Introdução a Bioquímica

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1° tema:
Introdução a Bioquímica
Bioquímica é a ciência que estuda os processos químicos biológicos, ela como disciplina ou como ciência, estuda as estruturas moleculares, os mecanismos e os processos químicos responsáveis pela vida.
Inicialmente, a Bioquímica era um ramo da Química, porém, foi uma disciplina que cresceu muito ao longo das últimas décadas devido, principalmente, ao grande avanço das tecnologias científicas e equipamentos sofisticados que permitiram o estudo das moléculas biológicas em nível molecular. A bioquímica tenta entender como a vida funciona no ponto de vista molecular 
 Os seres vivos efetuam atividades funcionais que permitem a sua sobrevivência, crescimento e reprodução. Para realizar as suas funções, os seres vivos dependem da capacidade de obter, transformar, armazenar e utilizar energia. Sem energia eles perdem a vitalidade e morrem. 
Com os avanços na tecnologia atual fez com que esta Disciplina progredisse muito nas suas descobertas nos últimos anos. Por meio de metodologias científicas e equipamentos de última geração a Bioquímica hoje é capaz de estudar as estruturas químicas e tridimensionais das moléculas biológicas, e mais, entender o funcionamento e a interação dessas biomoléculas nos organismos vivos.
Algumas indagações como; “Como produzimos energia a partir de diferentes alimentos?”; “Como as nossas células produzem e degradam as moléculas?” “Como a nossa informação genética é transmitida e decodificada?”, entre outras, hoje podem ser respondidas pela Bioquímica, pois ela é responsável pelo estudo da “química da vida”.
Composição da matéria viva
A matéria viva é constituída por moléculas inorgânicas, por  moléculas orgânicas e por íons.
Em relação à classificação entre substâncias inorgânicas e orgânicas, dizia-se que o primeiro grupo era constituído de compostos de origem mineral, sem vida. Já o grupo dos compostos orgânicos se originava dos organismos vivos vegetais e animais. Porém, esse conceito se tornou incorreto ao longo do tempo, pois algumas substâncias orgânicas passaram a ser também sintetizadas em laboratório.
Moléculas inorgânicas - são aquelas que não contêm o elemento carbono (salvo algumas exceções, como o dióxido de carbono (CO2).
Moléculas orgânicas - são aquelas em que o principal constituinte é o elemento carbono, que está associado principalmente aos átomos de hidrogênio (H) e também ao enxofre (S), fósforo (P), nitrogênio (N) e oxigênio (O).
A água (H2O) é uma molécula inorgânica muito importante, ela corresponde à quase metade de toda a constituição da matéria viva na natureza.
Ela compõe mais de 70% de nosso organismo e está presente em inúmeras reações de origem e manutenção da vida. Por exemplo, o processo de fecundação é facilitado pela hidrólise, que é a reação química em que ocorre a quebra de uma ligação por meio da adição da molécula de água. Sem a água também não haveria o transporte de oxigênio do sangue e os nutrientes até as células.
A água está presente também na manutenção das plantas, pois sem ela não haveria o processo da fotossíntese que realiza a nutrição vegetal.
Apesar disso, as moléculas que estão presentes em maior quantidade nos organismos vivos são as moléculas orgânicas. Por exemplo, o nosso organismo é composto de mais de 60% de compostos orgânicos em massa. As membranas dos glóbulos vermelhos e dos brancos de nosso sangue são formadas por lipídios e proteínas, que são moléculas orgânicas. O próprio DNA, que transmite as características hereditárias de cada espécie, é constituído basicamente de proteínas.
Definição e importância do PH
O pH significa "potencial Hidrogeniônico", uma escala logarítmica que mede o grau de acidez, neutralidade ou alcalinidade de uma determinada solução.
A maioria das soluções fisiológicas apresenta pH próximo da neutralidade, o sangue, por exemplo, apresenta um pH de aproximadamente 7,4 enquanto que um refrigerante de cola apresenta um pH em torno de 3,0. 
