BIOQUIMICA

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Introdução ao metabolismo
    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.
Estrutura dos Carboidratos:
    Os Carboidratos são moléculas orgânicas que contém carbono, hidrogênio e oxigênio e que em geral apresentam a fórmula empírica (CH2O)n, ou seja CnH2nOn. A letra (n) descrita na fórmula representa o número de carbonos. Na figura 1 abaixo os carboidratos possuem 3 carbonos (C) , então aplicando a fórmula teremos C3H6O3.  Os carboidratos tem em sua estrutura os grupos funcionais aldeídos ou cetonas e contêm ainda grupos hidroxilas (OH). Assim, eles são chamados de poliidroxialdeído ou poliidroxicetonas.
Os carboidratos com sabor doce, como sacarose, glicose e frutose, comuns na alimentação humana, são chamadas de açúcares
     No iníco do século passado, foram adotadas por Fischer, as fórmulas no sentido linear, como as figuras acima. Um outro pesquisador, chamado Tollens, verificou que as moléculas dos carboidratos, com mais de cinco carbonos tente a formar um anel, ou seja, ficar na forma cíclica. Atualmente, adota-se as projeções propostas por Haworth, que permite, uma visualização da molécula na fórma cíclica. Menos de 1% de cada monossacarídeo com mais de cinco carbornos na sua estrutura estão na forma de cadeia aberta, eles são encontrados predominantemente na forma cíclica.
Monossacarídeos:
São os carboidratos de estrutura mais simples e possuem apenas um grupo aldeído ou cetona. Eles não sofrem hidrólise, mas podem ocorrer reações entre monossacarídeos com a formação de um dissacarídeo ou de um polissacarídeo.
Entre os principais monossacarídeos, temos a glicose e a frutose. Na imagem abaixo, suas cadeias carbônicas estão abertas, mas elas também podem se apresentar como cadeias fechadas.
Dissacarídeos: são formados pela união de dois monossacarídeos através de uma ligação glicosídicas Estas ligações são formadas entre duas hidroxilas, presentes em nas duas moléculas de monossacarídeos, pela exclusão de uma molécula de água.
Exemplos importantes de dissacarídeos são a sacarose (açucar de mesa comum), a lactose (encontrado no leite) e a maltose. Esses dissacarídeos são formados por monossacarídeos especificos:
Sacarose ⇒ formado pelos monossacarídeos glicose + frutose
Maltose ⇒ formado pelos monossacarídeos glicose + glicose
Lactose ⇒ formado pelos monossacarídeos glicose + galactose
 
Oligossacarídios: são formados por 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.
Transporte:
    A glicose, presente na luz intestinal, é absorvida (por transporte ativo ou simples difusão) e encaminhada para o sangue em concentrações controladas (glicemia).
Intolerância à lactose
    A mais comum dessas deficiências é a intolerância a lactose, causada pela ausência da enzima lactase. Várias são as causas que podem culminar na ausência da lactase
     A lactase hidrolise a lactose, açúcar do leite, em glicose e galactose.
    A maioria das crianças possuem atividade máxima da lactase até os dois anos. Depois desse período pode-se distinguir dois grupos: os que digerem a lactose, também chamados de lactose persistente ou normolactasia e os que tem uma má digestão da lactose, também chamados de lactose não persistente ou hipolactasia. O grupo que não digere a lactose corresponde a aproximadamente 75% da população mundial.O mecanismo pelo qual a enzima é perdida ainda não é claro.
     A doença também pode ser congênita, ou seja, afetar a criança desde seu nascimento, porém essa é uma doença rara de caráter autossômico e recessivo.
    A intolerância à lactose também pode estar relacionada a doenças intestinais como a doença de Crohn´s ou drogas que danifiquem a mucosa do intestino delgado.
    O diagnóstico da intolerância à lactose pode ser realizado de duas maneiras. Uma delas envolve a realização de uma curva glicêmica onde coleta-se uma amostra de sangue do paciente em jejum depois o paciente recebe uma dose de lactose e novas amostras de sangue são coletadas após 15, 30, 60 e 90 minutos.
GLICOSE 
A glicólise que está no citossol (citoplasma) da célula é usada principalmente para a obtenção de energia.
A glicólise ou via glicolítica é um processo anaeróbico que, sozinho, produz apenas duas energias (ATP). A glicólise é utilizada em todos os tecidos para a quebra da glicose, com o objetivo de fornecer energia na forma de ATP e intermediários para outras vias metabólicas.
Essa via é composta de várias reações químicas, cada reação é catalisada por uma enzima específica.
As reações da glicólise pode ser dividida em duas etapas.
Etapa 1:
Uma fase de investimento de energia, na qual os intermediários fosforilados são sintetizados a custa do consumo de 2 ATPs.
Etapa 2:
Na segunda etapa da glicólise há a produção de energia. Nesta fase a molécula de glicose é quebrada em duas moléculas de piruvato.]]
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 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 próprio piruvato produzido pela glicólise serve como aceptor dos elétrons do NADH, sendo reduzido a lactato. A degradação anaeróbica da glicose é chamada de Fermentação ou glicólise anaeróbica.
Processo Anaeróbico:
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.
Este processo é utilizado por:
  - Algumas espécies de bactérias
 -  Hemácias
  - Fibras musculares de contração rápida;
 -  Fibras musculares em geral quando submetidosa esforço intenso
Fermentação alcoólica:
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.
A FFK é considerada a enzima marca-passo (regulatória) e sobre ela agem os principais ativadores e inibidores da via glicolítica ou glicólise modulando a sua velocidade.
Os hormônios insulina e glucagon, são hormônios pancreáticos que acionam e inibem respectivamente a enzima regulatória ou marca -passo FFK:
A FFK é acionada (ativa) pelo hormônio insulina e pelo ADP (falta de energia) , acionando assim a glicólise.
A FFK pode ser inibida pelo hormônio glucagon e por ATP (quando há energia necessária para a célula), inibindo assim a glicólise
Ciclo de Krebs ou Ciclo do ácido cítrico
   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.
Via das pentoses:
 
