NUTRIÇÃO OBJETIVOS DE APRENDIZAGEM > Reconhecer a estrutura geral de uma proteína e identificar suas fontes para fins catabólicos. > identificar as etapas da digestão de proteínas e aminoácidos em mamíferos. > Relacionar falhas do metabolismo de proteínas e aminoácidos e suas im- plicações à saúde humana. Introdução A proteína, em suas muitas formas, é um constituinte essencial e universal de todas as células vivas. As proteínas são encontradas em todo o corpo, com mais de 40% no músculo esquelético, mais de 25% nos órgãos do corpo e o restante na pele e no sangue, principalmente. Do ponto de vista nutricional, as proteínas são essenciais por causa de seus aminoácidos constituintes, que o corpo deve ter para sintetizar a sua própria variedade de proteínas e moléculas que fazem a vida possível (BERDANIER; ZEMPLENI, 2009). As proteínas são compostas por aminoácidos presentes nos alimentos de ori- gem animal e vegetal. Após a digestão, os aminoácidos que compõem as proteínas alimentares são absorvidos e utilizados pelo corpo em várias funções, como construção de células e tecidos, reparação, transporte, defesa, entre outras. Se houver falhas no metabolismo ou se não houver o consumo adequado de proteínas por muito tempo, os processos metabólicos ficam mais lentos, pois, nesses casos, o corpo não conta com aminoácidos suficientes para elaborar as proteínas que o corpo necessita. Digestão de proteínas Lina Cláudia Sant Ánna Neste capítulo, você vai reconhecer a estrutura geral de uma proteína e identi- ficar suas fontes para fins catabólicos. Além disso, vai ver as etapas da digestão de proteínas e aminoácidos em mamíferos. Por fim, vai estudar falhas do metabolismo de proteínas e aminoácidos e suas implicações à saúde humana. Estrutura geral da proteína e fontes para fins catabólicos As proteínas são estruturas polipeptídicas que consistem em uma ou mais cadeias de aminoácidos. Elas realizam uma grande variedade de funções no organismo, incluindo replicação de DNA, transporte de moléculas, catalisação de reações metabólicas e apoio estrutural às células. Uma proteína pode ser identificada com base em cada nível da sua estrutura. Cada proteína tem pelo menos uma estrutura primária, secundária e terciária, e algumas proteínas têm uma estrutura quaternária. A estrutura primária é constituída por uma cadeia linear de aminoácidos (SANVICTORES; FARCI, 2022). Aminoácidos Com exceção da prolina, os aminoácidos que compõem as proteínas têm a mesma estrutura. Todos os aminoácidos têm um carbono central (C), pelo menos um grupo amino (–NH2), pelo menos um grupo carboxila (ácido) (–COOH) e uma cadeia lateral (grupo R) que faz cada aminoácido único (WARDLAW; SMITH, 2013). A Figura 1 representa a forma de um aminoácido genérico. Figura 1. Fórmula de um aminoácido. Fonte: Proteínas (2019, documento on-line). Os grupos carboxílico e os grupos amino são os componentes da ligação peptídica que liga os aminoácidos dentro da estrutura linear de uma proteína. Já as cadeias laterais distinguem as propriedades físico-químicas de cada classe química de aminoácidos. Além disso, algumas características das ca- deias laterais de aminoácidos são fundamentais para os papéis metabólicos e fisiológicos (FUKAGAWA; YU, 2009). Digestão de proteínas2 O organismo necessita de 20 aminoácidos para funcionar adequadamente. Apesar de todos os 20 aminoácidos serem importantes, 11 são considerados não essenciais e nove são considerados essenciais (Quadro 1). As células conseguem produzir os aminoácidos não essenciais desde que haja um su- primento adequado dos outros nove aminoácidos essenciais. Esses nove devem ser fornecidos pela dieta, pois as células não conseguem produzir proteínas de forma rápida o suficiente para atender às necessidades do corpo (WARDLAW; SMITH, 2013). Quadro 1. Aminoácidos essenciais e não essenciais Aminoácidos essenciais Aminoácidos não essenciais � Histidina � Isoleucina � Leucina � Lisina � Metionina � Treonina � Fenilalanina � Triptofano � Valina � Alanina � Arginina � Asparagina � Ácido aspártico � Cisteína � Ácido glutâmico � Glutamina � Glicina � Prolina � Serina � Tirosina Fonte: Adaptado de Wardlaw e Smith (2013). Estrutura das proteínas O papel funcional das proteínas é determinado pela sua estrutura e organi- zação básica, que pode ser classificada em primária, secundária e terciária. Algumas proteínas têm um nível adicional de organização: a estrutura qua- ternária. Veja a seguir mais sobre essas estruturas (DA POIAN et al., 2010; FUKAGAWA; YU, 2009). � Estrutura primária: é uma sequência de ligações peptídicas entre os aminoácidos que ocorre na cadeia da proteína. Nessa estrutura, são determinadas as propriedades biológicas da proteína que será sintetizada, uma vez que a cadeia lateral de um aminoácido difere da cadeia lateral de outro aminoácido, tornando, assim, cada aminoácido diferente. Digestão de proteínas 3 � Estrutura secundária: é a forma como os aminoácidos se organizam entre si. Essa forma pode ser em hélices,fitas ou voltas. � Estrutura terciária: é a forma como uma proteína se organiza no espaço tridimensional. Essa estrutura resulta de interações entre aminoácidos ou cadeias laterais de aminoácidos que se situam em distâncias lineares próximas ou consideráveis umas das outras ao longo da cadeia. Essas interações podem produzir uma estrutura linear, globular ou esférica, dependendo da interação. � Estrutura quaternária: o nível final de organização da proteína envolve interações entre duas ou mais proteínas. Geralmente são compostas por duas ou quatro cadeias polipeptídicas. Quando um aminoácido se liga a outro aminoácido, ocorre uma ligação peptídica, que é uma ligação covalente que ocorre entre a carboxila (COO–) de um aminoácido e o grupo amino (NH3+) do aminoácido adjacente (DA POIAN et al., 2010). A Figura 2 mostra um exemplo de ligação peptídica entre dois aminoácidos, formando uma estrutura primária. Figura 2. Ligação peptídica entre dois aminoácidos, formando um dipeptídeo. Fonte: Proteínas (2019, documento on-line). Quando uma proteína contém os aminoácidos essenciais na propor- ção certa exigida pelos humanos, essa proteína apresenta um elevado valor biológico. Quando a presença de um aminoácido essencial é insuficiente, essa proteína tem um baixo valor biológico. O aminoácido que está em menor quantidade em relação à necessidade é chamado de aminoácido limitante. Digestão de proteínas4 Fontes alimentares As proteínas são encontradas em diferentes alimentos. Todas as células animais e vegetais contêm alguma proteína, mas a quantidade de proteína presente nos alimentos varia muito. Além disso, não é apenas a quantidade de proteína que precisa ser considerada; a qualidade da proteína também é importante e depende dos aminoácidos presentes. Em geral, as proteínas de origem animal têm um valor biológico mais elevado do que as proteínas de origem vegetal. As fontes animais de proteínas são a carne, as aves, os peixe, os ovos, o leite, o queijo e o iogurte, que fornecem proteínas de alto valor biológico, também chamadas de proteínas completas. Plantas, leguminosas, grãos, frutos secos, sementes e vegetais fornecem proteínas de baixo valor biológico, também chamadas de proteínas incompletas (FUKAGAWA; YU, 2009). O aminoácido limitante (em menor quantidade) tende a ser diferente em diferentes proteínas vegetais. Portanto, a combinação de fontes vegetais de proteínas na mesma refeição (por exemplo, leguminosas com cereais) pode resultar em uma mistura de maior valor biológico. Essas combinações são encontradas em receitas culinárias tradicionais, como o feijão com arroz (WARDLAW; SMITH, 2013). Etapas da digestão de proteínas e aminoácidos em mamíferos O consumo diário de proteínas é quase que completamente digerido e ab- sorvido. Esse é um processo muito eficiente, que assegura um fornecimento contínuo de aminoácidos para o conjunto de aminoácidos de todo o corpo. Menos de 10% da proteína total que passa pelo trato gastrointestinal apa- rece nas fezes. Em uma dieta contendo cerca de 70 a 100 g de proteínas, isso equivale a cerca de 1-2 g de nitrogênio encontrado nas fezes. Da proteína dietética, a proteína fecal pode incluir as proteínas difíceis de mastigar ou digerir, como o tecido conjuntivo duro e fibroso da carne (FUKAGAWA; YU, 2009). Digestão de proteínas 5 Alguns alimentos que contém proteínas, como nozes, amêndoas e amendoins, nem sempre são hidrolisados em sua totalidade pelas enzimas. Por exemplo, amendoins inteiros têm uma estrutura difícil de ser envolvida pelas enzimas digestivas. A menos que sejam mastigados muito finamente, muito do valor nutritivo desse alimento pode ser perdido. A pasta de amendoim, por outro lado, é muito bem digerida, pois a sua preparação assegura que a dimensão da partícula seja pequena. O objetivo da digestão de proteínas é libertar os aminoácidos das proteínas consumidas. Apenas aminoácidos e pequenos peptídeos podem passar do lúmen intestinal para a corrente sanguínea, então as proteínas alimentares devem ser hidrolisadas nos seus componentes aminoácidos, dipeptídeos e tripeptídeos por meio de uma série de enzimas com ligações-alvo específicas como ponto de ação. As enzimas proteicas são chamadas de peptidases e dividem-se em duas categorias. As que atacam as ligações peptídicas internas e libertam grandes fragmentos de peptídeo para ataque subsequente por outras enzimas são chamada de endopeptidases. As que atacam as ligações do peptídeo terminal e libertam os aminoácidos únicos da estrutura proteica são chamadas de exopeptidases. As exopeptidases são subdivididas de acordo com o ataque: se for na extremidade carboxílica da cadeia de aminoácidos, são chamadas de carboxipeptidases; se for na extremidade amino da cadeia, são chamadas de aminopeptidases. O ataque inicial a uma proteína intacta é catalisado por endopeptidases, e a ação digestiva final é catalisada pelas exopeptidases (GROPPER; SMITH; GROFF, 2009). Em contraste com a digestão dos carboidratos e dos lipídeos, iniciada na boca com a amilase salivar ou lipase lingual, a digestão da proteína não começa até que a proteína chegue ao estômago e o alimento seja acidificado com o ácido clorídrico gástrico. O HCl tem várias funções, como a de acidi- ficar os alimentos ingeridos, matando potenciais organismos patogênicos. Também serve para desnaturar as proteínas alimentares, tornando-as mais vulneráveis para serem hidrolisadas. A primeira enzima proteica é a pepsina, secretada pelas células que revestem o estômago e liberada para a cavidade gástrica na sua forma inativa, o pepsinogênio (FUKAGAWA; YU, 2009; WARDLAW; SMITH, 2013). Após a ativação do pepsinogênio em pepsina, ocorre a liberação de cole- cistocinina no duodeno. Isso estimula o pâncreas e o intestino a liberarem suas enzimas digestivas. O intestino libera a enzima enteropeptidase, ou enterocinase, que ativa a tripsina, liberada como tripsinogênio pelo pâncreas. Digestão de proteínas6 A tripsina não atua apenas sobre proteínas alimentares, mas também sobre outras pré-proteases liberadas pelo pâncreas, ativando-as. Assim, a tripsina atua como endoprotease no quimotripsinogênio (liberando a quimotripsina), na proelastase (libertando elastase) e na procarboxipeptidase (liberando carboxipeptidase) (GROPPER; SMITH; GROFF, 2009). Por meio da ação de pepsina, tripsina, quimotripsina e elastase, nu- merosos oligopeptídeos são produzidos e depois atacados pelos amino e carboxipeptidases do suco pancreático e pelos que se encontram na borda e na escova das células epiteliais. Um a um, os aminoácidos são libertados de suas cadeias. Um a um, eles serão absorvidos. Embora os aminoácidos simples sejam libertados no conteúdo intestinal, não há energia suficiente nas enzimas do suco pancreático para tornar todos os aminoácidos indivi- dualmente prontos para absorção. A borda em escova intestinal, portanto, não apenas absorve o aminoácido único, mas também os di e tripeptídeos (GROPPER; SMITH; GROFF, 2009). Transporte Existem transportes específicos para cada grupo de aminoácidos funcional- mente semelhantes, dipeptídeos e tripeptídeos. A maioria dos mais impor- tantes aminoácidos é transportada por um sistema de transporte ativo contra um gradiente de concentração: a bomba de sódio potássio. Uma vez que os aminoácidos estão no sangue, eles são transportados para o fígado. Assim como acontece com outros macronutrientes, o fígado é o ponto de controle da distribuição dos aminoácidos e de qualquer degradação posterior dos aminoácidos, que é muito mínima. Como os aminoácidos são blocos de construção que o corpo reserva para sintetizar outras proteínas, mais de 90% das proteínas ingeridas não se decompõem mais do que os monômeros de aminoácidos (GROPPER; SMITH; GROFF, 2009). Metabolismo O crescimento e a manutenção do organismo requerem uma ingestão ade- quada de proteínas, com um fornecimento contínuo de aminoácidos aos tecidos. O conjunto deaminoácidos e suas concentrações corporais são rigo- rosamente controlados e mantidos por meio do fornecimento, da eliminação e das perdas de aminoácidos. O organismo humano é capaz de detectar e adaptar o metabolismo com dietas com diferentes conteúdos proteicos. Uma dieta deficiente em energia Digestão de proteínas 7 e proteínas induz perdas de massa magra. A ingestão suficiente de energia e proteínas é um pré-requisito para a síntese de proteínas corporais e a manutenção de músculos, ossos e outros tecidos. A manutenção de uma ingestão adequada de proteínas com a idade pode ajudar a preservar a massa muscular e a força (KOHLMEIER, 2015). Balanço de nitrogênio O balanço de nitrogênio representa o resultado líquido do anabolismo proteico contínuo e do catabolismo no corpo. Esse equilíbrio é influenciado não só pela ingestão de proteínas em relação às perdas de nitrogênio do organismo, mas também pela qualidade proteica da proteína dietética e pelo equilíbrio energético (KOHLMEIER, 2015). Os principais sistemas metabólicos responsáveis pela manutenção do equilíbrio de proteínas e aminoácidos corporais são (FUKAGAWA; YU, 2009): � síntese de proteínas; � decomposição ou degradação proteica; � interconversões de aminoácidos, transformação e eventualmente oxidação, com eliminação de dióxido de carbono e produção de ureia; � síntese de aminoácidos, no caso de aminoácido não essencial ou con- dicionalmente essencial. A Figura 3 demonstra o metabolismo de aminoácidos. Observe que o conjunto de aminoácidos é capaz de ser utilizado para formar proteínas corporais, além de uma variedade de outros produtos. Quando os esqueletos de carbono dos aminoácidos são metabolizados para produzir glicose ou gordura, o produto de degradação resultante é a amônia, que será convertida em ureia e excretada na urina. Digestão de proteínas8 Figura 3. Metabolismo das proteínas. Fonte: Wardlaw e Smith (2013, p. 246). Os fatores dietéticos e nutricionais determinam, em parte, o estado dinâ- mico desses sistemas. Tais fatores incluem os níveis de ingestão alimentar relativos ao hospedeiro, as necessidades de proteínas e aminoácidos, a forma e a rota de entrega de nutrientes (parenteral — venoso, ou oral — enteral) e o consumo durante o dia, especialmente em relação à absorção dos principais Digestão de proteínas 9 substratos de rendimento energético: os carboidratos e as gorduras dos alimentos. Outros fatores incluem os hormônios e os produtos do sistema imunológico (BIOLO, 2013). Alterações nas taxas de eficiência de um ou mais desses sistemas podem levar a um ajuste de equilíbrio e retenção de nitrogênio no corpo. Esse equilí- brio será a soma das interações que ocorrem entre os fatores predominantes. Com efeito, existem dois ciclos endógenos de nitrogênio que determinam o estado de equilíbrio de proteínas no corpo: o equilíbrio entre o consumo e a excreção de nitrogênio e o equilíbrio entre a síntese de proteínas e a decomposição de proteínas (KOHLMEIER, 2015). Para analisar o balanço de nitrogênio, é necessária a medição da quanti- dade de nitrogênio consumida por dia durante vários dias. Essa quantidade é fácil de medir por várias razões. Todo o nitrogênio consumido entra no corpo via oral. A quantidade de nitrogênio consumida pode ser determinada a partir do peso da quantidade de alimento consumida e do conhecimento do conteúdo de nitrogênio do alimento. O teor de nitrogênio do alimento pode ser determinado por análise química. A quantidade de nitrogênio consumida pode ser controlada antecipadamente, pelo menos em seres humanos. Essa análise também requere a medição da quantidade de nitrogênio excretado por dia durante vários dias, que geralmente pode ser feita por meio da urina e das fezes (KOHLMEIER, 2015). No adulto saudável, o balanço de nitrogênio é equilibrado, ou seja, a in- gestão de nitrogênio se iguala à excreção de nitrogênio, assim como a síntese de proteínas se iguala à decomposição de proteínas. O balanço nitrogenado negativo ocorre quando a quantidade de nitrogênio ingerido é menor que a quantidade excretada, como no jejum, em uma dieta pobre em proteínas ou em doenças catabólicas (câncer e aids, por exemplo). O balanço nitrogenado positivo ocorre quando a quantidade de nitrogênio ingerido é maior que a quantidade excretada, como em crianças, gestantes e pessoas que praticam musculação com o objetivo de hipertrofia (BIOLO, 2013). Ciclo da ureia O ciclo da ureia é um conjunto de reações bioquímicas que produz ureia a partir da amônia, a fim eliminar a amônia tóxica do organismo. Em um adulto saudável, cerca de 10 a 20 g da substância é removida diariamente. Isso porque uma a hiperamonemia pode causar uma série de disfunções metabólicas, resultando em doenças como a encefalopatia hepática, que ocorre principal- mente no fígado e, em menor grau, no rim. Antes do ciclo da ureia, a amônia Digestão de proteínas10 é produzida a partir da decomposição de aminoácidos. Nessas reações, um grupo de aminas, ou íons de amônia do aminoácido, é trocado com um grupo keto em outra molécula. Esse evento de transaminação cria uma molécula necessária para o ciclo de Krebs e um íon de amônia que entra no ciclo da ureia para ser eliminado (KOHLMEIER, 2015; WARDLAW; SMITH, 2013). Vale ressaltar que indivíduos com baixa ingestão proteica produzem níveis mais baixos das enzimas do ciclo da ureia em comparação com indivíduos com dieta altamente proteica (KOHLMEIER, 2015). O catabolismo dos aminoácidos libera amônia, que contém nitrogênio. Como a amônia é tóxica, o fígado a transforma em ureia, que depois é transportada para o rim e excretada na urina. A ureia é uma molécula que contém dois nitrogênios e é altamente solúvel em água. Isso a torna uma boa escolha para o transporte do excesso de nitrogênio para fora do corpo (BIOLO, 2013). Falhas do metabolismo de proteínas e aminoácidos e suas implicações à saúde humana As falhas do metabolismo de proteínas e aminoácidos resultam de uma deficiência enzimática em uma via metabólica. Como resultado dessa defi- ciência enzimática, os substratos ou seus metabólitos podem se acumular e se tornar tóxicos. Assim, um princípio básico do manejo dessas falhas é reduzir as concentrações teciduais e plasmáticas dos substratos tóxicos por meio da redução do consumo de nutrientes que produzem esses substratos ou do aumento de sua excreção. Um segundo princípio básico de manejo é o fornecimento da enzima deficiente. Quando a atividade enzimática residual permanece, outra estratégia comum é fornecer vitaminas ou cofatores para aumentar a atividade enzimática. Existe um amplo espectro de tolerância metabólica para os pacientes que apresentam a mesma falha. Assim, a dieta prescrita é individualizada para cada paciente, considerando a tolerância do indivíduo ao metabólito tóxico, seu estágio de crescimento e desenvolvimento e seu estado clínico (BOYER; BARCLAY; BURRAGE, 2015). Digestão de proteínas 11 Fenilcetonúria A fenilcetonúria é encontrada em todas as etnias, com incidência em recém- -nascidos, podendo variar de 1 em cada 2.600 ou 1 em cada 26.000. No Brasil, a incidência média é de 1 em cada 10.000 recém-nascidos (SANTOS et al., 2015). As pessoas afetadas por esse erro inato do metabolismo das proteínas não têm atividade suficiente da enzima fenilalanina hidroxilase e, por isso, são incapazes de decompor a fenilalanina em tirosina de forma adequada. Em razão disso, os níveis de fenilalanina sobem para níveis tóxicos no corpo, o que resulta em danos para o sistema nervoso central e o cérebro (SPRONSEN et al., 2021). Os sintomas incluem atraso no desenvolvimento neurológico, hiperativi- dade, atraso mental, convulsões, erupções cutâneas, tremores e movimentos descontrolados dos braços e pernas. As mulheres grávidas com fenilcetonúria correm um risco elevado de expor o feto a uma demasiada fenilalanina, o que pode atravessar a placenta e afetar o desenvolvimento fetal. Os bebêsexpostos a um excesso de fenilalanina no útero podem apresentar defeitos cardíacos, retardamento físico e/ou mental e microcefalia. No Brasil, para determinar se a fenilcetonúria está presente, os bebês são testados após uma semana de nascimento por meio do teste do pezinho (SANTOS; HAACK, 2012). A restrição dietética da fenilalanina tem sido a base do tratamento durante mais de 60 anos e tem sido altamente bem-sucedida, embora os resultados continuem a ser subótimos e os pacientes possam ter dificuldade em aderir ao tratamento. Após a confirmação do diagnóstico, devem ser restringidos os alimentos de origem animal com elevado teor de fenilalanina, assim como o leite materno (SPRONSEN et al., 2021). A fenilalanina também é encontrada em altas concentrações em edulcorantes artificiais, incluindo o aspartame, e por isso eles devem ser evitados. Existem tratamentos farmacológicos disponíveis, como a tetrahidrobiop- terina, que é eficaz apenas em uma minoria de doentes (geralmente aqueles que apresentam grau mais leve), e a fenilalanina amônia-liase, que requer injeções subcutâneas diárias e pode causar respostas imunitárias adversas (SPRONSEN et al., 2021). Cistinúria A cistinúria é uma condição genética hereditária que causa aumento da ex- creção de cistina e outros aminoácidos dibásicos (lisina, arginina e ornitina) na urina, devido ao transporte deficiente nos túbulos renais proximais. A Digestão de proteínas12 baixa solubilidade da cistina conduz à precipitação e à formação de cálculos renais. Embora rara, essa condição representa uma proporção relativamente significativa da nefrolitíase pediátrica: até 10% em crianças, em comparação com 1% em adultos. Além disso, em comparação com outras causas de for- mação de cálculos pediátricos, a cistinúria é mais suscetível de resultar em recorrência frequente, morbilidade e necessidade de intervenções médicas. É necessária uma atenção cuidadosa para prevenir complicações relacionadas à doença, principalmente doenças renais crônicas (SANTOS et al., 2015). A dietoterapia da cistinúria é uma abordagem dupla que envolve dois ob- jetivos: uma redução da excreção urinária global de cistina e um aumento da solubilidade da cistina urinária. O primeiro objetivo pode ser obtido por meio da restrição da ingestão dietética de proteínas animais, que, em comparação com as proteínas de origem vegetal, são geralmente mais elevadas na cistina e no seu precursor metabólico metionina. Evitar a ingestão excessiva de sódio na dieta também vai reduzir a excreção urinária de cistina (CARVALHO-SALEMI; MORENO; MICHAEL, 2017). O segundo objetivo, o aumento da solubilidade urinária da cistina, pode ser melhorado com o aumento da ingestão de fluidos. A solubilidade da cistina também aumenta com a alcalinidade urinária, por isso é importante para os doentes evitar o excesso de proteína animal, cujo perfil de enxofre com aminoácidos acidifica a urina. Por fim, vale ressaltar que os pacientes com cistinúria correm um risco mais elevado de pedras oxalato de cálcio. Consequentemente, devem ser seguidas recomendações alimentares gerais para pedras renais, incluindo a garantia de quantidades adequadas de cálcio dietético (CARVALHO-SALEMI; MORENO; MICHAEL, 2017). Deficiência de piruvato desidrogenase A deficiência de piruvato desidrogenase (PDHD) é uma doença genética. A piruvato desidrogenase é a enzima que converte o piruvato em acetil CoA (molécula necessária para iniciar o ciclo de Krebs para produzir ATP). Com níveis baixos do complexo de piruvato desidrogenase, a taxa de ciclagem através do ciclo de Krebs é drasticamente reduzida. Isso resulta em uma diminuição da quantidade total de energia produzida pelas células do corpo (PAVULURI et al., 2022). A deficiência do complexo de piruvato desidrogenase resulta em uma doença neurodegenerativa que varia em gravidade, dependendo dos níveis da enzima. Ela pode causar defeitos de desenvolvimento, espasmos musculares e morte (PAVLU- PEREIRA et al., 2020). Digestão de proteínas 13 O tratamento destina-se geralmente a estimular o complexo de piruvato desidrogenase ou a fornecer uma fonte de energia alternativa para o cérebro. Recomenda-se a suplementação com tiamina, carnitina e ácido lipóico. Uma dieta cetogênica pode ser indicada, especialmente para aqueles que apresen- tam um distúrbio distônico. O dicloroacetato tem sido utilizado, mas efeitos secundários significativos, como a neuropatia periférica, podem limitar a eficácia. Nenhum tratamento tem efeito na prevenção do desenvolvimento pré-natal de anomalias estruturais do sistema nervoso central (PAVULURI et al., 2022). Tirosinemia Na tirosinemia, o corpo não apresenta a enzima fumarilacetoacetato hidrolase para metabolizar a tirosina. Indivíduos com tirosinemia acumulam produtos da tirosina no organismo, o que causa danos progressivos no fígado e nos rins (principalmente no fígado, pois esse órgão é normalmente o local primário onde a tirosina é metabolizada) (SANTOS et al., 2015). A tirosinemia é hereditária e, para desenvolver a doença, uma criança deve obter uma mutação no gene da tirosinemia de cada progenitor. Em famílias em que ambos os pais são portadores de uma mutação, há um risco quatro vezes maior de uma criança ter tirosinemia. Essa é uma doença muito rara, sendo observada na proporção de 1 em cada 100.000 (CHINSKY et al., 2017). Essa doença genética pode ser classificada em três tipos; veja a seguir (SANTOS et al., 2015). � Tirosinemia tipo I: deficiência da enzima fumaril-acetoacetato-hidrolase (FAA). � Tirosinemia tipo II, ou tirosinemia óculo-cutânea: deficiência da tirosina-aminotransferase. � Tirosinemia tipo III: deficiência da 4-hidroxi-fenilpiruvato-dioxigenase. O tratamento da tirosinemia é uma combinação de uma dieta pobre em proteínas com o medicamento nitisinona, que previne o acúmulo de produtos tóxicos de degradação da tirosina. Carnes, produtos lácteos e outros alimentos ricos em proteínas, como oleaginosas e leguminosas, devem ser evitados. Digestão de proteínas14 Uma boa nutrição e uma ingestão adequada de vitaminas e mine- rais permitem que as crianças cresçam normalmente. As crianças com tirosinemia requerem uma cuidadosa monitoração para assegurar um crescimento normal, pois existe o risco de desenvolver câncer do fígado. As crianças tratadas após o rastreio dos recém-nascidos não parecem desenvolver doenças do fígado na infância. Por razões desconhecidas, algumas crianças com tirosinemia têm dificuldades de aprendizagem (SANTOS et al., 2015). O transplante do fígado ainda é a única forma de corrigir o metabolismo da tirosinemia, mas isso é raramente necessário atualmente. Mais de 90% das crianças respondem muito bem à nitisinona e à dieta. Hoje, o transplante do fígado só é necessário quando as crianças com a forma aguda não respondem rapidamente à nitisinona ou quando há suspeita de câncer do fígado. Após receberem um transplante, as crianças podem comer uma dieta normal e levar uma vida saudável e ativa (CHINSKY et al., 2017). Referências BERDANIER,C. D.; ZEMPLENI, J. Advanced nutrition: macronutrients, micronutrients, and metabolism. Boca Raton: CRC Press, 2009. BIOLO, G. Protein metabolism and requirements. World Review of Nutrition Dietetics, v. 105, p. 12-20, 2013. BOYER, S. W.; BARCLAY, L. 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Nutrient metabolism: structures, functions, and genes. 2nd ed. Oxford: Elsevier, 2015. PAVLU-PEREIRA, H. et al. Pyruvate dehydrogenase complex deficiency: updating the clinical, metabolic and mutational landscapes in a cohort of Portuguese patients. Orphanet Journal of Rare Diseases, v. 15, n. 298, p. 1-14, 2020. Digestão de proteínas 15 PAVULURI, H. et al. Pyruvate dehydrogenase complex deficiency due to PDHA1 mutation – a rare treatable cause for episodic ataxia in children. Indian Journal of Pediatrics, v. 89, n. 5, p. 519, 2022. PROTEÍNAS. XV Curso de Verão em Bioquímica e Biologia Molecular. Portal do Conhe- cimento do Departamento de Bioquímica da USP, 2019. Disponível em: http://curso- bioquimica.iq.usp.br/paginas_view.php?idPagina=941&idTopico=1451#.YqPt8KjMKUl. Acesso em: 10 jun. 2022. SANTOS, L. G. et al. Desordens do metabolismo de aminoácidos e intermediários do ciclo da ureia: uma revisão. Revista de Medicina e Saúde de Brasília, v. 4, n. 2, p. 197-218, 2015. SANTOS, M. 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Digestão de proteínas16 Dica do professor O vídeo a seguir apresenta as reações que ocorrem com as proteinas, resultando, em última instância, na formação de esqueletos carbônicos e ureia, excretada na urina. Assista! Aponte a câmera para o código e acesse o link do conteúdo ou clique no código para acessar. https://fast.player.liquidplatform.com/pApiv2/embed/cee29914fad5b594d8f5918df1e801fd/37071cee187b0b4ea3d04eccfa742964 Exercícios 1) Sobre os processos iniciais de digestão das proteínas da dieta, assinale a alternativa CORRETA. A) Com a chegada de proteínas da dieta ao estômago, a mucosa gástrica secreta gastrina, que converte o pepsinogênio em pepsina ativa. B) A pepsina hidrolisa todo tipo de proteína ingerida, clivando as cadeias polipeptídicas longas em uma mistura de aminoácidos. C) Secretina e colecistocinina são enzimas que atuam no intestino delgado, clivando peptídeos. D) Tripsinogênio, quimotripsinogênio e procarboxipeptidases A e B são as enzimas responsáveis por clivar as ligações peptídicas, liberando os aminoácidos. E) A síntese de tripsinogênio, quimotripsinogênio e procarboxipeptidases A e B como precursores inativos (zimogênios) visa a proteger as células exócrinas do ataque proteolítico destrutivo. A figura exemplifica uma reação de transaminação catalisada por enzima. Sobre a reação em questão, é CORRETO afirmar: 2) I - Trata-se de uma reação de transaminação, em que o efeito esperado é coletar grupos amino de diferentes aminoácidos, na forma de L-glutamato. II - Nessa reação, o grupo prostético da aminotransferase é o piridoxal-fosfato (PLP), a forma de coenzima da piridoxina ou vitamina B6. III - O PLP funciona como carreador intermediário de grupos amino, no sítio ativo das aminotransferases. A) Apenas a sentença I está correta. B) Apenas a sentença II está correta. C) Apenas a sentença III está correta. D) Todas as sentenças estão corretas. E) Todas as sentenças estão incorretas. A glutamina é uma forma de transporte não tóxico para a amônia. Ela normalmente está presente no sangue em concentrações muito maiores do que os demais aminoácidos. 3) http://publica.sagah.com.br/publicador/objects/layout/1895383284/2019-09-21-13-41-44-questao2.jpg?v=771298592 Qual é a enzima envolvida na reação de formação de glutamina a partir de glutamato e amônia nos tecidos? A) Glutamina-sintetase. B) Glutamato-desidrogenase. C) Transdesaminação. D) Glutaminase. E) Transaminase. 4) "A amônia é produzida por praticamente todas as células do organismo, embora apenas o fígado tenha a maquinaria enzimática para convertê-la em ureia." Sobre o transporte e destino do nitrogênio formado no catabolismo dos aminoácidos, é CORRETO afirmar que: I - No sangue, o glutamato pode ser uma forma de transporte não tóxico para a amônia. II - No sangue, a alanina pode ser uma forma de transporte não tóxico para a amônia. III - No sangue, a glutamina pode ser uma forma de transporte não tóxico para a amônia. A) Somente a sentença I está correta. B) Somente a sentença II está correta. C) Somente a sentença III está correta. D) Somente a sentença I está errada. E) Somente a sentença III está errada. 5) Assinale a alternativa CORRETA. A) No ciclo da ureia, há sua transformação em amônia, que é excretada na urina humana. B) O ciclo da ureia ocorre no citosol das células musculares. C) Indivíduos com baixa ingestão proteica produzem níveis mais baixos das enzimas do ciclo da ureia em comparação com indivíduos sob dieta altamente proteica. D) A digestão de uma proteína gera como único produto final a ureia. E) Indivíduos com defeitos genéticos em enzimas do ciclo da ureia devem ter dieta rica em proteína. Na prática Ao falarmos de digestão de proteínas, há duas questões que não podem ser esquecidas: 1o) O FÍGADO é um órgão central quando se fala de digestão proteica. Pessoas com hepatopatias – cirrose, encefalopatia hepática, câncer hepático – requerem cuidados especiais na dieta. 