A medida do pH é um dos procedimentos mais importantes e utilizados na Bioquímica. O pH pode afetar a estrutura e consequentemente a função de algumas macromoléculas dentro das células e as medidas do pH do sangue e da urina são frequentemente usadas em diagnósticos médicos de importantes doenças como, por exemplo, a diabete.
O pH varia de acordo com a temperatura e a composição de cada substância (concentração de ácidos, metais, sais, etc.).
A escala compreende valores de 0 a 14, sendo que o 7 é considerado o valor neutro. O valor 0 (zero) representa a acidez máxima e o valor 14 a alcalinidade máxima. Valores abaixo de zero ou superiores a 14 também podem ser verificados em algumas substâncias.
Para manter o equilíbrio do pH é importante evitar alimentos com pH baixo (refrigerante, café, etc.) e consumir alimentos alcalinos como vegetais frutas com pouco açúcar, etc.
Alguns valores de pH:
 O pH do sangue humano tem que estar em seu limite ideal de 7,4 para absorver os minerais necessários à saúde daquele indivíduo. Qualquer alimento sólido, ou líquido, que prejudique o equilíbrio do pH ideal estará comprometendo a saúde. Assim, o pH do sangue humano está inteiramente relacionado à saúde. Uma pequena variação do pH dá oportunidade a uma redução do seu sistema imunológico, dando oportunidade para que seres vivos prejudiciais à nossa saúde, como vírus, bactérias, fungos, que vivem em meios ácidos, com pH abaixo de 7,0 proliferem e encontrem ambiente propício para sobreviver. A maioria das pessoas que tem câncer apresentam um pH no tecido de 4,5. Esse ambiente é pobre em oxigênio e muito propício para instalação de câncer. 
O câncer se desenvolve em ambiente de menor quantidade de oxigênio e esse ambiente é criado quando o pH é baixo. Quando o pH do sangue está baixo, as gorduras são aderidas às paredes das artérias causando doenças do coração. As doenças causadas pela tireóide é resultado da deficiência do mineral iodo. Esse elemento só é absorvido pelo o organismo quando está com o pH ideal. Por isso, na sociedade atual é frequente encontrar pessoas com doenças da tireóide, porque atualmente valoriza-se alimentos que proporcionam ao organismo um ambiente de pH baixo. Em resumo, estando o pH do nosso sangue abaixo da normalidade 7,4 estamos propensos a todos os tipos de doenças: Câncer, artrite, diabetes, doenças do coração, fadiga crônica, alergias além de doenças causadas por vírus, bactérias e fungos. 
Concluímos, que quando o seu organismo tem deficiência mineral, você está sem saúde. Quando o pH do seu sangue está abaixo do normal, você está propenso a qualquer tipo de doença.
2° tema
Vitaminas hidrossolúveis, lipossolúveis, Hiper e hipovitaminose
As vitaminas são compostos orgânicos que não podem ser produzidos pelo organismo, essenciais para o funcionamento de importantes processos bioquímicos do corpo.
Dentre as principais propriedades das vitaminas estão as de coenzima (substância necessária para o funcionamento de determinadas enzimas que catalisam reações no organismo) e antioxidante (neutralizam radicais livres). ​
Uma vez que o organismo não é capaz de sintetizar as vitaminas, elas precisam ser ingeridas através da alimentação. Suas principais fontes são as frutas, verduras, legumes, carne, leite, ovos e cereais.
A carência parcial de vitaminas é chamada de hipovitaminose, enquanto que o excesso de ingestão de vitaminas é denominado hipervitaminose. A vitaminose é a carência extrema ou total de vitaminais.
As pró-vitaminas são substâncias a partir das quais o organismo é capaz de sintetizar vitaminas. Ex: carotenos (pró-vitamina A) e esteróis (pró-vitamina D).
 Classificação das Vitaminas
As vitaminas são divididas em dois grupos:
Vitaminas lipossolúveis: São as vitaminas solúveis em gordura e por isso podem ser armazenadas. Fazem parte deste grupo as vitaminas A, D, E e K;
Vitaminas hidrossolúveis: São as vitaminas do complexo B e a vitamina C, solúveis em água. Não podem ser armazenadas no corpo, pelo que os casos de hipervitaminose são raros.
