Apostila de Bioquímica 3.0 (LC) I

 

SUMÁRIO Capítulo Capítulo Capítulo Capítulo Capítulo Capítulo Capítulo Capítulo Capítulo Capítulo Capítulo Capítulo Capítulo Capítulo Capítulo Capítulo

01 02 03 04 05 06 07 08

Introdução à Bioquímica....................................................... Pág. Estrutura de Aminoácidos.................................................... Pág. Estrutura de Proteínas.......................................................... Pág. Enzimas e Cinética enzimática........................................... Pág. Estrutura de Lipídeos............................................................ Pág. Membranas Biológicas.......................................................... Pág. Estrutura dos Carboidratos................................................. Pág. Estrutura dos Nucleotídeos, DNA e RNA........................ Pág.

01 13 23 31 43 55 61 67

09 10 11 12 13 14 15 16

Introdução ao Metabolismo................................................. Pág. Glicólise...................................................................................... Pág. Gliconeogênese............................. Gliconeogên ese........................................................................ ........................................... Pág. Regulação integrada da Glicólise e Gliconeogênese.. Pág. Ciclo de Krebs........................................................................... Pág. Cadeia transportadora de Elétrons.................................. Pág. Síntese de ATP......................................................................... Pág. Via das Pentoses Fosfato..................................................... Pág.

73 81 91 95 101 109 113 119

Capítulo Capítulo 17 18 Capítulo 19 Capítulo 20 Capítulo 21 Capítulo 22 Referências Créditos

Metabolismo Metabolismo do de Glicogênio.................................................. Ácidos Graxos.......................................... Pág. Pág. Metabolismo de Aminoácidos............................................. Pág. Metabolismo de Nucleotídeos............................................. Pág. Replicação, Replicaçã o, Tran Transcrição scrição e Tra Tradução................................. dução................................. Pág. Integração Metabólica........................................................... Pág. ...................................................................................................... Pág. ...................................................................................................... Pág.

127 137 153 163 171 181 193 193

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P  R   O I    B  I    D A  A  R  E  P  R   O D  U    Ç  à  O T   O

A  T  L   O  U  P  A  R   C  I    A  L  D E   S  T  E  M A  T  E  R  I    A  L   S  E  M  P  R  É   V  I    A  A   U  T   O R  I    Z  A    Ç  à  O

 

AGRADECIMENTOS   A elaboração deste material de altíssima qualidade foi possível apenas pela presença de algumas pessoas no decorrer de todo o período no qual o escrevi. Em alguns momentos, a produtividade me tomava e eu escrevia páginas páginas e mais páginas sem parar, de forma que a hora passava de forma que eu se quer percebia. Por outras vezes, a procrastinação se fez presente e não me permitia escrever qualquer qualquer palavra, mas em todos os momentos houver houveram am pessoas que tornaram este projeto possível. Por isso, agradeço aqui ao meu pai, Giovani, que possibilitou financeiramente financeiramente a produção de todo o material; a minha mãe e irmã, Claudia e Karen, pela paciencia em todos os momentos que não pude ser tão presente nas atividades domésticas; a minha querida amiga Gabriela, pelas lindas ilustrações desta apostila, que a torna ainda mais didática e é um material essencial essenci al para o entendimento; e a minha querida amiga Yana, por me ouvir com cautela e carinho, além de seus conselhos, em todos os momentos difíceis que surgiram antes, durante e após esta jornada.   Certamente, não podia deixar de agradecer a você, querido Entendedor, por depositar sua confiança em mim e adquirir este material para se tornar um estudante e profissional melhor. Honrarei em cada parágrafo o meu compromisso com você. Queainda este material de torne ainda maior e que você alcance os seus objetivos. Boa leitura e boa jornada, querido Entendedor. Matheus Hilário

 

Int Introduç rodução ão à Bioquímica GENERALIDADES   Para que você compreenda o que lerá em capítulos posteriores, posteriores, uma base de conhecimentos de biologia e química são necessários. Não se preocupe, o objetivo deste capítulo é revisar os principais conceitos requeridos para que os eu estudo na bioquímica seja mais leve. Muitos alunos possuem dificuldades para entender alguns conceitos por não relembrarem conceitos breves, porém importantíssimos nos quais o conhecimento sobre a bioquímica é construído. Por isso, não pule este capítulo, mesmo que você já saiba, leia-o e revise para assegurar um melhor entendimento nas próximas páginas.   A bioquímica, apesar do que o nome sugere, não é apenas uma disciplina onde se estuda apenas biologia e química (apesar destes serem fundamentais), ela vai além e adentra, também, na físico-química. De uma forma mais geral, podemos definir bioquímica como o ramo que estuda as moléculas e reações químicas relacionadas aos processos que possibilitam a vida e a manutenção desta. Por isso, digo constantemente que a bioquímica é a “mãe” de outras áreas como a fisiologia, farmacologia, imunologia, genética, entre outras e, por isso, muitas vezes nesta apostila falaremos sobre aspectos relacionados à estas matérias também, pois eles se misturam. Saber bioquímica certamente facilitará o estudo de várias outras disciplinas.   Este capítulo iniciará sua discussão sobre alguns dos conceitos biológicos, principalmente sobre a célula animal e as organelas celulares e, após, sobre alguns conceitos relacionados à química.

ASPECTOS BIOLÓGICOS   Começaremos a nossa revisão discutind discutindoo sobre a estrutura das células animais. Isto não exclui a bioquímica de células vegetais, porém, o foco do nosso estudo neste material será sempre a bioquímica humana. Por vezes, bactérias como a Escherichia coli serão citadas pois trata-se do principal organismo celular estudado nos laboratórios.   Os organismos podem ser classificados como unicelulares ou multicelulares a depender da quantidade de células que trabalham em conjunto para manter a vida. Apesar de apresentarem níveis de complexidade diferentes, estes organismos compartilham aspectos bioquímicos em comum, que serão estudados aqui.