2o) Uma dieta NORMOPROTEICA, a princípio, supre as necessidades de um indivíduo com funções vitais normais (sem alterações fisiológicas). A falsa ideia de que uma dieta hiperproteíca traz aumento de massa muscular faz muitos indivíduos a aderirem a essa pratica Saiba + Para ampliar o seu conhecimento a respeito desse assunto, veja abaixo as sugestões do professor: Tratamento dietético no metabolismo proteico Aponte a câmera para o código e acesse o link do conteúdo ou clique no código para acessar. IConsenso para o tratamento nutricional das doenças do ciclo da ureia Aponte a câmera para o código e acesse o link do conteúdo ou clique no código para acessar. Khan Academy. Overview of amino acid metabolism Aponte a câmera para o código e acesse o link do conteúdo ou clique no código para acessar. http://www.scielo.mec.pt/pdf/nas/v20n3/v20n3a13.pdf http://www.spp.pt/Userfiles/File/App/Artigos/17/20100115185201_Consensos%20SPP_Consenso%20DCU_40(4).pdf https://www.khanacademy.org/test-prep/mcat/biomolecules/fat-and-protein-metabolism/v/overview-of-amino-acid-metabolism Lipídeos Apresentação Os lipídeos são biomoléculas que fazem parte de um grupo heterogêneo de substâncias amplamente distribuídas em vegetais e animais. Sua característica principal é a insolubilidade em água. Nesta Unidade de Aprendizagem, você vai estudar as principais funções dos lipídeos, sua estrutura e algumas propriedades químicas dessas biomoléculas. Bons estudos. Ao final desta Unidade de Aprendizagem, você deve apresentar os seguintes aprendizados: Identificar a estrutura dos principais lipídeos nas células.• Reconhecer as diversas funções biológicas dos lipídeos.• Diferenciar a solubilidade em meio aquoso e em solventes orgânicos.• Desafio O sabão surgiu há milhares de anos através de uma mistura de lipídeos(gordura) e soda cáustica (hidróxido de sódio). Já no século XV, os primeiros sabões eram considerados artigos de luxo e produzidos com a mistura do sebo de animais e cinza de madeiras (substância alcalina). O sabão é produto do processo chamado “saponificação” e composto por duas partes importantes: a parte polar que interage com a água e a parte apolar que interage com lipídeos. Nesse sentido, o que é necessário para fazer um sabão? E como ocorre a reação de saponificação? Infográfico Veja alguns tipos comuns de lipídeos, com funções de armazenamento e estrutura de membrana, representados no infográfico a seguir. Repare que todos possuem ou glicerol ou esfingosina como esqueleto, ao qual estão ligados um ou mais grupos alquila de cadeia longa e um grupo cabeça polar. Aponte a câmera para o código e acesse o link do conteúdo ou clique no código para acessar. https://statics-marketplace.plataforma.grupoa.education/sagah/226c358e-2e2f-41b9-8230-af0c113880b8/5caee9fa-8724-4f40-9f95-d884c9134732.jpg Conteúdo do livro Conheça os principais lipídeos de importância biológica, sua estrutura e funções acompanhando o capítulo Lipídeos do livro Bioquímica Geral, que servirá de base teórica para esta Unidade de Aprendizagem. Boa leitura. BIOQUÍMICA GERAL Rodrigo Binkowski de Andrade Lipídeos Objetivos de aprendizagem Ao final deste texto, você deve apresentar os seguintes aprendizados: � Identificar a estrutura dos principais lipídeos nas células. � Reconhecer as diversas funções biológicas dos lipídeos. � Diferenciar a solubilidade em meio aquoso e em solventes orgânicos. Introdução Os lipídeos são biomoléculas que fazem parte de um grupo heterogêneo de substâncias, amplamente distribuídas em vegetais e animais, com a característica comum de insolubilidade em água. Neste texto, você vai estudar as principais funções dos lipídeos, sua estrutura e algumas propriedades químicas dessas biomoléculas. O papel dos lipídeos Em muitos organismos, óleos e gorduras são as formas principais de armaze- nar energia, enquanto fosfolipídeos e os esteróis representam perto de metade da massa das membranas biológicas. Outros lipídeos, embora presentes em quantidades relativamente pequenas, desempenham papéis cruciais como cofatores enzimáticos, transportadores de elétrons, pigmentos que absorvem radiações luminosas, âncoras hidrofóbicas, agentes emulsificantes, hormô- nios e mensageiros intracelulares. Os óleos e gorduras empregados como armazenamento de energia são derivados dos ácidos graxos (AG). Os AG são derivados dos hidrocarbonetos e seu estado de oxidação é mínimo, ou seja, eles são altamente reduzidos. A oxidação completa dos AG na célula é altamente exergônica. Em alguns animais, os triglicerídeos servem, além de reservatório energético, como isolante contra temperaturas externas muito baixas. A densidade baixa dos triglicerídeos permite a certo animais, como a baleia cachalote, equilibrar a densidade de seu corpo com a água fria circun- dante, no mergulho em águas profundas. A maioria das gorduras animais é mistura de triacilgliceróis. Os óleos vegetais são compostos principalmente por AG insaturados e, assim, são líquidos à temperatura ambiente. Observe na Figura 1 alguns tipos de lipídeos existentes em nosso organismo. Fi gu ra 1 . A lg un s t ip os c om un s d e lip íd eo s d e ar m az en am en to e d e m em br an a. Fo nt e: N el so n e Co x (2 01 4) . Lipídeos2 Estrutura, características físico-químicas e as diversas funções dos lipídeos Os AG são ácidos carboxílicos com cadeias hidrocarbônicas que contêm entre quatro e 36 carbonos, com ou não ligações duplas. A nomenclatura do principal ácido graxo sintetizado no nosso corpo é 16:0, conhecido como ácido palmítico, que tem 16 carbonos e é totalmente saturado. Existem outros tipos de AG de importância biológica, tais como o ácido oleico e ácido linoleico (Figura 2). Figura 2. Ácidos graxos. Fonte: Rodwell et al. (2017). As propriedades físicas dos AG e dos compostos que os contêm são de- terminadas pelo comprimento e pelo grau de insaturação da cadeia hidrocar- bônica. Quanto maior a cadeia hidrocarbônica do AG e menor o número de ligações duplas, menor a sua solubilidade em água. Nos compostos totalmente saturados, a livre rotação ao redor de cada ligação carbono-carbono (C-C) confere à cadeia hidrocarbônica uma grande flexibilidade. Uma dupla ligação CIS força uma curvatura na cadeia. Nos animais, os AG livres (grupo carboxilato livre) circulam no sangue ligados a uma proteína transportadora, a soroalbumina. Entretanto, os AG estão presentes principalmente como derivados de ácidos carboxílicos como os ésteres e as amidas. A ceras são ésteres de AG de cadeia longa saturada e insaturada (14 a 36 C) com álcoois de cadeia longa (16 a 30 C). Possuem propriedades repelentes da água e consistência firme (Figura 3). 3Lipídeos Figura 3. O empacotamento de ácidos graxos em agregados estáveis. Fonte: Nelson e Cox (2014). Os lipídeos de membrana são anfipáticos e compostos principalmente por fosfolipídeos. Já os glicerofosfolipídeos possuem uma região hidrofóbica com- posta de dois AG e um glicerol. O esfingolipídeo é composto de um ácido graxo e uma molécula de esfingosina (amina). Este grupo de lipídeos está envolvido em vários eventos de reconhecimento na superfície celular. Por outro lado, os esteróis possuem quatro anéis hidrocarbônicos fundidos e sintetizados a partir de isopreno. O colesterol é o mais importante esterol nos tecidos animais. É precursor para uma variedade de produtos e este grupo de lipídeos é o precursor dos demais esteróides. No organismo, o colesterol apresenta uma estrutura esteri- ficada (Figura 4). O colesterol é transportado para os tecidos pelas lipoproteínas plasmáticas. Este esteroide estabiliza com arranjo linear dos AG saturados das membranas, por interações de van der Waals. Os ácidos biliares são derivados do colesterol que atuam na digestão de lipídeos. Lipídeos4 Figura 4. Colesterol. Fonte: Rodwell et al. (2017). Um grupo muito importante de lipídeos são os eicosanoides, derivados dos AG. Eles não são transportados entre os tecidos pelo sangue, mas agem no próprio tecido em que são produzidos. São sintetizados a partir de um derivado do ácido araquidônico. A maior parte dos leucotrienos é produzida pela via 5-lipoxigenase, presente nos basófios, leucócitos, macrófagos e mastócitos. Estão envolvidos na função reprodutiva; na inflamação, na febre e na sensação de dor associada à doença; na formação de coágulos sanguíneos; na regulação da pressão sanguínea. São todos derivados do ácido araquidônico, um ácido graxo poliinsaturado com 20 átomos de carbono. Os eicosanoides podem ser divididos em 3 classes: prostaglandinas, tromboxanas e leucotrienos. As prostaglandinas contêm um anel de 5 C, agindo na regulação e síntese do AMPc. Algumas prostaglandinas estimulam a contração da musculatura lisa do útero durante o trabalho de parto ou menstruação. Outras afetam o fluxo sanguíneo para órgãos específicos, o ciclo entre vigília e sono e a sensibilidade de certos tecidos a hormônios como epinefrina e glucagon. Outros, ainda, elevam a temperatura corporal (febre) e provocam a inflamação, resultando em dor. As tromboxanas têm um anel de 6 C e um grupo éter. São produzidas pelas plaquetas e agem na formação dos trombos sanguíneos e na redução do fluxo do sangue para o sítio do coágulo. A síntese das tromboxanas TXA2 e TXA3 é feita a partir da prostaglandina PGH2. Elas são produzidas pelas plaquetas e agem na formação dos coágulos sanguíneos e na redução do fluxo de sangue perto do coágulo. As principais funções: estimulação da contração da musculatura lisa e indução da agregação plaquetaria. Os AG ω-3 inibem a formação de TXA2 pelo ácido araquidônico. A TXA3 é menos trombogênica e apresenta menor risco de arteriosclerose 5Lipídeos Por fim, os leucotrienos contêm 3 LDconjugadas. São sinais biológi- cos potentes. Induzem, por exemplo, a contração da camada muscular que pavimenta as vias aéreas que conduzem oxigênio ao pulmão. A produção exagerada de leucotrienos provoca ataques de asma. Um resumo das funções das prostaglandinas pode ser conferido na Figura 5. Figura 5. Visão geral da biossíntese e da função de algumas prostaglandinas, leucotrienos e tromboxanos importantes, derivados do ácido araquidônico. Fonte: Harvey e Ferrier (2012). As vitaminas lipossolúveis são compostos isoprenóides, sintetizados pela condensação de unidades de isopreno. A vitamina A é essencial para visão Lipídeos6 e sua deficiência causa pele seca, xeroftalmia, membranas mucosas secas, desenvolvimento e crescimento retardado e cegueira noturna. Já a vitamina D, também chamada de colecalciferol, é derivada do colesterol. Forma-se normalmente na pele em uma reação fotoquímica catalisada pelo componente ultravioleta da luz solar. A vitamina D3, por si só, não é biologicamente ativa, mas é precursora do 1,25-di-hidroxicolecalciferol, potente hormônio que regula a absorção de cálcio no intestino e o equilíbrio entre liberação e deposição de cálcio e fósforo nos ossos. A deficiência de vitamina D causa raquitismo. A vitamina E previne o dano oxidativo aos lipídeos das membranas ce- lulares A ingestão de AG deve ser casada com a ingestão de vitamina E, para não ocorrer problemas cardiovasculares. A forma ativa da vitamina E é o alfa-tocoferol e sua deficiência causa pele escamosa, fraqueza e atrofia muscular e esterilidade. Os tocoferóis reagem com, e destroem, as formas mais reativas do oxigênio, protegendo os AG insaturados da oxidação sendo um importante antioxidante. Já a vitamina K é cofator lipídico necessário para a coagulação sanguínea normal. Age na formação da prototrombina, enzima proteolítica que hidro- lisa ligações peptídicas específicas nas proteínas sanguíneas fibrinogênio, convertendo-o em fibrina (proteína fibrosa insolúvel que mantém a estrutura do coágulo). A deficiência desta vitamina resulta em deficiência de coagulação. Assista ao vídeo a seguir para revisar quatro importantes grupos de lipídeos: triglicerídeos, fosfolipídeos, esteroides e ceras (RICOCHET SCIENCE, 2016). https://goo.gl/WxdNCl Uma quinona lipídica, a ubiquinona (coenzima Q) é derivada dos isoprenóis e funciona como transportador de elétrons na mitocôndria durante a produção de ATP. Os lipídeos que contêm AG unidos por ligações éster ou amida podem ser hidrolisados, por saponificação, pelo tratamento com ácido ou álcali, para liberar as suas partes componentes. Os triacilgliceróis são os lipídeos mais simples, constituídos de AG. São compostos de 3 AG, cada um em uma ligação 7Lipídeos éster com uma única hidroxila do glicerol. São moléculas hidrofóbicas e não polares. Os triglicerídeos são estocados nos adipócitos, células especializadas em armazenar triacilgliceróis em pequenas gotas. Os adipócitos contêm lipases, enzimas que catalisam a hidrólise dos triacilgliceróis armazenados, liberando AG que serão exportados para os locais onde são necessários (Figura 6). Figura 6. Depósitos de gordura nas células. Fonte: Nelson e Cox (2014). Existem duas vantagens significativas no uso de triglicerídeos como com- bustíveis de reserva, em lugar do glicogênio e do amido. A primeira delas é que os átomos de carbono dos AG são mais reduzidos que os dos açúcares, e a oxidação dos triglicerídeos libera mais do que o dobro de energia que a oxidação de carboidratos. A segunda, os triacilgliceróis são hidrofóbicos, e portanto, desidratados, e os organismos que usam as gorduras como combustí- vel não precisam carregar o peso extra da água associada aos polissacarídeos. Nas células intestinais, a vitamina D estimula a síntese da proteína responsável pela absorção do cálcio, a calbindin. Junto com o PTH, promove a reabsorção óssea de cálcio e inibe a excreção de cálcio pelos rins. Lipídeos8 As principais funções dos lipídeos são reserva energética, isolamento térmico e proteção mecânica. Os átomos de C dos AG são quimicamente mais reduzidos que aqueles dos açúcares e, portanto, a oxidação dos triacilgliceróis libera uma quantidade de energia maior que a liberada pelos carboidratos. Nos vertebrados, os AG livres (não esterificados) circulam no sangue ligados não covalentemente a uma proteína carregadora, a albumina sérica. No entanto, os AG estão presentes no sangue principalmente como derivados de ácidos carboxílicos como ésteres e amidas. Hidrogenação: os AG insaturados são convertidos industrialmente em gorduras sólidas por meio da hidrogenação catalítica. Esse processo é utilizado em margarinas de baixo custo para solidificar os óleos, por onde é adicionado hidrigênios nas ligações duplas dos AG. Geralmente esse processo gera a formação de alguns AG trans, no qual são extremamente nocivos à saúde. Tabela 1. Ácidos graxos trans em alguns fast-foods e lanches. (Dados para alimentos prepa- rados com óleo vegetal parcialmente hidrogenado nos Estados Unidos em 2002.) Fonte: Nelson e Cox (2014). 9Lipídeos Uma produção excessiva de leucotrienos causa ataques de asma. A síntese de leuco- trienos é o alvo de drogas para asmáticos, como a prednisona. Além disso, as drogas antiinflamatórias não esteroidais, como a aspirina, inibem a enzima prostaglandina H2 sintetase que catalisa passo inicial na rota de conversão do ácido araquidônico em prostaglandinas e tromboxanas. Via respiratória normal e via afetada pela asma. Fonte: Asma (2017). ASMA. Saúde e bem estar. Porto, 2017. Disponível em: . Acesso em: 02 out. 2017. HARVEY, R.; FERRIER, D. Bioquímica ilustrada. 5. ed. Porto Alegre: Artmed, 2012. NELSON D. L; COX, M. M. Princípios de bioquímica de Lehninger. 6. ed. Porto Alegre: Artmed, 2014. RICOCHET SCIENCE. Lipids. YouTube, 2016. Disponível em: . Acesso em: 02 out. 2017. RODWELL, V. W. et al. Bioquímica ilustrada de Harper. 30. ed. Porto Alegre: AMGH, 2017. Lipídeos10 Dica do professor Os lipídeos são um grupo de compostos cuja característica principal é a insolubilidade em água. Suas funções são diversas: armazenamento de energia, isolamento térmico, estrutural em membranas, sinalização, hormonal, antioxidante. Além de também atuarem como cofatores enzimáticos e como pigmentos fotossensíveis na visão e na fotossíntese. Acompanhe na Dica do Professor. Aponte a câmera para o código e acesse o link do conteúdo ou clique no código para acessar. https://fast.player.liquidplatform.com/pApiv2/embed/cee29914fad5b594d8f5918df1e801fd/b588fa31b816bde1b549f040b4c26643 Exercícios 1) Em relação às funções biológicas dos lipídeos, é CORRETO afirmar que: A) Os hormônios sexuais são sintetizados a partir do amido, uma classe de lipídeos. B) Não influenciam na temperatura corporal. C) A vitamina E é um antioxidante e tem característica de ser hidrossolúvel. D) A membrana plasmática exclui os lipídeos, mantendo moléculas hidrossolúveis que a compõe e que controlam a passagem de substâncias. E) Os lipídeos são armazenados no tecido adiposo na forma de triacilgliceróis. 2) É correto afirmar sobre os ácidos graxos saturados e sobre os insaturados: A) Em temperatura ambiente, os saturados são sólidos e os insaturados são líquidos. B) Possuem em sua estrutura ligações duplas e simples, diferindo apenas pela fonte de cada um deles, sendo os saturados produzidos principalmente por animais e os insaturados produzidos por vegetais. C) Tanto os saturados quanto os insaturados, de qualquer configuração, podem ser produzidos em animais e em vegetais. D) Possuem em sua estrutura apenas ligações simples, porém os insaturados apresentam cadeia carbonada aromática. E) Não diferem em características da sua estrutura química, apenas no seu papel nos sistemas biológicos. 3) Sobre a função dos lipídeos na estrutura das membranasE) É a principal forma de armazenamento de glicose em animais e sua estrutura é mista, sendo parte constituído por oilgossacarídeos e parte por dissacarídeos. Na prática O diabetes melito é uma doença metabólica, a principal associada ao metabolismo dos carboidratos, caracterizada pela hiperglicemia (alta concentração de glicose no sangue). A causa é a falha na produção ou ação da insulina (um hormônio produzido pelo pâncreas e que tem as funções de controlar os níveis da glicemia e hiperglicemia, além de sintetizar proteínas e armazenar lipídios). Conteúdo interativo disponível na plataforma de ensino! Saiba + Para ampliar o seu conhecimento a respeito desse assunto, veja abaixo as sugestões do professor: Veja mais sobre a estrutura dos carboidratos e suas propriedades: Aponte a câmera para o código e acesse o link do conteúdo ou clique no código para acessar. CARBOIDRATOS - ESTRUTURA, PROPRIEDADES E FUNÇÕES Aponte a câmera para o código e acesse o link do conteúdo ou clique no código para acessar. https://www.youtube.com/embed/-LhwEAbvoXs https://aditivosingredientes.com/artigos/todos/carboidratos-estrutura-propriedades-e-funcoes Digestão de Carboidratos Apresentação Os carboidratos, popularmente conhecidos como açúcares, são tão importantes à vida humana quanto a água e o oxigênio que respiramos. É a partir da metabolização ou digestão dos carboidratos que adquirimos grande parte da energia necessária à manutenção dos processos vitais. Há três classes de carboidratos: monossacarídeos, oligossacarídeos e polissacarídeos, polímeros contendo mais de 20 unidades de monossacarídeos. Nesta Unidade de Aprendizagem, você vai estudar a digestão dos carboidratos e sua importância para algumas funções biológicas. Bons estudos. Ao final desta Unidade de Aprendizagem, você deve apresentar os seguintes aprendizados: Caracterizar os carboidratos e diferenciar suas classes.• Identificar as principais reações enzimáticas envolvidas na metabolização de mono, oligossacarídeos e polissacarídeos. • Relacionar os aspectos bioquímicos da digestão de carboidratos ao índice glicêmico (IG) e à carga glicêmica (CG). • Desafio Adequar a alimentação de um indivíduo com diabetes ou de um atleta de alta performance, por exemplo, pode ser uma tarefa árdua. Mesmo que o sujeito siga de forma correta as recomendações nutricionais, sua “resposta real” à dieta pode não ser exatamente a esperada. Vários estudos mostram que o consumo de alimentos com baixo IG traz benefícios ao controle da glicemia. No entanto, muitas pesquisas têm questionado a aplicação clínica do IG como estratégia nutricional. Para refletir um pouco mais sobre o IG e a CG, analise a tabela a seguir e responda às questões: Alimento Porção (g) IG (com base em glicose) CG (por porção) Melão 120 72 4 Laranja 120 45 45 Arroz branco 150 64 23 Arroz integral 150 55 18 1. Como você explica a variabilidade entre IG e CG observada nesses alimentos? 2. "O IG de um alimento é uma medida de sua digestibilidade." Explique esta afirmação do ponto de vista bioquímico (de ação enzimática). Infográfico Os vegetais são a principal fonte de carboidratos da dieta humana. Normalmente, esses carboidratos são polissacarídeos, como o amido, mas também podem ser oligossacarídeos, como a lactose. Confira o infográfico! Conteúdo do livro Para compreender a digestão dos carboidratos, é importante identificar e caracterizar seus tipos e as reações envolvidas na conversão destes em glicose. Para saber mais, leia os tópicos do livro "Princípios de bioquímica de Lehninger". Inicie seus estudos no tópico Carboidratos e glicobiologia. Boa leitura. Princípios de bioquímica de Lehninger chega à 6ª edição com a qualidade e os diferenciais que o tornaram um clássico na área: o texto claro e objetivo, as explicações cuidadosas de conceitos complexos e a compreensão dos meios pelos quais a bioquímica é entendida e aplicada atualmente o mantêm como a referência ideal na área. A relevância da bioquímica nos mecanismos moleculares das doenças é destaque também nesta nova edição, enfocando seu papel fundamental nos avanços da saúde e do bem-estar humano e incorporando os mais recentes avanços científicos. Visite a Área do Professor em para ter acesso às imagens da obra, em formato PowerPoint®, extremamente úteis como recurso didático em sala de aula. www.grupoa.com.br Em , você terá acesso a recursos adicionais (em inglês) citados ao longo do livro. www.whfreeman.com/lehninger6e Reservados todos os direitos de publicação, em língua portuguesa, à ARTMED EDITORA LTDA., uma empresa do GRUPO A EDUCAÇÃO S.A. Av. Jerônimo de Ornelas, 670 – Santana 90040-340 – Porto Alegre – RS Fone: (51) 3027-7000 Fax: (51) 3027-7070 É proibida a duplicação ou reprodução deste volume, no todo ou em parte, sob quaisquer formas ou por quaisquer meios (eletrônico, mecânico, gravação, fotocópia, distribuição na Web e outros), sem permissão expressa da Editora. Unidade São Paulo Av. Embaixador Macedo Soares, 10.735 – Pavilhão 5 – Cond. Espace Center Vila Anastácio – 05095-035 – São Paulo – SP Fone: (11) 3665-1100 Fax: (11) 3667-1333 SAC 0800 703-3444 – www.grupoa.com.br IMPRESSO NO BRASIL PRINTED IN BRAZIL Obra originalmente publicada por W.H.Freeman and Company, New York, sob o título Lehninger principles of biochemistry, 6th edition ISBN 9781429234146 First published in the United States by W.H.Freeman and Company, New York. Copyright © 2013, W.H.Freeman and Company. All rights reserved. Gerente editorial: Letícia Bispo de Lima Colaboraram nesta edição: Editora: Simone de Fraga Assistente editorial: Mirela Favaretto Arte sobre capa original: Márcio Monticelli Preparação de originais: Henrique de Oliveira Guerra Leitura final: Carine Garcia Prates e Heloísa Stefan Editoração: Techbooks Catalogação na publicação: Ana Paula M. Magnus – CRB 10/2052 N425p Nelson, David L. Princípios de bioquímica de Lehninger [recurso eletrônico] / David L. Nelson, Michael M. Cox ; [tradução: Ana Beatriz Gorini da Veiga ... et al.] ; revisão técnica: Carlos Termignoni ... [et al.]. – 6. ed. – Dados eletrônicos. – Porto Alegre : Artmed, 2014. Editado também como livro impresso em 2014. ISBN 978-85-8271-073-9 1. Bioquímica. I. Cox, Michael M. II. Título. CDU 577 Nelson_6ed_Iniciais_6ed_eletronica.indd ivNelson_6ed_Iniciais_6ed_eletronica.indd iv 06/06/14 13:5906/06/14 13:59 7.1 Monossacarídeos e dissacarídeos 243 7.2 Polissacarídeos 253 7.3 Glicoconjugados: proteoglicanos, glicoproteínas e glicoesfingolipídeos 263 7.4 Carboidratos como moléculas informativas: o código dos açúcares 269 7.5 Trabalhando com carboidratos 274 Os carboidratos são as biomoléculas mais abundantes na Terra. A cada ano, a fotossíntese converte mais de 100 bilhões de toneladas métricas de CO2 e H2O em celulose e outros produtos vegetais. Alguns carboi- dratos (açúcar e amido) são os principais elementos da dieta em muitas partes do mundo, e sua oxidação é a prin- cipal via de produção de energia na maioria das células não fotossintéticas. Polímeros de carboidratos (também chamados de glicanos) agem como elementos estruturais e protetores nas paredes celulares bacterianas e vegetais e também nos tecidos conectivos animais. Outros políme- ros de carboidratos lubrificam as articulações e auxiliam o reconhecimento e a adesão intercelular. Polímeros de carboidratos complexos covalentemente ligados a pro- teínas ou lipídeos atuam como sinais que determinam a localização intracelular ou o destino metabólico dessas moléculas híbridas, chamadas de glicoconjugados. Este capítulo introduz as principais classes de carboidratos e glicoconjugados e traz alguns exemplos de seus muitos papéis estruturais e funcionais. Carboidratos são poli-hidroxialdeídos ou poli-hidroxi- cetonas, ou substâncias que geram esses compostos quan- do hidrolisadas. Muitos carboidratos têm a fórmula empíri- ca (CH2O)n; alguns também contêmcelulares, escolha a alternativa correta: A) Têm o papel de fornecer energia para a estrutura das membranas. B) Têm o papel de formar canais iônicos. C) Têm o papel de receptores de moléculas de comunicação celular, como hormônios. D) Têm o papel de separar as organelas e as células pela sua imiscibilidade com o meio aquoso. E) Têm o papel de atuar como antioxidantes. 4) Assinale a alternativa CORRETA sobre o processo de hidrogenação. A) É um processo industrial, em que hidrogênios são adicionados em ácidos graxos insaturados para alterar sua estrutura de líquida para sólida. B) É um processo industrial, em que hidrogênios são adicionados em ácidos graxos saturados para alterar sua estrutura de sólida para líquida. Muito comum em manteigas. C) É um processo que retira ácidos graxos na conformação trans. D) É um processo que adiciona hidroxilas em ácidos graxos saturados. E) É um processo que adiciona carboxilas em ácidos graxos saturados. 5) O tecido adiposo tem algumas funções essenciais para o funcionamento do metabolismo, dentre elas está a secreção de alguns hormônios e o armazenamento de substratos energéticos. Qual tipo de lipídeo é armazenado no adipócito, a célula do tecido adiposo? A) Ácido graxo saturado. B) Ácido graxo insaturado. C) Fosfolipídeos. D) Colesterol. E) Triacilglicerol. Na prática Os ácidos graxos insaturados são líquidos em temperatura ambiente e possuem uma ou mais ligas duplas. Já os ácidos graxos saturados são sólidos e possuem somente ligações simples. As propriedades físicas dos compostos que contêm ácidos graxos são determinadas pelo comprimento e pelo grau de insaturação da cadeia hidrocarbônica. Quanto maior a cadeia hidrocarbônica e menor o número de ligações duplas, menor a sua solubilidade em água. Existe um processo químico industrial, geralmente utilizado para a produção das margarinas, chamado hidrogenação parcial. Veja a seguir. Saiba + Para ampliar o seu conhecimento a respeito desse assunto, veja abaixo as sugestões do professor: Veja mais sobre os lipídios nesta videoaula: Aponte a câmera para o código e acesse o link do conteúdo ou clique no código para acessar. Bioquímica Acompanhe o capítulo 12, Lipídeos e Membranas, do livro Bioquímica: Conteúdo interativo disponível na plataforma de ensino! https://www.youtube.com/embed/uYDVVwRmv4Y Digestão de lipídeos Apresentação Os lipídeos são moléculas com estrutura química bastante diversa, são insolúveis em água e exercem funções biológicas importantes: estruturam as membranas biológicas, atuam como cofatores enzimáticos no transporte de elétrons, são âncoras hidrofóbicas para proteínas, atuam como emulsificantes no trato digestivo, entre outras "tarefas". Você sabia que a principal função dos lipídeos é armazenar energia? Nesta Unidade de Aprendizagem, você vai estudar as etapas envolvidas na digestão dos lipídeos, em especial a metabolização de triacilgliceróis. Bons estudos. Ao final desta Unidade de Aprendizagem, você deve apresentar os seguintes aprendizados: Caracterizar os principais lipídeos envolvidos na geração de energia em organismos vivos.