Resumo exame

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BIOQUÍMICA E BIOLOGIA MOLECULAR 
RESUMO EXAME
· EVOLUÇÃO PRÉ-BIÓTICA
Há 500 milhões de anos, não existiam moléculas de origem biológica, formas de oxigénio e água. As temperaturas eram elevadas, a atividade vulcânica intensa e as descargas elétricas eram frequentes. Assim, a atmosfera tinha um caráter redutivo. O arrefecimento da crusta levou à sopa pré-biótica (massas de água), e começaram a aparecer as primeiras moléculas de origem biológica (foram RNA) e vesículas para as mesmas se desenvolverem. Daqui resultam as protocélulas, o ponto de partida para células vivas. A experiência de Urey-Miller veio a confirmar esta teoria de evolução pré-biótica. 
Quanto aos processos de obtenção de matéria orgânica, a evolução dos seres vivos deu-se passando de quimioheterotróficos para autotróficos, nomeadamente fotossintéticos. O O2 libertado na fotossíntese revelou-se um obstáculo para os seres anaeróbios, e levou ao aparecimento de seres aeróbios. 
Passemos agora à distinção entre seres eucarióticos e seres procarióticos. A célula procariótica é uma célula pequena, simples, que não possui nenhuns organelos membranados nem um núcleo individualizado, ou seja, o DNA (circular) coexiste com outras moléculas no nucleoide. O DNA extracromossomal surge na forma de plasmídeos. Possui ribossomas (70S), parede celular, pílis, cápsula e flagelo. Já a célula eucariótica, de maiores dimensões, revela uma organização mais complexa, apresentando núcleo e organelos membranares. O DNA destas células está compactado no núcleo ou nas mitocôndrias e cloroplastos (se os houver), como DNA extracromossomal. 
Há dois tipos de células eucarióticas: animal e vegetal. Ambas têm uma matriz extracelular composta por colagénio, fibronectina e laminina, proteínas com função estrutural. Além disso, possuem necessariamente um núcleo, mitocôndrias, lisossomas, retículo endoplasmático rugoso (síntese de enzimas digestivas produzidas pelo pâncreas) e liso, centrossoma, complexo de Golgi (onde ocorrem alterações pós-tradução, como veremos mais à frente), peroxissoma e a membrana plasmática. No entanto, as vegetais diferem das animais no sentido em que englobam os organelos anteriores – com exceção dos centrossomas - , parede celular, vacúolos e cloroplastos.
Como é que os procarióticos evoluíram para os eucarióticos? Como resposta a esta pergunta, temos a Teoria da Endossimbiose. De acordo com esta teoria, os seres eucarióticos resultam de associações simbióticas entre organismos procarióticos. Assim, as mitocôndrias e cloroplastos terão sido organismos procarióticos que sobreviveram após terem sido capturados por um organismo maior, estabelecendo com este último uma relação de co-dependência. O núcleo e o sistema endomembranar terão resultado de invaginações. 
· ÁGUA E pH
A água é uma molécula polar, que surge pela ligação covalente do oxigénio a dois hidrogénios. Algumas das suas propriedades são coesão (tensão superficial), adesão, elevados pontos de fusão e ebulição e solvência universal.
A água associa-se com moléculas consoante o seu caráter hidrofóbico (apolar) ou hidrofílico (polar). Se uma molécula conjugar ambos, diz-se anfipática. 
O pKa de uma molécula calcula-se a partir da seguinte equação: . Ou seja, o pKa corresponde ao pH no ponto médio de uma curva de titulação – quando a forma protonada e desprotonada existem em igual quantidade. Quanto menor for o pKa de um ácido, mais forte este será, pois a um pH ambiental terá um pH mais baixo (“mais protonado”).
· BIOMOLÉCULAS
Ligações químicas: covalentes ou não covalentes (iónicas, pontes de hidrogénio, forças de Van der Waals e ligações hidrofóbicas). 
Grupos funcionais: hidroxilo, carbonilo, imino, amino, tiol, carboxilo, fosfato, pirofosfato (os últimos 3 estão totalmente desprotenados a pH 7).
1. PROTEÍNAS
As proteínas são macromoléculas que resultam da junção de vários aminoácidos através de ligações peptídicas. Assim, os aminoácidos são os monómeros e os polipéptidos os polímeros. Desempenham várias funções no organismo, nomeadamente enzimáticas (forma globular), hormonais, estruturais, de transporte, de suporte (fibrosas), contráteis, etc. 
Analisemos primeiro o aminoácido. Um aminoácido é constituído por um carbono-α, ligado a um grupo amino, um grupo carboxilo, um hidrogénio e um radical. É o radical que distingue os 20 aminoácidos fundamentais que existem, sendo que 9 desses 20 são essenciais, ou seja, não produzíveis pelo ser humano. O posicionamento do grupo amino, à direita ou à esquerda, define se o aminoácido é do tipo D ou L, respetivamente. Os aminoácidos podem ser classificados em polares, não polares, aromáticos (em anel), e carregados positiva ou negativamente. 
