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1 CONTEÚDOS DE BIOQUÍMICA– Curso de ODONTOLOGIA- Prof. Breno D’Oliveira pdf - ATUALIZADO EM OUTUBRO DE 2018 CARBOIDRATOS 1. INTRODUÇÃO Juntamente com lipídios e proteínas, os carboidratos tem papel fundamental na vida dos animais e das plantas: São fonte de energia para os seus processos metabólicos. Possuem carbono, hidrogênio, oxigênio, às vezes fósforo e nitrogênio. São solúveis em água e com sabor doce. Também são chamados hidratos de carbono, glicídeos ou açúcares. 2. CLASSIFICAÇÃO Compreendem dois grupos básicos: As oses (monossacarídeos) e os osídeos (oligossacarídeos e polissacarídeos). 3. OSES ou MONOSSACARÍDEOS As OSES são glicídeos não hidrolisáveis, cristalizáveis, facilmente dialisáveis, possuindo carbono, hidrogênio e oxigênio na proporção de 1:2:1. A cadeia apresenta de 3 a 7 carbonos com um grupo aldeídico - CHO (no carbono 1), ou cetônico =CO (no carbono 2), caracterizando-as como, aldoses e cetoses. 3.- OSES ou MONOSSACARÍDEOS : As oses são classificadas em trioses, tetroses, pentoses, hexoses e heptoses. 3.1- TRIOSES –São as oses mais simples. Possuem dois representantes: aldeído glicérico (gliceraldeído) - aldose, e dihidroxicetona – cetose . (Estruturas acima à direita). 2 3.2- TETROSES – Exemplos: Eritrose (aldose); eritrulose (cetose). 3.3- PENTOSES – Exemplos: Ribose e desoxi ribose (aldoses); ribulose (cetose). 3.4- HEXOSES – Exemplos:Frutose (cetose); glicose e galactose (aldoses). As oses são classificadas em trioses, tetroses, pentoses, hexoses e heptoses. 3.1- TRIOSES –São as oses mais simples. Possuem dois representantes: aldeído glicérico (gliceraldeído) - aldose, e dihidroxicetona – cetose (estruturas na folha anterior). 3.2- TETROSES – Exemplos: Eritrose (aldose); eritrulose (cetose). 3 3.3- PENTOSES – Exemplos: Ribose e desoxi ribose (aldoses); ribulose (cetose). 3.4- HEXOSES – Exemplos:Frutose (cetose); glicose e galactose (aldoses). A fórmula molecular geral para todas as oses é CnH2n0n. Assim, as trioses são C3H603, as tetroses C4H804, as pentoses C5H1005 e as hexoses C6H1206. 4. ISOMERIA ÓTICA Apresentando carbonos assimétricos, as oses possuem dois isômeros óticos (especulares ou enantiomorfos): D e L. Para identificar-se a que isômero pertence a estrutura de uma determinada OSE, compara-se a configuração estereoquímica do carbono 4 assimétrico mais distante do grupo funcional com a configuração dos modelos indicados dos carbonos assimétricos dos gliceraldeídos D e L. 5.- EPIMERIA Duas oses são consideradas epímeros, quando diferem apenas na posição de uma hidroxila ligada a carbono secundário. 6.- DERIVADOS DE OSES As oses podem sofrer uma série de reações em seus diferentes grupos , produzindo derivados. 6.1- Amino oses: Glicosamina: Substituição do –OH por –NH2. Está envolvida na formação da cartilagem articular atuando como precursor de unidades de dissacarídeos formadores dos glicosaminoglicanos. Como consequência, retarda a progressão da osteoartrite. 6.2-Desoxi oses: Nos desoxiaçúcares um grupo –OH é substituído por H. Dois importantes desoxiaçúcares são encontrados nas células: a 2-DESOXI D-RIBOSE e a D- FUCOSE (obtido a partir da D- galactose por redução). 5 A fucose é encontrada nas glicoproteínas que determinam os antígenos do sistema ABO de grupos sanguíneos na superfície dos eritrócitos; a desoxirribose é componente dos nucleotídeos do DNA. 6.3- Esterificação: Por esterificação com o ácido fosfórico as oses originam ésteres, intermediários importantes em diversas rotas metabólicas. D-GLICOSE 6-P D-FRUTOSE 6-P D-FRUTOSE 1,6 DI-P 6.4- Redução: Por redução originam álcoois O sorbitol, derivado da glicose, é um poliálcool, também chamado de glucitol. É encontrado naturalmente em diversas frutas, tais como a maçã e a ameixa. Seu poder de adoçar é 50% menor que o da sacarose , sem entretanto causar cáries. Na farmacologia pode ser usado como laxante, diurético e solução irrigante para alguns procedimentos médicos. glicose sorbitol O manitol, derivado da manose (aldo hexose) complementa igualmente o exame de colonoscopia diluído em suco de laranja. 6.5- Oxidação: Por oxidação produzem ácidos. São importantes, entre outros, o ácido D-glicurônico e seu isômero, ácido L-glicurônico ou idurônico. 6 GLICOSE ÁCIDO GLICURÔNICO Os ácidos urônicos são formados quando o grupo terminal dos monossacarídeos é oxidado. Por oxidação das galactose forma-se o ácido galacturônico 7.- ESTRUTURAS CÍCLICAS DAS OSES – Mutarrotação Os monossacarídeos cíclicos com 6 elementos no anel são análogos a um composto heterocíclico chamado pirano, levando por isso a denominação de piranoses; os que possuem 5 elementos no anel se assemelham ao furano, sendo, então, denominados de furanoses. 7 Ciclização da frutose e da ribose 8. MUTARROTAÇÃO Quando em solução aquosa, a alfa-D-glicose e a beta-D-glicose se interconvertem livremente para atingir uma mistura de equilíbrio que contém 63,6 % do anômero beta, 36,4% do anômero alfa e 1,0 % da forma aberta linear, a interconversão é detectada por alterações na rotação óptica e é chamada mutarrotação, observada também em outras hexoses e pentoses. 8 9. OLIGOSSACARÍDEOS Os oligossacarídeos são constituídos por um reduzido número de monossacarídeos, tipicamente dois (dissacarídeos) ou três (trissacarídeos). Os dissacarídeos são o grupo mais representativo desta classe. Exemplos: 9.1- MALTOSE- DISSACARÍDEO de nome sistemático α-D-glicopiranosil-(1→4)-D- glicopiranose, Glc (α1→4) Glc. É formada por duas moléculas de glicose ligadas por uma ligação glicosídica (α1→4). A maltose é produzida em cereais em germinação, tais como a cevada, num processo relevante na fermentação alcoólica de bebidas. Na maltagem da cevada, a concentração de malte é maximizada neste cereal; a maltose é então usada pelas leveduras durante a fermentação, produzindo etanol e dióxido de carbono. No duodeno, obtida pela degradação do amido, é hidrolisada pela enzima maltase, liberando duas unidades de alfa-D-glicose. MALTOSE 9 9.2- ISOMALTOSE: Açúcar DISSACARÍDEO de glucose, diferenciando-se da maltose apenas na forma de ligação das duas unidades de glucose. Enquanto a maltose apresenta ligação1-4, a isomaltose possui ligação 1-6. Produzida a partir da sacarose de beterraba, possui o mesmo aspecto do açúcar de cana. É utilizada na mesma proporção que a sacarose, dando o mesmo volume e textura. Tem baixíssima higroscopicidade, em misturas em pó prontas para preparo de certos tipos de doces. Não provoca cáries. Ocorre na cerveja, mel de abelha, fígado e outras substâncias naturais. e é obtido pelo tratamento de derivados do amido. Por hidrólise pela enzima isomaltase, libera duas unidades de glicose pelo rompimento da ponte 1-6. A seguir a estrutura da isomaltose. Isomaltose (ponte 1-6) 9.3- LACTOSE: Açúcar DISSACARÍDEO presente no leite e seus derivados. É composto por dois monossacarídeos: a glicose e a galactose. É o único hidrato de carbono do leite e é exclusiva desse alimento porque apenas é produzida nas glândulas mamárias. No leite humano representa cerca de 7,2% e no leite de vaca cerca de 4,7%. Seu sabor é levemente doce. Lactobacilos a transformam numa função mista de ácido carboxílico e álcool, que formam o ácido lático. Libera, por hidrólise da ligação glicosídica beta 1-4, através da enzima lactase uma molécula de beta-D- galactose e uma de alfa-D-glicose. Em solução aquosa, pode ocorrer uma mudança na posição da hidroxila e do hidrogênio do grupo redutor da lactose, fazendo com que a forma alfa se transforme em beta e vice versa. Essa mudança é denominada mutarrotação e persiste até que haja o equilíbrio mutarrotacional, que ocorre quando, a 25ºC, possui 62,25% da lactose na forma beta e 37,7% na forma alfa. 10 9.4- SACAROSE: DISSACARÍDEO formado pela união de uma molécula de glicose e uma de frutose. Encontra-se em abundância na cana-de-açúcar, frutas e na beterraba. A sacarose, o açúcar comum comercial encontra-se na cana de açúcar (Saccharum officinarum) e na beterraba (Beta vulgaris). É hidrolisada pela enzima sacarase. 9.5- CELOBIOSE: DISSACARÍDEO obtido pela degradação da celulose. É semelhante à maltose, diferindo apenas por liberar duas unidades de beta-D-glicose. Fungos, bactérias e protozoários encontrados no rumem produzem a enzima celulase que hidrolisa a celulose liberando essas moléculas dissascarídicas ao lado de unidades de glicose livre. Térmitas e cupins também tem a mesma capacidade. 11 10.