Resumo de bioquímica

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Bioquímica :estrutura dos carboidratos:
Metabolismo: é o processo geral pelo qual os sistemas vivos adquirem e usam energia livre para realizarem suas funções, é tradicionalmente dividido em duas partes.
 1- O catabolismo ou degradação- é o processo no qual os nutrientes e os constituintes celulares são degradados para o aproveitamento de seus componentes e/ou para geração de energia. Geralmente as reações metabólicas realizam a oxidação das moléculas nutrientes.
 2- O anabolismo ou biossíntese - é o processo no qual as biomoléculas são sintetizadas a partir de componentes mais simples.
Os seres vivos necessitam de uma entrada contínua de energia livre para três objetivos principais:
1-            desempenho de trabalho mecânico na contração muscular e em outros movimentos celulares,
2-            transporte ativo de moléculas e íons,
3-            síntese de macromoléculas e outras biomoléculas a partir de precursores simples.
 As substâncias oxidáveis utilizadas pelos seres humanos, estão presentes nos seus alimentos, principalmente sob forma dos carboidratos, lipídios e proteínas. Há também reservas endógenas de carboidratos e lipídios, que são oxidadas nos intervalos das refeições.
A manutenção da vida celular depende da contínua ocorrência de um conjunto de reações químicas que devem atender duas exigências fundamentais:
 ·         precisam ser altamente específicas, de modo a gerar produtos definidos,
·         devem ocorrer em velocidades adequadas para a fisiologia celular, a insuficiência na produção ou na remoção de metabólitos podem levar a condições patológicas.
As reações orgânicas são sempre muito lentas, dada a complexidade e tamanho das moléculas, o que seria incompatível com o processo vital. Estas reações necessitam ser catalisadas por aceleradores de reações chamados de enzimas.
 Enzimas: são macromoléculas proteicas que possuem função catalítica, ou seja, as enzimas aumentam a velocidade das reações que catalisam por serem altamente específicas, “selecionam”, entre todas as reações potencialmente possíveis, aquelas que efetivamente irão ocorrer.
  Estrutura dos Carboidratos  Os Carboidratos são moléculas orgânicas que contém carbono, hidrogênio e oxigênio e que em geral apresentam a fórmula empírica (CH2O)n. Os carboidratos tem em sua estrutura os grupos funcionais aldeídos ou cetonas e contêm ainda grupos hidroxilas. Assim, eles são chamados de poliidroxialdeídoou poliidroxicetonas, ou substâncias que, hidrolisadas, liberam estes compostos.
 Os carboidratos com sabor doce, como sacarose, glicose e frutose, comuns na alimentação humana, são chamadas de açúcares
 Classificação dos carboidratos: Os carboidratos são classificados em monossacarídios, dissacarídios, oligossacarídios e polissacarídios.
Monossacarídios:Até aqui, representamos as estruturas de mossacarídeos como “cadeias abertas”. Estas representações são conhecidas como fórmula de Fischer. A maioria das moléculas de monossacarídeos realmente não existe primariamente nesta forma. Em soluções aquosas, os monossacarídeos com mais de quatro átomos de carbonos formam estruturas cíclicas ou “cadeia fechada” em lugar das lineares (representada na figura 3). O anel é formado pela reação do grupo carbonila (-C=O) com a hidroxila.  Dissacarídeos: são 2 monossacarídeos unidos entre si através de ligação glicosídicas. Estas ligações são formadas entre duas hidroxilas, presentes em nas duas moléculas de monossacarídeos, pela exclusão de uma molécula de água.
  Oligossacarídios: são carboidratos constituídos pela união de um pequeno número de monossacarídeos através de ligações glicosídicas.
  Polissacarídios: são polímeros constituídos de centenas ou milhares de resíduos de monossacarídeos ligados entre si, como exemplo podemos citar o glicogênio (reserva de glicose animal), amido e a celulose.
Digestão dos carboidratos             Os principais polissacarídeos da dieta são de origem animal (glicogênio) e vegetal (amido). Essa digestão é rápida e geralmente está completa no momento que o conteúdo estomacal atinge a junção duodeno e jejuno. A hidrólise de ligações glicosídicas é catalisada por uma família de glicosidades que degrada os carboidratos.
O amido é a principal fonte de carboidratos da dieta e, sendo um polissacarídeo, deve ser hidrolisado até glicose.
A digestão começa na boca, onde as ligações glicosídicas (ligações entre os carboidratos) são “quebradas” em presença das enzimas especiais presentes na saliva (amilase salivar ou ptialina). A amilase salivar atua brevemente sobre o ami8do da dieta, de maneira aleatória. Os produtos da digestão da amilase uma mistura de oligossacarídeos.
No estomago, há uma parada da digestão por causa do seu pH ácido, mas quando o seu conteúdo entra no intestino delgado ele é neutralizado pelo bicarbonato e a amilase pancreática (secretada pelo pâncreas) continua o processo de digestão do amido.
            Resumindo, as hidrólises aleatórias do amido pelas enzimas amilases salivar e pancreática resultam em moléculas polissacarídeas cada vez menores chamadas de dextrinas, até se reduzirem à condição de dissacarídeos chamadas de maltoses. As maltoses serão hidrolisadas em duas moléculas de glicose, através da ação da enzima maltase.
        Transporte: A glicose, presente na luz intestinal, é absorvida (por transporte ativo ou simples difusão) e encaminhada para o sangue em concentrações controladas (glicemia).
Glicólise ou via glicolítica
  A glicólise ou via glicolítica é a seqüência de reações que transforma uma glicose em 2 piruvato com a concomitante produção de uma quantidade relativamente pequena a ATP.
 Todos os intermediários entre a glicose e piruvato são fosforilados.
 OBS: A via glicolítica ocorre no citosol e pode ocorrer em condições anaeróbicas e aeróbicas.
   Glicólise: A reação da Glicólise ocorre em duas etapas:
 Uma fase de investimento de energia, na qual os intermediários fosforilados são sintetizados a custa do consumo de 2 ATPs.
 