Nota: a prolina quebra hélices alfa e folha beta; a glicina tem um carbono-α quiral; a cisteína forma pontes difosfato
Quanto às suas propriedades ácido-base, temos de ter em consideração o caráter básico do grupo amino em contraste com o caráter ácido do grupo carboxilo. Assim, temos três possíveis situações: no ponto isoeletrónico, o grupo carboxilo encontra-se desprotenado e o grupo amina protenado – forma ziterónica; se o pH for muito ácido, o grupo carboxilo e o grupo amina encontram-se protenados – forma catiónica; por último, se o pH for muito básico, ambos os grupos se encontram desprotenados – forma aniónica. As curvas de titulação refletem estas situações, sendo o ponto isoeletrónico dado pela média dos 2 pK’s mais próximos. Aí, a carga do aminoácido é nula. Na maioria dos casos, há apenas 2 valores de pK, - aminoácidos dipróticos, com um grupo R não ionizável - sendo que o primeiro corresponde a 50% ziterónica e 50% catiónica e o segundo a 50% ziterónica e 50% aniónica. Cada pK indica uma zona de tampão. 
Em relação à ligação peptídica, ligação covalente entre o carbono do grupo carboxilo de um aminoácido e o nitrogénio do grupo amina de outro aminoácido, podemos classifica-la como uma reação de condensação. Esta ligação tem uma estrutura rígida, sem rotação livre, ou seja, o polipéptido só gira em torno do carbono-α, e as combinações possíveis dos seus ângulos são indicadas no diagrama de Ramachandran. A ligação peptídica pode ser cis (maioria), se os grupos laterais de aminoácidos consecutivos estão em lados opostos, ou trans, se isto não ocorrer. 
No entanto, não basta termos um sequência linear de aminoácidos para termos uma proteína. Isto apenas corresponde à sua estrutura primária. O péptido ganha estrutura secundária após haver um arranjo local dos aminoácidos em cadeia. Há várias hipóteses: hélices- α, folhas- β, em que as cadeias de resíduos estão agrupadas lado a lado, turns, onde a cadeia é redirecionada para o interior da proteína e loop. Finalmente, a molécula passa a ter estrutura terciária, ou seja, adquire uma estrutura tridimensional. Há ainda a possibilidade de haver várias cadeias juntas, organizadas entre si, permitindo aumento de estabilidade e eficiência energética – estrutura quaternária. O fenómeno de desnaturação corresponde à perda da estrutura secundária, terciária ou quaternária da proteína (a perda da estrutura primária é um caso muito extremo). Tal pode ocorrer quando a proteína é sujeita a condições de pH ou temperatura agressivas, e tem como consequência a perda da sua funcionalidade. No entanto, se não tiver chegado a situações limite, a proteína consegue renaturar e voltar à sua configuração funcional. 
Vamos focar-nos agora numa classe particularmente relevante de proteínas: as enzimas. As enzimas são catalisadores de reações químicas, isto é, moléculas que diminuem a energia de ativação de uma reação, acelerando-a. Há inúmeros tipos de enzimas conforme o tipo de reações em que intervêm. Por exemplo, uma ligase é uma enzima que participa na formação de ligações por reações de condensação. A enzima liga-se ao substrato (o que vai ser catalisado) através de pontes de hidrogénio, e esta ligação ocorre no centro ativo, que engloba o local de fixação e o centro catalítico. O produto é aquilo que se obtém após a reação. A interação enzima-substratopode ocorrer sem alteração da sua conformação (chave-fechadura) ou com alteração (induced-fit). Pode ainda ser necessário um co-fator ou uma co-enzima para se ligar à enzima e deixá-la na forma de holoenzima (ativa). Caso contrário, a enzima não será funcional – apoenzima. 
Sabemos, portanto, que as enzimas alteraram a velocidade das reações. Mas como? A cinemática enzimática pode ser estudada a partir de um gráfico velocidade inicial/concentração de substrato, pelo método de Michaelis-Menten, ou num gráfico com o inverso de cada uma das variáveis, de acordo com o método de Lineweaver-Burk. Comecemos por explicar o método de Michaelis-Menten. Para isso, definimos a constante de Michaelis, a constante de equilíbrio para a dissociação do complexo enzima-substrato(ES). Esta é característica de cada enzima e não depende da concentração do substrato. Quanto menor for Km, maior será a afinidade da enzima e do substrato, pois menor será a quantidade de substrato necessária para atingir metade da velocidade máxima; Km corresponde a essa concentração de substrato. Kcat é o quociente entre a Vmáx e a concentração de produto e o índice de eficiência catalítica é o quociente entre Kcat e Km. A equação deste método é dada por . No entanto, a linearização de Lineweaver-Burk é mais utilizada, pois é uma expressão linear: . Assim, a ordenada na origem corresponde a 1/Vmáx e a partir daqui podemos obter Km, pois o declive da reta é Km/Vmáx. Note-se que o ponto em que a reta interseta o eixo das abcissas é dado por -1/Km. 
Há que ter em atenção que a atividade enzimática é sensível a variações de pH e de temperatura. Em adição a isto, existem inibidores da atividade enzimática (reguladores alostéricos), que diminuem a velocidade da reação. Existem inibidores irreversíveis, que não se libertam da enzima, pois estabelecem uma ligação covalente, e inibidores reversíveis, que podem libertar-se da enzima. Dentro desta última categoria, temos 3 tipos: os competitivos ligam-se diretamente ao centro ativo, mantendo o valor de Vmáx e aumentando Km; os não competitivos diminuem a Vmáx e mantêm o valor de Km, pois alteram a configuração da enzima ligando-se noutro local que não o centro ativo; os anti-competitivos diminuem tanto o valor de Vmáx como o de Km.