- POLISSACARÍDEOS Os polissacarídeos possuem massa molecular elevada porque sua unidade monomérica se polimeriza “n” vezes liberando, por hidrólise, grande quantidade de moléculas mais simples. Os polissacarídeos homogêneos liberam apenas um tipo de produto, visto que sua unidade monomérica é o produto de sua hidrólise total); nos polissacarídeos heterogêneos a unidade monomérica é um dissacarídeo, isto, é, um par de moléculas diferentes que se repete “n” vezes. Por essa razão, degradação total desse tipo de polissacarídeo fornece mais de um tipo de produto. 10.1- POLISSACARÍDEOS HOMOGÊNEOS 10.1.1 –AMIDO E GLICOGÊNIO Os polissacarídeos encontrados na natureza tem função estrutural ou nutritiva. O amido das plantas e o glicogênio armazenado nos animais são exemplos de polissacarídeos de função nutritiva.. A unidade fundamental do amido e do glicogênio é alfa D-glicose. Tanto no amido como no glicogênio as unidades de alfa-D- glicose são polimerizadas por ligação glicosídica alfa 1-4, formando cadeias lineares que, de distância em distância, se ramificam originando cadeias semelhantes com cerca de 30 unidades, no amido, ligadas por ponte 1-6 no ponto de ramificação. A cadeia principal do amido é denominada amilose; o conjunto de ramificações, amilopectina. Por hidrólise parcial, o amido libera, maltose e isomaltose e, por hidrólise total, somente glicose. O glicogênio tem estrutura semelhante a do amido, porém suas cadeias são de menor comprimento (10 a 20 unidades de glicose) o que torna a molécula muito mais rica de ramificações. Armazena-se no fígado e músculos como fonte de glicose no jejum e no exercício físico intenso 12 (Fração do amido) . o = unidade de glicose 10.1.2-CELULOSE- A celulose, polissacarídeo estrutural mais abundante na natureza, é o material de construção das plantas superiores. Ocorre, às vezes quase puro, como nas fibras do algodão ou associada com outras substâncias especialmente na lignina da palha ou da madeira, em uma cadeia não ramificada com suas unidades monoméricas unidas por ponte 1-4. Por hidrólise parcial libera a celobiose e por hidrólise total, moléculas de beta-D- glicose. 10.1.3- QUITINA- Este polissacarídeo possui estrutura análoga à da celulose. Sua unidade fundamental é a N-acetilglicosamina, um derivado da beta-D- glicose por substituição da OH do carbono 2 pelo grupo acetil amino (-NH- CO-CH3). É a substância que forma a carapaça dos crustáceos e de alguns insetos. 13 10.2- POLISSACARÍDEOS HETEROGÊNEOS 10.2.1- VISÃO GERAL Também chamados mucopolissacarídeos ou glicosaminoglicanos (GAGS), são grandes complexos de cadeias heteropolissacarídicas, negativamente carregadas, geralmente associadas a uma pequena quantidade de proteína. Possuem abundância de grupos aniônicos que lhes proporcionam a capacidade especial de ligar-se a grandes quantidades de água, produzindo assim uma matriz do tipo gel. As propriedades viscosas e lubrificantes das secreções mucosas também são devido à presença de glicosaminoglicanos. Estabilizam e suportam os componentes celulares dos tecidos como tecido conjuntivo, encontrado na pele, tendões, cartilagens, ligamentos e matriz óssea. 10.2.2- ESTRUTURA DOS GLICOSAMINOGLICANOS São cadeias de polissacarídeos heterogêneos longas, geralmente compostas de uma unidade dissacarídica repetitiva [açúcar ácido-açúcar amino]n. O açúcar amino é uma D-glicosamina ou D- galactosamina , podendo ser sulfatado no carbono 4 ou 6. O açúcar ácido é um ácido D glicurônico ou seu epímero L-idurônico. 14 A única exceção é o queratansulfato, onde está presente a galactose em vez de um açúcar ácido. 10.2.3- RELAÇÃO ESTRUTURA/FUNÇÃO DOS GLICOSAMINOGLICANOS Devido ao seu grande número de cargas negativas, as cadeias de heteropolissacarídeos tendem, em solução, a repelir-se, circundadas por uma concha de moléculas de água. Quando reunidas, elas “deslizam” umas sobre as outras, como dois magnetos com mesma polaridade parecendo escorregarem. Isto produz a consistência “escorregadia” das secreções mucosas e do líquido sinovial. Quando uma solução de glicosaminoglicanos é comprimida, a água é “espremida para fora” e os glicosaminoglicanos são forçados a ocupar um volume menor. Quando a compressão é liberada, os glicosaminoglicanos voltam novamente a seu volume original, hidratado, devido à repulsão de suas cargas negativas. Esta propriedade contribui para a resiliência do líquido sinovial e do humor vitro do olho. Com excessão do ácido hialurônico, os glicosaminoglicanos são covalentemente aderidos à proteína, formando monômeros proteoglicanos. Um monômero proteoglicano encontrado na cartilagem consiste de uma proteína central à qual as cadeias de carboidratos15 lineares são covalentemente ligadas. No proteoglicano da cartilagem, as espécies de glicosaminoglicanos incluem o sulfato de condroitina e sulfato de queratan. 10.2.4- CONDROITIN SULFATO (A, B e C) Em 1861, Fisher e Boedker isolaram de cartilagem o polissacarídeo sulfatado que se denomina condroitin-sulfato A. Também foram isoladas outras duas formas, posteriomnente chamadas (B e C). A forma B foi isolada da pele por Meyer e Chafer; posteriormente encontrou-se também nas válvulas do coração e nos tendões. A forma C foi obtida do cordão umbilical por Meyer e Palmer . Sua presença foi atestada também no osso do adulto, na córnea, em cartilagens e nos 16 tendões. No condroitin sulfato B o radical de ácido glicurônico é substituído pelo seu isômero o ácido L-idurônico. Na forma C muda apenas a posição do sulfato na galactosamina, de carbono 4 para 6. Abaixo os tipos A,B e C. 10.2.5- ÁCIDO HIALURÔNICO O ácido hialurônico é um mucopolissacarídeo não sulfatado. A unidade dissacarídica monomérica é composta por ácido beta-D- glicurônico e beta N acetilglicosamina ligados por ponte beta 1-3. Essa unidade se polimeriza por ponte beta 1-4. Sua massa molecular varia de 20.000 a 50.000. Constitui a substância fundamental nos tecidos conjuntivos, onde exerce função cementante, agregando as unidades celulares e as fibras do colágeno. A biossíntese do ácido hialurônico está na dependência da vitamina C alimentar e de hormônios, especialmente os corticoides. Por essa razão, as doenças do tecido conjuntivo respondem favoravelmente aos tratamentos de ácido ascórbico e de corticoides. 17 Algumas bactérias patogênicas liberam uma enzima específica – hialuronidase- que despolimeriza o ácido hialurônico, hidrolisando as ligações glicosídicas 1-4 para facilitar sua mobilidade através da membrana celular. Nas infecções, os tecidos afetados perdem por este mecanismo o elemento unitivo tornando-se flácidos e sujeitos à invasão microbiana. Também é liberada pelo acrossoma do espermatozoide, para que este ultrapasse a corona radiata do ovócito. O Ácido hialurônico, forma soluções altamente viscosas e claras que funcionam como lubrificantes nas articulações e compõem a matriz da cartilagem e tendões, conferindo-lhes elasticidade e resistência à tensão. Por ser um componente natural de várias células do corpo humano, mais especificamente daquelas que estão associadas à síntese de colágeno, -responsável pela elasticidade e sustentação da pele –, o ácido hialurônico é considerado uma substância orgânica e, portanto, muito seguro quando aplicado em procedimentos estéticos e odontológicos. Artigo sobre o assunto na página 23 10.2.6- QUERATAN SULFATO O QUERATAN SULFATO é um glicosaminoglicano, também presente na córnea e nos agregados proteoglicanos da cartilagem. Galactose e N-acetil glicosamina 6-sulfato, ambas na forma beta, unidas por ponte 1,4, constituem a unidade dissacarídica. Estrutura na folha 14. 18 10.2.7- HEPARINA Heparina é um polissacarídeo polianiônico sulfatado pertencente à familía dos glicosaminoglicanos. Possui uma ação farmacológica atuando como medicamento anticoagulante utilizado em várias patologias, como no tratamento da coagulação intravascular disseminada; prevenção do tromboembolismo; prevenção e tratamento do tromboembolismo pulmonar; prevenção e tratamento da trombose venosa profunda. 11. PROTEOGLICANAS – (GLICOPROTEÍNAS) As proteoglicanas são proteínas que contêm cadeias de oligossacarídeos (glicanos) covalentemente ligados a cadeias laterais de polipeptídeos. Neste grupo se enquadram principalmente as substâncias denominadas mucinas, produtos elaborados por células especiais, as células mucíparas, dos epitélios de revestimento e glandulares. 