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4 0LIVRO - BIOQUIMICA APLICADA -Metabolismo da fenilalanina e tirosina

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BIOQUÍMICA 
APLICADA
Débora Guerini de Souza
Metabolismo da 
fenilalanina e da tirosina 
Objetivos de aprendizagem
Ao final deste texto, você deve apresentar os seguintes aprendizados:
  Identificar a estrutura química dos aminoácidos.
  Reconhecer a via de síntese e de catabolismo da fenilalanina e da 
tirosina.
  Analisar as patologias decorrentes de alteração do metabolismo da 
fenilalanina e da tirosina e sua forma de diagnóstico.
Introdução
Neste capítulo, você vai conhecer um pouco mais sobre a estrutura 
química dos aminoácidos. Você vai ver como as características da cadeia 
lateral desempenham funções específicas nas proteínas em que esses 
aminoácidos estão inseridos e como isso é importante para a estrutura 
e a função proteica. Todos os seres vivos, desde os mais simples até os 
mais complexos, utilizam os mesmos 20 aminoácidos na constituição 
de suas proteínas e, aqui, dois ganham especial atenção: fenilalanina e 
tirosina, pois são precursores de diversas moléculas necessárias para o 
funcionamento do nosso organismo.
Esses dois aminoácidos aromáticos têm estrutura química complexa 
e necessitam de sistemas enzimáticos específicos para sua degradação. 
Quando há um defeito genético no gene que codifica essas enzimas, o 
metabolismo da fenilalanina e da tirosina é comprometido, causando 
acúmulo dos próprios aminoácidos e de metabólitos, os quais são pre-
judiciais especialmente ao cérebro. Neste capítulo, vamos entender um 
pouco mais sobre a importância dos aminoácidos num contexto de 
aplicação da bioquímica.
A estrutura química dos aminoácidos
As propriedades químicas de uma molécula nos sistemas biológicos dizem 
muito sobre a sua função, localização celular e importância para as células. 
Os aminoácidos são constituintes obrigatórios das proteínas, importantes 
macromoléculas fi siológicas, e no contexto celular eles são indispensáveis em 
várias funções, como por exemplo geração de energia, síntese proteica, síntese 
de nucleotídeos, síntese de antioxidantes, entre outros compostos necessários 
ao funcionamento celular. Estruturalmente, os aminoácidos são compostos 
orgânicos que apresentam um átomo de carbono central (carbono α) que está 
sempre ligado aos três mesmos radicais: um grupo amino, um grupo carboxila 
e um átomo de hidrogênio (Figura 1). Em todos os aminoácidos que constituem 
as proteínas, exceto na glicina, a quarta ligação do carbono é a um outro 
grupo diferente dos já citados (no caso da glicina, a quarta ligação se dá com 
um hidrogênio). Isso confere à molécula a propriedade de ter isomeria ótica, 
visto que o carbono α é quiral. Portanto, para todos os aminoácidos (exceto 
a glicina) existirá a forma D e a forma L, sendo a L a mais comum e, logo, a 
utilizada pela maquinaria celular para aplicações biológicas dos aminoácidos. 
Esse aspecto é importante porque as enzimas celulares são estereoespecífi cas, 
ou seja, reconhecem a conformação das moléculas (NELSON; COX, 2014).
Figura 1. Estrutura geral de um aminoácido. O carbono central (car-
bono α) é obrigatoriamente ligado a três radicais: um grupo amino, 
um grupo carboxila e um hidrogênio. O quarto radical (representado 
na figura por R) varia para cada um dos aminoácidos e confere as 
características químicas que o aminoácido pode apresentar. 
Fonte: Nelson e Cox (2014, p. 76).
Metabolismo da fenilalanina e da tirosina2
O quarto radical presente nos aminoácidos é frequentemente chamado 
de cadeia lateral, e suas propriedades são as que ditam as características 
de toda a molécula. Dessa forma, uma maneira de classificar aminoácidos é 
por meio das características químicas da sua cadeia lateral, o que gera cinco 
grupos diferentes (Figura 2), considerando o pH do meio sendo o pH biológico 
(próximo do pH 7,0). 
  Cadeia lateral apolar e alifática: neste grupo estão os aminoácidos 
hidrofóbicos, alanina, valina, metionina, prolina, leucina e isoleucina. 
