VIDA - Cap 03-b

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Interações iõnicasocorrem
entregruposRcarregados
de aminoácidos.
Doisgruposapoiares
interagemhidrofobicamente.
Pontes de hidrogêniose
formamentredoisgrupos
polares.
Figura 3.10 Interações não-covalentes entre polipeptídeos
e outras moléculas Interações não-covalentes permitem à pro-
teína ligar-sefortemente a outra molécula com propriedades espe-
cíficas ou a interação de regiões dentro de uma proteína.
Vejaas estruturas dos vinte aminoácidos na Tabela 3.2, notando as
propriedades dos grupos R. Os grupos hidrofóbicos expostos po-
dem se ligar a grupos apoIares sirrúlares no ligante. Os grupos R
carregados podem se ligar a grupos de carga oposta no ligante. Os
grupos R polares com grupo hidroxila (-OH) podem formar uma
ponte de hidrogênio com o ligante. Esses três tipos de interações
- hidrofóbicas, iônicas e pontes de hidrogênio - são fracas quando
isoladas, mas fortes quando juntas. Então, a exposição de grupos
R de aminoácidos apropriados na superfície da proteína permite a
ocorrência da ligação específica de um ligante.
As condições ambientais afetam
a estrutura protéica
Por ser determinada por forças fracas, a estrutura tridimensional
das proteínas é sensível a condições ambientais. Circunstâncias
que não romperiam ligações covalentes, mas enfraqueceriam as
interações não-covalentes que determinam a estrutura secundária
e terciária, podem afetar a forma de uma proteína e assim, sua
função.
• Aumentos na temperatura causam movimentos moleculares
mais rápidos e podem quebrar pontes de hidrogênio e inte-
rações hidrofóbicas.
• Alterações no pH podem mudar o padrão de ionização dos gru-
pos amino e carboxila nos grupos R dos aminoácidos, rom-
pendo assim o padrão de atrações e repulsões iônicas.
• Altas concentrações de substâncias polares, como uréia, podem
romper as pontes de hidrogênio, cruciais para a estrutura da
proteína. Substâncias apoIares podem também romper a es-
trutura normal da proteína.
A perda da estrutura terciária normal chama-se desnaturação e
é sempre acompanhada pela perda da função biológica normal
da proteína (Figura 3.11). A desnaturação é geralmente irrever-
sível, porque os aminoácidos intemalizados podem agora ser ex-
postos na superfície e vice-versa, produzindo uma nova estrutura
ou moléculas diferentes para se ligarem à proteína. O cozimento
de um ovo desnatura suas proteínas e, como você sabe, é irre-
versíve1. Entretanto, conforme vimos anteriormente no caso da
lisozima, a desnaturação pode ser reversível em laboratório. Se
for permitido que a proteína resfrie ou que os desnaturantes quí-
micos sejam removidos, a proteína retoma a sua forma"nativa" e
a sua função normal.
Em duas ocasiões, a cadeia polipeptídica corre o perigo de interagir
com um ligante errado.A primeira é após a desnaturação. Além dis-
so, uma proteína recém-sintetizada e ainda não-dobrada completa-
mente pode apresentar uma superfície que se liga a uma molécula
errada. Na célula, uma proteína pode algumas vezes se dobrar in-
corretamente à medida que é sintetizada, com sérias conseqüências.
Por exemplo, na doença de Alzheimer, proteínas com dobramento
incorreto se acumulam no cérebro e se ligam umas às outras, for-
mando fibras nas áreas cerebrais controladoras da memória, humor
e reconhecimento espacial.
Os sistemas vivos limitam interações protéicas inadequadas
por produzirem uma classe de proteínas chamada, apropriada-
mente, de chaperoninas (do inglês chaperones - acompanhantes
ou professores que nos bailes escolares tentam prevenir"inte-
rações inadequadas" entre os estudantes). As chaperoninas fo-
ram primeiramente identificadas nas moscas-das-frutas como
proteínas de" choque térmico", que previnem a desnaturação
de proteínas por agrupá-Ias quando a temperatura das moscas
aumentava.
Algumas chaperoninas trabalham prendendo proteínas em
risco iminente de fazer ligações inadequadas em uma" gaiola"
(Figura 3.12). Essa gaiola é composta de subunidades idênticas
e trata-se, por si só, de um bom exemplo de estrutura protéica
quaternária. Dentro da gaiola, a proteína-alvo se dobra na forma
correta e então é liberada no momento e no local apropriados.
A desnaturação rompea estrutura
secundáriae terciáriade umaproteínae
destróias funçõesbiológicasda proteína.
Proteína
desnaturada
/
A renaturação(remontagemde uma
proteínafuncional)é às vezespossível,mas
normalmentea desnaturaçãoé irreversível.
Figura 3.11 Desnaturação é a perda da estrutura terciária e
da função da proteína Agentes que podem causar desnatura-
ção incluemtemperaturas altas e certos compostos químicos.
Figura 3.12 As chaperoninas
protegem as proteínas de liga-
ções inapropriadas Chaperoni-
nas cercam as proteínas novas ou
desnaturadas e previnema intera-
ção com um liganteerrado.
