BIOQÍMICA BÁSICA 2015.2

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AMINOÁCIDOS E PROTEÍNAS
1. INTRODUÇÃO
As proteínas são as moléculas mais diversificadas quanto à forma e função. Desempenham tanto funções estruturais quanto dinâmicas. Formam os componentes do esqueleto celular (citoesqueleto) e de estruturas de sustentação como o colágeno e elastina; participam de grande quantidade de processos biológicos, uma vez que, como enzimas catalisam milhares de reações químicas que ocorrem nos organismo; transportam moléculas no organismo, a exemplo do oxigênio (hemoglobina e mioglobina); contribuem no mecanismo de defesa do organismo (imunoglobulinas); atuam no controle global do metabolismo através das proteínas com função hormonal (insulina); realizam o processo de contração muscular (actina e miosina) e a regulação de atividades de genes, visto que se ligam ao DNA em sítios específicos e alteram a sua expressão.
Apesar de apresentarem estruturas e funções diversas, as proteínas são formadas por apenas 20 monômeros denominados de aminoácidos. Os aminoácidos comuns são conhecidos como α-aminoácidos, porque possuem grupo amino primário (–NH2), um grupo carboxílico (–COOH), um átomo de hidrogênio e uma cadeia lateral variável, denominada de grupo R, ligados a um átomo de carbono assimétrico ou quiral (figura 1).
As únicas excessões a essa regra são a glicina que não apresenta carbono quiral, visto que, possui dois átomos de hidrogénio ligado ao carbono alfa; e a prolina que possui um grupo imino (amina secundária), no lugar do grupo amino.
 Figura 1: Estrutura Química Geral dos Aminoácidos
Mais de 400 aminoácidos já foram identificados na natureza, no entanto, apenas 20 destes são considerados proteícos, pois apenas esses são reconhecidos pelo código genético das células. Os outros aminoácidos são considerados não proteícos, por não participarem da formação das proteínas. 
Os aminoácido não protéicos podem surgir durante os processos bioquímicos e podem ser metabólitos importantes para a manutenção da homeostasia celular. Alguns aminoácidos não proteícos são nocivos ao organismo humano, ocasionando envenenamento ou reações alucinógenas.
1.1 CLASSIFICAÇÃO dos aminoácidos
Existem várias formas de classificar os aminoácidos, e o tipo de classificação depende, obviamente, do critério utilizado.
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Classificaçao dos aminoácidos de acordo com a síntese endógena: de acordo como a síntese endógena, os aminoácidos podem ser classificados em: Aminoácidos Essenciais e Aminoácidos Não-essenciais.
Os aminoácidos essenciais são aqueles aminoácidos que não são produzidos pelo organismo e, portanto devem ser ingerido (obtidos) através da dieta. São representados pela: leucina, isoleucina, valina, triptofano, metionina, fenilalanina, treonina, lisina e arginina (a histidina é um aminoácido essencial na infância - até 12 anos).
Os aminoácidos essenciais contribuem consideravelmente para o aumento da resistência física, pois durante as atividades de longa duração são utilizados pelos músculos para fornecimento de energia.
Os aminoácidos não-essenciais são aqueles aminoácidos que são produzidos pelo organismo e são representados pela: alanina, ácido aspártico, aspargina, ácido glutâmico, cistina, cisteína, glicina, glutamina, hidroxiprolina, prolina, serina e tirosina.
 Tabela 1. Aminoácidos esseciais e não-essenciais
	AMINOÁCIDOS NÃO-ESSENCIAIS
	AMINOÁCIDOS ESSENCIAIS
	Alanina
	Arginina
	Ácido aspártico
	Fenilalanina 
	Asparagina
	Isoleucina 
	Ácido glutâmico
	Leucina
	Cistina
	Lisina
	Cisteína
	Metionina
	Glicina
	Treonina 
	Glutamina
	Triptofano
	Hidroxiprolina
	Valina
	Prolina
	Histidina*
	Serina
	
	Tirosina
	
Fontes de proteínas completas são aquelas que contêm todos os aminoácidos essenciais em quantidades e proporções ideais para atender às necessidades orgânicas. Destre essas fontes estão os ovos, o leite, a carne vermelha, o peixe e as aves. 
Os alimentos de alta qualidade protéica são essencialmente de origem animal, enquanto a maioria das proteínas vegetais (lentilhas, feijões, ervilhas, soja, etc) é incompleta em termos de conteúdo protéico. Convém salientar que todos os aminoácidos essenciais podem ser obtidos diversificando o consumo de alimentos vegetais, cada um dos quais com uma qualidade e quantidade diferentes de aminoácidos.
Na realidade, todos os aminoácidos nutricionalmente essenciais devem estar disponíveis no local da síntese de proteína antes que qualquer um deles possa atuar. Isso significa que a cada refeição ingerida deve conter todos esses aminoácidos essenciais em quantidade suficiente para efetuar a síntese de proteína.
Classificação dos aminoácidos de acordo com as características da cadeia lateral. Uma das formas mais utilizadas para classificação dos aminoácidos se baseia na característica química das cadeias laterais (grupo R). De acordo com a palaridade da cadeia lateral os aminoácidos são divididos em dois grandes grupos: Aminoácidos apolares (grupo R hidrofóbico( não interegem (mistura) bem com a água) e aminoácidos polares (gripo R hidrofílico( tem afinidade (mistura) com a água). 
Os aminoácidos apolares têm grupos R constituídos por cadeias orgânicas com caráter de hidrocarboneto, que não interagem com a água. Esses aminoácidos têm, geralmente, uma localização interna na molécula de proteína, uma vez que, internamente eles estão protegidos da água.
Os aminoácidos polares possuem cadeias lateriais com grupos que apresentam carga elétrica líquida ou residual, que os capacitam a interagir com a água. São geralmente encontrados na superfície da molécula protéica. Estes aminoácidos são subdivididos em três categorias, de acordo com a carga apresentada pelo grupo R em soluções neutras. Aminoácidos básicos, se a carga for positiva; aminoácidos ácidos, se a carga for negativa; e aminoácidos polares sem carga, se a cadeia lateral não apresentar carga líquida. (figura 2).
Figura 2: Estrutura e Classificação dos Aminoácidos Protéicos
1.2 IONIZAÇÃO DOS AMINOÁCIDOS
Os grupos amino e carboxílico dos aminoácidos ionizam-se em pH fisiológico (~7,4), originando um grupo amino protonado e um grupo carboxílico desprotonado (carboxilato). Por isso, dizemos que os aminoácidos são anfóteros, pois podem agir como uma base ou um ácido. As moléculas que carregam grupos de polaridades opostas, como os aminoácidos, são conhecidos como zwitterions ou íons dipolares.
Quando um aminoácido é titulado, sua curva de titulação indica a reação de cada grupo funcional com o íon hidrogênio (H+) presente no meio (figura 3). Em soluções muito ácidas, os dois grupos apresentam-se protonados (a: forma catiônica); em pH muito alcalino, ambos apresentam-se desprotonados (c: forma aniônica); e em soluções próximas da neutralidade ou na forma cristalina o aminoácido apresenta-se como um íon dipolar (b: zwitterion). 
Todos os pH de ionização dos grupos amino e ácido presentes na molécula de aminoácido são chamados pK (tabela 2-1). A média aritmética dos pK representa o ponto isoelétrico (pI) do aminoácido, ou seja, é o valor de pH onde predomina a forma eletricamente neutra do aminoácido.
Figura 3: Curva de titulação a Alanina
O valor de pH no qual o aminoácido fica eletricamente neutro (igual número de cargas positivas e negativas) corresponde ao ponto isoelétrico (pI). Para os aminoácidos que apresentam outros grupos ionizáveis na cadeia lateral, o ponto isoelétrico é calculado de outra forma. Para os aminoácidos que apresentam dois grupos carboxílicos, o ponto isoelétrico é obtido quando um dos grupos carboxílicos estiver protonado e o outro desprotonado. Por um raciocínio análogo, para os aminoácidos com dois grupos aminos, a forma eletricamente neutra será mais abundante em valor de pH onde um dos grupos aminos estiver protonado e o outro desprotonado.1.3 ESTEREOQUÍMICA DOS AMINOÁCIDOS
A fórmula bidmensional mostrada na figura 1 pode transmitir somente parte da estrutura comum dos aminoácidos, porque uma das propriedades mais importantes de tais compostos é a sua forma tridimensional, ou estereoquímica.
Como o carbono α dos aminoácidos apresenta quatro ligantes diferentes, com exceção da glicina, estas moléculas podem se apresentar em duas formas designadas de L e D, que são imagens especulares uma da outra. As duas formas, em cada par, são denominadas de estereoisômeros, isômeros ópticos ou enantiômeros. Os D-aminoácidos são aminoácidos que apresentam o grupo amino do lado direito, enquanto que os L-aminoácidos são os que contem o grupo amino do lado esquerdo (figura 4).
 Figura 4: Estereoisômeros da Alanina
Todos os aminoácidos encontrados nas proteínas possuem a configuração L. Embora os aminoácidos D ocorram na natureza, mais frequentemente em paredes de células bacterianas e em alguns antibióticos, eles não são encontrados em proteínas.
1.4 AMINOÁCIDOS INCOMUNS E BIOLOGICAMENTES ATIVOS
O código genético das células utiliza apenas os 20 L-aminoácidos mostrados na figura 2 para sintetizar as proteínas, entretanto após a síntese protéica alguns aminoácidos podem sofrer modificação. Em quase todos os casos, tal modificação inclue uma adição de pequenos grupos químicos as cadeias laterais de alguns aminoácidos: hidroxilação, metilação, acetilação, carboxilação e fosforilação. Em muitos casos a modificação pode ser essencial para a função da proteína.
Alguns exemplos de aminoácidos modificados presentes em proteínas são: 4-hidroxi-prolina e 5-hidroxi-lisina, derivados da prolina e lisina respectivamente. Estesa aminoácidos modificados são encontrado em abundância na proteína estrutural colágeno. Desmosina e isodesmosina (na proteína estrutural elastina, resultantes da união de quatro moléculas de lisina com os grupamentos R formando um anel que permite a elasticidade característica da proteína) (figura 5).
