Resumo Principais Biomoléculas

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Resumo: Bioquímica Humana
Professor: Clebson Pntoja Pimentel
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, contribuem no mecanismo de defesa do organismo; atuam no controle global do metabolismo através das proteínas com função hormonal. 
Apesar de apresentarem estruturas e funções diversas, as proteínas são formadas por apenas 20 monômeros denominados de aminoácidos (Figura 1). 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.
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.
1.1.1. Classificação dos aminoácidos de acordo como o metabolismo: 
De acordo com classificação metabólica os aminoácidos são divididos em: Aminoácidos Glicogênicos, Cetogênicos ou Glicocetogênicos.
Aminoácidos glicogênicos: são os aminoácidos que geram glicose no metabolismo.
Aminoácidos cetogênicos: são os aminoácidos que sintetizam acetil-CoA no metabolismo.
Aminoácidos glicocetogênicos: são os aminoácidos que geram glicose ou acetil-CoA no metabolismo.
1.1.2. Classificação 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 e lisina (a histidina é um aminoácido essencial na infância).
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, arginina, 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
	Glicina
	Leucina
	Treonina
	Arginina
	Glutamina
	Isoleucina
	Lisina
	Ácido aspártico
	Hidroxiprolina
	Valina
	Histidina*
	Asparagina
	Prolina
	Triptofano
	
	Ácido glutâmico
	Serina
	Metionina
	
	Cistina
	Tirosina
	Fenilalanina
	
	Cisteína
	
	
	
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, 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.
1.1.3. 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) dos aminoácidos. De acordo com a palaridade da cadeia lateral os aminoácidos são divididos em dois grandes grupos: Aminoácidos apolares (grupo R hidrofóbico( não interegem bem com a água e aminoácidos polares (gripo R hidrofílico( tem afinidade 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
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 AlaninaTodos 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; os quais 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).
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 
Nas proteínas, 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 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
1.6 NÍVEIS DE ORGANIZAÇÃO DAS PROTEÍNAS
A estrutura das proteínas pode ser descritas em quatro níveis de organizações. A estrutura primária é a sequência de aminoácidos ao longo da cadeia polipeptídica. 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.
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, aqual ajuda a arranjar a estrutura repetida das fibras musculares. Contudo, a maioria dos polipeptídeos contém de 100 a 1000 resíduos (tabela 2-2). 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 2-8).
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 2-8) corresponde ao dobramento final da cadeia polipeptídica por interações de regiões 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.
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).
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 2-8). Esta estrutura é mantida pelas mesmas forças que determinam as estruturas secundárias e terciárias. 
Figura 2-8. Resumos dos níveis de organização das proteinas
1.7 CLASSIDICAÇÃO DAS PROTEÍNAS DE ACORDO COM SUA 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 sãopreteínas 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), ácidos nucléicos (nas nucleoproteínas), DNA (nas desoxirribonucleoproteina), RNA (nas ribonucleoproteínas), metal (nas metaloproteinas), cromo (nas cromproteinas).
A hemoglobina é um exemplo de proteína conjugada. Ela contém 4 grupos prostéticos (grupo heme), cada um consistindo de um íon de ferro e a porfirina. São justamente estes grupos que habilitam a hemoglobina a transportar o oxigênio. 
 
Figura 2-9. Exemplo de proteína conjugada (Hemoglobina)
1.8 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). A seguir ecemplos de proteínas conjugadas e suas funções. 
A) Mioglobina. A mioglobina é um exemplo de proteína blobular. A mioblobina está presente no citosol das células musculares, e tem como funções transportate 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. 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 Hemolglobina HbA.
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 duas regiões 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.
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. É sintetizado pelas células do tecido conjuntivo e secretada 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 estruturaque 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.
1.9. DESNATURAÇÃO E RENATURAÇÃO
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.
1.10. 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 da reabsorção 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
CARBODRATOS
2. 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 primórdios do estudo de carboidratos estão ligados ao seu uso como agentes adoçantes (mel) ou no preparo do vinho a partir da uva. Nos escritos dos alquimistas mouros, no século 12, há referências ao açúcar da uva, conhecido hoje como glicose. Os relatos iniciais sobre açúcares na história vêm dos árabes e persas. Na Europa, o primeiro agente adoçante foi sem dúvida o mel, cuja composição inclui frutose, glicose, água, vitaminas e muitas outras substâncias.
A história dos carboidratos está associada a seu efeito adoçante, mas hoje sabemos que a maioria desses compostos não apresenta essa propriedade. Os carboidratos são os “combustíveis da vida”. Eles armazenam a energia nos seres vivos, na forma de amido e glicogênio, 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 grupo 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 receptoresna 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.
 
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.
2.2 CLASSIFICAÇÃO 
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).
Eles 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 3-1). 
Figura 3-1: 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 3-2).
Figura3-2: 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 3-3). 
Figura 3-3: 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 3-4). A D-galactose e a D-manose não são epímeros, pois suas configurações diferem em mais de um carbono (Figura 3-5).
