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Profa. Everlane Ferreira Moura LIGA DE ENSINO DO RIO GRANDE DO NORTE CENTRO UNIVERSITÁRIO DO RIO GRANDE DO NORTE ESTUDO DIRIGIDO Nº 2 PROFESSORA: Everlane Ferreira Moura DISCIPLINA: BIOQUÍMICA CURSO: TURMA: Aluno(a): BIOMOLÉCULAS 1. O QUE SÃO BIOMOLÉCULAS Biomoléculas são todos os compostos químicos que participam da estrutura e do funcionamento das células. Nesta categoria estão incluídas as macromoléculas - moléculas orgânicas complexas de elevada massa molecular, conhecidas por carboidratos, proteínas, lipídeos, e ácidos nucleicos. • As proteínas formam a maior fração da matéria viva, possuindo inúmeras funções na célula. • Os ácidos nucléicos são as maiores macromoléculas da célula, responsáveis pelo armazenamento e transmissão da informação genética. • Os carboidratos são os principais combustíveis celulares, possuem função estrutural e participarem dos processos de reconhecimento celular. • Os lipídeos formam nossa principal fonte de armazenamento de energia, bem como, desempenham importante funções na estrutura das membranas biológicas, pois são biomoléculas hidrofóbicas. As macromoléculas são constituídas basicamente por unidades fundamentais (moléculas menores e muito mais simples) conhecidas por monossacarídeos (ou osídeos), aminoácidos e ácidos graxos, as quais funcionam como matéria-prima para síntese de novas macromoléculas e em diversos processos que ocorrem dentro do nosso corpo, como, por exemplo, o metabolismo energético. Vamos conhecer um pouco sobre cada uma delas? 2. CARBOIDRATOS Os carboidratos são os componentes mais abundantes do reino vegetal. Eles são produzidos pelas plantas verdes, através da energia do sol, pela reação do gás carbônico com água, processo chamado de fotossíntese: Os vegetais usam o gás carbônico (CO2) e a água (H2O) para sintetizar moléculas de glicose (C6(H2O)6 - também, representada pela fórmula C6H12O6) e molécula de oxigênio (O2). No entanto, para 2 ESTUDO DIRIGIDO Nº 2: Biomoléculas Profa. Everlane Ferreira Moura que as plantas realizem esse tipo de reação de sínteses, é preciso à presença da clorofila, um grupo de pigmentos verdes capazes de absorver radiações solares nas regiões visíveis azuis e vermelhas do espectro eletromagnético. A energia absorvida é usada, nesse caso, para transformar os reagentes CO2 e H2O em glicose e gás oxigênio. A fórmula química geral dos carboidratos é dada por Cn(H2O)n, onde n representa um número inteiro, indicando a quantidade de carbonos (C) e de moléculas de água (H2O) que estão presentes na estrutura química do carboidrato. Por este motivo é chamado de carboidrato ou hidrato de carbono. Mas os carboidratos também podem ser chamados por Glicídios, Glícidos, Glucídeos, Glúcidos, Glúcides, Sacarídios, Sacarídeos ou Açúcares, devido a sua característica adocicada. Os carboidratos mais conhecidos do nosso cotidiano são: amido, celulose, glicogênio, sacarose, lactose, glicose e frutose. Desses, o amido e a celulose são os mais abundantes na natureza, e são sintetizados e usados pelos vegetais como reserva energética. Em nossa dieta, o AMIDO, formado por várias unidades de glicose, é o mais abundante, seguido pela SACAROSE, o nosso “açúcar de mesa”, um dissacarídeo formado por glicose + frutose, encontrado principalmente na cana-de-açúcar e na beterraba. Outro dissacarídeo bastante usado em nossa dieta é a LACTOSE, ou açúcar do leite, formado por galactose + glicose e é um açúcar presente no leite e seus derivados. Observe que a GLICOSE é a peça chave para formação dos demais carboidratos. A glicose (C6H12O6), um produto da fotossíntese, também conhecida por glucose ou dextrose, é o açúcar simples, ou monossacarídeo, mais importante no organismo animal. As células dos animais usam a molécula de glicose como fonte de energia química e intermediária metabólica. A glicose inicia a respiração celular, através de sua degradação, fornecendo a sua energia química que é transformada em energia potencial química em moléculas de ATP e em energia térmica (liberando calor), além de fornecer gás carbônico e água como produtos finais. Juntamente com a frutose e a galactose, é o carboidrato fundamental dos carboidratos complexos, os dissacarídeos, oligossacarídeos e polissacarídeos. É encontrada nas uvas e em vários frutos. Industrialmente é obtida a partir do amido. No reino animal, é encontrada em pequenas quantidades no sangue, sob a forma de glicose livre, e no fígado e músculos, sob a forma de glicogênio. ESTRUTURA QUÍMICA DOS CARBOIDRATOS Os carboidratos são definidos estruturalmente como moléculas orgânicas de função mista, conhecidas por poliálcool-aldeído (=poli-hidroxi-aldeído ou poliidroxialdeídos) ou poliálcool-cetona (=poli- hidroxi-cetona ou poliidroxicetonas). O termo aldeído se deve à presença do grupo funcional orgânico ALDEÍDO, e cetona pela presença do grupo funcional CETONA. Grupo funcional ALDEÍDO Grupo funcional CETONA onde R representa uma cadeia carbônica que pode conter de 3 a 7 carbonos, no máximo. Já o termo poli- hidróxi significa a presença de vários grupos –OH (hidróxis ou hidroxilas) ligados à cadeia carbônica do carboidrato. Nestas estruturas, a carbonila (o grupo C=O) se localiza entre um carbono (C) e um hidrogênio (H), quando se trata de um aldeído, ou entre dois carbono (C), quando se trata de uma cetona. Carbonila C=O Carbonila C=O 3 ESTUDO DIRIGIDO Nº 2: Biomoléculas Profa. Everlane Ferreira Moura Observe que, na estrutura química da FRUTOSE, a carbonila se localiza entre dois carbonos. Na GLICOSE, a carbonila se localiza entre um carbono e um hidrogênio. CLASSIFICAÇÃO DOS CARBOIDRATOS Os carboidratos podem ser classificados: a) Quanto ao tamanho da molécula De acordo com o número de unidades de sacarídeos (açúcares) que compõem sua estrutura molecular, o carboidrato pode ser: monossacarídeo, dissacarídeo, oligossacarídeo ou polissacarídeo. Veja o quadro de classificação ao lado! Observação: Alguns autores classificam os dissacarídeos como oligossacarídeos. POLIÁLCOOL-ALDEÍDOS Grupo CETONA POLIÁLCOOL-CETONA Grupos ALDEÍDOS 4 ESTUDO DIRIGIDO Nº 2: Biomoléculas Profa. Everlane Ferreira Moura b) Quanto ao tipo de grupo funcional presente no monossacarídeo Os monossacarídeos são classificados de acordo com o tipo de função orgânica presente em sua estrutura química, podendo ser uma ALDOSE, quando apresenta grupo aldeído em sua estrutura química, ou uma CETOSE, quando apresenta grupo