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Apostila de Introdução a Bioquímica Álvaro Alecx Ferreira Viana UNIFAMINAS INTRODUÇÃO A BIOQUÍMICA Ciência que estuda as quatro principais substâncias químicas presentes nos seres vivos (carboidratos, proteínas, lipídios e ácidos nucléicos). Neste estudo observa-se a estrutura química, tipos, função biológica que irão desempenhar, como se comportam num organismo sadio e num doente, entre outros aspectos. Está disciplina é de suma importância para o melhor entendimento de outras disciplinas como a Fisiologia, Patologia, Farmacologia, entre outras. Assim como compreender melhor todas as disciplinas da área clínica (Importante para o diagnóstico, prevenção, tratamento e cura de doenças). Por meio desta disciplina é possível compreender também a interação química e biológica, por isso que ela está presente na grade curricular de todos os cursos da Saúde e Biológicas, e na área de exatas para os cursos de Química e Engenharia. De acordo com a organização do organismo humano, pode-se observar que a Bioquímica se foca no âmbito molecular de estudos (mais particularmente na parte de macromoléculas), como pode ser visto na figura 1. MacroMoléculas Significa uma molécula grande, formada por duas ou mais moléculas unidas. Essa união pode ser realizada por meio de vários tipos de ligações químicas, sendo a ligação de Ponte de hidrogênio a mais abundante e importante no meio bioquímico. As Macromoléculas estudadas são: Carboidratos; .Proteínas; Lipídios; Ácidos Nucléicos. Ácidos Nucleicos São moléculas que fornecem informações às células. Principal função é de armazenar e transferir informações (responsáveis por todas as funções desempenhadas pelas células e pelas interações intercelulares). Há dois tipos de ácidos nucléicos: Ácido desoxirribonucléico à DNA; Ácido ribonucléico à RNA. Carboidratos Outras denominações: Glicídios, Hidratos de Carbono ou Carbono hidratado. Possuem várias funções sendo que a principal é a de fornecer energia ao organismo do ser vivo. São macromoléculas formadas pela união de monossacarídeos. Ex: Glicogênio Carboidrato formado pela união de várias moléculas de glicose (monossacarídeo). Função: armazenamento de energia nos animais. Amido Carboidrato formado pela união de várias moléculas de glicose (monossacarídeo). Função: armazenamento de energia nos vegetais. Sacarose Dissacarídeo formado por uma molécula de glicose e outra de frutose. Presente em alguns vegetais como a cana de açúcar, beterraba, entre outros. Função: também funciona como uma forma de armazenamento de energia para os vegetais, e como uma fonte de energia para os animais e microrganismos. Proteínas Outras denominações: peptídeos. São as macromoléculas com maior versatilidade, apresentando mais funções que as demais estudadas na bioquímica. Como exemplo de algumas funções temos: Hormonal - com alguns tipos de hormônios como a insulina e o glucagon; Estrutural – colágeno e queratina; Enzimática – todas as enzimas; Transporte e armazenamento de substâncias – hemoglobina e Ferritina, respectivamente; Entre outras. São formadas a partir de 20 unidade de aminoácidos, unidos por ligações peptídicas. Algumas proteínas possuem outras substâncias além dos aminoácidos. Lipídeos Denominado no popular como gordura e óleos. São as macromoléculas menores dentre as estudadas. São formadas por ácidos graxos. Alguns lipídios possuem outras substâncias inseridas, além dos ácidos graxos. Dentre as funções desempenhadas por essas macromoléculas estão a função de armazenamento de energia (ex: hipoderme presente nos animais) e sinalizadora (hormonal) como o exemplo do hormônio do crescimento (GH). MetabolisMo O metabolismo de animais, de vegetais e de microrganismos, apresenta essas quatro macromoléculas desempenhando certas funções dependendo do estado em que esses organismos se encontram, como em jejum, jejum prolongado ou alimentado, de fatores como sexo, idade, habitat/clima, entre outros aspectos. carboidratos Os carboidratos são biomoléculas muito abundantes na natureza e estão relacionadas, entre outras funções, ao fornecimento de energia para nosso corpo. Os carboidratos são importantes biomoléculas, conhecidas também como hidratos de carbonos, glicídios, ou açúcares, formadas fundamentalmente por átomos de carbono, hidrogênio e oxigênio. São as biomoléculas mais abundantes na natureza e sua maioria apresenta a seguinte fórmula geral: Vale salientar que alguns carboidratos possuem outros elementos em sua composição. Esse é o caso da quitina, por exemplo, que possui em sua fórmula também átomos de nitrogênio. Função dos carboidratos Os carboidratos apresentam como principal função a função energética. Entretanto, os carboidratos possuem funções que vão além de garantir a energia para as células, estando eles relacionados também com a estrutura dos ácidos nucleicos e funções estruturais, por exemplo. No que diz respeito à função estrutural, podemos citar a celulose e a quitina. A celulose é um importante componente da parede celular da célula vegetal, enquanto a quitina faz parte do exoesqueleto presente nos artrópodes. Classificação dos carboidratos Classificação dos monossacarídeos Os monossacarídeos podem ser classificados de acordo com o número de carbonos que possuem em suas moléculas. Os monossacarídeos mais simples são as trioses, as quais possuem três carbonos em sua molécula. Após as trioses, temos as tetroses (quatro carbonos), pentoses (cinco carbonos), hexoses (seis carbonos) e assim por diante. Os principais monossacarídeos são as pentoses e as hexoses. Entre as pentoses, destaca-se a ribose, enquanto nas hexoses, destaca-se a glicose. Carboidratos simples e complexos Os carboidratos podem ser classificados em simples e complexos. Os carboidratos simples são facilmente absorvidos pelo nosso corpo, enquanto os complexos apresentam um processo de absorção mais demorado. De acordo com a Sociedade Brasileira de Diabetes, os carboidratos simples são formados por açúcares simples ou por um par deles, enquanto os complexos são formados por cadeias mais complexas de açúcares. São exemplos de alimentos que possuem carboidratos simples o mel, a rapadura, balas e doces em geral. Como exemplo de alimentos que possuem carboidratos complexos, podemos citar pães, massas, feijões e lentilha. Exemplos de carboidratos Glicose: é um carboidrato simples e também o monossacarídeo mais comum. A glicose é fundamental para a realização do processo de respiração celular, em que a energia será produzida para a célula. Os principais polissacarídeos são formados pela polimerização da glicose. Amido: é a principal substância de reserva de energia dos vegetais. Ele é formado por dois tipos de polímeros de glicose: a amilopectina e a amilose. Os grãos de amido das plantas ficam armazenados no interior dos plastos, organelas típicas da célula vegetal. Glicogênio: é a principal reserva energética dos animais e é formado pela união de várias moléculas de glicose. Esse glicogênio é encontrado armazenado no nosso fígado e também nos nossos músculos. Quando necessitamos de energia, o glicogênio é quebrado em glicose, que será utilizada pelas células. Celulose: é encontrada na parede celular da célula vegetal e é formada por unidades de glicose. É um carboidrato fibroso, resistente e insolúvel em água. Um fato interessante é que a madeira é formada quase que 50% de celulose, enquanto as fibras de algodão são praticamente 100% celulose. Quitina: é um polissacarídeo encontrado na parede celular das células de alguns fungos e também na composição do exoesqueleto de artrópodes, como insetos e crustáceos. Alimentos ricos em carboidratos Os carboidratossão encontrados em todo alimento de origem vegetal. Isso se deve ao fato de que as plantas os produzem no processo de fotossíntese e armazenam carboidrato como fonte de energia. Alguns alimentos apresentam uma concentração maior de carboidratos quando comparados a outros. Entre os alimentos ricos em carboidratos podemos citar o milho, arroz, mandioca, batata e inhame. Não podemos nos esquecer também dos pães, massas e doces. Vale salientar que alimentos derivados do leite também apresentam carboidratos, bem como o mel. Carboidratos engordam? Os carboidratos são alimentos que devem estar presentes em nossa dieta, uma vez que são importantes para o fornecimento de energia para nosso corpo. O recomendado é que cerca de 45% a 65% das calorias diárias sejam provenientes desse grupo de alimentos, entretanto, deve-se ficar atento à necessidade metabólica de cada pessoa. Quando ingeridos em excesso, podem estar relacionados com problemas de saúde, como a obesidade. Entretanto, uma alimentação pobre em carboidratos pode ser também prejudicial, pois como dito anteriormente, esse nutriente é fundamental para o fornecimento de energia. Desse modo, é importante saber dosar a quantidade de carboidratos ingeridos para que esses cumpram adequadamente seu papel. Resumindo os carboidratos Carboidratos são normalmente formados por átomos de carbono, hidrogênio e oxigênio. Entretanto, vale destacar que alguns carboidratos podem apresentar outros elementos em sua composição. Os carboidratos são também chamados de açúcares, glicídios ou hidratos de carbonos. Os carboidratos possuem função energética, função estrutural e participam da formação dos ácidos nucléicos. Os carboidratos podem ser classificados em monossacarídeos, dissacarídeos ou polissacarídeos, sendo