3.2 RECAPITULAÇÃO
As proteínas são polímeros de aminoácidos. Sua se-
qüência de aminoácidos determina sua estrutura primá-
ria; as estruturas secundárias, terciárias e quaternárias
surgem por interações entre os aminoácidos. A forma
tridimensional de uma proteína determina finalmente sua
função.
• Você pode descrever os atributos do grupo R de um ami-
noácido que o tornaria hidrofóbico? E hidrofílico?Ver p. 42
e Tabela 3.2.
• Você pode fazer um esboço e explicar de que forma dois
aminoácidos se unem para formar uma ligação peptídica?
Ver p. 43 e Figura 3.6.
• Você pode descrever os quatro níveis estruturais das pro-
teínas e como eles são todos finalmente determinados pela
estrutura primária (ou seja, sua seqüência de aminoácidos)?
Verp. 44-46 e Figura 3.7.
• Você compreende as diferentes formas que os fatores am-
bientais, como temperatura e pH, podem afetar as estru-
turas fracas, que conferem a uma proteína sua específica
forma e função? Verp. 48.
3.3 Quais são as estruturas químicas efunções dos carboidratos?
Os carboidratos são moléculas com átomos de carbono ligados
a átomos de hidrogênios e grupos hidroxila (H-C-OH). Eles
possuem dois principais papéis bioquímicos:
• Carboidratos são uma fonte de energia que pode ser liberada
de forma a ser usada pelos tecid.oscorporais.
• Carboidratos servem como esqueletos de carbono que podem
ser rearranjados, a fim de formarem novas moléculas impor-
tantes para as estruturas e para as funções biológicas.
Alguns carboidratos são relativamente pequenos, com pesos mo-
leculares menores do que 100. Outros são verdadeiras macromo-
léculas, com pesos moleculares de centenas de milhares.
Existem quatro categorias de carboidratos biologicamente im-
portantes:
A proteínase dobrana sua
formaapropriadae é
liberada.
• Monossacarídeos (mono-, "um"; sacarídeo, "açúcar"), tais
como glicose, ribose ou frutose, são açúcares simples. Eles são
os monômeros a partir dos quais os carboidratos maiores são
construídos.
• Dissacarídeos (di-,"dois") consistem em dois monossacarí-
deos unidos por ligações covalentes.
• Oligossacarídeos (oligo-,"diversos") constituídos de diversos
monossacarídeos (3 a 20).
• Polissacarídeos (poli-, "muitos"), tais como amido, glicogê-
nio e celulose, são polímeros grandes compostos de centenas
ou milhares de unidades de monossacarídeos.
A fórmula-geral dos carboidratos, CH20, dá as relativas propor-
ções de carbono, hidrogênio e oxigênio em um monossacarídeo
(ou seja, as proporções desses átomos são 1:2:1). Em dissacarí-
deos, oligossacarídeos e polissacarídeos, essas concentrações di-
ferem levemente da fórmula-geral, pois dois hidrogênios e um
oxigênio perdem-se durante as reações de condensação que os
formam.
As plantas verdes produzem monossacarídeos por meio da fotos-
síntese, e os animais os adquirem direta ou indiretamente a par-
tir das plantas. Todas as células vivas contêm o monossacarídeo
glicose. Elas usam glicose como fonte de energia, quebrando-a
em uma série de reações que liberam a energia armazenada e pro-
duzem água e dióxido de carbono. A glicose existe emduas for-
mas, a cadeia linear e o anel. A estrutura em anel predomina em
mais de 99% das circunstâncias biológicas, pois é mais estável sob
condições fisiológicas. Existem também duas formas da estrutura
em anel chamada de CI.-glicosee ~-glicose, que diferem somente
na posição do -H e -OH ligados ao carbono 1 (Figura 3.13). As
formas CI.e ~ se interconvertem e existem em equilíbrio quando
dissolvidas em água.
Diferentes monossacarídeos contêm números variados de
carbonos. (Usa-se a convenção-padrão para numerar os carbonos,
demonstrada na Figura 3.13, ao longo deste livro.) A maioria dos
monossacarídeos encontrados nos sistemas vivos pertence à série
D dos isômeros ópticos (lembre também que só os L-aminoácidos
ocorrem nas proteínas - existe uma incrível especificidade na bio-
logia!).Alguns monossacarídeos são isômeros estruturais, com os
mesmos tipos e números de carbonos, mas arranjados diferen-
temente pela ligação. Por exemplo, as hexoses (hex-,"seis"), um
grupo de isômeros estruturais, possuem a fórmula C6H1206. In-
Os númerosem vermelhoindicama
convenção padrão para a
numeraçãodos carbonos.
H o Grupo
---!(i)P aldeído
21
H-(i)-OH
31HO-(j-H
4'H-(i)-OH
51
H-(j-OH
si
H-(j-OH
I
H
A cadeia da glicose na
forma linear tem um grupo
aldeido no carbono 1.
Figura 3.13 Glicose: de uma forma para outra
Todas as moléculas de glicose apresentam a fór-
mula C6H,206, mas suas estruturas variam. Quan-
do dissolvidas em água, as formas em "anel" a e
~ da glicose se interconvertem.