2. HIDRATOS DE CARBONO
Os hidratos de carbono são polímeros que resultam do estabelecimento de ligações glicosídicas entre monossacarídeos. São todos da forma . São solúveis em água e têm carga neutra. Têm função de armazenamento (glicogénio, amido) ou de estrutura (celulose, quitina). 
Vamos então analisar os monómeros destas moléculas. Os monossacarídeos dividem-se em cetoses e aldoses e têm estereoisómeros: forma D (mais comum) ou forma L, dependendo da posição do grupo OH mais distante do grupo funcional. Podem assumir uma forma linear ou cíclica. Quanto à sua forma cíclica, as hexoses podem gerar piranoses, anéis com 6 lados (mais comum) ou furanoses, se o anel tiver apenas 5 lados. Têm também anómeros: alfa ou beta, se o OH estiver abaixo ou acima do plano, respetivamente. Alguns dos monossacarídeos mais relevantes são a glucose, a frutose e a galactose. têm poder redutor. Isto deve-se ao facto de o seu grupo funcional permitir doar eletrões numa reação red-ox, desde que tenha forma linear e que não seja polissacarídeo. No caso de ser dissacarídeo, como a maltose, a sacarose e a lactose, o grupo funcional não pode estar na ligação glicosídica. 
E como se define a ligação glicosídica? É uma ligação covalente e de condensação, que implica 2 grupos hidroxilo, um em cada monómero. Esta ligação tem liberdade de rotação, podendo ser caracterizada em alfa ou beta, dependendo do monómero cujo primeiro carbono entra na ligação. É então a partir destas ligações que se formam os polissacarídeos, que se dividem em hompolissacarídeos, se só tiverem um tipo de monómero e em heteropolissacarídeos, se tiverem mais do que um. Um exemplo de um heteropolissacarídeo é o peptidoglicano, constituinte da parede celular das bactérias. 
Nota: amido alfa1-4 e ramificações alfa1-6; glicogénio alfa1-4; celulose beta1-4 linear
3. LÍPIDOS
Os lípidos são uma classe bastante heterogénea, não solúvel em água e maioritariamente constituída por C, O, H. Desempenham funções de reserva, estrutura, percursores hormonais e camada adiposa. A maior parte dos lípidos são ácidos gordos, cuja fórmula química é dada por , sendo o grupo COOH a cabeça polar (hidrofílica) e o grupo metilo a cauda apolar (hidrofóbica). Podemos caracterizá-los como saturados (animal), se as ligações de carbono forem apenas simples ou insaturadas (vegetal), se houver pelo menos uma dupla/tripla. Estes últimos são mais flexíveis, sendo que quanto maior for o grau de insaturação e menor for a cadeia, menor é a temperatura de fusão. A nomenclatura dos ácidos gordos dá-se por NOME nºC: nº lig duplas , sendo que a contagem começa pelo grupo COOH. A sua configuração pode ser cis (mais comum) ou trans. A primeira caracteriza-se por ser mais flexível e curva, já que os hidrogénios estão todos orientados para o mesmo lado. A segunda, pelo contrário, é mais linear, com os hidrogénios orientados para lados opostos. Deste modo, os saturados costumam ser associados à configuração trans, e ao colesterol, e os insaturados à cis. 
Outra classe importante de mencionar são os glicéridos, formados por um glicerol e 1/2/3 ácidos gordos ligados por uma ligação éster, reação de condensação. Os triglicéridos (3 ácidos gordos) são importantes fontes de reserva energética, armazenados nas células adiposas. Para além desta classe, temos também os fosfolípidos. São moléculas anfipáticas, o que implica que em meio aquoso se organizam de modo a que apenas as cabeças polares estejam em contacto com a água. A agregação destas moléculas pode ser em micela, lipossoma ou bicamada. Esta última está presente na membrana biológica, que se define como uma bicamada fosfolipídica intercalada com biomoléculas de origem lipídica (colesterol) e proteica (proteínas transportadoras). As proteínas integradas na membrana podem ser intrínsecas ou periféricas e são de grande importância, pois desempenham várias funções tais como reconhecimento celular, transporte e adesão. A membrana é fluida, e a sua fluidez aumenta com o grau de insaturação e com a temperatura. Na membrana lipídica, a zona mais densa chama-se jangada lipídica, zona essa rica em ácidos gordos saturados e em colesterol. O colesterol é um conjunto rígido de anéis que estabelece ligações de hidrogénio com as cabeças dos fosfolípidos, conferindo mais rigidez à membrana.
4. ÁCIDOS NUCLEICOS
Os ácidos nucleicos são constituídos por nucleótidos através de ligações fosfodiéster. Os únicos que existem são o RNA e o DNA. Os seus monómeros são constituídos por uma pentose ligada a uma base azotada, um grupo fosfato e um OH. A pentose é uma ribose no caso do RNA e uma desoxirribose no caso do DNA. O grupo fosfato tem um pKa de aproximadamente 1, pelo que se encontra desprotonado a pH fisológico, conferindo um caráter ácido à molécula. As bases azotadas dividem-se em purinas (anel-duplo), adenina ou guanina, e em pirimidinas (anel simples, hexa), citosina ou timina (DNA) ou uracilo (RNA). Um nucleótido forma-se ligando o C1 da pentose à base e, seguidamente, ligando o grupo fosfato ao C5 da pentose. Em relação à ligação fosfodiéster, esta dá-se entre o OH do C3’ do 1º nucleótido e o O do grupo fosfato do C5’ do 2º nucleótido.