cetona em sua estrutura química. A glicose e a galactose são classificadas como Aldoses porque sua estrutura molecular pertence à função orgânica aldeído, enquanto a frutose é uma Cetose porque sua estrutura pertence à função orgânica cetona. c) Quanto à quantidade de carbonos presentes na estrutura do monossacarídeo Os monossacarídeos são classificados como trioses (3 carbonos), tetroses (4 carbonos), pentoses (5 carbonos), hexoses (6 carbonos) e heptoses (7 carbonos). Veja como fica a classificação geral dos carboidratos no quadro a seguir: CLASSIFICAÇÃO DOS MONOSSACARÍDEOS Quanto ao número de carbonos Quanto ao grupo funcional ALDOSES CETOSES TRIOSES (3 carbonos) Gliceraldeído Diidroxiacetona TETROSES (4 carbonos) Treose PENTOSES (5 carbonos) Ribose Ribulose HEXOSES (6 carbonos) Glicose e Galactose Frutose HEPTOSES (7 carbonos) Sedoeptulose Quando um carboidrato que contem mais de uma unidade sacarídea (dissacarídeos, oligossacarídeos e polissacarídeos) sofre hidrólise, suas ligações química, chamadas de LIGAÇÕES GLICOSÍDICAS, são rompidasliberando seus respectivos monossacarídeos constituintes: glicose, galactose ou frutose. Mas essa reação de hidrólise só ocorre em presença de água e de uma enzima específica, um biocatalisador que reconhece a especificidade do TIPO DE LIGAÇÃO GLICOSÍDICA existente nos respectivos carboidratos. CH2OH C – OHH – D-Gliceraldeído C Aldotriose – OHH – CH2OH C C – OHH – D-Eritrose C Aldotetrose D-Arabinose HO – – OH – H H – CH2OH C C C – OHH – C Aldopentose C D-Glicose HO – H – – OH – H H – CH2OH C C C C – OH – OHH – Aldo-hexose D-Sedoeptulose HO – – OH – H H – CH2OH C C C C = O – OHH – CH2OH – OHH – C Ceto-heptose 5 ESTUDO DIRIGIDO Nº 2: Biomoléculas Profa. Everlane Ferreira Moura A formação da ligação glicosídica depende da ciclização dos monossacarídeos! CICLIZAÇÃO DOS MONOSSACARÍDEOS A presença dos grupos funcionais, aldeído e cetona, juntamente com grupos hidroxilas (–OH) em uma mesma estrutura, no monossacarídeo, causa uma reatividade reversível natural em uma mesma cadeia carbônica, ocorrendo, então, o fechamento da cadeia desse monossacarídeo. A cadeia fechada fornece uma estrutura cíclica que pode ser representada por uma figura geométrica de 6 lados (PIRANO) ou de 5 lados (FURANO), de acordo com as projeções de Haworth (veja figura ao lado) que representam as cadeias carbônicas fechadas, em formato de figuras geométricas, semelhantes ao composto orgânico PIRANO (estrutura com 6 lados) ou FURANO ( de 5 lados) Os monossacarídeos ciclizados (com cadeias fechadas) são classificados como: • HEMIACETAL - Produto da ciclização de um monossacarídeo do tipo ALDOSE. Por exemplo, a ciclização da Aldo-hexose GLICOSE • HEMICETAL - Produto da ciclização de um monossacarídeo do tipo CETOSE. Por exemplo, a ciclização da Ceto-hexose FRUTOSE VEJAMOS O EXEMPLO DA GLICOSE: A formação do hemiacetal a partir da D- glicose ocorre pela reação do seu grupo aldeído (CHO), que aparece no topo da cadeia da D- glicose, com o carbono nº1, C1 (veja a ciclização na figura a seguir), com o grupo hidróxi (-OH) ligado ao penúltimo carbono, carbono nº5 (C5), que representa o último carbono assimétrico dessa estrutura química, segundo a isomeria ótica. Cada molécula de glicose ciclizada pode formar um dos dois tipos de estruturas de cadeias carbônicas fechadas: a estrutura αααα-D- glicopiranose ou a estrutura ββββ-D-glicopiranose, as quais estão representadas por figuras geométricas de 6 lados (PIRANO): H2C-OH OH OH HO H H HH H O 1 23 4 5 6 OH H2C-OH OH OH HO H H HH H O 1 23 4 5 6 OH αααα-D-glicopiranose ββββ-D- glicopiranose GLICOSES OO Pirano Furano 6 ESTUDO DIRIGIDO Nº 2: Biomoléculas Profa. Everlane Ferreira Moura A nomenclatura dos hemiacetais de glicose leva o nome da cadeia fechada (PIRANO) e do monossacarídeo (GLICOSE): Glicopiranoses. Portanto, uma molécula de GLICOSE pode dá origem a uma dessas duas estruturas cíclicas (ou hemiacetais) conhecidas por estruturas alfa (αααα) e beta (ββββ). A estrutura alfa (αααα) difere da estrutura beta (ββββ) apenas na posição do grupo hidroxila (-OH) ligado ao carbono no qual houve o fechamento da cadeia do monossacarídeo (ou ciclização). Esse carbono é chamado de carbono ANOMÉRICO. Para a glicose, a cadeia é fechada exatamente no carbono nº1 (C1). Mas nem todos os monossacarídeos fecham suas cadeias no C1, por exemplo, a frutose fecha sua cadeia no carbono nº2 (C2): Observe que a frutose, além de ser uma estrutura de cinco lados, conhecido por FURANO, é, também, um monossacarídeo do tipo CETOSE, logo, a estrutura cíclica resultante é um HEMICETAL. Portanto, seja no formato pirano ou no formato furano, cada monossacarídeo fechado pode dá origem a uma das duas possibilidades de estruturas cíclicas (Hemiacetais ou hemicetais) conhecidas por estruturas alfa (αααα) e beta (ββββ): Estrutura alfa (αααα) – Estrutura beta (ββββ) – Posição do -OH do C1 para baixo Posição do -OH do C1 para cima H2C-OH OH OH HO H H HH OH HO Glicose αααα Posição do grupo hidroxila ββββ Posição do grupo hidroxila H2C-OH OH OH HO H H HH OH H O Glicose RESUMINDO • Cada monossacarídeo é capaz de fechar sua cadeia carbônica formando uma das duas estruturas instáveis (ou muito reativas) dos tipos alfa e beta hemiacetais (ou hemicetais). • Os Monossacarídeos ALDOSES formam duas estruturas ciclizadas, alfa e beta, do tipo hemiacetal. • Os Monossacarídeos CETOSES formam duas estruturas ciclizadas, alfa e beta, do tipo hemIcetal. • Estruturas formadas por 6 lados são chamadas de PIRANO, enquanto, estruturas de 5 lados são chamadas de FURANO. • O grupo hidroxila (-OH) ligado ao carbono anômero, dos monossacarídeos ciclizados, é chamado de HIDROXILA ANOMÉRICA. • São as posições das hidroxilas anoméricas que determinam se a estrutura é alfa (hidroxila para baixo) ou beta (hidroxila para cima) • São também as HIDROXILAS ANOMÉRICAS que fazem a ligação glicosídica. 