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Fazemos parte do Claretiano - Rede de Educação BIOQUÍMICA E FARMACOLOGIA Meu nome é Marcelo César Jardim. Sou mestre e doutor em Farmacologia pela Faculdade de Medicina da Universidade de São Paulo de Ribeirão Preto (FMRP-USP) e graduado em Farmácia-Bioquímica, com habilitação na modalidade de Análises Clínicas e Toxicológicas pela Faculdade de Ciências Farmacêuticas da Universidade Estadual Paulista "Júlio de Mesquita Filho" de Araraquara (FCF-UNESP). Minha área de concentração dos estudos durante a Pós-Graduação foi em Psicofarmacologia. Sou professor universitário desde 2004 e ministro aulas de Farmacologia e de disciplinas afins, como Fisiologia, Bioquímica, Biologia Celular, Toxicologia, Patologia, Anatomia, Farmacobotânica, entre outras, em vários cursos superiores da área da Saúde. marcelojardim@claretiano.edu.br - Meu nome é Maria Isabel da Silva. Sou graduada em Farmácia-Indústria pela Faculdade de Ciências Farmacêuticas de Ribeirão Preto – USP, onde também fiz mestrado. Realizei o doutorado na Faculdade de Medicina de Ribeirão Preto – USP, na área de Genética. Fiz pós-doutorado no Centro de Imunologia de Marselha, onde trabalhei com Imunogenética Molecular. Sou docente no Ensino Superior desde 1992, atuando em diversas áreas do conhecimento. Desde 2005, leciono nos cursos das Áreas de Ciências Biológicas e da Saúde do Claretiano – Centro Universitário. E-mail: mariaisabel@claretiano.edu.br Claretiano – Centro Universitário Rua Dom Bosco, 466 - Bairro: Castelo – Batatais SP – CEP 14.300-000 cead@claretiano.edu.br Fone: (16) 3660-1777 – Fax: (16) 3660-1780 – 0800 941 0006 www.claretianobt.com.br Marcelo César Jardim Maria Isabel da Silva Batatais Claretiano 2016 BIOQUÍMICA E FARMACOLOGIA © Ação Educacional Claretiana, 2015 – Batatais (SP) Todos os direitos reservados. É proibida a reprodução, a transmissão total ou parcial por qualquer forma e/ou qualquer meio (eletrônico ou mecânico, incluindo fotocópia, gravação e distribuição na web), ou o arquivamento em qualquer sistema de banco de dados sem a permissão por escrito do autor e da Ação Educacional Claretiana. CORPO TÉCNICO EDITORIAL DO MATERIAL DIDÁTICO MEDIACIONAL Coordenador de Material Didático Mediacional: J. Alves Preparação: Aline de Fátima Guedes • Camila Maria Nardi Matos • Carolina de Andrade Baviera • Cátia Aparecida Ribeiro • Dandara Louise Vieira Matavelli • Elaine Aparecida de Lima Moraes • Josiane Marchiori Martins • Lidiane Maria Magalini • Luciana A. Mani Adami • Luciana dos Santos Sançana de Melo • Patrícia Alves Veronez Montera • Raquel Baptista Meneses Frata • Simone Rodrigues de Oliveira Revisão: Cecília Beatriz Alves Teixeira • Eduardo Henrique Marinheiro • Felipe Aleixo • Filipi Andrade de Deus Silveira • Juliana Biggi • Paulo Roberto F. M. Sposati Ortiz • Rafael Antonio Morotti • Rodrigo Ferreira Daverni • Sônia Galindo Melo • Talita Cristina Bartolomeu • Vanessa Vergani Machado Projeto gráfico, diagramação e capa: Bruno do Carmo Bulgarelli • Joice Cristina Micai • Lúcia Maria de Sousa Ferrão • Luis Antônio Guimarães Toloi • Raphael Fantacini de Oliveira • Tamires Botta Murakami Videoaula: Fernanda Ferreira Alves • Marilene Baviera • Renan de Omote Cardoso Bibliotecária: Ana Carolina Guimarães – CRB7: 64/11 DADOS INTERNACIONAIS DE CATALOGAÇÃO NA PUBLICAÇÃO (CIP) (Câmara Brasileira do Livro, SP, Brasil) 615.1 J42b Jardim, Marcelo César Bioquímica e farmacologia / Marcelo César Jardim, Maria Isabel da Silva – Batatais, SP : Claretiano, 2016. 164 p. ISBN: 978-85-8377-504-1 1. Bioquímica. 2. Biomoléculas. 3. Metabolismo celular. 4. Farmacologia. 5. Farmacocinética. 6. Farmacodinâmica. I. Silva, Maria Isabel da. II. Bioquímica e farmacologia. CDD 615.1 CDD 658.151 INFORMAÇÕES GERAIS Cursos: Graduação Título: Bioquímica e Farmacologia Versão: ago./2016 Formato: 15x21 cm Páginas: 164 páginas SUMÁRIO CONTEÚDO INTRODUTÓRIO 1. INTRODUÇÃO ................................................................................................... 9 2. GLOSSÁRIO DE CONCEITOS ............................................................................ 11 3. ESQUEMA DOS CONCEITOS-CHAVE ............................................................... 14 4. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ..................................................................... 15 UNIDADE 1 – COMPOSIÇÃO QUÍMICA DO ORGANISMO HUMANO, PROPRIEDADES DA ÁGUA, PH E SISTEMAS-TAMPÃO 1. INTRODUÇÃO ................................................................................................... 19 2. CONTEÚDO BÁSICO DE REFERÊNCIA ............................................................. 20 2.1. ÁGUA E SEU SIGNIFICADO PARA A VIDA ............................................... 20 2.2. BIOMOLÉCULAS....................................................................................... 23 2.3. SISTEMAS-TAMPÃO E pH ........................................................................ 51 3. CONTEÚDO DIGITAL INTEGRADOR ................................................................ 54 3.1. A ÁGUA E SEU SIGNIFICADO PARA A VIDA............................................ 54 3.2. BIOMOLÉCULAS....................................................................................... 55 3.3. SISTEMAS-TAMPÃO E pH ........................................................................ 56 4. QUESTÕES AUTOAVALIATIVAS ....................................................................... 57 5. CONSIDERAÇÕES ............................................................................................. 59 6. E-REFERÊNCIAS ................................................................................................ 59 7. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ..................................................................... 62 UNIDADE 2 – BIOENERGÉTICA E METABOLISMO 1. INTRODUÇÃO .................................................................................................. 65 2. CONTEÚDO BÁSICO DE REFERÊNCIA ............................................................. 65 2.1. BIOENÉRGÉTICA: ASPECTOS GERAIS ..................................................... 65 2.2. GLICÓLISE E O CICLO DO ÁCIDO CÍTRICO ............................................. 67 2.3. METABOLISMO DO GLICOGÊNIO ........................................................... 74 2.4. METABOLISMO DOS LIPÍDEOS ............................................................... 77 2.5. METABOLISMO DO NITROGÊNIO .......................................................... 79 2.6. INTEGRAÇÃO DO METABOLISMO .......................................................... 83 3. CONTEÚDO DIGITAL INTEGRADOR ................................................................ 86 3.1. BIOENERGÉTICA ...................................................................................... 86 3.2. INTEGRAÇÃO DO METABOLISMO .......................................................... 87 4. QUESTÕES AUTOAVALIATIVAS ....................................................................... 87 5. CONSIDERAÇÕES ............................................................................................. 89 6. E-REFERÊNCIAS ................................................................................................ 90 7. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS .....................................................................90 UNIDADE 3 – FARMACOLOGIA: HISTÓRIA, DIVISÕES, CONCEITOS FUNDAMENTAIS (FARMACOCINÉTICA E FARMACODINÂMICA) 1. 1. INTRODUÇÃO .............................................................................................. 93 2. 2. CONTEÚDO BÁSICO DE REFERÊNCIA ........................................................ 93 2.1. HISTÓRIA, DIVISÕES E CONCEITOS FUNDAMENTAIS ........................... 94 2.2. CONCEITOS FUNDAMENTAIS DE FARMACOCINÉTICA ......................... 101 2.3. CONCEITOS FUNDAMENTAIS DE FARMACODINÂMICA ....................... 116 3. 3. CONTEÚDO DIGITAL INTEGRADOR ........................................................... 124 3.1. HISTÓRIA, DIVISÕES E CONCEITOS FUNDAMENTAIS ........................... 124 3.2. CONCEITOS FUNDAMENTAIS DE FARMACOCINÉTICA ......................... 125 3.3. CONCEITOS FUNDAMENTAIS DE FARMACODINÂMICA ....................... 126 4. 4. QUESTÕES AUTOAVALIATIVAS .................................................................. 127 5. 5. CONSIDERAÇÕES ........................................................................................ 129 6. 6. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ................................................................ 130 UNIDADE 4 – FÁRMACOS QUE AFETAM OS SISTEMAS: NERVOSOS (SISTEMA NERVOSO AUTÔNOMO E SISTEMA NERVOSO CENTRAL), CARDIOVASCULAR, RENAL, ENDÓCRINO, FÁRMACOS ANTI-INFLAMATÓRIOS E QUIMIOTERÁPICOS 1. INTRODUÇÃO ................................................................................................... 133 2. CONTEÚDO BÁSICO DE REFERÊNCIA ............................................................. 134 2.1. FÁRMACOS QUE AFETAM O SISTEMA NERVOSO AUTÔNOMO E O SISTEMA NERVOSO CENTRAL ................................................................. 134 2.2. FÁRMACOS ANTI-INFLAMATÓRIOS E QUIMIOTERÁPICOS .................. 143 2.3. FÁRMACOS QUE AFETAM OS SISTEMAS CARDIOVASCULAR, RENAL E ENDÓCRINO .......................................................................................... 150 3. CONTEÚDO DIGITAL INTEGRADOR ................................................................ 