S(i)H20H
5
/GruPO hidroxila
O-H H
I -----'>..
~
cluídas entre as hexoses encontram-se a glicose, a frutose (assim
chamada porque foi a primeira encontrada nas frutas), a manose e
a galactose (Figura 3.14).
As pentoses (pente-,"cinco") são açúcares de cinco carbonos.
Duas pentoses são de particular importância biológica: a ribose
e desoxirribose, que formam parte dos esqueletos dos ácidos
Açúcar de três carbonos
H, pO
1~
H-(i)-OH
2
1
H-@)-OH
3
1
H
Gliceraldeído
°gliceraldeído é o menor
monossacarídeo e existe
somente na forma de
cadeia linear.
Uma reação entre este grupo
aldeido e o grupo hidroxila no
carbono 5 dá origem ao anel.
3
OH OH
Ribose
2
H H
a-Manose
Ribose e desoxirribose
apresentam cinco
carbonos, mas
propriedades químicas e
papéis biológicos muito
diferentes.
3
OH H
Desoxirribose
2
H OH
a-Galactose
4
OH H
Frutose
Estas hexoses são isômeros estruturais. Todas têm a fórmula
CSH,20S' mas cada uma com propriedades químicas distintas.
A linhaescura indicaque as ligaçõesda molécula
se estendem na sua direção; as ligaçõesmais
brandasse estendempara trás da página.
Dependendo da orientação do grupo aldeído quando o
anel fecha, qualquer das duas moléculas a-D-glicose
ou ~-D-glicose formam-se.
nucléicos RNA e DNA, respectivamente (ver Seção 3.5). Essas
duas pentoses não são isômeros, pois falta um átomo de oxigê-
nio no carbono 2 da desoxirribose (de-," ausente"). A ausência
desse átomo de oxigênio é uma importante distinção entre RNA
eDNA.
Os dissacarídeos, oligossacarídeos e polissacarídeos constroem-se
a partir de monossacarídeos covalentemente ligados por reações
de condensação, formando as ligações glicosídicas. Uma única
ligação glicosídica entre dois monossacarídeos forma um dissaca-
rídeo. Por exemplo, uma molécula de sacarose representa um dis-
sacarídeo formado por uma molécula de glicose e uma de frutose,
enquanto a lactose (açúcar do leite) contém glicose e galactose. A
sacarose, o açúcar de mesa comum na dieta humana, constitui o
principal dissacarídeo nas plantas.°dissacarídeo mal tose apresenta duas moléculas de glico-
se, mas não é o único que pode ser formado por duas glicoses.
Quando as moléculas de glicose formam uma ligação glicosídica,
a ligação será de um dos dois tipos, a ou ~, dependendo se a
molécula que ligou seu carbono 1 é a-D-glicose ou ~-D-glicose
(ver Figura 3.13). Uma ligação a com o carbono 4 de uma segun-
da molécula de glicose origina a maltose, enquanto uma ligação
~ produz a celobiose (Figura 3.15). A maltose e a celobiose são
isômeros estruturais, ambas com a fórmula C12H220n. Entretan-
to, são compostos diferentes com propriedades diferentes. So-
frem reações químicas distintas e são reconhecidos por enzimas
diferentes. Por exemplo, a maltose pode ser hidrolisada em seus
monossacarídeos no corpo humano, enquanto a celobiose não
pode. Certos microrganismos têm a química necessária para de-
gradar a celobiose.
Figura 3.14 Os monossacarídeos são açúcares simples Os
monossacarídeos são constituídos por um número variável de car-
bonos. Algumas hexoses são isômeros estruturais, com o mesmo
número e tipo de carbonos, mas arranjados diferentemente. A
frutose, por exemplo, é uma hexose, mas forma um anel de cinco
lados como as pentoses.