Vitaminas LipossolúveisVitamina A (Retinol/Beta-Caroteno)
Funções: Crescimento e desenvolvimento dos tecidos, ação antioxidante, funções reprodutivas, integridade dos epitélios e importante para a visão;
Hipovitaminose: Queratinização das membranas de mucosas que revestem o trato respiratório, tubo digestivo e trato urinário. Queratinização da pele e do epitélio do olho. Alterações na pele, insônia, acne, pele seca com descamações, diminuição do paladar e apetite, cegueira noturna, úlceras na córnea, perda de apetite, inibição do crescimento, fadiga, anormalidades ósseas, perda de peso, aumento da incidência de infecções;
Hipervitaminose: Dores nas articulações, afinamento de ossos longos, perda de cabelo e icterícia;
Fontes: Disponível em retinol no fígado, rim, nata, manteiga, leite integral, gema de ovo, queijo e peixes oleosos. Fontes de carotenos presentes na cenoura, abobrinha, moranga, batata doce, manga, melão, mamão, pimentão vermelho, brócolis, vegetais verdes folhosos, agrião, espinafre.
Vitamina D
Funções: Fundamental para a absorção de cálcio e fósforo. Auxilia o crescimento e a resistência dos ossos, dentes, músculos e nervos;
Hipovitaminose: Anormalidades ósseas, raquitismo, osteomalácia;
Hipervitaminose: Hipercalemia, dor óssea, enfraquecimento, falhas no desenvolvimento, depósito de cálcio nos rins;
Fontes: Leite e derivados, margarinas e cereais enriquecidas, peixes gordos, ovos, levedo de cerveja.
Vitamina E (Tocoferol)
Funções: Importante antioxidante protege as células dos danos provocados pelos radicais livres, auxiliando na prevenção de doenças cardiovasculares e alguns tipos de câncer;
Hipovitaminose: Anemia hemolítica, distúrbios neurológicos, neuropatia periférica e miopatia esquelética;
Hipervitaminose: Não existe toxicidade conhecida;
Fontes: Óleos vegetais, nozes, amêndoa, avelã, gérmen de trigo, abacate, aveia, batata doce, vegetais verde-escuros.
Vitamina K
Funções: Catalisar a síntese dos fatores de coagulação do sangue no fígado. A vitamina K atua na produção de protrombina, que combina com o cálcio para ajudar a produzir o efeito coagulante, além de ser necessária na manutenção da saúde dos ossos;
Hipovitaminose: Tendência a hemorragias;
Hipervitaminose: Dispnéia e Hiperbilirrubinemia;
Fontes: Vegetais verdes folhosos, fígado, feijão, ervilha e cenoura.
Vitaminas Hidrossolúveis
Vitamina C
Funções: Antioxidante, cicatrizante, atua no crescimento e manutenção dos tecidos corporais, incluindo matriz óssea, cartilagem, colágeno e tecido conjuntivo;
Hipovitaminose: Pontos hemorrágicos na pele e nos ossos, capilares fracos, articulações frágeis, dificuldade de cicatrização de feridas, sangramento de gengivas;
Fontes alimentares: Frutas cítricas, frutas vermelhas, tomate, batata inglesa, batata doce, repolho, brócolis.
Vitaminas do Complexo B
Tiamina (B1)
Funções: Está envolvida na liberação de energia dos carboidratos, gorduras e álcool;
Hipovitaminose: Beribéri (dor e paralisia das extremidades, alterações cardiovasculares e edema), anorexia, indigestão, constipação, atonia gástrica, secreção insuficiente de ácido clorídrico, fadiga, apatia geral, enfraquecimento do músculo cardíaco, edema, insuficiência cardíaca e dor crônica no sistema músculo-esquelético;
Hipervitaminose: Pode interferir na absorção de outras vitaminas do complexo B;
Fontes: Gérmen de trigo, ervilha, levedura, cereais matinais fortificados, amendoim, fígado, batata, carne de porco e vaca, fígado, grãos, leguminosas.