157 3.1. FÁRMACOS QUE AFETAM O SISTEMA NERVOSO AUTÔNOMO E O SISTEMA NERVOSO CENTRAL ................................................................. 157 3.2. FÁRMACOS ANTI-INFLAMATÓRIOS E QUIMIOTERÁPICOS .................. 158 3.3. FÁRMACOS QUE AFETAM OS SISTEMAS CARDIOVASCULAR E ENDÓCRINO ............................................................................................. 159 4. QUESTÕES AUTOAVALIATIVAS ....................................................................... 160 5. CONSIDERAÇÕES FINAIS ................................................................................. 162 6. E-REFERÊNCIAS ................................................................................................ 162 7. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ..................................................................... 163 7 CONTEÚDO INTRODUTÓRIO Conteúdo A obra Bioquímica e Farmacologia aborda os conceitos básicos para a introdu- ção ao estudo de Bioquímica e Farmacologia, como a composição e a função dos componentes químicos orgânicos e inorgânicos do corpo humano. Estu- da também os processos farmacocinéticos, bem como os efeitos produzidos pelos principais grupos de fármacos que agem nos sistemas do organismo humano. No contexto dos cursos da Saúde, apresenta-se como espaço para o estudo das biomoléculas, do metabolismo, e dos mecanismos de ação de fármacos e medicamentos nos diversos sistemas do organismo humano, le- vando em consideração as influências das diferentes etnias e raças e do meio ambiente. Bibliografia Básica LEHNINGER, A. L. Princípios de Bioquímica. 4. ed. São Paulo: Sarvier, 2006. HARVEY, R. A.; FERRIER, D. R. Bioquímica ilustrada. Porto Alegre: Artmed, 2012. FINKEL, R.; CABEDDU, L. X.; CLARK, M. A. Farmacologia ilustrada. 4. ed. Porto Alegre: Artmed, 2010. RANG, H. P.; RITTER, J. M.; DALE, M. M. Farmacologia. 6. ed. Rio de Janeiro: Guanabara Koogan, 2007. Bibliografia Complementar CAMPBELL, M. K.; FARRELL, S. O. Bioquímica. São Paulo: Thomson, 2008. DAU, A. P. A. (Org.). Bioquímica Humana. São Paulo: Pearson, 2015. GOODMAN, L. S.; GILMAN, A. G. As bases farmacológicas da terapêutica. 10. ed. Rio de Janeiro: Guanabara Koogan, 2006. 8 © BIOQUÍMICA E FARMACOLOGIA CONTEÚDO INTRODUTÓRIO KATZUNG, B. G. Farmacologia: básica e clínica. 10. ed. Rio de Janeiro: Guanabara Koogan, 2007. MORAN, L. A. et al. Bioquímica. 5. ed. São Paulo: Pearson, 2013. PAGE, C.; CURTIS, M.; SUTTER, M.; WALKER M.; HOFFMAN, B. Farmacologia Integrada. 2. ed. Barueri: Manole, 2004. RAFFA, R. B.; RAWLS, S. M.; BEYZAROV, E. P. Atlas de Farmacologia de Netter. Porto Alegre: Artmed, 2006. É importante saber Esta obra está dividida, para fins didáticos, em duas partes: Conteúdo Básico de Referência (CBR): é o referencial teórico e prático que deverá ser assimilado para aquisição das competências, habilidades e atitudes necessárias à prática profissional. Portanto, no CBR, estão condensados os principais conceitos, os princípios, os postulados, as teses, as regras, os procedimentos e o fundamento ontológico (o que é?) e etiológico (qual sua origem?) referentes a um campo de saber. Conteúdo Digital Integrador (CDI): são conteúdos preexistentes, previamente se- lecionados nas Bibliotecas Virtuais Universitárias conveniadas ou disponibilizados em sites acadêmicos confiáveis. É chamado "Conteúdo Digital Integrador" porque é imprescindível para o aprofundamento do Conteúdo Básico de Referência. Juntos, não apenas privilegiam a convergência de mídias (vídeos complementares) e a leitu- ra de "navegação" (hipertexto), como também garantem a abrangência, a densidade e a profundidade dos temas estudados. Portanto, são conteúdos de estudo obrigató- rios, para efeito de avaliação. 9© BIOQUÍMICA E FARMACOLOGIA CONTEÚDO INTRODUTÓRIO 1. INTRODUÇÃO Prezado aluno, seja bem-vindo! Você está preparado para conhecer o fascinante mundo das biomoléculas e os processos envolvidos na interação entre as moléculas das substâncias químicas que compõem o organis- mo humano? Se está preparado, então vamos lá! Com o estudo de Bioquímica e Farmacologia, você obterá as informações necessárias para o embasamento teórico desse assunto no exercício da sua futura profissão e também para a integração do conhecimento com os conteúdos de outros temas de estudo atuais e futuros do seu curso. Apresentaremos a você os fundamentos moleculares res- ponsáveis pela organização e pelo funcionamento das células, assim como os aspectos gerais das reações metabólicas que en- volvem a obtenção de energia e a produção de novas moléculas necessárias para as células. Essas bases serão importantes para que você possa compreender, na Farmacologia, como os medica- mentos atuam sobre nosso organismo. Na Unidade 1, você conhecerá as biomoléculas que for- mam nossas células: carboidratos, lipídios, proteínas e ácidos nucleicos. Veremos as características e funções de cada uma e como interagem no funcionamento das células e organismos. Já na Unidade 2, mostraremos como é o metabolismo ce- lular. Nesta unidade, você precisará dos conhecimentos obtidos anteriormente, pois as reações metabólicas envolvem todas as biomoléculas estudadas. Falaremos sobre as reações catabólicas usadas pelas células para a obtenção de energia e também sobre 10 © BIOQUÍMICA E FARMACOLOGIA CONTEÚDO INTRODUTÓRIO as reações anabólicas, que são as reações de síntese de novas biomoléculas. Na Unidade 3, iniciaremos o estudo da Farmacologia, abor- dando sua evolução histórica e o seu surgimento como ciência propriamente dita. Apresentaremos suas áreas e divisões princi- pais e os conceitos fundamentais relacionados ao estudo do mo- vimento (farmacocinética) e dos efeitos (farmacodinâmica)das moléculas dos fármacos e medicamentos utilizados pelos seres humanos com finalidade terapêutica. Finalmente, a Unidade 4 apresentará a utilidade terapêu- tica e abordará de forma sucinta os principais mecanismos de ação, por meio dos quais os fármacos das principais categorias terapêuticas agem para produzir seus efeitos no organismo humano. É imprescindível lembrar que o conhecimento dos concei- tos fundamentais constituem as bases que sustentam a farmaco- terapia realizada de forma consciente e racional. O conteúdo a seguir foi elaborado com embasamento nas obras básicas dos seguintes autores: Rang et al. (2007); Good- man; Gilman (2006); Katzung (2007); Page et al. (2004). Sugeri- mos a leitura das suas obras na íntegra para melhor compreen- são e aprendizado. Outras referências que complementam este material estarão devidamente citadas em seus parágrafos. Ao final desta obra, esperamos que você desenvolva o gos- to pela busca de novos conhecimentos, pois isto será muito im- portante para seu crescimento pessoal e profissional. Bons estudos! 11© BIOQUÍMICA E FARMACOLOGIA CONTEÚDO INTRODUTÓRIO 2. GLOSSÁRIO DE CONCEITOS O Glossário de Conceitos permite uma consulta rápida e precisa das definições conceituais, possibilitando um bom domí- nio dos termos técnico-científicos utilizados na área de conheci- mento dos temas tratados. 1) Ácidos graxos: composto por um grupo carboxila e uma longa cauda de hidrocarbonetos não ramificada, que pode ou não ser saturada. 2) Ácidos nucleicos: denominação dada em conjunto ao DNA e ao RNA. 3) Aminoácidos: ácidos carboxílicos que incluem um gru- po amina em suas estruturas; são as moléculas- base para a formação das proteínas. 4) Aminoácidos essenciais: são os aminoácidos que não podem ser sintetizados por um organismo e precisam ser obtidos por fontes alimentares. 5) Anabolismo: síntese de biomoléculas a partir de com- postos simples. 6) Anfibólico: capaz de participar tanto do catabolismo como do anabolismo. 7) Biodisponibilidade: conceito que se refere a uma fra- ção da dose administrada de uma substância que al- cança a circulação sanguínea e o local de ação. 8) Biomoléculas: proteínas, carboidratos, lipídios e áci- dos nucleicos. 9) Carboidratos: também chamados sacarídeos, hidratos de carbono ou açúcares, são biomoléculas ricas em energia. 12 © BIOQUÍMICA E FARMACOLOGIA CONTEÚDO INTRODUTÓRIO 10) Catabolismo: quebra de biomoléculas para fornecer energia. 11) Catálise: é o processo de aumento da velocidade de uma reação química; nas células, é realizado pelas enzimas. 12) Ciclo da ureia: rota metabólica que permite a excreção de produtos nitrogenados resultantes da degradação de aminoácidos e proteínas. 13) Ciclo de Cori: via metabólica dos carboidratos que liga a glicólise à gliconeogênese no fígado. 14) Ciclo do Ácido Cítrico: é a via central do metabolismo celular, também chamado de Ciclo de Krebs ou Ciclo dos Ácidos Tricarboxílicos. 15) Concentração Máxima Tolerada: é a quantidade máxi- ma de droga tolerada pelo organismo. Se essa concen- tração for ultrapassada, provoca efeito tóxico. 16) Dose: caracteriza-se por curvas que relacionam a con- centração da droga administrada e a porcentagem da resposta. 17) Dose Eficaz (DE): é a dose capaz de produzir o efeito farmacológico. 18) Dose Letal (DL50): dose necessária para matar 50% dos indivíduos. 19) Dose: caracteriza-se por curvas que relacionam a con- centração da droga administrada e a porcentagem da resposta. 20) Droga agonista: substância química que, para produzir seus efeitos, altera a função celular. 13© BIOQUÍMICA E FARMACOLOGIA CONTEÚDO INTRODUTÓRIO 21) Droga antagonista: substância química que não altera a função celular para produzir seus efeitos. 22) Droga: toda substância capaz de alterar uma função fisiológica. 23) Efeito placebo: efeito psicológico, psicofisiológico ou ainda fisiológico de qualquer substância e que não é devido a sua atividade farmacológica. 