Neste grupo está também a glicina, apesar de sua cadeia lateral não 
ser significativamente apolar.
  Cadeia lateral aromática: grupo composto por fenilalanina, tirosina e 
triptofano. Os aminoácidos deste grupo são relativamente hidrofóbicos, 
entretanto, a cadeia lateral da tirosina e do triptofano podem realizar 
interações polares com outras moléculas. 
  Cadeia lateral polar, não carregada: grupo composto por serina, 
treonina, cisteína, asparagina e glutamina. Esses aminoácidos têm a 
habilidade de realizar ligações de hidrogênio com a água. Essa caracte-
rística é importante para a estrutura das proteínas e, consequentemente, 
para a sua função fisiológica.
  Cadeia lateral carregada positivamente: grupo formado por lisina, 
arginina e histidina, e tem um grupo amino extra em sua estrutura. 
São, juntamente com os aminoácidos carregados negativamente, os 
aminoácidos mais hidrofílicos. Os resíduos desses aminoácidos são 
muito utilizados em reações catalisadas por enzimas, pois as cadeias 
laterais funcionam como doadores ou aceptores de prótons.
  Cadeia lateral carregada negativamente: os aminoácidos glutamato 
e aspartato apresentam carga negativa em pH fisiológico em razão da 
presença de um segundo grupo carboxila em sua estrutura (NELSON; 
COX, 2014).
3Metabolismo da fenilalanina e da tirosina
Figura 2. Classificação dos aminoácidos em relação às propriedades da sua cadeia lateral. As 
fórmulas químicas demonstram o estado de ionização que ocorre em pH 7,0. As porções não 
sombreadas são aquelas comuns a todos os aminoácidos; a parte da molécula sombreada 
demonstra sua cadeira lateral.
Fonte: Adaptada de Nelson e Cox (2014, p. 79).
Metabolismo da fenilalanina e da tirosina4
A fenilalanina, após ser hidroxilada, gera tirosina, precursora de dopamina, no-
radrenalina e adrenalina, neurotransmissores no sistema nervoso central (SNC). 
A tirosina é precursora da melanina, pigmento escuro presente na pele e nos 
cabelos.
Via de síntese e de catabolismo 
da fenilalanina e tirosina
Outra maneira de classifi carmos os aminoácidos é com relação à capacidade 
que os animais têm de produzi-los ou não. Assim, podemos classifi car os 
aminoácidos em nutricionalmente essenciais (que precisamos ingerir na 
dieta) ou nutricionalmente não essenciais (que podemos produzir no nosso 
organismo) (ver Quadro 1). Todos os aminoácidos derivam de intermedi-
ários da glicólise, da via das pentoses fosfato ou do ciclo do ácido cítrico. 
Seres mais simples, como bactérias e plantas, têm capacidade de sintetizar 
todos os 20 aminoácidos que compõem as proteínas. Já os mamíferos foram 
perdendo a capacidade de produção ao longo da evolução, visto que o custo 
metabólico de produção de vários sistemas enzimáticos não compensaria, 
considerando a relativa abundância dos aminoácidos na dieta. A fenilala-
nina e a tirosina encontram-se no grupo de aminoácidos nutricionalmente 
essenciais (RODWELL et al., 2018).
5Metabolismo da fenilalanina e da tirosina
Fonte: Adaptado de Rodwell et al. (2018, p. 282).
Nutricionalmente essenciais Nutricionalmente não essenciais 
Argininaa Alanina
Histidina Asparagina
Isoleucina Aspartato
Leucina Cisteína 
Lisina Glutamato
Metionina Glutamina
Fenilalanina Glicina
Treonina Hidroxiprolinab
Triptofano Hidroxilisinab
Valina Prolina
Serina 
Tirosina 
a Nutricionalmente “semiessencial”. Sintetizada em taxas 
inadequadas para sustentar o crescimento de crianças.
b Não são necessárias para a síntese de proteína, porém são formadas 
durante o processamento pós-traducional do colágeno.
Quadro 1. Classificação dos aminoácidos em relação à capacidade de síntese pelos animais
A via de síntese desses aminoácidos não é simples, visto que sua estrutura 
química tem um anel aromático. Essa via ocorre em bactérias, fungos e plan-
tas e utiliza como precursores a eritrose-4-fosfato (intermediário da via das 
pentoses