   
Na segunda etapa da glicólise produz poucos ATPs 
 
 Na via Glicolítica ou Glicólise para cada molécula de Glicose
 -         Começa gastando 2 ATPs no início da via.
- Ganha 4 ATPs no final da via
4 ATP (ganhos) – 2 ATP (consumidos) = 2 ATP (saldo final)
- Ganha 2 NADH + 2 H
 Resumindo: Na glicólise, para cada molécula de glicose há uma produção de:
 -        2 NADH e
-        2ATP (saldo final)
-         2 Piruvatos
 A oxidação da glicose e a produção de ATP estão associados a redução do NAD+para NADH. Como NAD+ existe nas células em concentração limitantes, muito inferior a quantidade de substrato), a manutenção da glicose depende da reoxidação do NADH em NAD+ .
A oxidação da glicose e a produção de ATP estão associados a redução de NAD+ para NADH.
  Como NAD+ existe nas células em concentração limitantes, muito inferior a quantidade de substrato), a manutenção da glicose depende da reoxidação do NADH em NAD+.
 Os organismos regeneram o NAD+ através de dois processos básicos, segundo a disponibilidade de oxigênio: Em aerobiose – utilizam O2(da respiração) para oxidar NADH.   Em anaerobiose – não utiliza o O2,o própri o piruvato produzido pela glicólise serve como aceptor dos elétrons do NADH, sendo reduzido a lactato. A degradação anaeróbica da glicose é chamada de Fermentação.
 As fermentações são processos auto-suficientes, ou seja, independem de outras vias por serem capazes de regenerar as coenzimas que são utilizam para a produção de ATP.  Fermentação Lática:  Este processo é utilizado por: algumas espécies de bactérias, hemácias, fibras musculares de contração rápida, fibras musculares em geral quando submetidos a esforço intenso.          Em certos organismos, como a leveduras e algumas bactérias, a regeneração do NAD+ é feita por outro processo:
O piruvato é descarboxilado, originando um acetaldeído, que, servindo como aceptor dos elétrons do NADH, reduz a etanol.  Fermentação Alcoólica:Em certos organismos, como a levedurase algumas bactérias, a regeneração do NAD+ é feita por outro processo:
 O piruvato é descarboxilado, originando um acetaldeído, que, servindo como aceptor dos elétrons do NADH, reduz a etanol.
 