O DNA é uma cadeia dupla, complementar (A-T , G-C, seguindo a regra de Chargoff) e anti-paralela, enrolada em hélice beta. As bases azotadas estão viradas para o interior e ligadas por pontes de hidrogénio. O DNA pode também sofrer desnaturação, que corresponde ao enfraquecimento e quebra de ligações de hidrogénio entre as bases complementares. Um importante método de estudo do comportamento desta molécula com a temperatura é a curva de desnaturação. Quanto maior for o conteúdo GC, maior será a sua temperatura de melting, em que 50% do DNA está na forma simples e 50% na forma dupla, funcional.Para que haja renaturação, é necessário que as cadeias se voltem a juntar. A estrutura dos ácidos nucleicos passa pela primária, uma simples ordem de monómeros, pela secundária, onde já adquirem formato 3D, pela terciária, onde sofrem enrolamento e compactação e, finalmente, pela quaternária, onde se associam a histonas e outras moléculas.
O RNA é uma cadeia simples que pode surgir dobrada, e tem 3 formas diferentes: mRNA, tRNA, rRNA, mensageiro, de transferência e ribossomal, respetivamente. Não tem Tm definida, pois depende da sua estrutura. 
· METABOLISMO
Entende-se por metabolismo o conjunto de reações químicas que ocorrem dentro da célula. Podemos ter reações de catabolismo, onde há degradação de moléculas grandes em moléculas mais pequenas, com libertação de energia, e reações de anabolismo, onde se formam moléculas a partir de outras, com consumo de energia. Consideramos reações catabólicas convergentes e oxidativas e reações anabólicas divergentes e redutivas. Uma via metabólica tem início num substrato específico e termina num determinado produto, e está dividida em várias reações – os produtos vão sendo intermediários nas próximas reações, o que permite obter produtos que não seriam obtidos espontaneamente e regular o calor/energia/temperatura da célula. A regulação enzimática é considerável nos fenómenos metabólicos. Os processos catabólicos fornecem energia na forma de ATP para os processos anabólicos. Temos também transportadores eletrónicos, que intervêm nas reações red-ox: NAD+, FAD e NADP. 
1. RESPIRAÇÃO CELULAR
O objetivo deste processo é obter energia para que a célula possa desempenhar as suas funções. De uma forma geral, isto é feito através da oxidação da glicose, em 3 passos: glicólise, ciclo de krebs e cadeia respiratória. Implica a presença de oxigénio e liberta água, dióxido de carbono e ATP.
GLICÓLISE: A glicólise é um processo que consiste em obter 2 piruvatos (C3H4O3) a partir de 1 glicose, com a formação de 2 ATP e 2 NADH, através de 10 reações, passando por ativação, clivagem e formação do piruvato. Este processo é anaeróbico, ocorre no citoplasma e é comum a todos os organismos. 
Concluída a glicólise, há duas hipóteses: se estivermos em condições anaeróbicas, ocorre fermentação, alcoólica ou láctica. Em ambos os casos, geram-se 2 moléculas de ATP, totalizando 4 na respiração celular. Na alcoólica, há libertação de CO2 e etanol, originando-se ácido acético. Esta via é utilizada por plantas e leveduras. Na láctica, origina-se ácido láctico, que poderá entrar no ciclo de Cori, onde se gera mais ATP: o ácido láctico é produzido nos músculos e transportado pelo sangue até ao fígado, onde é novamente convertido em glicose – neoglicogénese. A neoglicogénese difere da glicólise em algumas reações, já que o balanço energético tem de ser alterado para a tornar favorável. Assim, os processos nunca ocorrem em simultâneo, e um aumento de energia na célula favorece a neoglicogénese. Por outro lado, se estivermos em condições aeróbias, o ácido pirúvico é transportado para as mitocôndrias, onde irá ocorrer o ciclo de Krebs e a cadeia respiratória. O balanço total deste processo é 36 ATP em eucariontes e 38 ATP em procariontes. Outros processos que envolvem a glicose são a glicogénese (formação de glicogénio), a lipogénese (produção de lípidos) e a glicogenólise (degradação de glicogénio). 
CICLO DE KREBS: O ciclo de krebs ocorre na matriz mitocondrial e transforma cada piruvato em acetil-coA, e a partir de um conjunto de reações de condensação, isomeração, oxidação, descarboxilação, fosforilação e hidratação, gera 2 ATP, 6 NADH, 2 FADH2 e 4 CO2 por molécula de glicose. Para formar acetil-coA, dá-se a descarboxilação e oxidação do piruvato e o produto destas reações (ácido acético) combina-se com a coenzima A. Depois das duas voltas do ciclo de Krebs, temos já 4 ATP, 10 NADH e 2 FADH. 