os monossacarídeos os carboidratos mais simples. A glicose é o monossacarídeo mais conhecido. Celulose e amido são dois importantes polissacarídeos. A celulose é um componente da parede celular das células vegetais, enquanto o amido funciona como substância de reserva para os vegetais. Os carboidratos podem ainda ser classificados como simples e complexos. O pão é um alimento rico em carboidratos, as principais fontes para os seres vivos. Riscos do consumo exagerado de açúcar Os riscos do consumo exagerado de açúcar são variados, uma vez que pode causar obesidade, que eleva o risco de outras doenças, e o surgimento de cárie. O consumo exagerado de açúcar pode causar danos sérios à saúde, portanto, é fundamental controlar a quantidade desse produto na dieta. Atualmente, observa-se um grande aumento da quantidade de açúcar na alimentação, não apenas de maneira direta, mas também “escondida” em vários alimentos, como sucos, refrigerantes e biscoitos. De acordo com o Ministério da Saúde, o consumo de açúcar livre deve ser de 10% das calorias totais, mas a população brasileira excede esse valor em mais de 50%. Consequências Surgimento de cáries: de acordo com alguns autores, bactérias utilizam o açúcar para produzir ácidos que causam danos ao dente. Vale destacar que apenas o consumo de açúcares não é responsável pela cárie, pois ela está relacionada também com fatores genéticos e higiene bucal, por exemplo. Obesidade: hoje considerada uma epidemia mundial, a obesidade é amplamente influenciada por dois fatores: sedentarismo e hábitos nutricionais inadequados. O consumo exagerado de fast-food, lanches e sobremesas calóricas é responsável por um aumento significativo do peso da população. O problema da obesidade é que ela é fator de risco para graves doenças, como problemas cardiovasculares, hipertensão e diabetes. Podemos afirmar que o consumo exagerado de açúcar também pode causar esses problemas. O consumo de açúcar causa diabetes? A relação entre açúcar e diabetes é bastante difundida, entretanto, não é completamente uma verdade. Existem dois tipos de diabetes, o tipo 1, causado por fatores genéticos, e o tipo 2, que se relaciona também com o estilo de vida. O ganho de peso contribui para o desenvolvimento desse último tipo, e o consumo de produtos ricos em açúcar está diretamente relacionado com a obesidade. O que fazer para evitar que o açúcar cause danos ao organismo? Para evitar danos à saúde, a recomendação é clara: diminuir a quantidade ingerida de açúcar diariamente. Para isso, deve-se escolher bem os alimentos a serem consumidos. Vale lembrar que as recomendações do Ministério da Saúde são que o consumo de açúcares não passe de 10% do valor energético total da dieta. Recomendações para uma alimentação saudável Para ter uma alimentação saudável e de qualidade, é importante saber o que se come e como se come. Sabemos que muitas doenças podem ser evitadas com simples mudanças em nossos hábitos de vida. A realização de atividades físicas e uma alimentação saudável estão entre os principais pontos que garantem uma melhor saúde do corpo e da mente. Para garantir uma alimentação saudável, não é preciso gastar rios de dinheiro, basta saber combinar os nutrientes que são importantes em uma dieta e saber como e onde comprá-los. É fundamental que a pessoa se preocupe em variar os alimentos ingeridos, deixar a refeição atrativa e conhecer a procedência do alimento, evitando assim contaminações. Diante da importância de uma melhoria na qualidade da alimentação de nossos jovens e adolescentes, listaremos a seguir as principais recomendações do Ministério da Saúde para uma alimentação saudável: É fundamental alimentar-se principalmente de alimentos in natura ou minimamente processados. Isso quer dizer que é importante comer alimentos que sofreram o mínimo de alteração desde que foram retirados da natureza até chegar a sua mesa, tais como verduras e legumes. Evite utilizar grandes quantidades de óleos, gorduras, sal e açúcar. Essas substâncias estão relacionadas com variados problemas de saúde, tais como problemas cardíacos e obesidade, e devem ser usadas com cautela, apesar de deixarem o alimento saboroso. Evite consumir alimentos processados em excesso. Ou seja, evite aqueles alimentos que sofreram modificações na indústria a fim de aumentar o seu tempo de conservação ou para mudanças no sabor. Alguns exemplos são alimentos em conserva, extrato de tomate, frutas cristalizadas e carne seca. Evite alimentos ultraprocessados. Ou seja, aqueles que são fabricados em indústrias. Como exemplo, podemos citar alguns biscoitos, sorvetes, bolos, temperos instantâneos, salgadinhos e refrigerantes. Alimente-se sempre nos mesmos horários. Realizando, no mínimo, três refeições (café, almoço e janta) e dois lanches. É importante não ficar beliscando entre um horário de alimentação e outro. Alimente-se em locais agradáveis e faça desse momento algo especial. Dedicando tempo à refeição. Evite fazer outra atividade enquanto come e, sempre que possível, alimentese perto de outra pessoa. Quando comer em restaurantes, opte por locais em que a comida é preparada na hora. É importante evitar os fast-foods. É importante destacar que metade das dicas diz respeito ao tempo que se gasta com as refeições. Uma alimentação saudável, apesar do que muitos pensam, não diz respeito apenas ao alimento ingerido, mas também inclui o modo como a refeição é feita. Sendo assim, ao sentar-se para se alimentar, lembre-se de que aquele momento é importante para a sua saúde e evite que ele se torne um momento para trabalhar ou estudar. lipídeos Lipídios são moléculas orgânicas importantes para os seres vivos e que funcionam como reserva energética, isolante térmico, impermeabilizante, entre outras funções. Os lipídios são compostos com estrutura molecular variada, apresentando diversas funções orgânicas: reserva energética (fonte de energia para os animais hibernantes), isolante térmico (mamíferos),além de colaborar na composição da membrana plasmática das células (os fosfolipídios). Características gerais dos lipídios São substâncias cuja característica principal é a insolubilidade em solventes polares e a solubilidade em solventes orgânicos (apolares), apresentando natureza hidrofóbica, ou seja, aversão à molécula de água. Essa característica é de fundamental importância mesmo que organismo possua considerável concentração hídrica. Isso porque a insolubilidade permite uma interface mantida entre o meio intra e extracelular. Os lipídios podem ser classificados em óleos (substâncias insaturadas) e gorduras (substâncias saturadas), que são encontrados nos alimentos tanto de origem vegetal quanto animal, como nas frutas (abacate e coco), na soja, na carne, no leite e seus derivados e também na gema de ovo. Em geral, todos os seres vivos são capazes de sintetizar lipídios, no entanto, algumas classes só podem ser sintetizadas por vegetais, como é o caso das vitaminas lipossolúveis e dos ácidos graxos essenciais. A formação molecular mais comum dos lipídios que constituem alimentos é estabelecida pela união de um glicerol (álcool) e três cadeias carbônicas longas de ácido graxo. Principais tipos de lipídios Entre os lipídios, recebem destaque os fosfolipídios, os glicerídeos, os esteroides e os cerídeos. Cerídeos → Classificados como lipídios simples, são encontrados na cera produzida pelas abelhas (construção da colmeia) e na superfície das folhas (cera de carnaúba) e dos frutos (a manga). Exercem função de impermeabilização e proteção; Fosfolipídios → Moléculas anfipáticas, isto é, possuem uma região polar (cabeça hidrofílica), tendo afinidade por água, e outra região apolar (cauda hidrofóbica), que repele a água; Glicerídeos → Podem ser sólidos (gorduras) ou líquidos (óleos) em temperatura ambiente; Esteroides → Formados por longas cadeias carbônicas dispostas em quatro anéis ligados entre si. São amplamente distribuídos nos organismos vivos, constituindo os hormônios sexuais, a vitamina D e os esteróis (colesterol) Ainda sobre Lipídios Os lipídios são ésteres que constituem os mais importantes óleos e gorduras, com estruturas semelhantes e são elaborados nos seres vivos a partir de ácidos graxos e glicerol. Os lipídios, também denominados de lipídeos, lípides ou lípidos, são uma classe dos ésteres que engloba todas as substâncias gordurosas do reino vegetal e animal; daí a origem do seu nome, pois em grego o termo lipos significa “gordura”. Portanto, incluem como fontes de lipídios na alimentação: óleos, azeites, manteiga, margarina, maionese, alimentos gordurosos como nozes, amendoim, abacate, coco e chocolate. Glicerídeos: Genericamente, esses lipídios são formados nos seres vivos (origem animal e vegetal) por meio de reações entre ácidos graxos superiores e o glicerol, que é uma molécula de triálcool glicerina (propanotriol), conforme mostrado. Observe que em destaque temos três grupos característicos da função dos ésteres, portanto, esse composto é classificado como um triéster. Visto que são derivados do glicerol, os triésteres são denominados de triglicerídeos ou triglicérides. Os radicais R1, R2 e R3 podem ser derivados de ésteres diferentes. A saturação ou instauração desses radicais é que determinará se o glicerídeo será um óleo ou uma gordura, pois temos que: Exemplo de uma gordura: Veja que nesse caso, dois entre três dos radicais são saturados, portanto, esse triglicerídeo é uma gordura. Para você saber se os