7 ESTUDO DIRIGIDO Nº 2: Biomoléculas Profa. Everlane Ferreira Moura As hidroxilas anoméricas dos monossacarídeos ciclizados (hemicetais ou hemiacetais) são responsáveis pela formação da ligação glicosídica! A FORMAÇÃO DA LIGAÇÃO GLICOSÍDICA (Reação de SÍNTESE) A ligação glicosídica ocorre entre dois ou mais monossacarídeos, quando estes se unem através de uma reação de síntese por desidratação. Veja o exemplo: Observe que uma molécula de água (H2O) é perdida por ligação glicosídica formada. (Reação de síntese por desidratação) QUEBRA DA LIGAÇÃO GLICOSÍDICA (Reação de HIDRÓLISE) As ligações glicosídicas podem ser quebradas em presença de um biocatalisador e reação com água. Quando isso ocorre, os componentes monossacarídeos formadores do carboidrato mais complexo são liberados da estrutura molecular maior. Veja o exemplo: Observe que uma molécula de água (H2O) é recebida por ligação glicosídica quebrada. (Reação de hidrólise) Vejamos agora a FORMAÇÃO e HIDRÓLISE da LACTOSE: A reação de hidrólise só ocorre em presença de uma enzima hidrolase, um biocatalisador que reconhece a especificidade do tipo de ligação química existente. No caso dos carboidratos, a ligação química a ser quebrada pela enzima hidrolase específica é a LIGAÇÃO GLICOSÍDICA. 8 ESTUDO DIRIGIDO Nº 2: Biomoléculas Profa. Everlane Ferreira Moura Os tipos de ligações glicosídicas são dependentes da posição da hidroxila anomérica de um dos monossacarídeos que reagiram durante a síntese por desidratação! TIPOS DE LIGAÇÃO GLICOSÍDICA EM CADA CARBOIDRATO • AMIDO – constituído por dois tipos de polissacarídeos (amilose e amilopeptina), ambos formados pela união de moléculas de glicoses. Na amilose, as glicoses são ligadas através de ligação glicosídica do tipos α(1→4). Na amilopectina, as glicoses são ligadas por ligações glicosídicas dos tipos α(1→4) e α(1→6). Amilose e Amilopectina • GLICOGÊNIO – polissacarídeo formado por moléculas de glicoses ligadas por ligações glicosídicas dos tipos α(1→4) e α(1→6). O que o diferencia do amido é a quantidade de ramificações na cadeia. Glicogênio • SACAROSE – dissacarídeo formado por uma ligação glicosídica do tipo α,β(1→2) entre uma glicose e uma frutose. Sacarose 9 ESTUDO DIRIGIDO Nº 2: Biomoléculas Profa. Everlane Ferreira Moura • LACTOSE – dissacarídeo formado por uma ligação glicosídica do tipo β(1→4) entre uma galactose e uma glicose.Lactose • MALTOSE – dissacarídeo formado por uma ligação glicosídica do tipo α(1→4) entre duas glicoses. Maltose Carboidratos que contêm mais de uma unidade sacarídea (dissacarídeos, oligossacarídeos e polissacarídeos) podem sofrer hidrólise, em suas ligações glicosídicas, liberando seus respectivos monossacarídeos constituintes: glicose, galactose ou frutose. Durante a digestão os carboidratos contendo ligações glicosídicas sofrem reações de hidrólise enzimática. As enzimas são biocatalisadores que reconhecem o TIPO DE LIGAÇÃO GLICOSÍDICA existente nos respectivos carboidratos HIDRÓLISE DOS CARBOIDRATOS COMPLEXOS As ligações glicosídicas do tipo αααα(1→→→→4), do AMIDO e do GLICOGÊNIO, são hidrolisadas através da reação desses carboidratos com água em presença das enzimas α-amilase salivar (encontra na saliva) e α- amilase pancreática (encontrada no suco pancreático lançado no intestino). As enzimas α-amilases só podem hidrolisar ligações glicosídicas do tipo α(1→4). As ligações glicosídicas do tipo αααα(1→→→→6) são hidrolisadas no duodeno, pela ação da enzima α(1→6) glicosidase desramificadora (encontrada no intestino delgado). Os produtos iniciais da hidrólise do amigo ou do glicogênio são uma mistura de maltose, glicose e oligossacarídeos (estruturas contendo de 3 a 10 unidades de glicose ou outro tipo de sacarídeo). Esses produtos também serão hidrolisados somente no intestino delgado com a ajuda de suas enzimas específicas. A glicose, como todos os monossacarídeos, já se encontra em sua forma livre e pronta para ser absorvida na corrente sanguínea, não precisando sofrer hidrólise, pois não possui ligação glicosídica para ser hidrolisada. A CELULOSE não é hidrolisada pela α-amilase e nem pela enzima α(1→6) glicosidase (desramificadora) ou por quaisquer enzima do trato digestivo, pois sua estrutura química possui unidades de glicose ligadas quimicamente por ligações glicosídicas do tipo β(1→4), as quais não são reconhecidas por nenhum tido de enzima de nosso corpo. 10 ESTUDO DIRIGIDO Nº 2: Biomoléculas Profa. Everlane Ferreira Moura Celulose Portanto a celulose não é digerível por nossas enzimas; no entanto, podem sofrer reações enzimáticas das bactérias existentes em nossa microbiota. A celulose pode ser digerida por animais ruminantes, mas apenas indiretamente. As bactérias do rumem hidrolisam a celulose produzindo os monossacarídeos simples de glicose. Essas moléculas de glicose passam por um processo anaeróbio de fermentação, transformando-se em lactato, acetato e propionato, absorvíveis pelo sangue dos ruminantes. O lactato e o propionato são convertidos, posteriormente, em açúcar sanguíneo pelo fígado dos ruminantes. As ligações glicosídicas dos dissacarídeos podem ser quebradas no intestino delgado, liberando seus monossacarídeos livres, por reações de hidrólise enzimáticas, através de enzimas localizadas no bordo externo das células epiteliais que revestem o intestino delgado. Por exemplo: � SACAROSE é hidrolisada a glicose e frutose pela enzima sacarase (também conhecida por invertase). � LACTOSE sofre hidrólise com ajuda da enzima lactase (ou β-galactosidase) produzindo os monossacarídeos livres glicose e galactose; � MALTOSE é hidrolisada pela maltase produzindo duas moléculas de glicoses livres. Os principais produtos finais da digestão de carboidratos são: Glicose (cerca de 80%) Frutose (cerca de 10%) Galactose (cerca de 10%) Esses monossacarídeos não convertidos em glicoses quando chegam ao fígado. A GLICOSE é, portanto, o principal produto final resultante das seguintes reações de hidrólise que ocorrem durante a digestão. Veja as principais reações de hidrólise dos carboidratos no quadro a seguir: SUBSTRATO TIPO DE REAÇÃO QUÍMICA Enzimas PRODUTOS FORMADOS 1 molécula de AMIDO REAÇÃO DE HIDRÓLISE αααα-Amilase e αααα(1→→→→6) Glicosidase moléculas de GLICOSE 1 molécula de GLICOGÊNIO REAÇÃO DE HIDRÓLISE αααα-Amilase e αααα(1→→→→6) Glicosidase moléculas de GLICOSE 1 molécula de SACAROSE REAÇÃO DE HIDRÓLISE Sacarase 1 GLICOSE + 1 FRUTOSE 1 molécula de LACTOSE REAÇÃO DE HIDRÓLISE Lactase 1GALACTOSE + 1 GLICOSE 1 molécula de MALTOSE REAÇÃO DE HIDRÓLISE Maltase 1 GLICOSE + 1GLICOSE 11 ESTUDO DIRIGIDO Nº 2: Biomoléculas Profa. Everlane Ferreira Moura OUTROS TIPOS DE CARBOIDRATOS E SUAS LIGAÇÕES GLICOSÍDICAS ISOMALTOSE ⇒ Um dissacarídeo formado por duas unidades de glicoses, diferenciado da maltose apenas na ligação glicosídica que é do tipo α(1→6). É produzido a partir da sacarose de beterraba. DEXTRINA ⇒ Um oligossacarídeo resultante da modificação da estrutura da amilopectina do amido, são três ou mais unidades de glicoses unidas por ligações glicosídicas