Alguns aminoácidos livres podem ser modificados pelo metabolismo celular tornando-se biologicamentes ativos, desempenhando inúmeras funções no organismo, a exemplo dos hormônios da tireóide e dopamina (derivados da tirosina), do ácido-γ-aminobutírico (GABA – derivado da glutamina), e da histamina (derivada da histidina) (figura 5).
Existem outros aminoácidos que surgem de vias metabólicas intermediárias, como, por exemplo: citrulina e ornitina (intermediários do ciclo da uréia); homocisteína e homosserina (intermediários do metabolismo dos aminoácidos metionina e serina); canavanina, ácido djenkóiko e β-cianoalanina (aminoácidos tóxicos existentes em alguns fungos).
Os aminoácidos não são armazenados, ou pelo menos não possuem tecido destinado somente para esse fim. Desta forma, a maioria deles é destinada para a síntese de proteínas e o excesso proveniente da alimentação, se não é degradado no metabolismo energético, é destinado para a síntese de várias moléculas importantes para o organismo como as purinas e pirimidinas (aspartato e glutamina); esfingolipídios (serina); histamina (histidina); tiroxina, melanina, dopamina e epinefrina (tirosina); serotonina, melatonina e NAD+ (triptofano); purinas e porfirinas (glicina).
 Figura 5: Aminoácidos Incomuns e Biologicamentes Ativos
1.5 LIGAÇÃO PEPTÍDICA E NÍVEIS DE ORGANIZAÇÃO DAS PROTEÍNAS
Nas proteínas (polipeptídeos), os aminoácidos que as compõe são unidos por ligações peptídicas ou amídicas. Uma ligação peptídica ocorre pela união do grupo amino (-NH2) de um aminoácido com o grupo carboxila (-COOH) de outro aminoácido, liberando uma molécula de água (figura 6).
A reação descrita na figura 6 jamais ocorre dessa forma. Nos seres vivos, a união dos aminoácidos por ligação peptídica não é realizada de forma direta entre eles, mas através de um complexo aparato de síntese protéica, que inclui ácidos nucléicos, ribossomos, várias proteínas e enzimas. A equação apresenta apenas o resultado líquido do processo.
 
 Figura 6: Ligação Peptídica
A ligação C-N, em um peptídeo, é especial: é 10% mais "curta" do que uma ligação C-N normal e o ângulo de ligação também é diferente do esperado para um carbono sp2. Isto ocorre, porque a ligação peptídica, na verdade, apresenta uma estrutura de ressonância (figura 7), tendo um caráter intermediário entre uma ligação simples e uma dupla ligação. Após a união, os aminoácidos passam a ser chamados de resíduos de aminoácidos, orientados da região amino-terminal (N-terminal – esquerda) para a região carboxi-terminal (C-terminal – direita).
Figura 7: Estrutura de Ressonância da Ligação Peptídica
A estrutura das proteínas pode ser descritas em quatro níveis de organizações. 
Estrutura primária é a sequência de aminoácidos ao longo da cadeia polipeptídica. A estrutura primária é somente a seqüência dos aminoácidos, sem se preocupar com a orientação espacial da molécula. As interações intermoleculares dos aminoácidos das proteínas fazem com que a cadeia protéica assuma uma estrutura secundária e, algumas vezes, uma estrutura terciária.
A seqüência dos aminoácidos em todas as proteínas - fator que é responsável por sua estrutura e função - é determinada geneticamente a partir da seqüência dos nucleotídeos no DNA celular. Quando uma proteína em particular é necessária, o código do DNA para esta proteína é transcrito em uma seqüência complementar de nucleotídeos ao longo de um segmento de RNA - chamado de RNA mensageiro.
Em geral, as proteínas possuem pelo menos 40 resíduos de aminoácidos. Polipeptídeos menores são chamados genericamente de peptídeos. O maior polipeptídeo conhecido é a titina, de 26926 resíduos, uma proteína gigante (2900kD), que ajuda a arranjar a estrutura repetida das fibras musculares. Contudo, a maioria dos polipeptídeos contém de 100 a 1000 resíduos (tabela 2-2). Essa faixa de tamanho dos polipeptídeos provavelmente é reflexo das condições químicas e da história evolutiva dessas moléculas.
O limite mínimo para uma cadeia polipeptídica dobrar-se em uma forma estável, que lhe permita desempenhar uma função específica, parece ser de 40 resíduos. Os polipeptídeos que contêm centenas de resíduos estão no limite da eficiência da maquinaria de síntese de proteínas. Quanto maior for o polipeptídeo (e quanto maior for seu correspondente mRNA e seu gene), maior será a probabilidade de introdução de erros durante a transcrição e a tradução.
Tabela 2-2: Composição de Algumas Proteínas
	Proteínas
	Resíduos de Aminoácidos
	Subunidades
	Massa Molar (kD)
	Inibidor de Proteinase III (melão)
	30
	1
	3409
	Citocromo (humano)
	104
	1
	13000
	Ribonuclease (E. coli)
	155
	1
	17600
	Interferon-gama (humana)
	288
	2
	34200
	Hemoglobina (humana)
	574
	4
	64500
	RNA-polimerase (bacteriófago T7)
	883
	1
	98000
	Piruvato descarboxilase (levedura)
	2252
	4
	250000
	Glutamina sintetase (E. coli)
	5616
	12
	600000
	Titina (humana)
	26926
	1
	2990000
A estrutura secundária descreve as estruturas regulares bidimensionais formadas por segmentos da cadeia polipeptídica. Duas organizações são particularmente estáveis: A α-hélice, que corresponde ao enrolamento da cadeia ao redor de um eixo imaginário, assumindo uma forma helicoidal; e a β-folha, a qual é resultado da interação lateral de segmentos de uma cadeia polipeptídica ou de cadeias diferentes (figura 2-9).
A α-hélice e β-folha estabilizam-se por pontes de hidrogênio entre o nitrogênio e o oxigênio dos grupos –NH e –C=O; constituintes das unidades peptídicas. Embora a ponte de hidrogênio seja uma ligação fraca, o elevado número dessas ligações confere grande estabilidade à estrutura secundária. 
A estrutura terciária (figura 2-9) corresponde ao dobramento final da cadeia polipeptídica por interações deregiões com estrutura regular (α-hélice e β-folha) ou de regiões sem estruturas definada. É a conformação espacial da proteína, como um todo, e não de determinados segmentos particulares da cadeia protéica. A forma das proteínas está relacionada com sua estrutura terciária, que é o resultado de todas as interações dos aminoácidos das proteínas com o meio; algumas cadeias são tão longas e hidrofóbicas que perturbam a estrutura secundária helicoidal, provocando a dobra ou looping da proteína.
Muitas vezes, as partes hidrofóbicas da proteína agrupam-se no interior da proteína dobrada, longe da água e dos íons do ambiente onde a proteína se encontra, deixando as partes hidrofílicas expostas na superfície da estrutura da proteína. Regiões como os "sítios ativos", "sítios regulatórios" e “motivos” são propriedades da estrutura terciária.
O arranjo (ou conformação) tridimensional dos átomos da proteína na estrutura terciária é de extrema importância porque geralmente coincide com a chamada estrutura nativa, a estrutura que confere à proteína uma função biológica específica.
As interações que mantêm a estrutura terciária estável são de diferentes tipos: pontes de hidrogênio (estabelecida entre os grupos R dos aminoácidos), interações hidrofóbicas (formadas entre as cadeias laterais hidrofóbicas dos aminoácidos apolares), ligações eletrostáticas ou iônicas (interações entre grupos com cargas opostas) e as pontes dissulfeto (formadas por resíduos de cisteína) (figura 2-9).
A estrutura quaternária é resultado da associação de duas ou mais cadeias polipeptídicas (subunidades ou protômeros), que leva a formação de uma proteína funcional e holigomérica (figura 2-08). Esta estrutura é mantida pelas mesmas forças que determinam as estruturas secundárias e terciárias. 
 Figura 2-8: Estrutura Quaternária.
Figura 2-9. Resumos dos níveis de organização das proteinas
1.6 CLASSIDICAÇÃO DAS PROTEÍNAS DE ACORDO COM A COMPOSIÇÃO:
As proteínas podem ser classificdas, de acordo como sua composição em: Proteínas Simples ou homoproteínas e proteínas conjugadas ou heteroproteínas. 
As proteínas simples ou homoprotepinas são preínas constituídas somente por aminoácidos em sua composição, enquanto que as proteínas conjugadas ou heteroproteínas são preteínas que contém, além de aminoácidos, outros grupos orgânicos ou inorgânicos. Os grupos não protéicos que compõe as proteínas conjugadas são chamados de grupos prostéticos. São exmplos de grupo prostético: carboidratos (nas glicoproteínas), lipídeos (nas lipoproteínas(Ex LDL, IDL, VLDL, HDL), ácidos nucléicos (nas nucleoproteínas), DNA (nas desoxirribonucleoproteina), RNA (nas ribonucleoproteínas), metal (nas metaloproteinas), ferro (ferroproteínas), cromo (nas cromproteinas) etc.
A hemoglobina é um exemplo de proteína conjugada. Ela contém 4 grupos prostéticos, cada um consistindo de um íon de ferro e a porfirina. São justamente estes grupos que habilitam a hemoglobina a carregar o oxigênio através da corrente sanguínea. 
 
1.7 CLASSIFICAÇÃO DAS PROTEÍNAS DE ACORDO COM A FORMA:
As proteínas também podem ser classificadas de acordo com a forma em Proteínas globulares ou globosas e proteínas Fibrosas. 
As proteínas globulares são formadas por uma ou mais cadeias polipeptídicas organizada em uma forma aproximadamente esférica ou elipsóide. São solúveis em água e desempenham várias funções dinâmicas (proteínas biologicamente ativas). Exemplos de proteínas blobulares:
A) Mioglobina. A mioglobina presente no citosol das células musculares é uma proteína transportadora e armazenadora de oxigênio nos músculos esqueléticos e cardíacos dos vertebrados. A mioglobina (Figura 2-10) liga o oxigênio liberado pela hemoglobina nos capilares e posteriormente difundido através das membranas celulares. Formada por uma única cadeia polipeptídica de 153 resíduos de aminoácidos e um grupo prostético heme (anel heterocíclico porfirínico contendo quatro anéis pirrólicos e um átomo de Fe2+). 