 Figura 3-4: Epímeros Figura 3-5: 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 3-6). 
Figura 3-6: 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 3-7), poderosos solventes orgânicos, mas que não tem nenhuma relação com os monossacarídeos, a não ser a semelhança estrutural.
Figura 3-7: 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 3-8). 
Figura 3-8: Formas Ismoméricas α e βUma 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 no C1 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. 
O fato de a glicose ser o carboidrato de eleição para o metabolismo energético celular tem uma justificativa evolucionária, onde se atribui o sucesso de sua utilização pelas células primordiais tendo favorecido as gerações que apresentaram enzimas adaptadas à forma tridimensional da α-D-glicopiranose ao invés dos demais isômeros. 
A figura 4-9 apresenta os principais carboidratos (aldoses e cetoses) presentes na natureza.
Figura 4-9: Principais Monossacarídeos: (a) Aldoses e (b) Cetoses
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 3-10) é o principal substrato para a produção de cervejas fermentadas, como a cerveja e destilados como o uísque. 
Figura 3-10: 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 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. São formados somente por glicose
- 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
Os principais dissacarídeos presentes na estrutura dos glicosaminoglicanos estão apresentados na tabela 4-1. 
Tabela4-1: Principais dissacarídeos repetidos de alguns glicosaminoglicanos da matriz extracelular
	Glicosaminjoglicanos
	Principais dissacarídeos
	Ligação glicosídica
	
	Componente 1
	Ligação glicosídica
	Componente 
2
	
	Ácido Hialurônico
	D-glicuronato
	β (1(3)
	N-acetilglicosamina
	β (1(4)
	Condroitin Sulfato
	D-glicuronato
	β (1(3)
	N-acetilgalactosamina
	β (1(4)
	Dermatan Sulfato
	L-iduronato
	α (1(3)
	N-acetilgalactosamina
	β (1(4)
	Queratan Sulfato
	D-glicuronato 
	β (1(3)
	N-acetilglicosamina
	β (1(3)
	Heparina
	D-iduronato
	α (1(4)
	N-sulfoglicosamina
	α (1(4)
Um outro grupo de heteropolissacrídeo é representado pelos proteoglicanos, que fazem parte da parede celular de muitas bactérias. Essas moléculas são chamadas de peptídeoglicanos, sendo formadas por cadeias de heteroglicanos ligados a peptídeos. Os estudos desses glicídeos é importante, pois a virulência e os antígenos da parede celular das bactérias são propriedades do revestimento de peptídeosglicanos.
A partir do estudo da estruturas dos carboidratos da parede celular das bactérias foi desenvolvido um método de coloração chamado de Método de Gram.
As bactérias que apresentam coloração são gram-positivas e possuem parede celular espessa formada por várias camadas de peptídeioglicanos que envolvem sua membrana plasmática. As bactérias que apresentam coloração vermelha são gram-negativas e possuem parede celular delgada consistindo de uma única camada de peptídeoglicano inserida entre membranas lipídicas interna e externa. Essa estrutura é responsável pela maior resistência das bactérias gram-negativas aos antibióticos.
A estrutura polimérica dos peptídeoglicanos é composta de cadeias lineares de N-acetil-D-glicosamina (GlcNAc) e de ácido acetilmurâmico (MurNAc) alternadas, unidas por ligações β (1(4). As cadeias dessas estruturas são covalentemente cruzadas pelas cadeias laterais de seus tetrapeptídeos constituída alternativamente por resíduos de D- e L-aminoácidos.
Glicoconjugados
Quando os carboidratos são ligados a proteínas e aos lipídios, eles passam a ser chamados de glicoconjugados. A dois grupos de glicoconjugados: Glicoproteínas e Proteoglicanos.
- Glicoproteínas: são proteínas conjugadas que apresentam como grupo prostético vários oligossacarídeos, formando um série de unidades repetidas ligadas covalentemente aos resíduos de aminoácidos da proteína. Essas moléculas estão presentes na célula ou no líquido extracelular e são representadas pela transferrina (transporte de ferro), ceruloplasmina (transporte de cobre), fatores de coagulação sangüínea, muitos componentes do complemento (proteínas do sistema imunológico), hormônio FSH, ribonucleases, Bomba de sódio e potássio (Na+/K+ ATPase), proteína gp120 (glicoproteína ligadora da célula-alvo do vírus HIV), proteínas do glicocálix (adesão entre as células).
- Proteoglicanos: são moléculas presentes na matriz extracelular, constituída pela união covalente e não-covalente de proteínas e glicosaminoglicanos (GAGs). Esse conjunto liga-se a um longo filamento de Ácidos hialurônco e está presente em muitos tecidos, a exemplo da cartilagem, que é formada por uma rede de fibrilas de colágeno preenchida por proteoglicanos.