radicais são saturados ou insaturados não é necessário escrever a fórmula estrutural completa, basta seguir a seguinte regra prática: Por exemplo, no composto a seguir, nos três radicais a quantidade de hidrogênios (33) é inferior ao dobro da quantidade de carbonos (17). Assim, esse composto possui três radicais insaturados, sendo, portanto, um óleo. Visto que a única diferença entre o óleo e a gordura é a insaturação, é possível transformar o óleo em gordura por meio de uma reação de hidrogenação, que é o método usado pela indústria na fabricação da margarina ou gordura vegetal a partir de óleos vegetais. Genericamente, temos: VitaMinas As vitaminas são nutrientes essenciais para o funcionamento adequado do nosso organismo e são obtidas por meio de uma dieta balanceada e saudável. As vitaminas são moléculas orgânicas fundamentais para nossa saúde e encontradas em nossos alimentos. Apesar de serem essenciais, as vitaminas não precisam ser ingeridas em grande quantidade, como é o caso dos carboidratos. A depender da vitamina, as necessidades diárias vão de 0,01 mg a 100 mg. Significado A palavra vitamina é resultado da combinação de duas palavras: vital + amina. Essa denominação foi proposta pelo químico Casimir Funk em 1912, pois ele acreditava que as vitaminas eram vitais para os seres vivos e que todas elas eram aminas. Atualmente, sabe-se que nem todas as vitaminas são aminas. Importância As vitaminas são essenciais para garantir o funcionamento adequado do nosso organismo. Elas atuam, principalmente, como catalizadores de reação dentro dele. Vale lembrar que os catalizadores nada mais são que substâncias que garantem que uma reação química aconteça de forma mais rápida e utilizando menos energia. As vitaminas são importantes na transformação de energia, algumas são antioxidantes e são essenciais para o funcionamento dos vários sistemas do corpo, inclusive o nosso sistema imunológico. A falta de vitaminas no organismo é chamada de avitaminose ou hipovitaminose e pode causar problemas graves de saúde. Classificação As vitaminas são tradicionalmente classificadas em dois grandes grupos: o das vitaminas hidrossolúveis e o das vitaminas lipossolúveis. Essa classificação leva em consideração a sua solubilidade, não estando relacionada, por exemplo, com a função que elas desempenham no nosso organismo. Lipossolúveis São aquelas solúveis em gordura e caracterizam-se por se acumularem no fígado e na gordura do corpo (tecido adiposo). Como exemplo de vitaminas lipossolúveis temos as vitaminas A, D, E e K. Hidrossolúveis São aquelas solúveis em água. Como exemplo de vitaminas hidrossolúveis temos a vitamina C e as vitaminas do complexo B. Tabela Observe, a seguir, uma tabela com dados importantes sobre as vitaminas, sendo esses: suas fontes, funções no organismo e os problemas que podem ser desencadeados devido à sua falta. (Detalhe importante desta tabela: as vitaminas lipossolúveis estão destacadas em um tom de verde mais escuro que o usado para as vitaminas hidrossolúveis.) A (retinol) Fonte: Hortaliças de coloração verde-escuro; vegetais de coloração alaranjada; leite e derivados; e fígado. Função no organismo: Apresenta importante papel na visão, atua na manutenção de tecidos epiteliais e imunidade. Problemas de saúde resultantes de sua falta: Problemas de visão, alterações na pele e alteração na imunidade. D (calciferol) Fonte: Leite e derivados; salmão; e gemas de ovo. Função no organismo: Participa da absorção e utiliza dois sais importantes: o cálcio e o fósforo. Problemas de saúde resultantes de sua falta: Raquitismo (problema de saúde que desencadeia amolecimento e fragilidade de ossos e, em crianças, causa deformações ósseas) e osteoporose E (tocoferol) Fonte: Óleos vegetais; nozes; e sementes. Função no organismo: Atua como antioxidante. Problemas de saúde resultantes de sua falta: Problemas no sistema nervoso. K (filoquinona) Fonte: Hortaliças verdes; também é produzida por bactérias presentes no intestino. Função no organismo: Possui importante papel na coagulação sanguínea. Problemas de saúde resultantes de sua falta: Alterações na coagulação sanguínea B1(tiamina) Fonte: Carne de porco; legumes; vegetais folhosos; e grãos integrais. Função noorganismo: Atua como coenzima usada na remoção de gás carbônico de compostos orgânicos. Importante na manutenção do funcionamento dos sistemas nervoso e circulatório. Problemas de saúde resultantes de sua falta: Beribéri (problema de saúde que desencadeia sintomas como fraqueza, formigamento, dor nos membros, falta de ar e inchaço dos membros) B2 (riboflavina) Fonte: Carnes; grãos integrais; hortaliças; leite e derivados. Função no organismo: Faz parte das coenzimas FAD e FMN. Está relacionada com a manutenção da pele. Problemas de saúde resultantes de sua falta: Lesões na pele B3 (niacina) Fonte: Carnes; ovos; vegetais folhosos; grãos; e nozes. Função no organismo: É um componente das coenzimas NAD+ e NADP+. Ajuda no funcionamento do sistema nervoso e imunológico. Problemas de saúde resultantes de sua falta: Lesões gastrointestinais e na pele, e confusão mental B5 (ácido pantotênico) Fonte: Carnes; hortaliças; grãos integrais; frutas; e leite e derivados. Função no organismo: Componente da coenzima A. Relaciona-se com a formação de hemácias e previne a degeneração de cartilagens Problemas de saúde resultantes de sua falta: Formigamentos, dormência e fadiga. B6 (piridoxina) Fonte: Carnes; grãos integrais; nozes; e hortaliças. Função no organismo: É uma coenzima utilizada no metabolismo de aminoácidos. Ajuda na manutenção do sistema nervoso central e imunológico. Problemas de saúde resultantes de sua falta: Irritabilidade, anemia e espasmos musculares B7 (biotina) Fonte: Hortaliças; ovos; e carnes. Função no organismo: Atua como coenzima na síntese de gordura, aminoácidos e glicogênio. Auxilia na produção de ácidos graxos e redução dos níveis de glicose no sangue. Problemas de saúde resultantes de sua falta: Pele com escamações e problemas neuromusculares B9 (ácido fólico) Fonte: Hortaliças verde; nozes; legumes; e grãos integrais. Função no organismo: Atua como coenzima no metabolismo de ácidos nucleicos e aminoácidos. Atua na manutenção do sistema imunológico, nervoso e circulatório. Problemas de saúde resultantes de sua falta: Anemia e problemas congênitos. B12 (cobalamina) Fonte: Carnes; leite; e derivados e ovos Função no organismo: Participa da produção dos ácidos nucleicos e das hemácias. Age também sobre as células nervosas e no equilíbrio hormonal. Problemas de saúde resultantes de sua falta: Dormência, alterações neurológicas, anemia e perca de equilíbrio C (ácido ascórbico) Fonte: Brócolis; frutas cítricas; e tomate. Função no organismo: Importante na síntese de colágeno, manutenção e integridade das paredes capilares, e atua como antioxidante. Problemas de saúde resultantes de sua falta: Escorbuto (doença que causa sangramentos nas gengivas, fraqueza e irritação na pele) e dificuldade de regeneração de feridas. MeMbrana plasMática Trata-se de uma película que limita a superfície das células. Essa película mantém a estrutura viva da célula separada do ambiente externo, controlando a entrada e a saída de substâncias. Qual a constituição e o que é membrana plasmática? Os componentes mais abundantes da membrana plasmática são as proteínas e os fosfolipídios. Por isso, costuma-se dizer que ela possui constituição lipoprotéica. Essa membrana também pode apresentar colesterol — no caso das células animais — e uma pequena quantidade de glicídios, fator importante de ser estudado para entender ao certo o que é membrana plasmática. Figura 1: Estrutura da membrana plasmática. Os fosfolipídios da membrana plasmática dispõem-se lado a lado, deslocando-se continuamente, sem perder o contato uns com os outros, conferindo grande dinamismo à membrana. Aliás, esses fosfolipídios compõem uma membrana dupla, onde as regiões polares das moléculas da camada externa ficam voltadas para a água do meio extracelular, enquanto nas moléculas da camada interna, as regiões polares estão voltadas para a água do meio intracelular. As proteínas podem estar aderidas superficialmente à membrana ou totalmente incrustadas na estrutura homogênea dos fosfolipídios, atravessando a membrana de lado a lado. Algumas proteínas atuam no transporte de substâncias para dentro ou para fora da célula. Outras, são receptoras que se ligam a substâncias extracelulares e desencadeiam alguma atividade na célula. Os glicídios aparecem apenas na superfície externa, ligados a lipídios (glicolipídios) ou a proteínas (glicoproteínas). O conjunto dessas glicoproteínas e dos glicídios da membrana é o glicocálix. Essa estrutura protege a célula contra danos mecânicos e químicos, além de participar do reconhecimento de uma célula, promovendo a adesão entre elas. Além disso, também participam na identificação de uma célula estranha. Como as proteínas podem movimentar-se paralelamente ao plano da membrana, a estrutura adquire um caráter molecular dinâmico. Esse modelo é chamado de modelo mosaico fluido, proposto originalmente pelos pesquisadores S. J. Singer e G. L. Nicholson em 1972. Como ocorre o transporte de substâncias pela membrana plasmática? Para entender o que é membrana plasmática, faz-se necessário entender que sua permeabilidade é seletiva, ou seja, apenas certas substâncias podem entrar e sair da célula. Moléculas apolares (que se dissolvem bem em gordura) e moléculas