CADEIA RESPIRATÓRIA: Na cadeia respiratória, culminam todos os processos oxidativos. Isto ocorre nas cristas mitocondriais e permite sintetizar uma grande quantidade de ATP através da fosforilação oxidativa. Envolve 3 complexos enzimáticos (I, II, IV) de ferro ligados por 2 transportadores eletrónicos (CoQ e citocromo C). Tudo começa com a libertação de H pelo NADH e pelo FADH2. Os eletrões do H vão seguir de transportador em transportador até chegarem ao O2, o aceitador final. Este fluxo vai libertar energia através da processos oxidativos, e essa energia será utilizada no transporte ativo dos protões (H+) para o espaço intermembranar. Isto gera um gradiente de pH e um potencial eletroquímico transmembranar. Dada a acumulação de H+ no espaço intermembranar, estes terão a tendência de se deslocar por difusão de volta para o interior da matriz mitocondrial, gerando uma força proto-motriz que ativa a ATPsintetase. O que acontece é que a rotação do rotor e da haste vai ativar os sítios ativos da enzima, que irá, então, fosforilar ATP com a energia do fluxo de protões. Note-se que cada NADH gera 3 ATP e 10H+ pelo complexo I e cada FADH2 gera 2 ATP e 6H+ pelo complexo II. Podemos dizer que ocorre um transporte ativo na vertical com energia do transporte horizontal – Teoria da quimiosmótica. O balanço da cadeia é portanto 34 ATP (3 x 10 + 2 x 2). A cadeia eletrónica tem inibidores (CN-, CO, antimicina A).
Concluindo, teríamos um total de 38 ATP e 6 CO2. No entanto, sabemos que em eucariontes só se obtêm 36 ATP. Isto acontece porque nestes seres, os 2 NADH da glicólise não conseguem atravessar a membrana mitocondrial, pelo que têm de ser convertidos a FADH2. Logo, “perdem-se” 2 ATP. Este valor, apesar de tudo, é apenas teórico, pois a célula poderá utilizar o gradiente de H+ criado durante a cadeia respiratória para outros propósitos. 
Existem outros mecanismos para produzir ATP a partir de outras matérias primas. A oxidação de ácidos gordos começa por converter estas moléculas em acil-coA gordo, que irá ser transportado para a mitocôndria pela bomba de carnitina. O processo passa por beta-oxidação, um ciclo em espiral que ocorre na mitocôndria, que contempla oxidação, hidratação, outra oxidação e clivagem. Isto dá origem a resíduos de acetilco-A, que entram no ciclo de Krebs. Por fim, ocorre a cadeia respiratória. O balanço final de ATP será -2 + 5 x (n/2 – 1) – 7 + 17 x n/2 , sendo n o número de carbonos do ácido gordo. Uma outra via é o catabolismo proteico, que envolve quebra de ligações peptídicas e deaminação dos aminoácidos, com a formação de amónia e de um ácido orgânico. 
2. FOTOSSÍNTESE
A fotossíntese é o processo através do qual seres vivos fotoautotróficos produzem matéria orgânica a partir de matéria mineral, utilizando energia luminosa. Ocorre nos cloroplastos. Os prolongamentos da membrana deste organelo inserem-se no estroma e dão origem aos tilacoides, onde se encontram pigmentos fotossintéticos (como a clorofila e os caratenóides), que absorvem a luz e cujo conjunto se chama grana. Em 1930, Van Niel concluíu que o oxigénio libertado neste processo provém da água e que a luz é necessária para iniciar o processo fotossintético. Assim, a fotossíntese divide-se em duas fases: a fase luminosa (exergónica), em que ocorre excitação dos pigmentos fotossintéticos e fotólise da água e a fase química (endergónica), que depende da presença de CO2 e onde efetivamente se produz glicose. 
FASE LUMINOSA: A primeira fase da fotossíntese ocorre nos tilacoides. Participam necessariamente dois fotossistemas. Um fotossistema é um conjunto de pigmentos associados a proteínas que providenciam a energia necessária para excitar os eletrões de clorofila. Com efeito, o fotossistema I participa na síntese de NADPH e encontra-se na face da membrana voltada para o estroma. O fotossistema II encontra-se virado para o interior da grana e participa na síntese de ATP. Então, na fase fotoquímica, os fotões são absorvidos por pigmentos fotossintéticos e a sua energia irá para o centro de reação, constituído pela clorofila e pelo aceitador primário de eletrões, intervenientes em reações red-ox. Há dois caminhos possíveis:a fotofosforilação cíclica e a acíclica. Na segunda, o segundo fotossistema começa por ser oxidado e os eletrões provenientes dessa oxidação são transferidos para outras moléculas por via de reações red-ox. Assim, de forma semelhante à cadeia respiratória, temos um transporte eletrónico que permite a síntese de ATP por quimiosmose. Este transporte é realizado por plastocianinas. Os H+ vêm da fotólise da água e a sua difusão é garantida pelo gradiente de pH entre o estroma e o tilacoide, já que a bomba de protões é para fora do tilacoide. No entanto, parte dos H+ vão para a redução do NADP, fazendo com que passe a NADPH. O transporte eletrónico cessa no fotossistema PSI, onde os eletrões irão reduzir Cla+. Esta molécula irá ser oxidada de novo por ação da luz solar, e é precisamente utilizando a energia aqui libertada que o NADP se oxida. Na fotofosforilação cíclica, os eletrões libertam energia durante o seu percurso para o transporte ativo de H+ e ao receberem mais energia repetem este processo. 
CICLO DE CALVIN: O ciclo de Calvin é a altura da fotossíntese em que efetivamente se produz açúcar, e ocorre no estroma dos cloroplastos. Este ciclo irá utilizar o ATP e o NADPH da fase luminosa. A fase química inicia-se com a fixação de CO2: 3 moléculas de CO2 reagem com 3 RuBP, com a participação da enzima rubisco. Aqui, forma-se um composto com seis carbonos instável, que se divide em 2 3fosfoglicerados. Na segunda fase, dá-se a produção de açúcares, sendo que as moléculas obtidas na fase anterior irão sofrer fosforilação seguida de redução, gerando 6 PGAL: 1 destes irá abandonar o ciclo para a síntese de moléculas orgânicas enquanto os outros 5 irão regenerar RuBP, juntando 3 ATP a 3 RuMP – terceira e última face do ciclo de Calvin. 