do tipo α(1→4). MALTODEXTRINA ⇒ Um oligossacarídeo resultante da modificação da estrutura do amido, sendo mais solúvel em água do que o amido. Contém de 2 a 15 unidades de glicoses ligadas por ligações glicosídicas do tipo α(1→4). É geralmente uma mistura de maltose + dextrina, considerado um melhor repositor de carboidratos por atletas devido as suas características de maior solubilidade e menor sabor doce, sendo mais agradável e mais fácil de digestão. Pode ser obtido pela hidrólise de amido no trato gastrointestinal, ou industrialmente, porém, neste caso, pode conter traços de subprodutos em sua composição 3. PROTEÍNAS As proteínas são biomoléculas de estruturas complexas, sintetizadas pelos organismos vivos a partir de LIGAÇÕES PEPTÍDICAS entre aminoácidos em seqüências específicas. Sua estrutura pode conter centenas, milhares ou milhões de aminoácidos interligados por ligações químicas específicas – as ligações peptídicas, mas somente 20 tipos de aminoácidos são usados para formar todas as proteínas das espécies vivas, sejam aquelas das mais antigas linhagens de bactérias ou aquelas presentes nas formas de vida mais evoluídas. Esses 20 aminoácidos são classificados como essenciais e não essenciais: • Essenciais: HISTIDINA, LEUCINA, ISOLEUCINA, LISINA, TREONINA, FENILALANINA, METIONINA, TRIPTOFANO e VALINA. • Não essenciais: GLICINA, ALANINA, ARGININA, ASPARAGINA, ÁCIDO ASPÁRTICO, ÁCIDO GLUTÂMICO, CISTEÍNA, GLUTAMINA, SERINA, TIROSINA, PROLINA. As Tabelas a seguir apresentam esses 20 tipos de aminoácidos: 12 ESTUDO DIRIGIDO Nº 2: Biomoléculas Profa. Everlane Ferreira Moura AMINOÁCIDOS ESSENCIAIS AMINOÁCIDO FUNÇÃO NO ORGANISMO Histidina Encontrado na hemoglobina. Importante na ligação do centro ativo de proteínas com os seus substratos. Fenilalanina Parte integral de todas as proteínas vegetais e animais. Isoleucina Componente de proteínas Leucina Aumento das proteínas. Fonte de energia durante os exercícios físicos, aumentando a resistência e reduzindo a fadiga. Lisina Crescimento ósseo, formação de colágeno, além disso, ela é um dos componentes de: ossos, cartilagens e outros tecidos conectivos. Metionina Síntese protéica, marcando o ponto de início da síntese. Treonina É o mais abundante aminoácido essencial fundamental à proteína imunoglobulínica. Triptofano Utilizado pelo cérebro, juntamente com a vitamina B3, e magnésio, para produzir a serotonina (neurotransmissor) importante no processo bioquímico do sono e do humor. Valina Componente de proteínas AMINOÁCIDOS NÃO ESSENCIAIS AMINOÁCIDOS FUNÇÕES NO ORGANISMO Arginina* Divisão celular, cicatrização, sistema imunológico e produção de hormônios. Alanina Reconhecimento de substrato ou reguladores alostéricos em sítios ativos. Asparagina Componentes de proteínas. Aspartato Neurotransmissor excitatóriono cérebro. Cisteína Manutenção da estrutura terciária de proteínas. Os bovinos necessitam de cisteínas para produzir lã, sendo nestes organismos um aminoácido essencial. Glutamato Produção de metabólitos importantes como o piruvato e o oxaloacetato. Neurotransmissor excitatório do Sistema Nervoso. Glutamina Manutenção do sistema imunológico; equilíbrio dos eletrólitos, reguladora da síntese e da degradação de proteínas; desintoxicação corporal. Glicina Neurotransmissor inibitório no Sistema Nervoso Central. Hidroxiprolina Derivada do aminoácido prolina, utilizada quase que exclusivamente em proteínas estruturais, como o colágeno e tecidos conectivos. Prolina Componente de proteínas Serina Composição da maioria dos glicolipídios das células animais. Tirosina Componente de proteínas Os organismos vivos podem sintetizar diversos tipos de proteínas de funções distintas com esses 20 aminoácidos, como por exemplo: � Hormônios, � Enzimas, � Antibióticos, � Fibras musculares, 13 ESTUDO DIRIGIDO Nº 2: Biomoléculas Profa. Everlane Ferreira Moura � Proteínas de reservas, � Proteínas de proteção, � Proteínas que constituem tecidos etc. As proteínas que ingerimos na dieta contêm esses mesmos aminoácidos (essenciais e não- essenciais) ligados por LIGAÇÕES PEPTÍDICAS. Veja como ocorre a formação da ligação glicosídica, a seguir: FORMAÇÃO DA LIGAÇÃO PEPTÍDICA As ligações peptídicas são formadas por reações de sínteses por condensação (desidratação) entre dois ou mais aminoácidos. O resultado é a formação de estruturas maiores (poliméricas). Quando dois aminoácidos se condensam, liberando (perdendo) uma molécula de água, formam o dipeptídeo. Veja como ocorre: O grupo hidroxila, -OH, da carboxila, , de um aminoácido reage com um hidrogênio, H, do grupo amino, , do outro aminoácido, liberando uma molécula de água, H2O. HIDRÓLISE DAS LIGAÇÕES PEPTÍDICAS Durante a digestão, as proteínas sofrem hidrólise enzimática, quebrando cada ligação peptídica mediante a reação com uma molécula de água. Essa molécula de água é incorporada, sob as formas de grupo hidroxila, OH, e hidrogênio, H, aos respectivos aminoácidos livres, após a quebra da ligação peptídica. A reação é inversa à reação de síntese, vista anteriormente! Os produtos finais da hidrólise de proteínas são os aminoácidos livres, os quais serão absorvidos nas microvilosidades do intestino delgado. Mas, para que a reação de hidrólise ocorre é preciso a presença da enzima específica. Portanto, quando uma proteína chega ao ESTÔMAGO e ao INTESTINO encontram as enzimas especializadas em sua hidrólise. No estômago é liberado o pepsinogênio, um tipo de enzima inativa (ZIMOGÊNIO) precursora da enzima pepsina, que é responsável pela hidrólise de proteínas que chegam ao estômago. A pepsina é específica para hidrolise de ligações peptídicas de proteínas que contêm em sua estrutura os aminoácidos tirosina, fenilalanina e triptofano. No INTESTINO DELGADO, as enzimas tripsinas atuam na hidrólise de ligações peptídicas de proteínas contendo os aminoácidos lisina e arginina, enquanto as quimotripsinas atuam na hidrólise de resíduos peptídicos contendo os aminoácidos fenilalanina, tirosina e triptofano, e o carboxipeptidade atua removendo grupos carboxilas-terminais dos peptídeos. 