 
 Figura 2-10. Estrutura da molécula de mioglobina. O esqueleto peptídico é 
 constituído por oito α-hélices marcadas por letras, de A a H.
B) Hemoglobina. A hemoglobina é uma proteína tetramérica (4 subunidades ou cadeias polipeptídica) presente nas hemáceas cuja principal função é o transporte do oxigênio dos pulmões aos tecidos periféricos. A hemoglobina também transporta CO2 e prótons, dos tecidos periféricos aos pulmões, para subseqüente excreção. 
A hemoglobina normal (figura 2-11) de adulto, a HbA consiste de quatro cadeias polipeptídicas: duas α (cada uma com 141 resíduos de aminoácidos) e duas β (cada uma com 146 resíduos de aminoácidos) representada por α2β2 e estabilizadas por pontes de hidrogênio e interações eletrostáticas. Outra forma encontrada em baixos teores (1 a 3,0% do total) no adulto é a HbA2 composta por cadeias α2δ2. A HbF formada por α2γ2 predomina no feto, em 60 a 90% no recémnascido e <1% após um ano. 
A hemoglobina H formada por quatro cadeias β, produzida quando faltam cadeias α para a síntese de HbA. A hemoglobina de Bart constituída de tetrâmero de γ, formada quando faltam cadeias α para a síntese de HbF no feto; apresenta-se em <2% no recém-nascido normal. Cada uma das cadeias de hemoglobina contém um grupo prostético, o heme (molécula de protoporfirina IX contendo um átomo de Fe2+).
 Figura 2-11. Estrutura da molécula de hemoglobina.
Enquanto a mioglobina apresenta grande afinidade pelo oxigênio, a hemoglobina demonstra uma afinidade inicial lenta que se torna progressivamente mais rápida. Esse fenômeno é conhecido como interação cooperativa, uma vez que a ligação do primeiro O2 à desoxi−hemoglobina facilita a ligação de O2 às outras subunidades na molécula. 
 Figura 2-12. Comparação entre as moléculas de mioglobina e hemoglobina
De modo inverso, a dissociação do primeiro O2 da hemoglobina completamente oxigenada, Hb(O2)4, tornará mais fácil a dissociação de O2 das outras subunidades da molécula. A oxigenação da hemoglobina é acompanhada por mudanças conformacionais nas proximidades do grupo heme. A estrutura quaternária da hemoglobina desoxigenada (desoxi-Hb) é descrita como estado conformacional T (tenso) e aquela da hemoglobina oxigenada (oxi-Hb) como estado conformacional R (relaxada). A afinidade do O2 é mais baixa no estado T e mais alta no estado R.
Em função da cooperatividade em associação e dissociação do oxigênio, a curva de saturação de oxigênio para a hemoglobina difere da observada para a mioglobina (Figura 2.15) 
C) Os anticorpos ou imunoglobulinas (figura abaixo) compõem uma família de glicoproteínas produzidas pelos linfócitos B em resposta à presença de moléculas estranhas conhecidas como antígenos (resposta imunitária humoral). As características estruturais fundamentais das imunoglobulinas são: 
• As moléculas de anticorpo são glicoproteínas com quatro cadeias polipeptídicas. Cada molécula tem estrutura em Y contendo duas unidades idênticas chamadas cadeias pesadas (H) e duas unidades idênticas entre si, porém de menor tamanho, denominadas cadeias leves (L).
• A estrutura primária das cadeias pesadas, denominadas cadeias γ, μ, α, δ e ε, é a base da classificação das imunoglobulinas em cinco classes: IgG, IgM, IgA, IgD e IgE, respectivamente. 
• As cadeias leves de cada molécula de imunoglobulina são formadas por apenas dois tipos κ e λ. 
• As quatro cadeias são covalentemente interconectados por pontes dissulfeto. No interior de cada cadeia da molécula, ligações dissulfeto intercadeias dobram a molécula em uma estrutura mais compacta.
• Cada cadeia polipeptídica consiste de duasregiões região variável (V) e região constante (C) quanto à seqüência de aminoácidos, (estrutura primária). A região variável da cadeia leve (VL) é, aproximadamente, 50% do comprimento da cadeia enquanto a região variável da cadeia pesada (VH) é aproximadamente 25% do comprimento da cadeia.
A digestão pela papaína fornece dois fragmentos principais chamados fragmento Fab, que retém a capacidade de ligar o antígeno da molécula intacta, e o fragmento Fc, que é cristalizável.
As Proteínas fibrosas apresentam forma alongada, são geralmente insolúveis em água e geralmente fazem parte da composição de materiais estruturais de órgãos e ecidos, dando a eles elasticidade e/ou resistência. Dois bons exemplos, nos animais, são o colágeno e queratina.
A) O colágeno é a proteína mais abundante em vertebrados sendo componente essencial do tecido conjuntivo que, numa variedade de formas geneticamente distintas, se distribui pela matriz óssea, pele, tendões, cartilagens, córnea, vasos sangüíneos, dentes e outros tecidos. O colágeno é sintetizado pelas células do tecido conjuntivo e secretado para o espaço extracelular para fazer parte de uma rede complexa de macromoléculas localizadas na matriz extracelular.
O colágeno é uma proteína extracelular pouco solúvel em água e organizada em fibras de grande resistência. Cada molécula de colágeno é constituída de três cadeias polipeptídicas (uma tripla hélice) enroladas uma em torno da outra e orientadas para a direita com cerca de 1.000 resíduos de aminoácidos cada uma.
As três cadeias polipeptídicas entrelaçam-se para formar uma tríplice hélice à direita, estabilizada por pontes de hidrogênio formadas entre as cadeias polipeptídicas individuais (entre o NH da glicina de uma cadeia e a C=O da prolina ou de outro aminoácido em outra cadeia) constituindo o módulo estrutural básico do colágeno, chamado tropocolágeno.
As três cadeias polipeptídicas que compõem o colágeno são denominadas cadeias α. Essas cadeias combinadas em uma estrutura em tripla hélice formam os vários tipos de colágenos presentes nos tecidos. O colágeno tipo I, o mais abundante (90% do colágeno total), é formado por duas cadeias polipeptídicas α1 e uma cadeia α2 que formam uma hélice tríplice.
B) As α-queratinas são proteínas constituídas quase exclusivamente de α-hélices compostas de três cadeias polipeptídicas enroladas em forma de corda helicoidal resistente ao estiramento. São ricas em resíduos de cisteína que formam pontes covalentes de dissulfeto que estabilizam as cadeias polipeptídicas adjacentes. Apresentam também teores importantes de resíduos de aminoácidos hidrofóbicos alanina, valina, isoleucina, fenilalanina e metionina. As α-queratinas formam a proteína da pele, cabelo, unhas, chifres, penas e lã. O cabelo é constituído de células mortas.
C) Fibroína da seda. Muitos insetos e aranhas produzem seda, uma estrutura que consiste da proteína fibrosa fibroína embebida em uma matriz amorfa. Na fibroína, considerada uma β-queratina, as cadeias polipeptídicas são arranjadas na conformação de folhas β-antiparalela. As folhas β são formadas porque a fibroína tem elevado conteúdo de aminoácidos com grupos R relativamente pequenos como a glicina, alanina ou serina. A seda é uma fibra resistente por estar quase completamente distendida. Para esticá-la mais, seria necessário romper as ligações covalentes de suas cadeias polipeptídicas. No entanto, a flexibilidade da seda é ocasionada pelo deslizamento das folhas β adjacentes que estão associados por forças de van der Waals.
Desnaturação e renaturação de proteínas
A desnaturação ocorre pela alteração da conformação tridimensional nativa das proteínas sem romper as ligações peptídicas (estrutura primária). Como a estrutura tridimensional específica das proteínas é fundamental para o exercício de suas funções, alterações estruturais provocadas pela desnaturação ocasionam a perda parcial ou completa das suas funções biológicas.
Muitas vezes, em condições fisiológicas, as proteínas recuperam a conformação nativa e restauram atividade biológica quando o agente desnaturante é removido em processo denominado renaturação.
A desnaturação ocorre nas seguintes condições:
1. Ácidos e bases fortes. Modificações no pH resultam em alterações no estado iônico de cadeias laterais das proteínas, que modificam as pontes de hidrogênio e as pontes salinas (associação de grupos iônicos de proteínas de carga oposta). Muitas proteínas tornam-se insolúveis e precipitam na solução.
2. Solventes orgânicos. Solventes orgânicos solúveis em água como o etanol interferem com as interações hidrofóbicas por suainteração com os grupos R não-polares e forma pontes de hidrogênio com a água e grupos protéicos polares. Os solventes não-polares também rompem interações hidrofóbicas.
3. Detergentes. As moléculas anfipáticas interferem com as interações hidrofóbicas e podem desenrolar as cadeias polipeptídicas.
4. Agentes redutores. Em presença de reagentes como a uréia e β−mercaptoetanol ocorre a conversão das pontes dissulfeto em grupos sulfidrílicos. A uréia rompe pontes de hidrogênio e interações hidrofóbicas.
5. Concentração de sais. A ligação de íons salinos a grupos ionizáveis das proteínas enfraquecem as interações entre grupos de cargas opostas da molécula protéica. As moléculas de água solvatam os grupos protéicos. Com a adição de grandes quantidades de sal às proteínas em solução, formam-se precipitados. As moléculas de água competem pelo sal adicionado tornando a quantidade de solvente muito pequena e, com isso, promovendo a agregação de moléculas protéicas e a sua precipitação. Esse efeito é chamado salting out.