ESTRUTURA DA CÉLULA   A célula animal, eucariótica eucariótica,, apresenta pode ser dividida didaticamente em três partes:   sua principal (1) MEMBRANA CELULAR: quanto a estrutura da célula é delimitar  osfunção meios externo e interno, porém, vai além em suas funções, que serão estudadas em capítulo específico neste material.

(2) CITOPLASMA: o citoplasma é a porção interna da célula composta por um material aquoso, que compõe o citosol, onde estão mergulhadas as organelas celulares. Estas organelas são estruturas especializadas em realizar funções específicas que permitem a execução de diversas atividades celulares. (3) NÚCLEO: é uma organização intracelular, geralmente delimitado por uma dupla membrana, que é responsável por conter o material genético daquela célula, o DNA.

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P  R   O I    B  I    D A  A  R  E  P  R   O D  U    Ç  à  O T   O

A  T  L   O  U  P  A  R   C  I    A  L  D E   S  T  E  M A  T  E  R  I    A  L   S  E  M  P  R  É   V  I    A  A   U  T   O R  I    A  Z    Ç  à  O

 

    O      Ã     Ç     A     Z     I     R     O     T     U     A     A     I     V      É     R     P       M     E     S     L     A     I     R     E     T     A     M     E     T     S     E     D     L     A     I     C     R     A     P     U     O     L     A     T     O     T     O      Ã     Ç     U     D     O     R     P     E     R     A     A     D     I     B     I     O     R     P

Estrutura de uma célula animal 

  Como dito anteriormente anteriormente,, as organelas celulares são responsáveis por exercerem fun-

ANOTAÇÕES

ções que isso, possibilitam todas saber as atividades célula. Por é necessário quais asdafunções de cada uma das organelas.

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(1) Complexo de Golgi: é a organela responsável pelo empacotamento de proteínas. É nesta que o destino da proteína será definido como enviado à outras organelas ou para o meio externo. (2) Ribossomo: é o aparelho responsável por sintetizar as proteínas. (3) Lisossomo Lisossomo:: responsável por degradar restos celulares ou material fagocitado pela célula. (4) Mitocôndria: local onde ocorre a oxidação das fontes energéticas com a consequente síntese de ATP. (5) Retículo endoplasmático rugoso:  principal local de síntese proteica (sua parede apresenta muitos ribossomos, ribossomos, por isso o aspecto – e nome – “rugoso”). (6) Retículo endoplasmático liso:  principal local de metabolização de substâncias como fármacos e síntese de lipídeos.   Durante o nosso estudo pela bioquímica citaremos inúmeras vezes as organelas celulares, por isso, é importante que você saiba como elas estão organizadas e suas principais funções

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ASPECTOS QUÍMICOS

P  R   O I    B  I    D A  A  R  E  P  R   O D  U    Ç  à  O T   O

A  T  L   O  U  P  A  R   C  I    A  L  D E   S  T  E  M A  T  E  R  I    A  L   S  E  M  P  R  É   V  I    A  A   U  T   O R  I    A  Z    Ç  à  O

Tabela periódica dos Elementos 

ÁTOMO   Todas as substânci substâncias as conheci conhecidas das são formadas por moléculas que, por sua vez, são um conjunto de átomos que interagem entre si. Cada elemento da tabela periódica demonstra um átomo, que é a base de qualquer elemento químico.   Os átomos apresentam três elementos que se organizam em um núcleo, onde ficam os prótons (carga positiva) e os nêutrons (sem carga), que são circundados por uma nuvem de elétrons  (carga negativa). Na figura abaixo você pode ver o exemplo da organização do átomo de carbono.   Durante o nosso estudo, falaremos constantemente sobre os íons, que são átomos que ganharam ou perderam carga elétrica. Ao ganharem elétrons, os íons serão especificados como ânions, e passarão a apresentar uma carga elétrica líquida negativa (pois haverá mais elementos com carga negativa do que com carga positiva). Ao perderem elétrons, os íons serão especificados como cátions, e passarão a exibir uma carga elétrica líquida positiva. As reações químicas que envolvem a transferência de elétrons são chamadas reações de oxidorredução, e são muito comuns na bioquímica.

LIGAÇÕES QUÍMICAS   Os diferentes elementos químicos e substâncias são formados por conjunto de átomos. Estes átomos, para interagirem entre si e possibilitarem a formação dos elementos e substâncias, são unidos por meio das ligações químicas. Existem dois principais grupos de ligações químicas:

(1) LIGAÇÕES COVALENTES: são as ligações mais fortes que existe, onde há compartilhamento de um par elétrons entre os átomos envolvidos em

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uma ligação covalente. Estas ligações são altamente estáveis e, para serem quebradas, demandam uma alta entrada de energia no sistema.

(2) LIGAÇÕES NÃO COVALENTES: frequentemente chamadas de “interações”, são ligações que exibem uma interação mais fraca do que as ligações covalentes. Existem três principais tipos: -quando  (ou interações eletrostáticas): Ligações duasiônicas moléculas exibem carga total oposta, estas podem se atrair e formar as ligações iônicas. Uma terá carga negativa e outra carga positiva.