14 ESTUDO DIRIGIDO Nº 2: Biomoléculas Profa. Everlane Ferreira Moura NÍVEIS DE ORGANIZAÇÃO ESTRUTURAL DAS PROTEÍNAS As proteínas são moléculas muito longas (polipeptídeos) formadas por uma seqüência de muitos aminoácidos, geralmente acima de 50 aminoácidos ligados por ligações peptídicas. Abaixo de 50 aminoácidos ligados são considerados apenas cadeias peptídicas. Algumas proteínas têm apenas uma cadeia polipeptídica, mas outras, chamadas de oligoméricas, possuem mais de uma cadeia polipeptídica, como, por exemplo, a hemoglobina, proteína presente nos glóbulos vermelhos e que, através do elemento ferro contido em sua cadeia, transporta oxigênio através do sistema circulatório. A hemoglobina é formada por quatro cadeias polipeptídicas enoveladas, sendo que duas dessas cadeias contêm 141 aminoácidos ligados em seqüência, e as outras duas, 146 aminoácidos em seqüência, totalizando 574 aminoácidos. A seqüência de aminoácidos ligados é determinante para organização estrutural das proteínas. Como conseqüência, tem-se QUATRO NÍVEIS DE ORGANIZAÇÃO PROTÉICA: estrutura primária (nível 1); estrutura secundária (nível 2); estrutura terciária (nível 3); estrutura quaternária (nível 4). Veja a seguir: � Estrutura Primária A estrutura primária corresponde à seqüência específica de aminoácidos ligados ao longo da cadeia, que é determinada geneticamente para cada proteína. Convencionou-se que essa seqüência seria representada de forma que os grupos aminos livres permaneçam na extremidade esquerda e os grupos carboxílicos terminais na extremidade direita. amino-Cα-carboxila | | R H amino-Cα-carboxila | | R H Dipeptídeo ESTRUTURA PRIMÁRIA Quando há uma inversão de aminoácidos em uma sequência, o resultado é a geração de outro tipo de peptídeo ou de proteína. � Estrutura secundária A estrutura secundária refere-se ao arranjo tridimensional dessa seqüência de aminoácidos ligados na proteína, estabilizado por pontes de hidrogênio. Existem dois tipos: αααα-hélice e folha ββββ-pregueada. Nas duas estruturas ocorrem ligações de hidrogênio entre um átomo de H de um grupo amino, e um oxigênio de um grupo carbonila de outro aminoácido da estrutura primária da proteína, no entanto, na estrutura α-hélice essas ligações de H ocorrem na mesma seqüência de aminoácidos, e na folha β- pregueada, ocorrem em seqüências de aminoácidos distintas (mais de uma cadeia peptídica). αααα-Hélice ESTRUTURA SECUNDÁRIA Gly Gly Leu Val Val Lys Lys Lys Lys Ala His Pro Gly Leu Val Lys Ala His Pro Gly Val Lys Lys Lys 15 ESTUDO DIRIGIDO Nº 2: Biomoléculas Profa. Everlane Ferreira Moura � Estrutura Terciária A estrutura terciária descreve o dobramento final da cadeia polipeptídica. Trata-se da tendência da cadeia polipeptídica enrolar-se, ou dobrar-se, através de ligações de hidrogênio ou de dissulfetos, interações hidrofóbicas entre seus grupos R, ou por ligações iônicas, formando uma estrutura mais complexa, e mais ou menos rígida. αααα-Hélice dobrada ESTRUTURA TERCIÁRIA � Estrutura quaternária O nível quaternário da estrutura protéica ocorre quando há interações entre unidades polipeptídicas tridimensionais isoladas, formando proteínas diméricas ou multiméricas, como, por exemplo, duas estruturas terciárias isoladas interagindo através de interações químicas, enovelando-se. ESTRUTURAS QUATERNÁRIAS 2 unidades peptídicas distintas 4 unidades peptídicas 4 unidades peptídicas distintas com 2 tipos distintos de peptídeos . DESNATURAÇÃO PROTÉICA Os níveis de organização estrutural das proteínas são responsáveis por atividades biológicas fundamentais no organismo. No entanto, tais níveis estruturais podem ser desfeitos, ou seja, desnaturados, de forma reversível ou irreversivelmente (definitivamente) quando submetidas a determinadas condições, tais como meios muito ácidos ou básicos, ou contendo solventes orgânicos, detergentes, agentes redutores, íons de metais pesados ou sais. Além disso, também podem desnaturar com a variação de temperatura e estresse mecânico. A desnaturação é a modificação da estrutura tridimensional nativa de uma proteína com perda de sua função biológica. Neste caso, a proteína não perde sua seqüência de aminoácidos, só os arranjosestruturais tridimensionais dos níveis de organização secundário, terciário ou quaternário. Por exemplo, a αααα- amilase salivar, por ser específica ao pH e Temperatura da boca, desnatura quando chegar ao estômago, onde encontra o suco gástrico muito ácido (rico em Ácido Clorídrico). O ácido clorídrico do estômago atua desnaturando algumas proteínas globulares que ingerimos na dieta, ou seja, destruindo seu arranjo estrutural terciário, tornando suas LIGAÇÕES PEPTÍDICAS mais acessíveis à hidrólise enzimática. No entanto, a enzima pepsina não é desnaturada no estômago, pelo contrário, ela é ativada em presença do pH ácido do estômago, sendo responsável pela hidrólise das demais proteínas. 16 ESTUDO DIRIGIDO Nº 2: Biomoléculas Profa. Everlane Ferreira Moura Em condições fisiológicas, muitas proteínas recuperam a conformação nativa e restauram a atividade biológica quando o agente desnaturante é removido – a esse processo dar-se o nome de renaturação. CLASSIFICAÇÃO DAS PROTEÍNAS As proteínas são classificadas como globulares, fibrosas e conjugadas, segundo a natureza e forma de organização de suas cadeias polipeptídicas. � PROTEÍNAS FIBROSAS São chamadas de fibrosas quando suas cadeias polipeptídicas apresentam arranjo estrutural tridimensional em forma de folhas ou feixes (α-hélice e folha β-pregueada). São insolúveis em água e têm função estrutural, pois compõem os materiais estruturais de órgãos e tecidos, dando elasticidade e resistência. Exemplos: � COLÁGENO: formado por feixes paralelos de fibrilas lineares individuais que se apresentam como tripla fita de estruturas α-hélices estendidas, altamente insolúveis em água, servindo às necessidades estruturais dos tecidos. Encontrado na pele, cartilagem e osso. � QUERATINA: formada por cadeias polipeptídicas α-hélice ou folha β-pregueada. As queratinas formam as proteínas da pele, cabelos, unhas, chifres, lãs, pêlos, garras, cascos e penas. � FIBROÍNA DA SEDA: apresenta um arranjo folhas β-pregueada. É uma Proteína fibrosa embebida em uma matriz amorfa. Muitos insetos e aracnídeos produzem a proteína da seda. � PROTEÍNAS GLOBULARES São formadas por uma ou mais cadeias polipeptídicas enoveladas firmemente em estruturas tridimensionais, compactas e com forma final esférica ou elipsóide. São solúveis em água. Atuam como enzimas ou transportadores/moduladores fisiológicos e genéticos. Exemplos: � HEMOGLOBINA: são polipeptídios enovelados contendo uma estrutura HEME como grupo prostético em cada cadeia. É uma proteína presente nas hemácias, cuja função é o transporte do O2 dos pulmões aos tecidos periféricos, e de CO2 e prótons, dos tecidos periféricos aos pulmões, para subseqüente excreção. A estrutura HEME é um anel heterocíclico porfirínico contendo átomo de Fe2+ no centro, através do qual é transportado pela corrente sanguínea ligado a uma proteína globular. Estrutura HEME � MIOGLOBINA: formada por uma cadeia polipeptídica contendo 153 resíduos de aminoácidos que formam oito regiões α-hélice. A estrutura HEME está presente como grupo prostético. Encontra-se no citossol das células musculares. É uma proteína transportadora e armazenadora de O2 nos músculos esqueléticos e cardíacos dos vertebrais. 