O que foi descrito anteriormente aplica-se a condições de luz, temperatura, água e dióxido de carbono favoráveis (tipo C3) Caso isto não aconteça, temos vias alternativas. Quando uma planta como a cana de açúcar ou o milho está sujeita a altas temperaturas, vai realizar uma fotossíntese do tipo C4: a enzima PEP irá auxiliar na captação de CO2 e este irá ser amazenado na forma de ácido málico. Este poderá ser descarboxilado pela rubisco ou por células da bainha vascular. Temos também a via alternativa CAM, seguida por plantas suculentas em condições áridas. Estas plantas abrem os estomas à noite, permitindo a absorção de CO2, que será também armazenado em ácido málico. 
· DNA – REPLICAÇÃO 
Aquando da divisão celular, é necessário copiar o material genético – a replicação faz-se de forma semi-conservativa, pois 50% do DNA da célula filha pertenceu anteriormente à célula mãe e os outros 50% são construídos a partir de um molde. Para que isto aconteça, o DNA tem de se encontrar na forma simples. As principais auxiliares da replicação do DNA são as helicases, as SSB e as girases; iremos aprofundar o que cada uma delas faz. O processo inicia-se na origem de replicação (ori), zona rica em timina e adenina, pois é uma ligação mais fraca do que a de guanina e citosina, logo facilitará a abertura da cadeia dupla. Esta zona é reconhecida pelas helicases: cada helicase envolve uma cadeia simples de DNA e move-se num sentido, quebrando as pontes de hidrogénio entre as bases complementares. A quebra das ligações é direcional, pois parte de 2 forças de replicação. A cadeia simples de DNA é estabilizada pelas SSB, que contrariam a sua tendência para estabelecer uma cadeia dupla. Por último, as girases vão distorcendo a cadeia para que esta não se enrole em si própria. 
Com o DNA devidamente separado em cadeias simples, pode-se proceder à sua replicação: os nucleótidos de DNA (dNTPs) vão ser inseridos sequencialmente na cadeia pela DNA polimerase, que só atua no sentido 5’-3’. Porém, antes de esta enzima atuar, a RNA polimerase vai colocar os primeiros NTPs na cadeia de DNA. A replicação ocorre em simultâneo em ambas as cadeias pela polIII, com uma pequena variante: na cadeia 3’-5’, dá se de forma contínua, mas na cadeia 5’-3’, de forma descontínua. Os fragmentos de Okasaki são os fragmentos descontínuos e cada um está associado a um primer – será a polI a substituir os de RNA por DNA. Quando a enzima hidrolisa DNA ou RNA, dizemos que está a ter uma função de exonuclease (correção de erros). Se estiver a adicionar nucleótidos, dizemos que está a ter uma função de endonuclease. Note-se que a pol III só deteta erros nos últimos nucleótidos adicionados – correção in loco. A pol I destaca-se por também fazer de exonuclease no sentido 5’-3’, enquanto a pol II e a pol III só desempenham esta função no sentido 3’-5’. 
O papel das DNA-ligases é também deveras importante na replicação do DNA, pois previne a existência de mutações. Estas enzimas corrigem lacunas entre o fósforo e o carbono 3’ de nucleótidos seguidos. No entanto, são incapazes de copiar a extremidade 5’. Para isso existem as telomerases, que vão catalisar a síntese de sequências repetidas de nucleótidos nos terminais do cromossoma – os telómeros. Estas projeções só existem em seres eucariontes, pois os cromossomas dos procariontes são circulares. O envelhecimento celular está relacionado com o seu encurtamento/desaparecimento. Todo o processo previamente exposto é relativo a seres procariontes. Nos eucariontes, temos várias polimerases - alfa, beta, gama, delta, épsilon – sendo que a beta é a única responsável por reparação e a gama é a única na mitocôndria.
· DNA – REPARAÇÃO 
É de extrema importância que as alterações (espontâneas ou induzidas) do DNA sejam prontamente corrigidas, para que não passem para futuras gerações. Assim, a célula desenvolveu mecanismos de reparação para manter a integridade do seu genoma. Estes resumem-se a reverter reações ou a substituir bases. 
Uma mutação relativamente simples de corrigir pela intervenção de enzimas é a alquilação, ou seja, a modificação das bases do DNA através da transferência de grupos metil ou etil para bases. Já a formação de dímeros de timina só é corrigida por bactérias. O que sucede é que pela exposição à radiação UV, as timinas de nucleótidos adjacentes podem estabelecer ligações em anel, quebrando as ligações com a adenina da cadeia complementar e distorcendo, como consequência, a estrutura do DNA. As bactérias corrigem isto através de fotorreativação: usam energia da luz visível para quebrar o dito anel.
Outra das mutações que poderão ocorrer é chamada de depurinação, que consiste na remoção total da base de um nucleótido por clivagem da ligação entre a base e o grupo fosfato. Uma das cadeias irá permanecer inalterada, mas a outra irá ter um nucleótido a menos. Outro exemplo é a deaminação e consiste em substituir um grupo amina por um átomo de oxigénio. Isto vai fazer com que uma (e uma só) das cadeias de DNA fique alterada, pois este processo vai transformar a citosina ou a adenina noutras moléculas. Para estas mutações, os métodos de reparação passam por excisão de base, de nucleótido ou mismatch repair. 