A presença de umátomo de carbono
(C)na junção,tal como é indicada,
Amaltose é produzida quando uma
ligação glicosídicaa-1,4 se forma
entre duas moléculas de glicose, O
grupo hidroxilano carbono 1 de uma
D-glicose na posição a (para baixo)
reage com o grupo hidroxilno carbono
4 de outra glicose,
Na celobiose, duas glicoses estão
ligadas por uma ligação glicosidica
~-1,4
Na sacarose, glicose e frutose estão
ligadas por uma ligação glicosídica
a-1,2,
,~~
OH OH
H OH
a-D-glicose
,vF:~
~
H OH
~-D-glicose
~
CH20HO H
~H H 1
OH OH
H OH
,vF>:
H~
H OH
~-D-glicose
,vF:"":
H~
H OH
~-D-glicose
Figura 3.15 Os dissacarídeos são formados por ligações gli-
cosídicas As ligações glicosídicas entre dois monossacarídeos
criam dissacarídeos muito diferentes, O tipo de dissacarídeo forma-
do depende de quais monossacarídeos estão ligados, do local (qual
átomo de carbono está ligado) e da forma (a ou ~) da ligação,
Os oligossacarídeos contêm vários monossacarídeos conecta-
dos por ligações glicosídicas em diversos pontos, Muitos oligossa-
carídeos têm grupos funcionais adicionais, que lhes conferem
propriedades especiais, Estão freqüentemente ligados de forma
covalente a proteínas e lipídeos na superfície celular externa, onde
servem como sinais de reconhecimento celular. Os grupos san-
güíneos humanos (como os tipos sangüíneos ABO) obtêm sua
especificidade pelas cadeias de oligossacarídeos,
Os polissacarídeos armazenam energia ou
fornecem materiais estruturais
Os polissacarídeos são cadeias gigantes de monossacarídeos co-
nectados por ligações glicosídicas (Figura 3.16),
• O amido'é um polissacarídeo de glicose com ligações glicosí-
dicas na orientação a,
• O glicogênio é um polissacarídeo de glicose altamente rami-
ficado,
• A celulose é também um polissacarídeo de glicose, mas seus
monossacarídeos individuais estão conectados por ligações
glicosídicas na orientação ~,
Formação da
ligação a\'
Formação
da ligação ~\'
Formação da
ligação a\'
Ligação glicosidicaa-1 ,4
CH
2
0H ~~H :H
2
0HO o~
OH H
o H
H OH H OH
Ligação glicosídica~-1 ,4
~
0~:H20HO
OH H
H
H OH
I
~-D-glicose ~-D-glicose
Celobiose
Ligação glicosídica a-1 ,2
~vr:'1, )?''jbff ""o 4 CH20H
OH H
a-D-glicose Frutose
Sacarose
O amido compreende uma família de moléculas gigantes de es-
trutura amplamente similar, Enquanto todos os amidos são gran-
des polímeros de glicose com ligações a (ver a Figura 3,16A), os
amidos diferentes podem ser distinguidos pela quantidade çie ra-
mificações nos carbonos 1 e 6 (Figura 3,16B), Alguns amidos de
plantas não se ramificam, como a amilose das plantas; outros são
moderadamente ramificados, como a amilopectina, O amido se
liga prontamente à água e, quando ela é removida, o amido não-
ramificado tende a formar pontes de hidrogênio entre as cadeias
de polissacarídeos, que então se agregam,
O pão se torna duro pois quando ele seca as cadeias de
polissacarídeos no amido se agregam, Adicionandoágua
e aquecendo levemente, as cadeias se separam e o pão
se torna mais macio,
O glicogênio armazena glicose no fígado e nos músculos de ani-
mais, O amido e o glicogênio servem como compostos armazena-
dores de energia para plantas e animais; respectivamente, Esses
polissacarídeos são prontamente hidrolisados a monômeros de
glicose, os quais, por sua vez, podem ser posteriormente degra-
dados para liberar sua energia, Se a glicose é realmente necessá-
ria como combustível, por que deve ser armazenada em forma de
polímero? A razão é que mil moléculas de glicose exerceriam mil
vezes a pressão osmótica, causando a entrada de água nas células
Pontesde hidrogêniocom outrasmoléculas
de celulosepodemocorrer nestespontos.
Celulose é um polímero não-ramificado de glicose com ligações
glicosídicas ~-1,4 que são quimicamente muito estáveis.
Glicogênio e amido são polímeros de glicose com ligações glicosídicas
a-1 ,4. Ligações glicosídicas a-1 ,6 produzem ramificação no carbono 6.
Moléculas de celulose paralelas
formam pontes de hidrogênio para
formar fibrilas finas.
Camadas de fibras de celulose,
vistas nesta micrografia eletrônica,
dão grande força às paredes
celulares vegetais.
Ramificada (amido)
•• ••'). 'i ...;'J•..
/ •.•. -)r,
. .;<.... f\--
••• ••••
A ramificação limita o número de pontes
de hidrogênio que podem se formar na
molécula do amido, tornando o amido
menos compacto que a celulose.
Marcados em vermelho nesta
micrografia, os depósitos de amido têm
forma granular no interior das células
Figura 3.16 Polissacarídeos representativos Celulose, amido
e glicogênio demonstram níveis diferentes de ramificação e com-
pactação em polissacarídeos.
A quantidade elevada de ramificações
no glicogênio torna seus depósitos
sólidos mais compactos que o amido.
Corados em rosa nesta micrografia,
vemos os depósitos de glicogênio no
fígado humano.
(ver Seção 5.3) Se não fosse pelos polissacarídeos, vários organis-
mos gastariam muito tempo e energia eliminando o excesso de
água de suas células.
A celulose é o componente predominante das paredes celu-
lares vegetais e o composto orgânico mais abundante da Terra. O
amido pode ser degradado mais ou menos facilmente pelas ações
de compostos químicos ou de enzimas. A celulose, entretanto, é
quimicamente mais estável devido a suas ligações glicosídicas p.
Assim, o amido é um bom meio de armazenamento, podendo ser
facilmente degradado, a fim de fornecer glicose para as reações
produtoras de energia, enquanto a celulose constitui um excelente
material estrutural que pode resistir a condições ambientais seve-
ras sem alterações.