6. Íons de metais pesados. Metais pesados como o mercúrio e chumbo afetam a estrutura protéica de várias formas. Podem romper as pontes salinas pela formação de ligações iônicas com grupos carregados negativamente. Os metais pesados também se ligam com grupos sulfidrílicos, um processo que pode resultar em profundas alterações das estruturas e funções protéicas. Por exemplo, o chumbo liga-se aos grupos sulfidrílicos de duas enzimas da via sintética da hemoglobina causando anemia severa.
7. Alterações na temperatura. Com o aumento da temperatura, a velocidade de vibração molecular aumenta. Eventualmente, interações fracas como as pontes de hidrogênio são rompidas promovendo alterações na conformação das proteínas.
8. Estresse mecânico. Agitação e trituração rompem o delicado equilíbrio de forças que mantém a estrutura protéica. Por exemplo, a espuma formada quando a clara do ovo é batida vigorosamente contém proteína desnaturada.
1.8 CORRELAÇÕES CLÍNICAS
Os aminoácidos se combinam com vitaminas e minerais e servem como matéria prima para que o corpo fabrique enzimas, hormônios e outros agentes metabólicos. Ao contrário das proteínas alimentares, os aminoácidos não requerem digestão e são diretamente absorvidos, além de não sobrecarregarem o estômago e os intestinos.
A utilização de aminoácidos como forma de suplementação alimentar deve ser realizada sob conduta profissional, pois não havendo ambiente bioquímico apropriado nas células, esses aminoácidos podem causar problemas para o metabolismo, ocasionado distúrbios de crescimento e desenvolvimento.
Como já foi descrito anteriormente, alguns aminoácidos apresentam funções biológicas importantes. Nessa perspectivas, alguns peptídeos encontrados na natureza também desempenham funções importantes, atuando como hormônios (encefalinas, oxitocina, vasopressina e glucagon), antibiótico (gramicidina) e agentes redutores (glutationa) (tabela 2-3).
Tabela 2-3: Peptídeos de Importância Biológica
	Peptídeos
	Nº de AA
	Glândulas/ Células produtoras
	Efeitos Principais
	Encefalinas
	5
	Hipófise anterior e medula adrenal
	Analgésico
	Oxitocina
	9
	Hipotálamo
	Contração da musculatura uterina no parto e de glândulas mamaria na lactação
	Vasopressina
	9
	Hipotálamo
	Aumento da pressão sangüínea e dareabsorção de água pelo rim
	Glucagon
	29
	Células α do pâncreas
	Hiperglicemiante
	Gramicidina
	10
	Cepas de Bacillus brevis
	Antibiótico
	Glutationa
	3
	Maioria das células
	Anti-oxidante
Os níveis estruturais de uma proteína são importantes, pois são eles que ditam a função final das proteínas. Qualquer alteração no dobramento e na conformação final leva a uma proteína com baixa ou nenhuma atividade biológica. Exemplo disso é a osteogenesis imperfecta, também conhecida como a doença dos ossos quebradiços, que é um grupo de pelo menos quatro afecções genéticas e bioquimicamente distintas com prevalência de 1:10000 recém-nascidos vivos. A gravidade da doença varia de moderada a letal e depende da natureza da mutação dos protadores. Na forma mais grave da doença, mais de 100 fraturas foram relatadas in útero.
O defeito fundamental é no gene do procolágeno tipo I. Na maioria das mutações ocorre a substituição de uma única base no códon da glicina, resultando na distorção da tripla hélice de colágeno. A estabilidade do colágeno é reduzida pelo romprimento da ponte de hidrogênio N-H do resíduo de alanina (normalmente glicina) ao grupo carbonila da prolina adjacente da cadeia vizinha.
A posição da mutação está relacionada com a gravidade da doença. As mutações próximas da extremidade C-terminal são mais graves que as próximas da extremidade N-terminal. Isso porque a formação da tripla hélice do colágeno inicia a partir do C-terminal e progride em direção ao N-terminal.
As doenças causadas pelos prions são exemplos de doenças causadas pela forma inadequada das proteínas. A exemplo dessas afecções temos, a doença de Creutzfeldt-jakob, o Kuru e a doença da vaca louca. Estas condições ocorrem quando uma proteína cerebral, chamada de prion, transforma sua conformação normal (PrPSc). Esta transformação é autopropagante, levando a grande agregadosde PrPSc. O papel destes agregados na produção da condição patológica não é bem conhecido.
ENZIMAS 
2. HISTÓRICO
Até o final do século XVIII, muitos processos de biotransformação já tinham sido descritos. Por exemplo, a digestão da carne pelas secreções do estômago e a formação de açúcares a partir do amido, quando esse era colocado em contato com a saliva.
Em 1878, Wilhelm Kühne empregou pela primeira vez o termo "enzima" para descrever o fermento, usando a palavra grega ενζυμον, que significa "levedar". O termo passou a ser mais tarde usado apenas para as proteínas com capacidade catalítica, enquanto que o termo "fermento" se refere à atividade exercida por organismos vivos (fungos).
O prêmio Nobel de química em 1907 foi ganho por Eduard Buchner que descobriu que os extratos de levedo podiam fermentar o açúcar até a formação de álcool e provou que as enzimas envolvidas na fermentação continuavam funcionando mesmo quando removidos das células vivas.
Por muito tempo foi discutido qual era a identidade química das enzimas. Alguns autores afirmavam que as proteínas, associadas à atividade enzimática, apenas eram o suporte da verdadeira enzima, e, por si próprias, incapazes de catálise. Em 1926, o pesquisador James B. Sumner purificou e cristalizou a urease de feijão-soja, a qual catalisa a hidrólise de uréia em amônia e gás carbônico, mostrando que tais cristais apresentavam constituição protéica. Em 1937, o mesmo autor realizou estudo semelhante com a enzima catalase e chegou as mesmas conclusões anteriores.
Em 1947, o prêmio Nobel de química dado aos pesquisadores Northrop e Stanley, que em 1930, com o estudo de três enzimas digestivas (pepsina, tripsina e quimotripsina), deram a prova final da característica protéica das enzimas. J.B.S. Haldane escreveu um tratado intitulado "Enzimas", que continha a notável sugestão de que as interações por ligações fracas, entre a enzima e seu substrato, poderiam ser usadas para distorcer a molécula do substrato e catalisar a reação.
As técnicas mais utilizadas atualmente para o estudo da estrutura das enzimas é a difração por raio X e ressonância magnética nuclear. A primeira enzima a ser descrita por esses métodos foi a lisozima, um enzima que existe na saliva, lágrimas e na clara de ovo e cliva a parede celular de bactérias. Começaram assim, a bioquímica e biologia estruturais, a compreender o funcionamento das enzimas a nível atômico.
Figura 3-2: Histórico - Enzimologistas
2. INTRODUÇÃO
As enzimas representam uma classe muito importante de proteínas biologicamente ativas. Elas são responsáveis pela catálise de diversas reações nas células. Reações que, sem o auxílio das enzimas, jamais aconteceriam ou, ainda, gerariam produtos indesejados. Outras moléculas também apresentam função catalítica, a exemplo de moléculas de RNA (ribozimas), capazes de atuar aumentando a velocidade de reações específicas.
Figura 3-1: Estrutura das Enzimas
As enzimas podem necessitar de grupos não protéicos para a realização da catalise. Esse grupo de moléculas é conhecido como co-fator, que pode ser orgânicos (co-enzimas) ou inorgânicos (íons metálicos). Os co-fatores podem estar tão intimamente ligados as enzimas ao ponto de não haver uma separação entre esses dois elementos, sendo assim o co-fator é chamado de grupo prostético.
Tabela 3-01: Alguns Elementos Inorgânicos que são Co-fatores
	Elemento
	Enzima
	Cu2+
	Citocromo oxidase
	Fe2+ ou Fe3+
	Citocromo oxidase, catalase, peroxidsase e
	K+
	piruvato cinase
	Mg2+
	Hexocinase, glicose 6-fosfatase e piruvato cinase
	Mn2+
	Arginase, riubonucleotídeo redutase
	Mo
	Dinitrogenase
	Ni2+
	Urease
	Se
	Glutaiona peroxidase
	Zn2+
	Anidrase carbônica, álcool desidrogenase, carboxipeptidase A e B
Tabela 3-02: Algumas Coenzimas que Transportam Átomos ou Grupos Funcionais
	Elemento
	Enzima
	
	Biocitiona
	CO2
	Biotina
	Coenzima A
	Grupos Acil
	Ácido pantotênico e outros compostos
	5’-Desoxiadenosilcobalamina (coenzima B12)
	Átomo de H
	Vitamina B12
	Flavina adenina dinucleotídeo
	Elétrons
	Riboflavina (B2)
	Lipoato
	Elétrons e grupos acil
	-
	Nicotinamida adenina dinucleotídeo
	Íon hidreto (:H– )
	Ácido nicotínico (B3)
	Piridoxal fosfato
	Grupo amino
	Piridoxina (B6)
	Tetrahidrofolato
	Carbono
	Folato
	Tiamina pirofosfato
	Aldeído
	Tiamina (B1)
As enzimas atuam em um conjunto de reações biológicas chamadas de metabolismo, onde cada reação é realizada e controlada por uma enzima específica que gera um determinado produto que será posteriormente utilizado como reagente de uma reação seguinte. Diferentes enzimas catalisam diferentes passos de vias metabólicas, agindo de forma sincronizada de modo a não interromper o fluxo normal das reações químicas da célula.
2.1 PROPRIEDADES GERAIS DAS ENZIMAS
- Aumenta a Velocidade das Reações: A velocidade das reações catalisadas por enzimas são tipicamente 106 a 1012 vezes maiores que as reações correspondentes não-catalisadas, isso se deve a capacidade de diminuir a energia de ativação (valor mínimo de energia que as moléculas de reagentes devem possuir para que uma colisão entre elas seja eficaz).
- Condições Químicas: As reações mediadas por enzimas ocorrem, na maioria das vezes, em uma faixa de condições químicas brandas e compatíveis com a vida, ou seja, temperatura inferior a 100°C, pressão atmosférica e pH quase neutro. Existem exceções a essa regra, como é o caso de bactérias termófilas que habitam regiões onde a pressão e a temperatura são elevadas.