17 ESTUDO DIRIGIDO Nº 2: Biomoléculas Profa. Everlane Ferreira Moura � ANTICORPOS OU IMUNOGLOBULINAS: Compõem uma família de glicoproteínas produzidas pelos linfócitos em resposta à presença de moléculas estranhas conhecidas como antígenos (resposta imunitária humoral). São formados por 4 cadeias polipeptídicas com uma formação estrutural em Y. � PROTEÍNAS CONJUGADAS São proteínas que apresentam em sua estrutura outros grupos químicos não aminoácidos, chamados de grupos prostéticos. As proteínas conjugadas são classificadas com base na natureza química de seus grupos prostéticos, podendo ser: Lipoproteínas - quando contêm lipídios na cadeia; Glicoproteínas - quando contêm sacarídeos na cadeia; Metaloproteínas - quando contêm um metal específico como ferro, cobre, zinco ou outros. 4. LIPÍDEOS Os lipídeos são substâncias orgânicas oleosas ou gordurosas, insolúveis em água, formados por diferentes tipos de moléculas encontradas em células e tecidos de plantas e animais. Incluem-se nessa categoria: gorduras, óleos, ceras, fosfolipídeos, esteróides e carotenóides. Os lipídeos podem ser classificados, de acordo com a função biológica que possuem, em três categorias: TIPOS DE PROTEÍNAS CONJUGADAS. PROTEÍNAS CONJUGADAS GRUPOS PROSTÉTICOS EXEMPLOS GLICOPROTEÍNAS Carboidrato Mucina (muco) LIPOPROTEÍNAS Lipídeo Encontradas em membranas CROMOPROTEÍNAS Pigmento Hemoglobinas e Citocromos NUCLEOPROTEÍNAS Ácido nucléico Ribonucleoproteínas Desoxirribonucleoproteínas FOSFOPROTEÍNAS Ácido fosfórico Caseína CLASSIFICAÇÃO DOS LIPÍDEOS CLASSES FUNÇÕES BIOLÓGICAS EXEMPLOS LIPÍDEOS SIMPLES São os lipídeos de reserva de energia Triglicerídeos (óleos e gorduras) e ceras. LIPÍDEOS COMPOSTOS São os lipídeos componentes de membranas celulares Fosfolipídeos e Esfingolipídeos LIPÍDEOS DERIVADOS São os lipídeos formadores de componentes esteróides e terpenóides como os hormônios e as vitaminas colesterol e carotenóides 18 ESTUDO DIRIGIDO Nº 2: Biomoléculas Profa. Everlane Ferreira Moura São moléculas apolares (hidrofóbicas) ou pouco polares (pouca afinidade por água). Em nosso organismo funcionam como: � Suprimento de energia (cerca de 9 kcal/g); � Fonte de ácidos graxos essenciais, os ômegas (ω); � Transportadores de vitaminas lipossolúveis para o interior das células; � Isolantes térmicos; � Permeabilizante das paredes celulares; � Ativadores de enzimas etc. Os principais lipídeos de nossa dieta são os triglicerídeos, o colesterol e os fosfolipídeos. Os triglicerídeos são de origem animal (GORDURAS) ou vegetal (ÓLEOS). Os de origem animal são formados por ácidos graxos saturados, enquanto os de origem vegetal são constituídos por ácidos graxos insaturadas. As insaturadas são predominantemente óleos, enquanto as saturadas são predominantemente gorduras sólidas. Veja os ácidos graxos mais comuns na Tabela a seguir: ÁCIDOS GRAXOS MAIS COMUNS E SUAS FONTES FONTES NOME COMUM DO ÁCIDO FÓRMULA ESTRUTURAL MANTEIGA Butírico CH3CH2CH2-COOH Capróico CH3(CH2)4-COOH COCO Caprílico CH3(CH2)6-COOH PALMA Cáprico CH3(CH2)8-COOH COCO Láurico CH3(CH2)10-COOH NÓS-MOSCADA Mirístico CH3(CH2)12-COOH TRIGLICERÍDEOS Palmíticos CH3(CH2)14-COOH Esteáricos CH3(CH2)16-COOH MANTEIGA Palmitoléico CH3(CH2)5CH=CH(CH2)7COOH OLIVA Oléico CH3(CH2)7CH=CH(CH2)7COOH LINHAÇA Linoléico CH3(CH2)4CH=CHCH2CH=CH(CH2)7COOH LINHAÇA Linolênico CH3CH2CH=CHCH2CH=CHCH2CH=CH(CH2)7-COOH TECIDO NERVOSO Araquidônico CH3(CH2)4CH=CHCH2CH=CHCH2CH=CHCH2-CH=CH(CH2)3COOH OBS.: Os ácidos graxos INSATURADOS são aqueles que contêm ligações químicas duplas em suas cadeias carbônicas. Os SATURADOS não contêm ligações duplas, apenas as ligações simples ÁCIDOS GRAXOS DE IMPORTÂNCIA BIOLÓGICA Dentre os ácidos graxos mais comuns, os ácidos graxos palmítico e esteárico (saturados), e o oléico (insaturado), são os ácidos mais abundantes na natureza. Em geral, a quantidade de ácidos graxos insaturados contida nos lipídeos dos animais, bem como, dos vegetais, é maior que a quantidade de ácidos graxos saturados. Veja a composição em ácidos graxos de algumas fontes de lipídeos de origem animal: 19 ESTUDO DIRIGIDO Nº 2: Biomoléculas Profa. Everlane Ferreira Moura COMPOSIÇÃO DE LIPÍDEOS MAIS COMUNS FONTES DOS LIPÍDEOS ÁCIDOS GRAXOS SATURADOS INSATURADOS ÓLEOS Soja 15% 85%Canola 6% 94% Girassol 11% 89% Oliva 12% 88% Milho 13% 87% GORDURAS Manteiga 48% 31% Gordura porco (Bacon) 41% 54% Gordura humana 35% 57% Fontes: Ucko (1992); Gonçalves (1992); Site: http://www.revistaanalytica.com.br/ed_anteriores/27/art07.pdf. O ácido oléico, assim como os linoléicos e linolênicos são conhecidos como ácidos graxos essenciais, porque são necessários à síntese de outras importantes moléculas, mas não podem ser sintetizados no próprio organismo humano, por isso devem ser obtidos da dieta. São os famosos ômegas: • Ômega-9 (ácido oléico); • Ômega-6 (ácido linoléico); • Ômega 3 (ácido linolênico). Esses ácidos participam do nosso metabolismo e desempenham um papel fundamental na síntese dos hormônios. O que ocorre é que o tecido animal pode facilmente introduzir dupla ligação na posição carbono 9 (∆∆∆∆9) de uma cadeia de ácido graxo, mas não consegue a mesma coisa em carbonos com numeração superior ao carbono 9. Como os ácido linoléico (dupla ligação nas posições ∆∆∆∆9,12) e linolênico (dupla ligação nas posições ∆∆∆∆9,12, 15) apresentam duplas ligações, em posições na cadeia carbônica acima do carbono 9 , ficam impossibilitados de serem sintetizados no organismo. Quando ingerido ácido linoléico, através da dieta, este é ser convertido em outros ácidos poliinsaturados - o linolênico (C18∆∆∆∆6,9,12) e o araquidônico (C20∆∆∆∆5,8,11,14) de importância para o organismo. Portanto, você precisa incluí-lo na sua dieta. Um dos problemas associados à ausência dos ômegas é a falta de crescimento nas crianças. O ácido insaturado araquidônico é crucialmente importante para o organismo, pois sua estrutura serve de base para formação das