19 Todas as secreções digestivas (saliva, suco gástrico, suco pancreático ,bile, suco entérico) contém mucinas às quais devem sua alta viscosidade, assim como sua ação lubrificante. As mucinas protegem ainda a mucosa gastro-intestinal contra enzimas e bactérias. Conjuntamente, essas macromoléculas de glicoproteínas apresentam um aspecto mucogelatinoso que reveste externamente a membrana plasmática, recebendo o nome de glicocálix. A importância funcional dos proteoglicanos traduz-se na ligação de várias moléculas de sinalização, como por exemplo o fator de crescimento dos fibroblastos (FGF), cuja ligação provoca a estimulação ou inibição da proliferação de vários tipos de células. Os proteoglicanos também desempenham funções de ligação e regulação de enzimas proteolíticas e de inibidores de proteases, assim como regulam a atividade de proteínas segregadas e as protegem da degradação proteolítica. Também são exemplos de glicoproteínas as imunoglobulinas (sintetizadas e excretadas por células plasmáticas derivadas dos linfócitos B; os plasmócitos, presentes no plasma, que atacam proteínas estranhas ao corpo, chamadas de antígenos) e protombina ( sintetizada no fígado, na presença de vitamina K), precursora da trombina, que ao final da cascata da coagulação induz a formação da fibrina, além de diversas glicoproteínas presentes nas secreções mucosas. Na odontologia o principal fator etiológico da inflamação pulpar é a invasão de bactérias para o interior da polpa dentária. As bactérias podem invadir os tecidos da polpa dentária após cárie ou fraturas dentárias, ou na sequência de procedimentos dentários restauradores. 20 Durante a infecção e a inflamação, a alta viscosidade dos proteoglicanos da matriz extracelular da polpa representa uma barreira mecânica para as bactérias, embora alguns tipos produzam a hialuronidase, enzima que reduz a viscosidade atuando como fator de dispersão e, assim, contribui para a penetração bacteriana no tecido conjuntivo. 12. BETA GLUCANAS Beta-glucanas são um tipo de fibra solúvel. Trata-se de um polissacarídeo linear, não ramificado, composto por unidades de glicose unidas por ligações do tipo beta 1,6 e beta 1,3 glicose. Alimentos que contém ß-glucanas, como a aveia e algumas espécies de cogumelos, diminuem a absorção de colesterol e retardam a absorção dos açúcares. 13. FRUTANOS Os frutanos são polímeros da frutose sintetizados nas plantas por microorganismos a partir da sacarose. 21 As várias categorias de frutanos são diferenciadas de acordo com o tipo de ligação entre as unidades de frutose. A inulina, um frutano acumulado principalmente pelas plantas das Asteraceae é constituída por resíduos de frutoses unidos por ligações glicosídicas β (2→1) , enquanto que a molécula do levana (produzido por bactérias) é constituído por resíduos de frutose vinculados por ligações β(2→6). Dentre os benefícios à saúde que podem ser proporcionados pela ingestão de frutanos tipo inulina há pesquisas que apresentam resultados disponíveis e confirmatórios em humanos, comprovando as alegações de melhoria das funçõesintestinais e aumento na absorção de minerais. Frutanos tipo inulina são usados pela indústria alimentícia como suplementos em alimentos, aumentando o teor de fibras dos produtos, e como substitutos de macronutrientes como gordura e açúcar. LEVANA 14. CARBOIDRATOS NO METABOLISMO DAS BACTÉRIAS CARIOGÊNICAS A cárie é uma doença infectocontagiosa de caráter crônico, causada pelo processo de desmineralização da superfície dental por ácidos orgânicos provenientes da fermentação dos carboidratos da dieta pelas bactérias. 22 Os dentes são colonizados por bactérias que existem no ambiente oral, cujo metabolismo ocasiona flutuações no pH. Este metabolismo é influenciado por fatores determinantes que por si só não levam ao desenvolvimento de cárie, mas modulam sua atividade. Entre eles, encontramos a composição do próprio “biofilme”, a composição e capacidade tampão da saliva, a velocidade da secreção salivar e composição e frequência da dieta. O desenvolvimento da carie ocorre somente na presença de microorganismos na superfície dental, contudo, a simples presença destes não é suficiente para o desenvolvimento da doença. Em 1924 Ckarke isolou um tipo específico de estreptococos das lesões, o qual denominou Streptpcpcus mutans, pois sua morfologia celular e da colônia em meio de cultura contendo sacarose, apresentava grande variedade em relação às demais espécies dos estreptococos então conhecidos. Demonstrou que o isolamento do S.mutans de lesões iniciais de cárie, ocorria com mais frequência do que o das espécies de lactobacilos. Na cavidade oral as superfícies dentárias são recobertas por depósitos microbianos com espessura determinada de acordo com sua localização chamados de “biofilme”. . O Biofilme dental é um massa que composta por bactérias colonizadoras da cavidade oral. Contém mais de 400 espécies microbianas apresentadas como uma complexa massa na margem gengival e no interior do sulco gengival ou da bolsa periodontal, inclusive com as espécies Gram-negativas anaeróbias típicas das doenças periodontais. 23 As bactérias formadoras deste biofilme são habitantes normais da cavidade bucal, que se acumulam sobre uma película que recobre a superfície dos dentes mesmo que os procedimentos de limpeza sejam convenientemente realizados. A colonização bacteriana se dá normalmente e em poucas horas. A saliva é normalmente uma solução remineralizante natural dos dentes quando se encontra em pH superior a 5,5. Porém, a presença do ácido lático produzido pelos Estreptococos mutans reduz o pH da placa bacteriana a 4,0, comprometendo a remineralização natural e promovendo a desmineralização. Os microorganismos precisam aderir-se firmemente a uma superfície porque, caso contrário serão levados pelo fluxo salivar e deglutidos. Sabendo-se que a dieta exerce um papel central no desenvolvimento da cárie, estudos mostram a relação entre o consumo de carboidratros fermentáveis e o desenvolvimento de lesões cariosas. Muitas bactérias do biofilme utilizam açúcares presentes na dieta (sacarose, glicose, frutose e lactose) para seu metabolismo energético. O amido (polissacarídeo da glicose) pode ser utilizado após a degradação em carboidratos de baixo peso molecular (por exemplo a maltose) pela amilase salivar e bacteriana. O biofilme cresce rapidamente. Os carboidratos são fermentados de modo imediato resultando na produção de ácidos, principalmente o acido lático e, na presença de grandes quantidades, são armazenados na forma de polissacarídeos intra (PIC) e extracelulares (PEC). As bactérias cariogênicas liberam duas enzimas no meio extracelular: a glicosiltransferase e a frutosiltransferase. A glicosil transferase agindo sobre a sacarose libera sua porção frutose e utiliza a glicose para sintetizar as glucanas, polissacarídeo extracelular (PEC) de natureza gel e viscosa utilizado para adesão das bactérias entre si e com os dentes, e estruturação das placas dentárias. A frutosil transferase, ao agir sobre a sacarose, libera sua porção glucose, utilizando a frutose para síntese do polissacarídeo extracelular 24 (PEC) de reserva energética, as frutanas, para ser utilizado como alimento nos intervalos de jejum da bactéria. Deve-se observar que a frutose e a glucose liberadas da sacarose e não utilizadas para a síntese de PEC, são consumidas rapidamente pelas bactérias para obtenção de energia ou armazenadas em forme de PIC (polissacarídeos intracelulares). ARTIGO ANEXO: AS APLICAÇÕES DO ÁCIDO HIALURÔNICO NA ODONTOLOGIA Conforme aponta a literatura odontológica brasileira, o uso do ácido hialurônico por parte dos cirurgiões-dentistas em tratamentos da cavidade bucal e da face foi autorizado em março de 2014 pelo Conselho Federal de Odontologia (CFO) mediante as Resoluções 145 e 146/14, nas quais fica explícita a sua liberação para uso em âmbito odontológico. Desde então, a substância vem sendo utilizada como uma opção de tratamento minimamente invasiva para estimular a produção de colágeno e atenuar leves desequilíbrios na mandíbula ou nos lábios, bem como para preencher determinadas áreas da face que estão direta ou indiretamente associadas ao funcionalismo e/ou à estética odontológica. Entendendo melhor o propósito do ácido hialurônico na Odontologia Para que haja uma compreensão realmente aclarada sobre o uso desse componente pelos cirurgiões-dentistas, é fundamental que sejam citadas situações específicas, nas quais a primeira opção de tratamento é a sua aplicação tópica. Para ilustrar, podemos iniciar pela biomodelação labial: um procedimento realizado para corrigir a perda de volume nos lábios e devolver o seu contorno a partir de aplicações do ácido hialurônico em pontos específicos do lábio inferior, superior ou em ambos. Trata-se de uma alternativa indicada especialmente para pacientes com lábios que se afinaram em decorrência da idade, da