3.2 CORRELAÇÕES CLÍNICAS
O fato de que muitas doenças, genéticas ou adquiridas, decorrem de defeitos no metabolismo de carboidratos é outro forte estímulo para o estudo desses compostos. A galactosemia, por exemplo, é uma doença hereditária rara, caracterizada pela deficiência em enzimas que processam a galactose.
Nos portadores dessa doença, esse carboidrato, normalmente convertido em glicose, é acumulado na forma de galactose-fosfato, o que leva a deficiência mental grave e, com freqüência, à morte. Recém-nascidos e crianças com galactosemia não podem ingerir substâncias com galactose, em particular o leite (a lactose, presente no leite, é um dissacarídeo formado por glicose e galactose).
Várias doenças metabólicas hereditárias denominadas de mucopolissacaridoses são causadas por defeitos no metabolismo de glicosaminoglicanos. Essas desordens são caracterizadas pelo acúmulo de oligossacarídeos derivados da degradação incompleta de dos glicosaminoglicanos no interior dos lisossomos. A tabela 4-2 apresenta as principais mucopolissacaridoses.
Tabela 4-2: As Mucopolissacaridoses
	Síndrome
	Sinais clínicos
	Enzima deficiente
	Produtos acumulados
	Hurler
	Deficiência mental, embasamento da córnea e defeitos ósseos
	α-L-iduronidase
	Dermatan sulfato
Heparan sulfato
	Sheie
	Embasamento da córnea e defeitos ósseos
	α-L-iduronidase
	Dermatan sulfato
Heparan sulfato
	Hunter
	Deficiência mental e defeitos ósseos
	Iduronatosulfatase
	Dermatan sulfato
Heparan sulfato
	Sanfilippo A
	Deficiência mental
	Heparan sulfatase
	Heparan sulfato
	Sanfilippo B
	Deficiência mental e defeitos ósseos
	N-Acetilglicosaminidase
	Heparan sulfato
	Maroteaux-Lamy
	Graves defeitos ósseos
	N-Acetilglicosamina sulfatase
	Dermatan sulfato
	Morquio
	Graves defeitos ósseos e embasamento da córnea
	Galactosamina sulfatase
	Queratan sulfato
Condroitin sulfato
	Sly
	Deficiência mental
	β-D-glicuronidase
	Dermatan sulfato
Heparan sulfato
	DiFerrante
	Deficiência mental
	Glicosamina-6-sulfato sulfatase
	Queratan sulfato
Heparan sulfato
A doença mais conhecida relacionada aos carboidratos é o diabetes mellitus, decorrente de fatores hereditários e ambientais, que levam a uma deficiência na produção ou a uma incapacidade de ação da insulina (hormônio cuja função principal é controlar a entrada de glicose nas células). 
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, sendo a característica comum entre essas moléculas o seu caráter hidrofóbico (baixa solubilidade em água e outros solvente polares e alta solubilidade em solventes apolares). A Síntese de lipídeos 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 tratados com etanol e ácido sulfúrico que substitui o óleo diesel, não sendo preciso nenhuma modificação do motor, além de ser muito menos poluente e isento de enxofre.
Funções celulares dos lipídeos
- Membranas: Os lipídios em solução aquosa tendem a agregar-se pela cauda apolar deixando a cabeça polar em contato com o meio aquoso, formando uma molécula globosa denominada micela que será tanto mais solúvel, quanto maior for a polaridade da cabeça polar. As membranas biológicas (figura 5-1) são compostas de bicamadas lipídicas (micelas), responsáveis pela separação entre meio extracelular e intracelular, favorecendo a diferença de composição entre a célula e o meio que a circunda. Além de proteger o conteúdo do citoplasma, os lipídeos formam organelas membranosas, a exemplo de mitocôndrias, complexo de golgi, reticulo endoplasmático, carioteca, etc.
Figura 5-1: Membrana Biológica
- Vitaminas: a vitamina D (figura 5-2) é um grupo de moléculas derivadas do colesterol, responsáveis pelo metabolismo do cálcio, juntamente com os hormônios calcitonina e paratormônio.
Figura 5-2: Vitamina D2
- Reserva Energética: os lipídios, na forma de triglicerídeos, são as principais reservas de energia das células. Seu caráter hidrofóbico permite o armazenamento de sob a forma anidra(sem água), o que diminui o peso dessa reserva. Além disso, sua oxidação libera muito mais energia do que a degradação de açucares ou proteínas. De certa forma, os lipídios possuem uma função energética mais reservada ao armazenamento do que o aproveitamento puro e simples de seu poder energético, uma vez que, justamente pelo fato de serem muito calóricos, possuem vias metabólicas alternativas ao metabolismo energético que, muitas vezes, levam a danos ao organismo gerando doenças graves, denominadas dislipidemias.
- Sinalização: alguns lipídeos de membrana são responsáveis pela propagação de sinais hormonais (figura 5-3). Essas moléculas geram um segundo mensageiro responsável pela amplificação de uma mensagem química (hormônio), ocasionando uma resposta do tecido-alvo a condição metabólica vigente.