• Relacionar os principais processos de transporte dos ácidos graxos no sangue e para a matriz mitocondrial. • Identificar como os ácidos graxos são metabolizados em acetil-CoA, explicando como esse processo leva à produção de grandes quantidades de energia. • Desafio Em atletas de alta performance, um dos objetivos durante o período de treinamento é adaptar o organismo para desenvolver flexibilidade e eficiência metabólica. Por outro lado, durante as competições, é necessário focar as estratégias nutricionais para ter um estoque de substrato adequado para atender às demandas energéticas do exercício, sem prejudicar as funções orgânicas basais. Infográfico O infográfico mostra a você a metabolização dos lipídeos. Confira! Conteúdo do livro O material selecionado para estudo nesta unidade destaca as etapas e enzimas principais envolvidas com a oxidação de ácidos graxos. Leia os tópicos do livro "Princípios de bioquímica de Lehninger". Inicie seus estudos no tópico As enzimas estão sujeitas à inibição reversível e irreversível, seguindo até A atividade enzimática depende do Ph. Boa leitura! CYAN VS Gráfica VS Gráfica MAG VS Gráfica YEL VS Gráfica BLACK W ard law S m ith www.grupoa.com.br 0800 703 3444 www.grupoa.com.br NUTRIÇÃO R ecorte aq u i seu m arcad or d e p ág in a. Elaborada para reunir os fundamentos necessários para tomada de decisão nutricional na prática diária, bem como para esclarecer as dúvidas mais frequentes, Nutrição contemporânea, 8ª edição, destaca-se pela forma didática como apresenta o tema, sempre complementado por ilustrações que também facilitam o entendimento. As discussões aqui apresentadas partem do importante pressuposto de que os indivíduos não são iguais, motivo pelo qual o leitor aprenderá a personalizar as informações nutricionais e a fazer escolhas corretas em diferentes contextos. A maneira como os capítulos foram elaborados é outro destaque, oferecendo uma visão completa do assunto abordado, podendo ser utilizados em sala de aula conforme as necessi- dades de cada curso. Nutrição contemporânea é um excelente livro-texto de introdução à nutrição... Sua leitura é agradável, e as informações são de alta qualidade.” Karen Schuster, Florida Community College of Jacksonville“ Além de reunir informações diferenciadas, com base em pesquisas, o livro contém fotos interessantes, coloridas, tabelas e quadros úteis, tópicos especiais e bons estudos de caso para discussão.... Fiquei muito bem-impressionada.” Linda D. DeTurk, North Platte Community College“ Gordon M. Wardlaw Anne M. Smith A Artmed Editora é parte do Grupo A, uma empresa que engloba diversos se- los editoriais e várias plataformas de dis- tribuição de conteúdo técnico, científi co e profi ssional, disponibilizando-o como, onde e quando você precisar. O Grupo A publica com exclusividade obras com o selo McGraw-Hill em língua portuguesa. Wardlaw Smith Nutrição Contemporânea 8ª Edição Gordon M. Wardlaw Anne M. Smith Em http://www.mhhe.com/wardlawcont8, estão disponíveis materiais complementares do livro (em inglês), que incluem animações, atualizações, vídeos e outros recursos. NUTRIÇÃO CLARK, N. Guia de Nutrição Desportiva: Alimentação para uma Vida Ativa, 4.ed. CORDÁS, T.A.; KACHANI, A. & COLS. Nutrição em Psiquiatria DELGADO FERNÁNDEZ, M.; GUTIÉRREZ SAÍNZ, A.; CASTILLO GARZÓN, M.J. Treinamento Físico-desportivo e Alimentação: Da Infância à Idade Adulta, 2.ed. SALWAY, J.G. Metabolismo Passo a Passo, 3.ed. WARDLAW, G.M.; SMITH, A.M. Nutrição Contemporânea, 8.ed. Nutrição Contemporânea N utrição C o ntem p o rânea N utrição C o ntem p o rânea 42649 Nutricao Contemporanea.indd 142649 Nutricao Contemporanea.indd 1 28/01/2013 11:30:3528/01/2013 11:30:35 Catalogação na publicação: Ana Paula M. Magnus – CRB 10/2052 W266n Wardlaw, Gordon M. Nutrição contemporânea [recurso eletrônico] / Gordon M. Wardlaw, Anne M. Smith ; tradução: Laís Andrade, Maria Inês Corrêa Nascimento ; revisão técnica: Ana Maria Pandolfo Feoli. – 8. ed. – Dados eletrônicos. – Porto Alegre : AMGH, 2013. Editado também como livro impresso em 2013. ISBN 978-85-8055-189-1 1. Nutrição. I. Smith, Anne M. II. Título. CDU 612.39 202 Gordon M. Wardlaw & Anne M. Smith 5.4 Como disponibilizar os lipídeos para uso pelo corpo Não é segredo que as gorduras e os óleos tornam os alimentos mais agradáveis ao paladar. Sua presença contribui para o sabor, a textura e a maciez dos alimentos. O que acontece com os lipídeos depois de ingeridos? Vejamos em detalhe os processos de digestão e absorção, bem como o papel fisiológico dos lipídeos no organismo. Digestão Na primeira fase da digestão das gorduras, o estômago secreta lipase (as glândulas salivares também). Essa enzima atua primariamente sobre os triglicerídeosque pos- suem ácidos graxos de cadeia curta, por exemplo, os da manteiga. Entretanto, a ação da lipase salivar e estomacal é muito menos importante do que a da lipase secretada pelo pâncreas e que atua no intestino delgado. Os triglicerídeos e outros lipídeos presentes nos óleos vegetais comuns e nas carnes possuem cadeias mais longas e em geral não são digeridos até que cheguem ao intestino delgado (Fig. 5.10). lipase Enzima produzida pelas glândulas sali- vares, pelo estômago e pelo pâncreas, capaz de digerir gorduras. Estômago: Só uma pequena parte da digestão das gorduras ocorre no estômago, sob ação da enzima lipase. Fígado: O fígado produz bile, que fica armazenada na vesícula biliar e é liberada, através do duto biliar, chegando ao intestino delgado. A bile ajuda na digestão e absorção das gorduras porque emulsifica os lipídeos nos sucos digestivos. Pâncreas: O pâncreas secreta uma mistura de enzimas, que inclui a lipase, no intestino delgado. Intestino delgado: O intestino delgado é o sítio primário de digestão e absorção de lipídeos. Uma vez absorvidos, os ácidos graxos de cadeia longa são acondicionados para transporte pela linfa e pelo sangue. (Os ácidos graxos de cadeia mais curta são absorvidos diretamente para a circulação porta.) Intestino grosso: Menos de 5% das gorduras ingeridas são excretadas nas fezes em condições normais. IntestinoIntestino delgadodelgado Intestino delgado ÂnusÂnusÂnus PâncreasPâncreasPâncreas EstômagoEstômagoEstômagoFígadoFígadoFígado 3 2 1 1 5 5 2 3 4 4 Digestão e absorção das gordurasFIGURA 5.10 � Resumo da digestão e absorção das gorduras. No Capítulo 3, foram abordados aspectos gerais desse processo. Wardlaw_Cap_5.indd 202Wardlaw_Cap_5.indd 202 04/12/12 14:4804/12/12 14:48 Nutrição Contemporânea 203 No intestino delgado, os triglicerídeos são quebrados pela lipase, gerando moléculas menores, os monoglicerídeos (estrutura básica de glicerol com um único ácido graxo ligado) e ácidos graxos. Nas condições adequadas, a digestão é rápida e completa. Essas condições “adequadas” incluem a presença da bile, expelida pela vesícula biliar. Os ácidos biliares presentes na bile atuam como emulsificantes dos produtos digeridos pela lipase, produzindo uma suspensão de monoglicerídeos e ácidos graxos nos sucos digestivos aquosos. Essa emulsificação melhora a digestão e a absorção porque à medida que os grandes glóbulos de gordura são fragmentados, aumenta a superfície total de contato dos lipídeos com a enzima lipase (Fig. 5.11). A digestão dos fosfolipídeos é feita por certas enzimas do pâncreas e da pare- de do intestino delgado. Os produtos que se formam nessa digestão são glicerol, ácidos graxos e outros resíduos. No caso da digestão do colesterol, certas enzimas liberadas pelo pâncreas separam o colesterol de todo ácido graxo que esteja ligado a ele, produzindo colesterol livre e ácidos graxos. DECISÕES ALIMENTARES Ácidos biliares Durante as refeições, os ácidos biliares circulam a partir do fígado, passando pela vesícula biliar e chegando ao intestino delgado. Depois de participar da digestão das gorduras, a maior parte dos ácidos biliares é absorvida e acaba voltando ao fígado. Aproximadamente 98% dos ácidos biliares são reciclados. Só 1 a 2% chegam ao intestino grosso e são eliminados nas fe- zes. Uma das formas de se tratar a elevação do colesterol sanguíneo é usar medicamentos que bloqueiem parte dessa reabsorção de ácidos biliares. O fígado retira o colesterol da corrente sanguínea para produzir novos ácidos biliares. Algumas fibras solúveis presentes em certos alimentos se ligam aos ácidos biliares causando o mesmo efeito (ver adiante o item sobre in- tervenções clínicas para tratamento de doenças cardiovasculares). Se a vesícula biliar for removida cirurgicamente (p. ex., nos casos em que se formam cálculos biliares), a bile sairá diretamente do fígado para o intestino delgado. FIGURA 5.11 � Os ácidos biliares se mistu- ram às gorduras formando pequenas gotículas chamadas micelas, que facilitam a absorção dos monoglicerídeos e ácidos graxos pelas células da mucosa do intestino delgado. Grande gota de gordura Micela Monoglicerídeos e ácidos graxos Lipase Célula da mucosa Ácidos biliares Wardlaw_Cap_5.indd 203Wardlaw_Cap_5.indd 203 04/12/12 14:4804/12/12 14:48 204 Gordon M. Wardlaw & Anne M. Smith Absorção Os produtos da digestão das gorduras no intestino delgado são ácidos graxos e monoglicerídeos. Esses produtos se difundem para dentro das células absortivas do intestino delgado. Cerca de 95% das gorduras da alimentação são absorvidas dessa maneira. O tamanho da cadeia dos ácidos graxos afeta o destino final desses ácidos e dos monoglicerídeos após sua absorção. Se a cadeia do ácido graxo tiver menos de 12 átomos de carbono, esse ácido graxo será solúvel em água e, portanto, é provável que seja levado pela veia porta diretamente ao fígado. Se o ácido graxo for da va- riedade mais típica, de cadeia longa, terá que ser transformado em triglicerídeo no interior das células absortivas do intestino e, posteriormente, entrar na circulação pelo sistema linfático (voltar ao Cap. 3 para revisar esse processo). REVISÃO CONCEITUAL No intestino delgado, uma enzima lipase proveniente do pâncreas digere os triglicerídeos da dieta, transformando-os em monoglicerídeos (uma molécula de glicerol com um único ácido graxo ligado a ela) e ácidos graxos. Esses subprodutos se difundem, então, para dentro das células absortivas do intestino delgado. Os ácidos graxos de cadeia longa são transportados pelo sistema linfático, ao passo que os ácidos graxos de cadeia mais curta são diretamente ab- sorvidos e levados pela veia porta até o fígado. Outros lipídeos são preparados para absorção por diferentes enzimas. 5.5 Transporte dos lipídeos na corrente sanguínea Conforme já mencionado, as gorduras e a água não se misturam com facilidade. Essa incompatibilidade representa um obstáculo ao transporte de gorduras pelo meio aquoso do sangue e da linfa. As lipoproteínas servem como veículos para transportar os lipídeos do intestino delgado e do fígado aos tecidos do corpo (Tab. 5.3). Com base em sua densidade, as lipoproteínas se classificam em quatro grupos: quilomícrons, VLDL, LDL e HDL. Os lipídeos são menos densos do que as pro- teínas. Portanto, as lipoproteínas que contêm um grande percentual de lipídeos comparativamente ao teor de proteína são menos densas do que aquelas que são depletadas de lipídeos. As gorduras alimentares são transportadas pelos quilomícrons Conforme abordado no item anterior, a digestão de gorduras alimentares resulta em uma mistura de glicerol, monoglicerídeos e ácidos graxos. Uma vez absorvidos pelas células do intestino delgado, esses produtos se recompõem na forma de trigli- cerídeos. Em seguida, as células intestinais acondicionam os triglicerídeos nos qui- lomícrons, que entram no sistema linfático e, então, chegam à corrente sanguínea lipoproteína Composto presente na corrente sanguínea, formado por um núcleo de lipídeo envolvido por uma membrana de proteína, fosfolipídeo e colesterol. quilomícron Lipoproteína composta por gor- duras de origem alimentar envolvidas por uma membrana de colesterol, fosfolipídeos e pro- teína. Os quilomícrons se formam nas células absortivas do intestino delgado depois da ab- sorção das gorduras e são levados pelo sistema linfático até a corrente sanguínea. TABELA 5.3 Composição e funções das principais lipoproteínas do sangue Lipoproteína Componente primário Principal função Quilomícron Triglicerídeo Transporta as gorduras de origem alimentar a partir das células do intestino delgado. VLDL Triglicerídeo Transporta os lipídeos produzidos e captados pelas células do fígado. LDL Colesterol Transporta o colesterol produzido no fígado e em outras células. HDL Proteína Contribui para remover o colesterol das células e para sua excreção do organismo. Wardlaw_Cap_5.indd 204Wardlaw_Cap_5.indd204 04/12/12 14:4804/12/12 14:48 Nutrição Contemporânea 205 (ver novamente a Fig. 3.5, no Cap. 3, que mostra um diagrama da circulação linfá- tica). Os quilomícrons contêm gorduras de origem alimentar e se formam apenas nas células intestinais. Assim como as outras lipoproteínas descritas no próximo item, os quilomícrons são compostos por grandes glóbulos de gordura envoltos em uma fina membrana hidrossolúvel, composta de fosfolipídeos, colesterol e proteí- nas (Fig. 5.12). A membrana hidrossolúvel que envolve o quilomícron permite que os lipídeos flutuem livremente no meio aquoso do sangue. Algumas das proteínas presentes também podem ajudar outras células a identificar a lipoproteína como um quilomícron. Depois que o quilomícron entra na corrente sanguínea, os triglicerídeos do seu núcleo são fragmentados liberando ácidos graxos e glicerol, sob a ação de uma en- zima chamada lipase lipoproteica, que se encontra ligada à parede interna dos va- sos sanguíneos (Fig. 5.13). Tão logo chegam à corrente sanguínea, os ácidos graxos são absorvidos pelas células que se encontram ao redor, enquanto a maior parte do glicerol volta ao fígado. As células musculares são capazes de utilizar imediatamen- te, como combustível, os ácidos graxos absorvidos. As células adiposas, no entanto, tendem a recompor os triglicerídeos a partir dos ácidos graxos, formando reservas. Depois que os triglicerídeos são removidos do quilomícron, sobram os restos des- ses glóbulos, que são retirados da circulação pelo fígado e têm seus componentes reciclados para formar outras lipoproteínas e ácidos biliares. Outras lipoproteínas transportam lipídeos do fígado para as células do corpo O fígado extrai vários lipídeos do sangue e também produz lipídeos e colesterol. As matérias-primas para a síntese de lipídeos e colesterol são os ácidos graxos livres retirados da corrente sanguínea, além do carbono e do hidrogênio derivados de carboidratos, proteínas e álcool. Em seguida, o fígado precisa acondicionar esses lipídeos sintetizados sob a forma de lipoproteínas, para transportá-los, pelo sangue, para os tecidos corporais. A primeira categoria, na nossa discussão sobre lipoproteínas produzidas no fígado, são as lipoproteínas de muito baixa densidade (VLDL). São partículas formadas por colesterol e triglicerídeos, envolvidos por uma membrana hidrosso- lúvel. As VLDLs são ricas em triglicerídeos e por isso têm muito baixa densidade. Uma vez na corrente sanguínea, a lipase lipoproteica da superfície interna dos vasos sanguíneos fragmenta o triglicerídeo da VLDL gerando ácidos graxos e glicerol. Os ácidos graxos e o glicerol circulam pela corrente sanguínea e são captados pelas células do corpo. lipase lipoproteica Enzima ligada às célu- las que revestem a parede interna dos vasos sanguíneos e que promove a quebra dos tri- glicerídeos em ácidos graxos livres e glicerol. lipoproteína de muito baixa densidade (VLDL) Lipoproteína produzida no fígado e que transporta colesterol e lipídeos captados ou recém-sintetizados no fígado. lipoproteína de baixa densidade (LDL) Li- poproteína do sangue que contém principal- mente colesterol. O nível elevado de LDL tem forte correlação com o risco de doença cardio- vascular. FIGURA 5.12 � Estrutura de uma lipoproteína, nesse caso, LDL. Essa estrutura permite que as gorduras circulem no meio aquoso da corrente sanguínea. Várias lipoproteínas podem ser en- contradas na corrente sanguínea. O componen- te primário da LDL é o colesterol. Triglicerídeos Proteína Fosfolipídeos Colesterol livre Colesterol ligado a ácidos graxos Wardlaw_Cap_5.indd 205Wardlaw_Cap_5.indd 205 04/12/12 14:4804/12/12 14:48 206 Gordon M. Wardlaw & Anne M. Smith À medida que perde seus triglicerídeos, a VLDL se torna relativamente mais densa. A maior parte dessa fração remanescente da VLDL passa a se chamar lipo- proteína de baixa densidade (LDL), composta, principalmente, pelo colesterol re- manescente. A função primária da LDL é transportar o colesterol até os tecidos. As partículas de LDL são removidas da corrente sanguínea por receptores específicos existentes nas células, sobretudo nas células do fígado, onde são fragmentadas. O colesterol e as proteínas que compõem a LDL são alguns dos blocos necessários para a síntese de membranas celulares e hormônios, o que garante o crescimento e o desenvolvimento das células. O último grupo de lipoproteínas, as lipoproteínas de alta densidade (HDL), são participantes críticos e benéficos para esse processo de transporte de lipídeos. A elevada proporção de proteína torna a HDL a lipoproteína de maior densidade. O fígado e o intestino produzem a maior parte da HDL encontrada no sangue. A HDL circula pela corrente sanguínea, capturando o colesterol das células mortas e de várias outras fontes. Em geral, a HDL entrega o colesterol a outras lipoproteínas, para que elas sejam levadas de volta ao fígado e, então, excretadas. Parte da HDL volta diretamente ao fígado. Colesterol – o “bom” e o “mau” – na corrente sanguínea HDL e LDL costumam ser chamadas, respectivamente, de “bom” e “mau” coleste- rol. Muitos estudos demonstram que o nível de HDL presente na corrente sanguí- lipoproteína de alta densidade (HDL) Li- poproteína circulante que captura o colesterol derivado de células mortas e de outras fontes e o transfere para outras lipoproteínas na cor- rente sanguínea ou diretamente ao fígado. Um nível baixo de HDL significa um maior risco de doença cardiovascular. menopausa Cessação dos ciclos menstruais da mulher, geralmente por volta dos 50 anos de idade. células “lixeiras” [scavenger] Tipo específico de leucócitos que se escondem na parede das artérias e acumulam LDL. No momento em que captam as LDL, as células lixeiras contri- buem para o desenvolvimento da aterosclerose. aterosclerose Acúmulo de material gordu- roso (placa de ateroma) nas artérias, inclusive nas que levam sangue ao coração (coronárias). Várias gorduras em uma refeição. Fontes de gordura Produção de lipoproteínas Função das lipoproteínas Produção final de LDL Função da LDL Vários lipídeos captados ou produzidos pelo fígado. Colesterol que se origina de células destruídas ou durante o metabolismo das lipoproteínas. A HDL recolhe esses lipídeos e os transfere a outras lipoproteínas ou ao fígado. A VLDL leva os ácidos graxos até as células. LDL basicamente leva o colesterol às células.* Os quilomícrons levam os ácidos graxos até as células. Acondicionadas como quilomícrons no intestino Acondicionadas como VLDL pelo fígado HDL produzido no fígado e no intestino A LDL se origina da partícula de VLDL a partir da remoção de ácidos graxos. * O colesterol não captado pelas células pode ser englobado pelas células “lixeiras” da parede das artérias. O acúmulo de colesterol pode ocasionar a aterosclerose. VLDL � lipoproteína de muito baixa densidade LDL � lipoproteína de baixa densidade HDL � lipoproteína de alta densidade FIGURA 5.13 � Produção e função das lipoproteínas. Os quilomícrons levam a gordura absorvida às células do corpo. A VLDL leva às células do corpo a gordura extraída da corrente sanguínea pelo fígado, além da gordura produzida pelo próprio fígado. A LDL deriva da VLDL e transporta até as células a maior parte do colesterol. A HDL se origina principalmente do fígado e do intestino. A HDL transporta o colesterol das células para ou- tras lipoproteínas e para o fígado, para excreção. Wardlaw_Cap_5.indd 206Wardlaw_Cap_5.indd 206 04/12/12 14:4804/12/12 14:48 Nutrição Contemporânea 207 nea permite prever, com muita precisão, o risco de doença cardiovascular. O risco aumenta quando a HDL é baixa porque pouco colesterol é transportado de volta ao fígado para ser excretado. As mulheres tendem a ter níveis mais elevados de HDL do que os homens, especialmente antes da menopausa. Níveis elevados de HDL freiam o desenvolvimento da doença cardiovascular, por isso o colesterol transpor- tado pela HDLpode ser considerado “bom” colesterol. No entanto, a LDL às vezes representa o “mau” colesterol. Quando se fala sobre a LDL, percebe-se que ela é capturada pelos receptores presentes em várias células. Se a LDL não for prontamente retirada da corrente sanguínea, as células “lixeiras” da parede das artérias captarão essa lipoproteína, causando acúmulo de colesterol nos vasos sanguíneos. Esse processo de acúmulo (aterosclerose) aumenta muito o risco de doença cardiovascular (ver, a seguir, o tópico “Nutrição e Saúde”). A LDL só causa problemas quando seu nível no sangue é muito elevado, porque em pequena quantidade ela faz parte das funções rotineiras do corpo. DECISÕES ALIMENTARES LDL colesterol O colesterol dos alimentos não é classificado em “bom” ou “mau”. Somente depois de ser pro- cessado ou sintetizado no fígado é que ele aparece, na corrente sanguínea, sob a forma de LDL ou HDL. Entretanto, os hábitos alimentares podem influenciar o metabolismo do colesterol. Dietas com pouca gordura saturada, gordura trans e colesterol estimulam a captação da LDL pelo fígado, removendo, assim, a LDL da corrente sanguínea e diminuindo o risco de formação de placas de aterosclerose pelas células da parede dos vasos sanguíneos. Em contrapartida, as dietas ricas em gorduras saturadas, gorduras trans e colesterol reduzem a captação de LDL pelo fígado, aumentando o nível de colesterol no sangue e o risco de doença cardiovascular. Que alimentos da sua dieta são ricos em gorduras saturadas, gorduras trans e colesterol? REVISÃO CONCEITUAL Os lipídeos em geral circulam na corrente sanguínea sob a forma de lipoproteínas. As gorduras alimentares absorvidas no intestino delgado são acondicionadas e transportadas sob a forma de quilomícrons, ao passo que os lipídeos sintetizados no fígado são transportados sob a forma de lipoproteína de muito baixa densidade (VLDL). A lipase lipoproteica remove as lipoproteínas de dentro dos quilomícrons e da VLDL, fragmentando esses triglicerídeos em glicerol e ácidos graxos, que são distribuídos aos tecidos para servirem como fonte de energia ou para serem armazenados. Os componentes remanescentes dos quilomícrons depois da ação da lipase li- poproteica são reciclados pelo fígado, dando origem às lipoproteínas de baixa densidade (LDL), ricas em colesterol. As LDLs são captadas pelos receptores presentes nas células do corpo, especialmente as células do fígado. As células “lixeiras” da parede das artérias também captam LDL, acelerando o desenvolvimento da aterosclerose. As lipoproteínas de alta densidade (HDL), também produzidas, em parte, pelo fígado, retiram o colesterol das células e o transportam, pri- mariamente, até as lipoproteínas, para que ele retorne ao fígado. Os fatores de risco de doença cardiovascular incluem níveis elevados de LDL e/ou níveis baixos de HDL no sangue. Aparentemente, os ácidos graxos saturados provocam aumento da quantidade de colesterol livre (não ligado a ácidos graxos) no fígado, ao passo que os ácidos graxos insaturados exercem o efeito oposto. À medida que aumenta a quantidade de colesterol livre no fígado, esse órgão passa a retirar menos colesterol da corrente sanguínea, o que contribui para elevar o nível de LDL no sangue. (Acredita-se que os ácidos graxos trans atuem da mesma forma que os ácidos graxos saturados.) Ver o tópico “Nutrição e Saúde”: lipídeos e doença cardiovascular, no final do Capítulo 5. Wardlaw_Cap_5.indd 207Wardlaw_Cap_5.indd 207 04/12/12 14:4804/12/12 14:48 Encerra aqui o trecho do livro disponibilizado para esta Unidade de Aprendizagem. Na Biblioteca Virtual da Instituição, você encontra a obra na íntegra. Dica do professor O vídeo apresenta as principais etapas da metabolização dos triacilgliceróis para gerar energia. Assista! Aponte a câmera para o código e acesse o link do conteúdo ou clique no código para acessar. https://fast.player.liquidplatform.com/pApiv2/embed/cee29914fad5b594d8f5918df1e801fd/89f851ccada04018c2b38260cf6b9eb2 Exercícios 1) Sobre a digestão e a absorção dos lipídeos da dieta no intestino delgado, assinale a alternativa CORRETA. A) Sais biliares emulsificam os lipídeos, formando micelas mistas que se difundem facilmente para dentro das células epiteliais da mucosa intestinal. B) As lipases convertem triacilgliceróis em ácidos graxos, CO2 e ATP. C) Os quilomícrons são formados de monoacilgliceróis, diacilgliceróis, ácidos graxos livres, glicerol e apolipoproteínas. D) Nos capilares dos músculos e no tecido adiposo, a lipase lipoproteica, ativada pela apoC-II, hidrolisa os triacilgliceróis em ácidos graxos e glicerol. E) Nas células dos tecidos muscular e adiposo, os ácidos graxos sofrem reesterificação e são armazenados na forma de triacilgliceróis. 2) Observe as sentenças a seguir e, após, assinale a alternativa CORRETA. I - A apoC-III ativa a lipase lipoproteica. II - Os triacilgliceróis são armazenados nos tecidos da musculatura esquelética e cardíaca e transportados ao tecido adiposo, no qual há a oxidação dos ácidos graxos para produção de energia. III - No adipócito, as enzimas envolvidas na conversão de triacilglicerol em ácidos graxos livres são a triacilglicerol lipase, a lipase sensível a hormônios (na forma fosforilada) e a monoacilglicerol lipase. A) I está correta. B) II está correta. C) III está correta. D) Todas estão erradas. E) Todas estão corretas. 3) Analise as sentenças e assinale a alternativa CORRETA. I - Os ácidos graxos livres, liberados dos adipócitos, circulam pela corrente sanguínea associados de forma irreversível (mediante ligação covalente) à albumina. II - A oxidação dos ácidos graxos ocorre na membrana externa da mitocôndria. III - A coenzima-A e a carnitina são essenciais para a formação e disponibilização de acil-CoA na matriz mitocondrial. A) I está correta. B) II está correta. C) III está correta. D) Todas estão corretas. E) Todas estão incorretas. 4) A figura mostra de forma sucinta as etapas envolvidas na β-oxidação de ácidos graxos de cadeia longa na mitocôndria. Em relação à β-oxidação, assinale a alternativa CORRETA. A) Toda energia gerada na forma de ATP, com a metabolização de ácidos graxos, provém exclusivamente das etapas enzimáticas da β-oxidação dos ácidos graxos. img_conteudo/exercicio4.jpg B) A acil-CoA de cadeia longa é processada por seis reações, com remoção de um acetil-CoA em cada ciclo. C) A β-oxidação dos acidos graxos é um processo que gera gasto energético extremo ao organismo. D) A acetil-CoA resultante da ação da tiolase pode ser oxidada em CO2 e água por meio do ciclo do ácido cítrico. Com isso, é possível ter-se oxidação completa dos ácidos graxos no interior da mitocôndria. E) Um ácido graxo de cadeia muito longa tem acesso direto à mitocôndria para ser totalmente degradado a Acetil Coa pela B-oxidação. 5) Observe as sentenças e assinale a alternativa CORRETA. I - A acetil-CoA resultante da oxidação dos ácidos graxos pode sofrer conversão a "corpos cetônicos" em situações especificas, como jejum prolongado ou diabetes não controlado. II - "Corpos cetônicos" é uma terminologia usada para caracterizar a produção de acetona, acetoacetato e D-β-hidroxibutirato. III - "Hálito cetônico" é um termo usado para designar um odor característico de acetona no hálito de pessoas com diabetes não controlado ou em jejum prolongado. Isso se deve à volatilidade da acetona. A) I está correta. B) II está correta. C) III está correta. D) Todas estão incorretas. E) Todas estão corretas. Na prática Pesquisas indicam que há redução da oxidação de carboidratos e aumento da oxidação de gorduras durante a hibernação. Confira por que o animal ao hibernar retém energia. A hibernação é uma estratégia de sobrevivência usada por algumas espécies animais para sobrevivência ao frio extremo e à escassez de alimentos. Na hibernação, a taxa de metabolismo basal cai drasticamente e é acompanhada por alteraçõesfisiológicas, como redução dos batimentos cardíacos, frequência respiratória e temperatura corporal basal. Pesquisas genéticas recentes identificaram duas proteínas com expressão diferenciada na hibernação: a PDK4 impede o catabolismo de carboidratos por bloquear a conversão de piruvato a acetil-CoA. A PTL hidrolisa triacilgliceróis para liberação de ácidos graxos livres às etapas de β- oxidação. Saiba + Para ampliar o seu conhecimento a respeito desse assunto, veja abaixo as sugestões do professor: Metabolismo de gordura durante o exercício físico: mecanismos de regulação Aponte a câmera para o código e acesse o link do conteúdo ou clique no código para acessar. Os lipídios e suas principais funções Aponte a câmera para o código e acesse o link do conteúdo ou clique no código para acessar. http://www2.fct.unesp.br/docentes/edfis/ismael/nutricao/%C1cidos%20graxos%20e%20exerc%EDcio%20-%20RBCDH.pdf http://revista-fi.com.br/upload_arquivos/201606/2016060492601001465239502.pdf Transporte e Armazenamento de Lipídeos Apresentação Você já se perguntou o motivo de haver um tipo de colesterol "bom" e um tipo de colesterol "mau"? Ou como é possível que a gordura que ingerimos chegue tranquilamente até os tecidos que dela necessitam sendo que gordura (lipídeos da dieta) e meio aquoso (plasma sanguíneo) não se misturam? A bioquímica nos ajuda a compreender os mecanismos e recursos que nosso organismo dispõe para gerenciar essa incompatibilidade química, bem como compreender o quanto é equivocada a fama de "más" ou "boas" que certas moléculas relacionadas ao transporte dos lipídeos têm. Nesse sentido, fígado e intestino são os órgãos responsáveis pela maior parte das reações envolvendo as moléculas transportadoras de lipídeos, chamadas de lipoproteínas. Nesta Unidade de Aprendizagem, você irá acompanhar o caminho que os lipídeos percorrem desde a ingestão do alimento e o transporte pela circulação, até a chegada nos tecidos periféricos, onde serão utilizados como substrato energético ou precursores de importantes biomoléculas ou no próprio fígado, onde serão reorganizados e redistribuídos. Bons estudos. Ao final desta Unidade de Aprendizagem, você deve apresentar os seguintes aprendizados: Caracterizar as classes de lipoproteínas e suas funções no metabolismo lipídico.• Identificar as principais apolipoproteínas encontradas nas lipoproteínas.• Reconhecer o papel do fígado no transporte e metabolismo das lipoproteínas.• Desafio A avaliação das lipoproteínas plasmáticas é uma indicação fundamental da saúde vascular de um indivíduo e deve ser realizada com frequência em adultos. Imagine que você faz parte de uma equipe multidisciplinar em saúde de um hospital numa cidade do interior. Nessas localidades, onde os centros de saúde são mais afastados e as pessoas possuem menos recursos, nem sempre é possível realizar acompanhamento médico com a frequência ideal. Um rapaz de 23 anos foi admitido na emergência apresentando fortes dores no peito. Além de leve sobrepeso, o exame clínico revelou xantomas nos cotovelos e joelhos, arco corneal parcial e xantomas tendinosos nos dedos das mãos. A mãe do rapaz, magra, relata hábitos alimentares não muito diferentes da normalidade, entretanto, o jovem apresenta muita dificuldade em perder peso. O pai do rapaz faleceu de ataque cardíaco aos 30 anos. Os exames clínicos revelaram os seguintes níveis de lipoproteínas plasmáticas: Considerando a gravidade da situação, como você, membro da equipe de saúde, procederia a seguir? Explique bioquimicamente qual a provável razão para o quadro clínico. Qual a classe de medicamentos deve ser prescrita nesse caso? Infográfico As gorduras são parte imprescindível da nossa alimentação. Seja porque agregam palatabilidade aos alimentos, seja porque possuem importantes nutrientes para o nosso corpo. Ingerir alimentos que possuem gordura em maior ou menor quantidade é um hábito trivial do dia-a-dia. Porém, a ingestão excessiva de gordura é um fator diretamente relacionado a doenças que podemos compreender bioquimicamente ao analisar o transporte de lipídeos pela corrente circulatória. Até encontrar seu destino final, os compostos lipídicos podem viajar no plasma sanguíneo em quatro diferentes moléculas chamadas QUILOMÍCRONS, VLDL, LDL e HDL. Confira no infográfico a seguir. Aponte a câmera para o código e acesse o link do conteúdo ou clique no código para acessar. https://statics-marketplace.plataforma.grupoa.education/sagah/62db21ff-303c-43ef-befe-84068401e7f7/126e47b1-4888-4662-b5e5-336e8771d110.jpg Conteúdo do livro Além de serem nutrientes essenciais para o funcionamento do organismo, os lipídeos pertencem a uma classe de compostos orgânicos de estrutura muito diversa, mas que possui a característica comum da insolubilidade em água. De um modo geral, o fígado é o órgão central no gerenciamento da energia metabólica e também atua sintetizando o veículo de transporte desses lipídeos pela circulação: as lipoproteínas. Conheça melhor esse mecanismo acompanhando o capítulo Transporte e armazenamento de lipídeos do livro Bioquímica Sistêmica, base teórica para esta Unidade de Aprendizagem. Bons estudos! Conteúdo: BIOQUÍMICA SISTÊMICA Débora Guerini de Souza Transporte e armazenamento de lipídeos Objetivos de aprendizagem Ao final deste texto, você deve apresentar os seguintes aprendizados: � Caracterizar as classes de lipoproteínas e suas funções no metabolismo lipídico. � Identificar as principais apolipoproteínas encontradas nas lipoproteínas. � Reconhecer o papel do fígado no transporte e no metabolismo das lipoproteínas. Introdução Você já se perguntou o motivo de haver um tipo de colesterol “bom” e um tipo de colesterol “mau”? Ou como é possível que a gordura que ingerimos chegue tranquilamente até os tecidos que dela necessitam, sendo que gordura (lipídeos da dieta) e meio aquoso (plasma sanguíneo) não se misturam? A bioquímica nos ajuda a compreender os mecanismos e recursos dos quais nosso organismo dispõe para gerenciar essa incom- patibilidade química, bem como compreender o quanto é equivocada a fama de “más” ou “boas” que certas moléculas relacionadas ao trans- porte dos lipídeos têm. Neste sentido, fígado e intestino são os órgãos responsáveis pela maior parte das reações envolvendo as moléculas transportadoras de lipídeos, chamadas de lipoproteínas. Neste capítulo, você irá acompanhar o caminho que os lipídeos per- correm, desde a ingestão do alimento e o transporte pela circulação, até a chegada aos tecidos periféricos, onde serão utilizados como substrato energético ou precursores de importantes biomoléculas, ou no próprio fígado, onde serão reorganizados e redistribuídos. Classes de lipoproteínas e suas funções no metabolismo lipídico Lipídeos são constituintes de uma classe de compostos orgânicos de estrutura muito diversa, mas que apresentam uma característica em comum entre si: são insolúveis em água. Eles também são uma classe fundamental de nutrientes, pois incluem ácidos graxos, triacilgliceróis, colesterol, fosfolipídeos e vitaminas lipossolúveis, todos essenciais para o funcionamento do nosso organismo. Isso faz com que, ao longo da evolução do nosso corpo, tenhamos criado maneiras de permitir o transporte e o metabolismo de lipídeos de maneira segura, considerando sua importância metabólica e sua imiscibilidade em meio aquoso. Lipoproteínas são, portanto, macromoléculas solúveis que permitem a distribuição de lipídeos através da circulação sanguínea. Distúrbios no metabolismo das lipoproteínas são de grande importância clínica pois estão relacionados aos mais prevalentes problemas de saúde da atualidade: obesidade, diabetes mellitus e doenças cardiovasculares. As lipoproteínas são estruturas globulares que apresentam interior hidro- fóbico composto por triacilgliceróis e ésteres de colesteril e camada externa composta por fosfolipídeos e colesterol, portanto, solúveis no meio aquoso (Figura1). Existem quatro principais tipos de lipoproteínas plasmáticas: o quilomicron, a lipoproteína de muito baixa densidade (VLDL, do inglês very low density lipoprotein), a lipoproteína de baixa densidade (LDL, do inglês low density lipoprotein) e a lipoproteína de alta densidade (HDL, do inglês high density lipoprotein). Veja na Figura 2 os principais tecidos e células envolvi- dos no metabolismo das lipoproteínas. Sendo os lipídeos menos densos que a água, a densidade da lipoproteína diminui proporcionalmente