24) Endógena: produzida pelo próprio organismo. 25) Fármaco: substância com estrutura química definida, utilizada para benefício do organismo que o recebeu. 26) Farmacocinética: área da Farmacologia que estuda quantitativamente a cronologia dos processos meta- bólicos da absorção, distribuição, biotransformação e excreção do fármaco. 27) Farmacodinâmica: área da Farmacologia que estuda as ações e os efeitos que o fármaco vai provocar no organismo, ou seja, o mecanismo de ação das drogas. 28) Farmacopeia: livro que contém as descrições técnicas de fármacos e medicamentos. 29) Farmacoterapia: tratamentos em que se utiliza fárma- cos e/ou medicamentos. 30) Forma farmacêutica: apresentação do produto (me- dicamento) que contém um ou mais fármacos conve- nientemente manufaturados. 31) Iatrogenia: problemas ou complicações resultantes do tratamento clínico ou alteração patológica provocada por tratamento médico errôneo. 32) Índice Terapêutico (IT) ou "Janela" Terapêutica: defi- ne relação DL/DE. 14 © BIOQUÍMICA E FARMACOLOGIA CONTEÚDO INTRODUTÓRIO 33) Indutor enzimático: substância que aumenta a ativida- de enzimática. 34) Inibidor enzimático: substância que diminui a ativida- de enzimática. 35) Medicamento: é toda preparação (forma) farmacêu- tica contendo um ou mais fármacos, capazes de curar, prevenir ou diagnosticar uma enfermidade, utilizado para benefício de quem o recebeu. 36) Nível plasmático efetivo: é a menor quantidade de droga, no plasma, capaz de promover o efeito terapêu- tico (no local de ação). 37) Posologia: estuda a dosagem dos medicamentos e a frequência com que estes devem ser administrados. 38) Remédio: termo de conceito amplo, impreciso, in- cluindo substâncias, plantas, produtos, técnicas, pro- cedimentos, recursos, enfim, tudo o que é utilizado com a intenção de combater a dor e a doença. 39) Sistema biológico: aquele com o qual as substâncias químicas vão interagir para produzir seus efeitos. 40) Via de administração: caminho pelo qual um me- dicamento é levado ao organismo para produzir o seu efeito. Relaciona-se intimamente com a forma farmacêutica. 3. ESQUEMA DOS CONCEITOS-CHAVE O Esquema a seguir possibilita uma visão geral dos concei- tos mais importantes deste estudo. 15© BIOQUÍMICA E FARMACOLOGIA CONTEÚDO INTRODUTÓRIO Figura 1 Esquema dos Conceitos-chave da disciplina Bioquímica e Farmacologia. [Diagramação, por favor, acertar tamanho das caixas e centralização das cotas.] Farmacodinâmica Biomoléculas Metabolismo celular Reações anabólicas Reações catabólicas BIOQUÍMICA E FARMACOLOGIA Constituintes celulares Produção de energia Biossíntese de macromoléculas BIOQUÍMICA FARMACOLOGIA Farmacocinética Ação dos medicamentos sobre o organismo humano Caminho dos medicamentos no organismo humano Efeitos dos medicamentos sobre o organismo humano 4. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS CAMPBELL, M. K. Bioquímica. 3. ed. Porto Alegre: Artmed, 2000. HARVEY, R. A.; FERRIER, D. R. Bioquímica ilustrada. Porto Alegre: Artmed, 2012. LEHNINGER, A. L.; NELSON, D. L.; COX, M. M. L. Princípios de Bioquímica. 4. ed. São Paulo: Sarvier, 2006. RANG, H. P. et al. Farmacologia. Trad. Raimundo Rodrigues Santos. 6. ed. Rio de Janeiro: Elsevier, 2007. © BIOQUÍMICA E FARMACOLOGIA 17 COMPOSIÇÃO QUÍMICA DO ORGANISMO HUMANO, PROPRIEDADES DA ÁGUA, PH E SISTEMAS-TAMPÃO Objetivo • Conhecer a composição química do organismo humano e as principais bio- moléculas, relacionando-as com o funcionamento celular. Conteúdos • Água e seu significado para a vida. • Carboidratos. • Lipídios. • Aminoácidose proteínas. • Enzimas e coenzimas. • A estrutura química dos ácidos nucleicos: nucleotídeos. • A estrutura química e tridimensional do ácido desoxirribonucleico: DNA. • A estrutura química e tridimensional do ácido ribonucleico: RNA. • Semelhanças e diferenças entre DNA e RNA. • Sistemas-tampão e pH. Orientações para o estudo da unidade Antes de iniciar o estudo desta unidade, leia as orientações a seguir: 1) A compreensão dos conteúdos é muito importante para sua formação. Por isso, quando surgirem dúvidas, fale com seu tutor, discuta com seus co- UNIDADE 1 18 © BIOQUÍMICA E FARMACOLOGIA UNIDADE 1 – COMPOSIÇÃO QUÍMICA DO ORGANISMO HUMANO, PROPRIEDADES DA ÁGUA, PH E SISTEMAS-TAMPÃO legas e compartilhe suas experiências. Lembre-se sempre de que a cons- trução de conhecimentos é um processo dinâmico e essencial para nosso aprendizado. 2) Leia o conteúdo com atenção, grifando as informações mais importantes, e tente relacioná-las com sua futura atuação como docente. 3) É importante atentar para as figuras e tabelas! Elas são essenciais para a compreensão do conteúdo. Caso queira mais informações, visite também as referências eletrônicas. 4) Não deixe de recorrer aos materiais complementares descritos no Conteú- do Digital Integrador. 19© BIOQUÍMICA E FARMACOLOGIA UNIDADE 1 – COMPOSIÇÃO QUÍMICA DO ORGANISMO HUMANO, PROPRIEDADES DA ÁGUA, PH E SISTEMAS-TAMPÃO 1. INTRODUÇÃO A organização das células é basicamente feita por meio das biomoléculas. Estudaremos nesta unidade as principais biomolé- culas que são importantes para a organização e o funcionamento das células em qualquer espécie. Abordaremos a importância da água como principal constituinte celular, em que ocorrem todas as reações químicas necessárias para a vida. Veremos ainda a importância do pH e dos sistemas-tampão que atuam em nosso organismo. A seguir, iniciaremos nosso estudo com a formação e as funções das biomoléculas: os aminoácidos, as proteínas, os car- boidratos, os lipídios e os ácidos nucleicos. As biomoléculas recebem esta denominação por serem consideradas as "moléculas da vida". Estas moléculas, com exce- ção da água, são formadas a partir da ligação de várias unidades de um mesmo tipo molecular mais simples. Por exemplo, as pro- teínas são formadas a partir da ligação de vários aminoácidos, e os carboidratos se formam a partir de açúcares simples, como a glicose. As reações químicas que envolvem a formação das bio- moléculas são chamadas de polimerização e resultam em po- límeros. Portanto, as biomoléculas são também chamadas de polímeros ou macromoléculas, e as pequenas moléculas que são usadas para sua formação são os monômeros. As células estão constantemente sintetizando biomolé- culas para manter sua constituição morfológica e seu funciona- mento normal. Estes processos implicam grande gasto de ener- gia por parte da célula e são sempre realizados no meio aquoso. 20 © BIOQUÍMICA E FARMACOLOGIA UNIDADE 1 – COMPOSIÇÃO QUÍMICA DO ORGANISMO HUMANO, PROPRIEDADES DA ÁGUA, PH E SISTEMAS-TAMPÃO Separamos um tópico especial para o estudo dos ácidos nucleicos devido a sua grande importância na transferência de informação genética e na manutenção das atividades celulares. Eles receberam este nome, ácidos nucleicos, porque foram ini- cialmente identificados no núcleo. Veremos que podem estar presentes em outras partes da célula com importantes funções. Temos nas células dois tipos de ácidos nucleicos. Usare- mos em toda esta unidade as siglas DNA para denominar o ácido desoxirribonucleico e RNA, para ácido ribonucleico. Estas siglas são as abreviações mais usadas para denominar os ácidos nuclei- cos em inglês e se tornaram usuais em português. Ao final desta unidade, esperamos que você seja capaz de reconhecer as principais características das biomoléculas e sua importância nos processos de organização biológica, assim como suas interações na manutenção do ciclo de vida celular. Desejamos a você bons estudos! 2. CONTEÚDO BÁSICO DE REFERÊNCIA O Conteúdo Básico de Referência apresenta, de forma su- cinta, os temas abordados nesta unidade. Para sua compreensão integral, é necessário o aprofundamento pelo estudo do Conteú- do Digital Integrador. 2.1. ÁGUA E SEU SIGNIFICADO PARA A VIDA A água é considerada o solvente universal. Ela está presen- te em maior quantidade na maioria das células, sejam animais ou vegetais. Todas as reações químicas, transportes de substâncias e comunicações celulares ocorrem através da água. Podemos di- 21© BIOQUÍMICA E FARMACOLOGIA UNIDADE 1 – COMPOSIÇÃO QUÍMICA DO ORGANISMO HUMANO, PROPRIEDADES DA ÁGUA, PH E SISTEMAS-TAMPÃO zer que sem água não há vida, e os cientistas procuram água em outros planetas com o objetivo de procurar vida. A água possui propriedades químicas que a tornam extre- mamente importante para as células. Em primeiro lugar, a con- formação espacial de sua molécula, formada pela ligação cova- lente entre dois átomos de hidrogênio e um átomo de oxigênio, confere a ela uma forma angular (104,5o). Este formato apresen- ta dois polos positivos, representados pelos hidrogênios, e um polo negativo, representado pelo oxigênio na molécula. Veja, na Figura 1 a seguir, uma esquematização da molécula de água: Molécula de Água Figura 1 Molécula de água mostrando o ângulo formado pelos átomos ligantes. Esta característica de formar cargas positivas e negativas torna a água um composto polar e, por isso, um ótimo solvente. Muitas substâncias que iremos estudar em Bioquímica têm uma afinidade grande pela água, ou seja, dissolverem-se muito bem nesse composto. Essas substâncias são polares e chamadas de hidrofílicas. As substâncias apolares não têm afinidade pela água, ou seja, não se dissolvem bem nesse meio, e são chamadas de hidrófobas. 