- Maior Especificidade: As enzimas apresentam um grau maior de especificidade do que os catalisadores químicos em relação a identidade de seus substratos (reagentes) e do seus produtos; isto é, as reações enzimáticas poucas vezes produzem subprodutos.
- Capacidade de Regulação: A atividade catalítica das enzimas varia em resposta às condições químicas do meio e as concentrações de outras substâncias presentes na reação (reagentes, inibidores, ativadores, co-fator).
-Endógenas: as enzimas são moléculas produzidas pelas células, não havendo necessidade da sua obtenção por meio da alimentação.
2.2 NOMENCLATURA E CLASSIFICAÇÃO
A forma mais comum de nomenclatura das enzimas é a indicação do substrato e a utilização do sufixo ase em uma segunda palavra que indica a reação que a enzima catalisa. Além disso, algumas enzimas, por terem sido descritas há muito tempo, permanecem com a designação clássica, como a exemplo das enzimas digestivas pepsina, tripsina e quimiotripsina. Mas essa nomenclatura usual não é tão informativa e pode levar a vários nomes para uma mesma enzima. Por isso, a determinação da nomenclatura das enzimas foi normatizada por um comitê especializado, o Nomenclature Committee of the International Union of Biochemistry and Molecular Biology / Enzyme Comission (NC-IUBMB / EC) (tabela 3-01).
Tabela 3-03: Classificação das Enzimas Segundo a Comissão de Enzimas
	1. Oxido-redutases (reações de oxidação-redução ou transferência de elétrons – Desidrogenases e Oxidases) 
1.1.atuando em CH-OH 
1.2.atuando em C=O 
1.3.atuando em C=O- 
1.4.atuando em CH-NH2 
1.5.atuando em CH-NH- 
1.6.atuando em NADH, NADPH 
	2.Transferases (transferem grupos funcionais como amina, fosfato, acil, carboxil – Quinases e Transaminases) 
2.1.grupos com um carbono 
2.2.grupos aldeído ou cetona 
2.3.grupos acil 
2.4.grupos glicosil 
2.7.grupos fosfatos 
2.8.grupos contendo enxôfre 
	3.Hidrolases (reações de hidrólise de ligação covalente) 
3.1.ésteres 
3.2.ligações glicosídicas 
3.4.ligações peptídicas 
3.5.outras ligações C-N 
3.6.anidridos ácidos 
	4.Liases (adição de grupos a duplas ligações ou remoção de grupos deixando dupla ligação) 
4.1. =C=C= 
4.2. =C=O 
4.3. =C=N- 
	5.Isomerases (reações de interconversão entre isômeros óticos ou geométricos - Epimerases) 
5.1.racemases
5.2.cis-trans-Isomerases
5.3.oxidoredutases intramoleculares
5.4.transferases intramoleculares
5.5.liases intramoleculares
	6.Ligases (condensação de duas moléculas, sempre às custas de energia, geralmente do ATP - Sintetases) 
6.1. C-O 
6.2. C-S 
6.3. C-N 
6.4. C-C 
Tabela 3-04: As Seis Classes de Enzimas e as Reações que Catalisam
	Classe
	Tipo de Reação
	Descrição
	1. Oxirredutases
	AH2 + B 
 A + BH2
	Catalisam reações de oxirredução, transferindo elétrons, hidretos (H-) ou prótons (H+).
	2. Transferases
	A–X + B 
 A + B–X
	Transferem grupos químicos entre moléculas.
	3. Hidrolases
	A–B + H2O 
 A–H + B–OH
	Utilizam a água como receptor de grupos funcionais de outras moléculas.
	4. Liases
	 X Y
 l l
A=B + X–Y 
 A–B
	Formam ou destroem ligações duplas, respectivamente retirando ou adicionando grupos funcionais.
	5. Isomerases
	X Y Y X
 l l l l
A–B 
 A–B
	Transformam uma molécula no seu isômero.
	6. Ligases
	A + B 
 A–B
	Formam ligações químicas por reações de condensação, consumindo energia sob a forma de ATP.
A partir destas categorias principais, as enzimas ainda são subdivididas em outras categorias, podendo ser identificadas sem ambigüidade pelo seu número da EC; por exemplo, EC 5.4.2.2 é a fosfoglicomutase.
2.3 INTERAÇÃO ENZIMA-SUBSTRATO
Tal como todas as proteínas, as enzimas são formados por longas cadeias lineares de aminoácidos que se dobram resultando em uma estrutura tridimensional. Cada seqüência única de aminoácidos produz também uma estrutura tridimensional singular que apresenta propriedades específicas. Cadeias individuais de proteínas podem por vezes agrupar-se para formar um complexo protéico. 
Em uma proteína enzimática, existe um domínio chamado de "sítio ativo", onde se liga o substrato (a molécula reagente) e diminui a energia do estado de transição que leva ao produto desejado. A ligação entre o sítio ativo e o substrato é específica; a molécula precisa ter certas características eletrônicas e espaciais que permitam o seu "encaixe" na proteína. Por isso esta relação tem sido chamada de chave-fechadura (lock'n'key).
A maioria das enzimas é maior do que o substrato sobre o qual atua, e só uma pequena porção da enzima está envolvida na catálise (sítio ativo ( conjunto de radicais dos resíduos de aminoácidos responsáveis pela catálise). As enzimas também podem ter sítios onde se ligam co-fatores e em outra pode haver um sítio de ligação para pequenas moléculas efetoras (sítio alostérico), que são produtos ou substratos, diretos ou indiretos, da reação enzimática. Estas moléculas, ao ligarem ao sítio alostérico, são capazes de aumentar ou diminuir a atividade da enzima.
A análise mais apuradas (difração de raio X e ressonância magnética) da estrutura das enzimas permitiu aos enzimologista a compreenderem que o substrato induz modificações sutis na estrutura das enzimas, o que torna a catálise mais eficiente. Esse modelo é conhecido como encaixe induzido e baseia-se nas modificações sofridas pelas enzimas durante a catálise. 
Figura 3-3: Modelos de Interação entre Enzima e Substrato
Cada enzima apresenta grau de especificidade, podem agir em vários substratos correlacionados ou ser capa de diferenciar isômeros de um mesmo composto. Exemplo disso são as enzimas digestivas que degradam proteínas dos alimentos, mas não atuam em carboidratos e lipídeos; e as enzimas responsáveis pela síntese de DNA que apresentam taxas de 1 erro em 1.000.000 nucleotídeos, sendo capaz de retornar verificando se o nucleotídeo adicionado ao DNA está corretamente pareado.
As enzimas possuem normalmente uma alta especificidade em relação às reações que catalisam e aos substratos que estão envolvidos nessas reações. A forma complementar, carga e características hidrofílicas/hidrofóbicas, são responsáveis por esta especificidade. As enzimas exibem também elevados níveis de estereoespecificidade, regioseletividade e quimioseletividade.
Algumas enzimas que produzem metabolitos secundários são descritos como promíscuos, visto que podem atuar num largo espectro de diferentes substratos. Tem sido sugerido que este tipo de especificidade diminuída é importante nos processos de evolução de novas vias no metabolismo.
2.5 ATIVIDADE ENZIMÁTICA
As enzimas convertem reagentes (substratos) em produtos específicos. Isso significa que, em geral, uma enzima catalisa um tipo de reação química. Conseqüentemente, o tipo de enzimas encontrados numa célula determina o tipo de metabolismo que a célula efetua.
A velocidade da reação catalisada por uma enzima é aumentada devido a diminuição da energia de ativação necessária para converter o substrato em produto. O aumento da velocidade da reação pode ser da ordem de milhões de vezes: por exemplo, a enzima orotidina-5'-fosfato descarboxilase diminui o tempo da reação por ela catalisada de 78 milhões de anos para 25 milissegundos.
A velocidade da reação catalisada pelas enzimas é diretamente proporcional à concentração dos reagentes, ou seja, em uma transformação simples de A→B a velocidade pode ser representada por v=k[A]; com o decorrer da reação a concentração de A diminui e, conseqüentemente, a velocidade da reação diminui. O método utilizado para obtenção da velocidade de uma reação enzimática é baseado em uma padronização laboratorial chamada de velocidade inicial (v0).
A velocidade de uma reação química é definida pelo número de moléculas de reagente(s) que são convertidas em produto(s), em um período de tempo especificado e depende da concentração dos componentes químicos envolvidos no processo e das constantes de velocidade, que são características da reação. A maioria das reações que ocorrem na natureza é reversível. Cada reação química apresenta um ponto de equilíbrio característico, onde as velocidades absolutas na direção da formação de produto(s) e na direção de formação de reagente(s) são iguais. Este ponto de equilíbrio é descrito poruma constante de equilíbrio, que corresponde à relação entre as duas constantes de velocidade.
Figura 3-05: Enzimas: um catalisador biológico
Esta velocidade é obtida medindo-se a quantidade de produto formado em tempos suficientemente curtos para que, no máximo, 5% do reagente (substrato) seja consumido. Com esse método pode-se considerar que a concentração do substrato permanece aproximadamente constante durante o tempo medido. Outro fator relevante é o tempo da reação, que não é semelhante entre as enzimas, isto é, cada enzima apresenta afinidade diferente pelo seu substrato e tempos diferentes de reação.
As enzimas, como outros catalisadores, não interferem na constante de equilíbrio das reações, mas aumentam a velocidade das reações químicas, diminuindo a energia de ativação dos reagentes necessaária para alcançar o estado de transição.
2.6 FATORES QUE INTERFEREM NA ATIVIDADE ENZIMÁTICA
A atividade enzimática depende de muitos fatores, dentre eles podemos citar a concentração do substrato e da enzima, a temperatura, o pH e a pressão. 
a) Atividade enzimática x concentração de substrato (reagente)
A atividade enzimática aumenta linearmente com o aumento da concentração do reagente (substrato), indicando que durante a reação ainda havia moléculas de enzimas livres, mas depois de uma determinada concentração a velocidade mantém-se constante, indicando que toda enzima está na forma de ezima-substarto [ES] e, nesse ponto a velocidade não aumenta, permanecendo constante.