muito pequenas (água, gás carbônico e oxigênio) passam pelas regiões que contém apenas lipídios. Já a glicose, aminoácidos, nucleotídeos e sais minerais passam pelas proteínas da membrana. Lembre-se: o transporte pela membrana pode ser passivo (sem gasto de energia) ou ativo (com gasto de energia). Transportes passivos — Difusão A difusão é a capacidade que moléculas de gases e moléculas dissolvidas em líquidos têm de se espalhar uniformemente por todo o espaço disponível. Isso ocorre porque o movimento das moléculas do gás e do líquido é constante e aleatório. Como consequência, há um fluxo maior de moléculas da região mais concentrada para a menos concentrada — a favor de um gradiente de concentração — até atingirem a mesma concentração. Transportes passivos — Osmose A osmose é um caso especial de difusão em que apenas a água se semipermeável — aquela que deixa passar apenas o solvente. Sempre que houver diferença de concentração entre duas soluções, o solvente se moverá da solução menos concentrada para a mais concentrada. Esquema de um experimento demonstrado a osmose. As setas azuis indicam o fluxo de água. (A. Um tubo com uma membrana semipermeável é preenchido com uma solução hipertônica e mergulhando em água pura. B. A água entra por osmose, elevando o líquido no tubo) Quando uma solução “puxa” água de outra (pressão osmótica maior), ela é hipertônica em relação à que perde água, que é hipotônica (pressão osmótica menor). Quando a pressão osmótica de duas soluções é a mesma, uma é isotônica em relação à outra. Figura 2: Aspecto de hémacias em meios com diferentes concentrações. Transportes passivos – Difusão facilitada Na difusão facilitada, ocorre a passagem de substâncias não ajuda de proteínas chamadas permeases. Elas capturam a molécula da substância pela qual possuem afinidade e facilitam sua entrada na célula. Na membrana das células humanas, por exemplo, há grande quantidade de permeases que transportam glicose - fonte de energia para a célula. Além disso, também é freqüente sua atuação para o transporte de íons, que, devido à carga elétrica, atravessam com dificuldade a camada lipídica. Figura 3: Esquema representando a atuação das permeases. Transporte Ativo O transporte Ativo trata-se do deslocamento de substâncias menos concentradas para onde estão mais concentradas, que é realizado por meio do gasto de energia. Esse transporte depende de proteínas especiais capazes de quebrar moléculas de ATP, liberando energia.Por isso, são chamadas de ATP-ases. Essas proteínas combinam-se com uma substância de um lado específico da membrana e sofrem uma mudança para a liberação da substância do outro lado da membrana plasmática. A energia necessária para mudança de forma da proteína é obtida das moléculas de ATP. Por exemplo, bomba de sódio e potássio. Um complexo de proteínas incrustado na membrana plasmática transporta, em cada ciclo, três íons sódio para fora da célula e dois íons potássio para o citoplasma da célula. A energia para o processo é provida pela quebra de moléculas de ATP Como moléculas orgânicas grandes conseguem atravessar a membrana plasmática? Agora que vocês já sabe o que é membrana plasmática, chegou a hora de saber como as moléculas orgânicas grandes, como proteínas e polissacarídeos conseguem atravessá-la. Portanto, é preciso entender que para que isso aconteça, serão necessários processos de endocitose para entrada e exocitose ou clasmocitose para saída. Endocitose Como citamos, a endocitose é um processo responsável pela entrada de partículas grandes ou em maior quantidade, ou até mesmo organismos vivos, podendo ocorrer de duas maneiras: Fagocitose: a célula ingere partículas insolúveis relativamente grandes como microorganismos e resíduos celulares. O citoplasma forma pseudópodes, expansões que envolvem o alimento e o colocam em uma cavidade no interior da célula. Posteriormente ocorrerá a digestão e a absorção dos produtos gerados. Pinocitose: a célula captura líquidos ou macromoléculas dissolvidas em água através de invaginações da membrana, que formam pequenas vesículas. Figura 4: Fagocitose (esquerda) e pinocitose (direita). Obs: é por pinocitose que as células intestinais capturam gotículas de Exocitose Nesse processo, o material a ser eliminado da célula encontra-se no interior de vesículas que serão desfeitas na superfície da membrana plasmática. Esse mecanismo é contrário ao da endocitose. Figura 5: Exocitose. OBS. é pela exocitose que as células do pâncreas e de outras glândulas eliminam seus produtos. ácidos nucléicos Os ácidos nucleicos podem ser definidos como polímeros (macromoléculas formadas a partir de unidades menores) compostos por moléculas conhecidas como nucleotídeos. Os dois ácidos nucleicos existentes são o ácido desoxirribonucleico (DNA) e o ácido ribonucleico (RNA). Eles são responsáveis por codificar e traduzir as informações que determinam a síntese das várias proteínas encontradas nos seres vivos. Função dos ácidos nucleicos Os ácidos nucleicos são moléculas complexas responsáveis por armazenar e transmitir as informações genéticas, bem como garantir sua tradução. O armazenamento e a transmissão dessas informações são garantidos por meio do DNA. A tradução, por sua vez, é um papel do RNA e nada mais é do que a síntese de proteínas, a qual é orientada pelas informações genéticas fornecidas pelo DNA. Algumas moléculas de RNA também apresentam capacidade enzimática, sendo conhecidas como ribozimas. Estrutura dos ácidos nucleicos Os ácidos nucleicos são formados pelos nucleotídeos, moléculas compostas por três componentes: Grupo fosfato; Açúcar de cinco carbonos (pentose); Base nitrogenada (base contendo nitrogênio). Figura 6: Observe os três componentes do nucleotídeo. O DNA e o RNA, que são os dois tipos de ácidos nucleicos existentes, apresentam diferenças em seus nucleotídeos. O açúcar de cinco carbonos pode ser a ribose ou a desoxirribose. Esses açúcares diferenciam-se pelo fato de que a desoxirribose apresenta um átomo de oxigênio a menos que a ribose. A desoxirribose está presente no DNA, enquanto a ribose é encontrada apenas no RNA. As bases nitrogenadas de um nucleotídeo são também variadas. São bases nitrogenadas a adenina, a guanina, a timina, a citosina e a uracila. Elas estão agrupadas em dois grupos: pirimidinas e purinas. Cada base nitrogenada possui um ou dois anéis com átomos de nitrogênio. Nas pirimidinas, observa-se a presença de um anel de seis átomos, incluindo carbono e nitrogênio. Já nas purinas, verifica-se a presença de um anel de seis átomos fusionado a um anel que contém cinco átomos. Citosina, timina e uracila são pirimidinas, enquanto a adenina e a guanina são purinas. No DNA, estão presentes as bases nitrogenadas citosina, guanina, adenina e timina. No RNA, por sua vez, a timina está ausente e, no seu lugar, encontramos a uracila. Figura 7: Na figura, alguns nucleotídeos. A letra D representa a desoxirribose, e a letra R, a ribose. As letras T, U, A, C e G representam, respectivamente, timina, uracila, adenina, citosina e guanina. Os nucleotídeos ligam-se por meio de ligações fosfodiéster, ou seja, um grupo fosfato ligando dois açúcares de dois nucleotídeos. Essa ligação é responsável por formar um padrão de unidades de açúcarfosfato. Quando os nucleotídeos se ligam, observa-se que as duas extremidades livres do polímero ficam diferentes uma da outra. Em uma das extremidades, está o grupo fosfato, ligado ao carbono 5´; na outra, temos um grupo hidroxila ligado ao carbono 3´. Essas extremidades são chamadas de extremidades 5´e 3´. Ao longo da cadeia de açúcar-fosfato, estão ligadas as bases nitrogenadas. O DNA O DNA é o ácido nucleico responsável por armazenar as informações hereditárias. As informações genéticas nessa molécula estão organizadas em unidades chamadas de genes, os quais são herdáveis. Esse ácido nucleico é formado por dois polinucleotídios dispostos de maneira espiralada em torno de um eixo imaginário (dupla-hélice). As cadeias de açúcar-fosfato estão organizadas mais externamente e estão unidas por meio de ligações de hidrogênio estabelecidas entre os pares de bases nitrogenadas dispostos mais internamente. O açúcar encontrado nos nucleotídeos do DNA é a desoxirribose. Vale salientar que as bases nitrogenadas dos nucleotídeos pareiam-se de maneira específica. A adenina só se pareia com a timina, enquanto a guanina sempre se pareia com a citosina. Com isso, temos que as duas cadeias na dupla-hélice do DNA são complementares, assim, ao sabermos a sequência de base de uma cadeia, sabemos imediatamente as bases da outra cadeia. Um fato curioso é que as moléculas de DNA são muito longas, sendo formadas por vários nucleotídeos. O DNA é a maior macromolécula da célula. O RNA O RNA é um ácido nucleico relacionado com a síntese de proteínas. Além disso, algumas moléculas de RNA apresentam função catalítica, sendo denominadas de ribozimas. As moléculas de RNA, diferentemente das moléculas de DNA, apresentam-se como cadeias simples. Em algumas situações, o pareamento ocorre, mas com bases presentes em uma mesma cadeia. Essas combinações conferem ao RNA a formação de estruturas tridimensionais. O açúcar do RNA é a ribose e suas bases nitrogenadas são a citosina, guanina, adenina e uracila. A adenina só se pareia com a uracila, e a guanina sempre se pareia com a citosina. Para saber mais sobre esse ácido nucléico. Genes – a unidade fundamental de hereditariedade Os genes são a unidade