Figura 5-3: Membrana e Sinalização Celular
- Isolantes: os lipídios apresentam função de isolante elétrico e térmico. A bainha de mielina é composta de lipídeos responsáveis pelo isolamento elétrico do axônio dos neurônios (figura5-4), permitindo uma maior velocidade na propagação do impulso nervoso. Alguns animais apresentam uma camada de lipídeos sob a pele, que apresenta função de isolante térmico, diminuindo a perda de calor para o ambiente.
Figura 5-4: Neurônio e Bainha de Mielina
- Hormônios: alguns esteróides apresentam função hormonal, a exemplo da testosterona (figura 5-5) e estrógenos, que são responsáveis pelo controle da gametogênese e do desenvolvimento das características sexuais.
4.1 CLASSIFICAÇÃO DOS LIPÍDEOS
Devido a grande variabilidade estrutural dos lipídios, muitos tipos de classificações são propostas dependendo do ponto de vista, se químico ou biológico. Nesse texto os lipídeos serão classificados da seguinte forma: Ácidos graxos, Acilgliceróis, Glicerolfosfolipídeos, Esfingolipídeos, Esteróides, Terpenos e Eicosanóides.
a) Ácidos Graxos
Os ácidos graxos são ácidos carboxílicos com uma longa cadeia de carbono que pode ser saturada (figura 5-6) ou insaturada (mono ou poliinsaturados) (figura 5-7) e quase sempre de número par de carbonos e de cadeia não linear. As carcterísticas físicoquímicas dos ácidos graxos está associada ao tamanho da cadeia carbonada e do número de insaturações.
Apesar de a maioria dos ácidos graxos possuírem nomes vulgares de largo uso na prática diária, a nomenclatura oficial obedece às regras para ácidos carboxílicos, com a terminação óico adicionada o número de carbonos. Em geral, a cadeia de carbonos é numerada a partir da carboxila e, se houver insaturações, elas são indicadas da seguinte forma – 16:1Δ9 – indicando a presença de uma insaturação no carbono 9.
Desta forma, o ácido láurico (nome vulgar) é denominado ácido duodecanóico (12:0), ou seja, um ácido graxo saturado de 12 carbonos. O ácido linoléico é o ácido octadienodecanóico (18:2Δ9,12), ou seja, um ácido graxo insaturado de 18 carbonos e com as duplas ligações nos carbonos 9 e 12. Na tabela 5-1 estão citados os principais ácidos graxos e suas nomenclaturas vulgar e oficial.
Tabela 5-1: Ácidos Graxos Saturados
	N0 de C
Insaturação
	Nome Comum
	Nome Sistemático
	Estrutura
	Tfusão (°C)
	12:0
	Ácido
Láurico
	Ácido
Dodecanóico
	CH3-(-CH2-)10-COOH
	44,2
	14:0
	Ácido
Mirístico
	Ácido
Tetradecanóico
	CH3-(-CH2-)12-COOH
	52
	16:0
	Ácido
Palmítico
	Ácido
Hexadecanóico
	CH3-(-CH2-)16-COOH
	63,1
	18:0
	Ácido
Esteárico
	Ácido
Octadecanóico
	CH3-(-CH2-)18-COOH
	69,1
	20:0
	Ácido
Araquidônico
	Ácido
Eicosanóico
	CH3-(-CH2-)20-COOH
	75,4
	22:0
	Ácido
Beêntico
	Ácido
Docosanóico
	CH3-(-CH2-)22-COOH
	81
	24:0
	Ácido
Lignocérico
	Ácido
Tetracosanóico
	CH3-(-CH2-)24-COOH
	84,2
Os ácidos graxos insaturados podem ser denominados acrescentando-se enóico depois da indicação do número de duplas ligações e em quais carbonos estão localizadas. Assim, o ácido araquidônico é o ácido 5,8,11,14-eicosatetraenóico (tabela 5-2).
Tabela 5-2: Ácidos Graxos Insaturados
	N0 de C
Insaturação
	Nome Comum
	Nome Sistemático
	Estrutura
	Tfusão
(°C)
	16:1
Δ9
	Ácido Palmítoléico
	Ácido 9-Hexadecenóico
	CH3-(-CH2-)5-CH=CH-(-CH2-)7-COOH
	- 0,5
	18:1
Δ9
	Ácido Oléico
	Ácido 9-Octadecenóico
	CH3-(-CH2-)7-CH=CH-(-CH2-)7-COOH
	13,2
	18:2
Δ9,12
	Ácido Linoléico
	Ácido 9,12-Octadecadienóico
	CH3-(-CH2-)4-CH=CH-CH2-CH=CH-(-CH2-)7-COOH
	- 9
	18:3 Δ9,12,15
	Ácido (-Linoléico
	Ácido 9,12,15-Octadecatrienóico
	CH3-(-CH2-CH=CH)3(-CH2-)7-COOH
	- 17
	20:4 Δ5,8,11,14
	Ácido Araquidônico
	Ácido 5,8,11,14-Eicosatetraenóico
	CH3-(-CH2)3-(CH2-CH=CH)4(-CH2-)3-COOH
	- 49,5
Outra forma de denominar os ácidos graxos é através da utilização de letras gregas, sendo o carbono α (alfa) o da carbonila, o β (beta) o segundo na seqüência e ω (ômega) o último da cadeia. As duplas ligações costumam ser indicadas a partir do carbono ômega, o que faz com que o ácido oléico seja também denominado de ácido octadecanóico ômega-9. 