 O Ciclo de Krebs é também conhecido como ciclo do ácido cítrico.
	 O ciclo de Krebs é definido como uma sequência cíclica de reações por meio das quais as moléculas de acetil-CoA, (provenientes do catabolismo do carboidrato, lipídeos e proteínas), são completamente oxidadas até CO2, com a liberação de átomos de hidrogênio para a produção de energia nas cadeias respiratórias.Este processo aeróbico, que ocorre na matriz mitocondrial, é o mais eficiente para a produção de energia.
           Embora o ciclo de Krebs produza diretamente apenas 1 ATP (1 GTP = 1 ATP), ele contribui para a formação de grande parte do ATP produzido pela célula, pois a energia da oxidação da acetil-CoA é conservada sob forma de coenzimas reduzidas (NADH e FADH2) que posteriormente serão usada para síntese se ATP. A oxidação das coenzimas é obrigatoriamente feita pela cadeia de transporte de elétrons (cadeia respiratória) e, portanto, o ciclo de Krebs, assim como a conversão de piruvato a acetil-CoA, só pode funcionar em condições aeróbicas ao contrário da via glicolítica ( glicólise) que pode funcionar em condições anaeróbicas.
 
 
 
 
 
Formação do Acetil-CoA
 Em condições aeróbicas, o piruvato (substância produzida durante a quebra da molécula da glicose) é convertido a acetil-CoA através de uma enzima específica chamada complexo piruvato desidrogenase. O piruvato que está no citossol entra na mitocôndria, através de uma translocase específica , e é transformado em acetil-CoA, conectando, portanto a via glicolítica (ou glicólise) ao ciclo de Krebs.Regulação de Ciclo de Krebs.
 As enzimas abaixo são moduladas (ativadas ou inibidas) pela disponibilidade celular de algumas substâncias. A enzima citrato sintase é inibida pelo  ATP, NADH, succiil – CoA.A isocitrato desidrogenase é ativada pelo ADP e inibida pelo ATP e NADH
A a-cetoglutarato desidrogenase é inibida pelo ATP, NADH, GTP e succinil-CoA
Cadeia Respiratória: Introdução: Os processos da vida requerem que as moléculas consumidas na dieta sejam quebradas para que se possa extrair energia delas, e para fornecer “matéria prima” para a síntese (produção) de novas moléculas.Para o processo de obtenção de energia, são necessários uma série de reações em que doadores de elétrons transferem energia para aceptores de elétrons. As reações de oxidação – redução são fundamentais para a obtenção de energia de moléculas como por exemplo energia obtida através da glicose. Os principais transportadores de elétrons são o NADH (dinucleotídeo denicotinamida adenina) e o FADH2 (flavina adenina dinucleotídio).Na reações que participam o NAD+ e o FAD (que estão na forma oxidada, ou seja, ainda não receberam os prótons (H+) e elétrons (e-), recebem os prótons e elétrons do substrato gerando o NADH + H e o FADH2. Quando o NADH + H perde dois elétrons e 2 prótons ele volta a formar o NAD+e o FADH2 quando perde dois elétrons e 2 prótons ele volta a formar o FAD .    É a energia química do ATP a que será diretamente usada para promover os processos biológicos que consomem energia.          Em resumo, para que a energia derivada da oxidação dos alimentos possa ser aproveitada pelas células, ela deve estar sob a forma de ATP.
 