É também chamada de desvio da hexose monofosfato, e é uma via alternativa de oxidação (degradação de glicose), ou seja, importante via anaeróbica alternativa para a utilização de glicose. Esta via não é produtora de ATP mas é fonte de NADPH ( uma coenzima semelhante ao NAD).
A via das pentoses tem 2 funções básicas:
1- produção de pentoses – produz ribose 5-fosfato para a síntese de nucleotídeos componente do ácidos nucléicos que formam o DNA).
2- produção de NADPH- que é um agente redutor utilizado para a síntese de ácido graxos e dos esteróides (colesterol e seus derivados), e da manutenção da integridade da membranas da hemácias
          A via das pentoses é ativada no fígado, glândulas mamárias, tecido adiposo e nas hemácias. È uma via citoplasmática e anaeróbica. 
A via das pentoses pode ser dividida em duas etapas:
1- Fase oxidativa – produção de pentoses
2- fase não oxidativa- produção de intermediários para a via glicolítica. Na via das pentoses há a formação por exemplo de frutose 6- fosfato e gliceraldeído 3-fosfato que são intermediários da via glicolítica (glicólise).
A via das pentoses ocorre no citoplasma, como a glicólise (via glicolítica). As duas vias apesar de diferentes , estão intimamente ligadas através de compostos comuns: glicose 6-fosfato, frutose 6- fosfato e gliceraldeído 3-fosfato.
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 sintese 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 glicogêniono 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.
Lipídeos
 
 
Conceito e importância:
Os lipídeos são um grupo heterogêneo de moléculas orgânicas insolúveis em água (hidrofóbicas) esolúveis em solvente orgânicos (solventes apolares) (éter, clorofórmio etc..).eles incluem as gorduras, os óleos, os esteróides, as ceras e compostos relacionados.
Devido a sua insolubilidade em soluções aquosas, os lipídeos corporais são geralmente compartimentalizados nos adipócitos ou transportados no plasma em associação com as proteínas.
Os lipídeos são as maiores fontes de energia do corpo, e também fornecem barreira hidrofóbica que permite a separação do conteúdo aquoso da célula com as organelas. Os lipídeos são utilizados com outras funções no organismo, como hormônio esteróides, vitaminas lipossolúveis, entre outros.
Funções biológicas gerais dos lipídeos:
- componentes das membranas celulares,
- isolantes térmicos,
- reserva de energia (tecido adiposo).
- muitos de seus derivados formam vitaminas e hormônios.
O conhecimento da estrutura química e do metabolismo dos lipídeos é necessário para compreender as relações de muitas áreas biológicas: nutrição e obesidade, armazenamento e fornecimento de energia e mesmo patologias como a aterosclerose.