22 © BIOQUÍMICA E FARMACOLOGIA UNIDADE 1 – COMPOSIÇÃO QUÍMICA DO ORGANISMO HUMANO, PROPRIEDADES DA ÁGUA, PH E SISTEMAS-TAMPÃO Podem existir também substâncias nas quais as moléculas apresentam uma parte polar e uma apolar, chamadas de anfipá- ticas. Elas são muito importantes na constituição das membra- nas celulares, como veremos posteriormente. Outra propriedade importante da água para a manutenção da vida é sua capacidade de formar pontes de hidrogênio, seja com outras moléculas de água, seja com outros tipos de molé- culas. Veremos que as pontes de hidrogênio estabilizam vários tipos de estruturas moleculares, como, por exemplo, proteínas e ácidos nucleicos (LEHNINGER; NELSON; COX, 2006). Veja, na Figura 2, a seguir, as possíveis pontes de hidrogênio que as molé- culas de água podem formar. Figura 2 As possíveis pontes de hidrogênio de uma molécula de água. Além das células, a água está presente na maior parte da superfície da Terra formando os oceanos, rios, mares, geleiras e lagos, participando, assim, da manutenção e do equilíbrio da vida em nosso planeta. 23© BIOQUÍMICA E FARMACOLOGIA UNIDADE 1 – COMPOSIÇÃO QUÍMICA DO ORGANISMO HUMANO, PROPRIEDADES DA ÁGUA, PH E SISTEMAS-TAMPÃO As leituras indicadas no Tópico 3.1 tratam da importân- cia da água em vários aspectos na vida, assim como da crise hídrica que vivemos atualmente. Antes de prosseguir para o próximo assunto, realize as leituras indicadas, procurando as- similar o conteúdo estudado. 2.2. BIOMOLÉCULAS Carboidratos Segundo Voet (2006), os carboidratos ou sacarídeos (do grego sakcharon = açúcar) são componentes essenciais de todos os organismos vivos, e a classe mais abundante de moléculas biológicas. O nome "carboidrato" pode ser definido literalmente como "hidrato de carbono" e se origina da seguinte fórmula ge- ral deste grupo de substâncias: ( )2Cn H O n , em que n será sempre 3≥ Os carboidratos são moléculas muito importantes como fontes de energia para as células e participamdiretamente do nosso metabolismo. Além disso, desempenham papel no arma- zenamento de energia (amido e glicogênio) como constituinte estrutural de células animais (quitina) e vegetais (celulose) e são um constituinte importante das membranas celulares, fun- cionando como moléculas de reconhecimento entre as células (glicoproteínas). Os carboidratos podem ser divididos em três grupos princi- pais: monossacarídeos, oligossacarídeos e polissacarídeos. 24 © BIOQUÍMICA E FARMACOLOGIA UNIDADE 1 – COMPOSIÇÃO QUÍMICA DO ORGANISMO HUMANO, PROPRIEDADES DA ÁGUA, PH E SISTEMAS-TAMPÃO Monossacarídeos Monossacarídeos são os açúcares mais simples que exis- tem, formados por apenas uma molécula de carboidrato. Podem ser representados pela seguinte fórmula: ( )2Cn H O n , em que n ≥ 3 e ≤ 7 Sua denominação dependerá de quantos átomos de car- bono estiverem presentes na molécula. Desta forma, temos as trioses (3 carbonos), as tetroses (4 carbonos), as pentoses (5 car- bonos), as hexoses (6 carbonos) e as heptoses (7 carbonos). Na natureza, encontramos em maior abundância as hexo- ses, como a glicose, a frutose e a galactose. Além desses monos- sacarídeos, são de extrema importância bioquímica as pentoses, e a ribose e a desoxirribose, que formam os ácidos nucleicos. Observe na Figura 3 os exemplos das estruturas dos monossacarídeos. Figura 3 Estruturas moleculares dos monossacarídeos glicose, frutose e galactose. 25© BIOQUÍMICA E FARMACOLOGIA UNIDADE 1 – COMPOSIÇÃO QUÍMICA DO ORGANISMO HUMANO, PROPRIEDADES DA ÁGUA, PH E SISTEMAS-TAMPÃO Oligossacarídeos Os oligossacarídeos são açúcares formados pela ligação de duas moléculas de monossacarídeos. Também são chamados de dissacarídeos. A ligação que os une é a glicosídica e ocorre en- tre os grupos OH- dos dois açúcares ligantes, com a liberação de uma molécula de H2O. Veja, a seguir, a fórmula geral para estas substâncias: 12 22 11C H O Os dissacarídeos encontrados na natureza são a sacarose (açúcar da cana ou da beterraba), a lactose (açúcar do leite) e a maltose (açúcar dos cereais). A Figura 4, a seguir, representa a formação de moléculas de oligossacarídeos. Já a Figura 5 mostra as suas constituições químicas. Figura 4 Esquema representando a formação dos oligossacarídeos. 26 © BIOQUÍMICA E FARMACOLOGIA UNIDADE 1 – COMPOSIÇÃO QUÍMICA DO ORGANISMO HUMANO, PROPRIEDADES DA ÁGUA, PH E SISTEMAS-TAMPÃO Figura 5 Constituição dos dissacarídeos mais comuns. Polissacarídeos Os polissacarídeos são formados a partir de ligações glico- sídicas entre muitas moléculas de monossacarídeos. São abun- dantes na natureza e suas principais funções são funcionar como reserva energética para células vegetais e animais (amido e gli- cogênio) e como componente estrutural em plantas e animais (celulose e quitina). Veja a fórmula que representa este grupo: 6 10 5( )C H O n , em que n > 10 O amido é um polímero formado pela ligação de várias mo- léculas de glicose. É a substância de reserva energética das plan- tas. Está presente, por exemplo, nas raízes de batata e mandioca. Todas as plantas e animais possuem enzimas capazes de di- gerir o amido em moléculas de glicose que são usadas como fonte de energia. Um exemplo deste tipo de enzima é a amilase salivar dos seres humanos. O amido é formado por dois tipos de cadeias de glicose. A cadeia com configuração linear é chamada de amilo- se e a cadeia com ramificações é chamada de amilopectina. 27© BIOQUÍMICA E FARMACOLOGIA UNIDADE 1 – COMPOSIÇÃO QUÍMICA DO ORGANISMO HUMANO, PROPRIEDADES DA ÁGUA, PH E SISTEMAS-TAMPÃO Observe estes dois tipos de cadeia na Figura 6 e veja como, em conjunto, eles formam os depósitos de amido. Figura 6 Esquema da cadeia do amido, constituída por amilose e amilopectina. O glicogênio é a forma que as células animais encontraram para armazenar a glicose. Ele é encontrado nas células do fígado e no músculo esquelético dos seres humanos. Quando o organismo precisa de energia, enzimas degradam as moléculas de glicogênio e liberam os monômeros de glicose na corrente sanguínea. Segundo Campbell (2000), este tipo de reserva é usado por atletas, que costumam se alimentar de grandes quantidades de carboidratos antes de competições. Veja, na Figura 7, uma repre- sentação de uma molécula de glicogênio. Figura 7 Esquema representando a molécula do glicogênio. 28 © BIOQUÍMICA E FARMACOLOGIA UNIDADE 1 – COMPOSIÇÃO QUÍMICA DO ORGANISMO HUMANO, PROPRIEDADES DA ÁGUA, PH E SISTEMAS-TAMPÃO A celulose tem importante papel estrutural nos vegetais. É um polímero formado também por monômeros de glicose e constitui a parede celular que envolve as células vegetais, confe- rindo-lhes resistência mecânica. A celulose não pode ser digeri- da por animais, pois apenas algumas bactérias que são habitan- tes do trato digestivo de bovinos e cupins produzem a enzima para sua digestão, a celulase. A Figura 8 a seguir demonstra uma pequena região do polímero da celulose. Figura 8 Esquema representando a molécula da celulose. A quitina é polímero de um açúcar chamado glicosamina, presente na carcaça de animais como as lagostas, camarões e insetos. Sua função é participar da formação do exoesqueleto destes animais. Bactérias e fungos também podem apresentar uma parede celular contendo polissacarídeos. Essas características serão es- tudadas oportunamente. Outros exemplos de polissacarídeos são a heparina, usada como anticoagulante, e o ácido hialurônico, componente impor- tante na estruturação dos tecidos animais. 29© BIOQUÍMICA E FARMACOLOGIA UNIDADE 1 – COMPOSIÇÃO QUÍMICA DO ORGANISMO HUMANO, PROPRIEDADES DA ÁGUA, PH E SISTEMAS-TAMPÃO Lipídios Os lipídios são compostos orgânicos formados por longas cadeias de hidrocarbonetos apolares, portanto, insolúveis em água. Eles têm importante papel biológico, pois funcionam como componente estrutural das membranas celulares, como reserva de energia, isolante térmico, precursor na síntese de hormônios etc. São insolúveis em água, mas solúveis em solventes orgânicos como álcool, éter, acetona e benzeno. São encontrados na gema do ovo, no leite, em grãos (milho e soja), como proteção de penas, em pelos de animais e células vegetais (cera de carnaúba). Compõem o tecido adiposo (adipó- citos) dos animais, tendo o papel de como reserva energética, proteção mecânica dos órgãos internos e isolante térmico (LEH- NINGER; NELSON; COX, 2006). Veremos, a seguir, três classes importantes de lipídios: os ácidos graxos, os fosfolipídios e os esteroides. Ácidos graxos Os ácidos graxos são ácidos orgânicos de cadeia carbônica longa e linear. Estes compostos são anfipáticos, pois regiões apo- lares e polares na mesma molécula. A parte polar é composta pelo grupo carboxila em uma das extremidades. Os ácidos graxos podem ter em sua cadeia carbônica somente ligações simples, chamados de saturados, ou contêm uma ou mais ligações du- plas (monoinsaturados e poli-insaturados, respectivamente). Na Figura 9, temos dois exemplos dessas estruturas. 