Riboflavina (B2)
Funções: Disponibiliza a energia dos alimentos, crescimento em crianças, restauração e manutenção dos tecidos;
Hipovitaminose: Queilose (rachaduras nos cantos da boca), glossite (edema e vermelhidão da língua), visão turva, fotofobia, descamação da pele, dermatite seborréica;
Fontes: Iogurte, leite, queijo, fígado, rim, coração, gérmen de trigo, cereais matinais vitaminados, grãos, peixes oleosos, levedura, ovos, siri, amêndoa, semente de abóbora, vegetais.
Niacina (B3)
Funções: Necessária para a produção de energia nas células. Desempenha papel nas ações das enzimas no metabolismo dos ácidos graxos, respiração dos tecidos e eliminação de toxinas;
Hipovitaminose: Fraqueza, pelagra, anorexia, indigestão, erupções na pele, confusão mental, apatia, desorientação, neurite;
Fontes: Carnes magras, fígado, peixes oleosos, amendoim, cereais matinais vitaminados, leite, queijo cogumelo, ervilha, vegetais folhosos verdes, ovos, alcachofra, batata, aspargos.
Ácido Pantotênico (B5)
Funções: Transformação da energia de gorduras, proteínas e carboidratos em substâncias essenciais como hormônios e ácidos graxos;
Hipovitaminose: Doenças neurológicas, cefaléia, cãibras e náuseas;
Fontes: Fígado, rim, gema do ovo, leite, gérmen de trigo, amendoim, nozes, cereais integrais, abacate.
Piridoxina (B6)
Funções: Desempenha papel no sistema nervoso central, participa no metabolismo dos lipídeos, na estrutura da fosforilase e no transporte de aminoácidos através da membrana celular;
Hipovitaminose: Anomalias do sistema nervoso central, desordens da pele, anemia, irritabilidade e convulsões;
Hipervitaminose: Ataxia e neuropatia sensorial;
Fontes: Gérmen de trigo, batata, banana, vegetais crucíferos, castanhas, nozes, peixe, abacate, semente de gergelim.
Biotina (B8)
Funções: Produção de energia através dos alimentos, síntese de gorduras, excreção dos resíduos de proteínas;
Hipovitaminose: Alterações cutâneas;
Fontes: Gema de ovo, fígado, rim, coração, tomate, levedura, aveia, feijão, soja, nozes, alcachofra, ervilha e cogumelo.
Folato (B9) - Ácido Fólico
Funções: Atua como coenzima no metabolismo dos carboidratos, mantém a função do sistema imunológico, juntamente com a vitamina B12, está presente na síntese de DNA e RNA, além de participar na formação e maturação de células do sangue;
Hipovitaminose: Anemia megaloblástica, lesões de mucosas, má formação do tubo neural, problemas de crescimento, transtornos gastrointestinais, alterações na morfologia nuclear celular;
Fontes: Vegetais folhosos verdes, fígado, beterraba, gérmen de trigo, cereais vitaminados, nozes, amendoim, grãos, leguminosas.
Cobalamina (B12)
Funções: Atua como coenzima no metabolismo dos aminoácidos e na formação da porção heme da hemoglobina; essencial para a síntese de DNA e RNA; participa na formação de células vermelhas do sangue;
Hipovitaminose: Anemia perniciosa, anemia megaloblástica, distúrbios gastrointestinais;
Fontes: Produtos de origem animal, fígado, rim, carne magra, leite, ovos, queijo, leveduras.
3° tema
 Transdução de sinal
Refere-se a qualquer processo através do qual uma célula converte um tipo de sinal ou estímulo em outro. A maioria dos processos de transdução de sinal envolve sequências ordenadas (chamadas também de cascatas) de reações bioquímicas dentro da célula, que são levadas a cabo por enzimas activadas por mensageiros secundários, resultando numa via de transdução de sinal. Tais processos são usualmente rápidos, levando cerca de milisegundos a realizarem-se, no caso do fluxo de íons, ou minutos para ativação de cascatas de quinases mediadas por proteínas e lipídeos, mas podem durar horas, e mesmo dias, a completar. O número de proteínas e outras moléculas participantes nos eventos envolvendo transdução de sinal aumentam à medida que o processo emana do estímulo inicial, resultante numa cascata de sinal, começando com um relativo pequeno estímulo que desenvolve uma grande resposta. Isto é referido como amplificação de sinal.