    O      Ã     Ç     A     Z     I     R     O     T     U     A     A     I     V      É     R     P       M     E     S     L     A     I     R     E     T     A     M     E     T     S     E     D     L     A     I     C     R     A     P     U     O     L     A     T     O     T     O      Ã     Ç     U     D     O     R     P     E     R     A     A     D     I     B     I     O     R     P

- Ligações de hidrogênio (ou pontes de hidrogênio): são um tipo de ligações eletrostáticas que ocorrem entre duas partes: (1) um doador de ponte de hidrogênio e um (2) aceptor de ponte de hidrogênio. Quando alguns átomos (a saber: oxigênio, nitrogênio e flúor) estão ligados ao hidrogênio, por exibirem uma alta eletronegatividade, eles fazem com que os elétrons do hidrogênio se aproximem mais de si. Por isso, eles formam temporariamente dois pólos, onde o elemento mais eletronegativo exibe uma carga elétrica mais negativa (o que aproximou os elétrons de si) e outro hidrogênio exibe uma carga elétrica positiva (que “perdeu” os elétrons), veja na figura a seguir. Desta maneira, por exibir diferentes cargas (uma positiva e outra negativa), estes elementos podem interagir com outros que também exibam cargas. É o principal tipo de interação que ocorre entre as moléculas de água. - Interações de van der Waals: nestas interações,

PROPRIEDADES DAS MOLÉCULAS   As diferentes moléculas e elementos apresentam propriedades importantes quando comparados em grupos: à sua solubilidade, sendo dividido

(1)  HIDROFÍLICOS (ou hidrossolúveis): são substâncias polares que apresentam solubilidade em água. (2) HIDROFÓBICOS (ou lipofílicas): são substâncias apolares que não são solúveis em água (mas são solúveis em meios como o éter. (3) ANFIPÁTICOS: são moléculas ou substâncias que apresentam ambos os caráteres hidrofílico e hidrofóbico, devido a sua estrutura. Estas propriedades são importantes principalmente quando estivermos estudando o comportamento da estrutura das diferentes macromoléculas, pois suas características características e o meio no qual se encontram influenciam diretamente na sua estrutura.

GRUPOS QUÍMICOS   As diferentes biomolécula biomoléculass que estudaremos são compostas, como já citamos, por átomos que interagem entre si. Estes átomos podem for-

Interações de Hidrogênio 

assume-se que o elemento apresenta momentos em que as suas cargas elétricas são distribuídas de forma diferente, exibindo um polo positivo e um polo negativo temporário. A força de atração entre os elementos aumenta conforme a distância entre eles se aproximam, porém, se repelem quando muito próximos. Este tipo de ligação ocorre principalmente entre elementos apolares.   Os átomos e elementos podem combinar combinar--se entre si para formar novas substâncias. Estes irão interagir por meio de ligações químicas.

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mar um grupos funcionais específicos que apresentam padrão que se repetem em determinadas moléculas. Estes grupos funcionais conferem características químicas importantes para a função de cada uma destas biomoléculas. Na imagem a seguir você pode conferir alguns dos principais grupos químicos e funcionais encontrados. Alguns dos mais importantes são: hidroxila, ácido carboxílico, fosfato, éster, entre outros. O objetivo de te apresentar estas estruturas neste momento é que, ao surgir dúvida em leituras seguintes, você possa consultar esta tabela e identificar qual é o grupo químico ao qual estamos nos referindo.

 

ÁCIDOS E BASES   Certamente você lerá neste material muitas vezes os termos “ácido” e “base”. Para que você entenda sobre o que estamos dizendo, gostaria de introduzir estes conceitos para você. Existem diferentes formas de classificar um grupo moléculano como ácido de ouSvante base, neste materialou focaremos conceito Arrhenius.

(1) ÁCIDO DE ARRHENIUS: são aqueles compostos que, quando em meio aquoso, liberam H +. P  R   O I    B  I    D A  A  R  E  P  R   O D  U    Ç  à  O T   O

(2) BASES DE ARRHENIUS: são os compostos que, quando em meio aquoso, liberam OH.

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A partir destes conceitos, você está apto a entender os próximos que serão apresentados.

ESCALA DE PH   Muitas vezes, durante o nosso estudo na bioquímica citaremos valores de pH. A escala de pH é responsável por nos informar sobre a concentração de hidrogênio no meio. A determinação do pH se dá através da seguinte fórmula:

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A  T  L   O  U  P  A  R   C  I    A  L  D E   S  T  E  M A  T  E  R  I    A  L   S  E  M  P  R  É   V  I    A  A   U  T   O R  I    A  Z    Ç  à  O

 

Saber pH é importante por os diferen  tes meios no nosso corpo apresentam valores estritamente controlados de pH. As células, por exemplo, exibem um pH neutro, próximo de 7, e este precisa ser constantemente regulado para que a estrutura da célula não se perca.

Escala de pH      O      Ã     Ç     A     Z     I     R     O     T     U     A     A     I     V      É     R     P       M     E     S     L     A     I     R     E     T     A     M     E     T     S     E     D     L     A     I     C     R     A     P     U     O     L     A     T     O     T     O      Ã     Ç     U     D     O     R     P     E     R     A     A     D     I     B     I     O     R     P

  As soluções que apresentam valores de pH menores do que 7 são chamadas soluções ácidas (sua concentração de H+ é alta), enquanto as soluções que apresentam valores de pH maiores do que 7 são chamadas soluções soluçõe s básicas (sua concentração de H+ é menor, e a de OH é maior). Devido a necessidade de manter os valores de pH dentro de uma faixa restrita para que as atividades celulares ocorram sem problemas, existem substâncias que realizam um processo de tamponamento. Estas são substâncias que ajustam o pH do meio para mantê-lo dentro do pH ideal. O sangue, por exemplo, exibe um importante sistema tampão que ocorre pela presença de bicarbonato. Dentro das células, os aminoácidos e diversas outras substâncias são capazes de atuar como sistema tampão, doando ou recebendo íons H+ (que comumente chamaremos de prótons), para manter o pH em sua faixa normal. _______________________________________________________ _______________________________________________________ _______________________________________________________ ______________________________________________________ ______________________________________________________ _______________________________________________________ ______________________________________________________ ______________________________________________________ ______________________________________________________ ______________________________________________________ ______________________________________________________ _______________________________________________________ ______________________________________________________ ______________________________________________________ ______________________________________________________ ______________________________________________________ ______________________________________________________