30 © BIOQUÍMICA E FARMACOLOGIA UNIDADE 1 – COMPOSIÇÃO QUÍMICA DO ORGANISMO HUMANO, PROPRIEDADES DA ÁGUA, PH E SISTEMAS-TAMPÃO Figura 9 Moléculas de ácido graxo saturado (a) e insaturado (b). Observe, na Tabela 1, alguns ácidos graxos comuns e suas fontes. Tabela 1 Ácidos graxos saturados e insaturados comuns na natureza. NOME SATURAÇÃO FONTE NATURAL Láurico Saturado Loureiro Mirístico Saturado Gerânio, coco Palmítico Saturado Palma, toucinho, algodão Oleico Insaturado Oliva Linoleico Insaturado Linhaça Linolênico Insaturado Linhaça Fonte: Mundo Educação (2016). A grande preocupação que existe hoje em nossa sociedade com o consumo de gorduras prejudiciais ao nosso organismo le- vou a indústria de alimentos e também os próprios consumidoresa reduzirem a quantidade de gorduras saturadas, provenientes de animais, substituindo-as por gorduras vegetais insaturadas no preparo de alimentos. Dietas ricas em gorduras saturadas favore- cem o aumento dos níveis de colesterol no sangue e predispõem o paciente a risco de doenças cardiovasculares. Como exemplo, podemos citar a substituição da manteiga pela margarina, esta 31© BIOQUÍMICA E FARMACOLOGIA UNIDADE 1 – COMPOSIÇÃO QUÍMICA DO ORGANISMO HUMANO, PROPRIEDADES DA ÁGUA, PH E SISTEMAS-TAMPÃO última obtida pela hidrogenação de certos tipos de óleos vege- tais, tornando-os insaturados. Outra característica importante dos ácidos graxos é sua ca- pacidade de formar sabões por meio de uma reação com uma base forte. A ação de limpeza dos sabões ocorre porque, quando são adicionados a uma mistura de água e óleo, são capazes de dissolver-se no óleo por suas características apolares e, na água, por suas características polares. Formam estruturas chamadas micelas, que emulsionam o óleo na água e facilitam sua elimi- nação. Observe a reação de saponificação na Figura 10, a seguir. Figura 10 Reação de saponificação. Fosfolipídios Os fosfolipídios são compostos anfipáticos formados por duas cadeias de ácidos graxos ligados a uma molécula de glice- rol e a um grupo fosfato. Podem ser encontrados em todas as membranas celulares e são responsáveis pelo transporte de vá- rias substâncias através delas. A Figura 11 ilustra uma molécula de fosfolipídio. 32 © BIOQUÍMICA E FARMACOLOGIA UNIDADE 1 – COMPOSIÇÃO QUÍMICA DO ORGANISMO HUMANO, PROPRIEDADES DA ÁGUA, PH E SISTEMAS-TAMPÃO Figura 11 Esquema de uma molécula de fosfolipídio. Esteroides Os esteroides são compostos cíclicos formados por ácidos graxos e álcoois. O mais conhecido é o colesterol, importante na constituição das membranas plasmáticas, presente em gorduras animais e responsável pela formação de placas de depósito nos vasos sanguíneos, causando a aterosclerose. É usado pelo nosso organismo para sintetizar os hormônios sexuais (testosterona, progesterona e estrogênio). Outros esteroides são a vitamina D, os sais biliares e os hormônios das suprarrenais. Observe, a seguir, na Figura 12, a representação da molé- cula do colesterol. 33© BIOQUÍMICA E FARMACOLOGIA UNIDADE 1 – COMPOSIÇÃO QUÍMICA DO ORGANISMO HUMANO, PROPRIEDADES DA ÁGUA, PH E SISTEMAS-TAMPÃO Não Planares Figura 12 Esquema de uma molécula de colesterol. Aminoácidos e proteínas As proteínas são macromoléculas formadas a partir da polimerização de vários aminoácidos unidos através de ligações peptídicas. As proteínas possuem sequências de aminoácidos al- tamente específicas, que caracterizam sua estrutura e função. Pequenas mudanças na sequência de aminoácidos de uma pro- teína podem alterar completamente sua estrutura e, consequen- temente, sua função biológica. As características físicas e químicas de uma proteína são determinadas pelos aminoácidos que a constituem. Na bus- ca de uma melhor compreensão, antes de continuarmos com nosso estudo sobre proteínas, vamos falar um pouco sobre os aminoácidos. 34 © BIOQUÍMICA E FARMACOLOGIA UNIDADE 1 – COMPOSIÇÃO QUÍMICA DO ORGANISMO HUMANO, PROPRIEDADES DA ÁGUA, PH E SISTEMAS-TAMPÃO Os aminoácidos são moléculas orgânicas que contêm dois grupos funcionais: uma carboxila (-COOH) e uma amina (-NH2). Estes grupos estão ligados a um átomo de carbono, chamado carbono alfa. As outras ligações deste carbono são feitas a outro grupo funcional, chamado R, que pode variar bastante em tama- nho, e a um átomo de hidrogênio que completa as quatro ligações do carbono alfa (LEHNINGER; NELSON; COX, 2006). Veja a seguir, na Figura 13, um exemplo de uma molécula de aminoácido. cadeia lateral Figura 13 Estrutura molecular de um aminoácido. Os grupos carboxila e amina das moléculas dos aminoáci- dos são os responsáveis pelas ligações peptídicas. Estas ocorrem quando um grupo carboxila (-COOH) de um aminoácido se liga a um grupo amina (-NH2) de outro aminoácido. Desta ligação, re- sulta a liberação de uma molécula de água (H2O). Veja, na Figura 14 a seguir, como isto ocorre: 35© BIOQUÍMICA E FARMACOLOGIA UNIDADE 1 – COMPOSIÇÃO QUÍMICA DO ORGANISMO HUMANO, PROPRIEDADES DA ÁGUA, PH E SISTEMAS-TAMPÃO Figura 14 Esquema ilustrando uma ligação peptídica entre dois aminoácidos diferentes. Segundo Campbel (2000), a biossíntese das proteínas re- quer o uso de 20 aminoácidos essenciais. Se um deles estiver fal- tando ou em quantidade limitante, a síntese das proteínas pode ser inibida. Alguns organismos, como a E. coli, podem sintetizar todos os aminoácidos de que precisa. Outros organismos, como o homem, precisam obter alguns aminoácidos da dieta, e são capazes de sintetizar outros. A Tabela 2 a seguir traz estes aminoácidos. Os alimentos ricos em proteínas, como a carne, o leite e os ovos, são usados pelo nosso organismo como fontes de aminoácidos. 36 © BIOQUÍMICA E FARMACOLOGIA UNIDADE 1 – COMPOSIÇÃO QUÍMICA DO ORGANISMO HUMANO, PROPRIEDADES DA ÁGUA, PH E SISTEMAS-TAMPÃO Tabela 2 Necessidade de aminoácidos no homem. Essenciais Não Essenciais Arginina Alanina Histidina Asparagina Isoleucina Aspartato Leucina Cisteína Lisina Glutamato Metionina Glutamina Fenilalanina Glicina Treonina Prolina Triptofano Serina Valina Tirosina Fonte: Campbell (2000, p. 621). Voltando às proteínas, estas se diferenciam entre si pelo número, tipo e sequência de ligação dos aminoácidos entre si. Este conjunto determinará a função biológica de cada proteína. Podemos encontrar proteínas com função estrutural, como a elastina e o colágeno; com função de transporte, como a hemo- globina e a albumina; com função protetora, como os anticor- pos, e hormônios como a progesterona e a insulina, entre outras. As proteínas apresentam, devido às suas diferenças indivi- duais, características morfológicas peculiares. Podemos encon- trar quatro níveis de organização quanto à estrutura de uma pro- teína (LEHNINGER; NELSON; COX, 2006): 1) Estrutura Primária: é determinada pela sequência de aminoácidos que constitui a proteína. Duas proteínas podem ter o mesmo número de aminoácidos, mas com sequências diferentes. Exemplo: o peptídeo formado pela ligação dos aminoácidos Val-His-Pro-Leu é dife- rente do peptídeo His-Met-Leu-Val, embora tenham o mesmo número de aminoácidos. A estrutura primária 37© BIOQUÍMICA E FARMACOLOGIA UNIDADE 1 – COMPOSIÇÃO QUÍMICA DO ORGANISMO HUMANO, PROPRIEDADES DA ÁGUA, PH E SISTEMAS-TAMPÃO irá determinar o comportamento das outras estruturas de uma proteína. Veja, na Figura 15, um exemplo de estrutura primária: Figura 15 Exemplo de estrutura primária de uma proteína. Estrutura Secundária: é formada a partir do arranjo es- pacial dos aminoácidos que formam a proteína. Estes arranjos podem formar estruturas tridimensionais chamadas de α-hélice e folhas-β. Estas formas são mantidas por meio de interações entre os átomos, formando pontes de hidrogênio. Veja suas re- presentações na Figura 16. 38 © BIOQUÍMICA E FARMACOLOGIA UNIDADE 1 – COMPOSIÇÃO QUÍMICA DO ORGANISMO HUMANO, PROPRIEDADES DA ÁGUA, PH E SISTEMAS-TAMPÃO α-hélice folhas-β Figura 16 Esquemas representativos das conformações de moléculas deproteínas em α-hélice e folhas-β. 2) Estrutura Terciária: é formada pelo arranjo tridimen- sional das partes da proteína com as estruturas se- cundárias que podem fazer vários tipos de dobras e interações entre si. Na Figura 17, temos o exemplo da lisozima, com sua estrutura tridimensional. Figura 17 Estrutura terciária da lisozima. 3) Estrutura Quaternária: este tipo de estrutura tridimen- sional ocorre quando a proteína é formada por mais de uma cadeia polipeptídica; resulta da interação espacial 39© BIOQUÍMICA E FARMACOLOGIA UNIDADE 1 –COMPOSIÇÃO QUÍMICA DO ORGANISMO HUMANO, PROPRIEDADES DA ÁGUA, PH E SISTEMAS-TAMPÃO entre essas cadeias. Neste caso, as cadeias são chama- das de subunidades, e as interações que as mantêm unidas são do tipo não covalentes (pontes de hidrogê- nio e interações hidrofóbicas). A Figura 18 representa a estrutura quaternária da hemoglobina (formada por quatro subunidades). Figura 18 Molécula da hemoglobina. A Figura 19, como podemos observar a seguir, resume em um único esquema todos os níveis de organização de uma proteína: Figura 19 A) Estrutura Primária; B) Estrutura Secundária; C) Estrutura Terciária; D) Estrutura Quaternária. A estabilidade estrutural das proteínas depende das con- dições do meio onde ela se encontra. A modificação destas con- 40 © BIOQUÍMICA E FARMACOLOGIA UNIDADE 1 – COMPOSIÇÃO QUÍMICA DO ORGANISMO HUMANO, PROPRIEDADES DA ÁGUA, PH E SISTEMAS-TAMPÃO dições pode provocar mudanças na conformação espacial das proteínas, no entanto, sem modificar sua estrutura primária. Este fenômeno é chamado de desnaturação e pode ocorrer com qualquer proteína sob efeito de alterações nas condições de pH e temperatura; ação de substâncias químicas, como álcool, áci- dos ou bases; ação de radiações, como o ultravioleta e os raios X. A desnaturação de uma proteína pode ser reversível quando as modificações são brandas, ou irreversível, quando as modifica- ções são drásticas (LEHNINGER; NELSON; COX, 2006). Existem proteínas formadas apenas por aminoácidos que são chamadas de proteínas simples. Outras podem se encontrar associadas a moléculas diferentes, como lipídios, carboidratos e ácidos nucleicos. São as proteínas conjugadas, denominadas, res- pectivamente, lipoproteínas, glicoproteínas e nucleoproteínas. Enzimas Segundo Sackheim (2001), as enzimas são catalisadores bioló- gicos. Os catalisadores são substâncias que aumentam a velocidade de uma reação química, reduzindo seus requisitos energéticos. Os catalisadores podem ser reutilizados dentro do metabolismo celu- lar, pois, ao terminar uma reação, não são alterados quimicamente. As enzimas são proteínas produzidas pelas células com fun- ção