prostaglandinas e tromboxanas, substâncias do tipo hormonal que regulam muitas funções celulares. As prostaglandinas, por exemplo, são ácidos graxos, encontradas em todo o nosso corpo em quantidades muito pequenas, funcionando como transmissoras químicas de sinais dentro e fora das células. Afetam quase todas as funções biológicas, incluindo o sistema cardiovascular, nervoso central, imune e endócrino. As tromboxanas são vasoconstritores e potentes agentes hipertensivos, além de facilitarem a agregação plaquetária. Mas esses ácidos graxos geralmente não ocorrem livres em nossas células e tecidos, pois devem estar nas suas formas combinadas em triglicerídeos (TG), fosfolipídeos ou esfingolipídeos, sendo liberados após hidrólises enzimáticas desses compostos. Veja a seguir um esquema geral dos lipídeos e sua formação: 20 ESTUDO DIRIGIDO Nº 2: Biomoléculas Profa. Everlane Ferreira Moura Ácido Graxo P Álcool Açúcar Ácido Graxo G lic er ol Ácido Graxo Ácido Graxo Ácido Graxo G lic er ol P Álcool Ácido Graxo Es fin go si na Ácido Graxo Es fin go si na Triacilgliceróis Glicerofosfolipídeos Esfingomielinas Glicolipídeos ESFINGOLIPÍDEOS FOSFOLIPÍDEOSTRIGLICERÍDEO • Observe que os triglicerídeos são formados por 3 ácidos graxos ligados a 1 glicerol por LIGAÇÕES QUÍMICAS DO TIPO ÉSTER. • Os fosfolipídeos são formados por 2 ácidos graxos ligados ao glicerol através de LIGAÇÃO DO TIPO ÉSTER, e 1 grupo fosfato ligado ao mesmo glicerol por LIGAÇÃO DO TIPO FOSFOÉSTER. Um álcool pode está presente, ou não, ligado ao grupo fosfato. • Já os esfingolipídeos não possuem Glicerol, apresentam outra estrutura conhecida por esfingosina, a qual faz LIGAÇÃO DO TIPO ÉSTER a 1 ácido graxo, e do TIPO FOSFOÉSTER a 1 fosfato. Um álcool pode está presente, ou não, ligado ao grupo fosfato. • Os glicolipídeos são um tipo particular de esfingolipídeos que não possuem ligação do tipo fosfoéster, pois no lugar do grupo fosfato se encontra um monossacarídeo (açúcar) fazendo LIGAÇÃO GLICOSÍDICA com a esfingosina. SÍNTESE DOS TRIGLICERÍDEOS Os triglicerídeos são os componentes químicos dos óleos e das gorduras, formados por reações de ESTERIFICAÇÃO de três desses ácidos graxos a um triálcool – o glicerol (uma estrutura com 3 carbonos contendo três grupos hidroxilas ligados a cada carbono): + CH3(CH2)16-COOH --------------------→ + H2O + CH3(CH2)16-COOH --------------------→ + H2O + CH3(CH2)16-COOH --------------------→ + H2O Glicerol Ácidos graxos Triglicerídeo Água Cada glicerol forma TRÊS LIGAÇÕES DO TIPO ÉSTER (por causa da reação de esterificação) com três ácidos graxos, a partir da reação dos seus três grupos hidroxilas (-OH) com os grupos carboxilas (-COOH) dos ácidos graxos. O resultado é a formação de três ligações do tipo éster, no triacilglicerol formado, com perda de 3 moléculas de água. Os triglicerídeos são compostos essencialmente apolares, pois as longas cadeias carbônicas aumentam ainda mais a hidrofobicidade (falta de afinidade por água) do composto, por isso que os lipídeos são insolúveis em meios aquosos. O triglicerídeo (triacilglicerídeo ou triacilglicerol) pode conter um único tipo de ácido graxo em sua cadeia. Por exemplo: 21 ESTUDO DIRIGIDO Nº 2: Biomoléculas Profa. Everlane Ferreira Moura � Triesterina (principal componente da gordura bovina) - formada por 3 ácidos esteáricos; � Tripalmitina – formada por 3 ácidos palmíticos; � Oleína (principal componente do óleo de oliva) – formada por 3 ácidos oléicos. Mas a maioria dos triglicerídeos que são encontrados na natureza contém três ácidos graxos distintos, que variam tanto em tamanho de suas cadeias quanto no grau de insaturação dessas cadeias. A maioria dos tecidos dos seres humanos é capaz esterificar ácidos graxos parar formar triglicerídeos, mas o fígado e os tecidos adiposos são os principais responsáveis pelo processo. O tecido adiposo encarrega-se da síntese e do armazenamento dos triglicerídeos formados a partir dos ácidos graxos da dieta, ou a partir daqueles sintetizados pelo fígado ou pelo próprio tecido adiposo. HIDRÓLISE DOS LIPÍDEOS A digestão dos lipídeos começa no intestino delgado, depois que os lipídeos sofrem emulsificação pelos sais biliares (glicocolato de sódio e o taurocolato de sódio), ajudado pela peristalse, uma ação misturadora desenvolvida pelos movimentos involuntários dos músculos lisos do intestino delgado. Após formar a emulsão, esses lipídeos entram em contato com o fluido aquoso contendo as enzimas solúveis. A enzima lípase, liberada pelo pâncreas, e sua coenzima, a colipase, atuam na reação de hidrólise das LIGAÇÕES DO TIPO ÉSTER dos triglicerídeos. Cada triglicerídeo hidrolisado libera 3 ácido graxos ligado e 1 glicerol (um triálcool). Veja a reação de hidrólise de uma molécula de triglicerídeo: + H2O --------------------→ CH3(CH2)16-COOH + H2O --------------------→ CH3(CH2)16-COOH + + H2O --------------------→ CH3(CH2)16-COOH Triglicerídeo Água Ácidos graxos Glicerol As reações de hidrólise dos fosfolipídeos e do éster de colesterol ocorrem em presença de suas respectivas enzimas: fosfolipases e colesterol estearases, semelhante à atuação da lípase pancreática nos triglicerídeos. A fosfolipase hidrolisa os fosfolipídeos liberando glicerol, ácidos graxos e grupos fosfatos, enquanto A colesterol estearase hidrolisa os ésteres de colesterol liberando colesterol e ácidos graxos. Após a digestão, ácidos graxos, triglicerídeos sintetizados nas vilosidades, além do colesterol, são transportados, via vasos linfáticos, através das lipoproteínas QUILOMICRONS. OS LIPÍDEOS COMPOSTOS E SUAS PROPRIEDADES � Fosfolipídeos Os fosfolipídeos são componentesdas membranas biológicas. Funcionam como agentes emulsionantes, pois apresentam a capacidade de misturar substâncias oleosas em substâncias aquosas (função tensoativa anfifílica ou anfipática). Na superfície das membranas, fazem contato entre lipídeos insolúveis em água com substâncias hidrossolúveis, como as proteínas. Alguns são usados na transdução de sinais durante a regulação do metabolismo energético. Os fosfolipídeos servem primariamente como elementos estruturais de membranas e nunca são armazenados em grandes quantidades. Seus ácidos 22 ESTUDO DIRIGIDO Nº 2: Biomoléculas Profa. Everlane Ferreira Moura graxos mais abundantes possuem 16 ou 18 carbonos na cadeia. Os fosfolipídeos mais comuns possuem um dos ácidos graxos saturado e o outro insaturado. Alguns exemplos de fosfolipídeos mais abundantes são lecitina (uma