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ANOTAÇÕES _______________________________________________________ _______________________________________________________ _______________________________________________________ _______________________________________________________ _______________________________________________________ _______________________________________________________ _______________________________________________________ _______________________________________________________ _______________________________________________________ ____________________________ _____________ ______________________________ ____________________________ _____________ ____________________________ _____________ ______________________________ ____________________________ _____________ ____________________________ _____________ ______________________________ ____________________________ _____________ ____________________________ _____________ ______________________________ ____________________________ _____________ ____________________________ _____________ ______________________________ ____________________________ _____________ ____________________________ _____________ ______________________________ ____________________________ _____________ ____________________________ _____________ ______________________________ ____________________________ _____________ ____________________________ _____________ ______________________________ ____________________________ _____________ ___________________________________________ ____________________________ ____________________________ _____________ ____________________________ _____________ ______________________________ ____________________________ _____________ ____________________________ _____________ ______________________________ ____________________________ _____________ ____________________________ _____________ ______________________________ ____________________________ _____________ ____________________________ _____________ ______________________________ ____________________________ _____________ ____________________________ _____________ ______________________________ ____________________________ _____________ ____________________________ _____________ ______________________________ ____________________________ _____________ ____________________________ _____________ ______________________________ ____________________________ _____________ ____________________________ _____________ ______________________________ ____________________________ _____________ ____________________________ _____________ ______________________________ ____________________________ _____________ ____________________________ _____________ ______________________________ ____________________________ _____________ ____________________________ _____________ ______________________________ ____________________________ _____________ _____________ ____________________________ ______________________________ ____________________________ _____________ ____________________________ _____________ ______________________________ ____________________________ _____________ ____________________________ _____________ ______________________________ ____________________________ _____________ _______________________________________________________ _______________________________________________________ _______________________________________________________ ____________________________ _____________ ______________________________ ____________________________ _____________ ____________________________ _____________ ______________________________ ____________________________ _____________ ____________________________ _____________ ______________________________ ____________________________ _____________ ____________________________ _____________ ______________________________ ____________________________ _____________ ____________________________ _____________ ______________________________ ____________________________ _____________ ____________________________ _____________ ______________________________ ____________________________ _____________ ____________________________ _____________ ______________________________ ____________________________ _____________ ____________________________ _____________ ______________________________ ____________________________ _____________ ____________________________ _____________ ______________________________ ____________________________ _____________ ____________________________ _____________ ______________________________ ____________________________ _____________

 

PRINCÍPIOS DE TERMODINÂMICA A termoquímica, ao estudar a dinâmica de calor nas diversas reações químicas, fornece informações essenciais para que, na bioquímica, sejam compreendidos vários processos metabólicos que visam o fornecimento dos substratos

(1) REAÇÕES QUÍMICAS EXOTÉRMICAS: são aquelas que liberam CALOR ao acontecerem. Comumente ocorrem espontaneame espontaneamente. nte.

(combustível) necessários para que as funções do corpo humano e sua fisiologia sejam mantidas em atividade conforme sua necessidade. No nosso corpo, o “combustível” responsável por fornecer a energia necessária para manter tais funções é obtido por meio da nossa alimentação. Esta energia (ou potencial de formação energética) pode ser utilizada imediatamente ou armazenada, principalmente quando o alimento é ingerido em excesso (maior consumo de kcal totais em relação as necessidades metabólicas), na forma de glicogênio  (no fígado e músculos) ou triacilgliceróis (no tecido adiposo), para que possa ser mobilizado e utilizado posteriormente, quando

aquelas que não absorvem CALOR para ocorrerem. Comumente ocorrem espontaneamente.

necessário. Quase todas as reações químicas que ocorrem são acompanhadas de absorção ou liberação de energia que, muitas das vezes, é mobilizada na forma de calor. Tomemos como exemplo a fervura da água em um fogão. O fogo utilizado para aquecer a água, é obtido por meio da combustão de gases como propano e butano, hidrocarbonetos derivados do petróleo (GLP). Esta combustão trata-se de uma reação química que libera calor para o ambiente, neste caso, para a panela com água. A água, por sua vez, encontra-se em estado líquido na panela e, ao absorver calor resultante da combustão do gás, passa para o estado gasoso (processo de vaporização). Na termoquímica existem termos específicos para descrever as reações químicas vistas acima, são eles:

(2) REAÇÕES QUÍMICAS ENDOTÉRMICAS: são

Em termos conceituais, para definirmos se uma reação química será exotérmica ou endotérmica precisamos entender que toda e qualquer substância apresenta uma energia interna. De maneira simplória, podemos dizer que existem dois tipos de energias, a energia cinética, que é aquela associada ao movimento dos átomos e das moléculas no espaço; e a energia livre (ΔG), que é aquela que pode ser utilizada em um sistema para produzir trabalho. Dentro do conceito de energia livre, as reações podem ser classificadas de duas formas:

(1) REAÇÕES EXERGÔNICAS: quando a energia interna dos reagentes for maior do que a dos produtos, haverá uma sobra energética que será liberada. Estas reações ocorrem espontaneamente. Quando calor, esta reação poderá ser chamada, também, de reação exotérmica. (2) REAÇÕES ENDERGÔNICAS: quando a energia interna dos reagentes for menor do que a dos produtos, haverá uma necessidade de absorver a quantidade de energia que falta. Estas reações não ocorrem espontaneamente. Quando calor, esta reação poderá ser chamada, também, de reação endotérmica.