fundamental da hereditariedade e são constituídos por um segmento de uma molécula de DNA que contém informações sobre nossas características. Quando estudamos Genética, vemos frequentemente a expressão genes para designar estruturas responsáveis pelas nossas características herdadas. Mas, afinal, o que é um gene e onde ele está localizado no nosso corpo? Gene O gene nada mais é do que uma sequência específica do DNA que contém as instruções necessárias para a síntese de uma proteína ou molécula de RNA. Podemos dizer que o gene é a unidade fundamental da hereditariedade. Geralmente, representam- se os genes com letras do alfabeto. Todas as células de um corpo possuem os mesmos genes, entretanto, em algumas células, um tipo de gene é ativado e outro édesativado, garantindo, assim, a diferenciação das células. Vale frisar que, em alguns casos, o gene fica ativado a todo o momento, pois são fundamentais para a realização de atividades básicas da célula. Localização dos genes Os genes são encontrados nos cromossomos, que são formados por cadeias de DNA altamente condensadas associadas a proteínas. Em um cromossomo, existem diferentes genes, os quais determinam diferentes características. Na espécie humana, é possível observar 23 pares de cromossomos, sendo 22 pares de cromossomos não sexuais (autossomos) e um par de cromossomos sexuais (XX em mulheres e XY em homens). As formas alternativas de um determinado gene são denominadas de alelos e estão localizadas em uma mesma posição em cromossomos homólogos (cromossomos geneticamente equivalentes). Essas formas alternativas de um gene podem surgir por meio de mutações, que fazem com que um pequeno trecho de um gene sofra modificação. Alelos recessivos e alelos dominantes Para cada característica do nosso corpo, temos duas cópias de um gene (uma cópia proveniente do pai e outra da mãe) atuando para que ela se expresse, ou seja, dois alelos. Alguns alelos são dominantes sobre outros, ou seja, a presença de um único alelo é capaz de expressar a sua característica. Já os genes recessivos só se expressam aos pares. Imagine, por exemplo, que uma determinada planta possui genes para flores vermelhas e genes para flores rosa. O gene para flor vermelha é dominante sobre o gene para a flor rosa. Isso quer dizer que, se essa planta herdar apenas um gene para a flor vermelha e outro para a cor rosa, a cor da flor será vermelha. Entretanto, para a flor ser rosa, o par de genes deve ser para a cor rosa. Curiosidade: Você sabia que, em cada célula humana, existem cerca de 25.000 genes? Os genes são as unidades responsáveis pela hereditariedade. Tipos de RNA Existem três tipos de RNA: o RNA mensageiro, o RNA transportador e o RNA ribossomal. Todas essas moléculas são fundamentais para a síntese proteica. O RNA é uma molécula formada por ribonucleotídeos, isto é, nucleotídeos constituídos por um grupo fosfato, uma ribose e uma base nitrogenada, que pode ser adenina, guanina, citosina ou uracila. Cada ribonucleotídeo é ligado entre si por ligações fosfodiéster, formando uma fita simples. Essencial na síntese de proteínas, a molécula de RNA é um ácido nucleico transcrito a partir de uma molécula de DNA (processo de transcrição gênica). Em organismos eucariontes, o RNA é transcrito a partir do DNA cromossômico no interior do núcleo da célula. Já nos procariontes, a transcrição ocorre em uma região denominada de nucleoide. Tipos de RNA Existem três classes de RNA: o RNA ribossômico, o RNA transportador e o RNA mensageiro. Essas classes são encontradas tanto em organismos procariontes quanto em eucariontes. RNA mensageiro (RNAm): Essa classe de RNA, que é responsável por codificar as proteínas, tem seus códons (sequência de três bases nitrogenadas que codifica um aminoácido) lidos no momento da tradução. É, sem dúvidas, a classe mais heterogênea, podendo apresentar estruturas que variam de 500 até mais de 6000 nucleotídeos. RNA transportador (RNAt): O RNA transportador faz o transporte de um aminoácido específico para a síntese de proteína. Essa classe de RNA, que é semelhante em procariontes e eucariontes, apresenta-se como um trevo de quatro folhas, pois a estrutura da molécula apresenta-se dobrada em quatro alças. Uma dessas alças é a do anticódon, região responsável por reconhecer o códon que complementa a molécula do RNAm. Existe ainda uma região denominada de eixo aceptor, local onde o aminoácido liga-se e é levado para que ocorra a síntese proteica. RNA ribossômico (RNAr): O RNA ribossômico, também chamado de ribossomal, é aquele que constitui o ribossomo. Assim que são sintetizados, os RNAr acumulam-se, formando regiões conhecidas como nucléolos. Nesses locais, o RNAr combina-se com proteínas e origina os ribossomos. Relação entre os três tipos de RNA e a síntese proteica O RNA é um ácido nucleico relacionado com a síntese de proteína, um processo também chamado de tradução. Nesse processo, o RNAm é responsável por conter todas as informações necessárias para que determinada proteína seja sintetizada. O RNAt, por sua vez, é o encarregado de transportar os aminoácidos corretos que constituirão a proteína que será produzida. Por fim, temos o RNAr, que forma os ribossomos, organelas responsáveis pela união entre o RNAm e o RNAt, o que permite que a síntese ocorra de maneira adequada. ATENÇÃO: Para saber como o RNA atua na síntese de proteínas, acesse Decifrando o Código da Tradução Proteica! proteínas As proteínas são macromoléculas extremamente importantes para os organismos vivos. Elas representam 50% da massa seca de grande parte das células. As proteínas são macromoléculas formadas por um ou mais polipeptídeos (polímeros de aminoácidos), os quais estão arranjados de maneira única. Todas elas são formadas por carbono, hidrogênio, oxigênio, nitrogênio e enxofre. A presença de fósforo nessas macromoléculas é rara. As proteínas são extremamente importantes para os seres vivos, sendo, por exemplo, as responsáveis por formar mais de 50% da massa seca de grande parte das células. Além disso, elas atuam como catalisadores (alteram a velocidade de uma reação), na defesa do organismo e em várias outras importantes funções. Estrutura das proteínas A estrutura tridimensional de cada proteína é determinada pela sequência de aminoácidos que formam cada polipeptídeo. Veja a seguir os quatro níveis de estrutura das proteínas: Estrutura primária: nada mais é que a sequência de aminoácidos. Ela determina as estruturas secundária e terciária dessa proteína. Estrutura secundária: forma-se quando ocorre a ligação entre os elementos repetidos da cadeia principal polipeptídica. As junções desses elementos são por meio de ligações de hidrogênio. Nesse caso, observa-se que as cadeias estão torcidas, dobradas ou enroladas sobre elas mesmas. Estrutura terciária: corresponde à forma adquirida por um polipeptídeo depois da interação de suas cadeias laterais. Observamos, nesse caso, mais dobras e enrolamentos. Estrutura quartenária: há a associação de duas ou mais cadeias polipeptídicas. Desnaturação de proteínas As proteínas formam uma estrutura tridimensional, a qual pode ser desfeita caso alterações no ambiente ocorram. Dizemos que ocorreu a desnaturação de uma proteína quando ela se desenrola e perde a sua forma original. Quando a proteína perde sua conformação, ela também perde sua capacidade de exercer suas funções no organismo. Proteínas globulares e fibrosas As proteínas podem ser classificadas em globulares e fibrosas. As proteínas globulares são aquelas que possuem formas esféricas e são dobradas várias vezes. As proteínas fibrosas apresentam formato de fibra alongada. Quando comparamos as proteínas globulares com as fibrosas, percebemos que essas últimas são menos compactas. Proteínas simples, conjugadas e derivadas As proteínas também podem ser classificadas em simples, conjugadas e derivadas. Proteínas simples: formadas apenas por aminoácidos. Proteínas conjugadas: quando sofrem hidrólise, liberam aminoácidos e um radical não peptídico. Esse radical é denominado de grupo prostético. Proteínas derivadas: não são encontradas na natureza e são obtidas pela degradação, por meio da ação de ácidos, bases ou enzimas, de proteínas simples ou conjugadas. Função das Proteínas As proteínas estão relacionadas com praticamente todas as funções de um organismo vivo. Veja algumas de suas funções: Funcionam como catalisadores de reações químicas. Atuam na defesa do organismo, uma vez que os anticorpos sãoproteínas. Atuam na comunicação celular. Garantem o transporte de substâncias, como é o caso da hemoglobina, que atua no transporte de oxigênio. Atuam no movimento e contração de certas estruturas, como as proteínas responsáveis pela movimentação de cílios e flagelos. Promovem sustentação, como o colágeno, que atua na sustentação da pele. Alimentos ricos em proteínas As proteínas estão presentes nos mais variados alimentos, principalmente carnes, leite e ovos. As carnes destacam-se pelo seu alto valor de proteínas. A carne de galinha, por exemplo, é composta por 20% de proteínas. Os ovos, por sua vez, são constituídos de 11,8% de proteínas. Os alimentos podem ser classificados em alimentos proteicos completos e incompletos. Os alimentos proteicos completos são aqueles que possuem todos os aminoácidos essenciais. Já os incompletos são aqueles em que se observa a falta de um ou mais aminoácidos essenciais. Os alimentos incompletos são, na sua maioria, de origem vegetal. Aminoácidos