fosfatidilcolina), cefalina (uma fosfatidiletanolamina), fosfatidilserina e fostatidilinositol. � Esfingolipídeos Os esfingolpídeos são subdivididos em esfingomielina ou glicolipideo. � Esfingomielinas - estão presentes na maioria das membranas de células animais. Elas são importantes componentes da mielina, a camada protetora e isolante que envolve as células nervosas. Certos distúrbios envolvendo o metabolismo desse tipo de lipídeo, como a Doença de Niemann-Pick e a Doença de Gaucher, resulta em morte prematura por acúmulo de esfingomielinas nos tecidos do sistema nervoso. As ceramidas são exemplos de esfingomielinas que desempenham papel fundamental na estruturação e manutenção da dupla camada lipídica, exercendo papel direto e indireto na função de barreira da epiderme e nos fenômenos de retenção de água, alem de fenômenos de diferenciação, proliferação e de apoptose celular. � Glicolipídeos - são um tipo de esfingolipídeo que contêm um carboidrato no último carbono da esfingosina de sua estrutura. O cerebrosídeo é um exemplo de glicolipídeo que contém uma galactose em sua estrutura combinado com a esfingosina. Os cerebrosídeos são encontrados no tecido nervoso e no cérebro. OS LIPÍDEOS DERIVADOS E SUAS PROPRIEDADES Fazem parte dos lipídeos derivados os esteróides, como o colesterol e os hormônios esteróides (testosterona, estrógenos, progesterona, cortisol, corticosterona e aldosterona), e alguns terpenos de cadeias longas como o β-carotena, uma vitamina. � Os esteróides Os esteróides se encontram largamente difundidos por todo o corpo humano. Pequenas modificações na estrutura de um esteróide resultam em outra molécula com função e efeitos distintos. � Colesterol - tipo de esteróide fabricado pelo nosso corpo. É encontrado no cérebro e no tecido nervoso, formando parte da mielina, membrana que reveste as células nervosas. A partir dele são sintetizados os hormônios sexuais masculinos e femininos, e os do córtex adrenal, todos conhecidos como hormônios esteróides. � Testosterona - principal hormônio sexual masculino, secretado pelos testículos. É um esteróide de 19 carbonos produzido a partir do colesterol. A testosterona tem a função de promover e manter os órgãos sexuais masculino e os caracteres sexuais secundários. Também ajuda no crescimento dos músculos, fígado e rins estimulando a síntese de proteínas. � Androsterona (ADT) - um hormônio sexual esteróide com fraca atividade androgênica. É produzido no fígado a partir do metabolismo da testosterona. � Estrógenos (ou hormônios sexuais femininos) - são esteróides de 18 carbonos que têm como base o estradiol, que é produzido nos ovários a partir da testosterona. A secreção dos estrógenos produz os 23 ESTUDO DIRIGIDO Nº 2: Biomoléculas Profa. Everlane Ferreira Moura caracteres sexuais secundários das fêmeas, o crescimento dos pêlos axilares e púbicos e mudanças na forma do corpo, e formação óssea. Também aumentam a síntese de proteínas no útero, vagina e glândula mamária. Estão envolvidos na regulação do ciclo menstrual e no comportamento feminino. O estradiol também é responsável pela manutenção dos tecidos do organismo, garantindo a elasticidade da pele e dos vasos sanguíneos e a reconstituição óssea, entre outras funções. � Progesterona - hormônio sexual encontrado no ovário, placenta e adrenais. É secretada durante a segunda metade do ciclo menstrual. Sua presença causa a formação do muco no ovário, necessário ao óvulo no período de implantação do mesmo. Sua secreção contínua é requerida durante a gravidez. � Cortisol (hidrocortisona) - hormônio corticosteróide ou glicocorticóide produzido no córtex adrenal e lançado ao organismo em resposta ao stress. É responsável pelo aumento do nível de glicose sanguínea e pela quantidade de glicogênio hepático. Aumenta a pressão sanguínea e suprime o sistema imune. No feto, o cortisol favorece a maturação do SNC, retina, pele, trato gastrointestinal e pulmões. � Aldosterona - hormônio esteróide (da família dos mineralocorticóides) sintetizado na zona glomerulosa do córtex das glândulas supra-renais. Faz regulação do balanço de sódio e potássio, mantendo constante o equilíbrio eletrolítico do sangue. � Corticosterona - hormônio da classe dos glicocorticóides liberado pelo córtex das adrenais. Também está envolvido no equilíbrio da glicose do organismo, assim como todos aquele esteróides pertencentes ao grupo dos hormônios glicocorticóide, como o cortisol e a cortisona. Os glicocorticóides estão relacionados a respostas ao estresse, além da regulação do metabolismo lipídico, protéico e glicídico. A corticosterona é um hormônio diabetogênico e imunossupressor. � Os Terpenos Os terpenos são moléculas formadas por unidades estruturais repetidas de ISOPRENOS (um hidrocarboneto insaturados com 5 carbonos, quimicamente denominado metilbutadieno). Os terpenos mais complexos (de maior massa molecular) são os tetraterpenos (ou carotenóides), compostos orgânicos dos vegetais, odoríferos, conhecidos como óleos essenciais. Nos animais servem como precursores da Vitamina A. Esses carotenóides são compostos importantes para diversas espécies vegetais, ocorrendo em flores e também em frutos. Pertencem a esse grupo o licopeno e o β-caroteno os quais são responsáveis pela pigmentação de alimentos como o tomate, o mamão, a cenoura e a laranja. 24 ESTUDO DIRIGIDO Nº 2: Biomoléculas Profa. Everlane Ferreira Moura EXERCÍCIOS 1. Como podemos classificar os carboidratos? 2. O que significa uma aldose e Cetose 3. O que é uma Aldo-pentose? Dê exemplos. 4. O que diferencia um polissacarídeo de um oligossacarídeo? 5. Que tipo de ligação existe entre as unidades sacarídeas na celulose e na amilose, respectivamente? 6. O que significa ligação glicosídica do tipo α(1→4)? 7. Como ocorrem as reações de hidrólise e de síntese da molécula de amido? 8. O que é uma matodextrina? 9. Defina: a. Polipeptídios; b. Aminoácidos essenciais; 10. O que você entende por níveis de organização estrutural das proteínas? 11. Como é formada uma proteína fribrosa? 12. Dê exemplos de proteínas globulares 13. O que são proteínas conjugadas? 14. Como se classificam os lipídeos? 15. O que significa ácidos graxos essenciais? Dê exemplos. 16. Qual a função dos fosfolipídeos, esfingolipídeos e glicolipídeos, respectivamente, no organismo humano? 17. O que são esteróides? Dê exemplos. 18. O que significa uma molécula hidrofílica e molécula hidrofóbica?
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