Os ácidos graxos saturados são sintetizados tanto por vegetais quanto por animais, o que lhes dá larga distribuição na natureza. Possuem uma boa estabilidade estrutural devido organização em camadas de grande adesividade devido a forma linear das cadeias hidrocarbonadas. 
Esta alta estabilidade lhes confere altas temperaturas de fusão, ou seja, em temperatura ambiente, eles estão no estado sólido (o ácido láurico possui a mais baixa temperatura de fusão: 44oC enquanto que o ácido lignocérico liquefaz-se somente em 84,2oC). Esta propriedade permite que os lipídios ricos em ácidos graxos saturados tenham o aspecto de gordura sólida, o que é comum nas gorduras animais. 
Os ácidos graxos insaturados possuem um arranjo estrutural menos estável, devido à dupla ligação que desestabiliza as camadas de lipídios, conferindo uma temperatura de fusão bastante baixa (ácido nevrônico apresenta temperatura de fusão é de 39oC enquanto que no ácido araquidônico é de -49,5oC). Desta forma, os lipídios ricos em ácidos insaturados possuem o estado líquido (óleos) em temperatura ambiente, o que é próprio das gorduras vegetais. 
Os mamíferos não possuem enzimas que sintetizam ácidos graxos insaturados (dessaturases) cuja dupla ligação esteja abaixo do C16, o que torna esses ácidos graxos insaturados essenciais na dieta. Os ácidos araquidônico, linoléico, linolênico e oléico são considerados ácidos graxos essenciais justamente por esse motivo e assiociado ao fato de possuírem funções especialíssimas na biologia celular. Uma alimentação isenta de gorduras levará à carência desses ácidos graxos com conseqüências patológicas graves, como dermatite, desidratação, má cicatrização e até a morte. 
b) Acilgliceróis 
Os acilgliceróis são lipídeos formados pela esterificação de um, dois ou três ácidos graxos (saturados ou insaturados, iguais ou não) com uma molécula de glicerol, formando mono, di ou triacilglicerol, comumente denominados de mono, di ou triglicerídeos, denominação vulgar e quimicamente incorreta, mas de grande uso na prática clínica e laboratorial.
Os triglicerídeos (figura 5-8) são os principais lipídios de reserva tantos de animais quanto de vegetais. Nos animais eles são armazenados no tecido adiposo e nos vegetais essa reserva encontra-se principalmente nas sementes e caule.
Os mono-acil-gliceróis e os di-acil-gliceróis estão presentes em concentrações muito baixas no organismo, sendo resultantes de processos intermediários do metabolismo de triglicerídeos ou de outros lipídios, como é o caso do di-acil-glicerol que é um segundo mensageiro de algumas reações celulares, liberado após a degradação de fosfolipídios, como será visto a seguir. 
Tabela 5-8: Triacilgliceróis
c) Glicerolfosfolipídeos
São os principais componentes lipídicos das membranas biológicas. Eles são formadospela esterificação de dois ácidos graxos a molécula de glicerol-3-fosfato. Geralmente, o segundo carbono é um ácido graxo insaturado (freqüentemente o ácido araquidônico) e o fosfato pode estar ligado a outro grupo de origem variada (Figura 5-).
Figura 5-8: Glicerolfosfolipídeos
d) Esfingolipídios 
Os esfingolipídios são formados pela esterificação de um ácido graxo a um aminoálcool chamado de esfingosina. Os esfingolipídeos apresentam um grupo variável (X), onde se ligam diferentes radiais. A ceramida possui o –H como cabeça polar, enquanto que os demais possuem grupamentos bem definidos, agrupando-se em três classes distintas: esfingomielinas, cerebrosídeos e gangliosídeos. 
Figura 5-9: Esfingolipídeos
Os esfingomielinas possuem como grupamentos X a fosfoetanolamina e a fosfocolina. Esses esfingolipídios possuem função de proteção e revestimento elétrico dos axônios neuronais, sendo os principais constituintes da bainha de mielina dos neurônios.
Nos cerebrosídeos o grupo X é um carboidrato, que são importantes componentes da bainha mieliníca. Os gangliosídeos possuem como grupo X oligossacarídeos unidos ao ácido siálico (um derivado da glicose). Possuem função estrutural importante da superfície das membranas celulares, com a cabeça polar de carboidratos projetando-se para o meio extracelular funcionando como receptores celulares. 
e) Esteróides 
Estes lipídeos apresentam como estrutura química principal núcleo-pentano-per-hidro-fenantreno (figura 5-10). Os esteróides são responsáveis por muitas funções, que vão desde estrutural até a ação hormonal e de vitamina (Vitamina D). 