Todas as proteínas são formadas por um conjunto de aminoácidos. Cada aminoácido é uma molécula orgânica constituída por grupos carboxila e amino. No centro do aminoácido, há um carbono que apresenta quatro ligantes: um grupo amino, um grupo carboxila, um átomo de hidrogênio e um grupo variável, que é geralmente representado por R. No total, 20 aminoácidos formam todas as proteínas. É importante salientar, no entanto, que nem todos os aminoácidos estão presentes em uma proteína, que, por sua vez, pode apresentar aminoácidos repetidos. Os aminoácidos, em uma cadeia polipeptídica, estão ligados uns aos outros por ligações peptídicas. Os 20 aminoácidos encontrados na natureza são: alanina, arginina, aspartato, asparagina, cisteína, fenilalanina, glicina, glutamato, glutamina, histidina, isoleucina, leucina, lisina, metionina, prolina, serina, tirosina, treonina, triptofano e valina. Desses, alguns são considerados essenciais por serem obtidos apenas com a alimentação. Nos seres humanos adultos, oito aminoácidos são essenciais: isoleucina, leucina, lisina, metionina, fenilalanina, treonina, triptofano e valina. A figura a seguir mostra os 20 aminoácidos presentes na natureza e alguns derivados: Resumindo As proteínas são macromoléculas que possuem como unidade básica os aminoácidos. Elas atuam nas mais variadas funções do organismo, estando relacionadas, por exemplo, com a defesa, aceleração de reações químicas, transporte de substâncias e comunicação celular. As proteínas apresentam diferentes configurações tridimensionais, podendo apresentar estrutura primária, secundária, terciária e quaternária. No que diz respeito à composição, elas podem ser simples, conjugadas ou derivadas. Encontramos proteínas em diversos alimentos, sendo as carnes, leite e ovos os mais ricos nessas macromoléculas. A hemoglobina é uma proteína relacionada com o transporte de oxigênio no sangue. Proteínas do Plasma Sanguíneo O plasma sanguíneo corresponde à porção solúvel do sangue, apresentando água (ocupando 92% do volume) e considerável concentração de substâncias proteicas (com aproximadamente 7% do volume), entre as quais são classificadas as seguintes: Fibrinogênio → Elementos que atuam no mecanismo de coagulação. Globulinas → Frações que correspondem: aos anticorpos, agindo na defesa do organismo contra as infecções; e as lipoproteínas que transportam lipídios, como o colesterol HDL (High-density lipoproteins), este que evita a formação de depósitos de ateroma na parede das artérias, sendo, por isso, conhecido popularmente como o "bom colesterol". Albuminas → Proteína que auxilia a regulação do controle osmoregulador do sangue e manutenção da pressão sanguínea, além de proporcionar a difusão de agentes hormonais e ácidos graxos, sendo a mais abundante na composição do plasma. Contudo, o plasma também possibilita um importante meio para o transporte de elementos figurados, como: as hemácias, os leucócitos e as plaquetas. Composição Química das Proteínas A nossa saúde e boa disposição dependem em grande parte da nossa alimentação. Cada tipo de alimento é constituído por um ou mais nutrientes, que são substâncias químicas que permitem o bom funcionamento de nosso organismo. Entre os principais nutrientes que nosso corpo necessita estão as proteínas, cujo nome vem do grego proteíos, que significa “primeiro”, o que mostra a importância primária que esse composto tem para a vida. As proteínas estão presentes em todas as células vivas e são polímeros naturais formados pela reação de polimerização por condensação entre α-aminoácidos (α-aa - em que o grupo amina está no segundo carbono contando a partir do grupo carboxila) unidos por ligações peptídicas. Isso significa que ocorre a ligação entre um grupo amino (RNH2) de uma molécula do grupo amina com o grupo carboxila (R1CO2H) de outra molécula do grupo dos ácidos carboxílicos. O resultado é a formação de um grupo amida (RNHCOR1) e a liberação de uma molécula de água (H2O): Esses α-aa se unem formando as proteínas com mais de 100 ligações peptídicas. Abaixo temos um exemplo de dois α-aa genéricos: Existem 20 aminoácidos que são encontrados nas proteínas, abaixo temos alguns deles: Entretanto, apenas nove aminoácidos presentes nas proteínas são considerados essenciais para nós, porque o nosso organismo não os sintetiza e é preciso então adquiri-los por meio da alimentação. Toda proteína apresenta uma estrutura primária que é a sequência de aminoácidos que estão unidos na cadeia principal. Mas existem também estruturas secundárias, terciárias e quaternárias das proteínas, que são as interações que ocorrem em porções ou partes de uma mesma proteína ou também entre várias cadeias de proteínas. Algumas dessas interações são ligações de hidrogênio e de dissulfeto. Para saber quais são os alimentos que são fontes de proteínas e por que essas substâncias são tão importantes para a manutenção da vida, leia o texto Função das proteínas e suas fontes na alimentação. enziMologia Enzimas são proteínas que atuam controlando a velocidade e regulando as reações que ocorrem no organismo. Elas catalizam reações químicas específicas atuando sobre substratos específicos e em locais específicos desses substratos. A ação das enzimas pode ser influenciada por alguns fatores, como a temperatura elevada. A seguir falaremos um pouco mais sobre elas, sua importância, seu mecanismo de ação, e sua nomenclatura e classificação. O que são enzimas? As enzimas são proteínas globulares especializadas que atuam controlando a velocidade e regulando as reações químicas do organismo. É importante destacar que algumas moléculas de RNA, conhecidas como ribozimas, atuam como enzimas. Estas ainda apresentam papel catalizador, ou seja, atuam aumentando a velocidade das reações químicas. As enzimas são altamente específicas, sendo que cada uma delas atua sobre um substrato específico em uma reação. Atualmente são conhecidas mais de 2.000 enzimas, e cada uma atua em uma reação específica. Nomenclatura das enzimas A nomenclatura das enzimas ocorre de diversas maneiras. As três formas mais utilizadas são: Nome clássico ou recomendado: nomeia, geralmente, acrescentando a terminação - ase ao nome do substrato sobre o qual atua a enzima. Essa é a forma mais utilizada por quem trabalha com enzimas. Por exemplo, a enzima amilase atua na reação de hidrólise do amido em moléculas de glicose, e a urease cataliza a reação de hidrólise da ureia em amônia e CO2. Nome usual: utiliza nomes consagrados pelo uso, como tripsina e pepsina. Nome sistemático: forma mais complexa e instituída pela União Internacional de Bioquímica e Biologia Molecular (IUBMB), apresenta mais informações que as demais em relação à funcionalidade da enzima. O nome sistemáticoapresenta, geralmente, três partes: o nome do substrato, o tipo de reação catalizada e o sufixo -ase. Por exemplo, a reação de conversão da glicose- 6-fosfato à frutose6-fosfato é catalizada pela enzima denominada glicose fosfato isomerase. Além do nome sistemático, a enzima recebe também um número, que deverá ser utilizado para uma precisa identificação. Essa numeração segue o modelo: EC XXXX. A sigla EC representa a Comissão de Enzimas (Enzyme Comission) da União Internacional de Bioquímica e Biologia Molecular, e a sequência de quatro números é referente à sua classificação. Classificação das enzimas As enzimas podem ser classificadas, segundo a União Internacional de Bioquímica e Biologia Molecular e de acordo com o tipo de reação que catalizam, da seguinte maneira: Classe 1. Óxido-redutases: reações de óxido- redução ou transferências de elétrons (íons hidreto ou átomos de H). Exemplos: desidrogenases e peroxidases. Classe 2. Transferases: reações de transferências de grupos funcionais entre as moléculas. Exemplos: aminotransferases e quinases. Classe 3. Hidrolases: reações de hidrólise, em que ocorre a quebra de uma molécula em moléculas menores com a participação da água. Exemplos: amilase, pepsina e tripsina. Classe 4. Liases: reações em que pode ocorrer a adição de grupos a duplas ligações ou a remoção de grupos deixando dupla ligação. Exemplo: fumarase. Classe 5. Isomerase: reações em que ocorrem a formação de isômeros. Exemplo: epimerase. Classe 6. Ligase: reações de síntese em que ocorre a união de moléculas com gasto de energia, geralmente, proveniente do ATP. Exemplo: sintetases. Mecanismo de ação das enzimas As enzimas atuam ligando-se a substratos específicos em locais específicos. Ao fim do processo, elas são liberadas para catalizarem novas reações. A energia necessária para que uma reação inicie é chamada de energia de ativação. As enzimas atuam reduzindo essa energia de ativação e fazendo com que a reação ocorra de forma mais rápida do que na ausência dela. Essa capacidade catalizadora das enzimas aumenta a velocidade das reações em cerca de 10^14 vezes. A ação das enzimas ocorre por sua associação temporária com as moléculas que estão reagindo, aproximando-as. Com isso, as enzimas podem enfraquecer também as ligações químicas existentes, facilitando a formação de novas ligações. Elas se ligam a moléculas específicas, denominadas de substratos, e em locais específicos, os sítios de ativação, formando um complexo transitório. Ao fim do processo, esse complexo decompõe-se, liberando os produtos e a enzima, que, geralmente, recupera sua forma, podendo usada novamente para catalisar reações. As enzimas atuam em cadeia, sendo que diversas delas podem atuar