genética ou do hábito de fumar, por exemplo. Outra possibilidade de tratamento com injeções de ácido hialurônico é a atenuação de rugas e sulcos. Por meio da aplicação da substância com uma microcânula é possível eliminar a aparência envelhecida causada pelo famoso “bigode chinês” − marca de expressão que atinge as proximidades do nariz, chegando até o 25 canto da boca, também chamada de “sulco nasogeniano”. Embora seja comumente provocado pelo excesso de expressões faciais ao longo dos anos, o problema também pode surgir devido a características hereditárias ou pela força da gravidade sobre os tecidos da maçã do rosto. Da mesma maneira, o ácido hialurônico pode ser usado para suavizar as “rugas de marionete” – marcas que se formam entre os cantos da boca e o queixo, conhecidas entre os cirurgiões-dentistas como “rugas melomental” – e “rugas tipo código de barras” – aquelas que incidem de forma perpendicular aos lábios, originando um aspecto flácido na parte superior. O ácido hialurônico para além da região labial De acordo com a denominação científica oficial, a Odontologia estuda e trata o sistema estomatognático, isto é, o sistema que abrange a cavidade bucal, os dentes, a face e o pescoço – músculos, nervos, ossos, articulações e tecidos. Assim sendo, os cirurgiões- dentistas possuem o aval para preencher determinadas áreas da face com ácido hialurônico, sobretudo aquelas que afetam estética e/ou funcionalmente o paciente. Tal aval se justifica principalmente pelo alto conhecimento anatômico do cirurgião- dentista a respeito de toda essa região‒ conhecimento este que, associado ao seu elevado senso de estética e proporções ideais, faz com que o dentista seja um dos melhores profissionais para atuar com essa técnica. No caso do preenchimento de determinadas áreas da face com ácido hialurônico, a administração da substância tem o objetivo de promover o rejuvenescimento das regiões faciais afetadas pela perda de colágeno e hidratação, inclusive as extensões da mandíbula e queixo, que em muitos pacientes necessitam ser delineadas para recuperar os ângulos mais bonitos do rosto. Essa intervenção estética é feita somente após um estudo de características como forma, tamanho e comprimento do mento e de toda a região malar, tendo em vista que a finalidade primordial do procedimento é harmonizar os traços que compõem a face. Também é realizada uma análise clínica do perfil mole da face – ou seja, um diagnóstico dos tecidos com matriz extracelular rica em fibras de colágeno e elastina, visando a identificar as áreas com maior deficiência produtiva dessas substâncias. Após a análise e descoberta das áreas que demandam estímulos para maior produção de colágeno, é feita a aplicação do ácido hialurônico em dosagem compatível com as necessidades do paciente. É importante destacar que as injeções de ácido hialurônico são aplicadas depois de uma anestesia local, que torna o procedimento completamente indolor ‒ o que é outro diferencial da aplicação em âmbito odontológico. Eventualmente, podem ocorrer leves edemas e inchaços na pós-aplicação, que geralmente desaparecem em até 24 horas. Entretanto, na maioria dos casos, o paciente poderá retornar normalmente às suas atividades de rotina, bastando realizar compressas de água fria e se medicar com analgésicos e/ou anti-inflamatórios prescritos pelo cirurgião-dentista. Para quem ainda não tem essa informação, outro dado relevante é que o ácido hialurônico é completamente absorvível pelo organismo em um período variável de 6 a 8 meses, constituindo, assim, um preenchimento não definitivo. Para continuar 26 desfrutando os efeitos da aplicação em longo prazo, é imprescindível realizar manutenções semestrais ou anuais, conforme a indicação do cirurgião-dentista. Para quem se interessar em saber mais a respeito do assunto, o SPA Odontológico Luposeli é uma clínica especializada neste e em diversos outros tipos de tratamento e conta com um dos pioneiros da prática no País, lembrando que todos os benefícios que podem ser alcançados por meio da aplicação do ácido hialurônico estão diretamente associados ao conhecimento e à experiência do profissional da área, que deve ser devidamente habilitado para administrá-lo. Cuidados após a aplicação ° Não massagear a região tratada para que não ocorra migração do produto para áreas não desejadas. ° Evitar exercícios físicos por dois dias após a aplicação. ° Evitar viagens aéreas imediatamente após a aplicação, pois a alteração de pressão- ambiente pode provocar a migração do produto para áreas não desejadas. ° Não deitar ou abaixar a cabeça nas quatro primeiras horas. ° Poder-se-á notar um pequeno halo de vermelhidão e inchaço ao redor dos pontos de aplicação.Esta é uma reação normal do organismo que desaparecerá em aproximadamente seis horas. ° Não tomar aspirina ou medicamento similar por dois dias após aplicação. ° Sensações como dores de cabeça ou dores locais também podem ocorrer após a aplicação e podem perdurar por um dia, sendo aliviado com o uso de Dipirona ou Paracetamol. QUESTÕES PARA ESTUDO 1. Cite as características químicas dos carboidratos. 2. Quais são os grupos principais de carboidratos e como se comportam quanto a reação de hidrólise? 3. Como se dividem as oses quanto ao grupo funcional e em que carbono da cadeia eles estão localizados ? Cite as oses mais simples que pertencem a cada um dos grupos. 4. Como se classificam as oses quanto ao número de carbonos da cadeia ? Dê um exemplo de cada tipo indicando sua característica funcional (aldose ou cetose). 5. Qual o tipo de produto obtido por redução das aldoses ? Cite o nome do respectivo produto que deriva da glicose, da manose e da galactose. 6. Através de que reação a glicose é convertida em ácido glicurônico? Cite a importância deste produto. 27 7. Qual a ose mais simples que possui isomeria ótica e qual a condição para que esse fenômeno ocorra ? 8. Cite os oligossacarídeos obtidos pela hidrólise parcial do amido e suas característica estruturais . 9. Cite os oligossacarídeos obtidos pela hidrólise parcial do amido e suas característica estruturais . 10. Comente a estrutura da sacarose e da lactose 11. Explique por que a MALTOSE e LACTOSE são hidrolisáveis, enquanto que a MANOSE e a GALACTOSE não o são. 12. Caracterize polissacarídeos homogêneos e heterogêneos. Exemplifique esses dois tipos. 13. Os polissacarídeos heterogêneos, também chamados mucopolissacarídeos ou glicosaminoglicanos possuem , na sua maioria, uma unidade monomérica dissacarídica. Quais os componentes que constituem essa unidade ? 14. Cite a importância do ácido hialurônico no tecido conjuntivo e as alterações que podem ocorrer por ocasião de infecções instaladas nesse tecido. 15. Qual o tratamento indicado para a regressão das doenças que afetam a resistência do tecido conjuntivo? Em que se baseia desse tratamento ? 16. Qual o glicosaminoglicano encontrado na cartilagem ? 17. Comente a importância farmacológica da HEPARINA. 18. Caracterize a estrutura cite funções das glicoproteínas e dê exemplos. 19. Caracterize a estrutura e cite funções das beta glucanas. 20. Qual o composto dá origem aos frutanos e quais os principais representantes? 21. O que significa Biofilme? 22. Em que circunstâncias são produzidos os polissacarídeos extra (PEC) e intra celulares (PIC)? 23. Qual a composição química das glucanas e para que servem elas ? 24. Qual a utilidade das frutanas para as bactérias cariogênicas ? 25. Cite as enzimas liberadas pelas bactérias cariogênicas e o papel de cada uma delas. 28 QUÍMICA DE LIPÍDEOS – Roteiro para Desenvolvimento 1.- CONSIDERAÇÕES GERAIS- Os lipídeos se caracterizam por sua insolubilidade em água e solubilidade em solventes orgânicos como éter, clorofórmio, acetona, benzeno pelo baixo caráter polar. Possuem carbono, hidrogênio e oxigênio, às vezes fósforo e nitrogênio. Ao contrário dos carboidratos, são uma classe heterogênea de compostos, divididos em grupos funcionais conforme as suas características químicas. A grande maioria dos lipídeos possui pelo menos uma molécula de ácido graxo. Sua principal função é energética. Além disso atuam como isolantes térmicos, protetores traumáticos e fazem parte das membranas celulares. Também alguns hormônios e vitaminas se incluem no grupo dos lipídeos. 2.- ÁCIDOS GRAXOS- Os ácidos carboxílicos encontrados nos lipídeos levam o nome de ácidos graxos. Raramente existem livres na natureza. São encontrados, por exemplo, associados com albumina no plasma sanguíneo. Em geral, são combinados em forma de ésteres , especialmente com o glicerol e o esfingosinol. 