Neste grupo, o principal lipídeo é o colesterol, pois ele é o precursor de todos os outros esteróides e é exclusivamente sintetizado nos animais. O colesterol faz parte da estrutura da membrana das células animais, diminuindo a fluidez dessa estrutura.
Figura 5-10: Colesterol
f) Terpenos 
Esses lipídeos são produzidos em grandes quantidades pelos vegetais e são utilizados como proteção contra agentes biológicos, ou seja, as plantas utilizam essas como um sistema imunológico. Os terpenos são utilizados na culinária como temperos, pois possuem propriedades organolépticas (realçam o sabor e o odor dos alimentos - temperos).
A estrutura química comum entre os terpenos é o iso-prenóide (figura 5-11). As vitaminas E e K são terpenos de função bioquímica especializada.
Figura 5-11: Terpenos
g) Ceras 
São misturas álcoois graxos (com cadeia longa de 16 a 20C) e ácidos graxos (com cadeia de 16 a 30C). Elas possuem função estrutura bem definida na formação de favos em colméias de insetos sociais. 
As baleias do tipo cachalote possuem grande quantidade de ceras e outros lipídios em uma enorme cavidade nasal especializada que funciona como órgão flutuador, de acordo com o fluxo sanguíneo. Essa mistura de lipídios foi utilizada durante quase todo o século XVII como produto de beleza capilar pela sociedade européia e americana, conhecido como espermacete de baleia, além, é claro, da utilização como combustível juntamente com a gordura do tecido adiposo da baleia. Este fato levou quase à extinção esses animais e ao conseqüente declínio da economia (na sociedade norte-americana, a indústria baleeira foi a principal base da economia durante vários anos) fato superado graças à invenção de máquinas movidas à combustível fóssil. 
g) Eicosanóides
Os eicosanóides são lipídeos derivados do ácido araquidônico (figura 7-12) e possuem funções específicas: hormonal, reação inflamatória, contração da musculatura lisa, controle do sono e da vigília e formação de trombos.
Eles não são eliminados na corrente sanguínea como os hormônios clássicos. Os principais eicosanóide são:
- Prostaglandinas: são produzidas em quase todos os tecidos e estão envolvidas nos processos de sono e vigília, resposta inflamatória e contração dos músculos lisos do útero.
- Tromboxanas: são produzidas pelas plaquetas e atuam na diminuição do fluxo sangüíneo e na formação de trombos (tampões celulares que impedem a hemorragia de pequenos vasos).
- Leuciotrienos: são produzidos pelos leucócitos atuando na contração da musculatura lisa dos pulmões.
Figura 5-10: Terpenos
CORRELAÇÕES CLÍNICAS
a) A Mileina e a Esclerose Múltipla
A mielina é uma bainha de membranas, ricas em lipídeos, que circunda o axônio de células nervosas e tem um conteúdo particularmente alto de esfingomielina. Ao contrário de muitos tipos de membranas, a mielina é, em essência, uma bicamada lipídica com uma pequena quantidade de proteínas. Sua estrutura, composta seguimentos e interrupções (nódulo), promove a transmissão nervosa.
Na esclerose múltipla, uma doença degenerativa e fatal, a bainha de mielina é destruída de modo progressivo placas escleróticas, que afetam cérebro e a medula espinhal. Tais placas parecem ter origem auto-imune; contudo, os epidemiologistas levantaram questões acerca do envolvimento de infecção viral na instalação da doemça.
O progresso doença é marcado por períodos de destruição ativa da mielina intermediada por períodos em que não há destruição da bainha de mielina. As pessoas afetadas pela esclerose múltipla sofrem de fraqueza, perda de coordenação motora visual e de fala.
VITAMINAS
5. INTRODUÇÃO
As vitaminas são elementos essenciais para a vida (VITA), que na sua maioria possuem na sua estrutura compostos nitrogenados (AMINAS), os quais o organismo não é capaz de sintetizar e que, se faltarem na nutrição provocam manifestações clínicas indesejáveis ao organismo. O corpo humano deve receber as vitaminas através da alimentação (fonte vegetal: principalmente cereais, folhas verdes e legumes; fonte animal: principalmente leite, ovo e fígado), por administração exógena (injeção ou via oral), ou por aproveitamento das vitaminas formadas pela microbiota intestinal (algumas vitaminas podem ser produzidas nos intestinos de cada indivíduo pela ação da microbiota intestinal).
A falta de vitaminas pode ser total (avitaminose), ou parcial (hipovitaminose). Em ambas as situações, podem surgir manifestações classificadas como as doenças carenciais. A falta de vitaminas pode ser provocada por: redução de ingestão, pela diminuição da absorção, pelas alterações da microbiota intestinal e pelas alterações do metabolismo. O excesso de vitaminas (hipervitaminose) pode ser a conseqüência da ingestão, ou da administração exagerada de vitaminas.