de catalisar reações que ocorrem no ambiente biológico. Sem as enzimas, seria impossível para as células realizar a maior parte das reações bioquímicas necessárias para a manutenção da vida. Veja o exemplo da anidrase carbônica, enzima presente nos glóbulos vermelhos do sangue e que catalisa a reação de for- mação do ácido carbônico: 2 2 2 3CO H O H CO+ → 41© BIOQUÍMICA E FARMACOLOGIA UNIDADE 1 – COMPOSIÇÃO QUÍMICA DO ORGANISMO HUMANO, PROPRIEDADES DA ÁGUA, PH E SISTEMAS-TAMPÃO Ela aumenta a velocidade desta reação em mais de 10 milhões de vezes, quando comparada à mesma reação sem a enzima, permitindo a rápida eliminação do CO2 da corrente sanguínea. As reações enzimáticas precisam de alguns requisitos para ocorrer. Cada enzima tem um reagente específico, o substrato, com o qual ela catalisa a reação. Outros requisitos importantes são a temperatura, o pH e a concentração do substrato. A velocidade das reações enzimáticas é afetada pela tem- peratura. Em geral, as enzimas do corpo humano atuam melhor em temperaturas que variam de 37 °C a 40 °C. Cada enzima pos- sui também uma faixa de pH ideal para atuar. No caso do nosso corpo, o pH é específico em cada local. Por exemplo, no suco gás- trico, temos um pH de aproximadamente 2; já no intestino del- gado, temos um pH em torno de 8,2. Cada enzima estará adap- tada ao pH do seu local de atuação. A quantidade de substrato disponível para a reação também vai influenciar na velocidade, assim como a quantidade de enzima disponível para realizá-la. Resumidamente, todas as enzimas precisam ter um substrato es- pecífico para reagir, além da temperatura e do pH adequados e das concentrações disponíveis de enzima e substrato. Sem estas condições, as reações enzimáticas serão menos velozes e pouco eficazes para as células (LEHNINGER; NELSON; COX, 2006). Algumas substâncias inorgânicas podem aumentar a velo- cidade de uma reação enzimática (ativadores). O íon magnésio (Mg2+) é um ativador inorgânico da enzima fosfatase. Existem também os inibidores enzimáticos, que diminuem a velocidade das reações. Podemos citar algumas substâncias consideradas venenosas, tais como compostos de chumbo e o mercúrio, que afetam várias enzimas presentes no sistema nervoso e muscular. 42 © BIOQUÍMICA E FARMACOLOGIA UNIDADE 1 – COMPOSIÇÃO QUÍMICA DO ORGANISMO HUMANO, PROPRIEDADES DA ÁGUA, PH E SISTEMAS-TAMPÃO As enzimas possuem uma região na molécula, chamada de sítio ativo, onde ocorre a ligação com o substrato. O sítio ativo da enzima tem uma conformação espacial que complementa a conformação espacial do substrato (encaixe tipo "chave-fecha- dura"). A reação catalítica ocorre enquanto os dois estão unidos (complexo enzima-substrato). No final da reação, os produtos se desligam da enzima e ela volta a ter seu sítio ativo pronto para realizar uma nova reação. Veja na Figura 20 como isto ocorre. sítio ativo a) Modelo "chave-fechadura" Figura 20 Esquema representando o modelo tipo "chave-fechadura" de interação entre enzimas e substratos. Como falamos antes neste tópico, todas as enzimas são proteínas. Entretanto, algumas enzimas possuem uma parte pro- teica, chamada de apoenzima, e outra parte não proteica, cha- mada de coenzima. As coenzimas são essenciais no metabolis- mo de carboidratos, lipídios e proteínas no corpo humano. Elas são derivadas da vitamina B, vitamina K ou vitamina E. Podemos citar como exemplos de coenzimas a acetilcoenzima A, a nicoti- namida adenina dinucleotídeo e a coenzima Q10. Estrutura química dos ácidos nucleicos: nucleotídeos As biomoléculas, em sua maioria, são formadas pela união de vários monômeros que dão origem a um polímero. No caso dos ácidos nucleicos, estes monômeros são os nucleotídeos. 43© BIOQUÍMICA E FARMACOLOGIA UNIDADE 1 – COMPOSIÇÃO QUÍMICA DO ORGANISMO HUMANO, PROPRIEDADES DA ÁGUA, PH E SISTEMAS-TAMPÃO Cada nucleotídeo é formado pela ligação covalente entre três moléculas diferentes: uma base nitrogenada, um açúcar e um resíduo de ácido fosfórico. No DNA, o açúcar usado na formação dos nucleotídeos é a desoxirribose, e no RNA é a ribose. A ligação entre uma molé- cula desses açúcares e uma base nitrogenada forma um nucleo- sídeo que, após se ligar a um resíduo de ácido fosfórico, formará o nucleotídeo. As bases nitrogenadas dos ácidos nucleicos podem ser classificadas em púricas e pirimídicas. As bases púricas (purinas) são adenina e guanina, as pirimídicas (pirimidinas) são citosina, timina e uracila (que ocorre somente no RNA, onde substitui a timina). Veja na Figura 21 o esquema demonstrando a formação de um nucleotídeo e as estruturas químicas das bases nitrogena- das (LEHNINGER; NELSON; COX, 2006). Observem que a diferen- ça básica entre elas é a presença de dois anéis nas purinas e um anel nas pirimidinas: 44 © BIOQUÍMICA E FARMACOLOGIA UNIDADE 1 – COMPOSIÇÃO QUÍMICA DO ORGANISMO HUMANO, PROPRIEDADES DA ÁGUA, PH E SISTEMAS-TAMPÃO Nucleosídeo Nucleotídeo Uracil Figura 21 Esquema da formação de um nucleotídeo e as estruturas químicas das bases nitrogenadas. A polimerização das cadeias dos ácidos nucleicos ocorre pela ligação dos nucleotídeos. Veremos que as sequências de nu- cleotídeos contidas no DNA contêm toda a informação genética necessária para a sobrevivência e a manutenção de uma espécie. Estas sequências originam o RNA mensageiro, que leva a infor- mação necessária para a síntese das proteínas. Estrutura química e tridimensional do ácido desoxirribonuclei- co: DNA A descoberta da composição química e da configuração tridimensional da molécula do DNA foi um marco na história da Biologia. 45© BIOQUÍMICA E FARMACOLOGIAUNIDADE 1 – COMPOSIÇÃO QUÍMICA DO ORGANISMO HUMANO, PROPRIEDADES DA ÁGUA, PH E SISTEMAS-TAMPÃO Até a metade do século 20, cientistas dedicaram-se a eluci- dar as características químicas das principais biomoléculas para poder compreender o funcionamento das células. Muitos cien- tistas tiveram importantes contribuições neste processo. Eles serão estudados ao longo da formação acadêmica. Neste estu- do, vamos destacar o trabalho de três desses cientistas: Wilkins, Watson e Crick. Estes renomados pesquisadores receberam em 1962 o Prêmio Nobel por terem descoberto a estrutura molecu- lar da dupla hélice do DNA com o modelo da estrutura espacial do DNA, chamado de modelo de Watson e Crick, descoberto em 1953. Para conseguir chegar a esse modelo, Watson e Crick em- pregaram muitas informações sobre as características químicas do DNA, de difração de raios X e outras já compiladas por Wil- kins. Por isso, este também recebeu o prêmio. Sugerimos a lei- tura sobre essa parte da história da Biologia para complementar seus estudos. Hoje vemos com bastante frequência representações da molécula do DNA tanto em livros como na mídia em geral. Essa estrutura é formada pela associação entre duas cadeias polinu- cleotídicas de DNA, enroladas uma na outra para formar uma hélice. Os nucleotídeos que formam as cadeias se posicionam de forma que as moléculas de açúcar ficam do lado de fora, e as mo- léculas das bases nitrogenadas ficam para o lado interno da du- pla-hélice. Essa configuração provoca interações entre as bases nitrogenadas das duas cadeias, formando pontes de hidrogênio que estabilizam a estrutura da dupla-hélice. Ela também provoca o pareamento das bases nitrogenadas A-T e C-G. Isto significa que adenina pareia com timina, através de duas pontes de hidro- gênio, enquanto a citosina pareia com a guanina através de três pontes de hidrogênio. Estudos demonstraram que em qualquer 46 © BIOQUÍMICA E FARMACOLOGIA UNIDADE 1 – COMPOSIÇÃO QUÍMICA DO ORGANISMO HUMANO, PROPRIEDADES DA ÁGUA, PH E SISTEMAS-TAMPÃO molécula de DNA as porcentagens de adenina são iguais às de timina, e as de guanina são iguais às de citosina. Nas condições normais do interior celular, com tempera- tura e pH fisiológico adequados, as moléculas de DNA possuem cargas negativas. Isso faz com que moléculas de proteínas carre- gadas positivamente possam se associar às moléculas de DNA. Nas células eucarióticas, essas proteínas chamam-se histo- nas. As duas cadeias da dupla-hélice de DNA têm direções anti- paralelas. A ligação entre dois nucleotídeos, chamada de ligação nucleotídica, ocorre sempre em uma mesma posição, entre o carbono na posição 3' de um nucleotídeo e o carbono 5' do ou- tro nucleotídeo. Por este motivo, as cadeias só podem ser poli- merizadas em um sentido, e, quando se associam para formar a dupla hélice, assumem posições antiparalelas. Veja na Figura 22 o diagrama mostrando a estrutura da dupla-hélice de DNA com o pareamento das bases. Figura 22 Esquema demonstrando em A) estrutura da dupla hélice; B) estrutura plana da dupla hélice; C) par de bases. 