2.1- CARACTERÍSTICAS E PROPRIEDADES FÍSICAS : solubilidade e ponto de fusão Muitos tipos diferentes de ácidos graxos tem sido isolados de lipídios de várias espécies. Eles diferem entre si pela extensão da cadeia e pelo número e posição de ligações duplas. Geralmente são acíclicos, não ramificados, com número par de átomos de carbono. São considerados inferiores com até 10 carbonos. Os ácidosgraxos saturados superiores são sólidos, apresentando consistência de cêra, enquanto que ácidos graxos com número inferior de carbonos, bem como os insaturados, são líquidos na temperatura ambiente. Daí conclui-se que quanto maiores e saturadas forem as cadeias , menor será a sua solubilidade pela tendência ao estado sólido. Ao contrário, os ácidos graxos insaturados e os de cadeia curta, tendem ao estado líquido, o que eleva sua solubilidade. Podemos então afirmar 29 que “a solubilidade dos ácidos graxos diminui com o aumento da cadeia e cresce com o grau de instauração; o ponto de fusão cresce com o aumento da cadeia e diminui com a presença de ligas duplas. 2.2- PROPRIEDADES QUÍMICAS 2.2.1 NEUTRALIZAÇÃO: FORMAÇÃO DE SABÕES (Saponificação) Os ácidos graxos são ácidos fracos e podem ser neutralizados formando sais orgânicos que em meio aquoso atuam como detergentes. Os mais solúveis são os de sódio e de potássio. Os sais, em solução aquosa, se dissociam formando um ânion que possui, além do grupo polar hidrófilo (-COO-) um outro apolar, hidrófobo (radical orgânico). 30 Dois efeitos principais podem ser observados nessas soluções. Inicialmente,os ânions se orientam para a superfície da solução permanecendo os –COO- imersos na fase aquosa. Os radicais apolares emergem, afastando-se o máximo da fase aquosa. Por consequência imediata da formação deste filme monomolecular, ocorre diminuição da tensão superficial da solução. Uma vez saturada a superfície, os demais ânions em solução se associam pelos grupos apolares, formando micelas Desta forma o ânion do sabão constitui uma espécie de ponte entre a fase aquosa e a fase lipídica, diminuindo a tensão interfacial. Este processo forma uma emulsão, e o efeito do sabão chama-se detergência, o que pode ser definido como “estabilização de substâncias apolares em meios polares”. 31 A detergência é importante em vários processos como a emulsificação dos lipídios na digestão, na absorção no transporte sanguíneo, na limpeza de canais radiculares no processo de endodondia (tratamento de canal), etc. 2.2.2- ESTERIFICAÇÃO Os ácidos graxos são esterificáveis por álcoois, como o glicerol, formando glicerídeos ou acilgliceróis, com o esfingosinol, formando esfingolipídeos e com álcoois superiores obtém-se as ceras; 2.2.3- HIDROGENAÇÃO Esta reação verifica-se com os ácidos graxos insaturados, em que se adicionam hidrogênios para formarem ácidos graxos saturados. Industrialmente, o processo de transformação de óleos para gorduras realiza-se por meio da hidrogenação catalítica de duplas ligações, aumentando a ocorrência de e ácidos graxos com ponto de fusão acima da temperatura ambiente. Entretanto, esse processo também produz em grande quantidade ácidos graxos insaturados na forma trans, forma nociva à saúde (está associada às doenças do coração, com o aumento do colesterol LDL e redução do HDL; além de ocasionar perda de ácidos graxos essenciais). 32 3.- CLASSIFICAÇÃO 3.1- GLICERÍDEOS OU ACILGLICERÓIS Os glicerídeos constituem os lipídeos predominantes e característicos das gorduras naturais. Nos vegetais estão contidos nas sementes e distribuídos na superfície das folhas. Nos animais encontram- se em todas as células, particularmente como lipídios de reserva no tecido adiposo. Quimicamente são ésteres do glicerol com 1, 2 ou 3 ácidos graxos, respectivamente mono, di e tri acilgliceróis (ou mono, di e triglicerídeos). A degradação dos triacilgliceróis é o processo inverso catalisado por enzimas lipases. Sendo os triacilgliceróis apenas levemente solúveis em água e sem poder formar micelas estáveis por si mesmos, eles coalescem dentro dos adipócitos para formar gotas oleosas, que são quase anidras. Estas gotas de lipídio são as principais reservas de energia do corpo, prontas para a mobilização quando são requeridas como combustível. 33 3.2- FOSFOLIPÍDIOS: COMPONENTES PRINCIPAIS DOS LIPÍDIOS DAS MEMBRANAS Os fosfolipídios possuem um ou mais grupamentos altamente polares, além das suas cadeias hidrocarbonadas apolares. Servem primariamente como elementos estruturais das membranas e não são armazenados em grandes quantidades. Este grupo de lipídios contém fósforo na forma de grupos do ácido fosfórico. O composto básico dos fosfolipídeos é o ÁCIDO FOSFATÍDICO. Os fosfolipídeos mais abundantes são a fosfatidiletanolamina (cefalina) e fosfatidilcolina (lecitina), presente no surfactante pulmonar (líquido que envolve os alvéolos). A cefalina e a lecitina estão intimamente relacionadas, contendo respectivamente os álcoois etanolamina (colamina) e trimetiletanoilamina (colina) nas suas cabeças polares. Todas as células do organismo necessitam de lecitina, que é uma unidade essencial da estrutura da membrana celular; sem este composto, a membrana celular ficaria rígida. 34 Abaixo as estruturas da cefalina e lecitina. 3.3- ESFINGOLIPÍDIOS: Constituem a grande classe dos lipídios de membranas. Contém um álcool superior aminado, o esfingosinol. CH3-(CH2)12-CH=CH-CH-OH CH3-(CH2)12-CH=CH-CH-OH | | ESFINGOSINOL HC-NH2 + R-COOH ---------> CERAMIDA HC-NH-CO-R + H2O | ÁCIDO GRAXO | CH2 –OH CH2-OH Os ESFINGOLIPÍDIOS abrangem as esfingomielinas, os cerebrosídeos e os gangliosídeos. As esfingomielinas estão presentes na maioria das membranas das células animais; a bainha de mielina envoltória de certas células nervosas é muito rica de esfingomielina. Possuem COLINA-FOSFATO esterificando o carbono terminal da ceramida. Os CEREBROSÍDEOS são glicocerebrosídeos ou galactocerebrosídeos conforme contenham glicose ou galactose ligada ao carbono terminal da ceramida. Os glicocerebrosídeos encontram-se em tecidos não neurais como fígado e baço, enquanto os galactocerebrosídeos são encontrados nas membranas celulares do cérebro. Os GANGLIOSÍDEOS possuem um oligossacarídeoligado ao carbono terminal da ceramida. São encontrados primariamente nas células do sistema nervoso central , particularmente nas extremidades nervosas. 35 3.4- ISOPRENÓIDES Os representantes deste grupo apresentam característica estrutural comum: todos possuem um esqueleto de átomos de carbono que pode ser considerado como polímero de um certo número de unidades isoprênicas. O isopreno (2-metilbutadieno) é um hidrocarboneto acíclico, insaturado, de cinco átomos de carbono. Os isoprenóides se dividem em terpenos (acíclicos) e esteroides (cíclicos). Entre terpenos, encontram-se componentes de muitos óleos essenciais extraídos de produtos vegetais, como o citronelol, (óleos de rosa), o geranioL, (óleo de gerânio), o citral, importante matéria prima para a síntese de vitamina A. Um dos terpenos mais difundidos é o limonemo, encontrado em óleo de bergamota, laranja e limão; o mentol e a mentona são isolados da essência de hortelã. A cânfora é o representante mais importante dos derivados oxigenados dos terpenos propriamente ditos, extraído da Cinnamomum capphora, do qual pode ser obtido em estado purificado. É uma planta medicinal, também conhecida como Canforeira, Cânfora-de-jardim, Alcanfor, Cânfora-das-hortas ou Canforinha, muito utilizada em problemas musculares ou de pele. Serve para ajudar no tratamento de problemas cardíacos e neurológicos, dor muscular, 36 contusões, feridas, picadas de inseto e reumatismo. As propriedades da cânfora incluem sua ação antiepilética, antinevrálgica, antirreumática, antisséptica, descongestionante, calmante e sedativa. As vitaminas lipossolúveis A, K e E , lipossolúveis, do grupo dos terpenos, estão relacionadas com os mecanismos de visão, coagulação e reprodução, respectivamente, tendo a última, também, ação antioxidante. Os ESTERÓIDES são amplamente distribuídos nos organismos vivos e incluem alguns hormônios, a vitamina D e os esteróis, tais como o colesterol . Terapeuticamente, os corticosteroides são utilizados como imunossupressores no tratamento de doenças autoimunes e na cirurgia de transplantes. A ingestão de doses altas durante longos períodos pode produzir efeitos colaterais sérios, que vão da imunodeficiência à perda de cálcio nos ossos. Os esteroides anabólicos são derivados do hormônio masculino testosterona. São algumas vezes ingeridos pelos atletas e levantadores de peso em razão de suas propriedades de fortalecimento