É importante ressaltar que as manifestações clínicas associadas à deficiência alimentar de uma única vitamina é um caso raro, pois isso ocorre em situações muito específicas. O mais comum, em decorrência da desnutrição, é haver um quadro clínico complexo causado pela deficiência de várias vitaminas.
As vitaminas são muito comercializadas, pois o senso comum associa essas biomoléculas a uma fonte de energia e saúde. Porém, é importante explicar que as vitaminas não geram energia para o metabolismo, sua principal funções é atuar como um coadjuvante (cofator) nas reações metabólicas, ou seja, elas são necessárias para a manutenção da homeostasia das reações celulares, através de funções específicas como: transporte de grupos e elétrons, doadoras de grupos funcionais, formação de compostos intermediários e agentes antioxidantes.
A nomenclatura das vitaminas é baseada na ordem de descobrimento das mesmas. Então a primeira vitamina descrita foi chamada de A. Ela está associada a problemas visuais e como Hipócrates (300 a.C) já havia descrito um tipo de cegueira que era revertida com a alimentação de fígado de animais, essa foi considerada a primeira descrição de vitamina. Depois, foi descoberta a vitamina B por Casimir Funk (1911), que extraiu da casca do arroz uma substância que curava a doença conhecida como polineurite (ou Beribéri). Seguiu-se um desdobramento: a vitamina B eracomposta de diversos elementos; daí surgiram a B1, B2, B3 e, sucessivamente, mais algumas. Daí, a denominação Complexo B.
No século XVI, as longas navegações transoceânicas dos exploradores, revelaram que os marinheiros sofriam de uma doença descrita como escorbuto, caracterizada por sangramento gengival, hoje conhecida como conseqüência da hipovitaminose C. O interessante é que os oficiais destes navios, muitas vezes não apresentavam esses sintomas, fato que levou, em 1729, o médico inglês Jackson Smith determinar a obrigatoriedade da ingestão de suco de limão durante as viagens, como medida preventiva contra o escorbuto, pois ele observou que a alimentação da tripulação era diferenciada no que diz respeito a sucos cítricos. Esta medida foi suficiente para erradicar o escorbuto.
Muitas das vitaminas são termolábeis, (sensíveis ao calor) e fotolábeis (sensíveis a luz), o que torna necessário que o alimento que as contêm seja ingerido in natura (o cozimento destrói essas vitaminas) e deva ser armazenado ao abrigo da luz. Os alimentos industrializados que devem ser esterilizados pelo calor precisam ser adicionados de quantidades significativas dessas vitaminas para garantir sua qualidade nutricional.
5.1. CLASSIFICAÇÃO DAS VITAMINAS
a) Hidrossolúveis
a.1) Vitamina C (Ácido ascórbico).
A forma ativa da vitamina C é o ácido ascórbico (ascorbato), cuja principal função é como agente redutor de diversas reações no organismo. A vitamina C tem papel bem-documentado como coenzima nas reações de hidroxilação dos resíduos de prolil e lisil do colágeno. Portanto a vitamina C é importante para a manutensão normal do tecido conectivo, assim como para repor tecidos danificados. Além disso, a vitamina C participa da formação de catecolaminas e contribui para uma absorção eficientes de ferro.
A deficiência de ácido ascórbito resulta numa doença chamada de escorbuto, a qual caracteriza-se por gengivas doloridas e esponjosas, dentre frouxos, fragilidades dos vasos sanguíneos, adema nas articulações e anemia. A maioria dos sintomas na doença pode ser explicada por uma deficiência na hidroxilação do colágeno, resultando em tecido conectivo defeituoso. O excesso de vitamina C esta asociado a formação de cálculos renais.
A vitamina C é um nutriente, que junto com a vitmamina E e o beta-caroteno (vitamina A) são conhecidos como antioxidantes. O consumo de dietas ricas nesses compostos está associada com a diminuição da incidência de algumas doença crônicas, tais como doença coronariana e alguns tipos de câncer. No entnto testes clínicos envolvendo a suplementação de um antioxidante isolado têm falhado na determinação de qualquer efeito benéfico convicente. 
 
Doses diárias recomendadas: 60 mg 
Principais funções: participa na formação de catecolaminas e do colágeno; aumenta a absorção de ferro pelo intestino. 
Principais fontes: frutas e verduras frescas. 
Hipovitaminose: lesões do colágeno. O escorbuto, um mal clássico dos marinheiros de longo curso, é, hoje em dia, uma doença praticamente desconhecida. Uma manifestação observada nos cabelos que pode sugerir a carência de vitamina C é quando os pelos se tornam crespos nos locais onde antes eram lisos. 