A excisão de base permite corrigir problemas em bases individuais, danificadas por oxidação/ionização, deaminação e depurinação. A base danificada é reconhecida e um conjunto de enzimas trata de clivar a ligação entre a base a pentose. A AP endonuclease vai quebrar as ligações entre o fosfato do local AP e a pentose do nucleótido adjacente, formando um nick (interrupção) na cadeia. O que resta do nucleótido é removido e uma nova base será adicionada. A excisão de nucleótidos permite corrigir dímeros de timina e aductos de DNA através da remoção de uma porção de cadeia de DNA que contém a lesão. Na bactéria Ecoli, há um sistema UVR (A, B, C) próprio para a excisão de nucleótidos. Finalmente, temos o mismatch repair, que permite corrigir bases não complementares adicionadas à nova cadeia de DNA durante a replicação. De novo, na Ecoli há um sistema Mut (S, H, L) próprio para o fazer. 
· DNA – TRANSCRIÇÃO
A transcrição é o processo de síntese de RNA a partir de informação contida nos genes da molécula de DNA. É diferente em seres eucariontes e procariontese está sujeita a mecanismos de regulação. O genoma é o conjunto das regiões codificantes e intergénicas. É de assinalar que cada gene tem 3 regiões: a região promotora, onde a RNA polimerase se liga para iniciar a transcrição, reconhecendo as zonas de consenso (-10 e -35); a parte estrutural, que é a zona transcrita; e a zona de terminação. Deste modo, estabelecemos já que a RNA polimerase transcreve a informação contida no DNA para o RNA no sentido 5’-3’. Nos procariontes, o fator sigma serve de reconhecimento para o complexo enzimático, enquanto que nos eucariontes existe uma polimerase diferente para cada tipo de RNA. 
Comecemos por estudar a transcrição nos procariontes: a iniciação dá-se quando a RNA polimerase se liga ao DNA e migra ao longo da cadeia até encontrar o promotor, onde se ligará às zonas -10 e -35. As helicases e girases promovem a abertura da cadeia dupla de DNA e a transcrição é iniciada. A elongação do RNA procede à medida que a polimerase desenrola a cadeia à frente e hibridiza a cadeia atrás. Finalmente, a terminação ocorre quando a RNA polimerase encontra a zona de terminação – ou o fator p, ou um gancho de terminação, que confere mais proteção à molécula - e se dissocia do DNA. No caso dos eucariontes, o reconhecimento do promotor é feito através de fatores de transcrição (proteínas estimulantes), pois não há fator sigma. Há também um complexo de iniciação, que se pode ligar a enhancers. A transcrição consiste sobretudo na fosforilação de resíduos de seina e treanina do CDT. Termina quando a RNApolimerase reconhece uma sequência de terminação. 
A transcrição é regulada por diversos mecanismos, no sentido de silenciar ou promover a transcrição de certos genes de acordo com as necessidades da célula. Analisemos alguns casos nos procariontes: o operão da lactose e o operão do triptofano. 
O operão da lactose tem estrutura monocistrónica, ou seja, só codifica uma proteína e é constituído por um promotor, por um operador, e pelos genes LacZ, LacY e LacA, que codificam a beta-galactosidade, a permease e a transacetilase, respetivamente. A extração de energia da lactose é efetuada pela ação da beta-galactosidade, que só é sintetizada quanto existe lactose disponível. Por este motivo, afirmamos que a regulação da transcrição é feita por indução do substrato. Podemos ter uma indução positiva, ou uma indução negativa. No primeiro caso, havendo lactose na célula, esta vai ser degradada: a proteína Lacl vai se ligar à lactose, o que irá alterar a sua configuração 3D, fazendo com que deixe de haver afinidade entre a proteína e o operador. Deste modo, os genes do operão irão ser transcritos, resultando na degradação da lactose. Caso não haja lactose na célula, a proteína lacl consegue silenciar o operão e impedir a transcrição dos genes Lac, permitindo a síntese de lactose. Já na indução positiva, temos de ter em consideração 4 situações, sabendo que o CAP favorece a transcrição dos genes na ausência de glicose, e que é regulada por AMPc. Assim sendo, se houver glicose presente, o AMPc não irá ativar o CAP, pelo que a degradação de lactose estará dependente da presença da mesma: havendo lactose, o mecanismo anterior repete-se, pelo que os genes serão transcritos e a lactose será degradada, ainda que a um baixo nível; não havendo, o Lacl impede a transcrição dos genes e, consequentemente, a lactose não é degradada. Por outro lado, não havendo glicose, o AMPc irá ativar o CAP: se a lactose estiver presente, a transcrição dos genes será intensa; caso contrário, não ocorre, pois o repressor Lacl estará ligado ao operador. Em suma, o que temos de retirar é que o Lacl impede a transcrição, impedindo a degradação da lactose (se esta não estiver na célula), e o CAP é regulado pelo AMPc para favorecer a transcrição dos genes e a consequente degradação de lactose na ausência de glicose. 