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P  R   O I    B  I    D A  A  R  E  P  R   O D  U    Ç  à  O T   O

T  A  L   O  U  P  A  R   C  I    A  L  D E   S  T  E  M A  T  E  R  I    A  L   S  E  M  P  R  É   V  I    A  A   U  T   O R  I    A  Z    Ç  à  O

 

As reações químicas em um sistema aberto, como ocorrem no dia a dia, apresentam uma variação de calor entre os reagentes e produtos que, no cotidiano, apresentam-se sob pressão constante na maioria das vezes. A variação de entalpia (ΔH) é exatamente a medida da quantidade de CALOR que é liberada ou absorvida durante uma reação à pressão constante. Logo, ∆H < logo, 0, a reação podemos concluir que, quando está liberando calor para o sistema, trata-se de uma reação exotérmica; o contrário também é verdadeiro, quando ∆H > 0, a reação está absorvendo calor, logo, trata-se de uma reação endotérmica. A determinação da quantidade de calor     O      Ã     Ç     A     Z     I     R     O     T     U     A     A     I     V      É     R     P       M     E     S     L     A     I     R     E     T     A     M     E     T     S     E     D     L     A     I     C     R     A     P     U     O     L     A     T     O     T     O      Ã     Ç     U     D     O     R     P     E     R     A     A     D     I     B     I     O     R     P

liberada ou absorvida (∆H), uma das variáveis

levadas em consideração é a quantidade de mols dos reagentes que estão fazendo parte da reação química; por este motivo, comumente a variação de entalpia (∆H) é informada em Kcal/  mol ou Kj/mol (SI) para buscar padronizar o

valor informado. Além disso, como cada estado químico apresenta entalpias diferentes, o estado químico final do produto também influencia, como mostrados abaixo.

H (sólido) < H (líquido) < H (vapor) ( vapor) A Lei de Hess, amplamente utilizada na termoquímica, trata-se de uma lei experimental que será, indiretamente, muito utilizada na bioquímica, principalmente na abordagem do módulo de Bioquímica metabólica. Logo, o entendimento desta é de muita importância. Segundo esta, a variação da entalpia, ΔH (que é  a quantidade de calor liberado ou absorvido), em uma rea ção quí mica, mica, dependerá apenas dos estados inicial e final da reação. Veja o exemplo abaixo:

Em gráfico, temos o seguinte:

  Podemos concluir com o exposto acima o que diz a Lei de Hess. Independente do caminho que a reação segue para formar determinado produto, a ∆H dependerá apenas dos estados

inicial e final, quer seja a reação diretamente formando o produto ou indiretamente formando este produto.   Na bioquímica, este será um importante conceito quando abordarmos as vias metabólicas e sua reação global. Notaremos que essas vias são compostas de um conjunto de reações, mas sua reação global nos dá o valor de ∆H global da reação, que nos permite analisar e tirar conclusões. Uma importante consequência da Lei Hess é, de quemaneira as reações químicas podem ser de somadas a obter uma equação global da formação daquele produto. Por este motivo, a Lei de Hess também pode ser chamada de Lei da Soma dos Calores da Reação. Vejamos a equação global para o exemplo anterior:

Esta lei torna-se muito importante pois, em muitas situações, a determinação da ∆H de uma

reação química individual é muito difícil experimentalmente, com estesMuitas conceitos, podem ser facilmentemas, determinadas. operações matemáticas podem ser feitas com uma equação, segundo estes conceitos. As equações podem ser invertidas, desde que o sinal da ∆H seja

trocado; multiplicada ou dividida, desde que o valor de ∆H também seja multiplicado ou dividido, etc.

  A reação química de formação de CO2  pode ocorrer de duas formas, como especificadas acima. Vamos analisar, agora, o valor de ∆H

para ambos os caminhos: Primeiro caminho: ∆H = -393,3 kJ

Segundo caminho: ∆H1 = -110,3 kJ ∆H2 = -282,0 kJ

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PRINCÍPIOS DE CINÉTICA QUÍMICA GENERALIDADES

VELOCIDADE MÉDIA

A cinética química é o ramo da química responsável por estudar a velocidade das reações e os fatores que influenciam nesta velocidade. No nosso dia a dia, mesmo sem perceber, estamos amplamente rodeados pela cinética química. Pense na seguinte situação: você foi ao supermercado e comprou um pão de forma que estava em promoção, levou para casa e comeu com um delicioso patê de frango. No dia seguinte, ao comer o pão, verificou que a data de validade deste estava muito próximo do vencimento. E agora, o que faremos? Após esta aula, entenderemos que alguns artifícios podem ser utilizados no seu caso para ajudar a prolongar ou retardar o envelhecimento do pão. Um dos principais problemas nos pães

Utilizaremos na química um conceito um pouco diferente da física ao abordarmos a velocidade média. Relembre-se que, na física, a velocidade média de um corpo é a distância que este percorre em uma determinada unidade de tempo. Na química, porém, a velocidade média de uma reação terá como base a quantidade de reagentes que desaparecem ou a quantidade de produtos que surgem em uma determinada unidade de tempo.  Tenhaa em mente que, no decorrer  Tenh decorrer de uma reação química, os reagentes são consumidos, tendo sua concentração diminuída, enquanto os produtos são formados, tendo sua concentração aumentada no sistema em questão. 

évista a multiplicação de microrganismos, que estes alimentos são uma ricatendo fonteem de carboidratos.. Duas simples atitudes podem colacarboidratos borar para a extensão da vida útil deste produto: I. Colocar o pão na geladeira: em baixas temperaturas, toda a atividade metabólica dos microrganismos presentes no produto será diminuída, primeiro pois a reprodução dos microrganismos será retardada, segundo pois a velocidade com que este é capaz de utilizar dos nutrientes será drasticamente diminuída. II.

REAÇÕES QUÍMICAS

Fazer torradas: ao torrar o pão, grande parte do conteúdo de água será eliminado, diminuindo a sobrevivência e o metabolismo dos microrganis microrganismos mos ali presentes.

Vale lembrar que estes são exemplos simples e que não são aplicáveis a qualquer tipo de ali-  mento ou todas as situações, tendo em vista que alguns microrganismos são capazes de suportar baixas e altas temperaturas. Logo, tome apenas como exemplo e não consuma alimentos fora do prazo de validade 

Agora que já estamos convencidos da importância da cinética química no nosso cotidiano, vamos explorar alguns detalhes.