47© BIOQUÍMICA E FARMACOLOGIA UNIDADE 1 – COMPOSIÇÃO QUÍMICA DO ORGANISMO HUMANO, PROPRIEDADES DA ÁGUA, PH E SISTEMAS-TAMPÃO A dupla-hélice do DNA é considerada a estrutura secun- dária dessa molécula. Podemos encontrar ainda alguns tipos de estrutura terciária resultantes do dobramento da molécula de DNA sobre si mesma. A dupla-hélice em forma relaxada é en- contrada no núcleo celular, logo após sua síntese durante o ciclo celular. Normalmente, ela está associada com moléculas de pro- teínas, chamadas de histonas, onde se enrola, favorecendo sua acomodação no espaço intranuclear. O material resultante dessa interação entre o DNA eucariótico e as histonas é chamado de cromatina. Da mesma forma que as proteínas, o DNA também pode sofrer desnaturação. Este processo ocorre quando, com o au- mento da temperatura, as pontes de hidrogênio que estabili- zam a dupla-hélice se rompem, formando fitas simples. Este processo é reversível caso a temperatura seja restabelecida lentamente. Cada tipo de molécula de DNA tem uma tempera- tura ideal em que ocorre essa desnaturação. Esta temperatura é chamada de Tm (temperatura de melting, que significa "fu- são", em inglês) e depende do conteúdo de bases G-C contidas na sequência de DNA, devido a estas bases formarem três pon- tes de hidrogênio entre si, enquanto as bases A-T formam duas. As moléculas de DNA diferem entre si pela sequência de bases nitrogenadas que as compõem. Essa diferença constitui o código genético. Esse código é composto pelas quatro bases nitrogenadas (adenina, citosina, guanina e timina) que carre- gam toda a informação genética de um indivíduo, de qualquer espécie, desde um vírus até um ser humano. As bases informam qual será a sequência de aminoácidos que deverá compor uma proteína. Cada grupo de três bases codifica um aminoácido. Se ocorrerem mudanças no código, consequentemente haverá mu- dança na sequência de aminoácidos da proteína. Esses eventos 48 © BIOQUÍMICA E FARMACOLOGIA UNIDADE 1 – COMPOSIÇÃO QUÍMICA DO ORGANISMO HUMANO, PROPRIEDADES DA ÁGUA, PH E SISTEMAS-TAMPÃO são chamados de mutações e podem originar várias doenças. A informação do código genético é levada do núcleo para o cito- plasma através do RNA mensageiro. Quando ocorre a divisão celular, um dos primeiros eventos é a síntese de novas moléculas de DNA. Este processo é chamado de replicação e caracteriza-se por originar moléculas-filhas idên- ticas à original, em sequência de pares de bases. Desta forma, mantêm-se a integridade e a fidelidade da informação contida na célula original. As leituras propostas no Tópico 3.1 dizem respeito a as- pectos importantes da relação entre a organização e o funcio- namento dos ácidos nucleicos e seus reflexos na atividade me- tabólica dos organismos. Neste momento, você deve realizar essas leituras para aprofundar o tema abordado. Estrutura química e tridimensional do ácido ribonucleico: RNA Existem três tipos de RNA: RNA mensageiro, RNA ribos- sômico e RNA transportador. Os RNAs têm importante papel na transferência da informação armazenada no DNA do núcleo para o citoplasma, assim como na síntese das proteínas. As cadeias dos três tipos de RNA, ao contrário das molécu- las de DNA, são fitas simples. As bases nitrogenadas no RNA são as mesmas do DNA, com exceção da timina, que é substituída pela uracila no RNA. O menor dos RNAs é o transportador ou de transferência (RNAt), responsável por transportar os aminoácidos necessá- rios para a síntese proteica. Existe um ou mais RNAt para cada aminoácido. As moléculas de RNAt formam estruturas parecidas 49© BIOQUÍMICA E FARMACOLOGIA UNIDADE 1 – COMPOSIÇÃO QUÍMICA DO ORGANISMO HUMANO, PROPRIEDADES DA ÁGUA, PH E SISTEMAS-TAMPÃO com uma folha de trevo. Essa conformação é estabilizada pelas pontes de hidrogênio. Veja, na Figura 23, um exemplo de uma estrutura de RNAt: Figura 23 Estrutura em "folha de trevo" de um RNA transportador. O RNA ribossômico é formado por duas moléculas grandes de RNAs que interagem entre si, formando o ribossomo. Cada subunidade do RNA ribossômico possui uma conformação espa- cial que, quando interage com o RNA mensageiro, propicia as condições necessárias para a síntese proteica. A Figura 24 mos- tra a estrutura molecular de um ribossomo: 50 © BIOQUÍMICA E FARMACOLOGIA UNIDADE 1 – COMPOSIÇÃO QUÍMICA DO ORGANISMO HUMANO, PROPRIEDADES DA ÁGUA, PH E SISTEMAS-TAMPÃO Figura 24 Estrutura molecular de um ribossomo com suas duas subunidades. As duas subunidades do ribossomo são independentes no citoplasma da célula e se associam durante a síntese proteica. O último dos três tipos é o RNA mensageiro. Ele é uma fita simples originada no processo chamado transcriçãodo DNA, quando a informação genética é transferida do DNA para o RNA mensageiro. A sequência de nucleotídeos do RNA mensageiro é montada de acordo com a sequência contida no DNA. Ela deter- mina a ordem dos aminoácidos das proteínas. Os RNAs mensa- geiros podem ter vários tamanhos, pois dependem do tamanho do gene que foi transcrito. Os três tipos de RNAs são sintetizados no núcleo. Com ex- ceção dos RNAs mensageiros, todos são sintetizados em uma re- gião específica chamada nucléolo. Após sua utilização, podem ser reciclados pelas células. Podem também aumentar ou di- minuir de quantidade, dependendo da atividade metabólica de cada célula. 51© BIOQUÍMICA E FARMACOLOGIA UNIDADE 1 – COMPOSIÇÃO QUÍMICA DO ORGANISMO HUMANO, PROPRIEDADES DA ÁGUA, PH E SISTEMAS-TAMPÃO Semelhanças e diferenças entre DNA e RNA Nesta seção, faremos um breve resumo das características dos ácidos nucleicos. Ambas as moléculas compartilham as ba- ses nitrogenadas adenina, citosina e guanina. Timina é exclusiva de DNA e uracila é exclusiva de RNA. O açúcar presente no DNA é a desoxirribose, enquanto no RNA é a ribose. O DNA forma a dupla-hélice e o RNA forma estruturas tridimensionais mais sim- ples como a "folha de trevo" do RNAt e os ribossomos. A Tabela 3 apresenta um resumo dessas características: Tabela 3 Características do DNA e do RNA. DNA RNA Pentose Desoxirribose Ribose Bases púricas Adenina e guanina Adenina e guanina Bases Pirimídicas Citosina e timina Citosina e uracil Estruturas Duas cadeias Uma cadeia Função Informação genética Síntese de proteínas As leituras indicadas no Tópico 3.2 tratam de infor- mações importantes sobre as biomoléculas. Neste momen- to, você deve realizar essas leituras para aprofundar o tema abordado. 2.3. SISTEMAS-TAMPÃO E pH Como vimos nos tópicos anteriores, as biomoléculas pos- suem estruturas químicas e espaciais que determinam seu com- portamento, assim como as funções que exercem dentro das 52 © BIOQUÍMICA E FARMACOLOGIA UNIDADE 1 – COMPOSIÇÃO QUÍMICA DO ORGANISMO HUMANO, PROPRIEDADES DA ÁGUA, PH E SISTEMAS-TAMPÃO células. Para que tudo funcione bem nesse sentido, essas bio- moléculas precisam estar em condições ótimas de pH e tempe- ratura. Falaremos brevemente neste tópico sobre o pH. Os valores do pH refletem as propriedades ácido-básicas da água e a capacidade que suas moléculas têm de se dissociar, ou seja, de produzir os íons H+ e OH-. Para definir os valores de pH, utiliza-se a determinação de uma constante chamada Constante do Produto Iônico da Água (Kw), que reflete a dissociação das moléculas de água em estado puro a 25 °C. Nestas condições, a quantidade de íons H+ e OH- produzidas são iguais (SACKHEIM, 2001). A reação de dissocia- ção da água e os valores de Kw são os seguintes (as fórmulas dos íons entre colchetes indicam a concentração destes em solução): ] [2H O [H OH ]+ −→ +← 7H OH 10 M+ − − = = Portanto, a 25 °C, o valor de Kw é dado por: ( )( )7 7 14wK H OH 10 10 10+ − − − − = ⋅ = = Essa relação da dissociação da água pura é válida para qualquer solução aquosa, seja ela ácida, básica ou neutra. Atualmente, é utilizada uma forma mais simples para ex- pressar essas concentrações, que denominamos de pH. O pH é definido como: 10pH log [H ] += − Essa fórmula elimina o expoente da concentração dos íons e o transforma no valor do pH, ou seja: 7 10pH log 10 7 −= − = 53© BIOQUÍMICA E FARMACOLOGIA UNIDADE 1 – COMPOSIÇÃO QUÍMICA DO ORGANISMO HUMANO, PROPRIEDADES DA ÁGUA, PH E SISTEMAS-TAMPÃO A partir daí, convencionou-se uma escala para os valores de pH baseados na dissociação da água. A água pura com pH 7 é con- siderada neutra; valores acima são considerados básicos ou alcali- nos e valores abaixo são considerados ácidos. A escala inicia-se em 0 (extremamente ácido) e termina em 14 (extremamente básico). Existem mecanismos bioquímicos nos vários tipos de organis- mos que controlam as mudanças do pH do meio para que as bio- moléculas possam funcionar de forma adequada. Este controle é feito por soluções-tampão, formadas por um ácido fraco e sua base conjugada. Estas soluções tendem a resistir a mudanças de pH pe- rante a adição de pequenas quantidades de ácidos ou bases fortes. No organismo humano, por exemplo, os sistemas-tampão são ba- seados em diversos tipos de compostos conjugados, sendo um dos mais importantes o sistema-tampão fosfato, juntamente com o do carbonato. Ambos têm papel importante na manutenção do pH do sangue e dos líquidos intercelulares, em torno de 7,4. Nas leituras indicadas no Tópico 3.3 você encontrará o detalhamento das deduções dessas equações e mais informa- ções sobre os sistemas-tampão. Faça essas leituras para apro- fundar os temas abordados neste tópico antes de prosseguir para a próxima unidade. Vídeo complementar ––––––––––––––––––––––––––––––– Neste momento, é fundamental que você assista ao vídeo complementar. • Para assistir ao vídeo pela Sala de Aula Virtual, clique no ícone Videoaula, localizado na barra superior. Em seguida, selecione o nível de seu curso (Graduação), a categoria (Disciplinar) e o tipo de vídeo (Complementar). Por fim, clique no nome da disciplina para abrir a lista de vídeos. • Para assistir ao vídeo pelo seu CD, clique no botão "Vídeos" e selecione: Bioquímica e Farmacologia – Vídeos Complementares – Complementar 1. –––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– 54 © BIOQUÍMICA E FARMACOLOGIA UNIDADE 1 – COMPOSIÇÃO QUÍMICA DO ORGANISMO HUMANO, PROPRIEDADES DA ÁGUA, PH E SISTEMAS-TAMPÃO 3. CONTEÚDO DIGITAL INTEGRADOR O Conteúdo Digital Integrador representa uma condição necessária e indispensável para você compreender integralmen- te os conteúdos apresentados nesta unidade. 