ao aumento do conteúdo lipídico dela. A seguir, você verá em maiores detalhes cada uma das lipoproteínas plasmáticas. � Quilomícron: é a primeira lipoproteína gerada após a alimentação, pois é formada diretamente nas células do epitélio intestinal após a absorção do bolo alimentar, com um tempo de meia-vida de aproxima- damente 1 hora na circulação. Como produtos do processo digestivo, os ácidos graxos livres e os 2-monoacilgliceróis são absorvidos pelos enterócitos, nos quais ocorre a síntese de triacilgliceróis pelo retículo endoplasmático liso. No empacotamento da lipoproteína, o enterócito associa triacilgliceróis, fosfolipídeos (com as faces polares voltadas para fora e cadeia apolar voltada para dentro), ApoB48 (apolipoproteína característica do quilomícron) e colesterol no interior da estrutura. Transporte e armazenamento de lipídeos2 Logo após sua síntese, o quilomícron passa por uma etapa de amadu- recimento, portanto, dizemos que, logo após secretado, o quilomícron se encontra na fase nascente, fase em que ele circula pela linfa para, logo após, entrar no sangue, onde interage com a HDL, de quem obtém outras apolipoproteínas necessárias para sua utilização pelos tecidos. O quilomícron tem como principal função a distribuição de triacilgliceróis para os tecidos, pela ativação da lipase lipoproteica presente nos capilares de vários tecidos. A lipase lipoproteica é uma enzima que se encontra ancorada nas paredes do endotélio vascular próximo aos órgãos que utilizam mais ácidos graxos, como o miocárdio, o tecido adiposo e a glândula mamária em lactação, por exemplo. Cerca de 80% do total de quilomícrons liberados são utilizados por tecido adiposo, coração e músculo. Após distribuir a maior parte do seu conteúdo lipídico, o quilomícron chega ao estado remanescente e é captado pelo fígado para a reorganização do seu conteúdo. � VLDL: produzida no fígado, tem função similar à do quilomícron, isto é, a distribuição de triacilgliceróis para todos os tecidos do corpo; entretanto, eles apresentam diferenças fundamentais, como o seu local de síntese e a origem do seu conteúdo lipídico. O quilomícron é formado por ApoB100, triacilgliceróis obtidos diretamente das gorduras ingeridas na dieta, enquanto que a VLDL é formada por triacilgliceróis produzi- dos pelo fígado, que se utiliza do excesso de carboidratos e proteínas ingeridos. Na corrente sanguínea, a VLDL interage com a HDL para obter apolipoproteínas e colesterol, e também ativa a lipase lipoproteica para fornecer triacilgliceróis às células para seu uso como combustível metabólico. Ela atua nas VLDL hidrolisando a ligação ester dos tria- cilgliceróis e formando ácidos graxos livres e monoacilgliceróis; com isso, o tecido obtém ácidos graxos e a VLDL perde em torno de 80% dos seus triacilgliceróis. Após esse processo, transforma-se em LDL. � LDL: é produzida na circulação sanguínea, fruto do metabolismo da VLDL pela lipase lipoproteica. Como há uma redução no nível de triacilgliceróis e a possibilidade do aumento no nível de ésteres de colesterol por transferência pela HDL, a LDL é a lipoproteína com a maior proporção de colesterol entre todas as outras. Sua função, por- tanto, é fornecer colesterol para os tecidos periféricos e, para isso, ela é reconhecida pelo receptor específico e saturável de LDL, que endocita a lipoproteína para metabolização e utilização dos seus constituintes. Estes receptores reconhecem a ApoB100 que a LDL herdou da VLDL. Cerca de 30% do LDL é metabolizado por tecidos periféricos e 70% 3Transporte e armazenamento de lipídeos pelo fígado. Altos níveis de LDL serão diretamente correlacionados ao desenvolvimento de aterosclerose, um dos distúrbios cardiovasculares mais prevalentes nos dias atuais. Altos níveis de LDL circulantes tam- bém podem ter origem genética, como na Hipercolesterolemia Familiar, uma doença autossômica dominante que se caracteriza pela ausência ou redução significativa nos receptores de LDL, o que causa um aumento no LDL circulante sem aumento de VLDL. � HDL: pode ser produzida pelo fígado ou pelo intestino delgado, possui principalmente ApoA1. Composta majoritariamente por proteínas e pouco colesterol, tem a função de realizar o transporte reverso de co- lesterol, carreando esse composto da periferia para o fígado, de maneira que o colesterol não acumule perifericamente, podendo gerar danos. Esse processo é de extrema importância, pois a HDL consegue coletar colesterol dos remanescentes de quilomícrons e também dos macrófagos e células espumosas que compõe a placa aterosclerótica, sendo que baixos níveis de HDL também estão relacionados ao desenvolvimento de aterosclerose. Estas lipoproteínas também têm a função de interagir com todas as outras lipoproteinas na corrente circulatória, trocando constituintes como apolipoproteínas e ésteres de colesterol, promovendo a maturação dos quilomícrons e fornecendo apolipoproteínas para que quilomícrons e VLDL possam ativar a LPL e serem reconhecidos pelo fígado no final de sua vida. Através da análise da Quadro 1 fica fácil observar as principais semelhanças e diferenças entre as diferentes lipoproteínas plasmáticas. Transporte e armazenamento de lipídeos4 Figura 1. Estrutura genérica de uma lipoproteína plasmática. Observe na figura a composição de uma lipoproteína plasmática, que possui o exterior hidrossolúvel, formado por lipídeos anfipáticos, como os fosfolipídeos, e por proteínas, e o interior hidrofóbico formado por lipídeos, como os ésteres de colesterol e os triacilgliceróis. Fonte: Rodwell (2017, p. 255). 5Transporte e armazenamento de lipídeos Figura 2. Transporte de lipídeos pelas lipoproteínas plasmáticas. Lipídeos necessitam de mecanismos específicos para serem transportados pela circulação; desta forma, diversas lipoproteínas plasmáticas com funções e composições distintas realizam a distribuição destes compostos pelo plasma sanguíneo. Quilomicron e VLDL são os distribuidores de triacilgliceróis para tecido adiposo e músculo esquelético através da atuação da lipase lipoproteica. LDL é a distribuidora de colesterol para todas as células que necessitam deste composto, mas, quando em excesso na circulação, pode ser captada por macrofagos, gerando células espumosas e risco de desenvolvimento de aterosclerose. HDL é a respon- sável pelo transporte reverso de colesterol, centralizando no fígado o metabolismo deste composto, que pode dar origem a sais biliares e vários outros derivados. Fonte: adaptada de Nelson e Cox (2014, p. 867). Transporte e armazenamento de lipídeos6 LIPOPROTEÍNAS QUILOMÍCRONS VLDL LDL HDL Local de síntese Intestino Fígado Sangue Intestino/ fígado Composição >> TG >> TG >> colesterol > proteína Função Distribuir ácidos graxos e fosfolipídeos para tecido adiposo, músculo e outros Distribuir colesterol para todas as células Trocas com outras lipoproteínas/ Transporte reverso de colesterol Deriva de Lipídeos e dieta Lipídeos que o fígado sintetiza a partir de quilomícrons remanescentes, carboidratos e proteínas em excesso na dieta Proteínas que o fígado sintetiza Quadro 1. Principais características das lipoproteínas plasmáticas. Principais apolipoproteínas encontradas nas lipoproteínas As lipoproteínas executam diversas funções e são capazes de reconhecer e se ligar a vários receptores ao longo do caminho que percorrem na corrente circulatória. Isto é possível devido à presençade proteínas específicas que as constituem: as apolipoproteínas. As apolipoproteínas são constituintes protéicos que podem: 1. nascer com as lipoproteínas no próprio local de síntese: proteínas in- tegrais que não podem ser removidas; ou 7Transporte e armazenamento de lipídeos 2. ser obtidas na corrente sanguínea devido a trocas realizadas com a HDL: proteínas de superfície que podem ser transferidas. Entre as funções desempenhadas pelas apolipoproteínas, estão: a) componente estrutural; b) cofatores ou inibidores enzimáticos; c) ligantes de receptores. Observe, a seguir, as principais apolipoproteínas e sua função no meta- bolismo dos lipídeos. ApoA1: associada ao HDL, é responsável por ativar a lecitina colesterol aciltransferase (LCAT), que catalisa a formação de ésteres de colesterila a partir de colesterol e fosfatidilcolina. Na partícula de HDL nascente, a LCAT converte o colesterol obtido pela HDL dos remanescentes de quilomícrons e VLDL em ésteres de colesterila, transformando a HDL nascente em HDL madura. Esta apolipoproteína também é capaz de interagir com receptores do tipo ABC (do inglês ATP-binding cassete), que fazem o transporte de colesterol da célula para a lipoproteína, ocasionando reverso de colesterol da periferia para o fígado. ApoB48: associada aos quilomícrons, é a apolipoproteína que caracteriza essa lipoproteína. Sua denominação deriva do fato de que seu tamanho é 48% do tamanho da ApoB100, ou seja, ela é formada pela transcrição do mesmo gene da apo B100, sendo ele interrompido em um ponto que corresponde a 48% do tamanho total. ApoB100: associada à VLDL, e consequentemente à LDL, é reconhecida pelos receptores específicos de LDL que promovem a endocitose desta partícula para metabolização. A ApoB100 é uma das proteínas simples (apenas uma cadeia) mais longas conhecida. ApoCII: presente na HDL, que a transfere para as outras lipoproteínas quando interage com elas na circulação, é capaz de ativar a lípase lipoproteica para que ocorra a hidrólise dos triacilgliceróis e a captação dos ácidos graxos livres pelo tecido-alvo. ApoE: presente na HDL, que a transfere para as outras lipoproteínas ao interagir com elas na circulação, é responsável por ligação ao receptor hepático e, consequentemente, pela depuração de VLDL e remanescentes de quilomícrons da circulação. Transporte e armazenamento de lipídeos8 Para uma melhor compreensão das características das lipoproteínas plasmáti- cas, bem como das apolipoproteínas que cada uma pode conter, observe a Tabela 1. Tabela 1. Principais características e componentes das lipoproteínas do plasma humano. Fonte: RODWELL (2017, p. 254). Acesse a Atualização da Diretriz Brasileira de Dislipidemias e Prevenção da Aterosclerose (SOCIEDADE BRASILEIRA DE CARDIOLOGIA, 2017) para ficar por dentro dos valores considerados desejáveis em adultos saudáveis. https://goo.gl/KU2HRr O papel do fígado no transporte e no metabolismo das lipoproteínas De uma maneira geral, o fígado é o órgão central no gerenciamento da energia metabólica corporal. Este órgão atua sintetizando lipídeos, triacilgliceróis 9Transporte e armazenamento de lipídeos e fosfolipídeos a partir do excesso (proteínas e carboidratos) de nutrientes ingeridos na alimentação e também sintetizando o veículo de transporte dos lipídeos pela circulação: as lipoproteínas. Isto é necessário pois o plasma, que distribui os nutrientes para todos os órgãos e células do corpo, é um meio aquoso. Desta maneira, os combustíveis hidrofóbicos, como os lipídeos, precisam ser protegidos da interação direta com o meio hidrofílico, para evitar a formação de coágulos e o consequente bloqueio na circulação. Assim, os lipídeos mais hidrofóbicos, como os triacilgliceróis e os ésteres de colesterila, são organizados de maneira a não entrarem em contato com o meio aquoso plasmático, apenas com a parte lipofílica de lipídeos anfipáticos (fosfolipídeos e colesterol) e de proteínas, sendo todo este conjunto denominado lipoproteína. Nem todas as lipoproteínas são produzidas no fígado, mas este órgão desempenha ações importantes sobre todas elas, uma vez que todas possuem apolipoproteínas que são reconhecidas pelos receptores hepáticos (ver objetivo 2 deste capítulo). A HDL tem como local de síntese tanto o fígado quanto o intestino, sendo que ela é secretada na corrente circulatória na forma nascente e, após obter colesterol das outras lipoproteínas, torna-se madura. Após realizar a coleta de colesterol na periferia, retorna ao fígado, que a reconhece através do receptor SR-B1 (receptor scavenger B1), ligando-se a ele e transferindo apenas o colesterol, ficando livre novamente na circulação para seguir realizando o transporte do colesterol. O quilomicron, lipoproteína produzida pelos enterócitos a partir das gor- duras ingeridas na dieta (triacilgliceróis, colesterol, vitaminas lipossolúveis), tem como destino final a captação pelos hepatócitos para que ocorra a re- organização do seu conteúdo. Assim, o quilomicron, após ter seu conteúdo consideravelmente reduzido pela captação realizada nos diferentes tecidos, estará na sua forma remanescente e será endocitado pelo hepatócito para degradação completa, o que gera substratos para a síntese de uma outra lipo- proteína, esta sim, agora, de origem hepática: a lipoproteína de muito baixa densidade (VLDL, do inglês very low density lipoprotein). A VLDL é liberada na circulação e também degradada pelos tecidos perifé- ricos, tornando-se LDL. A função principal da LDL é ser captada pelos tecidos periféricos; entretanto, ela tem como destino final majoritário o fígado, que a utiliza na síntese de membranas e sais biliares. Os sais biliares produzidos pelo fígado são estocados na vesícula biliar e liberados no intestino delgado para auxiliar na digestão das gorduras presentes nos alimentos da dieta. Após formação de micelas na digestão lipídica e absorção dos ácidos graxos livres e 2-monoacilgliceróis pelos enterócitos, os sais biliares retornam ao fígado pela circulação entero-hepática e são reciclados, sendo apenas cerca de 5% perdidos Transporte e armazenamento de lipídeos10 nas fezes. Essa é uma questão importante no metabolismo do colesterol, pois, como ele não pode ser oxidado a CO2 e água, como outros nutrientes são, as maneiras de eliminá-lo da circulação são: a) aumentar sua excreção através de uma redução na reciclagem dos sais biliares presentes nas fezes; b) inibir diretamente a síntese endógena. O receptor de LDL e a LRP-1 (proteína 1 relacionada ao receptor de LDL) são receptores hepáticos relacionados à captação de LDL e remanescentes de quilomícrons. Apesar de produzir e metabolizar ativamente ácidos graxos, o fígado não é o local de armazenamento deles. Em situações patológicas, como síndrome metabólica, obesidade ou alcoolismo, pode ocorrer o depósito de gordura no fígado, chamado esteatose hepática, que, se não tratado, culmina com cirrose e perda de função do órgão. O armazenamento de lipídeos no tecido adiposo O tecido adiposo, importante local de armazenamento lipídico e controle do apetite, é o destino dos triacilgliceróis produzidos pelo fígado a partir de vários nutrientes – papel da VLDL – e pelo intestino a partir dos lipídeos da dieta – papel do quilomícron. A forma de armazenamento da gordura pelo tecido adiposo é o triacilglicerol, que é constantemente hidrolisado e reesterificado, sendo ambas as vias rigidamente controladas pela disponibilidade de substrato energético e, consequentemente, pelo balanço hormonal. Em última análise, a taxa de ativação de cada um destes processos determina se o indivíduo armazena mais ou degrada mais gordura, o que culmina no ganho ou perda de peso. Quando os dois processos estão em equilíbrio, há a manutenção do peso corporal. Esses fatores também determinam a concentração dos lipídeos circulantes, pois, quanto maior a ingestão de gorduras, mais lipoproteínas deverão carreá-las pela circulação.A síntese de triacilgliceróis no tecido adiposo é realizada a partir de acetil CoA ou de ácidos graxos livres e pela degradação da glicose pela via glicolítica para gerar glicerol, uma vez que o tecido adiposo não possui glicerol cinase, como o fígado. Já a degradação se dá pela ação da lipase hormônio-sensível, que gera ácidos graxos livres e glicerol; ambos atingem a corrente circulatória, sendo que os ácidos graxos livres ligam-se à albumina para transporte e utili- zação pelos tecidos. Essa enzima é inibida pela ação da insulina, resultando na queda da concentração de ácidos graxos livres circulantes. A insulina atua de modo a promover a transposição do GLUT4 para a membrana do adipócito, 11Transporte e armazenamento de lipídeos provocando maior captação de glicose, ativação das enzimas da via glicolítica e favorecendo a lipogênese. Por muito tempo, acreditou-se que o tecido adiposo era um local passivo apenas de reserva energética, sem papel regulatório ativo. Atualmente, sabe-se que o tecido adiposo secreta diversas adipocitocinas que têm papel fundamental no controle metabólico, como a leptina e a adiponectina, que atuam modulando apetite e gasto energético através da sinalização no cérebro, músculo e fígado. Como forma de conscientizar e preservar a saúde cardiovascular, dia 8 de agosto foi estabelecido como o Dia Nacional do Combate ao Colesterol Elevado. Estatinas são medicamentos hipocolesterolemiantes de grande importância terapêutica no manejo do colesterol elevado. São moléculas similares ao mevalonato, importante intermediário na síntese endógena de colesterol, e inibem a atividade da enzima HMG-CoA redutase, marca-passo na via de produção de colesterol. Outro recurso terapêutico contra o colesterol elevado são inibidores no transporte de colesterol no intestino, que reduz tanto a absorção do colesterol da dieta quanto a reciclagem dos sais biliares. Transporte e armazenamento de lipídeos12 NELSON, D. L.; COX, M. M. Princípios de bioquímica de Lehninger. 6. ed. Porto Alegre: Artmed, 2014. RODWELL, V. W. et al. Bioquímica ilustrada de Harper. 30. ed. Porto Alegre : AMGH, 2017. SOCIEDADE BRASILEIRA DE CARDIOLOGIA. Atualização da diretriz brasileira de dislipi- demias e prevenção da aterosclerose – 2017. Arquivos Brasileiros de Cardiologia, Rio de Janeiro, v. 109, n. 1, 2017. Disponível em: . Acesso em: 15 set. 2017. Leitura recomendada SMITH, C.; MARKS, A. D.; LIEBERMAN, M. Bioquímica médica básica de Marks: uma abordagem clínica. 2. ed. Porto Alegre: Artmed, 2007. 13Transporte e armazenamento de lipídeos Conteúdo: Dica do professor As gorduras agregam sabor e palatabilidade aos alimentos, porém a quantidade ingerida deve ser bem controlada para evitar danos ao organismo. Na Dica do Professor, você verá o papel do fígado no transporte e armazenamento de lipídeos e numa condição patológica denominada "esteatose hepática". Aponte a câmera para o código e acesse o link do conteúdo ou clique no código para acessar. https://fast.player.liquidplatform.com/pApiv2/embed/cee29914fad5b594d8f5918df1e801fd/723c7fb57bc556b65e54890a15e8baa4 Exercícios 1) Considerando o transporte de lipídeos pelo plasma sanguíneo, escolha a alternativa CORRETA: A) A principal forma de transporte de triacilglicerol pelo plasma é ligado à albumina. B) Colesterol e ésteres de colesteril são transportados no plasma sanguíneo ligados aos quilomícrons. C) A VLDL é a única lipoproteína plasmática que tem a função de transportar triacilgliceróis. D) A HDL é a lipoproteína plasmática responsável pelo retorno do colesterol periférico para o fígado. E) A LDL liga-se facilmente a vários tipos de receptores, os quais promovem a endocitose da partícula. 2) Por que o quilomícron é considerado nascente logo após sua síntese? A) Porque ele ainda não possui triacilgliceróis suficientes para distribuir aos tecidos. B) Porque ele não possui colesterol suficiente para distribuir aos tecidos. C) Pois ele ainda não possui todas as apolipoproteínas necessárias à sua função. D) Pois ele precisa chegar ao fígado antes de se tornar maduro. E) Pois ele ainda não interagiu com a albumina na corrente circulatória. 3) O metabolismo das lipoproteínas ricas em triacilgliceróis se dá principalmente pela ação de qual enzima? A) Lipase lipoproteica. B) Lipase hormônio-sensível. C) Lipase do colesterol. D) Lipase hormônio-insensível. E) Lipase da albumina. 4) A ApoE está envolvida em qual função das lipoproteínas? A) Síntese de ésteres de colesteril. B) Ligação ao receptor hepático para endocitose. C) Ativação da lipoproteína lipase. D) Ativação da lipase hormônio-sensível. E) Transporte reverso de colesterol. 5) Sobre o tecido adiposo, por que ele não é mais considerado um reservatório passivo de substratos energéticos? A) Porque é um tecido capaz de secretar citocinas benéficas durante a obesidade. B) Porque é um tecido capaz de nutrir fígado e músculo durante o jejum prolongado ou curto. C) Porque é um tecido muito elástico, capaz de alterar seu tamanho dependendo das condições e frequencia que o indivíduo se alimenta. D) Porque é um tecido capaz de liberar ácidos graxos livres na corrente circulatória, modulando a atividade da albumina sérica. E) Porque é um tecido que secreta compostos capazes de modular a atividade do cérebro, músculo e fígado. Na prática Distúrbios no metabolismo das lipoproteínas plasmáticas podem desencadear situações patológicas graves. Idealmente, deve-se monitorar constantemente os niveis plasmáticos de colesterol, bem como glicemia, creatinina, entre outros parâmetros sanguineos importantes para que seja realizada a prevenção primária, caso necessário. O gerenciamento de fatores de risco para doença cardiovascular aterosclerótica, entre eles LDL, é chamada prevenção primária, sendo que esse processo é realizado no individuo que ainda não sofreu um evento aterosclerótico cardiovascular. Nesse sentido, acompanhe o caso clínico a seguir. Saiba + Para ampliar o seu conhecimento a respeito desse assunto, veja abaixo as sugestões do professor: Como estabelecer o equilíbrio entre o colesterol bom e mau? Saiba melhor o que isso significa com a videoaula Colesterol Bom, Colesterol Ruim... O Que Isso Quer Dizer? | Autoridade Fitness: Aponte a câmera para o código e acesse o link do conteúdo ou clique no código para acessar. Para saber mais, como as causas das esteatoses hepática alcoólica e não alcoólica, consulte o capítulo 25, Transporte e Armazenamento de Lipídeos, do livro Bioquimica ilustrada Harper: Conteúdo interativo disponível na plataforma de ensino! Acompanhe o capítulo Digestão e o transporte dos lipídeos da dieta do livro Bioquímica Médica de Marks e aprofunde seu conhecimento com abordagens clínicas para o conteúdo: Conteúdo interativo disponível na plataforma de ensino! https://www.youtube.com/embed/A_46uvUc00c?rel=0 Integração metabólica Apresentação Você sabe o que é integração metabólica? Após uma refeição, existe um amplo suprimento de carboidratos, e a fonte de energia metabólica para a maioria dos tecidos é a glicose. Em condições de jejum, a glicose precisa ser preservada para uso pelo sistema nervoso central (que depende, em grande parte, da glicose) e pelos eritrócitos (que dependem totalmente da glicose). Nesta Unidade de Aprendizagem, você vai estudar como ocorre a integração metabólica, identificando os hormônios e os principais mecanismos. Bons estudos. Ao final desta Unidade de Aprendizagem, você deve apresentar os seguintes aprendizados: Identificar os hormônios como substâncias-chave na integração metabólica.• Reconhecer os principais mecanismos de regulação hormonal pertinentes à integração do metabolismo. • Relacionar as alterações metabólicas à obesidade e diabetes.• Desafio Entre as várias recomendações dadas para prevenir e tratar o diabetes, três delas têm grau derecomendação A (ou seja, são recomendações feitas a partir de resultados de estudos de alta consistência). Você é bioquímico em uma clínica e precisa explicar a relação entre armazenamento anormal de lipídeos (que leva à obesidade) e a resistência à insulina (que caracteriza o diabetes tipo II)? Infográfico Sabemos que, ao longo de 24 horas, nos alimentamos, e ficamos em jejum por períodos curtos, porém também ficamos em jejum por período prolongado (como à noite, enquanto dormimos). No entanto, diante dessa gangorra, o organismo precisa responder mantendo nossa temperatura corporal, batimento cardíaco, frequência respiratória, níveis glicêmicos, etc. Confira no infográfico como ocorre! Conteúdo do livro Para o corpo humano, o desafio mais imediato é garantir o seu próprio fornecimento de energia. Contudo, para além da autopreservação, as células e os órgãos devem atuar de forma coordenada para o bem comum do corpo. Juntos, devem dominar os desafios rotineiros do estado em jejum, do estado pós prandial e da atividade muscular bem como os desafios menos rotineiros como as doenças infecciosas. Estes desafios exigem a integração das vias metabólicas de todo o organismo, conseguida através de sinais hormonais e nervosos. Através da leitura do capítulo, Integração Metabólica, você irá identificar a ação os hormônios e os mecanismos de regulação hormonal na integração metabólica e irá relacionar as alterações metabólicas à obesidade e ao diabetes. Boa leitura. BIOQUÍMICA DA NUTRIÇÃO OBJETIVOS DE APRENDIZAGEM > Identificar os hormônios como substâncias-chave na integração metabólica. > Reconhecer os principais mecanismos de regulação hormonal pertinentes à integração do metabolismo. > Relacionar as alterações metabólicas à obesidade e ao diabetes. Introdução A regulação metabólica é o processo em que as vias metabólicas, tanto anabólicas e biossintéticas quanto catabólicas e degradativas, são reguladas nos mamíferos. Os organismos vivos precisam gerar energia de modo contínuo para manter processos e funções celulares. A capacidade de oxidar os substratos disponíveis para manter as necessidades energéticas (homeostase energética) é essencial para a sobrevi- vência de um organismo. Para que o cérebro e outros tecidos produzam energia, é mantido um nível quase constante de glicose no sangue (homeostase de glicose). Durante a alimentação e nos estados de jejum, as homeostases de energia e de glicose são fundamentais para a sobrevivência dos seres humanos. A insulina e o glucagon, por sua vez, têm efeito oposto sobre os processos metabólicos. Por isso, a homeostase energética depende de um ajuste regular das concentrações sanguíneas desses hormônios nos estados alimentados e de jejum. Neste capítulo, você vai observar como os hormônios são essenciais na in- tegração metabólica. Vai conhecer os mecanismos de regulação hormonal mais importantes na integração do metabolismo e estudar as alterações metabólicas na obesidade e no diabetes. Integração metabólica Lina Cláudia Sant’Anna Os hormônios na integração metabólica As células do corpo necessitam de nutrientes obtidos com a alimentação para funcionarem. A fim de gerir a ingestão de nutrientes, armazenar o excesso e utilizar as reservas quando necessário, o corpo utiliza hormônios que são liberados pelo sistema nervoso com a integração metabólica. Esse processo é controlado principalmente pela ação dos hormônios insulina, glucagon e adrenalina em conjunto com o fígado, os tecidos adiposo e muscular, bem como com o cérebro (NAVA; RAJA, 2021). A seguir, discutiremos alguns conceitos relacionados à ação hormonal na integração metabólica. Metabolismo O metabolismo se refere à soma das reações que ocorrem dentro de cada célula do corpo e fornecem energia. A energia é utilizada para processos vitais e para a síntese de nova matéria orgânica. Cada organismo vivo utiliza o seu ambiente para sobreviver tomando nutrientes e substâncias, que atuam como blocos de construção para o movimento, o crescimento, o desenvolvimento e a reprodução. Esses blocos são mediados por enzimas, proteínas que atuam como catalizadores sob condições ambientais específicas, tais como pH e temperatura. A síntese de muitos dos catalisadores das reações químicas tem sua origem no DNA, molécula que reside no núcleo e é feita de quatro bases, chamadas adenina, guanina, citosina e timina. Já o RNA é a molécula utilizada por alguns organismos vivos no lugar do DNA. Os componentes do RNA incluem ribose e uracilo em vez de timina (BERDANIER; ZEMPLENI, 2009; NELSON; COX, 2022). A maioria das plantas utiliza a luz solar para transformar água e dióxido de carbono na sintetização dos carboidratos. Os organismos vivos fazem o oposto, consumindo carboidratos, proteínas e lipídeos para produzir energia (WARDLAW; SMITH, 2013). Integração metabólica2 Catabolismo No catabolismo, ocorre a decomposição de grandes moléculas orgânicas em moléculas menores, liberando a energia contida nas ligações químicas. Essas liberações de energia (conversões) não são 100% eficientes, porque a quantidade de energia liberada é menor do que a quantidade total contida na molécula. Aproximadamente 40% da energia produzida por reações ca- tabólicas é diretamente transferida para a molécula energética denominada adenosina trifosfato (ATP). Durante as reações catabólicas, o ATP é criado, e a energia é armazenada até ser necessária durante as reações anabólicas. Os restantes 60% da energia liberada pelas reações catabólicas são liberados na forma de calor, que os tecidos e os fluidos corporais absorvem (POIAN et al., 2010). Estruturalmente, as moléculas ATP consistem em uma adenina, uma ribose e três grupos de fosfatos. A ligação química entre o segundo e o terceiro grupos de fosfatos, denominada ligação de alta energia, representa a maior fonte de energia de uma célula. É a primeira ligação que as enzimas catabó- licas quebram quando as células necessitam de energia para funcionar. Os produtos dessa reação são uma molécula de difosfato de adenosina (ADP) e um grupo de fosfato solitário (Pi). ATP, ADP e Pi estão constantemente sendo ciclanos por meio de reações que constroem ATP e armazenam energia, além de reações que quebram ATP e liberam energia (POIAN et al., 2010). Estrutura da molécula de ATP: o ATP é a molécula energética da célula. Durante as reações catabólicas, o ATP é criado, e a energia é armazenada até ser necessária durante as reações anabolizantes (NELSON; COX, 2022). A energia de ATP impulsiona todas as funções corporais, como contrair músculos, manter o potencial elétrico das células nervosas e absorver os nutrientes no trato gastrointestinal. As reações metabólicas que produzem ATP provêm de várias fontes, como as proteínas, decompostas em aminoácidos, os lipídios, decompostos em ácidos graxos, e os carboidratos, decompostos em monossacarídeos. Esses blocos de construção são, então, utilizados para a síntese de moléculas em reações anabólicas (NAVA; RAJA, 2021). Integração metabólica 3 Anabolismo Diferente de como acontece no catabolismo, no anabolismo (também chamado de biossíntese), precursores simples são utilizados para formar moléculas maiores e mais complexas. As reações anabólicas combinam monossacarí- deos para formar polissacarídeos; ácidos graxos para formar triglicerídeos; aminoácidos para formar proteínas; e nucleotídeos para formar ácidos nu- cleicos. Esses processos requerem energia sob a forma de moléculas de ATP, geradas por reações catabólicas. As reações anabólicas criam moléculas que formam novas células e tecidos e revitalizam os órgãos (NELSON; COX, 2022). Como as reações catabólicas produzem energia, e as reações anabó- licas utilizam energia, idealmente, a utilização de energia equilibraria a energia produzida. Se a mudança líquida de energia for positiva (as reações catabólicas liberam mais energia do que a utilização de reações anabólicas), o corpo armazenao excesso de energia ao construir moléculas de gordura para armazenamento a longo prazo. Por outro lado, se a alteração líquida de energia for negativa (as reações catabólicas liberam menos energia do que a utilização de reações anabólicas), o corpo utiliza a energia armazenada para compensar a deficiência de energia liberada pelo catabolismo (BERDANIER; ZEMPLENI, 2009). A Figura 1 demonstra as relações energéticas entre as vias anabólicas e catabólicas. As vias catabólicas disponibilizam energia química na forma de ATP, NADH, NADPH e FADH2. Esses transportadores de energia são usados em vias anabólicas para converter precursores pequenos em macromoléculas celulares. Integração metabólica4 Figura 1. Relações energéticas entre as vias anabólicas e catabólicas. Fonte: Nelson e Cox (2022, p. 493). Atividades enzimáticas das vias metabólicas As operações diárias de uma célula são realizadas por meio de reações bio- químicas que têm lugar dentro da célula. As reações são ligadas e desliga- das ou aceleradas e abrandadas de acordo com as necessidades imediatas da célula e suas funções gerais. Em qualquer momento, as numerosas vias envolvidas na construção e na decomposição dos componentes celulares devem ser monitoradas e equilibradas de forma coordenada. Para alcançar esse objetivo, as células organizam reações em vários caminhos alimentados por enzimas (NAVA; RAJA, 2021). Integração metabólica 5 As enzimas são catalisadoras de proteínas que aceleram as reações bioquímicas ao facilitar os rearranjos moleculares que suportam a função celular. As reações químicas convertem os substratos em produtos, muitas vezes anexando ou quebrando grupos químicos a partir dos substratos. Por exemplo, na etapa final da glicólise, uma enzima chamada piruvato-cinase transfere