Para que aconteçam, as substâncias químicas envolvidas em uma reação química dependem de basicamente dois fatores para que a reação ocorra, sendo eles o contato e afinidade entre os reagentes. Podemos exemplificar ao utilizar os famosos comprimidos efervescentes. Se compararmos o tempo de efervescência de um comprimido inteiro com o tempo de efervescência de um comprimido triturado, claramente, o tempo deste será menor do que daquele. Desta forma, quanto maior a superfície de contato entre os reagentes, maior a velocidade da reação química.  Diferentes substâncias apresentam diferentes quando comparadas entre si. É fácil afinidades entendermos que, aquelas substâncias que apresentam maiores afinidades, tendem a aumentar a velocidade de uma reação química.

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P  R   O I    B  I    D A  A  R  E  P  R   O D  U    Ç  à  O T   O

T  A  L   O  U  P  A  R   C  I    A  L  D E   S  T  E  M A  T  E  R  I    A  L   S  E  M  P  R  É   V  I    A  A   U  T   O R  I    A  Z    Ç  à  O

 

    O      Ã     Ç     A     Z     I     R     O     T     U     A     A     I     V      É     R     P       M     E     S     L     A     I     R     E     T     A     M     E     T     S     E     D     L     A     I     C     R     A     P     U     O     L     A     T     O     T     O      Ã     Ç     U     D     O     R     P     E     R     A     A     D     I     B     I     O     R     P

A ocorrência das reações químicas é explicada pela  Teori  Teoriaa das Colisões. Esta teoria nos informa que, a formação de determinado produto, depende do encontro no espaço dos reagentes. De acordo com esta teoria, existem alguns fatores importantes que são responsáveis por influenciar na velocidade das reações químicas. São eles a frequência, a energia (violência) e a

Um grande avanço na história da humanidade foi o desenvolvimento de diferentes técnicas de conservação de alimentos. Antigamente utilizava-se o sal para a conservação de carnes, por exemplo. Este era capaz de desidratar e dificultar a ocorrência das reações químicas dos microrganismos, evitando, assim, a deterioração do alimento. Sabe-se hoje que esta não é uma

orientação com que os reagentes se chocam.

técnica muito adequada para ligada a conservação dealimentos e está diretamente com a ocor ocorrência do Adenocarcinoma Gástrico, a neoplasia (câncer) mais frequente e importante do estômago, tendo em vista que, com a melhora das técnicas de conservação de alimentos no decorrer dos anos, principalmente com o advento da refrigeração, sucedeu-se diminuição da incidência de Adenocarcinoma Gástrico. Citamos mais acima que as reações químicas exergônicas/exotérmicas tendem a ocorrerem de maneira espontânea. Porém, um pedaço de papel não entra em combustão sozinho, é necessário um “empurrão” que, na química, trata-se da formação de um complexo ativado, explicado pela  Teoria do Complexo Ativado e que pode ser também aplicado à Cinética Enzimática, no nosso futuro estudo da bioquímica. O complexo ativado trata-se de um estado intermediário entre os reagentes e os produtos, como exemplificado na imagem abaixo.



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Frequência: quanto maior o número de choques, maior o número de moléculas que interagem e, portanto, maior a velocidade da reação química. Energia  (violência): quanto mais forte a colisão entre as moléculas, maior a chance de provocar a ocorrência da reação química. Orientação: moléculas que colidem de maneira organizada, tendem a favorecer o acontecimento de uma reação química quando comparada com a colisão de moléculas de maneira oblíqua ou não-frontal.

 TEMPERATURA  TEMPERA TURA Cotidianamente utilizamos da temperatura para alterar a velocidade das reações químicas que nos rodeiam. Para acelerarmos reações químicas no nosso dia a dia utilizamos, por exemplo, a panela de pressão ou uma chama mais alta

Observe nos gráficos abaixo que, para que haja a formação do complexo ativado, é necessário o fornecimento de uma quantidade de e/ou maior de um fogão. Ao utilizarmos destes energia, chamada de energia de ativação (Eat). artifícios, não apenas aumentamos a frequência  Conceitualmente Conceitualmente,, a energia de ativação é a enerdas colisões, mas, também, a energia, ou seja, a gia mínima que duas moléculas devem se chocar força com que estas colisões ocorrem. O mesmo para que possam reagir, ou seja, energia mínima pode ser aplicado à diminuição da temperatura. para ocorrência de uma colisão efetiva. Quanto Ao colocarmos o nosso pão de forma exemplifi- maior a energia de ativação, mais difícil torna-se cado anteriormente, diminuímos a frequência e a a reação. As enzimas atuam diminuindo a energia energia das colisões entre os substratos e as en- de ativação de uma reação química específica e, zimas dos microrganismos, aumentando assim a ao fazerem, facilitam a ocorrência desta reação. vida do mesmo. Desta forma, a geladeira serveútil apenas para manter um delicioso vinhonão em sua temperatura ideal, mas, também, para conservação de alimentos.

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Veremos novamente este termo na nossa aula de Cinética Enzimática. A temperatura é um dos principais fatores que interferem na ocorrência das reações quími-

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cas, juntamente com a concentração dos reagentes  (abaixo), porém, vale lembrar que, a luz  e a energia elétrica também são capazes de atuarem de maneira positiva ou negativa.

CONCENTRA RAÇÃO ÇÃO DOS CONCENT REAGENTES   A concentração dos reagentes de uma reação química é um importante fator que influencia na cinética com que esta ocorre. Não é difícil entender que, ao aumentar a concentração

dos reagentes, velocidade reações équímicas também iráa aumentar . Adas explicação simples, pense nos três fatores que citamos anteriormente: frequência, energia e orientação da colisão, ao aumentar as concentrações dos reagentes, a probabilidade de ocorrer colisões entre os reagentes será maior, logo, teremos um aumento da frequência e, consequentemente, da velocidade da reação.