Os carboidratos modificados quimicamente
contêm grupos funcionais adicionais
Alguns carboidratos são modificados quimicamente por adição
de grupos funcionais, tais como fosfato e grupos amino (Figu-
ra 3.17). Por exemplo, o carbono 6 na glicose pode ser oxida-
do a partir de -CH20H para um grupo carboxila (- COOH),
produzindo ácido glicurônico. Ou um grupo fosfato pode ser
adicionado a um ou mais grupos -OH. Alguns desses açúcares-
fosfatos, tais como frutose 1,6-bifosfato, são importantes inter-
Figura 3.17 Carboídratos quimicamente modificados Grupos
funcionais adicionados modificam a forma e as propriedades de um
carboidrato.
A Irutose 1 ,6-biloslato está
envolvida nas reações que
liberamenergia a partir da
glicose (Os números no seu
nome relerem-se aos
carbonos da ligação do
loslato; bi - indica que dois
loslatos estão presentes)
Os monossacarídeos
glicosamina e galactosamina
são amino-açúcares com
um grupo amino no lugar de
um grupo hidroxila.
A quitina é um polímero
de N-acetilglicosamina;
Grupos N-acetil fornecem
pontos adicionais para
pontes de hidrogênio
entre os polímeros.
o ./ Grupos loslato \
II o
-0-1 __ 0-C~H2 o~-o-r--o-
H H HCjJlOH
~Frutose
OH H
Frutose 1,6-bifosfato
mediários nas reações de energia celulares, que discutiremos no
Capítulo 7.
Quando um grupo amino é substituído por um grupo -OH, ami-
no-açúcares como a glicosamina e a galactosamina são produzidos.
Esses compostos são importantes na matriz extracelular (ver Seção
4.4), onde formam partes de glicoproteínas envolvidas na manuten-
ção da união dos tecidos. A galactosamina é o principal componente
da cartilagem, material que forma capas nas terminações de ossos
e enrijece as orelhas e o nariz. Um derivado da glicosamina produz
o polímero qui tina, que é o principal polissacarídeo estrutural nos
esqueletos de insetos e muitos crustáceos (tais como caranguejos e
lagostas), bem como na parede celular dos fungos.
Fungos, insetos e crustáceos constituem mais de 80%
das espécies já descritas. Assim, a quitina, que sustenta
seus corpos, é uma das substâncias mais abundantes
do planeta.
~
CH20HO H
H
OH H
HO OH
H NH2-Grupo
amino
H~~H20HO H
OH H
H OH
H NH2
1-------------1 .
, CH3 .....--'-GrupoN-acetll, I ,
. Glicosamina : y=o:
CH20H i : H N- H i
"~~H :' o; i
H
o H :H,
H N- H : CH2 OH ,0=6 '- - - - - - -- - - - ---'
I N-acetilglicosamina
CH3
N-H
Io=c
I
CH3
A galactosaminaé um componente
importanteda cartilagem,tecido
conectivoem vertebrados.
3.3 RECAPITULAÇÃO
Carboidratos são compostos de carbono, hidrogênio e oxi-
gênio em uma razão geral de 1:2:1. Eles fornecem energia
e estrutura para as células e são precursores de numero-
sas moléculas biológicas importantes. Os monossacaríde-
os podem ser conectados por ligações glicosídicas para
formar dissacarídeos, oligossacarídeos e polissacarídeos.
• Você pode desenhar a estrutura química de um dissacarí-
deo formado por dois monossacarídeos? Ver Figura 3.15.
• Quais qualidades dos polissacarídeos amido e glicogênio
os tornam úteis para o armazenamento de energia? Ver p.
51 e Figura 3.16.
• Olhando as moléculas de celulose na Figura 3.16A, você
pode ver onde um grande número de pontes de hidrogênio
está presente na estrutura linear da celulose demonstrada
na Figura 3.168? Você compreende por que esta estrutura
é tão forte?
Vimos agora de que forma os monômeros de aminoácidos for-
mam os polímeros de proteínas e como os monômeros sacarídi-
cos constituem os polímeros de carboidratos. Agora analisaremos
os lipídeos, que são especiais entre as quatro classes de moléculas
biológicas grandes no sentido de que não são, estritamente falan-
do, polímeros.
3.4 Quais são as estruturas químicas efunções dos lipídeos?
Os lipídeos são hidrocarbonetos insolúveis em água, devido às
suas muitas ligações covalentes apoIares. Como vimos na Seção
2.2, moléculas de hidrocarbonetos apoIares são hidrofóbicas e
agregam-se preferencialmente entre elas, distantes da água, que
é polar. Quando as moléculas apoIares estão suficientemente pró-
ximas, forças de van der Waals fracas, mas aditivas, as unem. Esses
enormes macromoleculares agregados não são polímeros no sen-
tido químico estrito, já que suas moléculas de lipídeos individuais
não se encontram covalentemente ligadas. Entretanto, eles podem
ser considerados polímeros de suas unidades lipídicas individuais.
Diferentes tipos de lipídeos desempenham diversos papéis
nos organismos vivos:
• As gorduras e os óleos armazenam energia.
• Os fosfolipídeos desempenham papéis estruturais importan-
tes nas membranas celulares.
• Os carotenóides ajudam as plantas a capturar energia solar.
• Os esteróides e os ácidos graxos modificados desempenham
papéis regulatórios como hormônios e vitaminas.
• A gordura serve como isolante térmico no corpo dos animais.
• Um revestimento lipídico envolve os nervos e age como iso-
lante elétrico.