 Importância
Nos organismos pluricelulares, são necessários numerosos processos para coordenar as células para que o organismo funcione como um todo; A complexidade destes processos aumenta conforme a complexidade do organismo. A percepção do ambiente a nível celular depende em grande parte de transdução de sinais; Muitas doenças, como a diabetes e a aterosclerose têm origem por efeitos nestas vias, o que destaca a importância destes processosna medicina e biologia.
 Vários estímulos ambientais iniciam processos de transmissões de sinais nos organismos pluricelulares.
Exemplos são as células de captação de fotões da retina do olho, e a ligação de moléculas olorosas nos receptores olfativos do epitélio olfatório. Certas moléculas microbianas como os nucleotídeos virais e antígenos protéicos, podem desencadear uma resposta imune contra o patógeno invasor através de processos de transdução de sinais. Isto pode ocorrer independentemente da estimulação da transdução de sinais de outras moléculas. Como no caso dos receptores de tipo toll.
Pode ocorrer com o auxílio de moléculas estimuladoras situadas na superfície doutras células, como na sinalização do receptor de células T. Os organismos unicelulares podem responder aos estímulos ambientais por meio da ativação de vias de transdução de sinais, como por exemplo, no caso dos mofos mucilaginosos, que segregam adenosina monofosfato cíclica quando lhes faltam alimentos, estimulando todas as células que se encontrem nas imediações a agregarem-se, e as leveduras, que utilizam um fator de copulação para determinar os tipos de copulação a que pertencem outras células e participar na reprodução.
 Tipos de receptores celulares
-Receptores transmembranas
Os receptores transmembrana são proteínas que se estendem por toda a espessura da membrana plasmática da célula, com um extremo do receptor fora da célula (domínio extracelular) e outro extremo do receptor dentro (domínio intracelular). Quando o domínio extracelular reconhece a um hormônio, a totalidade do receptor sofre uma mudança em sua conformação estrutural que afeta ao domínio intracelular, conferindo-lhe uma nova ação. Neste caso, o hormônio não atravessa a membrana plasmática para penetrar na célula.
 Reconhecimento do hormônio pelos receptores transmembrana
O reconhecimento de estrutura química de um hormônio pelo receptor do hormônio utiliza os mesmos mecanismos de ligação não covalente como as ligações de hidrogênio, forças eletrostáticas, forças hidrófobas e de Van der Waals. A equivalência entre a união hormônio-receptor e o hormônio livre é igual a:
[H] + [R] <-> [HR], com
Kd = [H] * [R]
 [HR]
[R] = receptor; [H] hormônio livre
[HR] = receptor unido ao hormônio
O importante da força do sinal transmitido pelo receptor é a concentração de complexo hormônio-receptor, que é definida pela afinidade que existe o hormônio e pela concentração do receptor. A concentração de hormônio circulante é o principal da força do sinal, sempre que os outros dois valores forem constantes. Em reações rápidas, a produção de hormônios pelas células pode armazenar-se na forma de pro hormônios, e rapidamente transformar-se e liberar-se quando seja necessário.
 Também a célula pode modificar a sensibilidade do receptor, por exemplo, pela fosforização. Também pela variação do número de receptores que podem modificar força total de sinalização no interior da célula.
 Receptores nucleares
Os receptores nucleares ou citoplasmáticos são proteínas solúveis localizadas no citoplasma ou no núcleo celular. O hormônio que passa através da membrana plasmática normalmente por difusão passiva alcança o receptor e inicia a cascata de sinais. Os receptores nucleares são ativadores de transcrição ativados por ligantes, que se transportam com o ligante de hormônio, que se passam através da membrana nuclear ao interior do núcleo celular e ativam a transcrição de certos genes e, portanto a produção de uma proteína.