um grupo fosfato de um substrato (fosfoenolpiruvato) para outro substrato (ADP), gerando o piruvato e o ATP como produtos (POIAN et al., 2010). As enzimas são proteínas flexíveis e mudam de forma quando se ligam às moléculas de substrato. Essa capacidade de ligação e mudança de forma é o que faz as enzimas conseguirem aumentar as taxas de reação. Em muitos casos, as enzimas funcionam aproximando dois substratos e orientando- -os para facilitar a transferência de elétrons. As alterações de forma ou conformação também podem atuar como um interruptor de ligar/desligar. Por exemplo, quando moléculas inibidoras se ligam a um local numa enzima distinta do local do substrato, podem fazer com que a enzima assuma uma conformação inativa, impedindo que esta catalise uma reação. Em contra- partida, a ligação de moléculas ativadoras pode fazer com que uma enzima assuma uma conformação cativa, ligando-a (NELSON; COX, 2022). Muitas transformações moleculares dentro das células ocorrem em múlti- plas etapas. As células dividem uma molécula de glicose em duas moléculas de piruvato por meio de um processo de 10 etapas chamado glicólise. Essa série coordenada de reações químicas é um exemplo de uma via metabólica em que o produto de uma reação se torna o substrato para a reação seguinte. Consequentemente, os produtos intermediários de uma via metabólica podem ser de curta duração (NAVA; RAJA, 2021). Por vezes, as enzimas envolvidas numa determinada via metabólica estão fisicamente ligadas, permitindo que os produtos de uma reação sejam cana- lizados de forma eficaz para a enzima seguinte na via. Por exemplo, piruvato desidrogenase é um complexo de três enzimas diferentes que catalisam a via do piruvato (o produto da glicólise) para a acetil-CoA (o primeiro substrato no ciclo do ácido cítrico). Dentro desse complexo, os produtos intermediários são passados diretamente de uma enzima para a outra (POIAN et al., 2010). Integração metabólica6 A maioria das células tem enzimas que processam tanto a degra- dação quanto a síntese de biomoléculas nas reações anabólicas e catabólicas. As células devem equilibrar as suas vias catabólicas e anabólicas de modo a controlar os seus níveis de metabólitos críticos — moléculas criadas pela atividade enzimática — e garantir que a energia seja suficiente. Por exemplo, se o fornecimento de glicose começar a diminuir, como pode acontecer em casos de jejum prolongado, as células vão sintetizar a glicose de outros materiais ou enviar ácidos graxos para o ciclo do ácido cítrico para gerar ATP. Pelo contrário, em tempos de abundância, o excesso de glicose é convertido em formas de armazenamento, como glicogênio e gordura (BERDANIER; ZEMPLENI, 2009). Ação dos hormônios na homeostase no metabolismo Os hormônios catabólicos e anabólicos do organismo ajudam a regular os processos metabólicos. Os hormônios catabólicos estimulam a quebra das moléculas e a produção de energia, incluindo cortisol, glucagon, adrenalina (epinefrina) e citocinas. Todos esses hormônios são mobilizados em momentos específicos para satisfazer as necessidades do organismo. Já os hormônios anabólicos são necessários para a síntese de moléculas e incluem o hormô- nio de crescimento, fator de crescimento semelhante à insulina, insulina, testosterona e estrogênio (GROPPER; SMITH; GROFF, 2009). Confira cada um deles no Quadro 1. Integração metabólica 7 Quadro 1. Principais hormônios do metabolismo e suas ações Hormônios catabólicos Cortisol É liberado da glândula adrenal em resposta ao estresse. Seu papel principal é aumentar os níveis de glicose no sangue por meio da gliconeogênese (decomposição das gorduras e proteínas). Glucagon É liberado das células alfa no pâncreas quando o corpo passa fome e quando precisa gerar energia adicional. Estimula a decomposição do glicogênio no fígado para aumentar os níveis de glicose no sangue. O glucagon e a insulina fazem parte de um sistema que estabiliza os níveis de glicose no sangue: o glucagon estimula a produção de glicose, e a insulina diminui essa produção. Adrenalina, ou epinefrina É liberada em resposta à ativação do sistema nervoso simpático. Aumenta o ritmo cardíaco e a contratilidade cardíaca. Faz a constrição dos vasos sanguíneos, sendo um broncodilatador que abre (dilata) os brônquios dos pulmões para aumentar o volume de ar nos pulmões. Estimula a gliconeogênese. Hormônios anabólicos Fator de crescimento semelhante à insulina (IGF) Estimula o crescimento do músculo e do osso, ao mesmo tempo em que inibe a morte celular (apoptose). Insulina É produzida pelas células beta do pâncreas. Desempenha um papel essencial no metabolismo dos carboidratos e da gordura. Controla os níveis de glicose no sangue e promove sua absorção pelas células do corpo. Faz com que as células do músculo, do tecido adiposo e do fígado absorvam glicose do sangue e a armazenem no fígado e no músculo como glicogênio. O glucagon e a insulina fazem parte de um sistema que estabiliza os níveis de glicose no sangue: o glucagon estimula a produção de glicose, e a insulina diminui essa produção. Testosterona Nos homens, é produzida pelos testículos e, nas mulheres, nos ovários. Estimula um aumento da massa muscular e da força, bem como o crescimento e o fortalecimento do osso. (Continua) Integração metabólica8 Hormônios anabólicos Estrogênio É produzido principalmente pelos ovários, mas também pelo fígado e pelas glândulas suprarrenais. Suas funções anabólicas incluem o aumento do metabolismo e da deposição de gordura. Hormônio de crescimento (GH) É sintetizado e liberado da hipófise. Estimula o crescimento de células, tecidos e ossos. Fonte: Adaptado de Gropper, Smith e Groff (2009). Mecanismos de regulação hormonal para integração do metabolismo Os órgãos, especialmente o cérebro, necessitam de um fornecimento contí- nuo de glicose. A fim de que o corpo responda a essa constante procura de energia, os alimentos são processados, tanto para utilização imediata quanto para armazenamento em forma de energia. Se não houvesse um método para armazenar o excesso de energia, precisaríamos comer constantemente para satisfazernitrogênio, fósforo ou enxofre. Existem três classes principais de carboidratos: mo- nossacarídeos, dissacarídeos e polissacarídeos (a palavra “sacarídeo” é derivada do grego sakcharon, que significa “açúcar”). Os monossacarídeos, ou açúcares simples, são constituídos por uma única unidade poli-hidroxicetona ou poli-hidroxialdeído. O monossacarídeo mais abundante na natureza é o açúcar de 6 carbonos D-glicose, algumas vezes chamado de dextrose. Monossacarídeos de quatro ou mais carbonos tendem a formar estruturas cíclicas. Os oligossacarídeos consistem em cadeias curtas de unidades de monossacarídeos, ou resíduos, unidas por liga- ções características chamadas de ligações glicosídicas. Os mais abundantes são os dissacarídeos, com duas unidades de monossacarídeos. Um dissacarídeo típico é a sacarose (açúcar de cana), constituído pelos açúcares de seis car- bonos D-glicose e D-frutose. Todos os monossacarídeos e dissacarídeos comuns têm nomes terminados com o sufixo “-ose”. Em células, a maioria dos oligossacarídeos constituí- dos por três ou mais unidades não ocorre como moléculas livres, mas sim ligada a moléculas que não são açúcares (li- pídeos ou proteínas), formando glicoconjugados. Os polissacarídeos são polímeros de açúcar que con- têm mais de 20 unidades de monossacarídeo; alguns têm centenas ou milhares de unidades. Alguns polissacarídeos, como a celulose, têm cadeias lineares; outros, como o glico- gênio, são ramificados. Ambos são formados por unidades repetidas de D-glicose, mas diferem no tipo de ligação gli- cosídica e, em consequência, têm propriedades e funções biológicas notavelmente diferentes. 7.1 Monossacarídeos e dissacarídeos Os mais simples dos carboidratos, os monossacarídeos, são aldeídos ou cetonas com dois ou mais grupos hidroxila; os monossacarídeos de seis carbonos, glicose e frutose, têm cinco grupos hidroxila. Muitos dos átomos de carbono aos quais os grupos hidroxila estão ligados são centros quirais, o que origina os muitos estereoisômeros de açúcares en- contrados na natureza. Esse estereoisomerismo é biologi- camente importante porque as enzimas que agem sobre os açúcares são absolutamente estereoespecíficas, normal- mente preferindo um estereoisômero a outro por três ou mais ordens de magnitude, como demonstrado pelos seus valores de Km ou constantes de ligação. É tão difícil encai- xar o estereisômero errado dentro do sítio de ligação de uma enzima quanto é difícil colocar a sua luva esquerda na sua mão direita. Inicialmente são descritas as famílias de monossacaríde- os com esqueletos de três a sete carbonos – suas estruturas, as formas estereoisoméricas e os meios para representar as estruturas tridimensionais no papel. Depois são discutidas algumas reações químicas dos grupos carbonil de monossa- carídeos. Uma dessas reações, a adição de um grupo hidro- 7 Carboidratos e Glicobiologia Nelson_6ed_07.indd 243Nelson_6ed_07.indd 243 02/05/14 17:1702/05/14 17:17 2 4 4 DAV I D L . N E L S O N & M I C H A E L M . COX xila que é parte da mesma molécula, gera formas cíclicas com esqueletos de quatro ou mais carbonos (as formas que predominam em solução aquosa). O fechamento desse anel cria um novo centro quiral, adicionando ainda mais comple- xidade a essa classe de compostos. A nomenclatura para es- pecificar sem ambiguidades a configuração de cada átomo de carbono em uma forma cíclica e os meios para represen- tar essas estruturas no papel são, portanto, descritos com alguns detalhes; essas informações serão úteis quando for discutido o metabolismo dos monossacarídeos na Parte II deste livro. São apresentados também alguns importantes derivados de monossacarídeos encontrados em capítulos posteriores. As duas famílias de monossacarídeos são aldoses e cetoses Os monossacarídeos são sólidos cristalinos e incolores plenamente solúveis em água, mas insolúveis em solven- tes apolares. A maioria tem sabor adocicado (ver Quadro 7-2, p. 254). Os esqueletos dos monossacarídeos comuns são compostos por cadeias de carbono não ramificadas, nas quais todos os átomos de carbono estão unidos por ligações simples. Nessa forma de cadeia aberta, um dos átomos de carbono está ligado duplamente a um áto- mo de oxigênio, formando um grupo carbonil; os outros átomos de carbono estão ligados, cada um, a um grupo hidroxila. Quando o grupo carbonil está na extremidade da cadeia de carbonos (isto é, em um grupo aldeído), o monossacarídeo é uma aldose; quando o grupo carbonil está em qualquer outra posição (em um grupo cetona), o monossacarídeo é uma cetose. Os monossacarídeos mais simples são as duas trioses de três carbonos: gliceralde- ídos (aldotrioses) e di-hidroxiacetonas (cetotrioses, ver Figura 7-1a). Monossacarídeos com quatro, cinco, seis e sete átomos de carbono no esqueleto são chamados, respectivamente, de tetroses, pentoses, hexoses e heptoses. Existem aldoses e cetoses para cada um desses comprimentos de cadeia: al- dotetroses e cetotetroses, aldopentoses e cetopentoses, e assim por diante. As hexoses, que incluem a aldo-hexose D-glicose e a ceto-hexose D-frutose (Figura 7-1b), são os monossacarídeos mais comuns na natureza – os produtos da fotossíntese e os intermediários-chave das sequências de reações produtoras de energia centrais da maioria dos organismos. As aldopentoses D-ribose e 2-desóxi-D-ribose (Figura 7-1c) são componentes dos nucleotídeos e dos áci- dos nucleicos (Capítulo 8). Monossacarídeos têm centros assimétricos Todos os monossacarídeos, com exceção da di-hidroxiace- tona, contêm um ou mais átomos de carbono assimétricos (quirais) e, portanto, ocorrem em formas isoméricas op- ticamente ativas (p. 17-18). A aldose mais simples, o gli- ceraldeído, contém um centro quiral (o átomo de carbono central) e assim tem dois isômeros ópticos diferentes, ou enantiômeros (Figura 7-2). CONVENÇÃOCHAVE: Um dos dois enantiômeros do gliceral- deído é, por convenção, designado isômero D, e o outro é isômero L. Assim como para outras biomoléculas com centros quirais, as configurações absolutas dos açúcares são conhecidas a partir de cristalografia por raios X. Para representar estruturas tridimensionais de açúcares no papel, em geral são utilizadas as fórmulas de projeção de Fischer (Figura 7-2). Nas fórmulas de projeção de Fischer, as ligações horizontais se projetam para fora do plano do papel, em direção ao leitor; as ligações verticais se projetam para trás do plano do papel, distanciando-se do leitor. ■ Geralmente, uma molécula com n centros quirais pode ter 2n estereoisômeros. O gliceraldeído tem 21 5 2; as aldo- -hexoses, com quatro centros quirais, têm 24 5 16. Para cada um dos comprimentos de cadeia carbônica, os este- reoisômeros dos monossacarídeos podem ser divididos em dois grupos, os quais diferem quanto à configuração do centro quiral mais distante do carbono do carbonil. Aque- les nos quais a configuração desse carbono de referência é a mesma daquela do D-gliceraldeído são designados isôme- ros D, e aqueles com a mesma configuração do L-gliceral- deído são isômeros L. Em outras palavras, quando o grupo H C O OH Di-hidroxiacetona, cetotriose OHC C H H H H C OH OHCH H D-Gliceraldeído, aldotriose O C H (a) (b) D-Frutose, ceto-hexose C O OH C C H C H H HO CH2OH H OH OHCH D-Glicose, aldo-hexose C OH C C H H HO CH2OH H OH OHCH O C H (c) 2-Desóxi-D-ribose, aldopentose C OH O C H H CH2 OHCH D-Ribose, aldopentose C OH CH H CH2OH OH OHCH CH2OH O C H FIGURA 71 Monossacarídeos representativos. (a) Duas trioses, uma aldose e uma cetose. O grupo carbonil em cada molécula está som- breado. (b) Duas hexoses comuns. (c) As pentoses componentes de áci- dos nucleicos. A D-ribose é um componente do ácido ribonucleico (RNA) e a 2-desóxi-D-ribose é um componente do ácido desoxirribonucleico (DNA). Nelson_6ed_07.indd 244Nelson_6ed_07.indd 244 07/04/14 14:3007/04/14 14:30 P R I N C Í P I O Sa procura de energia. Para facilitar o armazenamento de energia e tornar a energia armazenada disponível durante os períodos de jejum e de fome, existem mecanismos distintos (GROPPER; SMITH; GROFF, 2009). Regulação hormonal no estado alimentado O estado alimentado, ou absortivo, ocorre após uma refeição, quando o organismo está digerindo os alimentos e absorvendo os nutrientes (ou seja, anabolismo excede o catabolismo). A digestão começa quando se põe o ali- mento na boca, uma vez que ele é decomposto nas suas partes constituintes e absorvido pelo intestino. A digestão dos carboidratos começa na boca, e a das proteínas e gorduras começa no estômago e no intestino delgado. As partes constituintes desses macronutrientes são transportadas pela parede intestinal e entram na corrente sanguínea (açúcares e aminoácidos) ou no sistema linfático (gorduras). A partir dos intestinos, esses sistemas transportam os macronutrientes para o fígado, o tecido adiposo ou as células musculares, que vão processar e utilizar ou armazenar a energia (SILVER- THORN, 2017). (Continuação) Integração metabólica 9 Dependendo das quantidades e dos tipos de nutrientes ingeridos, o es- tado alimentado pode durar até quatro horas. A ingestão de alimentos e o aumento das concentrações de glicose na corrente sanguínea estimulam as células betapancreáticas a liberarem insulina na corrente sanguínea, onde os hepatócitos e as células adiposas e musculares iniciam a absorção da glicose do sangue. Quando está dentro dessas células, a glicose é imediatamente convertida em glicose-6-fosfato. É estabelecido um gradiente de concentração em que os níveis de glicose são mais elevados no sangue do que nas células, permitindo que a glicose continue a se mover do sangue para as células em que é necessária. A insulina também estimula o armazenamento da glicose como glicogênio no fígado e nas células musculares, podendo ser utilizada para necessidades energéticas posteriores do corpo, além de promover a síntese de proteínas no músculo. Como pode ser visto, a proteína muscular pode ser catabolizada e utilizada como combustível quando há fome (NAVA; RAJA, 2021; SILVERTHORN, 2017). Se a energia for exercida logo após a ingestão, as gorduras e os açúcares dietéticos que acabaram de ser ingeridos serão processados e utilizados ime- diatamente para energia. Caso contrário, o excesso de glicose é armazenado como glicogênio no fígado e nas células musculares, ou como gordura no tecido adiposo. Ressalta-se que a gordura alimentar em excesso é também armazenada como triglicerídeos no tecido adiposo (NAVA; RAJA, 2021). Quando o corpo se encontra no estado alimentado, a glicose, as gorduras e as proteínas são absorvidas pela membrana intestinal e entram na corrente sanguínea e no sistema linfático para serem imediatamente utilizadas como combustível. Qualquer excesso é armazenado para fases pos- teriores de jejum. À medida que os níveis de glicose no sangue aumentam, o pâncreas libera insulina para estimular a absorção de glicose pelos hepatócitos no fígado, células musculares/fibras e adipócito, bem como para promover a sua conversão em glicogênio (SILVERTHORN, 2017). Integração metabólica10 Regulação hormonal no jejum O estado de jejum, ou pós-absortivo, ocorre quando o alimento foi digerido, absorvido e armazenado. Normalmente jejua-se durante à noite, mas pular refeições durante o dia também põe o corpo no estado de jejum. Durante esse estado, o corpo deve contar inicialmente com o glicogênio armazenado para obter energia. Os níveis de glicose no sangue começam a baixar à medida que esta é absorvida e utilizada pelas células. Em resposta à diminuição da glicose, os níveis de insulina também diminuem. O armazenamento de glicogênio e triglicerídeos é mais lento. Contudo, devido às exigências dos tecidos e órgãos, os níveis de glicose no sangue devem ser mantidos numa faixa normal de 70-99 mg/dL. Em resposta a uma queda na concentração de glicose no sangue, o glucagon hormonal é liberado das células alfa do pâncreas. O glucagon atua sobre as células hepáticas, onde inibe a síntese de glicogênio e estimula a decomposição do glicogênio armazenado de volta à glicose. Por sua vez, a glicose é liberada do fígado para ser utilizada pelos tecidos periféricos e pelo cérebro. Como resultado, os níveis de glicose no sangue começam a subir. A gliconeogênese começa também no fígado para substituir a glicose utilizada pelos tecidos periféricos (SILVERTHORN, 2017). Como vimos, após a ingestão de alimentos, as gorduras e proteínas são processadas. No entanto, o processamento da glicose muda um pouco. Os tecidos periféricos absorvem preferencialmente a glicose. O fígado, que normalmente a absorve e processa, não o faz após um jejum prolongado. A gliconeogênese mantida em curso no fígado continua após um jejum para substituir as reservas de glicogênio que foram esgotadas no fígado. Depois do reabastecimento desse armazenamento, o excesso de glicose absorvido pelo fígado é convertido em triglicérides e ácidos graxos para armazenamento a longo prazo (GROPPER; SMITH; GROFF, 2009). A Figura 2 mostra um esquema do metabolismo do estado de jejum. Integração metabólica 11 Figura 2. Metabolismo do estado de jejum. Fonte: Silverthorn (2017, p. 706). À medida que o estado de jejum começa, os níveis de glicose caem e há uma queda correspondente nos níveis de insulina. A queda dos níveis de glicose desencadeia o pâncreas a liberar glucagon para desligar a síntese de glicogênio no fígado e estimular a sua decomposição em glicose. A glicose é liberada na corrente sanguínea para servir de fonte de energia às células em todo o corpo. Se as reservas de glicogênio se esgotarem durante o jejum, fontes alternativas, incluindo ácidos graxos e proteínas, podem ser metabolizadas e utilizadas como energia (BERDANIER; ZEMPLENI, 2009). Regulação hormonal na inanição Quando o corpo é privado de alimento durante um longo período, ou seja, na inanição, ele entra em “modo de sobrevivência”. A primeira prioridade para a sobrevivência é fornecer glicose ou outra fonte de energia para o cérebro. A segunda prioridade é a conservação de aminoácidos para a síntese de Integração metabólica12 proteínas. O corpo utiliza cetonas para satisfazer as necessidades energé- ticas do cérebro e de outros órgãos dependentes da glicose e para manter as proteínas nas células. Como os níveis de glicose são muito baixos durante a inanição, a glicólise se desliga nas células que podem utilizar fontes de energia alternativas. Por exemplo, os músculos passam da utilização da glicose para os ácidos graxos como fonte de energia. Os ácidos graxos podem ser convertidos em acetil-CoA e processados pelo ciclo de Krebs para fazer ATP. O piruvato, o lactato e a alanina das células musculares não são convertidos em acetil-CoA e utilizados no ciclo de Krebs, mas são transportados ao fígado para serem utilizados na síntese da glicose. À medida que a fome continua e mais glicose é necessária, o glicerol dos ácidos graxos pode ser liberado e usado como fonte de gliconeogênese (BERDANIER; ZEMPLENI, 2009). Após vários dias de fome, os corpos cetônicos tornam-se a principal fonte de energia para o coração e outros órgãos. Conforme a fome continua, os ácidos graxos e os triglicerídeos são utilizados para criar cetonas para o corpo, o impede a degradação contínua das proteínas que servem como fontes de carbono à gliconeogênese. Uma vez esgotadas as cetonas, as proteínas dos músculos são liberadas e decompostas para a síntese da glicose. Portanto, a sobrevivência global depende das quantidades de gordura e proteínas armazenadas no corpo. Se o jejum não é quebrado, e a inanição começa a instalar-se, durante os dias iniciais, a glicose produzida a partir da gliconeogênese ainda é utilizada pelo cérebro e pelos órgãos. Após alguns dias, contudo, os corpos cetônicos são criados a partir de gorduras e servem como fonte preferencialde combustível ao coração e outros órgãos, para que o cérebro ainda possa utilizar a glicose. Quando esgotadas essas reservas, as proteínas são catabolizadas primeiro a partir dos órgãos, como o revestimento intestinal. Os músculos são poupados para evitar o desperdício de tecido muscular, mas essas proteínas são utilizadas se não houver armazenamentos alternativos disponíveis (NAVA; RAJA, 2021). Em resumo, há três estados metabólicos principais do corpo: alimentado, jejum e inanição. Durante qualquer dia, o metabolismo muda entre os estados alimentado e jejum. Os estados de inanição acontecem muito raramente em indivíduos bem nutridos. Integração metabólica 13 Integração dos sistemas na regulação do metabolismo Em nenhum outro lugar do organismo, a integração de sistemas é mais vi- sível do que com o sistema endócrino e, especialmente, o controle do me- tabolismo de todo o corpo. Como podemos ver, o sistema nervoso depende de um fornecimento constante de glicose, mas, se esse fornecimento está aumentado ou descontrolado, a glicose causa muitas complicações, como é evidente no diabetes. A glicose entra no sangue pela absorção do trato gastrointestinal du- rante o estado alimentado e, principalmente, a partir da síntese pelo fígado (gliconeogênese e glicogenólise) durante o estado em jejum. Os hormônios pancreáticos insulina e glucagon regulam o metabolismo de todo o corpo, assim como o cortisol, a epinefrina, o hormônio de crescimento e o fator de crescimento, semelhantes à insulina durante períodos de estresse e cresci- mento (GROPPER; SMITH; GROFF, 2009). O sistema nervoso simpático contribui para a regulação da glicose no sangue durante o estresse e o estado em jejum. Já o sistema nervoso paras- simpático promove a absorção de nutrientes durante o estado alimentado. Para que o sistema endócrino regule o metabolismo e o crescimento, além de lidar com o estresse, exige que o sistema cardiovascular faça o seu tra- balho de entrega de sangue (contendo esses hormônios) aos tecidos-alvo. O sistema respiratório funciona no fornecimento do oxigênio necessário para gerar a maior parte do ATP do corpo e remove o dióxido de carbono produzido durante esse processo. A elevada taxa metabólica do músculo esquelético ajuda a manter o balanço energético utilizando nutrientes. Além disso, ajuda a manter o funcionamento indireto da musculatura lisa com seu papel em outros sistemas, como cardiovascular, respiratório e gastrointestinal (NAVA; RAJA, 2021). O sistema endócrino afeta todos os sistemas de órgãos, alterando o seu metabolismo ou sua função. Por exemplo, o hormônio antidiu- rético regula a reabsorção de água pelos rins e a resistência periférica total, ambas importantes no controle da pressão sanguínea. O hormônio gastroin- testinal colecistocinina regula não só a função gastrointestinal, mas também a ingestão de alimentos, e os glicocorticoides suprimem o sistema imunitário e o crescimento, efeitos prejudiciais observados quando uma pessoa é sujeita ao estresse crônico (GROPPER; SMITH; GROFF, 2009). Integração metabólica14 Alterações metabólicas na obesidade e no diabetes Os níveis de glicose plasmática são normalmente regulados de forma rigorosa pelas ações antagônicas da insulina e do glucagon para manter a estabilidade. A epinefrina (adrenalina) e outros hormônios já citados também realizam esse controle. Controle da concentração de glicose sanguínea pela insulina e glucagon A normoglicemia é caracterizada pelo nível normal de glicose no sangue em jejum (70-99 mg/dL). Já a hiperglicemia é caracterizada por níveis aumenta- dos de glicose no sangue e pode ocorrer nas duas fases a seguir (GROPPER; SMITH; GROFF, 2009). � Hiperglicemia em jejum: nível de glicose no sangue acima do normal após jejum de 8 horas. � Hiperglicemia pós-prandial: nível de glicose acima do considerado normal nesse período de uma ou duas horas após a alimentação. A hiperglicemia estimula a secreção de insulina a partir de células be- tapancreáticas. As ações de insulina diminuem a glicose plasmática de três maneiras: 1. promovendo a absorção de glicose nas células com o aumento da expressão dos transportadores GLUT4 na membrana plasmática; 2. reduzindo a concentração de glicose livre dentro das células, conver- tendo-a em glicogênio, que promove a absorção de glicose e aumenta o tamanho do gradiente de concentração de glicose; 3. suprimindo a gliconeogênese, reduzindo a taxa para que a nova glicose seja liberada na corrente sanguínea. Se a concentração de glicose no plasma diminui, a secreção de insulina diminui, causando um aumento da glicose plasmática (BERDANIER; ZEMPLENI, 2009). Integração metabólica 15 A insulina, por agir sobre a captação de glicose pelas células, promove a utilização dos carboidratos para obter energia, enquanto deprime a utilização de gorduras (ácidos graxos) com sua ação antilipolítica. Quando há um excesso de insulina e glicose na corrente sanguínea, o corpo armazena esse excesso no fígado e nos músculos. Quando estes estão cheios, o corpo começa a armazenar o açúcar extra como gordura. Isso, naturalmente, começa a causar um aumento de peso (GROPPER; SMITH; GROFF, 2009). Os níveis de glicose em jejum abaixo de 70 mg/dL caracterizam a hipoglice- mia, que também tem efeitos adversos generalizados sobre o funcionamento do sistema nervoso, porque este utiliza a glicose quase exclusivamente como a sua fonte de energia (NAVA; RAJA, 2021). A hipoglicemia estimula a secreção de glucagon a partir das células alfa do pâncreas, e as ações de glucagon aumentam a glicose plasmática ao promover a gliconeogênese e a glicogenólise no fígado, que aumenta a concentração de glicose plasmática e estimula a lipólise no tecido adiposo, que, por sua vez, fornece ácidos graxos como uma fonte de energia alternativa à glicose (BERDANIER; ZEMPLENI, 2009). Controle da concentração de glicose sanguínea pela epinefrina O sistema nervoso simpático e a epinefrina suprimem a secreção de insulina e estimulam a secreção de glucagon, promovendo indiretamente ajustes metabólicos no estado de jejum. Eles também afetam o metabolismo de certos tecidos-alvo. O jejum é caracterizado por uma diminuição dos níveis de glicose plas- mática, que atua nas células alfa e betapancreáticas para aumentar a se- creção de glucagon e diminuir a secreção de insulina, respectivamente. De forma semelhante, uma diminuição da glicose plasmática atua diretamente sobre os receptores de glicose no sistema nervoso central para aumentar a atividade em neurônios simpáticos, o que desencadeia um aumento da secreção de epinefrina pela medula adrenal. O consequente aumento da epinefrina plasmática atua sobre o fígado para aumentar a glicogenólise e a gliconeogênese; no músculo esquelético para aumentar a glicogenólise; e sobre o tecido adiposo para aumentar a lipólise. Similarmente, as ações são promovidas por uma contribuição neural simpática para o fígado e o tecido adiposo (SILVERTHORN, 2017). Integração metabólica16 Embora o controle simpático do metabolismo desempenhe um papel de adaptação do corpo no estado de jejum, em circunstâncias normais a sua influência é relativamente menor em comparação com a de insulina e glu- cagon. A importância do sistema simpático e da epinefrina no metabolismo torna-se mais marcante na reação do corpo ao estresse, um termo geral para qualquer condição que represente um sério desafio à capacidade do corpo de manter a homeostase. O estresse inclui condições físicas como desidratação, hemorragia, infecção, exposição a temperaturas extremas, traumas ou exercício intenso e estados psicológicos, a exemplo de dor, medo e ansiedade (BERDANIER; ZEMPLENI, 2009). A ativação do sistema nervoso simpático pelo estresse desencadeia no indivíduo um estado de alerta, preparando-o para reações de luta e fuga com o ritmo cardíaco acelerado, vasoconstrição generalizada e dilatação das vias respiratórias. O estresse tambémeleva os níveis de glicose no plasma (consequência do aumento da gliconeogênese e da glicogênese no fígado) e os níveis plasmáticos de ácidos graxos e glicerol (consequência do aumento da lipólise nos adipócitos). Essas ações tornam o combustível mais rapida- mente disponível às células, ajudando a preparar o corpo para a atividade física extenuante inerente à resposta de fuga ou luta. A maior disponibilidade de combustível também prepara o corpo para outras atividades que exijam energia, como reparação de tecidos ou combate a infecções (BERDANIER; ZEMPLENI, 2009). Alterações metabólicas relacionadas ao surgimento do diabetes A característica mais marcante do diabetes é a hiperglicemia persistente, que é uma consequência esperada da redução da atividade insulínica. A hiperglicemia surge, em parte, pela redução da absorção e da utilização da glicose por muitos tecidos e, em parte, pelo aumento da produção de glicose no fígado, que resulta do aumento da gliconeogênese e da glicogenólise (BERDANIER; ZEMPLENI, 2009). Frequentemente, esses efeitos são exacerbados por níveis elevados e anormais de glucagon. Embora a hiperglicemia tenha, em geral, um efeito supressivo na secreção de glucagon, essa secreção é, com frequência, elevada, porque a permeabilidade à glicose das células alfa no pâncreas (que secretam glucagon) é insulinodependente (BERDANIER; ZEMPLENI, 2009). Uma falta de insulina dificulta a capacidade de a glicose entrar nessas células, o que as Integração metabólica 17 engana, para que se comportem como se o nível de glicose fosse mais baixo do que realmente é (SILVERTHORN, 2017). Lembre-se de que a secreção de glucagon é estimulada quando os níveis de glicose plasmática caem. Algumas outras anomalias metabólicas são normalmente mais pronun- ciadas no diabetes mellitus tipo 1 (insulinodependente) do que no diabetes mellitus tipo 2 (não insulinodependente). Um exemplo é a superestimulação da lipólise e a supressão da síntese de triglicérides (por uma falta de insulina ou um excesso de glucagon), que podem resultar em hiperlipidemia, um excesso de ácidos graxos e outros lipídios no sangue. O excesso de utilização de ácidos graxos para a energia também pode levar à cetose, níveis elevados de cetonas no sangue. Uma falta de insulina também interfere na síntese de proteínas, resultando num catabolismo proteico excessivo. Essa mudança dificulta a reparação do tecido, causando perda de massa magra e fraqueza muscular. O diabetes é caracterizado pela concentração de glicose plasmá- tica anormalmente elevada (hiperglicemia) resultante da secreção inadequada de insulina, da resposta anormal das células-alvo ou de ambas. A hiperglicemia crônica e suas anormalidades metabólicas associadas causam muitas complicações do diabetes, incluindo lesões nos vasos sanguíneos, nos olhos, nos rins e no sistema nervoso. Saiba mais sobre os princípios básicos do diabetes, rastreamento e prevenção, medidas de estilo de vida nas Diretrizes da Sociedade Brasileira de Diabetes. Alterações metabólicas relacionadas ao surgimento da obesidade A obesidade é inevitável quando a ingestão de energia excede o seu consumo. Após o ajuste para idade, sexo, peso e massa corporal magra versus gordura, as pessoas obesas têm praticamente a mesma taxa metabólica basal que as pessoas magras. Por isso, variações individuais no controle do apetite, em vez da taxa metabólica basal, são a causa mais importante da obesidade (PERRY; WANG, 2012). Integração metabólica18 O apetite é controlado por sinais químicos que informam o cérebro sobre a quantidade de substratos no corpo. Altos níveis de glicose e ácidos graxos no sangue sinalizam abundância de nutrientes e suprimem o apetite. Os seus efeitos são reforçados por hormônios liberados pelo intestino, pâncreas ou tecido adiposo (PERRY; WANG, 2012). Apenas o hormônio grelina, formado no estômago, é liberado durante o jejum. Previsivelmente, a grelina deixa-nos com fome. Os outros hormônios são liberados em resposta à alimentação e causam saciedade. Dois dos hormônios intestinais, o polipeptídeo inibidor gástrico (PIG) e o peptídeo semelhante ao glucagon-1 (GLP-1), estimulam a secreção de insulina. Esses hormônios liberadores de insulina são chamados incretinas. O GLP-1 é sintetizado em diferentes células endócrinas e, ao con- trário do glucagon, é sinérgico com a insulina (YEUNG; TADI, 2021). As células β-pancreáticas liberam não só a insulina depois de uma refeição, mas também a amilina ou o polipeptídeo amiloide de ilhotas. Enquanto a insulina estimula as vias metabólicas que utilizam os nutrientes, a amilina reduz o fornecimento de nutrientes ao atrasar o esvaziamento gástrico e ao reduzir o apetite. O tecido adiposo contribui com a leptina, liberada quando os adipócitos estão cheios. O seu principal efeito é sobre o hipotálamo, suprimindo o apetite, mas também tem efeitos metabólicos que se sobre- põem aos da insulina. Os níveis circulantes de leptina aumentam após uma refeição e são cronicamente elevados na obesidade. No entanto, a obesidade é acompanhada de resistência à leptina. Assim, a leptina parece participar na regulação de hora em hora da ingestão alimentar, mas não consegue impedir a superalimentação quando a massa gorda é excessiva. Normalmente, o tecido adiposo libera ácidos graxos livres no sangue. Isso ocorre principalmente durante o jejum, mas também quando há insulina em excesso no sangue, que impede a quebra da gordura. Portanto, presume-se que indivíduos obesos liberam mais ácidos graxos no sangue do que pessoas magras. Dos diferentes depósitos de gordura, o tecido adiposo visceral é metabolicamente mais ativo do que o tecido adiposo subcutâneo. É mais sensível à estimulação β-adrenérgica e libera mais ácidos graxos no sangue. Além disso, os ácidos graxos liberados pelo tecido adiposo visceral têm acesso imediato pela circulação portal (PERRY; WANG, 2012). Integração metabólica 19 A síndrome metabólica é uma combinação de anomalias frequen- temente associada à obesidade. É definida como a presença de obesidade abdominal combinada com pelo menos dois dos seguintes fatores: � triglicerídeos > 150 mg/dL; � HDL-colesterol 100mg/dL; � diabetes tipo 2 previamente diagnosticada. Algumas outras definições incluem a elevação de marcadores inflamatórios (por exemplo, a proteína C-reativa). A causa subjacente da síndrome metabólica é a ingestão excessiva de alimentos com alta densidade calórica. Saiba mais sobre essa síndrome no site da Associação Brasileira para o Estudo da Obesidade e da Síndrome Metabólica. Referências BERDANIER, C. D.; ZEMPLENI, J. Advanced nutrition: macronutrients, micronutrients, and metabolism. Boca Raton: CRC, 2009. GROPPER, S. A. S.; SMITH, J. L.; GROFF, J. L. Advanced nutrition and human metabolism. Wadsworth: Cengage Learning, 2009. NAVA, A. S. L.; RAJA, A. Physiology, metabolism. StatPearls, 2021. NELSON, D. L.; COX, M. M. Princípios de bioquímica de Lehninger. 