• Óleo ou ceras na superfícieda pele, pêlo e penas repelem a água.
Figura 3.18 Síntese de um triglicerídeo Emorganismos vivos,a reação
que forma os triglicerídeosé mais complexa. mas o resultado finalestá de-
monstrado aqui.
H
H2C C CH2 H
Glicerol
I I I H2C C CH2(umálcool)OH OH OH I I I
O O O
'\ • I - C-- LigaçãoOH OH OH O=C O=C O-I éster
+ I I I I I
O=C O=C O=C 3 H20 /CH2 /CH2 /CH2
I I I H2C"" H2C"" H2C""
/CH2 /CH2 /CH2 A sínteseda /CH2 /CH2 /CH2
3 H2C"" H2C"" H2C""
ligaçãoésteré
H2C"" H2C"" H2C""
moléculas /CH2 /CH2 /CH2
umareaçãode
condensação. /CH2 /CH2 /CH2de ácidos
H2C"" H2C"" H2C""graxos H2C"" H2C"" H2C""
/CH2 /CH2 /CH2 /CH2 /CH2 /CH2
H2C"" H2C"" H2C"" H2C"" H2C"" H2C""
. /CH2 /CH2 /CH2 /CH2 /CH2 /CH2
H2C"" H2C"" H2C"" H2C"" H2C"" H2C""
/CH2 /CH2 /CH2 /CH2 /CH2 /CH2
H2C"" H2C"" H2C"" H2C"" H2C"" H2C""
/CH2 /CH2 /CH2 /CH2 /CH2 /CH2
H2C"" H2C"" H2C"" H2C"" H2C"" H2C""
/CH2 /CH2 /CH2 CH3 CH3 CH3
H2C"" H2C"" H2C""
TriglicerídeoCH3 CH3 CH3
Quimicamente, as gorduras e os óleos são triglicerídeos, também co-
nhecidos como lipídeos simples. Os triglicerídeos sólidos em tempe-
ratura ambiente (2ü°C)são chamados de gorduras, e os líquidos em
temperatura ambiente são chamados de óleos.Dois tipos de blocos
construtores compõem os triglicerídeos: ácidos graxas e glicerol. O
glicerol é uma molécula pequena com três grupos hidroxila (-OH)
Oogo é um álcool).Os ácidos graxos são uma longa cadeia hidro-
carbonada apoIar e um grupo funcional polar carboxila (- COOH).
Um triglicerídeo contém três moléculas de ácidos graxos e uma
molécula de glicerol.O grupo carboxilade um ácido graxo pode re-
agir com o grupo hidroxila do glicerol, resultando em uma ligação
covalente chamada de ligação éster e água. (Figura 3.18).
Os três ácidos graxos numa molécula de triglicerídeo não ne-
cessitam ter todos o mesmo comprimento de cadeia carbonada
ou estrutura:
• Em ácidos graxos saturados, todas as ligações entre os áto-
mos de carbono em uma cadeia hidrocarbonada são ligações
simples - não existem ligações duplas. Ou seja, todas as cone-
xões são saturadas com átomos de hidrogênio (Figura 3.19A).
Essas moléculas de ácidos graxos são relativamente rígidas e
lineares, e se adaptam fortemente umas às outras, como os
vários lápis de uma caixa.
• Em ácidos graxos insaturados, a cadeia de hidrocarbonetos
contém uma ou mais duplas ligações. O ácido oléico, por
exemplo, é um ácido graxo monoinsaturado com uma dupla li-
gação próxima ao meio da cadeia hidrocarbonada, que causa
uma dobra na molécula (Figura 3.19B). Alguns ácidos graxos
têm mais de uma ligação dupla e dobras múltiplas; eles são
ácidos graxos poliinsaturados. Essas dobras previnem as molé-
culas de gordura insaturada de interagirem fortemente.
As dobras nas moléculas de ácidos graxos são importantes na
determinação da fluidez e do ponto de fusão de um lipídeo. Os
triglicerídeos das gorduras animais tendem a ter muitos ácidos
graxos satura dos de cadeia longa, interagindo fortemente; essas
gorduras são em geral sólidas à temperatura ambiente e têm um
alto ponto de fusão. Os triglicerídeos das plantas, como óleo de
milho, tendem a ter ácidos graxos insaturados ou curtos. Devido a
essas dobras, esses ácidos graxos interagem de forma menos com-
pacta e apresentam um baixo ponto de fusão; esses triglicerídeos
são normalmente líquidos em temperatura ambiente.
Gorduras e óleos são excelentes armazenadores de ener-
gia. Em 1900, o engenheiro alemão Rudolf Diesel usou
óleo de amendoim para fazer funcionar um de seus pri-
meiros motores de automóvel, e recentemente houve o
ressurgimento da tecnologia do biodiesel. Uma bem su-
cedida aplicação converte o óleo de cozinha usado em
"combustívelde batatas fritas".
Os lipídeos e a água não interagem; quando água e lipídeos se
misturam, formam duas fases distintas. Muitas substâncias bio-
logicamente importantes - íons, açúcares e aminoácidos livres -
solúveis em água mostram-se insolúveis em lipídeos.