em sequência, num determinado conjunto de reações, formando as chamadas vias metabólicas. Uma célula apresenta diversas vias metabólicas, cada uma responsável por uma função específica, por exemplo, a síntese de substâncias, como os aminoácidos. Sítios de ligação Como dito, as enzimas ligam-se aos substratos nos denominados sítios de ligação. Elas apresentam resíduos de aminoácidos específicos arranjados de forma tridimensional, formando os sítios de ligação, locais em que os substratos ligam-se durante a reação. Além desse arranjo tridimensional, as enzimas apresentam, nesses sítios, um arranjo adequado de regiões hidrofílicas (interagem com água) e hidrofóbicas (não interagem com água), carregadas (apresentam cargas elétricas) e neutras (não apresentam cargas elétricas). O substrato deve apresentar uma configuração adequada, estrutural e química, de forma a alojar-se no sítio de ligação. Esse modelo de encaixe perfeito é conhecido como modelo chave-fechadura, devido à relação com o fato de que cada chave encaixa-se em uma fechadura específica. No entanto, é sabido que a aproximação e a ligação do substrato ao sítio de ligação induzem na enzima uma mudança conformacional, tornando-a ideal. Esse modelo é conhecido como modelo do ajuste induzido. Fatores que regulam a atividade enzimática As enzimas podem ter sua atividade influenciada por alguns fatores. Dentre esses podemos destacar a temperatura, o pH e as enzimas reguladoras. Temperatura: Grande parte das enzimas aumenta suas taxas de reações na medida em que a temperatura em que elas atuam eleva-se em 10 ºC. Entretanto, essa taxa começa a decair a partir do momento em que a temperatura atinge os 40 ºC. A partir dessa temperatura, observa-se que as enzimas passam a sofrer desnaturação, um desdobramento de sua estrutura. pH: Alterações no pH do meio em que a enzima encontra-se leva a alterações em suas cargas. A manutenção da forma das enzimas deve-se à atração e repulsão entre as cargas dos aminoácidos que a constituem. Mudanças nessas cargas alteram a forma da enzima, afetam a ligação entre ela e substrato e, assim, a sua funcionalidade. Enzimas reguladoras: Estas atuam regulando a taxa das vias metabólicas. Muitas vezes, elas ocupam o primeiro lugar da sequência da via metabólica e aumentam ou diminuem a atividade mediante alguns sinais, como os níveis de substrato ou a demanda energética da célula. Resumo sobre enzimas As enzimas são proteínas que atuam como catalisadores biológicos. Catalisadores são substâncias que atuam diminuindo a energia de ativação das reações, aumentando a velocidade em que essas ocorrem e não sendo consumidas no processo. As enzimas apresentam alta especificidade, atuam apenas sobre substratos específicos. As enzimas atuam diminuindo a energia de ativação das reações nas células. A temperatura, o pH e as enzimas reguladoras são fatores que influenciam na atividade enzimática. Hormônios: substâncias que controlam diversas funções do organismo As glândulas endócrinas são aquelas que produzem substâncias que são lançadas diretamente no sangue. Essas substâncias químicas são chamadas de hormônios. Os hormônios são essenciais para o funcionamento do corpo humano e atuam regulando a função de outras células. Diferentemente de outras substâncias, como os neurotransmissores, eles são capazes de manter a sua ação por tempo mais prolongado. Apesar de ser liberado no sangue e atingir uma grande quantidade de células, eles atuam apenas na célulaalvo. Isso significa que determinada célula só será estimulada ou inibida pela ação de um hormônio específico. Na membrana de cada célula-alvo existe um receptor hormonal, uma proteína capaz de se ligar ao hormônio. Cada receptor só se combina com um determinado hormônio, ou seja, é uma ligação específica. É importante destacar que caso um hormônio esteja em grande quantidade na corrente sanguínea, a célula poderá diminuir o número de receptores em sua membrana. Em caso de diminuição, ela poderá aumentar seus receptores. Existem também hormônios que se comunicam com receptores no citoplasma, como os hormônios esteroides. Alguns hormônios atuam regulando a secreção de outros hormônios, ou seja, atuam controlando a ação de outras glândulas endócrinas. Nesse caso, recebem o nome de hormônios trópicos. Podemos citar como exemplo os hormônios: tireoideotrópicos (atuam na tireoide), adrenocorticotróficos (atuam na suprarrenal) e gonadotrópicos (atuam nos testículos e ovários). Observe abaixo as principais glândulas produtoras de hormônios no corpo humano: - Hipófise: Dentre a vasta quantidade de hormônios produzidos pela hipófise, podemos citar o adrenocorticotrófico, tireoideotrófico, prolactina, folículo estimulante, luteinizante, somatotropina. - Tireoide: Tiroxina, triiodotironina e calcitonina. - Paratireoide: Paratormônio. - Glândula suprarrenal: Glicocorticoides e mineralocorticoides. - Testículo: Andrógenos. - Ovário: Estrógenos e progesterona. - Medula da suprarrenal: Adrenalina e noradrenalina.Sais minerais: substâncias indispensáveis para o organismo Os sais minerais são importantes elementos inorgânicos que atuam nas mais variadas atividades do nosso organismo.Os sais minerais são elementos inorgânicos necessários para o funcionamento adequado do organismo, atuando, por exemplo, na constituição de ossos, contração muscular e propagação do impulso nervoso. Em virtude da incapacidade do nosso corpo de produzir essas substâncias, é fundamental que elas sejam adicionadas à nossa dieta. Principais sais minerais e seu papel na saúde humana Cálcio: é um dos sais minerais mais conhecidos e representa, aproximadamente, metade da quantidade total de minerais do organismo. Seu papel é amplo, estando relacionado com a permeabilidade da membrana, contração muscular, liberação de hormônios, coagulação do sangue, além, é claro, de formar ossos e dentes. O cálcio pode ser encontrado em vários alimentos, destacando-se leites e derivados, cereais e legumes. Fósforo: Esse sal mineral é encontrado principalmente no esqueleto humano, pois faz parte da composição dos ossos. Além desse papel mais conhecido, ele faz parte da estrutura da membrana (fosfolipídeo) e fornece energia para a célula na forma de ATP (adenosina trifosfato). É encontrado em leites e derivados, ovos, pães e cereais. Flúor: Seu papel mais conhecido é, sem dúvida, na prevenção de problemas dentários, mas ele também é importante para outras células e tecidos. Encontrado em maior quantidade na água fluorada. Iodo: Esse sal mineral está relacionado diretamente com o metabolismo do organismo, uma vez que faz parte da composição dos hormônios tireoidianos (tiroxina e tri-iodotironina). Pessoas acima dos 14 anos devem consumir 150 mcg de iodo diariamente. O iodo é encontrado adicionado ao sal de cozinha e em alguns frutos do mar. Potássio: Esse sal mineral atua principalmente no metabolismo e na produção de proteínas e glicogênio. Além disso, está ligado à excitação neuromuscular, participa da bomba de sódio-potássio e controla os níveis de pH e a quantidade água disponível no nosso organismo. Um adulto deve consumir diariamente cerca de 4700mg desse sal. Pode ser encontrado em frutas, leite, carnes e cereais. Sódio: constitui o sal de cozinha e está relacionado, entre outras funções, com a manutenção do potencial de membrana, absorção de água, glicose e aminoácidos, além de ajudar no controle da pressão sanguínea. Recomenda-se que, diariamente, um adulto faça uso de 1,3 g de sódio diariamente. Além do sal de cozinha, pode- se encontrar sódio em alimentos como queijo e vegetais. Magnésio: Apesar de menos comum, esse sal mineral não é menos importante, pois está relacionado com mais de 300 reações enzimáticas diferentes. Relaciona-se com o metabolismo do cálcio e também com a produção de vitamina D. Recomenda-se que adultos entre 19 e 30 anos consumam diariamente 400 mg. Após essa idade, a recomendação é de 420mg para homens e 320mg para mulheres. Ele é encontrado principalmente em verduras com folhas verde-escuras. Ferro: desempenha um importante papel no transporte de oxigênio para as células, uma vez que faz parte da hemoglobina, que é encontrada nos eritrócitos . Além disso, o sal é responsável por ativar enzimas e atua na respiração celular. É encontrado em alimentos como coração, fígado, gema de ovo, beterraba e feijão. Zinco: é um mineral importante para a realização de reações químicas por algumas enzimas. Ele está relacionado com a resposta imune, função neurológica, estrutura de proteínas, síntese de hormônios, transmissão de impulsos nervosos, entre outras funções. É importante destacar que é um componente da insulina e, portanto, relaciona-se com o controle da glicose. O zinco pode ser encontrado em peixes, aves, carne bovina, leite e derivados. Feromônios: um mensageiro químico entre os indivíduos O feromônio pode ser considerado um mensageiro químico entre os indivíduos e possui diversas funções, como demarcação de território, aviso de predadores e marcação de trilhas. A comunicação entre os animais pode realizar-se de diversas formas, sejam elas sinais visuais, sonoros e até químicos. Na comunicação química, são secretadas substâncias denominadas de semioquímicos. Quando a ação dessas substâncias ocorre entre indivíduos de mesma espécie, denominamos essas substâncias de feromônios. O que é um feromônio? O feromônio pode ser considerado um mensageiro químico entre os indivíduos e possui diversas