DETE RMINAÇÃO DETERMINAÇ ÃO DA VELOCIDADE

  Tenha em mente três perspectiv perspectivas as dos carros da imagem acima: antes de passar pelo pedágio, ao passar pelo pedágio e após passar pelo pedágio. Antes de encontrar o pedágio temos muitos veículos trafegando pela rodovia (aos moradores de Vila Velha, pense na terceira ponte às 18h), porém o pedágio tem capacidade de liberar

apenas cinco carros por minuto de maneira que, após o pedágio, apenas 5 carros serão liberados por minuto. Logo entendemos que, uma reação química intermediária lenta terá grande peso na determinação da velocidade global da reação.

CATALISADORES Vamos agora abordar um assunto de extrema importância para a Bioquímica: os catalisadores. As células do nosso corpo estão a todo momento realizando reações químicas para garantir a integridade e vitalidade daquela célula, tecido, órgão, etc. Apesar de muitas reações químicas ocorrem espontaneamente, algumas delas ocorrem tão lentamente que seria impossível manter a vitalidade se não houvesse algo que fosse capaz de aumentar a velocidade da reação.

  Lembre-se dos caminhos que mostra-  Todas substâncias capazes de sem aumentaras a velocidade de que uma são reação química, mos para formação de CO2 na página 3. A maioria serem consumidas durante o processo, é denodas reações químicas não ocorrem diretamente minada catalisador. E, conceitualmente, catálise como mostrado no primeiro caminho, mas sim é o aumento da velocidade da reação, provoco por múltiplas reações químicas que, ao final, pelo catalisador. Em nosso estudo da bioquímica chegam ao resultado esperado. Ao somarmos as metabólica, iremos ver muitas enzimas que são reações químicas, temos a reação global daquele responsáveis por acelerar a velocidade das reaprocesso. ções.   Cada etapa em uma reação química pode Por outro lado, porém não menos imporser tratada como individual para que possamos tante, nem sempre desejamos que as reações analisar: cada uma terá seus reagentes, sua químicas tenham sua velocidade aumentada, às energia de ativação, seus produtos, etc. A veloci- vezes precisamos que esta seja diminuída. Neste dade com que a reação química global acontece momento, podemos utilizar um inibidor. é determinada pela etapa mais lenta, pois é ela Segundo a química, quando uma substânquem determinar de reagentes e pro- cia diminui ou anula o efeito de um catalisador dutos. irá Veja o exemplooafluxo seguir: ela é denominada anticatalisador  (ou veneno). Na bioquímica, porém, não utilizamos este ter-

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P  R   O I    B  I    D A  A  R  E  P  R   O D  U    Ç  à  O T   O T  A  L   O  U  P  A  R   C  I    A  L  D E   S  T  E  M A  T  E  R  I    A  L   S  E  M  P  R  É   V  I    A  A   U  T   O R  I    Z  A    Ç  à  O

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mo. Muitos intermediários do metabolismo são capazes de atuar diretamente nas enzimas, diminuindo a velocidade com que esta catalisa sua reação.. Estes não são chamados de anticatalisareação dores pela bioquímica, mas sim “inibidores enzimáticos” (guarde esta palavra pois voltaremos a falar dela em nossa aula de Enzimas).   O mecanismo pelo qual um catalisador

    O      Ã     Ç     A     Z     I     R     O     T     U     A     A     I     V      É     R     P       M     E     S     L     A     I     R     E     T     A     M     E     T     S     E     D     L     A     I     C     R     A     P     U     O     L     A     T     O     T     O      Ã     Ç     U     D     O     R     P     E     R     A     A     D     I     B     I     O     R     P

age será explorado breve. para es-é clarecermos o motivoem pelo qual Porém, um catalisador capaz de aumentar a velocidade de uma reação química, podemos já abordar o que se diz a seguir.   Lembre-se que as reações químicas, sejam exergônicas ou endergônicas, precisam da entrada de uma quantidade de energia, chamada de energia de ativação. Ao adicionarmos um catalisador em uma reação, diminuímos a quantidade de energia de ativação necessária para que a reação ocorra, ou seja, uma menor energia de ativação está diretamente relacionada com o aumento da velocidade de uma reação química.

Não confunda, os catalisadores são capazes apenas de acelerar a velocidade de uma reação química. Estes não alteram a ∆H de uma

reação global nem o rendimento das reações. Dentro da química, muitas substâncias podem agir como catalisadores: metais, óxidos metálicos, ácidos, bases, etc. Porém, iremos nos restringir a abordagem das enzimas, tendo em vista que estas são muito importantes para todo o estudo da bioquímica. As enzimas são muito seletivas para as reações que catalisam e, diferentemente do que aprendemos no ensino médio, seu mecanismo não se trata do modelo chave-fechadura, mas sim de um encaixe induzido pelas interações moleculares moleculares dos reagentes com a enzima. Não se preocup preocupee com isso neste momento, apenas lembre-se que o modelo chave-fechadura está errado e não é o que ocorre nos organismos vivos.