3.1. A ÁGUA E SEU SIGNIFICADO PARA A VIDA A água está relacionada a vários aspectos da nossa vida, não só às nossas células, mas também ao equilíbrio do nosso planeta. Atualmente, vivemos uma crise crescente de falta de água. Leia os textos a seguir e veja o vídeo sugerido, para se atualizar com alguns fatos importantes sobre a água e as consequências dessa crise em diversas áreas da nossa vida prática. Lembre-se de que você, como cidadão e futuro profissional, deve ter res- ponsabilidade e cuidar da preservação do meio ambiente em que vive. • TUNDISI, J. G. Recursos hídricos no futuro: problemas e soluções. Est. Avan., v. 22, n. 63, 2008. Disponível em: <http://www.scielo.br/pdf/ea/v22n63/v22n63a02. pdf>. Acesso em: 30 jun. 2016. • DETONI, T. L.; DONDONI, P. C.; PADILHA, E. A. A escas- sez da água: um olhar global sobre a sustentabilidade e a consciência acadêmica. In: ENCONTRO NACIONAL DE ENGENHARIA DE PRODUÇÃO, 17., 2007, Foz do Igua- çu. Anais eletrônicos... Foz do Iguaçu: Enegep, 2007. p. 1-10. Disponível em: <http://www.abepro.org.br/ biblioteca/ENEGEP2007_TR650479_9043.pdf>. Acesso em: 30 jun. 2016. 55© BIOQUÍMICA E FARMACOLOGIA UNIDADE 1 – COMPOSIÇÃO QUÍMICA DO ORGANISMO HUMANO, PROPRIEDADES DA ÁGUA, PH E SISTEMAS-TAMPÃO • PROJETO CONDIGITAL MEC – MCT. Água, sanea- mento e qualidade de vida. Vídeos Educativos – Uni- camp. Disponível em: <https://www.youtube.com/ watch?v=RJCBlCb-hAA>. Acesso em: 30 jun. 2016. 3.2. BIOMOLÉCULAS As biomoléculas são de extrema importância na organiza- ção e no funcionamento das células e dos organismos. Entretan- to, existem situações em que a falta de uma enzima ou a for- mação de moléculas defeituosas pode levar ao aparecimento de doenças. Veja, nos textos a seguir, um exemplo de doença causa- da pela falta de uma enzima, a intolerância à lactose, e outro pela produção de proteínas defeituosas, a encefalopatia espon- giforme, que causa uma doença muito grave, ainda sem cura. No terceiro texto, temos um breve esclarecimentosobre como o câncer pode ser considerado uma doença genética. • BACELAR, J.; ARILTON J.; KASHIWABARA, T. G. B.; NA- KAOKA, V. Y.; SILVA, E. Intolerância à lactose – Revisão da Literatura. Braz. J. Surg. Clin. Res. – BJSCR, v. 4, n. 4, p. 38-42, set.-nov. 2013. Disponível em: <http://www. mastereditora.com.br/periodico/20131101_095645. pdf>. Acesso em: 30 jun. 2016. • LUPI, O. Doenças priônicas: avaliação dos riscos envol- vidos na utilização de produtos de origem bovina. An. Bras. Dermatol., Rio de Janeiro, v. 78, n. 1, p. 7-18, jan.- -fev. 2003. Disponível em: <http://www.scielo.br/pdf/ abd/v78n1/v78n1a02>. Acesso em: 30 jun. 2016. 56 © BIOQUÍMICA E FARMACOLOGIA UNIDADE 1 – COMPOSIÇÃO QUÍMICA DO ORGANISMO HUMANO, PROPRIEDADES DA ÁGUA, PH E SISTEMAS-TAMPÃO • GUEMBAROVSKI, R. L., CÓLUS, I. M. S. Câncer: uma doença genética. Genética na escola, Londrina, v. 3, n. 1, 2008. Disponível em: <http://media.wix.com/ugd/ b703be_7ce057043ef849338248067c71383a95.pdf>. Acesso em: 30 jun. 2016. 3.3. SISTEMAS-TAMPÃO E pH O desenvolvimento do conceito de pH, na realidade, envol- veu a união de vários conhecimentos e teorias químicas. O pri- meiro artigo indicado neste tópico apresenta como essas teorias foram unificadas, assim como se chegou ao desenvolvimento da escala de pH. No segundo artigo, temos uma apresentação do desenvolvimento das teorias sobre soluções-tampão e sua im- portância nos sistemas biológicos. No terceiro artigo, as autoras mostram como substâncias encontradas em frutas comuns po- dem ser usadas como indicadores coloridos de pH. • ANDRADE, J. C. Química Analítica Básica: Os conceitos ácido- -base e a escala de pH. Chemkeys – Liberdade para aprender. Disponível em: <http://www.portalmedquimica.com.br/ arquivos/articleI-Acidez.php.pdf>. Acesso em: 30 jun. 2016. • FIORUCCI, A. R.; SOARES, M. H. F. B.; CAVALHEIRO, E. T. G. O conceito de solução tampão. Quím. Nova Esc., n. 13, maio 2001. Disponível em: <http://www.ufscar.br/labbes/ wp-content/uploads/buffer.pdf>. Acesso em: 30 jun. 2016. • TERCI, D. B. L.; ROSSI, A. V. Indicadores naturais de pH: usar papel ou solução? Quím. Nova, v. 25, n. 4, p. 684- 688, 2002. Disponível em: <http://quimicanova.sbq. org.br/imagebank/pdf/Vol25No4_684_25.pdf>. Acesso em: 30 jun. 2016. 57© BIOQUÍMICA E FARMACOLOGIA UNIDADE 1 – COMPOSIÇÃO QUÍMICA DO ORGANISMO HUMANO, PROPRIEDADES DA ÁGUA, PH E SISTEMAS-TAMPÃO 4. QUESTÕES AUTOAVALIATIVAS A seguir, responda às questões propostas a fim de conferir seu desempenho no estudo desta unidade: 1) Analise as afirmativas a seguir sobre as funções da água no citoplasma: I - Atuar como solvente da maioria das substâncias. II - Não atuar na manutenção do equilíbrio osmótico dos organismos em relação ao meio ambiente. III - Constituir o meio dispersante dos coloides celulares. IV - Participar das reações de hidrólise. V - Agir como ativador enzimático. A alternativa que contém as funções verdadeiras é: a) I, II, III. b) III, IV, V. c) I, III, IV. d) V, II, III. 2) Os compostos glicogênio e a celulose têm em comum: a) moléculas de amido. b) moléculas de gorduras. c) moléculas de aminoácidos. d) moléculas de glicose. 3) Os lipídios são: a) os compostos energéticos consumidos preferencialmente pelo organismo. b) substâncias insolúveis na água, mas solúveis nos chamados solventes orgânicos (álcool, acetona, éter e benzeno). c) mais abundantes na composição química dos vegetais do que na dos animais. d) presentes como fosfolipídios no interior da célula, mas nunca na estru- tura da membrana plasmática. 58 © BIOQUÍMICA E FARMACOLOGIA UNIDADE 1 – COMPOSIÇÃO QUÍMICA DO ORGANISMO HUMANO, PROPRIEDADES DA ÁGUA, PH E SISTEMAS-TAMPÃO 4) Um composto químico foi extraído de um tipo de célula animal e, após análise química, chegou-se à seguinte composição: glicina, serina, histidi- na, lisina, arginina e fenilalanina. Esta substância é: a) um aminoácido. b) um lipídio. c) uma proteína. d) um ácido nucleico. 5) Considere as afirmativas a seguir: I - As proteínas são substâncias de grande importância para os seres vi- vos: muitas participam da construção da matéria viva. II - As proteínas, chamada enzimas, facilitam reações químicas celulares. III - Os anticorpos, que também são proteínas, funcionam como substân- cias de defesa no organismo humano. Assinale: a) se somente I estiver correta. b) se somente II estiver correta. c) se somente III estiver correta. d) se todas estiverem corretas. 6) Sobre o DNA, é incorreto afirmar que: a) é encontrado em todos os compartimentos da célula. b) origina o RNA mensageiro. c) se replica por processo semiconservativo. d) é integrante dos genes nos cromossomas. Gabarito Confira, a seguir, as respostas corretas para as questões au- toavaliativas propostas: 1) c. 2) d. 59© BIOQUÍMICA E FARMACOLOGIA UNIDADE 1 – COMPOSIÇÃO QUÍMICA DO ORGANISMO HUMANO, PROPRIEDADES DA ÁGUA, PH E SISTEMAS-TAMPÃO 3) b. 4) c. 5) d. 6) a. 5. CONSIDERAÇÕES Nesta unidade, você foi convidado a compreender a im- portância da água, bem como as principais biomoléculas (car- boidratos, lipídios e proteínas). Estes conceitos são a base para lhe auxiliar no estudo e na compreensão das próximas unidades. Pudemos demonstrar que o papel desempenhado pelos ácidos nucleicos na transferência e manutenção da informação genética é de extrema importância para a vida. Suas características químicas e sua organização tridimen- sional proporcionam as condições necessárias para que suas fun- ções sejam corretamente desempenhadas. Na próxima unidade, veremos como as biomoléculas se in- tegram na realização do metabolismo celular. 6. E-REFERÊNCIAS Lista de figuras Figura 1 Molécula de água mostrando o ângulo formado pelos átomos ligantes. Disponível em: <http://trigonometriatics.blogspot.com.br/>. Acesso em: 29 maio 2015. Figura 2 As possíveis pontes de hidrogênio de uma molécula de água. Disponível em: <http://www.brasilescola.com/quimica/ligacoes-hidrogenio.htm>. Acesso em: 29 jun. 2016. 60 © BIOQUÍMICA E FARMACOLOGIA UNIDADE 1 – COMPOSIÇÃO QUÍMICA DO ORGANISMO HUMANO, PROPRIEDADES DA ÁGUA, PH E SISTEMAS-TAMPÃO Figura 3 Estruturas moleculares dos monossacarídeos glicose, frutose e galactose. Disponível em: <http://www.vestibulandoweb.com.br/biologia/teoria/carboidratos. asp>. Acesso em: 29 jun. 2016. Figura 4 Esquema representando a formação dos oligossacarídeos. Disponível em: <http://www.infoescola.com/bioquimica/dissacarideo/>. Acesso em: 16 mar. 2016. Figura 5 Constituição dos dissacarídeos mais comuns. Disponível em: <http://biophera. blogspot.com.br/2012/05/dissacarideos.html>. Acesso em: 29 maio 2015. Figura 6 Esquema da cadeia do amido constituída, por amilose e amilopectina. Disponível em: <http://www.oocities.org/edu043869/Cursobio_cap1.htm>. Acesso em: 29 jun. 2016. Figura 7 Esquema representando a molécula do glicogênio. Disponível em: <http:// www.oocities.org/edu043869/Cursobio_cap1.htm>. Acesso em: 29 jun. 2016. Figura 8 Esquema representando a molécula da celulose. Disponível em <http://www. oocities.org/edu043869/Cursobio_cap1.htm>. Acesso em: 29 jun. 2016. Figura 9 Moléculas de ácidos graxos saturado (a) e insaturado (b). Disponível em: <http://www.infoescola.com/bioquimica/acidos-graxos/>. Acesso em: 29 jun. 2016. Figura 10 Reação de saponificação. Disponível em: <http://quimicasemsegredos.com/ reacao-de-Saponificacao.php>. Acesso em: 29 jun. 2016. Figura 11 Esquema de uma molécula de fosfolipídio. Disponível em: <http://www. teliga.net/2010/04/estrutura-da-membrana-plasmatica.html>. Acesso em: 29 jun. 2016. Figura 12 Esquema de uma molécula de colesterol. Disponível em: <http://www.teliga. net/2010/04/estrutura-da-membrana-plasmatica.html>. Acesso em: 29 jun. 2016. Figura 13 Estrutura molecular de
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