funções, como demarcação de território, aviso de predadores e marcação de trilhas. Existem diversos tipos de feromônios, que podem ter ação praticamente imediata no comportamento do receptor dessa substância ou podem desencadear alterações fisiológicas ou neuroendócrinas que causarão mudanças na fisiologia ou comportamento do receptor. Podemos observar um exemplo de ação imediata no feromônio liberado pelas formigas forrageiras quando detectam uma fonte de alimento. Elas marcam seu caminho de volta ao formigueiro com o feromônio e este guia o restante do grupo até aquela fonte. Feromônios e a atração sexual Os feromônios também estão relacionados com a atração sexual. As fêmeas do bicho- da-seda, por exemplo, liberam o feromônio denominado de Bombicol para atrair os machos para o acasalamento. Os machos possuem grandes antenas com milhares de receptores olfativos que percebem a presença da fêmea a quilômetros de distância. Curiosidade: Como os feromônios atuam no processo reprodutivo, são realizados diversos estudos sobre os feromônios de algumas espécies, principalmente de insetos, para que possam ser empregados no manejo de pragas. resuMindo Visão geral da Bioquímica: Principais Constituintes dos Seres Vivos Principais elementos químicos presentes nos seres vivos: C, H, O, N, P, S; Moléculas ou substâncias presentes nos seres vivos: Inorgânicas: água e sais minerais; Orgânicas: carboidratos, lipídios, proteínas, vitaminas e ácidos nucleicos. Metabolismo celular: Anabolismo: reações de síntese ou união; Catabolismo: reações de análise ou quebra. Água Características gerais Molécula composta: H2O; Polar: possui polo positivo e negativo; Solvente de muitas substâncias (universal); • Tensão superficial: as moléculas de água próximas à superfície de um recipiente (ou em lagos) estabelecem maior número de ligações de hidrogênio, criando uma forte tensão entre elas. Tal fenômeno permite com insetos consigam ficar parados ou até caminhar sobre a lâmina de água; Classificação das substâncias quanto à solubilidade em água: • Hidrofílica: substâncias solúveis; • Hidrofóbicas: substâncias insolúveis. Participação da água em reações químicas: • Reações de hidrólise: quebra com ajuda da água; • Reações de síntese por desidratação: união com perda de água. Participa do transporte de substâncias; Atua como regulador térmico; Substância mais abundante nos seres vivos; Variações do teor de água nos seres vivos: • Entre seres vivos; • Entre tecidos ou órgãos do mesmo indivíduo; • Entre faixas etárias diferentes. Sais Minerais Características gerais São substâncias inorgânicas; Necessários em pequenas doses diárias; Funções gerais: • Estrutural ou plástica; • Reguladora. Estão sob as formas: • Dissolvida em água; • Cristais ou imobilizados. Quanto à necessidade de consumo diário: • Microminerais; • Macrominerais. Exemplos, papeis biológicos (PB) e consequências da carência (CC) Cálcio PB: formação de ossos e dentes; contração muscular; coagulação do sangue; CC: perda da rigidez óssea; desmineralização óssea. Fosfato PB: formação de ossos e dentes; estrutura da membrana plasmática; estrutura do ATP; estrutura do DNA; CC: fraqueza; desmineralização óssea. Ferro PB: integranteda hemoglobina e dos citocromos; CC: anemia ferropriva; fraqueza. Sódio, potássio e cloro PB: atuam na polarização da célula; formação dos impulsos nervosos; regulação do pH; CC: fraqueza; fadiga muscular; desequilíbrio osmótico. Flúor PB: formação dos ossos e dentes (esmalte); CC: favorece a formação de cáries dentárias. Iodo PB: composição dos hormônios da tireoide; CC: bócio endêmico. Magnésio PB: componente da clorofila; cofator de muitas enzimas; CC: prejuízo ao crescimento vegetal. Carboidratos ou Glicídios Características gerais Sinônimos: glicídios ou açúcares; Substâncias orgânicas; Esqueleto químico básico: C, H, O; Funções gerais: • Energética; • Estrutural ou plástica; A quantidade de carboidratos em um alimento é medida em calorias ou quilocalorias; • Alimentos diet: destinados a um público específico; • Alimentos light: destinados a uma dieta hipocalórica. Classificação Monossacarídeos Mais simples; Unidades estruturais (monômeros); Fórmula química geral: Cn (H2 O)n ; Exemplos: triose, tetrose, pentose, hexose. Dissacarídeos Originados da união entre dois monossacarídeos; Síntese por desidratação; Exemplos: lactose, maltose, sacarose. Polissacarídeos Carboidratos complexos (polímeros); Originados da união de vários monossacarídeos; Exemplos: glicogênio, amido, quitina, celulose. Lipídios Características gerais Substâncias orgânicas; Baixa solubilidade em água; Possuem longas cadeias carbônicas (ácidos graxos); Funções biológicas gerais: • Reserva energética; • Isolante térmico; • Impermeabilizante; • Estrutural ou plástico. Classificação Glicerídeos Conhecidos como óleos e gorduras; Feitos de ácidos graxos + glicerol (álcool); Reserva energética; Óleo ≠ gordura. Cerídeos Conhecidos como ceras; Feitos de ácidos graxos + grupo álcool; Impermeabilizantes. Fosfolipídios Lipídios compostos; São ditos anfipáticos ou anfifílicos; Presentes na membrana plasmática. Esteroides Lipídios especiais; Formados de anéis carbônicos interligados; Exemplos: colesterol e ergosterol. Colesterol: HDL e LDL Tipos de Colesterol: A classificação é baseada na associação entre: colesterol + proteína plasmática de transporte = lipoproteína; Os tipos: VLDL: baixíssima densidade; LDL: baixa densidade; HDL: alta densidade. Lidograma: exame diagnóstico da presença a quantidade de cada tipo de colesterol. VLDL: Transporta triglicerídeos e um pouco de colesterol até as células; Seu excesso pode formar placas de gordura nos vasos sanguíneos (placas de ateroma). LDL: É chamado de colesterol ruim; Presente em grandes quantidades em alimentos que possuem altos níveis de gordura saturada e trans; O excesso leva à formação de placas de ateroma; Principal forma de transporte de colesterol no plasma. HDL: É chamado de colesterol bom; Retira o excesso de colesterol dos tecidos e leva até o fígado, que produz a bile; Produzido a partir do consumo de gordura insaturada. DISLIPIDEMIA: Situação clínica em que o indivíduo apresenta alta concentração de LDL e baixa concentração de HDL no plasma sanguíneo. Vitaminas Características gerais Substâncias orgânicas; Possuem pequeno peso molecular e tamanho; Não sofrem digestão quando ingeridas; São quimicamente e funcionalmente diversificadas; Função geral: reguladores do metabolismo; Classificação das vitaminas quanto à solubilidade: Hidrossolúveis: solúveis em água; Lipossolúveis: insolúveis em água. Tipos de vitaminas, papéis biológicos e consequências da carência Vitamina A (Retinol) PB: formação dos pigmentos visuais; manutenção dos epitélios; CC: cegueira noturna; xeroftalmia; ressecamento dos epitélios. Vitamina B1 , B6 , B8 , B9 , B12 PB: coenzimas do metabolismo de proteínas, lipídios e ácidos nucléicos; CC: B1 = beribéri; B6 , B9 , B12 = anemia; B8 = dermatite. Vitamina B3 (Niacina) PB: metabolismo do sistema nervoso; CC: pelagra (doença dos 3D´s). Vitamina C (Ácido ascórbico) PB: antioxidante; favorece a absorção intestinal de ferro; fortalece a imunidade; formação de colágeno; CC: escorbuto. Vitamina D (Calciferol) PB: favorece a absorção intestinal de cálcio; CC: raquitismo (crianças); osteomalácia (adultos). Vitamina E (Tocoferol) PB: antioxidante; CC: alterações neurológicas; esterilidade (experimental). Vitamina K PB: metabolismo da coagulação sanguínea; CC: hemorragias. Proteínas: Estrutura Características gerais Substâncias orgânicas; São macromoléculas: polímeros formados por aminoácidos; Ligações peptídicas: • São ligações entre os aminoácidos; • Classificadas como reações de síntese por desidratação. A ligação peptídica Sendo: X e Z: aminoácidos quaisquer; W: dipeptídeo Y: ligação peptídica Classificação dos aminoácidos quanto à obtenção Naturais: produzidos pelo próprio organismo por meio de reações químicas próprias; Essenciais: obtidos apenas por meio da alimentação. Papéis biológicos das proteínas Estrutural: colágeno e queratina; Transporte: hemoglobina e mioglobina; Motor: miosina e actina; Defesa: imunoglobulina (anticorpo); Hormonal: insulina e glucagon; Catalisador (enzimático): amilase, pepsina e tripsina; Nutricional: caseína, ovoalbumina. Classificação das proteínas quanto à estrutura Proteínas: Enzimas Características gerais das enzimas Catalisadores biológicos: aceleram a velocidade das reações químicas sem aumentar a energia de ativação; Especificidade: encaixe ao substrato de acordo com modelo da “chave-fechadura”; Reutilizáveis: não são consumidas durante a reação química; Reversibilidade: algumas enzimas podem converter reagentes em produtos e vice- versa. Atenção: Holoenzimas: são enzimas cuja ativação depende de um cofator (que pode ser um sal mineral ou uma vitamina). Fatores que influenciam a atividade enzimática Temperatura • Em temperatura ideal ou ótima: velocidade máxima; • Em baixa temperatura: velocidade mínima; • Em alta temperatura: ocorre a desnaturação. pH • Em pH ideal ou ótimo: velocidade máxima; • Em pH diferente do ideal: velocidade mínima; • Em alta temperatura: ocorre a desnaturação. Concentração de substratos • Quantidade igual ou maior que a de enzimas: velocidade máxima; • Quantidade menor que a de enzimas: velocidade mínima. Presença de inibidores • Substâncias que atrapalham ou impedem o encaixe perfeito
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