                                    ADP + Pi   → ATP
 Cadeia Respiratória ou Cadeia de Transporte de elétrons e Fosforilação Oxidativa
 Cadeia Respiratória ou Cadeia de Transporte de elétrons e Fosforilação Oxidativa pode ser definida como um conjunto de substâncias transportadoras de prótons e elétrons localizados na mitocôndria (na membrana interna da mitocôndria), que permitem a combinação do hidrogênio, liberado dos compostos orgânicos, com o oxigênio respiratório resultando em água (H2O) e liberando energia (ATP). O metabolismo aeróbico é uma maneira altamente eficiente de uma organismo extrair energia dos nutrientes. Em células eucarióticas, todos os processos aeróbicos (ex: ciclo de Krebs) ocorrem na mitocôndria; já os processos anaeróbicos, como a glicólise ocorre no citosol das células. As moléculas de NADH + H e FADH2 que foram gerados durante a glicólise (via glicolítica) e ciclo de Krebs, transferem seus elétrons para o oxigênio molecular (O2), através de uma série de reações conhecida como Cadeia Respiratória ou Cadeia de Transporte de elétrons.Tais moléculas (NADH + H e FADH2) são oxidadas até a NAD+ e FAD, que podem ser utilizadas novamente em várias vias metabólicas. A série de reações da Cadeia de Transporte de elétrons está esquematizada na figura a seguir. Os elétrons presentes no NADH são transferidos para o Complexo I, do ComplexoI vai para a coenzima Q, depois para o Complexo III, Citocromo c, Complexo IV e finalmente para o oxigênio (O2), como pode ser observado abaixo. Os elétrons presentes no FADH2 e outros substratos tem a entrada pelo complexo II, e são transferidos para coenzima Q, depois para o Complexo III, Citocromo C, Complexo IV e finalmente para o oxigênio (O2). Durante o transporte de elétrons na cadeia respiratória, há um bombeamento de prótons (H+) no espaço entre a membrana interna e a membrana externa da mitocôndria, chamado espaço intermembranas, criando um gradiente de prótons,que será utilizado na síntese do ATP (Fosforilação oxidativa).Os transportadores de elétrons são agrupados em 4 complexos, e sem fazer parte dos complexos, aparecem ainda dois componentes da cadeia de transporte de elétrons: a coenzima Q (CoQ) que conecta os complexos I e II ao complexo III, e o citocromo c, que conecta o complexo III ao IV.
 
Nome dos componentes da Cadeia de Transporte de elétrons
 
	Complexo I   (NADH-CoQ redutase)
	Complexo II (Succinato-CoQ redutase)
	CoQ                (coenzima Q)
	Complexo III    (CoQ-citocromo credutase)
	Citocromo c
	Complexo IV    (citocromo c oxidase)
  
Fosforilação Oxidativa:
A energia liberada pela oxidação dos nutrientes é usada pelo organismo sob a forma de energia química do ATP. A produção de ATP na mitocôndria é o resultado da fosforilação oxidativa, na qual o ADP é fosforilado, obtendo-se o ATP. As reações da cadeia de transporte de elétrons estão intimamente relacionadas à fosforilação oxidativa (síntese do ATP).A operação da cadeia de transporte de elétrons produz um bombeamento de prótons (H+) no espaço entre a membrana interna e a membrana externa da mitocôndria, chamado espaço intermembranas, criando um gradiente de prótons
Um ponto importante é que para cada NADH são gerados 3 ATP e para cada FADH2 são gerados 2 ATP.
 
 
Inibidores da cadeia de transporte de elétrons
 Há drogas capazes de atuar especificamente sobre um dos complexos da cadeia de transporte de elétrons, impedindo o prosseguimento da transferência de elétrons. O resultado desta ação inibitória é a paralisação do transporte de elétrons e das vias metabólicas que dependem da cadeia. Deste modo em instantes, todos os componentes da cadeia estarão parados, sem o transporte de elétrons, não se forma também o gradiente de prótons e, consequentemente, não há a síntese de ATP. Estas drogas são, portanto, potencialmente letais, pois, bloqueiam o transporte de elétrons (não formando água) e a síntese de ATP.
   Alguns exemplos de inibidores de cadeia respiratória
 
	Inibidores
	Complexos
 
	Barbituratos (hipnóticos)
	Complexo I
	Rotenona (inseticida)
	Complexo I
	Cianeto, monócido de carbono, ácido sulfúrico, etc...
	Complexo IV
 