Hipervitaminose: formação de cálculos nos rins. Note-se que a dose diária recomendada é de 60 mg/dia. Alguns produtos comerciais contêm até 2000 mg por comprimido, o que significa a ingestão de 35 ou mais vezes o dose diária recomenda. 
a.2) Vitamina B1 (Tiamina)
A forma biologicamente ativa da vitmanina B1 é o pirofosfato de tiamina, o qual se forma pela transferência do grupo fosfato de ATP para a tiamina. O pirofosfato de tiamina serve como coenzima na formação ou na degradação de alfa-cetóis pela transferência pela transcetolase, e na descarboxilação oxidativa dos alfa-catoácidos.
A deficiência da tiamina prejudica a descarboxilação oxidativa do piruvato e do alfa-cetoglutarato, os quais desempenham papel chave no metabolismo energético da maioria das células, o que leva a uma diminuição da produção de ATP prejudicando a função celular. 
A hipovitaminase de tiamina também pode causar uma grave síndrome conhecido como Beribéri, aqual pode efetar tanto crianças como adultos. O Beribéri infantil caracteriza-se pela taquicardia, vômito, convulsões e, se não tratada, a mote. Essa síndrome pode ter um rápido início em lactentes cujas mães são deficiêntes em tiamina. Enquanto que o Beribéri adulto é caracterizado por pele seca, irritabilidade, pensamentos desordenados e paralisia progressiva.
A dificiência de tiamina, em função da insuficiência na dieta ou da má absorção intestina; quando associada com o alcoolismo crônico, pode levar ao surgimento de uma síndrome denominada de Wernicke-Korsakoff, caracterizada por apatia, perda de memória e um movimento ritmico dos globos oculares.
 
Doses diárias recomendadas: 1,5 mg. Para mães que amamentam e para idosos a dose é de 3,0 mg 
Principais funções: atua principalmente no metabolismo energético dos açúcares (grupo protético das enzimas: 2-cetoglutarato desidrogenase e transcetolase).
Principais fontes: carnes, cereais, nozes, verduras e cerveja. Nota: alguns peixes e crustáceos e chás pretos podem conter fatores anti-tiamina. 
a.3) Vitamina B2 (Riboflavina)
As duas formas biologicamente ativa da vitamina B2 são flavina mononucleotídeo (FMN) e flavina adenina dinucleotídeo (FAD) formadas pela transferência de um AMP do ATP para o FMN. O FNM e FAD são capazes de aceitarem reversivelmente dois átomos de hidrogênio, formando FMNH2 OU FADH2. O FMN e o são fortimente ligados (algumas vezes covalentimente) a flovoenzimas que catalizam a oxidação ou a redução de substrato.
A hipovitaminose é muito rara. Podem aparecer em gestantes, nos esportistas de alta performance ou em doenças digestivas que alterem a sua absorção. As primeiras manifestações de carência são inflamações da língua (glossite), rachaduras nos cantos da boca (queilose), lábios avermelhados, dermatite seborréica da face, tronco e extremidades, anemia e neuropatias. Nos olhos, pode surgir a formação de vasos nas conjuntivas, além de catarata. As carências de vitamina B2 costumam acompanhar a falta de outras vitaminas.
A hipervitaminose não é tóxica, mesmo em altas doses. Os excessos são eliminados pelos rins. 
 
Doses diárias recomendadas: 1,7 mg para homens e 1,6 mg/dia para mulheres. 
Principais funções: A forma ativa é o FAD (flavina adenina nucleotídeo) e o FMN (flavina adenina mononucleotídeo), que recebem e prótons e elétrons, convertendo-se de formas oxidadas (FAD+ e FMN+) para reduzida (FADH2 e FMNH2). O FAD é um importante transportador de elétrons e prótons na cadeia respira-tória mitocondrial.
Principais fontes: leite, carne e verduras. 
a.4) Vitamina B3 (Niacina ou Ácido nicotínico e Niacinamida - fator PP)
A vitmina B3, também chamada de Niacina ou ácido nicotínico é um derivado da piridina. As formas biologicamente ativas são nitotinamida-adenina-dinucleotídeo (NAD+), e seu derivado fosforilado, nicotinamida-adenina-dinucleotídeo-fosfato (NADP+). A nicotina, um derivado do ácido nicotínico, que contém uma amina substituindo um grupo carboxila, também ocorre na dieta. A nicotina é rapidamente desaminada no organismo e, dessa forma, é nutricialmente equivalente ao ácido nicotínico. O NAD+ e o FAD+ servem como coenzimas nas reações de oxirredução, nas quais a coenzima sofre redução do anel piridina, pela inconporação de um íon hidreto.
A deficiência de vitamina B3 causa a pelagra (termo em italiano para pele áspera), uma doença que envolve a pele, a trato gastrointestinal e o sistema vervoso central (SNC). Os sintomas de evolução da pelagra compreendem três Ds: Dermatite, diarréia, demência, e se não tratada, Morte.
Doses diárias recomendadas: 15 mg. 
Principais funções: participa da molécula de NAD (nicotinamida adenina dinucleotí-deo), importantíssimo transportador de pró-tons e elétrons no metabolismo energético mitocondrial.