Como os triglicerídeos, os fosfolipídeos contêm ácidos gra-
xos ligados ao glicerol por ligações ésteres. Em fosfolipídeos, en-
tretanto, qualquer um dos diversos compostos contendo fosfato
substitui um dos ácidos graxos (Figura 3.20A). O grupo funcional
fosfato tem carga elétrica negativa, então essa porção da molécula
é hidrofilica, atraindo moléculas polares de água. Já os dois ácidos
graxos são hidrofóbicos, agregando-se distantes da água.
Em ambiente aquoso, os fosfolipídeos se organizam em fila
de forma que as"caudas"hidrofóbicas e apoiares interajam forte-
mente, e as" cabeças" contendo fosfato fiquem voltadas para fora,
onde atuam com a água. Os fosfolipídeos assim formam uma bi-
camada, uma folha com duas moléculas de espessura, da qual
a água é excluída (Figura 3.20B). As membranas biológicas têm
esse tipo de estrutura em bicamada lipídica; dedicaremos todo o
Capítulo 5 às suas funções biológicas.
Todas as ligações entre
átomos de carbono são
simples, produzindo um
ácido graxo saturado
(cadeia carbônica é
linear).
A cadeia linear permite a esta molécula
interagir fortemente com outras
moléculas similares. As dobras previnem
o empacotamento próximo.
Duplas ligações entre
dois carbonos produzem
um ácido graxo
insaturado (cadeia
carbônica tem dobras).
Figura 3.19 Ácidos graxos satura dos e insaturados (A) A
cadeia hidrocarbonada linearde um ácido graxo saturado permite
à molécula interagirfortemente com outras moléculas similares. (8)
Emácidos graxos insaturados, dobras na cadeia previnemempa-
cotamento próximo. Note a convenção nos modelos moleculares
de preenchimento espacial aqui demonstrados: cinza, H; vermelho,
O; preto,C.
CH3
I
H3C-N+-CH3
I
CH2
I
CH2
Io
I
Fosfato '0 -p=o
I
O
I
H2C--CH -CH2
I I
O O
I I
c=o c=o
I I
CH2 CH2
Cadeias
Hidro-
carbonadas
A "cabeça" hidrofilica é atraída
pela água, que é polar.
c,b"" r
hidrofílica -t CargapositivaCarga
negativa
Cauda
hidrofóbica
Certas classes de lipídeos não se baseiam na estrutura glicerol-
ácido graxo. Por serem constituídas amplamente de carbono e hi-
drogênio e serem apoIares, estas moléculas ainda classificam-se
como lipídeos.
CAROTENÓIDES Os carotenóides são urna família de pigmentos
absorventes de luz encontrados nas plantas e nos animais. O be-
ta-caroteno (~-caroteno) é um pigmento que fixa a energia solar
nas folhas durante a fotossíntese. Nos humanos, uma molécula de
~-caroteno pode ser degradada em duas moléculas de vitamina A
(Figura 3.21), a partir das quais produzimos o pigmento rodop-
13-caroteno
/ ~
Figura 3.20 Fosfolipídeos (A)Fosfatidilcolina (Iecitina) de-
monstra a estrutura de uma molécula ,de fosfolipídeo. Em outros
fosfolipídeos, os aminoácidos serina, o açúcar álcool inositol ou
outros compostos substituem a colina. (B) Em ambiente aquoso,
as interaçães hidrofóbicas unem as "caudas" de fosfolipídeos no
interior de uma bicamada de fosfolipídeo, As "cabeças" hidrofílicas
estão voltadas para fora em ambos os lados da bicamada, onde
interagem com as moléculas de água ao redor,
Em ambiente aquoso, as "caudas" ficam
distantes da água e as "cabeças" interagem
com a água, formando uma bicamada.
"Cabeças"
Hidrofílicas
- "Caudas" Hidrofóbicas
dos Ácidos graxos
- "Cabeças"
Hidrotnicas
sina, necessário para a visão, Os carotenóides são responsáveis
pelas cores das cenouras, dos tomates, das abóboras, das gemas
de ovo e da manteiga.
ESTERÓIDES Os esteróides são uma família de compostos orgâ-
nicos cujos anéis múltiplos compartilham carbonos (Figura 3.22),
O esteróide colesterol é um importante constituinte das membra-
nas. Outros esteróides funcionam como hormônios, sinais quími-
cos que transportam mensagens de uma parte do corpo para outra
(ver Capítulo 47). Sintetizado no fígado, o colesterol é o material
inicial para a produção de testosterona e de outros hormônios
esteróides, bem como de sais biliares que ajudam a emulsificar
gorduras da dieta, o que permite que possam ser digeridas. O co-
lesterol é absorvido de alimentos como
leite, manteiga e gorduras animais.
Figura 3.21 O 13-caroteno é fonte de
vitamina A O carotenóide ~-caroteno
ésimétrico ao redor da sua dupla ligação
central; quando a ligação é quebrada o
resultado são duas moléculas de vitamina
A A fórmula estrutural simplificada usa-
da aqui é a taquigrafia química padrão
para moléculas orgânicas grandes com
muitos átomos de carbono, Fórmulas
estruturais estão simplificadas por omitir o
C (indicando um átomo de carbono) nas
intersecçães das linhas representando
ligações covalentes, Átomos de hidro-
gênio (H) para preencher todos os sítios
de ligação disponíveis em cada C são
considerados.
o colesterol é um constituinte
de membranas e é a fonte de
hormônios esteróides.