 
Desacopladores da cadeia respiratória.
 Algumas substâncias são capazes de dissociar o transporte de elétrons da fosforilação oxidativa; estas substâncias são chamadas de desacopladores. Os compostos conhecidos como desacopladores inibem a fosforilação do ADP, ou seja,não há a síntese do ATP a partir do ADP + Pi, sem, contudo afetar o transporte de elétrons. Um exemplo bem conhecido de um desacopladoré o DNP (2,4 dinitrofenol). Vários antibióticos como a valinomicina e a gramicidina A, também são desacopladores.
          O DNP pode atravessar a membrana plasmática da mitocondria e se associar aos prótons (H+) no espaço intermembrana da mitocôndria, liberando-o na matriz mitocondrial, impedindo assim a formação do gradiente de prótons, que seria usado para a síntese do ATP, portanto esta droga não impede o transporte de elétrons, mas impede a formação do ATP. Em resumo, quando o processo de oxidação da mitocôndria está operando normalmente, o transporte de elétrons do NADH ou FADH2 até o oxigênio (O2) resulta na formação de H2O e ATP. Quando um desacoplador está presente, o oxigênio é reduzido à água (H2O), mas não há a síntese do ATP. Se o desacoplador for removido a síntese do ATP associada a cadeia de transporte de elétrons recomeçará.
 
SÍNTESE E DEGRADAÇÃO DO GLICOGÊNIO
O glicogênio é um polissacarídeo de reserva animal, formado por moléculas de glicose ligadas entre si por ligações glicosídicas. Os principais estoques de glicogênio no corpo se encontram nos músculos esqueléticos e no fígado, embora a maioria das células armazene pequenas quantidades para o uso próprio. De modo geral a síntese (glicogênese) e a degradação (glicogenólise) do glicogênio ocorrem preferencialmente nos tecidos hepáticos e muscular, porém com significados biológicos diferentes.
          O glicogênio muscular está mais diretamente relacionado com o suprimento de glicose para a geração de energia (ATP), através da glicólise ( via glicolítica) durante a contração muscular.  O glicogênio que se encontra no fígado (glicogênio hepático) possui uma função de controle dos níveis de glicose sanguínea (glicemia), especialmente no início do jejum.
                        Glicogenólise (degradação do glicogênio)
 
Os tecidos hepáticos e musculares são os de maior importância no armazenamento de glicogênio, visto que são tecidos responsáveis pela manutenção da glicemia e produção de ATP. Quando o excesso de glicose é convertido em glicogênio (pela glicogênese), este é armazenado no citosol da célula sob forma de grânulos insolúveis. A medida em que a célula começa a precisar de glicose, ela requisita de seu depósito de glicogênio, moléculas de glicose, que são liberadas através de uma seqüência de reações denominada de Glicogenólise.
  Glicogênese ( síntese de glicogênio)
  O glicogênio é sintetizado a partir de a-D-glicose. O processo ocorre no citosol e requer energia fornecida pelo ATP (para a fosforilação da glicose). A síntese do glicogênio, portanto,  consiste na repetida adição de resíduos de glicose nas extremidades de núcleo de glicogênio (pré-existente na célula, onde conforme a disponibilidade de glicose no tecido, a incorporação pode ser mais ou menos acentuada.          O núcleo de glicogênio (pré-existente na célula) é denominado “glicogênio de partida” ou “primer”. A glicose a ser incorporada deve estar na forma ativada, ou seja, ligada a uma uridina difosfato = uridina difosfato glicose (UDPG).
 