Debruçando-nos agora sobre o operão do triptofano, temos uma regulação por repressão do produto final, isto é, o operão, de estrutura pentacistrónica, está sempre ativo, sendo reprimido quando o triptofano abunda na célula. Na repressão da transcrição, estão envolvidos o apo-repressor e o co-repressor, do qual o primeiro depende. O operão é também constituído por um promotor e um operador, genes A,B,C,D, e E, que codificam proteínas que intervêm na síntese do aminoácido, uma região R que codifica o apo-repressor, uma região líder (L) e do atenuador (A), que participam no mecanismo de atenuação. Este tipo de regulação permite que a transcrição seja inibida mesmo quando a quantidade de triptofano na célula não é suficiente para ativar o apo-repressor. Funciona do seguinte modo: não havendo repressão, não há transcrição das regiões L e A, o que implica que o RNA resultante seja rico em conteúdo GC e com tendência a formar ganchos: gancho 2-3, anti terminação e ganho 3-4, terminação. Se houver uma grande concentração de triptofano, a tradução irá dar-se mais rapidamente, pelo que o ganho 3-4 será favorecido de modo a fazer com que a transcrição pare, parando também a síntese de triptofano. 
Estes casos não poderiam ocorrer nos eucariontes de nenhum modo, pois não existem operões e a transcrição e tradução nunca ocorrem em simultâneo, até porque são em locais diferentes da célula. No caso dos eucariontes, vimos dois tipos de mecanismos de regulação: metilação, que consistem em adicionar grupos metilo no carbono-5 de resíduos de citosina (ilhas CpG) por ação das metilases. Quando o promotor é metilado, a transcrição é inibida; e acetilação, que corresponde à adição de grupos acetil às histonas. Para compreendermos a importância destes mecanismos, é crucial distinguir alguns conceitos: o genoma localiza-se no núcleo e está organizado em cromossomas, 	que são a forma diferenciada da cromatina. A unidade básica da cromatina é o nucleossoma, uma sequência de nucleótidos enrolados em histonas. Os nucleossomas são compactados e podem, então, encontrar-se em eucromatina ou heterocromatina, se contiverem genes que participem na transcrição ou só regiões não codificantes, respetivamente. A descompactação da cromatina está associada à acetilação das histonas e à demetilação do DNA.
· RNA – PROCESSAMENTO
Já vimos que o RNA é o produto resultante da transcrição. No entanto, este RNA é um “pré-RNA”, e para ser funcional tem de passar por processamento. Todos os tipos de RNA são processados em eucariontes, mas o mRNA não o é em procariontes. 
O processamento de tRNA passa pela adição de uma sequência CCA ao terminal 3’, para servir de local de reconhecimento para a ligação do aminoácido e pela alteração de bases. Por vezes, é necessário clivar algumas sequências nos seus terminais. Após o processamento, vem a ativação, que se dá pela ligação de um aminoácido ao terminal 3’. Esse aminoácido irá ser depois libertado para ser usado na síntese proteica, desativando o tRNA – ciclo ativação-desativação. A função do tRNA é adicionar aminoácidos aos péptidos durante a tradução. Atua no citoplasma. Existem bastantes tRNA, mais do que aminoácidos, pelo que cada tipo de aminoácido pode ser transportado por vários tipos diferentes de tRNA. 
O processamento de rRNA, RNA dos ribossomas, é essencialmente clivagem. Nos eucariontes, é previamente dividido em duas moléculas percursoras que depois se ligam por pontes de hidrogénio. 
O processamento de mRNA tem 3 importantes passos: 5’capping, ou seja, adição ao terminal 5’ de um nucleótido com base modificada, para permitir o reconhecimento por parte dos ribossomas, aquando da tradução (no caso dos procariontes, são as sequências shine-dalgarno); 3’ poliadenilação – a cauda poli-A é uma proteção contra degradação da informação; e, finalmente, splicing, que pode ou não ser alternativo: é a remoção de intrões. Depois disto, o mRNA está pronto para sair pelos poros do núcleo para o citoplasma, ao encontro dos ribossomas.
· RNA – TRADUÇÃO
A tradução é o processo que permite a síntese de proteínas a partir de mRNA, e ocorre nos ribossomas. O mRNA dos eucariontes é monocistrónico, em contrastecom o dos procariontes, policistrónico. 
Em ambos os casos, o processo de tradução é o mesmo: a iniciação dá-se quando o codão de iniciação (AUG) é encontrado pela subunidade pequena do ribossoma, que se liga primeiro ao mRNA. Só aí é que a subunidade grande se liga, tornando o complexo funcional. Os ribossomas mais pequenos conseguem ligar-se devido aos fatores de iniciação. Seguidamente, dá-se a elongação, em que a cadeia polipeptídica cresce pela sucessiva adição de aminoácidos, sendo o primeiro de metionina (antes até da subunidade grande se ligar). A adição de aminoácidos vai passando pelos locais APE: A onde se liga o novo tRNA, P onde está o anterior e E por onde sai o antes desse. Os chaperões previnem a formação de estruturas 3D antes do suposto, estabilizando a sequência linear dos aminoácidos até esta estar completa, e aí dissociam-se da cadeia. O mRNA no ribossoma vai-se deslocando 3 a 3 nucleótidos (codões), até encontrar o codão STOP: dá-se a terminação da síntese proteica. 
Por último, podemos mencionar as características do código genético, uma correspondência entre as letras do RNA e os 20 aminoácidos conhecidos. É universal, no sentido em que é comum a quase todas as células e não é ambíguo, pois cada tripleto de nucleótidos codifica para um e um só aminoácido. Contudo, é redundante, pois o mesmo aminoácido tem várias correspondências em tripletos de nucleótidos.