A vitamina 02 pode ser produzida
na pele pela ação da luz sobre um
derivado do colesterol.
o CH20H
d55H3C~C/OHHOH3CO /./
o cortisol é um hormônio
secretado pelas glãndulas adrenais.
A testosterona é um
hormônio sexual masculino.
Figura 3.22 Todos os esteróides têm a mesma estrutura em
anelOs esteróides demonstrados aqui, todos importantes em
vertebrados, compõem-se de carbono e hidrogênioe são altamen-
te hidrofóbicos.Entretanto, pequenas variações químicas, como a
presença ou ausência de um grupo hidroxila,podem produzirenor-
mes diferenças funcionais entre estas moléculas.
VITAMINAS As vitaminas são moléculas pequenas não-sin-
tetizadas no corpo e devem ser adquiridas de fontes dietéticas
(ver Capítulo 56). Por exemplo, a vitamina A é formada a partir
do ~-caroteno encontrado em vegetais verdes e amarelos (Figura
3.21). Em humanos, a deficiência de vitamina A causa perda de
turgidez na pele, nos olhos e nas superfícies corporais internas;
crescimento e desenvolvimento retardado; e cegueira noturna,
sintoma de diagnóstico para a deficiência. As vitaminas D, E e K
também são lipídeos.
CERAS O brilho do cabelo humano não existe somente para
propósitos cosméticos. Glândulas na pele secretam uma camada
de cera que repele a água e mantém o cabelo flexível.Os pássaros
que vivem próximos à água têm uma camada de cera semelhante
sobre suas penas. As folhas brilhantes do azevinho, comuns nos
feriados de inverno, têm também essa camada. Finalmente, as
abelhas fabricam os favos a partir de cera. Todas as ceras têm a
mesma estrutura básica: são formadas por uma ligação éster entre
um ácido graxo satura do de cadeia longa e um álcool de cadeia
longa saturado. O resultado é uma molécula muito longa, com
40 a 60 grupos CH2. Por exemplo, aqui está a estrutura da cera da
abelha:
\ 0-CH2
Ligação
éster
A estrutura altamente apoIar contribui para a impermeabilidade
da cera à água.
3.4 RECAPITULAÇÃO
Os lipídeos são moléculas apoiares compostas amplamen-
te de carbono e hidrogênio. São importantes no armazena-
mento de energia e estruturas biológicas. As membranas
celulares contêm fosfolipídeos, compostos de ácidos gra-
xos hidrofóbicos ligados ao glicerol e a um grupo fosfato
hidrofílico.
• Você pode desenhar as estruturas moleculares de ácidos
graxos e glicerol e demonstrar como eles se ligam para for-
mar um triglicerídeo? Verp. 55 e Figura 3.18.
• Qual é a diferença entre gorduras e óleos? Verp. 55.
• Você pode explicar como a natureza polar dos fosfolipídeos
resulta na formação da bicamada? Verp. 55 e Figura 3.20.
• Por que os esteróides e algumas vitaminas são classifica-
dos como Iipídeos? Verp. 56-57.
Embora todas as grandes moléculas discutidas neste capítulo
sejam encontrados apenas nos organismos vivos, a classe final
de moléculas biológicas que discutiremos é especialmente liga-
da ao mundo vivo. A função dos ácidos nucléicos não é nada
menos que a transmissão do "protótipo" da vida para cada novo
organismo.
3.5 Quais são as estruturasquímicas e funções dos
ácidos nucléicos?
Os ácidos nucléicos são polímeros especializados no armazena-
mento, na transmissão e no uso da informação genética. Existem
dois tipos de ácidos nucléicos: o DNA(ácido desoxirribonucléico)
e o RNA (ácido ribonucléico). O DNA é uma macromolécula que
codifica a informação hereditária e a passa de geração a geração.
Por meio de um RNA intermediário, a informação codificada no
DNA é também usada para especificar a seqüência de aminoá-
cidos das proteínas. A informação flui de DNA para DNA na re-
produção, mas nas atividades não-reprodutivas da célula, a infor-
mação flui de DNA para RNA e para proteínas, que, finalmente,
desempenham suas funções vitais.
Os nucleotídeos são os blocos construtores
dos ácidos nucléicos
Os ácidos nucléicos são compostos de monômeros chamados
nucleotídeos, cada um dos quais consiste em um açúcar pento-
se, um grupo fosfato e uma base contendo nitrogênio. As bases
dos ácidos nucléicos têm uma das duas formas químicas: uma
estrutura em um anel único chamada de pirimidina ou uma
estrutura de anéis fundidos chamada de purina (Figura 3.23).
(As moléculas que consistem em um açúcar pentose e de uma
base nitrogenada, mas sem grupo fosfato, são chamadas nucleo-
sídeos). No DNA, o açúcar pentose é a desoxirribose, a qual
difere da ribose encontrada no RNA por um átomo de oxigênio
(ver Figura 3.14.)