e crescimento muscular, mas podem causar sérios danos ao fígado com o uso continuado. Grandes quantidades podem levar a surtos de comportamento agressivo, ou mesmo à morte. Constituem os ingredientes ativos da maioria das pílulas anticoncepcionais ministradas oralmente. Em várias especialidades, esteroides denominados de anti-inflamatórios hormonais são usados no tratamento de diversas afecções, na forma tópica (pomadas, soluções) ou sistêmicas (oral, inalatório, intramuscular e intravenoso). Alguns exemplos destes esteroides são a hidrocortisona, dexametasona, mometasona e betametasona. Abaixo a estrutura básica dos esteroides. CICLOPENTANOPERIDROFENANTRENO – núcleo básico dos esteroides 37 O colesterol é um álcool policíclico de cadeia longa, usualmente considerado um esteroide, encontrado nas membranas celulares e transportado no plasma sanguíneo de todos os animais. É um componente essencial das membranas celulares dos mamíferos. É o principal esterol sintetizado pelos animais, sendo apenas uma pequena parte adquirida pela dieta. Portanto, ao contrário de como se pensava antigamente, o nível de colesterol no sangue não aumenta se não ingerido quantidades adicionais através da dieta (a menos, claro, que haja um distúrbio genético). O colesterol é mais abundante nos tecidos que mais sintetizam ou têm membranas densamente agrupadas em maior número, como o fígado, medula espinhal, cérebro e placas ateromatosas (nas artérias). É insolúvel em água e, consequentemente, insolúvel no sangue. Para ser transportado através da corrente sanguínea ele liga-se a diversos tipos de lipoproteínas (partículas esféricas que tem sua superfície exterior composta principalmente por proteínas hidrossolúveis). O colesterol é necessário para construir e manter as membranas celulares; regula a fluidez da membrana em diversas faixas de temperatura. Participa na fabricação da bílis, é o principal precursor da vitamina D e de vários hormônios esteróides que incluem o cortisol e a aldosterona nas glândulas supra-renais, e os hormônios sexuais progesterona, os diversos estrógenos, testosterona e derivados. 38 A quantidade média de colesterol no sangue varia com a idade, tipicamente aumentando gradualmente até a pessoa chegar aos sessenta anos de idade. O termo hipercolesterolemia refere-se a níveis aumentados de colesterol na corrente sanguínea, que é a principal causa de doença coronariana cardíaca e outras formas de cardiopatias. Na alimentação humana, o colesterol é encontrado nas gorduras animais, ao passo que os alimentos que não contêm gorduras animais são isentos de colesterol ou possuem quantidades inexpressivas. As principais fontes de colesterol na dieta incluem os ovos, carne de vaca e galináceos. A vitamina D é um esteroide lipossolúvel essencial para o corpo humano e sua ausência pode proporcionar uma série de complicações. A principal fonte de produção da vitamina D se dá por meio da exposição solar, pois os raios ultravioletas do tipo B (UVB) são capazes de ativar a síntese desta substância. Alguns alimentos, especialmente peixes gordos, são fontes de vitamina D, mas é o sol o responsável por 80 a 90% da vitamina que o corpo recebe. A vitamina D é necessária para a absorção do cálcio pelos ossos. Pessoas com deficiência de vitamina D chegam a aproveitar 30% menos de cálcio proveniente da dieta, responsável por fortalecer ossos e dentes. A deficiência deste nutriente pode causar o raquitismo na infância e a osteoporose na vida adulta. Um exemplo da 39 importância da combinação dessas duas substâncias é que sempre que a recomendação de suplementação de cálcio é indicada, ela é feita juntamente com a vitamina D para atuar na absorção do mineral. Autores consultados:: Bioquímica Ilustrada (Pâmela Champ - Richard Harvey); BioquímicaFundamental (Renato Dutra Dias & Clovis); Princípios de Bioquímica (Lehninger); Bioquímica (Bacila). Pesquisa em artigos de rede aberta. ....................................................................................................................................................................... ANEXO 1- O METABOLISMO DOS LIPÍDIOS ESTÁ SUJEITO A DEFEITOS GENÉTICOS Todos os lipídios polares da membrana sofrem constante renovação metabólica, num estado de equilíbrio dinâmico, onde a velocidade da sua síntese é equilibrada por igualvelocidade de degradação, promovida por enzimas hidrolíticas, cada uma capaz de hidrolisar uma ligação covalente específica. Assim, a degradação da fosfatidilcolina ocorre pela ação de várias fosfolipases diferentes. O metabolismo dos esfingolipídios de membrana, que incluem a esfingomielina, os cerebrosídios e os gangliosídios, é particularmente suscetível a defeitos genéticos das enzimas envolvidas na sua degradação. Em consequência, os esfingolipídios ou seus produtos de degradação parciais se acumulam em grandes quantidades nos tecidos, pois sua síntese é de velocidade normal mas sua degradação é interrompida. Por ex., na anormalidade genética rara chamada de doença de Niemann-Pick, a esfingomielina se acumula no cérebro, baço e fígado, por uma deficiência genética na degradação da esfingomielina pela enzima esfingomielinase, que cliva a fosfocolina a partir da esfingomielina. A doença torna-se evidente primeiro nas crianças e provoca retardo mental e morte precoce. Muito mais comum é a doença de Tay-Sachs, onde um tipo específico de gangliosídeo se acumula no cérebro e baço devido à falta da enzima lisossômica N- acetil hexoaminidase, que hidrolisa uma ligação específica entre a N-acetil-D- galactosamina e um resíduo específico de D-galactose na cabeça polar do gangliosídio. Como consequência, grandes quantidades do gangliosídeo parcialmente degradado se acumulam, causando a degeneração do sistema nervoso e levando ao retardo mental, à cegueira e à morte precoce. Pelo fato da doença ser irreversível e requerer cuidados institucionais totais, o aconselhamento genético dos pais torna-se importante pela advertência de suas consequências. Tem sido propostos testes para determinar a incidência dos genes recessivos nos pais presumíveis. Testes no feto também podem ser feitos durante a gravidez pela colheita do fluido amniótico, conhecida como amniocentese. Outro exemplo de doença lisossômica é a síndome de Hurler ou gargolismo, onde uma enzima que participa na degradação da porção de ácido mucopolissacarídeo dos proteoglicanos está defeituosa e produtos de degradação parcial se acumulam. 40 Crianças com esta doença desenvolvem feições faciais grosseiras, dobras espessas na pele, que é rica em proteoglicanos, retardo mental e cegueira. A morte precoce é inevitável. Muitas pesquisas são realizadas para corrigir deficiências genéticas das enzimas lisossômicas por meio da engenharia bioquímica. O principal objetivo é substituir a enzima defeituosa pela sua forma normal, cataliticamente ativa. Entretanto grandes dificuldades são encontradas para essa substituição. Uma outra abordagem é introduzir o gene ativo normal da enzima defeituosa nos cromossomas das células, de tal forma que elas possam sintetizar a enzima ativa normal, a partir da informação fornecida pelo gene e direcionar a nova enzima para dentro do lisossomo. ANEXO 2 -OBESIDADE (Compilado de FUNDAMENTOS PARA AS CIÊNCIAS BIOMÉDICAS – Isaias RAW & outros) Se definirmos como obesa a pessoa cujo peso corporal apresenta mais de 25% de gordura no homem e 30% na mulher adulta, uma grande parte da população de classe média é obesa. Este é um problema primordial de saúde, tendo se calculado que as pessoas obesas têm uma probabilidade aumentada em 400% de ter diabete e uma incidência aumentada em 200-250% de apendicite, cirrose do fígado, cálculos biliares, hipertensão e nefrite crônica, um aumento de 150% em moléstias cardiovasculares, hemorragias cerebrais, e câncer do fígado e da vesícula biliar. Um excesso de peso de 15-24% aumenta a taxa de mortalidade em 44%, e um excesso acima de 25% eleva essa taxa para 74%. Independente de sua natureza, a obesidade provém de um desequilíbrio entre a ingestão e o consumo de calorias. Num único ano, um adulto médio ingere cerca de um milhão de quilocalorias. Se a entrada superar somente em 1% a demanda energética (o que equivale a dois refrigerantes por dia), o resultado será de cerca de 1 quilo de gordura depositada por mês. Um quilo de gordura, 9.000 kcal, pode fornecer toda a demanda de energia para uns 4 dias. Para consumir essa quantidade de energia armazenada apenas através de mais trabalho, serão necessárias 150 horas de exercício intenso. Ao pesquisar a etiologia da obesidade, deve-se levar em conta a regulação da ingestão aumentada de alimentos. Há evidências de que existem mecanismos que regulam, a longo e a curto prazo, a ingestão de alimentos. Acreditava-se que a sensação de saciedade se originava no estômago. Apesar de o estomago ter sensores para a distensão e para a pressão osmótica,a sua desnervação total não provoca modificações sensíveis na ingestão de alimentos, e pacientes com gastrectomia total continuam a sentir fome e saciedade. Quando ratos são alimentados com dietas contendo quantidades variáveis de celulose ou qualquer outro suplemento não nutritivo, ingerem mais alimento para compensar a diluição calórica, mostrando que a saciedade imediata não depende do volume de alimento. 