Os ligantes típicos dos receptores nucleares são hormônios lipofílicos como os hormônios esteróides, por exemplo, a testosterona, a progesterona e o cortisol, derivados da vitamina A e vitamina D. Estes hormônios desempenham uma função muito importante na regulação do metabolismo, nas funções de muitos órgãos, no processo de desenvolvimento e crescimento dos organismos e na diferenciação celular. A importância da força do sinal é a concentração de hormônio, que está regulada por:
 Biossíntese e secreção de hormônio pelos órgãos endócrinos: Por exemplo, o hipotálamo recebe informação, tanto elétrica como bioquímica. O hipotálamo produz fatores libertadores de hormônios que atuam sobre a hipófise e ativa a produção de hormônios hipofisários, os quais ativam os órgãos endócrinos que finalmente produzem os hormônios para os tecidos receptores. Este sistema hierarquizado permite amplificação do sinal original que procede do hipotálamo.
 A liberação de hormônios no citoplasma relaciona-se a produção destes hormônios por meio se uma inibição reativa (feedback), para evitar uma produção excessiva.
Disponibilidade do hormônio no citoplasma: Muitos hormônios
Podem ser convertidos em formas de depósito pela célula receptora para seu posterior uso. Este reduz a quantidade de hormônio disponível.
Modificação doa hormônios no tecido receptor: Alguns hormônios podem ser modificados pela célula receptora, de modo que não ativem o receptor hormonal e assim reduzem a quantidade de hormônios disponíveis
Os receptores nucleares que são ativados por hormônios ativam receptores específicos do ADN chamados elementos sensíveis a hormônios (HREs, do inglês Hormone Responsive Elements), que são sequências de ADN que estão situados na região promotora dos genes que são ativados pelo complexo hormônio receptor. Como este complexo ativa a transcrição de determinados genes, estes hormônios também se chamam indutores da expressão genética. A ativação da transcrição de genes é muito mais lenta que os sinais que diretamente afetam as proteínas já existentes. Como consequência, os efeitos de hormônios que se unem a receptores nucleares se produzem em longo prazo.
Entretanto o sinal de transdução através de receptores solúveis afeta só a algumas proteínas. Os detalhes da regulação genética, todavia não são totalmente conhecidos. Todos os receptores nucleares têm uma estrutura modular similar.
Receptores esteróides
Os receptores esteróides são um subtipo de receptores nucleares localizados permanentemente no citoplasma. Na ausência de hormônio esteróide, os receptores estão unidos num complexo denominado complexo apor receptor, que contém proteínas de choque térmico ou de calor (HSPs do inglês Heat Shock Proteins). As HSPs são necessárias na ativação do receptor porque ajuda a modificar sua conformação que lhe permite unir-se a sequência de bases do ADN.
Os receptores esteróides também podem ter um efeito repressivo sobre a expressão genética quando o domínio de transativação está escondido, pelo que não se pode ativar a transcrição. 
Além disso, a atividade do receptor esteróide pode ser aumentada pela fosforização de resíduos de serina em seu N-terminal como resultado de outras formas de sinal de transdução, por exemplo, como por um fator de crescimento. Este comportamento é chamado Crosstalk.
 
RXS e receptores órfãos
Estes receptores moleculares podem ser ativados por: 
 - Certo hormônio clássico que entra na célula por difusão;
 - Um hormônio que foi sintetizado na célula, como por exemplo, retinol, de um precursor ou pro hormônio, que pode ser transportado até a célula através da corrente sanguínea;
 - Um hormônio que foi completamente sintetizado no interior da célula, por exemplo, as prostaglandinas.
Estes receptores estão localizados no núcleo e não estão acompanhados de proteínas carabinas. Na ausência de hormônio, se une a sua sequência específica de ADN inativando um gene. Quando se ativam pelos hormônios, se ativam a transcrição de genes que estavam reprimidos.