Figura 3-5: Concentração do Substrato x Atividade Enzimática
B) Atividade enzimática x Concentração da enzima 
O aumento da concentração da enzima aumenta a velocidade da reação, pois disponibiliza mais enzima livre, e dessa forma pode haver mais formação do complexo enzima-substrato, e, consequentemente, transformação de substrato em produto.
Figura 3-6: Concentração da Enzima x Atividade Enzimática
C) Atividade enzimática x Tempetraura 
As reações químicas são afetadas pela temperatura. Quanto maior a temperatura, maior a velocidade da reação. A velocidade aumenta porque mais moléculas adquirem energia suficiente para atingir o estado de transição. Em reações catalisadas por enzimas, a velocidade é acelerada pelo aumento da temperatura até atingir uma temperatura ótima na qual a enzima opera com a máxima eficiência. Como as enzimas são proteínas, os valores de temperatura ótima situam-se entre 37 °C e dependem do pH e da força iônica. Acima dessa temperatura, a atividade das enzimas declina adruptamente por desnaturação protéica. Sob condições de hipotermia, a atividade enzimática é deprimida.
D) Atividade enzimática x Potencial hidrogeniônico (pH)
A concentração de íons hidrogênio afeta as enzimas de vários modos. Primeiro, a atividade catalítica das enzimas está relacionada à ionização de aminoácidos no do sítio ativo. Por exemplo, a atividade catalítica de certas enzimas necessita a forma protonada da cadeia lateral do grupo amino. Se o pH torna-se suficientemente alcalino de tal modo que o grupo perde seu próton, a atividade da enzima pode ser reduzida. Além disso, os substratos podem também serem afetados. Se um substrato contém um grupo ionizável, as mudanças no pH afetam a capacidade de ligação ao sítio ativo. Segundo, alterações nos grupos ionizáveis podem modificar a estrutura terciária das enzimas. Mudanças drásticas no pH promovem a desnaturação de muitas enzimas.
Apesar de algumas enzimas tolerar grandes mudanças no pH, a maioria delas são ativas somente em intervalos muitos estreitos. Por essa razão, os organismos vivos empregam tampões que regulam o pH. O valor do pH no qual a atividade da enzima é máxima é chamado pH ótimo. O pH ótimo das enzimas varia consideravelmente. Por exemplo, o pH ótimo da pepsina, enzima proteolítica produzida no estômago é, aproximadamente, 2. Para a quimotripsina, que digere as proteínas no intestino delgado, o pH ótimo é, aproximadamente, 8. 
2.7 CORRELAÇÕES CLÍNICAS
As enzimas são proteínas com propriedades catalisadoras sobre as reações que ocorrem nos sistemas biológicos. Elas têm um elevado grau de especificidade sobre seus substratos acelerando reações específicas sem serem alteradas ou consumidas durante o processo. O estudo das enzimas tem imensa importância clínica. Em algumas doenças as atividades de certas enzimas são medidas, principalmente, no plasma sangüíneo, eritrócitos ou tecidos. Todas as enzimas presentes no corpo humano são sintetizadas intracelularmente.
Três casos se destacam:
Enzimas plasma-específicas: Enzimas ativas no plasma e utilizadas no mecanismo de coagulação sangüínea e fibrinólise. Ex.: pró-coagulantes: trombina, fator XII, fator X e outros.
Enzimas secretadas: São secretadas geralmente na forma inativa e após ativação atuam em locais extracelulares. Os exemplos mais óbvios são as proteases ou hidrolases produzidas no sistema digestório.
Ex.: lipase, α-amilase, tripsinogênio e antígeno prostático específico.
Enzimas celulares: Normalmente apresentam baixos teores séricos, mas os níveis aumentam quando são liberadas a partir de tecidos lesados por alguma doença. Isto permite inferir a localização e a natureza das variações patológicas em alguns órgãos, tais como: fígado, pâncreas e miocárdio. A elevação da atividade sérica depende do conteúdo de enzima do tecido envolvido, da extensão e do tipo de necrose. São exemplos de enzimas celulares as transaminases, lactato desidrogenases, etc.
As meias-vidas das enzimas teciduais após liberação no plasma apresentam grande variabilidade – nos casos de enzimas medidas com propósitos diagnósticos e prognósticos podem variar desde algumas horas até semanas. Em condições normais as atividades enzimáticas permanecem constantes, refletindo o equilíbrio entre estes processos. Modificações nos níveis de atividade enzimática ocorrem em situações onde este balanço é alterado. As elevações na atividade enzimática são devidas:
Aumento na liberação de enzimas para o plasma é conseqüência de:
- Lesão celular extensa, as lesões celulares são geralmente causadas por isquemia ou toxinas celulares, por exemplo: na elevação da atividade da isoenzima CK-MB após infarto do miocárdio.
- Proliferação celular e aumento na renovação celular, por exemplo: aumentos na fosfatase alcalina pela elevação da atividade osteoblástica durante o crescimento ou restauração óssea após fraturas.
- Aumento na síntese enzimática, por exemplo: marcada elevação na atividade da γ-glutamil transferase após a ingestão de álcool.
- Obstrução de ductos – afeta as enzimas normalmente encontradas nas secreções exócrinas, por exemplo: a amilase e a lipase no suco pancreático. Estas enzimas podem regurgitar para a corrente circulatória se o ducto pancreático-biliar estiver bloqueado.
Redução da remoção de enzimas do plasma devido à insuficiência renal. Afetas enzimas excretadas na urina, por exemplo: a amilase pode estar elevada na insuficiência renal.
A redução nos níveis de atividade enzimática são comuns e ocorrem na:
- Síntese enzimática reduzida, por exemplo: colinesterase baixa na insuficiência hepática grave pela redução do número de hepatócitos.
- Deficiência congênita de enzimas, por exemplo: baixa atividade da enzima fosfatase alcalina plasmática na hipofosfatasemia congênita.
- Variantes enzimáticas inerentes com baixa atividade biológica, por exemplo, variantes anormais da colinesterase.
A utilidade diagnóstica da medida das enzimas plasmáticas reside no fato que as alterações em suas atividades fornecem indicadores sensíveis de lesão ou proliferação celular. Estas modificações ajudam a detectar e, em alguns casos, localizar a lesão tecidual, monitorar o tratamento e o progresso da doença. No entanto, muitas vezes falta especificidade, isto é, existem dificuldades em relacionar a atividade enzimática aumentada com os tecidoslesados. Isto porque as enzimas não estão confinadas a tecidos ou órgãos específicos, pois estão grandemente distribuídas e suas atividades podem refletir desordens envolvendo vários tecidos.
Na prática, a falta de especificidade é parcialmente superada pela medida de vários parâmetros (que incluem várias enzimas). Como as concentrações relativas das enzimas variam consideravelmente em diferentes tecidos, é possível, pelo menos em parte, identificar a origem de algumas enzimas. Por exemplo, apesar das enzimas transaminases ALT (GTP) e AST (GOT) serem igualmente abundantes no tecido hepático, a AST (GOT) apresenta concentração 20 vezes maior que a ALT (GTP) no músculo cardíaco. A determin ação simultânea das duas enzimas fornece uma clara indicação da provável localização da lesão tecidual. A especificidade enzimática pode também ser aumentada pela análise das formas isoenzimáticas de algumas enzimas como na lactato desidrogenase.
A seleção de quais enzimas medir com propósitos diagnósticos e prognósticos depende de vários fatores. As principais enzimas de uso clínico, juntamente com seus tecidos de origem e aplicações clínicas são listadas na tabela 3-05.
Tabela 3-05: Distribuição de algumas enzimas de importância diagnóstica
	Enzima
	Principal fonte
	Principais aplicações clínicas
	Amilase ovários
	Glândulas salivares, pâncreas,
	Enfermidade pancreática
	Aminotransferases (transaminases)
	Fígado, músculo esquelético, coração, rim, eritrócitos
	Doenças do parênquima hepático, infarto do
miocárdio, doença muscular
	Antígeno prostático específico
	Próstata
	Carcinoma de próstata
	Creatina quinase
	Músculo esquelético, cérebr o, coração, músculo liso
	Infarto do miocárdio,
	Fosfatase ácida
	Próstata, eritrócitos
	Carcinoma da próstata
	Fosfatase alcalina
	Fígado, osso, mucosa intestinal, placenta, rim
	Doenças ósseas, enfermidades hepáticas
	γ-Glutamiltransferase
	Fígado, rim
	Enfermidade hepatobiliar, alcoolismo
	Lactato desidrogenase
	Coração, fígado, músculo esquelético, eritrócitos, plaquetas, nódulos linfáticos
	Infarto do miocárdio, hemólise, doenças do parênquima hepático
	Lipase
	Pâncreas
	Enfermidade pancreática
CARBODRATOS
3. INTRODUÇÃO
O açúcar que as pessoas põem no café, as fibras de uma folha de papel e o principal constituinte da carapaça de um besouro são substâncias que pertencem ao mesmo grupo: os carboidratos. Sabe-se, há muito tempo, que essas substâncias atuam como reservas de energia do organismo, mas estudos recentes revelam que elas têm outras – e importantes – funções biológicas.
Os carboidratos são as macromoléculas mais abundantes na natureza. Suas propriedades já eram estudadas pelos alquimistas, no século 12. Durante muito tempo acreditou-se que essas moléculas tinham função apenas energética no organismo humano. A glicose, por exemplo, é o principal carboidrato utilizado nas células como fonte de energia. O avanço do estudo desses compostos, porém, permitiu descobrir outros eventos biológicos relacionados aos carboidratos, como o reconhecimento e a sinalização celular, e tornou possível entender os mecanismos moleculares envolvidos em algumas doenças causadas por deficiência ou excesso dessas moléculas.
O avanço científico permitiu conhecer de modo mais detalhado as propriedades físico-químicas dos carboidratos, resultando na exploração dessas características em diversos processos industriais, como nas áreas alimentar e farmacêutica. Um dos carboidratos com maior utilização médica é a heparina, composto de estrutura complexa, com ação anticoagulante e antitrombótica.