41 Existe uma estreita associação entre o peso excessivo e o diabetes em adultos. Em pacientes obesos também podemos encontrar hiperinsulinemia sem hipoglicemia. Quando nesses pacientes se examina o efeito da insulina sobre a absorção de glicose pelo músculo, constata-se que a insulina é menos eficaz nos controles obesos do que nos magros, evidenciando que a obesidade é acompanhada por resistência à insulina. Comparadas às células adiposas de pessoas magras, as de pacientes obesos contém mais gordura e são até três vezes maiores. A afinidade e o número dos receptores de insulina por células adiposas são normais em pacientes obesos, embora, quando o número de receptores é expresso por peso, parece haver uma redução, uma vez que as células são maiores. QUESTIONÁRIO PARA ESTUDO DE LIPÍDIOS 1. Comente a solubilidade dos lipídios em função do seu caráter polar. 2. Cite as principais funções dos lipídos. 3. Qual o principal componente químico dos lipídios e de que forma essas moléculas se encontram combinadas ? 4. Quanto às características estruturais, como predominam os tipos de cadeias dos ácidos graxos ? 5. De acordo com o comprimento e grau de instauração da cadeia, como se comportam os ácidos graxos quanto à solubilidade e ponto de fusão? 6. De que forma ocorre a neutralização dos ácidos graxos e qual o produto dessa reação? 7. Comente o efeito prático das associações de ânions de sais orgânicos em solução aquosa. 8. Quais os principais produtos obtidos com a esterificação dos ácidos graxos ? 9. Qual a relação entre a hidrogenação e as propriedades físicas de solubilidade e ponto de fusão dos ácidos graxos ? 10. Para que serve a adição de iodo nas ligas duplas dos ácidos graxos ? 11. Quais as consequências da oxidação espontânea dos ácidos graxos, para a gordura ? 12. Como são constituídos os triacilgliceróis e qual a sua principal importância ? 13. Onde são encontrados os fosfolipídios de um modo geral ? Quais os principais representantes ? 14. Qual é o composto básico dos fosfolipídios e como se caracteriza a sua estrutura ? 15. Qual o nome dos grupos de lipídios que fazem parte dos derivados da ceramida e qual a particularidade estrutural de cada um deles ? 16. O que são terpenos ? Cite exemplo com importância medicinal e alguma de suas utilidades. 42 17. Quais as indicações clínicas para tratamento com corticosteroides e que efeitos colaterais podem provocar quando utilizados em quantidades excessivas ? 18. De onde derivam os esteroides anabólicos ? Qual o seu mecanismo de ação e que consequênciaspodem ocasionar com a utilização frequente e continuada ? 19. Cite as principais funções do colesterol sintetizado pelo organismo. 20. O que significa hipercolesterolemia e quais as suas consequências primárias ? Quais hábitos alimentares devem ser evitados para o surgimento dessa condição? 43 AMINOÁCIDOS E PROTEÍNAS 1.- INTRODUÇÃO As proteínas desempenham uma variedade de funções como a hemoglobina, como os catalisadores (enzimas), como componentes estruturais (colágeno nos ossos e tendões), nas atividades mecânicas (miosina do músculo), ou coordenando a função dos órgãos (hormônios) ou como defesa do organismo (imunoglobulinas do sangue). Quimicamente são polímeros de pequenas unidades, os aminoácidos , unidos entre sí por ligações covalentes. Os aminoácidos são compostos de função mista, amina (-NH2) e ácida (-COOH) .Estes grupamentos estão ligados a um carbono ao qual também se liga um radical orgânico (-R) e um átomo de hidrogênio. Os aminoácidos podem formar cadeias através de ligação entre seus grupos carboxila e amino, formando peptídeos. ----- > A ligação que polimeriza aminoácidos ,–CO-NH- é chamada de LIGAÇÃO PEPTÍDICA. Embora mais de 300 aminoácidos tenham sido descritos na natureza, somente 20 são encontrados nas proteínas dos mamíferos. São eles a alanina, arginina, asparagina, aspartato, cisteína, glicina, glutamato, glutamina, histidina, isoleucina, leucina, lisina, metionina, fenilalanina, prolina, serina, treonina, triptofano, tirosina e valina. A seguir as respectivas estruturas químicas. 44 2.- CLASSIFICAÇÃO DOS AMINOÁCIDOS: Quanto às necessidades nutritivas, classificam-se em essenciais e não essenciais, conforme a capacidade de serem produzidos no organismo (às custas de carbono e nitrogênio) ou não. Observação: A arginina e a histidina são ESSENCIAIS durante o crescimento. 45 Quanto à cadeia lateral[ A classificação quanto à cadeia lateral (a negrito) pode ser feita em: Aminoácidos Apolares e Polares, com uma subdivisão dos polares em Aa polares neutros; Aa polares ácidos e Aa polares básicos. Aminoácidos apolares Apresentam grupos químicos de hidrocarbonetos apolares ou hidrocarbonetos modificados, exceto a glicina (que possui um átomo de hidrogénio como cadeia lateral). São hidrófobos. Glicina: H-CH(NH2) -COOH Alanina: CH3-CH(NH2) -COOH Leucina: CH3(CH3)-CH2-CH(NH2)-COOH Valina: CH3-CH(CH3)-CH(NH2)-COOH Isoleucina: CH3-CH2-CH (CH3)-CH(NH2)-COOH Prolina:-CH2-CH2-CH2- ligando o grupo amino ao carbono alfa Fenilalanina: C6H5-CH2-CH(NH2)-COOH Triptofano: R aromático-CH(NH2)-COOH Metionina: CH3-S-CH2-CH2-CH(NH2)-COOH Aminoácidos Polares neutros Apresentam grupos químicos que tendem a formar ligações de hidrogénio. Serina: OH-CH2-CH(NH2)-COOH Treonina: OH-CH (CH3)-CH(NH2)-COOH Cisteina: SH-CH2-CH(NH2)-COOH Tirosina: OH-C6H4-CH2-CH(NH2)-COOH Asparagina: NH2-CO-CH2-CH(NH2)-COOH Glutamina: NH2-CO-CH2-CH2-CH(NH2)-COOH Aminoácidos Polares ácidos Apresentam grupos carboxilato. São hidrófilos. Ácido aspártico: HCOO-CH2-CH(NH2)-COOH Ácido glutâmico: HCOO-CH2-CH2-CH(NH2)-COOH Aminoácidos Polares básicos Apresentam grupos amino. São hidrófilos. Arginina: HN=C(NH2)-NH-CH2-CH2-CH2-CH(NH2)-COOH Lisina: NH2-CH2-CH2-CH2-CH2-CH(NH2)-COOH Histidina: H-(C3H2N2)-CH2-CH(NH2)-COOH 46 3.- PROPRIEDADES ÓPTICAS DOS AMINOÁCIDOS: Com exceção da glicina, todos os aminoácidos podem pertencer a duas séries: D ou L. sendo que os aminoácidos naturais dos mamíferos são da série L. 4. AMINOÁCIDOS INCOMUNS Sabe-se que existem muitos outros aminoácidos, além dos citados anteriormente. Sabe-se que certos aminoácidos ocorrem em algumas proteínas, mas isto não significa que ocorram em todas. Eles são derivados de aminoácidos comuns e são produzidos por modificações em tais aminoácidos depois de a proteína ser sintetizada pelo organismo, em um processo chamado de modificação pós tradução. A hidroxiprolina e a hidroxilisina diferem-se dos aminoácidos parentais por possuírem grupos hidroxila em suas cadeias laterais; elas são encontradas somente em algumas proteínas de tecidos conjuntivos, como o colágeno. A tiroxina e a tríodo tironina diferenciam-se da tirosina por terem um grupo aromático extra que contém iodo na cadeia lateral; elas são encontradas somente na glândula tireóide. 47 5. AMINOÁCIDOS E NEUROTRANSMISSORES Dois aminoácidos merecem um destaque especial, uma vez que ambos são precursores chave para muitos hormônios e neurotransmissores (as substancias envolvidas nos impulsos nervosos): a tirosina e o triptofano. A tirosina e a fenilalanina são os precursores para a noradrenalina e a adrenalina, ambas estimuladoras. O triptofano é um precursor da serononina (5-hidroxitriptamina), a qual tem um efeito sedativo, proporcionando uma sensação agradável. 6.- OLIGOPEPTÍDEOS São cadeias compostas por dois ou mais aminoácidos unidos por ligações peptídicas. Assim quando forem dois aminoácidos será um dipeptídeo; tres, tripeptídeo, etc.; até 20 aminoácidos unidos por ligação peptídica considera-se oligopeptídeo; além disso são polipeptídeos. São exemplos de oligopeptídeos o aspartame (cerca de 200 vezes mais doce que a sacarose, substitui esse açúcar em diabéticos ou no tratamento da obesidade. Todavia, sua utilização é contraindicada a pessoas com fenilcetonúria. 