 
 
 
 
 A síntese e degradação do glicogênio dependem da atividade celular.
• Quando há excesso de glicose, a célula desloca as reações no sentido da síntese (glicogênese). • Quando a falta (necessidade) de glicose, o sentido das reações é o da degradação (glicogenólise).           Como podemos ver estas duas etapas são antagônicas, portanto, é de se esperar que quando uma via estiver ativada a outra está inibida. Os hormônios controlam estas vias, controlando as principais enzimas destas vias.
 A enzima chave:
·       da via de síntese (Glicogênese)é a glicogênio sintase
·       da via de degradação (Glicogenólise) é a glicogênio- fosforilase.
·       Estas enzimas estão sob controle de hormônios que ditam se elas vão estar na forma ativa (ativa a via que ela pertence) ou de forma inativa (inibe a via em que ela pertence).  Devido a importância da manutenção dos níveis de glicose no sangue, a síntese e a degradação do glicogênio, são firmemente reguladas. No fígado a glicogênese (síntese do glicogênio) é acelerada quando o corpo está bem alimentado, enquanto a (glicogenólise) degradação do glicogênio é acelerada em períodos de jejum. No músculo esquelético, a degradação do glicogênio ocorre durante o exercício físico e, a síntese começa assim que o músculo entra novamente em descanso. O processo de ativação e inibição das vias é conseguida através dos hormônios insulina, adrenalina e glucagon e pela própria concentração de glicose6–fosfato, cálcio e inibidores enzimáticos, entre outros moduladores.
            Regulação alostérica da síntese e da degradação do glicogênio:           A glicogênnio-sintase e a glicogênio-fosforilase respondem aos níveis dos metabólitos e às necessidades energéticas da célula.Se no nosso organismo tivermos excesso de glicose e níveis de ATP normais, a própria concentração de glicose 6-fosfato e o hormônio insulina (hormônio de ação hipoglicemiante) agem ativando a enzima glicogênio–sintase e como conseqüência ativa a Glicogênese (que processa o excesso de glicose transformando-a em glicogênio).
 Ao contrário, quando os níveis de ATP e glicose estão baixos, a insulina deixa de ser produzida e os hormônios antagônicos, isto é de ação hiperglicemiante, a adrenalina e o glucagon, é que serão produzidos. Estes hormônios ativam a enzima glicogênio-fosforilase ativando assim a glicogenólise (quebram o glicogênio em moléculas de glicóse para suprir os baixos níveis de glicose).  
          Ativação da degradação do glicogênio no músculo pelo cálcio:          Durante a contração muscular, há uma necessidade de energia (ATP) que é formecida pelo glicogênio muscular.  Impulsos nervosos causam a despolarização da membran, a qual, por sua vez, promove a liberação do Cálcio (Ca2+) do retículo sarcoplasmático para o sarcoplasma das células musculares. O cálcio liga-se à calmodulina, uma proteína da família de pequenas proteínas ligantes de cálcio. O complexo Ca2+ - calmodulina ativa as enzima fosforilase-quinase., promovendo a degradação do glicogênio.          Qando o músculo relaxa, o calcio volta para o retículo sarcoplasmático e a fosforilase-quinase fica inativa.
Gliconeogênese
  Introdução: Alguns tecidos, como o encéfalo, os eritócitos, a medula renal, o cristalino e a córnea, os testículos e o músculo esquelético em exercício, requerem suprimento contínuo de glicose. Durante as primeiras 10 a 18 h de jejum, o glicogênio hepático e a principal fonte de carboidratos, mas quando o jejum é prolongado, a glicose passa a ser sintetizada a partir do de outros precursores como lactato , piruvato e glicerol (derivado do triacilglicerol) e aminoácidos glicogênicos. A gliconeogênese pode ser definida como a síntese da glicose a partir de substâncias não glucídicas. Esta via ocorre no fígado e nos rins.Desta forma, quando o suprimento de glicose pela dieta ou por dificuldade de absorção da glicose pelas células estiver inadequado, a glicose será produzida endogenamente pela via da gliconeogênese.
     
Ciclo de Cori
 O lactato produzido no músculo esquelético em exercício é liberado no sangue. No ciclo de Cori, a glicose oriunda do sangue é convertida, pelo músculo em exercício em lactato , que será difundido para o sangue. Esse lactato é captado pelo fígado e reconvertido em glicose, pela via da gliconeogênese, que é liberda de volta para a circulação.