8. ed. Porto Alegre: Artmed, 2022. PERRY, B.; WANG, Y. Appetite regulation and weight control: the role of gut hormones. Nutrition & Diabetes, v. 2, p. e26, 2012. POIAN, A. et al. Bioquímica I. 5. ed. Rio de Janeiro: Fundação CECIERJ, 2010. v. 2. SILVERTHORN, D. U. Fisiologia humana: uma abordagem integrada. 7. ed. Porto Alegre: Artmed, 2017. WARDLAW, G. M.; SMITH, A. M. Nutrição contemporânea. 8. ed. Porto Alegre: AMGH, 2013. YEUNG, A. Y.; TADI, P. Physiology, obesity neurohormonal appetite and satiety control. StatPearls, 2021. Leitura recomendada SBD. Diretrizes 2019-2020. São Paulo: Clannad, 2019. Disponível em: http://www.saude. ba.gov.br/wp-content/uploads/2020/02/Diretrizes-Sociedade-Brasileira-de-Diabe- tes-2019-2020.pdf. Acesso em: 22 ago. 2022. Integração metabólica20 Os links para sites da web fornecidos neste capítulo foram todostestados, e seu funcionamento foi comprovado no momento da publicação do material. No entanto, a rede é extremamente dinâmica; suas páginas estão constantemente mudando de local e conteúdo. Assim, os editores declaram não ter qualquer responsabilidade sobre qualidade, precisão ou integralidade das informações referidas em tais links. Integração metabólica 21 Dica do professor Confira no vídeo uma breve explanação sobre as funções-chave da insulina e do glucagon sobre a regulação metabólica. Aponte a câmera para o código e acesse o link do conteúdo ou clique no código para acessar. https://fast.player.liquidplatform.com/pApiv2/embed/cee29914fad5b594d8f5918df1e801fd/95765f7078af3705f5b7cd0888b4eab6 Exercícios 1) Para a manutenção da concentração de glicose sanguínea dentro dos valores normais, é necessário o ajuste minucioso, feito minuto a minuto. São hormônios que regulam processos metabólicos relacionados à glicose, exceto: A) Hormônio insulina. B) Hormônio glucagon. C) Hormônio adrenalina. D) Hormônio cortisol. E) Hormônio antidiurético. 2) O metabolismo energético engloba diversas reações químicas, a partir das quais há produção de energia necessária ao funcionamento adequado do organismo. Para que estas reações aconteçam é preciso que hormônios específicos sejam mobilizados, principalmente com o intuito de regular a produção e a captção de glicose. Neste contexto, marque a alternativa que apresenta o hormônio responsável pela sinalização da hipoglicemia. A) Insulina. B) Noradrenalina. C) Adrenalina. D) Glucagon. E) Cortisol. Restrição alimentar (dieta) e prática de exercícios físicos regulares são altamente indicados ao tratamento de pessoas com diabetes tipo II. Analise se as afirmativas abaixo são verdadeiras (V) ou falsas (F) e assinale a alternativa correta: ( ) A composição lipídica da dieta pode influenciar a expressão de genes que codificam proteínas envolvidas na oxidação dos ácidos graxos e no gasto de energia via termogênese. ( ) O exercício físico ativa a AMPK, que, por sua vez, altera o metabolismo no sentido da 3) oxidação da gordura. ( ) Não há nenhuma relação entre obesidade e diabetes tipo II; logo, a dieta não tem influência sobre o controle glicêmico. A) F, F e F. B) F, V e F. C) V, V e V. D) V, V e F. E) F, F e V. 4) Considerando os estados "alimentado", "em jejum" e "em inanição", assinale a alternativa correta: A) Após uma refeição, há amplo suprimento de carboidratos, e a fonte de energia metabólica para a maioria dos tecidos é o glicogênio. B) Em condições de jejum, há aumento da produção de insulina, e a glicose passa a ser a principal fonte energética dos músculos. C) Em estados de inanição (por exemplo, mais de 5 dias sem alimentar-se), espera-se diminuição das concentrações sanguíneas de glicose, ácidos graxos livres e corpos cetônicos. D) A captação de glicose no músculo e no tecido adiposo é controlada pela insulina, que é secretada em resposta a uma concentração aumentada de glicose no sangue. E) No jejum prolongado, há diminuição da produção de insulina e aumento do glucagon, o que resulta, no tecido adiposo, em aumento da lipogênese. 5) Analise as afirmativas e assinale a alternativa correta: I - Em estado alimentado, há predomínio dos processos de glicogênese e lipogênese. II - Entre as refeições, o fígado atua mantendo os níveis glicêmicos mediante degradação do glicogênio (glicogenólise) e conversão de metabólitos não carboidratos em glicose (gliconeogênese). III - A glicose e os corpos cetônicos (no jejum prolongado ou na inanição) são substratos energéticos cerebrais A) I está incorreta. B) II está incorreta. C) III está incorreta. D) Todas estão incorretas. E) Todas estão corretas. Na prática Você já escutou sobre o poder da creatina? A creatina é obtida na ingestão de carnes e produtos lácteos e durante a síntese de novo, a partir de determinados aminoácidos. Saiba + Para ampliar o seu conhecimento a respeito desse assunto, veja abaixo as sugestões do professor: Novel phenotypes of prediabetes? Aponte a câmera para o código e acesse o link do conteúdo ou clique no código para acessar. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC4969355/pdf/125_2016_Article_4015.pdf Macro e micronutrientes: Vitaminas, minerais e água Apresentação As vitaminas e os minerais são nutrientes essenciais necessários na alimentação, em quantidades mínimas, tanto para prevenir deficiências quanto para auxiliar na saúde ideal. Desempenham papéis importantes na manutenção da pressão arterial, no equilíbrio de fluidos e eletrólitos, no crescimento e na manutenção dos ossos, na elaboração de novas células, no fornecimento de oxigênio para as células e na contribuição para o funcionamento normal dos músculos e nervos. As vitaminas e os minerais são amplamente distribuídos em todos os grupos de alimentos. Se a dieta for rica em alimentos in natura e minimamente processados, ao invés de alimentos industrializados, o indivíduo garantirá o fornecimento desses nutrientes ao organismo. Os seres humanos podem sobreviver por longos períodos de tempo sem comida. No entanto, se a água não for consumida, haverá uma rápida deterioração da saúde, podendo resultar em morte num prazo de 10 dias. Isso ocorre porque a água é o maior componente do corpo, compreendendo 50-60% do peso corporal total em um adulto médio. Nesta Unidade de Aprendizagem, você reconhecerá as vitaminas e os minerais e suas fontes alimentares, enumerará os principais agravos à saúde pelo consumo deficiente de vitaminas e minerais e descreverá os benefícios da correta hidratação corporal. Bons estudos. Ao final desta Unidade de Aprendizagem, você deve apresentar os seguintes aprendizados: Reconhecer as vitaminas e os minerais e suas fontes alimentares.• Enumerar os principais agravos à saúde pelo consumo deficiente de vitaminas e minerais.• Descrever os benefícios da correta hidratação corporal.• Desafio Imagine que você é enfermeiro de um hospital público na periferia de Salvador, na Bahia. Um paciente do sexo feminino, de raça branca, com 5 anos de idade, moradora de um bairro carente da capital, foi encaminhado para avaliação da enfermagem. A mãe da criança relatou o aparecimento de uma lesão na conjuntiva de ambos os olhos com crescimento lento há cerca de 2 anos. Veja, neste Desafio, outras informações sobre a paciente. Considerando o contexto apresentado, responda: a) Qual a deficiência de vitamina que a criança apresenta? Escreva sobre as características e funções dessa vitamina no organismo. b) Quais são os principais sinais e sintomas da deficiência dessa vitamina? c) Quais são os alimentos que a criança deveria ter ingerido para não ocorrer a deficiência? Infográfico As vitaminas e os minerais são nutrientes fundamentais que têm funções importantes no crescimento e na manutenção da saúde. A sua ausência ou subutilização causa deficiências nutricionais. Sua distribuição ocorre em todos os grupos de alimentos e, se houver uma dieta rica em todos os grupos, haverá a garantia da satisfação das necessidades desses nutrientes ao organismo. No infográfico a seguir, você conhecerá o conceito de vitaminas e minerais, como eles são classificados, quais suas funções no organismo e, também, identificará suas principais fontes alimentares. Aponte a câmera para o código e acesse o link do conteúdo ou clique no código para acessar. https://statics-marketplace.plataforma.grupoa.education/sagah/0834150d-af7d-4ac5-9442-1815ec3ca888/7151efa3-39d2-46b8-9d48-7cf1838ec374.jpg Conteúdo do livro Nas últimas décadas, as vitaminas e os minerais assumiram grande importância na saúde pública. Como resultado, várias pesquisas foram realizadas para mais bem compreender seu papel fisiológico e as consequências para a saúde de dietas deficientes nesses micronutrientes. Por meio do conhecimento das vitaminas e dos minerais e de sua ação no organismo, é possível desenvolver estratégiasde prevenção de deficiências mediante orientação para o aumento do consumo e do uso de suplementação em algumas situações. Com dois terços da superfície da terra coberta por água e o corpo humano sendo formado por cerca de 50% dela, é evidente que a água é um dos principais elementos responsáveis pela vida. A água circula pelo corpo humano, transportando, dissolvendo e reabastecendo nutrientes, enquanto também elimina resíduos. Além disso, regula as atividades de fluidos, tecidos, células, linfa, sangue e secreções glandulares. No capítulo Macro e micronutrientes: vitaminas, minerais e água, da obra Alimentação e nutrição para o cuidado, você reconhecerá as vitaminas e os minerais e suas fontes alimentares, enumerará os principais agravos à saúde pelo consumo deficiente de vitaminas e minerais e descreverá os benefícios da correta hidratação corporal. ALIMENTAÇÃO E NUTRIÇÃO PARA O CUIDADO Lina Sant Anna Macro e micronutrientes: vitaminas, minerais e água Objetivos de aprendizagem Ao final deste texto, você deve apresentar os seguintes aprendizados: � Reconhecer as vitaminas, os minerais e suas fontes alimentares. � Enumerar os principais agravos à saúde causados pelo consumo deficiente de vitaminas e minerais. � Descrever os benefícios da correta hidratação corporal. Introdução Vitaminas e minerais são chamados de micronutrientes porque o orga- nismo necessita deles em quantidades menores do que as dos macronu- trientes (e carboidratos, proteínas e gorduras).As vitaminas e os minerais não fornecem energia (calorias) para o corpo, mas são importantes por ajudarem a liberar energia de carboidratos, proteínas e gorduras. Além disso, desempenham muitas outras funções importantes no corpo, como a manutenção da saúde dos olhos e da pele e a ação antioxidante para proteger as células contra danos. Contribuem, ainda, para a reprodução e para o crescimento saudáveis, para o fortalecimento dos ossos e para a coagulação sanguínea normal. Diferentes vitaminas e minerais são encontrados em alimentos como legumes, frutas, leguminosas, oleaginosas, laticínios, carnes e ovos. Ao nos alimentarmos com uma variedade que inclua todos os grupos ali- mentares, temos uma dieta rica nesses nutrientes. A água é outra substância de vital importância para os seres vivos. Ela representa mais da metade do peso corporal total de uma pessoa e participa de várias funções importantes, como transportadora de substâncias, como lubrificante, como solvente e como reguladora da temperatura corporal. Vitaminas, minerais e suas fontes alimentares Vitaminas As vitaminas são um grupo de compostos orgânicos que possuem, em sua composição, carbono, hidrogênio, oxigênio e, ocasionalmente, também nitro- gênio. São consideradas micronutrientes por serem necessárias em pequenas quantidades pelo organismo. Em compensação, também são pequenas as quantidades de vitaminas encontradas nos alimentos. Salvo poucas exceções, elas não são sintetizadas pelo ser humano em quantidades adequadas. Por isso, é necessário adquiri-las por meio do consumo alimentar. Elas são fundamentais para o crescimento, para o desenvolvimento e para a manutenção do organismo. Sua ausência ou subutilização pode causar sérios malefícios à saúde. As vitaminas são orgânicas, nutrientes essenciais exigidos em quantidades mínimas para executar funções específicas que promovem o crescimento, a reprodução ou a manutenção da saúde e da vida. Vita significa vida e Amina significa que contém nitrogênio (as primeiras vitaminas que foram descobertas continham nitrogênio). De acordo com Whitney e Rolfes (2008), as vitaminas são usualmente classificadas em dois grandes grupos, com base na sua solubilidade: as lipos- solúveis e as hidrossolúveis. Vitaminas lipossolúveis � São moléculas apolares, ou seja, hidrofóbicas, que requerem bile para a digestão. � São liberadas, absorvidas e transportadas com os lipídeos da dieta e, para tanto, precisam ligar-se a lipoproteínas. � Podem ser armazenadas no fígado e no tecido adiposo e, por esse motivo, o consumo excessivo pode ser tóxico. � O corpo mantém concentrações dessas vitaminas no sangue, recu- perando-as conforme sua necessidade, de modo que o consumo das mesmas pode ser menor que o de vitaminas hidrossolúveis. Macro e micronutrientes: vitaminas, minerais e água2 � Seu excesso é excretado nas fezes. � Fazem parte desse grupo as vitaminas A, D, E, K. Vitaminas hidrossolúveis � São moléculas hidrofílicas. � Quando absorvidas, se deslocam diretamente para o sangue e movem- -se livremente. � Não são armazenadas no organismo, pois os rins, ao monitorarem o sangue, detectam e removem pequenos excessos de vitaminas hidrossolúveis. � Seu excesso é excretado na urina. � Fazem parte desse grupo as vitaminas do complexo B e a vitamina C. A seguir vamos estudar as vitaminas e suas fontes alimentares, começando com o grupo das lipossolúveis e terminando com as hidrossolúveis. Vitamina A A vitamina A se apresenta como vitamina A pré-formada (retinol), que está pronta para ser utilizada pelo organismo, ou pró-vitamina A (carotenoides), que pode se transformar em vitamina A conforme a necessidade do organismo. Suas principais funções incluem (HAUSCHILD; SCHIEFE; THIEME, 2015): � auxílio à visão, prevenindo a cegueira noturna; � participação na síntese de proteína e na diferenciação celular (e, assim, na manutenção da saúde da pele e dos tecidos epiteliais); � auxílio na reprodução e no crescimento; � prevenção de doenças cardiovasculares e do câncer, especialmente os de pele, pulmões, bexiga e mama. As fontes alimentares de vitamina A pré-formada (retinol) são os alimentos de origem animal como vísceras (principalmente fígado), gemas de ovos, leite integral e seus derivados (manteiga e queijo). A pró-vitamina A (carotenoides) é encontrada em frutas e legumes amarelos e alaranjados, tais como manga, mamão, cajá, goiaba vermelha, abóbora e cenoura, entre outros. 3Macro e micronutrientes: vitaminas, minerais e água Vitamina D A função essencial da vitamina D é manter concentrações de cálcio e fósforo no sangue e auxiliar no crescimento ósseo. Por muitos pesquisadores, ela é considerada um hormônio que atua juntamente com o hormônio da paratireoide, regulando o cálcio sanguíneo para que quantidades adequadas desse mineral sejam fornecidas a todas as células. Outras funções incluem (HAUSCHILD; SCHIEFE; THIEME, 2015): � garantir o crescimento adequado de células da pele, do colo, da próstata, ovários e mamas; � regular a pressão arterial; � prevenir a osteomalácia e a osteoporose. Além disso, pode ser valiosa no tratamento de diversas doenças, inclusive os distúrbios autoimunes e o câncer. As fontes alimentares incluem óleo de fígado de bacalhau, gema de ovo, miúdos, leite e iogurtes fortificados. Sua maior fonte, porém, são os raios solares, já que o corpo pode sintetizá-la com ajuda da luz do sol, a partir de um precursor que o organismo produz, derivado do colesterol. Vitamina E A vitamina E é um antioxidante lipossolúvel e um dos principais defensores do corpo contra as reações adversas dos radicais livres. Cada vez mais, evidências sugerem que a vitamina E pode reduzir o risco de doenças cardíacas, prote- gendo as lipoproteínas de baixa densidade (LDL) contra a oxidação lipídica. Suas fontes alimentares incluem óleos e sementes, grãos e oleaginosas. Algumas vitaminas atuam como antioxidantes, ajudando a proteger o corpo contra a instabilidade dos radicais livres que são fragmentos de moléculas instáveis com um ou mais elétrons não pareados. As vitaminas antioxidantes doam elétrons para os radicais livres, estabilizando-os. As principais vitaminas antioxidantes são, além da vitamina E, a vitamina C e os carotenoides (pró-vitamina A). Macro e micronutrientes: vitaminas, minerais e água4 Vitamina K A vitamina K atua principalmente na coagulação sanguínea, situação em que sua presença pode ser a diferençaentre a vida e a morte. Além disso, também participa da ativação de proteínas nos ossos, rins e músculos, dando a esses órgãos capacidade de ligação ao cálcio. Uma ingestão insuficiente de vitamina K está ligada a maiores taxas de fraturas ósseas. Como a vitamina D, a vitamina K também pode ser obtida de fontes não alimentares. As bactérias do trato gastrintestinal, por exemplo, fazem a síntese desta vitamina à medida que o corpo pode absorvê-la. As fontes alimentares incluem as hortaliças de cor verde escura como espinafre, couve, brócolis. O trato gastrointestinal do recém-nascido carece de uma quantidade su- ficiente de bactérias para produzir vitamina K em níveis que permitam a coagulação sanguínea eficaz. Por isso, a vitamina K é administrada como rotina pouco depois do parto (PENTEADO, 2003). Tiamina (B1) Já no campo das vitaminas hidrossolúveis, passamos a estudar a tiamina, substância do complexo B, usada pelo organismo para ajudar a liberar energia dos carboidratos, entre outras finalidades. Além de desempenhar papéis essen- ciais no metabolismo de energia das células, a tiamina ocupa lugar especial na formação das membranas das células nervosas. Consequentemente, processos em nervos e em seus tecidos responsivos (os músculos) dependem muito da tiamina (PENTEADO, 2003). Suas principais fontes alimentares são cereais integrais, bisteca de porco e gérmen de trigo. Riboflavina (B2) As formas coenzimáticas de riboflavina participam de diversas vias metabó- licas geradoras de energia. O metabolismo de algumas vitaminas e minerais também requer riboflavina. Além disso, em virtude de sua ligação com a atividade de determinadas enzimas, a riboflavina tem papel antioxidante no corpo (HAUSCHILD; SCHIEFE; THIEME, 2015). A riboflavina pode ser encontrada no fígado, levedo de cerveja, leite e iogurte. 5Macro e micronutrientes: vitaminas, minerais e água Niacina (B3) As formas de coenzima da niacina participam de inúmeras reações metabólicas. Elas são fundamentais nas reações de transferência de energia, especialmente no metabolismo de glicose, gordura e álcool. Quando administrada farma- cologicamente, tem o potencial de reduzir colesterol, triglicerídeos e LDL – colesterol (HAUSCHILD; SCHIEFE; THIEME, 2015). As fontes alimentares são feijão, frango, porco e peixes como merluza e cação. Ácido pantotênico (B5) Assim como as outras vitaminas do complexo B, o ácido pantotênico ajuda a liberar energia de carboidratos, gorduras e proteínas. O ácido pantotênico é um componente da coenzima A, que está envolvida em mais de cem estágios diferentes nas sínteses de lipídeos, neurotransmissores, hormônios esteroides e hemoglobina. Também é importante para a metabolização de drogas pelo fígado e para a síntese de hormônios e colesterol (PENTEADO, 2003; HAUSCHILD; SCHIEFE; THIEME, 2015). Suas fontes alimentares são fígado e rins, frango, peixes, trigo, gema de ovo, leite e brócolis. Cereais integrais também são boas fontes, porém o refinamento pode resultar em perdas de 35 a 75% desta vitamina. Piridoxina (B6) A vitamina B6 é necessária para a atividade de muitas enzimas envolvidas no metabolismo de macronutrientes, em particular no metabolismo de proteínas e aminoácidos. Outras funções incluem (HAUSCHILD; SCHIEFE; THIEME, 2015): � síntese de diversos neurotransmissores como serotonina e endorfina; � síntese de hemoglobina e sua função de transporte de oxigênio das hemácias; � síntese de leucócitos que têm um papel fundamental no sistema imune; � pesquisas recentes sugerem influência no desempenho cognitivo e na atividade do hormônio esteroide; Ao contrário das demais vitaminas hidrossolúveis, a vitamina B6 é exten- sivamente armazenada nos músculos. Macro e micronutrientes: vitaminas, minerais e água6 As principais fontes de piridoxina incluem fígado e bife de boi, atum, salmão e batata. Ácido fólico (B9) Um papel essencial do ácido fólico ou folato é proporcionar ou receber com- postos de carbono simples. Nesse papel, as coenzimas ajudam a formar DNA e metabolizam diversos aminoácidos e seus derivados. Pesquisas confirmam a importância do consumo do folato por gestantes para a redução de riscos de defeitos no tubo neural em fetos. Outra função importante do ácido fólico no corpo é decompor a homociste- ína. Sem folato, a homocisteína se acumula, o que parece aumentar a formação de coágulos no sangue e a deterioração da parede da artéria. Há também pesquisas em andamento sobre o elo entre o folato e proteção contra o câncer (WHITNEY; ROLFES, 2008; HAUSCHILD; SCHIEFE; THIEME, 2015). As fontes de ácido fólico incluem lentilha, fígado, amendoim, grão de bico, espinafre. Acesse o link e saiba mais sobre a importância do ácido fólico na prevenção dos defeitos do tubo neural em fetos. https://goo.gl/kSZRp4 Cobalamina (B12) A cobalamina participa de uma variedade de processos celulares como (WAR- DLAW; SMITH, 2013; HAUSCHILD; SCHIEFE; THIEME, 2015): � manutenção do metabolismo de folato; � manutenção das bainhas mielínicas que isolam os neurônios uns dos outros; � regeneração do aminoácido metionina; 7Macro e micronutrientes: vitaminas, minerais e água � sintetização do DNA e RNA, que dependem tanto do folato como da vitamina B12; � manutenção do invólucro que envolve e protege as fibras nervosas e promoção de seu crescimento normal; � a atividade celular e o metabolismo dos ossos. Todos os compostos da vitamina B12 são sintetizados por bactérias, fungos e outros organismos inferiores no intestino. Além disso, está presente em alimentos de origem animal como fígado, ostras e sardinha. Biotina Em sua forma coenzimática, a biotina auxilia no metabolismo de gorduras e carboidratos. Também ajuda na adição de dióxido de carbono a outros com- postos. Ao fazê-lo, promove a síntese de glicose e ácidos graxos, além de ajudar a decompor determinados aminoácidos (HAUSCHILD; SCHIEFE; THIEME, 2015). As fontes de biotina são amendoim, avelã, amêndoas e ovo cozido. Vitamina C (ácido ascórbico) A vitamina C é encontrada em todos os tecidos vivos e a maioria dos animais (mas não os humanos) a sintetizam a partir do açúcar simples glicose. A função mais bem entendida da vitamina C é seu papel como antioxidante. Essa vitamina pode operar como um varredor de radicais livres, além de auxiliar na reativação da vitamina E oxidada, para que possa ser reutilizada. Outras funções incluem: � absorção de ferro, ao manter o mineral em sua forma mais absorvível; � participação no sistema imune, em especial para a atividade de deter- minadas células imunes; � produção de hormônios, incluindo a tiroxina, que regula a taxa de metabolismo; � formação de colágeno. Macro e micronutrientes: vitaminas, minerais e água8 A vitamina C pode ser encontrada em alimentos cítricos como acerola, goiaba, mamão, caju, laranja e também na couve e pimentão (WARDLAW; SMITH, 2013). Colina É o último acréscimo à lista de nutrientes essenciais. A colina faz parte da acetilcolina, um neurotransmissor associado à atenção, à aprendizagem e à memória, ao controle muscular e a muitas outras funções. Por fim, a colina também participa em alguns aspectos do metabolismo da homocisteína (WAR- DLAW; SMITH, 2013). As fontes de colina incluem as oleaginosas como nozes e amêndoas, ovo, bacalhau e frango. Minerais Os minerais, ao contrário das vitaminas, são compostos inorgânicos, que ocorrem na natureza e estão presentes na água, no solo e nas rochas, sendo absorvidos pelas raízes das plantas e, assim, consumidos por muitos animais. Os seres humanos, portanto, consomem minerais tanto de fontes vegetais e animais. Os alimentos de origem animal, no entanto, geralmente oferecem um conteúdo mais alto de minerais que os de origem vegetal. Além disso, os minerais presentes em carnes, leite e derivados e ovos possuem maior biodisponibilidade do que os encontrados nas leguminosas e vegetais. Os minerais representam cerca de quatro por cento dopeso corporal to- tal e desempenham um importante papel na promoção do crescimento e na manutenção da saúde. A seguir serão descritos alguns minerais e suas fontes alimentares. Os minerais são absorvidos no intestino delgado e o volume de absorção depende de alguns fatores como a saúde do tecido, a forma do alimento ingerido e as necessidades corporais. 9Macro e micronutrientes: vitaminas, minerais e água Sódio (Na) O sódio ajuda a manter o equilíbrio ácido-base, sendo essencial para a trans- missão de impulsos nervosos e para a contração muscular. O sódio está presente no sal de cozinha e também em alimentos industria- lizados, visto que é utilizado como conservador em muitos desses produtos. Potássio (K) O potássio executa muitas das funções do sódio, como equilíbrio hídrico e transmissão de impulsos nervosos. Entretanto, opera dentro e não fora das células. Durante a transmissão de impulsos nervosos e a contração muscular, o potássio e o sódio trocam brevemente de posição através da membrana celular. O controle da distribuição do potássio é de alta prioridade para o corpo, pois influencia em muitos aspectos da homeostase, incluindo o batimento cardíaco estável (MANN; TRUSWELL, 2011). As fontes de potássio incluem frutos do mar, banana, laranja, pêssego e uva passa. Cálcio (Ca) Todas as células precisam de cálcio, porém mais de 99% do cálcio no corpo é usado para fortalecer ossos e dentes. O cálcio é importante também em diversos outros processos. É essencial à coagulação sanguínea, à contração muscular, à transmissão de impulsos nervosos, à secreção de hormônios e à ativação de algumas reações enzimáticas (MANN; TRUSWELL, 2011). As principais fontes de cálcio são o leite e seus derivados, mas ele tam- bém está presente em alimentos de origem vegetal como couve, brócolis e oleaginosas. Fósforo (P) O fósforo faz parte do DNA e RNA e, portanto, é necessário para o crescimento e metabolismo energético. Os lipídeos que contêm fósforo como parte de suas estruturas (fosfolipídeos) ajudam a transportar outros lipídeos no sangue (WARDLAW; SMITH, 2013). Embora nenhuma doença esteja atualmente associada a uma ingestão inadequada de fósforo, uma deficiência pode contribuir para a perda óssea em mulheres idosas. Macro e micronutrientes: vitaminas, minerais e água10 O fósforo está presente em ovos, peixes, grãos integrais, carnes, aves e laticínios. Magnésio (Mg) O magnésio é importante para a função dos nervos e do coração e ajuda em muitas reações enzimáticas. Age em todas as células dos tecidos moles, nas quais cria parte do mecanismo produtor de proteínas, sendo necessário para o metabolismo energético. Como o cálcio, o magnésio está envolvido nas contrações musculares e na coagulação do sangue (o cálcio promove os processos, ao passo que o magnésio os inibe). Além disso, ajuda a prevenir cáries ao preservar cálcio no esmalte dos dentes. Como muitos outros nutrientes, o magnésio auxilia o funcionamento normal do sistema imunológico (PENTEADO, 2003). O magnésio está presente em vegetais folhosos verde escuros, cacau e cereais integrais. Ferro (Fe) O ferro faz parte da hemoglobina, nas hemácias do sangue, e da mioglobina, nas células musculares. Além disso, o ferro é parte de muitas enzimas, algumas proteínas e compostos que as células utilizam para produzir energia. Também é necessário para a função do cérebro e do sistema imune, além de contribuir para a desintoxicação de agentes no fígado e para a saúde óssea. Também é requerido pelas enzimas envolvidas na produção de aminoácidos, colágeno, hormônios e neurotransmissores (WARDLAW; SMITH, 2013) O ferro não heme, que é considerado o menos biodisponível, está presente em alimentos de origem vegetal como farinha de soja, feijão, lentilha, chocolate meio amargo. Já o ferro heme, que é o mais biodisponível, está presente no fígado e outras vísceras, carnes bovina, suína e de frango. Zinco (Zn) A ingestão adequada de zinco é necessária para sustentar muitas funções corporais, como (PENTEADO, 2003; WARDLAW; SMITH, 2013): � síntese e função do DNA; � metabolismo proteico, cicatrização de feridas e crescimento; 11Macro e micronutrientes: vitaminas, minerais e água � função imunológica (ingestões acima da RDA não proporcionam qual- quer benefício extra à função imunológica); � desenvolvimento de órgãos sexuais e de ossos; � armazenagem, liberação e função da insulina; � estrutura e função da membrana celular; � antioxidante indireto como componente de dois tipos de superóxido dismutase, enzima que ajuda na prevenção do dano oxidativo às células. Outras possíveis funções do zinco são retardar a progressão da degeneração macular do olho e reduzir o risco de desenvolver algumas formas de câncer. Além disso, estabiliza as membranas celulares ajudando no fortalecimento de sua defesa contra os ataques dos radicais livres. É essencial para a percepção normal do paladar, para a cicatrização de feridas, para a produção de espermatozoides e para o desenvolvimento fetal. O zinco está presente em alimentos como fígado, cogumelo, frutos do mar, soja, espinafre e carne. Iodo (I) A glândula tireoide acumula e reserva ativamente iodo da corrente sanguínea para sustentar a síntese dos hormônios da tireoide. Sintetizados usando iodo e o aminoácido tirosina, esses hormônios ajudam a regular a taxa metabólica e a promover o crescimento e o desenvolvimento do corpo inteiro, sobretudo o do cérebro (WARDLAW; SMITH, 2013). As fontes de iodo incluem peixes de água salgada e sal iodado. Manganês (Mn) O manganês é necessário por fazer parte de enzimas relacionadas ao metabo- lismo dos macronutrientes. As metaloenzimas contendo manganês também auxiliam na formação dos ossos. Age, ainda, como antioxidante, pois participa da enzima superóxido dismutase que auxilia a combater os efeitos dos radicais livres no organismo (MANN; TRUSWELL, 2011; WARDLAW; SMITH, 2013). As fontes desse mineral incluem banana, gema de ovo, vegetais folhosos verde escuros, fígado, soja e café. Macro e micronutrientes: vitaminas, minerais e água12 Consumo deficiente de vitaminas e minerais A exigência dietética de um micronutriente é definida como um nível de ingestão que atende a critérios específicos para verificar deficiências ou ex- cessos. Esses critérios consideram uma gama de efeitos biológicos desses nutrientes no organismo. Quando os micronutrientes não são consumidos em quantidades adequadas, uma variedade de sintomas indesejáveis pode se desenvolver, incluindo problemas de digestão, problemas de pele, crescimento ósseo defeituoso ou deficiente, problemas de humor e até demência. Alguns fatores colocam os indivíduos em maior risco de deficiência como os listados a seguir. � Envelhecimento: à medida que as pessoas envelhecem, as dietas fre- quentemente deixam de ser equilibradas, pois as pessoas eliminam grupos de alimentos da sua rotina alimentar, ou porque não possuem apetite normal ou porque não conseguem tolerar alguns alimentos. � Intolerâncias ou doenças que afetam a absorção de nutrientes: essas doenças afetam o intestino delgado, onde ocorre a absorção, ou o pân- creas, que produz enzimas para digerir os alimentos. � Dietas restritivas para perda de peso: quanto mais grupos de alimentos são excluídos da alimentação, maiores são as chances de deficiência em certos micronutrientes. � Alcoolismo: alcoólatras possuem menor poder de absorção intestinal e muitas vezes deixam de se alimentar para ingerir bebidas. � Doenças que aceleram o metabolismo: pacientes com câncer, AIDS e queimaduras possuem maiores necessidades de determinados nutrientes. � Situações fisiológicas específicas: gestantes e nutrizes necessitam de maior quantidade de micronutrientes para satisfazer suas necessidades e as do feto ou lactente. As doses diárias recomendadas variam dependendo da idade, gênero e condição fisiológica, mas acredita-se que mais de dois bilhões de pessoas em todo omundo não recebam o suficiente de pelo menos um nutriente essencial. 