A combinação das diferentes funções bioquímicas de cada uma dessas moléculas permite a integridade da célula e de todos os processos metabólicos, fisiológicos e genéticos dos organismos vivos. A partir da década de 1970, o surgimento de técnicas avançadas de cromatografia, eletroforese e espectrometria permitiram ampliar a compreensão das funções dos carboidratos. Hoje existe um novo ramo da ciência – a glicobiologia – voltado apenas para o estudo desses compostos. Sabe-se agora que eles participam da sinalização entre células e da interação entre outras moléculas, ações biológicas essenciais para a vida.
Os carboidratos são os “combustíveis da vida”. Eles armazenam a energia nos seres vivos, na forma de amido e glicogênio (outro polissacarídeo), e a liberam para as reações metabólicas quando são degradados (em especial a glicose). Atuam ainda como doadores de carbono para a síntese de outros constituintes das células. São os principais produtos da fotossíntese, processo em que a energia solar é transformada em energia química pelas plantas e depois transferida, através da cadeia alimentar, para os animais.
Estima-se que sejam formados mais de 100 bilhões de toneladas de carboidratos na Terra, a cada ano, pela fotossíntese – nesse processo, as plantas captam a luz solar e usam sua energia para promover reações, envolvendo moléculas de gás carbônico (CO2) e de água (H2O), que produzem glicose, armazenada depois como amido nos tecidos vegetais.
Entretanto, os carboidratos não têm apenas função energética. Estão presentes também na superfície externa da membrana das células. Nesse caso, podem ser glicoproteínas (quando ligados a uma proteína), glicolipídios (se unidos a um lipídio) ou proteoglicanos (quando estão na forma de cadeias de glicosaminoglicanos – um tipo de polissacarídeo – unidas a uma proteína). Essas formas conjugadas presentes nas membranas atuam como receptores e sinalizadores, interagindo com moléculas e outras células.
A remoção de hemácias envelhecidas do sangue foi um dos primeiros eventos biológicos estudados que revelou a participação da estrutura dos carboidratos (em glicoproteínas) em um processo de “sinalização”. Hemácias jovens têm, em sua superfície, glicoproteínas cuja extremidade é rica em ácido siálico. Quando tais células envelhecem, suas glicoproteínas perdem esse ácido e passam a expressar, em sua extremidade, a galactose. Esse monossacarídeo é reconhecido por receptores do fígado, que então capturam e removem da circulação as hemácias “velhas”.
Os grupos sangüíneos A, B, O e AB são outros exemplo típicos de um sistema de sinalização controlado pela estrutura de carboidratos em glicoproteínas. Os grupos A e B diferem em apenas um tipo de monossacarídeo nos glicolipídios ou glicoproteínas das hemácias. No A está presente a N-acetilgalactosamina (uma galactose ligada a grupos químicos amino e acetil) e o B tem a galactose – a diferença entre esses dois carboidratos está em apenas alguns átomos, mas isso pode levar a um resultado fatal, se o indivíduo receber o tipo sangüíneo incompatível em uma transfusão.
Os carboidratos encontrados nesses compostos mistos também funcionam como receptores na membrana celular. A ação de diversas toxinas de plantas e bactérias (da cólera, da difteria, do tétano e do botulismo, entre outras) depende da interação com gangliosídios (glicolipídios ácidos) específicos de suas células-alvo. Por isso, estudos nessa área pretendem projetar agentes terapêuticos capazes de inibir essa interação, evitando os efeitos nocivos das toxinas.
Em 2005, o glicocientista Lior Horonchik e seus colaboradores, do Departamento de Biologia Molecular da Escola de Medicina de Jerusalém (em Israel), mostraram que a degeneração dos neurônios causada por infecção pelo príon (proteína responsável pelo chamado “mal da vaca louca”) depende da presença, na superfície das células nervosas, de receptores (proteoglicanos) que contêm glicosaminoglicanos.
O príon precisa interagir com esses polissacarídeos para entrar no neurônio – isso significa que o papel deles no reconhecimento celular é fundamental para o desenvolvimento dessa infecção. Algumas moléculas reguladoras da proliferação de tipos celulares – como o fator de crescimento para fibroblastos (FGF) e o fator de transformação do crescimento β (TGF- β) – também atuam interagindo com os carboidratos dos proteoglicanos. Essasinformações permitem que os glicocientistas desenvolvam moléculas com o objetivo de regular esses processos biológicos.
Além da importância biológica dos carboidratos, esses compostos são matérias-primas para indústrias importantes, como as de madeira, papel, fibras têxteis, produtos farmacêuticos e alimentícios. A celulose é o principal carboidrato industrial, com um consumo mundial estimado em quase 1 bilhão de toneladas por ano.
Alguns polissacarídeos, como ágar, pectinas e carragenanas, extraídos de algas marinhas, são utilizados – graças a suas propriedades gelatinosas – em cosméticos, remédios e alimentos. A carragenana é empregada para revestir cápsulas (drágeas) de medicamentos, para que o fármaco seja liberado apenas no intestino, aumentando a sua absorção.
O ágar serve ainda para a cultura de microorganismos, em laboratórios. Tanto o ágar como a carragenana são também usados, como espessantes, na produção de sorvetes. A sacarose (extraída da cana-de-açúcar) é o principal adoçante empregado na culinária e na indústria de doces. O açúcar ‘invertido’ (obtido pela ‘quebra’ da sacarose, que resulta em uma mistura de glicose e frutose) é menos cristalizável, mas muito usado na fabricação de balas e biscoitos. A quitosana, um polissacarídeo derivado da quitina, tem sido utilizada no tratamento da água (para absorver as gorduras), na alimentação e na saúde.
Por sua atuação na redução da gordura e do colesterol, a quitosana pode ajudar no combate à obesidade, e estudos farmacológicos recentes comprovaram que ela apresenta efeitos antimicrobianos e antioxidantes. Outro exemplo de polissacarídeo usado na indústria farmacêutica é o condroitim-sulfato, um tipo de glicosaminoglicano. Os colírios oftalmológicos, em sua maioria, são soluções de condroitim-sulfato, já que esse composto é o constituinte predominante da matriz extracelular do globo ocular e tem grande afinidade por água, o que permite melhor lubrificação. Também vem sendo utilizado na prevenção e tratamento da osteoartrose, talvez porque seja abundante em proteoglicanos do tecido cartilaginoso.
3.1 CLASSIFICAÇÃO DOS CARBOIDRATOS
Os carboidratos (também chamados sacarídeos, glicídios, oses, hidratos de carbono ou açúcares), são definidos, quimicamente, como poli-hidróxi-cetonas (cetoses) ou poli-hidróxi-aldeídos (aldoses), ou seja, compostos orgânicos com, pelo menos três carbonos onde todos os carbonos possuem uma hidroxila, com exceção de um, que possui a carbonila primária (grupamento aldeídico) ou a carbonila secundária (grupamento cetônico).
Os carboidratos são quimicamente mais simples do que os nucleotídeos ou aminoácidos, pois na maioria das vezes apresenta apenas três elementos – carbono, hidrogênio e oxigênio – combinados de acordo com a fórmula (CH2O)n, onde n pode variar de 3 a 8. Os carboidratos não catalisam reações químicas como as proteínas, nem se replicam como os ácidos nucléicos, mas devido ao fato dos carboidratos não serem construídos de acordo com um molde genético, eles tendem a ser muito mais heterogêneos, tanto em tamanho como em forma.
Monossacarídeos
São os carboidratos mais simples. Possuem de 3 a 8 carbonos, sendo denominados, respectivamente, trioses, tetroses, pentoses, hexoses, heptoses e octoses. Têm uma única unidade cetônica ou aldeídica, possuindo pelo menos um átomo de carbono assimétrico (C*) existindo, portanto, formas estereoisoméricas, com exceção da di-hidróxi-cetona, que não possui C* (Figura 4-1). 
 Figura 4-1: Estrutura Química do Gliceraldeido e da Dihidroxicetona
Os C* possibilitam a existência de isômeros ópticos e caracterizam a região da molécula denominada centro quiral, do latim quiros = mão, em referência a conformação isomérica semelhante a duas mãos que não se superpõe, mas são idênticas.
Os monossacarídeos possuem, portanto, inúmeros isômeros estruturais e ópticos, com os quais compartilham a prioridade nos processos bioenergéticos. Para o gliceraldeido, o C2 é o centro assimétrico que origina dois estereoisômeros: o D-gliceraldeido e o L-gliceraldeido, que são enatiômeros (imagens especulares) um dos outros (Figura 4-2).
Figura 4-2: Formas Isoméricas (Enatiômeros)
Todo açúcar com a mesma configuração do D-gliceraldeido e, portanto, com a mesma configuração no centro assimétrico mais afastado do grupo funcional, são da série D. As propriedades ópticas dos monossacarídeos são designados pelos sinais (+), dextrorrotatória e (-), levorrotatória.
Os estereoisômeros que não são enatiômeros são chamados de diastereoisômeros. Os açúcares D-ribose e D-arabidose são diastereoisômeros por serem isômeros, mas não são imagens especulares (Figura 4-3). 
 Figura 4-3: Diastereoisômeros
Os diastereoisômeros que diferem na configuração ao redor de um único C são denominados epímeros. A D-glicose e a D-galactose são epímeros, porque diferem somente na configuração do grupo OH no C4 (Figura 4-4). A D-galactose e a D-manose não são epímeros, pois suas configurações diferem em mais de um carbono (Figura 4-5).
 Figura 4-4: Epímeros Figura 4-5: Não Epímeros
Este grande número de isômeros leva a ocorrência de uma mistura racêmica quando os carboidratos encontram-se dissolvidos em água. Entretanto, o equilíbrio tende para a forma mais estável que é obtida por uma reação intramolecular que ocorre entre a carbonila do grupamento funcional com uma das muitas hidroxilas da molécula, formando um composto cíclico denominado hemiacetal.