48 A glutationa reduzida é um tripeptídeo formado por glutamato, cisteína e glicina, substrato fornecedor de hidrogênios para a enzima glutationa-peroxidase que reduz peróxido de hidrogênio à água, protegendo assim o eritrócito contra efeitos tóxicos e oxidantes. O dipeptídeo L-Aspartil-L-fenilalanina, o aspartame, tem grande importância comercial: Sendo cerca de 200 vezes mais doce que o açúcar comum, substitui esse carboidrato em diabéticos ou no tratamento da obesidade. Todavia sua utilização acompanha restrições em pessoas com fenilcetonúria. 49 A carnosina é sintetizada primordialmente no músculo esquelético a partir dos aminoácidos L-histidina e beta-alanina. Encontrada em alguns tipos de carne, a carnosina pode ser obtida pela dieta, mas não é absorvida em sua forma íntegra para a corrente sanguínea, já que a enzima carnosinase, presente no aparelho digestivo, hidrolisa o dipeptídeo. Já que a histidina é um aminoácido essencial e a beta-alanina tem sua síntese endógena restrita aos hepatócitos, seria indicada a suplementação de beta-alanina a fim de aumentar a produção muscular de carnosina. A carnosina tem efeito tamponante e redutor de fadiga. A angiotensina, substância vasoconstritora e hipertensiva e a bradicina, hipotensor e estimulante da musculatura lisa, são outros exemplos de oligopeptídeos de importância biológica. 7. POLIPEPTÍDEOS As proteínas são peptídeoscom um grande número de unidades polimerizadas por ligações peptídicas. De acordo com a funcionalidade, podemos classificar as proteínas em: Enzimas – ex. Ribonuclease e tripsina. Proteínas transportadoras – ex: Hemoglobina, albumina do soro, Proteínas nutritivas e de reserva – ex: caseína (leite), ferritina (sangue). Proteínas contráteis ou de movimento – ex. Actina, miosina, tubulina. Proteínas estruturais- ex. Queratina, fibroína, colágeno, elastina, Proteínas de defesa –ex. Anticorpos, fibrinogênio, trombina. Proteínas reguladoras – ex. Insulina. 50 Quanto à conformação, as proteínas se dividem em dois grupos: Fibrosas e globulares. NAS PROTEÍNAS FIBROSAS ocorrem cadeias alongadas e filamentosas, unidas por vários tipos de ligações dando estruturas estáveis e insolúveis, como na queratina, na miosina e no colágeno. Tendões, ligamentos, cartilagens e a matriz orgânica dos ossos são seus tecidos de maior ocorrência. Exemplos típicos são a queratina, colágeno e elastina. Nas alfa-queratinas as cadeias polipeptídicas helicoidais enrolam-se em estruturas semelhantes a cordas. Quando fios de cabelo ou de lã, em seu estado natural, são examinados ao microscópio eletrônico, particularmente nas pontas onde o cabelo foi quebrado, pode-se ver que o fio de cabelo é formado por muitas fibrilas e que cada fibrila é, por sua vez, constituídas por grupos de fibras ainda menores enroladas uma á volta da outra, num arranjo semelhante a uma corda com três filamentos, conjunto esse mantido unido firmemente pelas interligações covalentes dadas pelos resíduos de cistina -conjunto formado por duas unidades de cisteína estabilizadas mutuamente por ligação dissulfeto (S-S). Alfa-queratinas: duras e resistentes, como as da carapaça da tartaruga Filamento de queratina 51 COLAGENO e ELASTINA São as principais proteínas dos tecidos conjuntivos. O tecido conjuntivo consiste de elementos extracelulares estruturais e de suporte do organismo, representando grande parte da matéria orgânica total dos animais superiores. O tecido conjuntivo também envolve os vasos sanguíneos; forma uma importante camada estrutural sob a pele; ajuda a unir as células nos tecidos e forma a substância fundamental entre as células. Existem três componentes moleculares principais do tecido conjuntivo: as duas proteínas fibrosas –colágeno e elastina- , as quais ocorrem juntas na maioria dos tecidos conjuntivos em proporções variadas, e as proteoglicanas, um grupo de compostos formados por proteínas ligadas a polissacarídeos As moléculas do colágeno em tripla hélice, também devominadas “moléculas tropocolagênicas” são estabilizadas por ligações covalentes. O número de ligações covalentes varia conforme a atividade fisiológica do tecido considerado e aumenta com a idade do animal (o que explica a maior rigidês da carne em animais mais velhos). 52 ELASTINA A estrutura da elastina confere propriedades características aos tecidos elásticos. Os principais tecidos conjuntivos ricos em elastina são o tecido elástico amarelo dos ligamentos e a camada conjuntiva elástica das grandes artérias. A elasticidade da parede arterial ajuda a amortecer e a distribuir a força pulsátil de bombeamento do sangue exercida pelo coração. A unidade básica das fibrilas de elastina é a tropoelastina e contém mais ou menos 800 resíduos de aminoácidos. A tropoelastina forma um tipo especial de hélice, diferente da do colágeno. As porções em hélice esticam-se quando sob tensão, mas revertem ao comprimento original quando a tensão é aliviada. Tem a função de ser muito resistente, mais ainda que o colágeno, sendo capaz de suportar grandes trações. Os principais tecidos conjuntivos ricos em elastina são o tecido elástico amarelo dos ligamentos e a camada conjuntiva elástica das grandes artérias, além de estar presente na derme. As PROTEOGLICANAS serão abordadas mais adiante, NESTE CAPÍTULO. MIOSINA E ACTINA Os músculos esqueléticos, assim como muitas células não musculares, contêm duas proteínas que formam estruturas fibrilares ou filamentosas características- a miosina e a actina. Elas não tem função biológica estrutural, contudo participam da atividade contrátil. A miosina é uma molécula muito longa, em forma de bastão, com uma cauda composta de dois polipeptídios em alfa-hélice enrolados entre 53 si; ela também tem uma “cabeça” complexa, que possui atividade enzimática que catalisa a hidrólise de ATP em ADP e fosfato. Músculo esquelético humano ao microscópio. Nas fibras musculares observa-se a estriação devida a sarcómeros Sarcómero, miómero ou miômero, é um dos componentes básicos do músculo estriado que permite a contração muscular. Cada sarcômero é constituído por um complexo de proteínas, entre as quais actina e miosina, alinhados em série para formar uma estrutura cilíndrica designada miofibrila, no interior das células musculares. A observação de fibras musculares estriadas ao microscópio eletrônico permitiu identificar um padrão repetitivo de bandas e linhas. Estas correspondem a múltiplos sarcômeros, alinhados em série 54 NAS PROTEÍNAS GLOBULARES a cadeia polipeptídica dobra-se várias vezes, resultando em uma estrutura globular compacta. Elas tem conformação mais complexa, com uma variedade de funções biológicas muito maior e atividades mais dinâmicas que estáticas. Quase todas as enzimas conhecidas são globulares. Outras funcionam como transportadoras de oxigênio (hemeproteínas), de nutrientes e de íons no sangue; algumas são ainda anticorpos e hormônios. A hemoglobina é encontrada exclusivamente em eritrócitos, onde sua principal função é o transporte de oxigênio dos pulmões aos capilares dos tecidos. É composta de quatro cadeias polipeptídicas -duas cadeias alfa e duas beta (dois pares) mantidas unidas por ligações não covalentes, caracterizada como estrutura quaternária (a ser vista mais adiante). . . mioglobina e hemoglobina A mioglobina, proteína presente no coração e músculo esquelético, funciona tanto quanto reservatório como transportador de oxigênio, aumentando a velocidade de transporte dentro da célula muscular. A mioglobina consiste em uma única cadeia polipeptídica estruturalmente similar às cadeias da molécula da hemoglobina. A hemoglobina e a mioglobina são chamadas hemeproteínas por conterem o grupo prostético heme, portador do íon Fe++, encarregado do armazenamento de oxigênio. A mioglobina é um exemplo de estrutura terciária. 7.- PROTEÍNAS SIMPLES E PROTEÍNAS CONJUGADAS As albuminas, as globulinas, as histonas, as enzimas e outras, contém apenas aminoácidos e nenhum outro grupo químico sendo, por isso, chamadas de proteínas simples. Entretanto, outras proteínas apresentam 55 diferentes componentes químicos ligados aos aminoácidos, sendo chamadas proteínas conjugadas. A porção não constituída por aminoácidos de uma proteína conjugada é usualmente chamada de grupo prostético. As proteínas conjugadas são classificadas pela natureza de seus grupos prostéticos em glicoproteínas, lipoproteínas e metaloproteínas. As glicoproteínas contêm cadeias de oligossacarídeos covalentemente ligados a cadeias laterais de polipeptídeos. A glicoforina , encontrada na membrana dos eritrócitos, contém mais de 20 % de carboidratos, enquanto a
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