13Macro e micronutrientes: vitaminas, minerais e água As recomendações de vitaminas e minerais para os indivíduos são determinadas pela ingestão dietética de referência ou dietary reference intakes (DRIs). Essas recomendações são valores de referência de ingestão de nutrientes e devem ser utilizadas para planejar e avaliar dietas para pessoas saudáveis. Elas incluem tanto as recomendações de ingestão como os limites superiores para não ocorrer toxicidade (COZZOLINO; COLLI, 2001). A seguir serão discutidos os principais agravos à saúde causados pelo consumo deficiente de vitaminas e minerais. Sinais e sintomas de deficiência Nesta seção, listaremos os principais sinais e sintomas de deficiência das diferentes vitaminas no organismo. Vitamina A (WARDLAW; SMITH, 2013; HAUSCHILD; SCHIEFE; THIEME, 2015) A Organização Mundial da Saúde estima que a deficiência de vitamina A ocorra em 39 países, incluindo o Brasil, afetando crianças (17%) e gestantes (12%). Os principais sintomas da deficiência são: � cegueira noturna; � pele e cabelos ressecados; � conjuntivite recorrente; olhos infectados e ulcerados; daltonismo; � degeneração macular; � acne; � cumes nas unhas. Vitamina D (HAUSCHILD; SCHIEFE; THIEME, 2015) � Ossos doloridos e baixa densidade mineral óssea; fraqueza muscular. � Osteoporose (ossos porosos e quebradiços). � Osteomalacia (amolecimento do osso). � Raquitismo (grave doença deformante que provoca arqueamento das pernas, flexão da coluna e falta de tônus muscular). Macro e micronutrientes: vitaminas, minerais e água14 A Figura 1 mostra uma pessoa com raquitismo. Figura 1. Indivíduo com raquitismo, deficiência de vitamina D. Fonte: Wardlaw e Smith (2013). Vitamina E (HAUSCHILD; SCHIEFE; THIEME, 2015) � Problemas oculares, como retinopatia e catarata. � Problemas de pele, como acne, bolhas, tecido cicatricial, estrias. � Anemia leve. � Problemas de fertilidade. � Anormalidades da função cerebral. 15Macro e micronutrientes: vitaminas, minerais e água Vitamina K (PENTEADO, 2003) � Facilidade de contusões. � Sangramentos, aumento do fluxo menstrual, sangue na urina ou nas fezes. � Baixa densidade mineral óssea, osteoporose. � Doença hemorrágica do recém-nascido, se o mesmo não receber a dose profilática após o nascimento. Vitamina C (WARDLAW; SMITH, 2013) � Pele seca, cabelo quebradiço. � Sangramento nas gengivas e nariz, gengivite, perda dos dentes. � Cicatrização deficiente. � Imunidade deficiente — gripes e resfriados recorrentes. � Fraqueza muscular. � Fadiga. Vitaminas do complexo B (WHITNEY; ROLFES, 2008; WARDLAW; SMITH, 2013; HAUSCHILD; SCHIEFE; THIEME, 2015) � Vitamina B1: beribéri, que afeta o sistema cardiovascular, nervoso e muscular. O indivíduo com deficiência sofre com reflexos exagerados, fraqueza dos membros inferiores, aumento do tamanho do coração, dificuldade de respiração, confusão mental. � Vitamina B2: arriboflavinose, que causa vermelhidão, lábios inchados e rachados, dermatite, estomatite, formação de veias na córnea. � Vitamina B3: pelagra, doença associada à pobreza com sintomas co- nhecidos como 3D (dermatite, diarreia, demência). Também causa aumento da pigmentação e espessamento da pele, vômitos, apatia, fadiga, depressão e perda de memória. A Figura 2 mostra um caso de pelagra. � Vitamina B5: dificuldade no crescimento, anorexia, tontura e debili- dade muscular (a deficiência é muito rara e ocorre apenas em casos de desnutrição severa). � Vitamina B6: irritabilidade, depressão e confusão mental, inflamação da língua e úlceras na boca, além de convulsões (a ocorrência de deficiência é rara, afetando especialmente vítimas de alcoolismo). Macro e micronutrientes: vitaminas, minerais e água16 � Vitamina B9 (folato): anemia megaloblástica, defeitos do tubo neural (DTN) em fetos. � Vitamina B12: afeta de 10 a 15% de pessoas acima de 60 anos, já que este grupo frequentemente apresenta má absorção intestinal dessa vitamina. Também ocorre deficiência em pacientes pós cirurgia bariátrica (64%). Causa anemia megaloblástica (com extrema palidez) dificuldade de deambulação, desorientação e demência (neuropatia). Figura 2. Indivíduos com pelagra, deficiência de vitamina B3. Fonte: Wardlaw e Smith (2013). Cálcio (PENTEADO, 2003) � Cãibras musculares. � Fadiga. � Perda de cabelo, unhas quebradiças, pelo ressacada. � Osteopenia. � Osteoporose. 17Macro e micronutrientes: vitaminas, minerais e água Ferro (PENTEADO, 2003) � Anemia ferropriva, com os sintomas característicos, tais como cansaço e fadiga, falta de ar, tontura, dores de cabeça, falta de apetite, palidez, frieza nas mãos e pés. Magnésio (WHITNEY; ROLFES, 2008) � Contrações musculares e cãibras. � Ritmos cardíacos anormais. � Dormência e formigamento nos dedos e pés. � Síndrome da perna inquieta. � Fadiga. � Tiques ou espasmos das pálpebras. � Ondas de calor. � Ansiedade / estresse. � Pressão alta. Zinco (PENTEADO, 2003) � Baixa imunidade. � Gripes e resfriados recorrentes. � Diarreia. � Cabelo quebradiço, frágil e fino. � Acne, eczema e outros problemas de pele. � Úlceras e manchas brancas nas unhas. � Caspa. � Tiques e espasmos das pálpebras. Iodo (PENTEADO, 2003) � Aumento da glândula tireoide (bócio). � Pressão na traqueia, com decorrente dificuldade de respiração. � Cretinismo: déficit de crescimento e deficiência intelectual. Macro e micronutrientes: vitaminas, minerais e água18 Para conhecer a recomendação de vitaminas e minerais para todas as faixas etárias, acesse o link a seguir, que contém as Dietary Reference Intake (DRIs) traduzidas para o português. https://goo.gl/Vbu4jM Hidratação corporal A água é um nutriente essencial, mais importante para a vida que qualquer outro. A cada dia, o corpo necessita mais de água do que de qualquer outro nutriente. Só é possível sobreviver sem água por poucos dias, ao passo que a deficiência de outros nutrientes pode levar semanas, meses e até anos para trazer prejuízos à saúde. A água é o principal constituinte do corpo humano, representando de 50 a 60% do peso corporal de um adulto. A quantidade de água no organismo varia em função do tecido adiposo, da idade e do gênero como mostramos a seguir (WARDLAW; SMITH, 2003). � Tecido adiposo: o conteúdo de água do tecido adiposo é inferior ao de qualquer outro tecido. Quanto maior o conteúdo de gordura corporal menor o conteúdo de água. � Idade: à medida em que a pessoa envelhece, a porcentagem de peso corporal total representada pela água diminui gradualmente. Em recém- -nascidos, a água ocupa até 75% do peso corporal. � Gênero: as mulheres. em geral, tem uma porcentagem menor de água no organismo, devido a uma maior quantidade de tecido adiposo sub- cutâneo. O fluido corporal total de um homem é de aproximadamente 63% do seu peso e, nas mulheres, é de 55%. A água entra e sai das células pelas suas membranas. Quando a água está no interior das células, faz parte do líquido intracelular, que corresponde a 63% de toda a água do corpo. Quando está fora da célula ou na corrente sanguínea, faz parte do líquido extracelular, que corresponde a 37% de toda a água do corpo. Fazem parte do líquido extracelular o líquido intersticial, como as lágrimas, o líquido sinovial, o gastrointestinal e o ocular. 19Macro e micronutrientes: vitaminas, minerais e água As membranas celulares são permeáveis à água, de maneira que ela e os eletrólitos circulam continuamente entre os líquidos corporais. O corpo equilibra a quantidade de água nos compartimentos intra e extraceulares ao controlar o movimento e a concentração de íons, que são minerais com cargas elétricas, e portanto, chamados de eletrólitos. A água é atraída para íons como sódio, potássio, cloro, fosfato, magnésio e cálcio. Ao controlar a movimentação de íons para dentro e para fora dos compartimentos celulares, o corpo mantem a quantidadeadequada de água em cada compartimento usando um processo chamado osmose (WHITNEY; ROLFES, 2008). Íons positivos como sódio e potássio acabam se emparelhando com íons negativos como cloro e fosfato. A manutenção do volume de líquido intracelular normalmente depende das concentrações intracelulares de potássio e fosfato. Já o volume de líquido extracelular depende das concentrações extracelulares de sódio e potássio (WARDLAW; SMITH, 2013). Funções da água A água está envolvida em quase todas as funções do corpo humano. A vida, como a conhecemos , não poderia existir sem a água. Algumas de suas funções mais conhecidas estão descritas a seguir. � Age como solvente, tanto de substâncias inorgânicas como de muitas moléculas celulares. � É essencial para os processos fisiológicos de digestão, absorção e excreção. � Participa nos processos de transporte de substâncias como nutrientes, oxigênio, gás carbônico, ureia, creatinina. � Age como lubrificante, estando presente em regiões onde existem atritos, como nas articulações, entre os ossos e entre órgãos. Também é particularmente importante na termorregulação corporal e para os desempenhos físico e cognitivo. O consumo regular de água está associado Macro e micronutrientes: vitaminas, minerais e água20 a menores taxas de mortalidade por doença cardiovascular em indivíduos com idade avançada. Uma boa hidratação pode reduzir o risco de desenvolver pedras no rim porque mantém uma urina mais diluída, dissolvendo os minerais que possam se acumular para formar as pedras. Além disso, a água é considerada parte essencial do manejo dietético de diabetes porque limita o desenvolvimento de cetoacidose diabética durante deficiência de insulina no diabetes tipo 1, ajudando a manter mais estáveis os níveis de açúcar no sangue (WILLETT, 2002). A ingestão adequada de fluidos tem sido associada a benefícios gastroin- testinais como menor taxa de constipação e menor uso de laxantes. Também foi visto que o consumo regular de água pode reduzir o risco de câncer de bexiga em homens, infecções do trato urinário, doenças dentárias e possui benefícios em doenças broncopulmonares (NISSENSOHN et al., 2015). Equilíbrio hídrico Para manter uma quantidade constante de água no corpo, é necessário que o organismo elimine a mesma quantidade de água que foi ingerida e produzida pelo metabolismo. Essa constância é fundamental para a homeostase hídrica. A água corporal provém de duas fontes: � Da ingestão em forma de líquido, ou contida nos alimentos – cerca de 2000 mL/dia. � Da síntese de água no corpo, em decorrência do metabolismo celular – cerca de 200 mL/dia (WHITNEY; ROLFES, 2008). A ingestão de água é muito variável entre diferentes pessoas, devido aos hábitos individuais, e também por parte da mesma pessoa em momentos diferentes, devido ao clima e à prática de atividades físicas, por exemplo. Sua ingestão é controlada pela sede. A sede serve como sinal para ingerir água, pois informa que o corpo está desidratando. Esse mecanismo pode, entretanto, não corresponder à perda hídrica real durante o exercício ou uma doença prolongada, assim como na velhice. Por isso, nessas condições, deve haver um monitoramento cuidadoso do nível hídrico. Crianças que apresentam febre, vômitos, diarreia e aumento da sudorese também precisam ingerir mais líquidos, com a reposição dos eletrólitos para não correrem o risco de desidratação. 21Macro e micronutrientes: vitaminas, minerais e água É preciso ficar atento aos sinais de desidratação. Os efeitos da falta de água no corpo são (WHITNEY; ROLFES, 2008): � Com perda de 0,5 a dois por cento de peso corpóreo, faz com que a pessoa sinta sede, fadiga, fraqueza, desconforto e perda de apetite. � Com perda de três a quatro por cento de peso corpóreo, o indivíduo apresenta prejuízo no desempenho físico, boca seca, redução da quan- tidade de urina, pele avermelhada, impaciência, apatia. � Com perda de cinco a seis por cento de peso corpóreo, há dificuldade de concentração, tontura, respiração difícil, dor de cabeça, prejuízo da regulação da temperatura. � Com perda de sete a 10 por cento de peso corpóreo, o indivíduo sofre com delírio, insônia, espasmos musculares, exaustão e colapso. Uma das principais causas da desidratação é a diarreia, que pode provocar a perda de até dois por cento do peso de um indivíduo em apenas um dia. Crianças facilmente se desidratam por causa das altas temperaturas, que causam suor excessivo. Acesse o link para saber mais sobre o tratamento da diarreia. https://goo.gl/ped05V Em adultos, a desidratação pode ser decorrente da prática de exercício físico em indivíduos não aclimatados e do uso abusivo de laxantes e diuréticos, entre outros. O tratamento da desidratação envolve a determinação de sua causa (como diarreia ou redução da ingestão de líquidos) e a reposição dos líquidos perdidos — seja via oral ou intravenosa. A maioria dos pacientes recebe líquidos hipotônicos, hipossódicos, como soro glicosado a 5%. Macro e micronutrientes: vitaminas, minerais e água22 Fontes de água e recomendação do consumo de água diário Para manter o equilíbrio hídrico, o consumo de água deve ser igual ao das suas perdas. Em média, um adulto do sexo masculino necessita de 3,7 litros e do sexo feminino necessita de 2,7 litros de água por dia. Já os lactentes de 7 a 12 meses precisam de 0,8 litros de água por dia (FOOD AND NUTRITION BOARD, 2005). Como reconhecimento da importância da água para a saúde, a Sociedade Espanhola de Nutrição Comunitária desenvolveu a Pirâmide para uma Hi- dratação Saudável que traz, de forma ilustrada, informações sobre os tipos de bebidas e sobre a frequência com que devem ser ingeridas. A pirâmide está demonstrada na Figura 3. Figura 3. Pirâmide da boa hidratação Fonte: Sociedad Española de Nutrición Comunitaria (2016). 23Macro e micronutrientes: vitaminas, minerais e água A Pirâmide da Hidratação Saudável está estruturada da seguinte maneira: � Na base da pirâmide, estão as águas minerais com baixo teor de sal ou água da torneira. A água é a única bebida que não contém gordura, calorias, açúcar ou cafeína. Deve ser ingerida de forma diária, sendo recomendado o consumo de oito a 10 copos por dia. � Na segunda etapa, estão as águas minerais, chás ou cafés sem açúcar e refrescos leves. Essas bebidas devem ser ingeridas de forma diária para complementar a recomendação de oito a 10 copos por dia. � Na terceira etapa, estão os sucos de frutas, sucos vegetais, caldos, leite, cerveja sem álcool, derivados de leite sem açúcar, chá ou café com açúcar e bebidas para atletas. Essas bebidas devem ser ingeridas de forma diária para complementar a recomendação de oito a 10 copos por dia, porém deve-se evitar a ingestão de muito açúcar; � No ápice, estão as bebidas com açúcar ou frutose, carbonatadas ou não. O consumo deve ser ocasional. Quanto às bebidas alcoólicas, não foram incluídas na pirâmide porque não são úteis para a hidratação e devem ser consumidas com moderação. Sem dúvida, a água é a bebida preferencial, fortemente indicada na alimentação saudável. Para assegurar o consumo adequado de líquidos, sugerimos seguir as orientações listadas abaixo. � Ter uma garrafa de água sempre à mão. � Beber água sempre que tiver sede. � Beber um copo de água antes das refeições. � Comer muitas frutas e vegetais com alto teor de água por dia. � Beber líquidos extras, de preferência sem açúcar. � Evitar o álcool e as bebidas com cafeína, tais como chá preto, café e bebidas à base de cola. � Usar aplicativos que avisam quando é o momento de ingerir água. Macro e micronutrientes: vitaminas, minerais e água24 COZZOLINO, S. M.; COLLI, C. Novas recomendações de nutrientes interpretação e utilização. In: INTERNATIONAL LIFE SCIENCES INSTITUTE. Usos e aplicações das “die- tary reference Intakes”: DRIs. São Paulo: International Life Sciences Institute do Brasil; Sociedade Brasileira de Alimentaçãoe Nutrição, 2001. p. 4-15. Disponível em: . Acesso em: 8 out. 2018. FOOD AND NUTRITION BOARD. Dietary references intakes for water, potassium, sodium, chloride, and sulfate. Washington: The National Academy Press, 2005. 617 p. Disponível em: . Acesso em: 8 out. 2018. HAUSCHILD, D. B.; SCHIEFE, M. E. M.; THIEME, R. D. Vitaminas, minerais e eletrólitos: aspectos fisiológicos, nutricionais e dietéticos. Rio de Janeiro: Rubio, 2015. 344 p. MANN, J.; TRUSWELL, S. Nutrição humana. 3. ed. Rio de Janeiro: Guanabara Koogan, 2011. 2 v. NISSENSOHN, M. et al. Valoración de la ingesta de bebidas y del estado de hidratación. Revista Española de Nutrición Comunitaria, Madrid, v. 21, supl. 1, p. 58-65, 2015. Disponível em: . Acesso em: 8 out. 2018. PENTEADO, M. V. C. Vitaminas: aspectos nutricionais, bioquímicos, clínicos e analíticos. Barueri: Manole, 2003. 600 p. SOCIEDAD ESPAÑOLA DE NUTRICIÓN COMUNITARIA. Pirámide de hidratación saludable. Barcelona, 2016. Disponível em: . Acesso em: 8 out. 2018. WARDLAW, G. M.; SMITH, A. M. Nutrição contemporânea. 8 ed. Porto Alegre: AMGH; Artmed, 2013. 768 p. WHITNEY, E., ROLFES, S. R. Nutrição: tradução da 10. edição norte-americana. São Paulo: Cengage Learning, 2008. 2 v. WILLETT, W. C. Coma, beba e seja saudável. 3. ed. Rio de Janeiro: Campus, 2002. 309 p. Leituras recomendadas DOVERA, T. M. D. S. Nutrição aplicada ao curso de enfermagem. 2. ed. Rio de Janeiro: Guanabara Koogan, 2017. 232 p. FOOD AND AGRICULTURE ORGANIZATION; WORLD HEALTH ORGANIZATION. Vitamin and mineral requirements in human nutrition: report of a joint FAO/WHO expert consul- tation. 2. ed. Bangkok, 1998. 341 p. Disponível em: . Acesso em: 8 out. 2018. PADOVANI, R. M. et al. Dietary reference intakes: aplicabilidade das tabelas em estu- dos nutricionais. Revista de Nutrição, Campinas, v. 19, n. 6, p. 741-760, nov.-dez. 2006. Disponível em: . Acesso em: 8 out. 2018. Macro e micronutrientes: vitaminas, minerais e água26 Conteúdo: Dica do professor Os suplementos vitamínicos são recomendados apenas em situações específicas, quando não é possível obter o nível recomendado de vitaminas por meio da alimentação. Na Dica do Professor, você verá o que são suplementos vitamínicos, quando o consumo destes suplementos é recomendado e quais os riscos a deficiência vitamínica pode causar. Aponte a câmera para o código e acesse o link do conteúdo ou clique no código para acessar. https://fast.player.liquidplatform.com/pApiv2/embed/cee29914fad5b594d8f5918df1e801fd/f805bcd357a4d4773c11afaa48bea20f Exercícios 1) Sobre o conceito e a classificação das vitaminas, assinale a alternativa correta. A) As vitaminas são um grupo de compostos orgânicos que tem carbono, hidrogênio, oxigênio e ocasionalmente enxofre. B) As vitaminas são sintetizadas pelo ser humano, porém em quantidade muito limitada. C) As vitaminas lipossolúveis não são armazenadas no organismo, e o seu excesso é excretado na urina. D) As vitaminas hidrossolúveis, quando absorvidas, deslocam-se diretamente para o sangue e movem-se livremente. E) As vitaminas hidrossolúveis são a A, C, E e K. As vitaminas lipossolúveis são a vitamina D e as vitaminas do complexo B. 2) Assinale a alternativa correta sobre as vitaminas lipossolúveis. A) A vitamina A é dividida em vitamina A pré-formada (carotenóides) e a pró vitamina A (retinol). B) Uma das principais funções da vitamina A é a prevenção de cegueira noturna. C) A vitamina D é um antioxidante lipossolúvel e um dos principais defensores do corpo contra as reações adversas dos radicais livres. D) A principal função da vitamina E é manter concentrações de cálcio e fósforo no sangue e auxiliar no crescimento ósseo. E) As principais fontes de vitamina K são os raios solares e leites e derivados. 3) Assinale a alternativa correta sobre as vitaminas hidrossolúveis. A) O ácido pantotênico está relacionado com a redução de riscos de defeitos no tubo neural em fetos. B) A vitamina B12 é importante para a síntese de hormônios e colesterol e metabolização de drogas pelo fígado. C) Todos os compostos do folato são sintetizados por bactérias, fungos e outros organismos inferiores no intestino. D) A vitamina C pode atuar como antioxidante hidrossolúvel, agindo como um varredor de radicais livres, além de auxiliar na reativação da vitamina E oxidada. E) A vitamina C pode ser encontrada em alimentos de origem animal, como as carnes e a gema de ovo. 4) Sobre os principais agravos à saúde pelo consumo deficiente de minerais, assinale a alternativa correta. A) Alguns sinais e sintomas da deficiência de iodo são contrações musculares e cãibras, ritmos cardíacos anormais, dormência e formigamento nos dedos e pés. B) A deficiência de cálcio pode levar à osteopenia e osteoporose. C) A deficiência de ferro causa anemia megaloblástica. D) Os principais sintomas da deficiência do zinco são a cegueira noturna e a xeroftalmia. E) A deficiência de magnésio pode causar bócio e cretinismo. 5) Sobre as funções da água e o equilíbrio hídrico, assinale a alternativa correta. A) A água tem ação lubrificante, termorreguladora e enzimática, sendo essencial para os processos fisiológicos de digestão, absorção e excreção. B) Uma boa hidratação pode reduzir o risco de desenvolver pedras na vesícula porque a água auxilia na formação da bile. C) A água corporal pode ser obtida por meio da ingestão em forma de líquido que corresponde a cerca de 2000 ml/dia, e mediante a ingestão em forma de alimentos, que totaliza cerca de 200ml/dia. D) Uma das principais causas da desidratação é a diarreia que pode provocar a perda de até 5% do peso de um indivíduo durante um dia. E) Quando o indivíduo perde de 7 a 10% de peso corpóreo, começa a apresentar delírio, insônia, espasmos musculares, exaustão e colapso. Na prática As vitaminas e os minerais são, muitas vezes, perdidos durante o processo de preparação de alimentos. Mas algumas técnicas de preparo reduzem essas perdas. Confira, na prática, orientações para a redução da perda de vitaminas e minerais durante o preparo dos alimentos. Aponte a câmera para o código e acesse o link do conteúdo ou clique no código para acessar. https://statics-marketplace.plataforma.grupoa.education/sagah/74cc9121-a80c-4819-8600-2b7538caee8e/c2e05833-6252-41c5-bedf-467bedfa2cee.jpg Saiba + Para ampliar o seu conhecimento a respeito desse assunto, veja abaixo as sugestões do professor: Diarreia aguda: diagnóstico e tratamento De acordo com a Organização Mundial da Saúde (OMS), nas últimas duas décadas, ocorreu uma expressiva redução na mortalidade por diarreias infecciosas em crianças com idade inferior a cinco anos, porém, em 2012, ainda ocorreram 1,5 milhões de mortes no ano, sendo que 30% desses óbitos antes dos cinco anos ocorrem devido à pneumonia e diarreia. Acesse o Guia Prático de Atualização do Departamento Científico de Gastroenterologia, da Sociedade Brasileira de Pediatria, e conheça mais sobre o diagnóstico e tratamento da diarreia. Aponte a câmera para o código e acesse o link do conteúdo ou clique no código para acessar. Suplementação de sulfato ferroso na gestação e anemia gestacional Segundo a Organização Mundial da Saúde (OMS), estima-se que a anemia acometa pelo menos 4 em cada 10 gestantes, sendo que metade dos casos está relacionada à anemia ferropriva. Veja, neste artigo, uma revisão de literatura sobre aD E B I O Q U Í M I C A D E L E H N I N G E R 2 4 5 hidroxila do carbono de referência está à direita (dextro) em uma fórmula de projeção que apresenta o carbono do carbonil no topo, o açúcar é o isômero D; quando está à esquerda (levo), é o isômero L. Das 16 aldo-hexoses possí- veis, oito estão na forma D e oito na forma L. Em sua maio- ria as hexoses dos organismos vivos são isômeros D. Por que isômeros D? Uma questão interessante, e sem resposta. Lembre que todos os aminoácidos encontrados nas proteí- nas são exclusivamente um dos dois isômeros possíveis, L. A base para essa preferência inicial por um dos isômeros durante a evolução também é desconhecida; entretanto, uma vez que um isômero tenha sido selecionado, é pro- vável que as enzimas em evolução retenham a preferência por aquele estereoisômero (p. 78). A Figura 7-3 apresenta as estruturas dos estereoisô- meros D de todas as aldoses e cetoses que têm de três a seis átomos de carbono. Os carbonos de um açúcar come- çam a ser numerados a partir da extremidade da cadeia mais próxima ao grupo carbonil. Cada uma das oito D-aldo- -hexoses, que diferem em estereoquímica em C-2, C-3 ou C-4, tem nome próprio: D-glicose, D-galactose, D-manose e assim por diante (Figura 7-3a). As cetoses de quatro e cinco carbonos são nomeadas pela inserção de “ul” ao nome da aldose correspondente; por exemplo, D-ribulose é a cetopentose que corresponde à aldopentose D-ribose. (A importância da ribulose será discutida no estudo da fi- xação do CO2 atmosférico pelas plantas, no Capítulo 20.) As ceto-hexoses são nomeadas de maneira diferente: por exemplo, frutose (do latim fructus, “fruto”; frutas são uma das fontes desse açúcar) e sorbose (de Sorbus, o gênero da sorveira, planta cujos frutos são ricos em álcool-açúcar sorbitol). Dois açúcares que diferem apenas na configura- ção de um carbono são chamados de epímeros; D-glicose e D-manose, que diferem apenas na estequiometria do C-2, são epímeros, assim como D-glicose e D-galactose (que di- ferem em C-4, ver Figura 7-4). Alguns açúcares ocorrem naturalmente na forma L; exemplos são L-arabinose e os isômeros L de alguns deriva- dos de açúcar que comumente compõem glicoconjugados (Seção 7.3). L-Arabinose Os monossacarídeos comuns têm estruturas cíclicas Por simplicidade, até este momento foram representadas as estruturas de aldoses e cetoses como moléculas de ca- deia aberta (Figuras 7-3 e 7-4). Na verdade, em solução aquosa, as aldotetroses e todos os monossacarídeos com cinco ou mais átomos de carbono no esqueleto ocorrem predominantemente como estruturas cíclicas (em anel), nas quais o grupo carbonil está formando uma ligação co- valente com o oxigênio de um grupo hidroxila presente na cadeia. A formação dessas estruturas em anel é o resul- tado de uma reação geral entre álcoois e aldeídos ou ce- tonas para formar derivados chamados de hemiacetais ou hemicetais. Duas moléculas de um álcool podem ser adicionadas ao carbono do carbonil; o produto da primeira adição é um hemiacetal (quando adicionado a uma aldo- se) ou um hemicetal (quando adicionado a uma cetose). Se os grupos ¬OH e carbonil vierem da mesma molécula, o resultado será um anel com cinco ou seis membros. A adição de uma segunda molécula de álcool produz o acetal ou cetal completo (Figura 7-5), e a ligação formada é uma ligação glicosídica. Quando as duas moléculas reagentes forem monossacarídeos, o acetal ou cetal formado será um dissacarídeo. A reação com a primeira molécula de álcool cria um centro quiral adicional (o carbono do carbonil). Como o álcool pode ser adicionado de duas maneiras diferentes, atacando a “frente” ou as “costas” do carbono do carbonil, a reação pode produzir qualquer uma de duas configura- Espelho CH2OH Modelos em esfera e bastão CH2OH CHO CHO OH H H OH CHO HC CH2OH HO L-Gliceraldeído Fórmulas em perspectiva L-Gliceraldeído C CH2OH H CHO CHOCHO OHH C CH2OH D-Gliceraldeído OH D-Gliceraldeído C CH2OH H HO Fórmulas de projeção de Fischer FIGURA 72 Três maneiras para representar os dois enantiômeros do gliceraldeído. Os enantiômeros são imagens especulares um do outro. Modelos de esfera e bastão mostram a verdadeira configuração das molécu- las. Lembre-se de que, nas fórmulas em perspectiva, a extremidade larga da cunha sólida projeta-se para fora do plano do papel, em direção ao leitor; na cunha descontínua, ela se estende para trás (ver Figura 1-18). Nelson_6ed_07.indd 245Nelson_6ed_07.indd 245 07/04/14 14:3007/04/14 14:30 2 4 6 DAV I D L . N E L S O N & M I C H A E L M . COX ções estereoisoméricas, denominadas a e b. Por exemplo, a D-glicose ocorre em solução na forma de hemiacetal in- tramolecular no qual o grupo hidroxila livre do C-5 rea- giu com o C-1 do aldeído, gerando o carbono assimétrico e produzindo dois possíveis estereoisômeros, designados a e b (Figura 7-6). As formas isoméricas de monossaca- rídeos que diferem apenas na configuração do átomo de carbono hemiacetal ou hemicetal são chamadas de anô- meros, e o átomo de carbono da carbonila é chamado de carbono anomérico. (a) D-Aldoses Seis carbonos H C O OH CH2OH D-Alose C H C OH CH OH H C OH H HC CH2OH D-Talose H C OH C H HC HO HO HO OH C H C OH CH2OH D-Gulose H C OH C H H C OH HO OH C HO HC CH2OH D-Manose H C OHCH HC OH HO OH C H C OH CH2OH D-Glicose H C OH CH OH HCHO OH C HC CH2OH D-Idose H C OH C H H C OH HO HO OH C H C OH CH2OH D-Galactose H C OH C H HCHO HO OH C HC CH2OH D-Altrose H C OH CH OH H C OH HO O C H (b) D-Cetoses OHH O D-Ribulose CH2OH C CH2OH C OHH C OHH O D-Psicose CH2OH C CH2OH C OHH C OHH C HO H O D-Frutose CH2OH C CH2OH C OHH C OHH C H O D-Tagatose CH2OH C CH2OH C OHH C C H HO HO O D-Sorbose CH2OH C CH2OH C OH H C C H HO OH H Cinco carbonos Seis carbonos O D-Xilulose CH2OH C CH2OH C OH H CH HO Di-hidroxiacetona CH2OH C CH2OH O Três carbonos Quatro carbonos OHH O D-Eritrulose CH2OH C CH2OH C Três carbonos OH C H C OH CH2OH D-Ribose H C OH CH OH H C O OH CH2OH D-Gliceraldeído H C HC O CH2OH D-Treose C H C OH HO H H C O OH CH2OH D-Eritrose H C H C OH HO HC CH2OH D-Lixose H C OH C H HO OH C H C OH CH2OH D-Xilose H C OH C HHO OH C HC CH2OH D-Arabinose H C OH CH OH HO OH C Quatro carbonos Cinco carbonos FIGURA 73 Aldoses e cetoses. As séries de (a) D-aldoses e (b) D-cetoses têm de três a seis átomos de carbono, mostradas como fórmulas de proje- ção. Os átomos de carbono em vermelho são centros quirais. Em todos estes isômeros D, o carbono quiral mais distante do carbono do carbonil apresenta a mesma configuração do carbono quiral do D-gliceraldeído. Os açúcares com os nomes dentro de retângulos são os mais comuns na natureza; você os encontrará novamente neste capítulo e em capítulos posteriores. H C OH CH2OH C HO C CH CHO 6 1 2 3 4 5 H C OH CH2OH H C HO C OHH CH OH CHO 6 1 2 3 4 5 H C OH CH2OH H C HO C OHH C CHO 6 1 2 3 4 5 H OH HHO HHO D-Manose (epímero em C-2) D-Glicose D-Galactose (epímero em C-4) FIGURA 74 Epímeros. D-Glicose e dois de seus epímeros são mostrados como fórmulas de projeção. Cada epímero difere da D-glicose na configura- ção de um centro quiral (sombreado em cor salmão ou azul). Nelson_6ed_07.indd 246Nelson_6ed_07.indd 246 07/04/14 14:3007/04/14 14:30 P R I N C Í P I O S D E B I O Q U Í M I C A D E L E H N I N G E R 2 4 7 Os compostos com anéis de seis membros são chamados de piranoses, pois se assemelham ao composto em anel de seis membros pirano (Figura 7-7). Os nomes sistemáticos para as duas formas em anel da D-glicose são a-D-glicopira- nose e b-D-glicopiranose. As ceto-hexoses (como a frutose) também ocorrem como compostos cíclicos com formas ano- méricas a e b. Nesses compostos, o grupo da hidroxila em C-5 (ou C-6) reage com oimportância da suplementação da ferro para gestantes. Aponte a câmera para o código e acesse o link do conteúdo ou clique no código para acessar. https://www.sbp.com.br/fileadmin/user_upload/2017/03/Guia-Pratico-Diarreia-Aguda.pdf https://revista.acm.org.br/index.php/arquivos/article/view/321/238grupo da cetona em C-2, formando um anel furanose (ou piranose), contendo uma ligação hemice- tal (Figura 7-5). A D-frutose prontamente forma o anel fura- nose (Figura 7-7); o anômero mais comum desse açúcar, em formas combinadas ou em derivados, é a b-D-frutofuranose. As estruturas cíclicas dos açúcares são representadas mais corretamente pelas fórmulas em perspectiva de Haworth do que pelas projeções de Fisher comumente uti- lizadas para as estruturas de açúcares lineares. Nas proje- ções de Haworth, o anel de seis membros é inclinado para deixar seu plano quase perpendicular ao plano do papel, com as ligações mais próximas do leitor representadas por linhas mais grossas do que aquelas representando as liga- ções mais distantes, como na Figura 7-7. CONVENÇÃOCHAVE: Para converter uma fórmula de projeção de Fisher de qualquer D-hexose linear em uma fórmula em perspectiva de Haworth mostrando a estrutura cíclica da molécula, desenhe o anel de seis membros (cinco carbonos e um oxigênio, na direita superior), numere os átomos no sentido horário começando com o carbono anomérico, e, então, coloque os grupos hidroxila. H C OH CH2OH H C HO C OHH CH OH CHO 6 1 2 3 4 5 D-Glicose Projeção de Fisher a-D-Glicopiranose Perspectiva de Haworth 1 23 4 H OH HH H O OH H HO OH 5 CH2OH6 Se um grupo hidroxila estiver à direita na projeção de Fi- sher, ele é colocado apontando para baixo (ou seja, abaixo do plano do anel) na perspectiva de Haworth; se ele estiver à esquerda na projeção de Fisher, é colocado apontando para cima (ou seja, acima do plano) na perspectiva de Haworth. O grupo ¬CH2OH terminal projeta-se para cima no enan- tiômero D-, e para baixo no enantiômero L-. A hidroxila no carbono anomérico pode apontar para cima ou para baixo. Quando a hidroxila anomérica de uma D-hexose estiver no mesmo lado do anel que o C-6, a estrutura é, por definição, b; quando estiver do lado oposto do C-6, a estrutura é a. ■ PROBLEMA RESOLVIDO 71 Conversão de projeções de Fisher a fórmulas em perspectiva de Haworth Desenhe as fórmulas em perspectiva de Haworth para D- -manose e D-galactose. H C OH CH2OH C HO C CH CHO 6 1 2 3 4 5 H C OH CH2OH H C HO C OHH C CHO 6 1 2 3 4 5 H OH HHO HHO D-Mannose D-Galactose H C C OHH H 1 5 C CH2OH6 C4 OH CH2OH 6 C 5 HO H OH C H 3 H C 4 HO C 3 OH H H 2 OH C 1 5 CH2OH6 C4 O OH HO OH C H H C 3 H C H H 2 OH OH C 1 5 CH2OH6 C4 O HO OH C H H C 3 H C H H 2 OH OH H C O O C1 H 2 D-Glicose a-D-Glicopiranose b-D-Glicopiranose : FIGURA 76 Formação das duas formas cíclicas da D-glicose. A reação entre o grupo aldeído em C-1 e o grupo hidroxila em C-5 forma uma ligação hemiacetal, produzindo um dos dois estereoisômeros, os anômeros a e b, que diferem apenas na estereoquímica do carbono hemiacetal. Esta reação é reversível. A interconversão dos anômeros a e b é chamada de mutarrotação. R 3 CO HO1 Cetal R 1 C OR 4 R 1 H Aldeído Hemicetal R 2 HO C H OH R 1 OR 3 Hemiacetal OR 3 R 2 R 1 C O R 2 Álcool 1 HOH1 HOH1C OH R 1 OR 2 Cetona Álcool C H Acetal OR 3 OR 2 HO R 4R 2 R 1 HO R 4 HO R 3 HO R 3 FIGURA 75 Formação de hemiacetais e hemicetais. Um aldeído ou uma cetona podem reagir com um álcool em uma razão de 1:1 para gerar um hemiacetal ou um hemicetal, respectivamente, criando um novo cen- tro quiral no carbono da carbonila. A substituição de uma segunda molé- cula de álcool produz um acetal ou um cetal. Quando o segundo álcool é parte de outra molécula de açúcar, a ligação produzida é uma ligação glicosídica (p. 252). Nelson_6ed_07.indd 247Nelson_6ed_07.indd 247 07/04/14 14:3007/04/14 14:30 2 4 8 DAV I D L . N E L S O N & M I C H A E L M . COX Solução: As piranoses são anéis de seis membros, então co- mece com estruturas de Haworth de seis membros com o átomo de oxigênio no topo à direita. Numere os átomos de carbono no sentido horário, começando com o carbono da aldose. Para a manose, coloque os grupos hidroxila nos C-2, C-3 e C-4 para cima, para cima e para baixo do anel, respectivamente (pois na projeção de Fisher elas estão no lado esquerdo, esquerdo e direito da estrutura da mano- se). Para a D-galactose, os grupos hidroxila estão orienta- dos para baixo, para cima e para cima em C-2, C-3 e C-4, respectivamente. A hidroxila em C-1 pode estar para cima ou para baixo; existem duas configurações possíveis, a e b, para este carbono. PROBLEMA RESOLVIDO 72 Desenhando fórmulas em perspectiva de Haworth para isômeros de açúcar Desenhe as fórmulas em perspectiva de Haworth para a-D- -manose e b-L-galactose. Solução: A fórmula em perspectiva de Haworth para a D-ma- nose do Problema Resolvido 7-1 pode ter o grupo hidroxi- la em C-1 apontando para cima ou para baixo. De acordo com a convenção-chave, para a forma a, a hidroxila em C-1 aponta para baixo quando C-6 está para cima, como é o caso na D-manose. Para a b-L-galactose, use a representação de Fisher da D-galactose (ver Problema Resolvido 7-1) para desenhar a correta representação de Fisher da L-galactose, que é a sua imagem especular: os grupos hidroxila em C-2, C-3, C-4 e C-5 estão à esquerda, direita, direita e esquerda, respectivamen- te. Agora, desenhe a perspectiva de Haworth, um anel de seis membros no qual os grupos ¬OH em C-2, C-3 e C-4 estão orientados para cima, para baixo e para baixo, respectiva- mente, pois na representação de Fisher eles estão à esquer- da, direita e direita. Como essa é a forma b, o ¬OH no car- bono anomérico aponta para baixo (mesmo lado que C-5). Os anômeros a e b da D-glicose se interconvertem em solução aquosa por um processo chamado de mutarrota- ção, no qual uma forma em anel (por exemplo, o anômero a) se abre brevemente na forma linear, e então se fecha novamente produzindo o anômero b (Figura 7-6). Portanto, uma solução de a-D-glicose e uma solução de b-D-glicose formarão, ao final, misturas de equilíbrio idênticas, as quais têm propriedades ópticas idênticas. Essa mistura consiste em aproximadamente um terço de a-D-glicose, dois terços de b-D-glicose e quantidades muito pequenas das formas linear e em anel de cinco membros (glicofuranose). Fórmulas em perspectiva de Haworth, como aquelas da Figura 7-7, são comumente utilizadas para mostrar a este- reoquímica das formas em anel de monossacarídeos. Po- rém, o anel de seis membros piranose não é planar, como a perspectiva de Haworth sugere, mas tende a assumir uma de duas conformações em “cadeira” (Figura 7-8). Relem- bre do Capítulo 1 (p. 18-19), em que duas conformações de uma molécula são interconversíveis sem quebra de li- gações covalentes, enquanto duas configurações podem ser interconvertidas somente com a quebra de uma ligação covalente. Para interconverter as configurações a e b, a li- gação envolvendo o átomo de oxigênio do anel precisa ser rompida, mas a interconversão de duas formas em cadei- ra (que são confôrmeros) não requer quebra de ligações e não altera as configurações de nenhum dos carbonos do anel. As estruturas tridimensionais específicas de unidades de monossacarídeos são importantes para a determinação das propriedades biológicas e das funções de alguns polis- sacarídeos, como será visto. Os organismos contêm diversos derivados de hexose Além das hexoses simples, como glicose, galactose e mano- se, existe uma variedade de derivados de açúcar nos quais o grupo hidroxila do composto parental é substituído por outro grupamento ou um átomo de carbono é oxidado a um grupo carboxil (Figura 7-9). Em glicosamina, galactosa- mina e manosamina, a hidroxila no C-2 do composto pa- rental está substituído por um grupo amino. Normalmente, o grupo amino está condensado ao ácido acético, como na N-acetilglicosamina. Esse derivado da glicosamina compõe muitos polímeros estruturais, incluindo aqueles da parede celular de bactérias. A substituição de um hidrogênio por um grupo hidroxilano C-6 da L-galactose ou L-manose ori- gina L-fucose ou L-ramnose, respectivamente. A L-fucose é encontrada nos oligossacarídeos complexos que compõem glicoproteínas e glicolipídeos; a L-ramnose é encontrada em polissacarídeos vegetais. 25 3 1 4 6 HOCH2 HO O CH2OH OH H a-D-Frutofuranose H OH H HOCH2 HO O CH2OH OH H b-D-Frutofuranose H OH H b-D-Glicopiranose H OH H H H CH2OH O OH H HO OH a-D-Glicopiranose 1 23 4 H OH HH H O OH H HO OH 5 CH2OH6 H2C CH HC O CH Pirano HC HC O CH C H Furano C H FIGURA 77 Piranoses e furanoses. As formas piranose da D-glicose e as formas furanose da D-frutose estão mostradas aqui como fórmulas em perspectiva de Haworth. Os limites do anel mais próximos ao leitor são re- presentados por linhas mais grossas. Os grupos hidroxila abaixo do plano do anel nestas perspectivas de Haworth apareceriam à direita em uma projeção de Fischer (compare com a Figura 7-6). Pirano e furano estão mostrados para comparações. Nelson_6ed_07.indd 248Nelson_6ed_07.indd 248 07/04/14 14:3007/04/14 14:30 P R I N C Í P I O S D E B I O Q U Í M I C A D E L E H N I N G E R 2 4 9 H CH2OH CH2OH OH CH2OH O O HO OH HOH H HO H H H H OH H H OH OH Eixo Eixo Duas possíveis formas em cadeira da b-D-glicopiranose (a) H H HO OH H HO H H H OH (b) O Eixo a-D-Glicopiranose FIGURA 78 Fórmulas conformacionais de piranoses. (a) Duas formas em cadeira do anel piranose da b-glicopiranose. Dois confôrmeros como estes não são prontamente interconversíveis; um aporte de cerca de 46 kJ de energia por mol de açúcar é necessário para forçar a interconversão das formas em cadeira. Outra conformação, o “barco” (não mostrada), é vista ape- nas em derivados com substituintes muito grandes. (b) A conformação em cadeira preferencial da a-D-glicopiranose. CH2OH H O HO NH C PO3 Ácido N-acetilmurâmico R H OH H H H CH2 HOH HO D-Glicono-d-lactona OH H OH H H CH2OH H O HO NH2 b-D-Manosamina H OH H H H CH2OH H O OH HO OH H OH H H H H2N H O OH H OH H H H O CH3 b-D-Glicose Ácido murâmico CH2OH H O OH HO NH C H OH H H H O CH3 R Família da glicose H OH HO a-L-Ramnose OH H OH H H O C O O C HOH HO b-D-Glicuronato OH H OH H H H O O2 CH2OH CH2OH H Ácido N-acetilneuramínico (ácido siálico) OH H OO b-D-Glicosamina CH2OH H O OH HO NH2 H OH H H H b-D-Galactosamina CH2OH H O OH HO CH3 H OH HH H CH2OH HO R O2 O O H H HO b-D-Glicose-6-fosfato OH H OH H OH H O NH2 HOH HO b-L-Fucose OH H OH H H H O CH3 H Aminoaçúcares Açúcares ácidos Desoxiaçúcares O OH CH2OH H HO D-Gliconato OH H H H C OH H HN CH3 C O R HH 22 N-Acetil-b-D-glicosamina 5 C OH H H OH C O2 COO C HO CH3 2 R5 FIGURA 79 Alguns derivados de hexose importantes na biologia. Nos aminoaçúcares, um grupo 2NH2 substitui um dos grupos 2OH na he- xose parental. A substituição de 2H por 2OH origina um desoxiaçúcar; ob- serve que os desoxiaçúcares mostrados aqui ocorrem como isômeros L na natureza. Os açúcares ácidos contêm um grupo carboxilato, o que confere carga negativa em pH neutro. D-Glicono-d-lactona é o resultado da formação de uma ligação éster entre o grupo carboxilato em C-1 e o grupo hidroxila em C-5 (também conhecido como o carbono d do D-gliconato). Nelson_6ed_07.indd 249Nelson_6ed_07.indd 249 07/04/14 14:3007/04/14 14:30 2 5 0 DAV I D L . N E L S O N & M I C H A E L M . COX A oxidação do carbono do carbonil (aldeído) a carbo- xil na glicose produz ácido glicônico, utilizado na medicina como um contraíon inócuo para a administração de fárma- cos positivamente carregados (tais como o quinino) ou íons (tais como o Ca21). Outras aldoses originarão outros ácidos aldônicos. A oxidação do carbono na outra extremidade da cadeia carbônica – C-6 da glicose, galactose ou manose – forma o ácido urônico correspondente: ácidos glicurôni- co, galacturônico ou manurônico. Tanto os ácidos aldônicos como os urônicos formam ésteres intramoleculares estáveis chamados de lactonas (Figura 7-9, embaixo à esquerda). Os ácidos siálicos constituem uma família de açúcares com o mesmo esqueleto de nove carbonos. Um deles, o ácido N-acetilneuramínico (frequentemente chamado apenas de “ácido siálico”), é um derivado da N-acetilmanosamina, que ocorre em muitas glicoproteínas e glicolipídeos animais. Os grupos ácidos carboxílicos dos derivados de açúcar ácidos estão ionizados em pH 7, e esses compostos são, portanto, corretamente nomeados como carboxilatos – glicuronato, galacturonato, e assim por diante. Muito frequentemente durante a síntese e o metabolis- mo de carboidratos, os intermediários não são os próprios açúcares, mas os seus derivados fosforilados. A condensa- ção do ácido fosfórico com um dos grupos hidroxila de um açúcar forma um éster de fosfato, como na glicose-6-fosfato (Figura 7-9), o primeiro metabólito da rota por meio da qual a maioria dos organismos oxida a glicose para energia. Os açúcares fosforilados são relativamente estáveis em pH neutro e têm carga negativa. Um dos efeitos da fosforilação intracelular de açúcares é o confinamento do açúcar den- tro da célula; a maioria das células não tem transportadores para açúcares fosforilados na membrana plasmática. A fos- A glicose é o principal combustível para o cérebro. Quan- do a quantidade de glicose que chega até o cérebro é muito baixa, as consequências podem ser desastrosas: letargia, coma, dano cerebral permanente e morte (ver Figura 23-24). Com a evolução, os animais desenvolve- ram mecanismos hormonais complexos para garantir que a concentração de glicose no sangue permaneça alta o suficiente (aproximadamente 5 mM) para satisfazer as necessidades cerebrais, mas não alta demais, já que ní- veis elevados de glicose no sangue também podem ter consequências fisiológicas sérias. Os indivíduos com diabetes melito dependente de insulina não produzem insulina suficiente, o hormônio que normalmente atua para a redução da concentração de glicose no sangue, e, se o diabetes não for tratado, os níveis de glicose sanguínea nesses indivíduos podem elevar-se, ficando algumas vezes maiores do que o nor- mal. Acredita-se que esses altos níveis de glicose sejam pelo menos uma das causas das sérias consequências de longo prazo no diabetes não tratado – insuficiência renal, doenças cardiovasculares, cegueira e cicatrização debili- tada –, de modo que um dos objetivos da terapia é pro- ver exatamente a quantidade de insulina suficiente (por injeção) para manter os níveis de glicose próximos do normal. Para manter o balanço correto entre exercício, dieta e insulina para cada indivíduo, a concentração de glicose sanguínea deve ser dosada algumas vezes ao dia, e a quantidade de insulina injetada deve ser ajustada de modo apropriado. As concentrações de glicose no sangue e na urina podem ser determinadas por meio de um ensaio simples para açúcares redutores, como a reação de Fehling, que por muitos anos foi o teste diagnóstico padrão para dia- betes. Dosagens modernas precisam de apenas uma gota de sangue, que é adicionada a uma fita de teste contendo a enzima glicose-oxidase, que catalisa a seguinte reação: D-Glicose 1 O2 glicose-oxidase D-Glicono-d-lactona 1 H2O2 Uma segunda enzima, uma peroxidase, catalisa a reação do H2O2 com um composto incolor gerando um produ- to colorido, quantificado com um fotômetro simples que mostra a concentração de glicose no sangue. Como os níveis de glicose sanguínea variam com os períodos de refeição e exercício, essas dosagens em momentos específicos não refletem a glicose sanguínea média ao longo de horas ou dias, de modo que eleva- ções perigosas podem passar despercebidas. A concen- tração de média glicose pode ser estimada pelo seu efei- to na hemoglobina, a proteína carreadora de oxigênio dos eritrócitos (p. 163). Transportadores na membrana dos eritrócitos equilibram a concentraçãode glicose intracelular e plasmática, de modo que a hemoglobina está constantemente exposta à concentração de glicose presente no sangue, qualquer que seja essa concentra- ção. Uma reação não enzimática ocorre entre a glicose e os grupos amino primários da hemoglobina (tanto a Val aminoterminal quanto os grupos amino « dos resí- duos de Lys; Figura Q-1). A velocidade desse processo é proporcional à concentração de glicose; por isso, essa reação pode ser usada como base para a estimativa do nível médio de glicose sanguínea ao longo de semanas. A quantidade de hemoglobina glicada (HbG) circulante em qualquer momento reflete a concentração de glico- se sanguínea média durante o “período de vida” do eri- trócito (cerca de 120 dias), embora a concentração das últimas duas semanas seja a mais importante na deter- minação do nível de HbG. A extensão de glicação da hemoglobina (chama- da assim para distingui-la da glicosilação, a transferência enzimática de glicose a uma proteína) é medida clini- camente pela extração da hemoglobina de uma pequena amostra de sangue seguida pela separação eletroforéti- ca de HbG e hemoglobina não modificada, aproveitando a diferença de carga resultante da modificação do(s) grupo(s) amino. Valores de HbG normais são cerca de 5% da hemoglobina total (correspondendo à glicose san- QUADRO 71 MEDICINA Dosagem de glicose sanguínea no diagnóstico e no tratamento do diabetes Nelson_6ed_07.indd 250Nelson_6ed_07.indd 250 07/04/14 14:3007/04/14 14:30 P R I N C Í P I O S D E B I O Q U Í M I C A D E L E H N I N G E R 2 5 1 forilação também ativa açúcares para subsequente transfor- mação química. Alguns derivados de açúcares fosforilados importantes são componentes dos nucleotídeos (discutido no próximo capítulo). Os monossacarídeos são agentes redutores Os monossacarídeos podem ser oxidados por agentes oxidantes relativamente suaves, como o íon cúprico (Cu21). O carbono do carbonil é oxidado a um grupo carbo- xil. A glicose e outros açúcares capazes de reduzir o íon cú- prico são chamados de açúcares redutores. O íon cúprico oxida a glicose e certos outros açúcares a uma complexa mistura de ácidos carboxílicos. Essa é a base da reação de Fehling, teste semiquantitativo para a presença de açúcar redutor, que por muitos anos foi utilizado para detectar e dosar níveis elevados de glicose em pessoas com diabetes melito. Hoje, utilizam-se métodos mais sensíveis, que envol- vem uma enzima imobilizada em uma tira de teste e reque- rem apenas uma única gota de sangue (Quadro 7-1). ■ Os dissacarídeos contêm uma ligação glicosídica Os dissacarídeos (como maltose, lactose e sacarose) consis- tem em dois monossacarídeos unidos covalentemente por uma ligação O-glicosídica, a qual é formada quando um grupo hidroxila de uma molécula de açúcar, normalmente cíclica, reage com o carbono anomérico de outro (Figura 7-10). Essa reação representa a formação de um acetal a partir de um hemiacetal (como a glicopiranose) e um álcool (um grupo hidroxila da segunda molécula de açúcar) (Figu- ra 7-5), e o composto resultante é chamado de glicosídeo. guínea igual a 120 mg/100 mL). Em pessoas com diabe- tes não tratado, entretanto, esse valor pode ser tão alto quanto 13%, indicando um nível de glicose sanguínea médio de cerca de 300 mg/100 mL, ou seja, perigosamen- te alto. Um dos critérios para o sucesso em um programa individual de terapia com insulina (quando começar, fre- quência e quantidade de insulina injetada) é a manuten- ção dos valores de HbG em cerca de 7%. Na reação de glicação da hemoglobina, a primeira eta- pa (formação de uma base de Schiff) é seguida por uma série de rearranjos, oxidações e desidratações da porção de carboidrato, produzindo uma mistura heterogênea de AGE (produtos finais de glicação avançada; do inglês, advanced glycation end products). Esses produtos podem deixar o eritrócito e formar ligações cruzadas co- valentes entre as proteínas, interferindo com a função normal delas (Figura Q-1). O acúmulo de concentrações relativamente altas de AGE em pessoas com diabetes pode causar, pela ligação cruzada de proteínas críticas, problemas aos rins, à retina e ao sistema cardiovascular, sintomas que caracterizam a doença. Esse processo pato- gênico é um potencial alvo para a ação de fármacos. HOCH2 H OH H H OH OH Glicose Hemoglobina H HO C5O 1 H2N2R ➊ HOCH2 H OH H H OH OH Base de Schiff H HO C5N2R HOCH2 H OH H H OH H OH HO C2N2R H H ➌ ➍ ➎ Cetoamina Hemoglobina glicada (HbG) Ligação cruzada de proteínas Dano aos rins, à retina, ao sistema cardiovascular AGEs ? ? ? HOCH2 H OH H H OH H O HO CH22N2R HOCH2 HO O HO H H OH H H CH22N2R 2a 2b FIGURA Q1 A reação não enzimática da gli- cose com um grupo amino primário na hemo- globina começa com ➊ a formação de uma base de Schiff, a qual ➋ sofre um rearranjo para gerar um produto estável; ➌ esta cetoa- mina depois se converte em sua forma cíclica, originando HbG. ➍ Reações seguintes geram produtos finais de glicação avançada (AGE), como «-N-carboximetil-lisina e metilglioxal, compostos que ➎ danificam outras proteínas ao ligá-las de modo cruzado, causando altera- ções patológicas. Nelson_6ed_07.indd 251Nelson_6ed_07.indd 251 07/04/14 14:3007/04/14 14:30 2 5 2 DAV I D L . N E L S O N & M I C H A E L M . COX Ligações glicosídicas são prontamente hidrolisadas por áci- do, mas resistem à clivagem por base. Assim, os dissacarí- deos podem ser hidrolisados para originar seus componen- tes monossacarídicos livres por fervura em ácido diluído. Ligações N-glicosídicas unem o carbono anomérico de um açúcar a um átomo de nitrogênio em glicoproteínas (ver Figura 7-30) e nucleotídeos (ver Figura 8-1). A oxidação de um açúcar pelo íon cúprico (a reação que define um açúcar redutor) ocorre apenas com a for- ma linear, a qual existe em equilíbrio com a(s) forma(s) cíclica(s). Quando o carbono anomérico está envolvido em uma ligação glicosídica (ou seja, quando o composto for um acetal ou cetal completo; ver Figura 7-5), a fácil inter- conversão entre as formas lineares e cíclicas mostrada na Figura 7-6 é impedida. Como o carbono do carbonil pode ser oxidado somente quando o açúcar estiver em sua for- ma linear, a formação de uma ligação glicosídica gera um açúcar não redutor. Na descrição de dissacarídeos ou polis- sacarídeos, a extremidade de uma cadeia com um carbono anomérico livre (não envolvido em ligação glicosídica) nor- malmente é chamada de extremidade redutora. O dissacarídeo maltose (Figura 7-10) contém dois resí- duos de D-glicose unidos por uma ligação glicosídica entre o C-1 (o carbono anomérico) de um resíduo de glicose e o C-4 do outro. Como o dissacarídeo conserva um carbono anomérico livre (o C-1 do resíduo de glicose à direita na Fi- gura 7-10), a maltose é um açúcar redutor. A configuração do átomo de carbono anomérico na ligação glicosídica é a. O resíduo de glicose com o carbono anomérico livre pode existir nas formas piranose a ou b. CONVENÇÃOCHAVE: Para nomear dissacarídeos redutores como a maltose de forma não ambígua e, especialmente, para nomear oligossacarídeos mais complexos, algumas re- gras devem ser seguidas. Por convenção, o nome descreve o composto escrito com a extremidade não redutora à es- querda, e é possível “construir” o nome na seguinte ordem: (1) Dar a configuração (a ou b) do carbono anomérico que une a primeira unidade de monossacarídeo (à esquerda) com a segunda. (2) Identificar o resíduo não redutor; para distinguir entre estruturas em anel de cinco e seis mem- bros, inserir “furano” ou “pirano” no nome. (3) Indicar en- tre parênteses os dois átomos de carbono unidos pela li- gação glicosídica, usando uma seta para conectar os dois números; por exemplo, (1S4) mostra que o C-1 do resíduo de açúcar nomeado primeiramente está unido ao C-4 do segundo. (4) Identificar o segundo resíduo. Se houver um terceiro resíduo, descrever a segunda ligaçãoglicosídica se- guindo as mesmas convenções. (Para encurtar a descrição de polissacarídeos complexos, abreviações de três letras ou símbolos coloridos para os monossacarídeos frequen- temente são utilizados, como apresentado na Tabela 7-1.) Seguindo essa convenção para a nomenclatura de oligossa- carídeos, a maltose é a-D-glicopiranosil-(1S4)-D-glicopira- nose. Como em sua maioria os açúcares encontrados neste livro são os enantiômeros D e a forma piranose das hexoses é predominante, geralmente se utiliza uma versão abrevia- da do nome formal desses compostos, dando a configuração do carbono anomérico e nomeando os carbonos unidos pela ligação glicosídica. Nesta nomenclatura abreviada, a malto- se é Glc(a1S4)Glc. ■ O dissacarídeo lactose (Figura 7-11), que produz D-galactose e D-glicose quando hidrolisado, ocorre natural- mente no leite. O carbono anomérico do resíduo de glicose está disponível para oxidação e, portanto, a lactose é um dissacarídeo redutor. Seu nome abreviado é Gal(b1S4)Glc. A sacarose (açúcar de mesa) é um dissacarídeo de glico- H OH OH H H H 1 CH2OH O H OH Álcool H2O Maltose a-D-glicopiranosil-(1S4)-D-glicopiranose H OH OH H H H CH2OH O H OHHO a-D-Glicose Condensação Acetal Hidrólise H2O 3 5 6 4 1 2 H OH OH H CH2OH O H OH HO 3 5 6 4 1 2 H OH OH H H CH2OH O H H H H O b-D-Glicose Hemiacetal Hemiacetal O H FIGURA 710 Formação da maltose. Um dissacarídeo é formado a par- tir de dois monossacarídeos (aqui, duas moléculas de D-glicose) quando um ¬OH (álcool) de uma molécula (à direita) se condensa com o hemiacetal in- tramolecular da outra (à esquerda), com a eliminação de H2O e a formação de uma ligação glicosídica. O inverso desta reação é uma hidrólise – ataque da ligação glicosídica pela água. A molécula de maltose, mostrada aqui, conser- va um hemiacetal redutor no C-1 não envolvido na ligação glicosídica. Como a mutarrotação interconverte as formas a e b do hemiacetal, as ligações nes- ta posição algumas vezes são representadas por linhas onduladas, conforme mostrado aqui, para indicar que a estrutura pode ser tanto a quanto b. TABELA 71 Símbolos e abreviações para monossacarídeos comuns e alguns de seus derivados Abequose Abe Ácido glicurônico GLcA Arabinose Ara Galactosamina GalN Frutose Fru Glicosamina GlcN Fucose Fuc N-Acetilgalactosamina GalNAc Galactose Gal N-Acetilglicosamina GlcNAc Glicose Glc Ácido idurônico IdoA Manose Man Ácido murâmico Mur Ramnose Ram Ácido N-acetilmurâmico Mur2Ac Ribose Rib Ácido N-acetilneuramínico (um ácido siálico) Neu5Ac Xilose Xil Nota: Na convenção comumente utilizada, as hexoses são representadas como círculos, N-acetil-hexosaminas são quadrados e hexosaminas são quadrados divi- didos na diagonal. Todos os açúcares com a configuração “glico” são azuis, aque- les com a configuração “galacto” são amarelos e os açúcares “mano” são verdes. Outros substituintes podem ser adicionados conforme a necessidade: sulfato (S), fosfato (P), O-acetil (OAc) ou O-metil (OMe). Nelson_6ed_07.indd 252Nelson_6ed_07.indd 252 07/04/14 14:3007/04/14 14:30 P R I N C Í P I O S D E B I O Q U Í M I C A D E L E H N I N G E R 2 5 3 se e frutose, sintetizado por plantas, mas não por animais. Ao contrário de maltose e lactose, a sacarose não contém um átomo de carbono anomérico livre; os carbonos ano- méricos de ambas as unidades monossacarídicas estão en- volvidos na ligação glicosídica (Figura 7-11). A sacarose é, assim, um açúcar não redutor, e sua estabilidade frente à oxidação a torna uma molécula adequada para o armaze- namento e o transporte de energia em plantas. Na nomen- clatura abreviada, uma seta com duas pontas conecta os símbolos que especificam os carbonos anoméricos e suas configurações. Por exemplo, o nome abreviado da sacarose é ou Glc(a142b)Fru ou Fru(b241a)Glc. A sacarose é o principal produto intermediário da fotossíntese; em mui- tas plantas, ela é a principal maneira de transportar o açú- car das folhas para as outras partes do corpo da planta. A trealose, Glc(a141a)Glc (Figura 7-11) – dissacarídeo de D-glicose que, como a sacarose, é um açúcar não redutor –, é um constituinte importante do fluido circulante (hemolin- fa) de insetos, servindo como composto de armazenamento de energia. A lactose dá ao leite o seu sabor adocicado, e a sacarose, obviamente, é o açúcar de mesa. A trealose tam- bém é comercialmente utilizada como adoçante. O Quadro 7-2 explica a detecção do sabor doce pelos humanos e o modo de ação dos adoçantes artificiais, como o aspartame. RESUMO 7.1 Monossacarídeos e dissacarídeos c Os açúcares (também chamados de sacarídeos) são compostos que contêm um grupo aldeído ou cetona e dois ou mais grupos hidroxila. c Os monossacarídeos geralmente contêm alguns car- bonos quirais e, assim, existem em várias formas es- tereoquímicas, as quais podem ser representadas no papel como projeções de Fischer. Epímeros são açúca- res que diferem na configuração de apenas um átomo de carbono. c Os monossacarídeos comumente formam hemiacetais ou hemicetais internos, nos quais o grupo aldeído ou ce- tona se une a um grupo hidroxila da mesma molécula, criando uma estrutura cíclica; isso pode ser represen- tado como uma fórmula em perspectiva de Haworth. O átomo de carbono originalmente localizado no grupo al- deído ou cetona (o carbono anomérico) pode assumir uma de duas configurações, a e b, interconversíveis por mutarrotação. Na forma linear do monossacarídeo, em equilíbrio com as formas cíclicas, o carbono anomérico é facilmente oxidável, tornando o composto um açúcar redutor. c Um grupo hidroxila de um monossacarídeo pode ser adicionado ao carbono anomérico de um segundo mo- nossacarídeo, formando um acetal chamado de glicosí- deo. Nesse dissacarídeo, a ligação glicosídica protege o carbono anomérico de oxidação, tornando-o um açúcar não redutor. c Oligossacarídeos são polímeros curtos, com alguns mo- nossacarídeos unidos por ligações glicosídicas. Em uma das extremidades da cadeia, a extremidade redutora, está uma unidade de monossacarídeo com seu carbono anomérico não envolvido em uma ligação glicosídica. c A nomenclatura comum para di ou oligossacarídeos es- pecifica a ordem das unidades de monossacarídeos, a configuração de cada carbono anomérico e os átomos de carbono participantes da(s) ligação(ões) glicosídica(s). 7.2 Polissacarídeos A maioria dos carboidratos encontrados na natureza ocorre como polissacarídeos, polímeros de média a alta massa mo- lecular (Mr .20.000). Os polissacarídeos, também chama- dos de glicanos, diferem uns dos outros na identidade das unidades de monossacarídeos repetidas, no comprimento das cadeias, nos tipos de ligações unindo as unidades e no grau de ramificação. Os homopolissacarídeos contêm somente uma única espécie monomérica; os heteropolis- sacarídeos contêm dois ou mais tipos diferentes (Figu- ra 7-12). Alguns homopolissacarídeos, como o amido e o glicogênio, servem como formas de armazenamento para monossacarídeos utilizados como combustíveis. Outros ho- mopolissacarídeos, como a celulose e a quitina, atuam como elementos estruturais em paredes celulares de plantas e em exoesqueletos de animais. Os heteropolissacarídeos Sacarose b-D-frutofuranosil a-D-glicopiranosídeo 4 5a 1 2 H HOCH2 H HO HO 3 5 6 4 1 2 H OH OH H H CH2OH O H H O 6 b Trealose a-D-glicopiranosil a-D-glicopiranosídeo 3 5 a 41 2 H OH OH H O H OH HO 3 5 6 4 1 2 H OH OH H H CH2OH O H H HH O 6a O OH H CH2OH 3 Glc(a141a)Glc Lactose (forma b) b-D-galactopiranosil-(1S4)-b-D-glicopiranose Gal(b1S4)Glc 3 5 b 4 1 2 H OH OH H CH2OH O H OHHO 3 5 6 4 1 2 H OH OH H H CH2OH O H H H H O 6 b HOCH2 Glc(a142b)FruFru(2b4a1)Glc FIGURA 711 Dois dissacarídeos comuns. Como a maltose da Figura 7-10, estes dissacarídeos estão representados como perspectivas de Ha- worth. O nome comum, o nome sistemático completo