Esta forma cíclica dos monossacaríedeos é possível graças à grande diferença de eletronegatividade do oxigênio e os átomos de carbono e hidrogênio da molécula, que dá aos carbonos e hidrogênio uma carga elétrica parcialmente positiva e aos oxigênios uma carga parcialmente negativa. Entretanto, devido à configuração espacial final da molécula de hexoses e pentoses, há a possibilidade de reação intramolecular entre o grupamento funcional e um dos carbonos mais distantes, formando um composto cíclico (hemiacetal) que se mostra mais estável que a forma aberta, não cíclica (Figura 4-6). 
Figura 4-6: Formação do Hemicetal
Os monossacarídeos de ocorrência natural mais comum, como a ribose (5C), glicose (6C), frutose (6C) e manose (6C), existem na forma de hemiacetais quer na formas de furanose (um anel de 5 elementos, menos estável) ou de piranose (um anel de 6 elementos, mais estável). Esta denominação está relacionada com a semelhança com o furano e o pirano (figura 4-7), poderosos solventes orgânicos, mas que não tem nenhuma relação com os monossacarídeos, a não ser a semelhança estrutural.
Figura 4-7: Furano e o Pirano
Esta forma estrutural cíclica de hemiacetal resulta da reação intramolecular entre o grupamento funcional (C1 nas aldoses e C2 nas cetoses) e um dos carbonos hidroxilados do restante da molécula (C4 na furanose e C5 na piranose). Furanoses e piranoses ocorrem nas formas isoméricas α e β (cis ou trans), conforme a posição da hidroxila do C2 em relação à hidroxila do C1 (figura 4-8). 
Figura 4-8: Formas Ismoméricas α e β
Uma propriedade química importante de monossacarídeos livres ou ligados a outros elementos (inclusive a outros monossacarídeos), é o poder redutor (são oxidados) se o o C1, na forma de hemiacetal, apresentar hidroxila livre, ou seja, não esteja ligado a nenhum composto. Este poder redutor pode ser comprovado ao reagir um carboidrato (p.ex.: a glicose) com um reagente suscetível a redução (um oxidante), como o Cu+2, que se reduz a Cu+1. Essas reações clássicas de oxi-redução foram um dos primeiros métodos de identificar glicose em líquidos orgânicos. 
O poder redutor da glicose revela, também, a sua capacidade de se oxidar durante o processo metabólico. a oxidação química da glicose noC1 fornece o ácido glicônico, enquanto o produto final da oxidação enzimática completa no metabolismo celular é CO2 e H2O.
Uma implicação importante deste poder redutor é comprovada na caracterização do poder redutor em cetoses (normalmente, cetonas não são redutores, aldeídos sim). Isto pode ser explicado pelo fato de cetoses e aldoses se interconverterem através de um fenômeno químico chamado tautomeria, devido a um rearranjo molecular entre o C2 e o C1 das cetoses, formando seu isômero aldose. Assim a frutose, por exemplo, converte-se em glicose e, como tal, apresenta poder redutor. De fato, uma solução de glicose contém na verdade uma mistura em equilíbrio de glicose e frutose.
Todos os monossacarídeos possuem inúmeros isômeros ópticos, estruturais e de função, mas apenas a α-D-glicopiranose possui uma via metabólica comum a todos os seres vivos. Este fato faz deste monossacarídeo o mais importante para o metabolismo energético, com os demais tendo que ser convertido em glicose ou em intermediários de seu metabolismo. 
A figura 4-9 apresenta os principais carboidratos (aldoses e cetoses) presentes na natureza.
Figura 4-9: Principais Monossacarídeos: (a) Aldoses e (b) Cetoses
Oligossacarídeos (Dissacarídeos)
São formados por dois monossacarídeos unidos por ligação covalente (ligação glicosídica). A ligação glicosídica ocorre entre as hidroxilas do C1 de um monossacarído com qualquer um outro carbono do outro monossacarídeo. Esta ligação pode ocorrer entre carbonos que estejam no mesmo plano espacial (cis ou α) ou entre carbonos em diferentes planos (trans ou β). 
Existem vários dissacarídeos presentes na alimentação, como, por exemplo: 
- Maltose: é obtida pela hidrólise do amido e consiste de dois resíduos de glicose unidos por uma ligação glicosídica α (1(4), onde o C1 de uma glicose liga-se ao C4 de outra glicose. O segundo resíduo de glicose da maltose contém um átomo de carbono anomérico livre (C1) capaz de existir na forma α ou β-piranosídica, sendo assim, um açúcar redutor, além de apresentar atividade óptica. A maltose (figura 4-10) é o principal substrato para a produção de cervejas fermentadas, como a cerveja e destilados como o uísque. 
 Figura 4-10: A Molécula de Maltose
- Sacarose: é constituída pela união de uma α-D-glicose com a β-D-frutose, pela ligação glicosídica α, β (1(2) indicando que a ligação ocorre entre os carbonos anoméricos de cada açúcar, por isso a sacarose é um açúcar não-redutor e não apresenta atividade óptica. A sacarose (figura 4-11) é o dissacarídeo mais consumido, sendo o principal composto de sabor adocicado adicionado à alimentação humana. 
 
 Figura 4-11: A Molécula de Sacarose
- Lactose: é encontrada no leite, sendo formada pela do C1 união da β-D-galactose com o C4 da α-D-glicose, pela ligação glicosídica β (1(4). Esse açúcar é redutor e apresenta atividade óptica, pois possui carbono anomérico livre (C1 da glicose). A lactose (figura 4-12) é o dissacarídeo mais importante na alimentação dos mamíferos jovens (fase de amamentação). Posteriormente, a maioria dos animais perde a capacidade de degradar a lactose devido à queda na produção intestinal da enzima que a degrada, a lactase (em humanos, isto ocorre, freqüentemente, na velhice).
Figura 4-12: A Molécula de Lactose
Polissacarídeos
Os polissacarídeos ou glicanas são formados por longas cadeias de unidades de monossacarídeos unidas entre si por ligação glicosídica. Os polissacarídeos podem ser classificados em:
- Homopolissacarídeos: contém apenas um tipo de monossacarídeo, por exemplo, amido, glicogênio e celulose.
- Heteropolissacarídeo: contém dois ou mais tipos de monossacarídeos, por exemplo, o ácido hialurônico, condroitin sulfato, dermatan sulfato e heparina, que também são conhecidos como glicosaminoglicanos.
Os polissacarídeos de reserva mais importantes são o amido e o glicogênio (figura 4-13), ambos de alto peso molecular e polímeros da glicose em ligações α(1(4) nas cadeias principais e ligações α(1(6) nos pontos de ramificação, sendo o glicogênio mais compacto por apresentar mais ramificações em sua molécula. Apenas a forma de amilose do amido não é ramificada, pois possui somente ligações do tipo α(1(4); a forma amilopectina do amido é semelhante à molécula de glicogênio (ramificada). 
Outros polissacarídeos possuem papel estrutural nas paredes celulares. A celulose (figura 4-13) é formada por moléculas de glicose unidas por ligações β(1(4) e é o principal constituinte estrutural da parede celular dos vegetais, responsável por extrema resistência. 
Graças à natureza da ligação β(1(4) entre as unidades de glicose, há a formação de pontes de hidrogênio dentro da molécula, o que torna a molécula de celulose bastante rígida e plana, permitindo o empilhamento de várias cadeias formando uma estrutura polimérica extremamente resistente. 
Os vertebrados não possuem celulase e, portanto, não podem hidrolisar as ligações β(1(4) da celulose presentes na madeira e fibras vegetais. Entretanto, alguns herbívoros apresentam em seu estômago microrganismos produtores de celulase, razão pela qual podem digerir celulose. A celulose, como fibras vegetais, é importante na composição dos alimentos por manterem o trânsito intestinal e melhorar o metabolismo de proteínas, carboidratos e lipídios. 
Figura 4-13: Polissacarídeos – Amido, Glicogênio e Celulose
A carapaça dos insetos contém quitina (figura 4-14), um polímero de N-acetilglicosamina que dá resistência extrema ao exo-esqueleto. É grande a semelhança entre a estrutura molecular da quitina e da celulose, ambas isômeros β(1(4), o que as coloca como os polissacarídeos mais resistentes da Terra e, sem dúvida, os mais abundantes, haja vista o grande número de insetos e vegetais.
Figura 4-14: Quitina
Os glicosaminoglicanos são importantes heteropolissacarídeos presentes na matriz extracelular, apresentando forma linear constituída de resíduos repetitivos de dissacarídeos de ácido urônico e de N-acetilglicosamina (figura 4-15). Em alguns glicosaminoglicanos uma ou mais hidroxilas do açúcar aminado estão estereficados com sulfatos. Os grupos carboixilatos e sulfatos contribuem para alta densidade de cargas negativas dos glicosaminoglicanos. Tanto a carga elétrica como a estrutura macromolecular, colabora para seu papel de lubrificar e manter o tecido conjuntivo íntegro. Esses compostos formam soluções de alta viscosidade e elasticidade pela absorção de grandes quantidades de água. Atuam assim, na estabilidade e suporte de elementos fibrosos e celulares dos tecidos, também como contribuem na manutenção do equilíbrio de água e sal dor organismo. 
Figura 4-15: Carboidratos presentes nos glicosaminoglicanos
LIPÍDEOS
4. INTRODUÇÃO
Os lipídios são biomoléculas não poliméricas e com estrutura química muito variada, o que acaba ocasionando um problema quanto a classificação dessas substâncias. Os lipídeos são vulgarmente conhecidos como óleos e gorduras e a característica comum entre essas moléculas é seu caráter hidrofóbico (baixa solubilidade em água e outros solventes polares e alta solubilidade em solventes apolares) e sua síntese ocorre a partir da acetil-CoA. Este fato coloca os lipídios como uma importante molécula dentro do metabolismo energético, uma vez que a acetil-CoA é a molécula que inicia os principais processos bioenergéticos.
São vários os usos dos lipídios, seja na alimentação (óleos de grãos, margarina, manteiga, maionese), seja como produtos manufaturados (sabões, resinas, cosméticos, lubrificantes). Várias pesquisas nacionais recentes indicam os lipídios como importantes combustíveis alternativos, como é o caso do óleo vegetal transestereficado que corresponde a uma mistura de ácidos graxos vegetais