ANOTAÇÕES _______________________________________________________ _______________________________________________________ _______________________________________________________ _______________________________________________________ _______________________________________________________ _______________________________________________________ _______________________________________________________ _______________________________________________________ _______________________________________________________ ____________________________ _____________ ______________________________ ____________________________ _____________ ____________________________ _____________ ______________________________ ____________________________ _____________ ____________________________ _____________ ______________________________ ____________________________ _____________ ____________________________ _____________ ______________________________ ____________________________ _____________ ____________________________ _____________ ______________________________ ____________________________ _____________ ____________________________ _____________ ______________________________ ____________________________ _____________ ____________________________ _____________ ______________________________ ____________________________ _____________ ____________________________ _____________ ______________________________ ____________________________ _____________ ____________________________ _____________ ______________________________ ____________________________ _____________ ____________________________ _____________ ______________________________ ____________________________ _____________ ____________________________ _____________ ______________________________ ____________________________ _____________ ____________________________ _____________ ______________________________ ____________________________ _____________ ____________________________ _____________ ______________________________ ____________________________ _____________ ____________________________ _____________ ______________________________ ____________________________ _____________ ____________________________ _____________ ______________________________ ____________________________ _____________ ____________________________ _____________ ______________________________ ____________________________ _____________ ____________________________ _____________ ______________________________ ____________________________ _____________ ____________________________ _____________ ______________________________ ____________________________ _____________ ____________________________ _____________ ______________________________ ____________________________ _____________ ____________________________ _____________ ______________________________ ____________________________ _____________ ___________________________________________ ____________________________ ____________________________ _____________ ____________________________ _____________ ______________________________ ____________________________ _____________ ____________________________ _____________ ______________________________ ____________________________ _____________ _______________________________________________________ _______________________________________________________ _______________________________________________________ ____________________________ _____________ ______________________________ ____________________________ _____________ ____________________________ _____________ ______________________________ ____________________________ _____________ ____________________________ _____________ ______________________________ ____________________________ _____________ ____________________________ _____________ ______________________________ ____________________________ _____________ ____________________________ _____________ ______________________________ ____________________________ _____________ ____________________________ _____________ ______________________________ ____________________________ _____________ ____________________________ _____________ ______________________________ ____________________________ _____________ ____________________________ _____________ ______________________________ ____________________________ _____________ ____________________________ _____________ ______________________________ ____________________________ _____________ ____________________________ _____________ ______________________________ ____________________________ _____________

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Estr Estrutur utura a dos do s Aminoácidos IN TRODUÇÃO

GENERALIDADES

  Neste capítulo começaremos a falar sobre a estrutura das macromoléculas. Meu objetivo durante toda esta apostila será fazer com que você consiga montar um raciocínio e, aos poucos, vá adicionando informações à sua memória de modo que, quando necessário lembrar, você conseguirá, desde que conheça as bases que foram necessárias para a criação desta memória.   Antes de mais nada, perceba que eu utilizei o termo “macromoléculas” acima. acima . Se nos atermos apenas ao nome, somos levados a acreditar que macromoléculas são moléculas grandes, e não está errado. Na Bioquímica, quando falarmos sobre macromoléculas, comumente estamos querendo nos remeter aos macronutrientes e, por isso, utilizarei este termo a partir de agora para ser mais correto. Vamos aos conceitos:

  Os aminoácidos são as unidades mais simples de uma proteína que, por sua vez, possui diversas funções no nosso organismo. As proteínas são responsáveis por manter as estruturas das células, transportarem biomoléculas, participam do sistema imunológico, atuam como catalisadores biológicos (enzimas), podem servir como medicamentos e muitas outras funções.

- Macronutrientes são compostos orgânicos que nosso corpo utiliza para formação de energia e são necessários em maior quantidade em uma dieta normal (quando comparado com os micronutrientes). Os três macronutrie macronutrientes ntes que iremos abordar são as proteínas, carboidratos e os lipídeos.

- CARBONO-α: é o primeiro elemento que você precisa identificar. O carbono-α é a parte central de um aminoácido. Ele encontra-se ligado aos

- Micronutrientes são compostos que nosso corpo precisa para exercer outras atividades e são necessários em menor quantidade em uma dieta normal (quando comparado com os macronutrientes). Dentro deste grupo incluímos os minerais e as vitaminas. Neste capítulo iremos falar sobre os aminoácidos, que ao ligarem entre si irão formar as proteínas, uma das macromoléculas citadas acima (discutido adiante).

ESTRUTURA BÁSIC BÁSICA A   Acompanhe esta leitura deste parágraf parágrafoo observando a imagem a seguir. Para que você veja uma molécula e possa considerá-la um aminoácido, é necessário que você identifique cinco componentes:

outros quatro que irão o aminoácido. Este elementos é um elemento fixo,compor você sempre verá um carbono central. - HIDROGÊNIO: o hidrogênio se liga ao carbono α por meio de uma ligação covalente simples. Este também é um elemento fixo, sempre haverá um hidrogênio ligado ao carbono-α. - GRUPO α-AMINO (NH2 ou NH3+): este grupo encontra-se também ligado ao carbono α por meio de uma ligação simples. É um grupo químico com características básicas e, portanto, pode receber um hidrogênio (ou próton) do meio, deixando-o mais básico. Por isso, você poderá encontrar em sua forma comum (ou desprotonada) como NH2  ou em sua forma ionizada (ou protonada) como NH3+. Este também é um elemento fixo, sempre

P  R   O I    B  I    D A  A  R  E  P  R   O D  U    Ç  à  O T   O T  A  L   O  U  P  A  R   C  I    A  L  D E   S  T  E  M A  T  E  R  I    A  L   S  E  M  P  R  É   V  I    A  A   U  T   O R  Z  I    A    Ç  à  O

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haverá um grupo α-amino ligado ao carbono-α (inclusive, é por estar ligado ao carbono α que recebe a denominação de α-amino). - GRUPO α-CARBOXÍLICO (COOH ou COO-): este grupo encontra-se ligado ao carbono α por meio de uma ligação simples. É um grupo químico com características ácidas e, portanto, pode doar um hidrogênio próton) ao meio, deixando-o mais ácido. Este (ou grupo também poderá ser encontrado em sua forma comum (ou protonada) como COOH ou em sua forma ionizada (ou desprotonada) como COO-. Também é um elemento fixo, sempre haverá um grupo α-carboxílico ligado ao carbono-α.     O      Ã     Ç     A     Z     I     R     O     T     U     A     A     I     V      É     R     P       M     E     S     L     A     I     R     E     T     A     M     E     T     S     E     D     L     A     I     C     R     A     P     U     O     L     A     T     O     T     O      Ã     Ç     U     D     O     R     P     E     R     A     A     D     I     B     I     O     R     P

OBS.: em breve eu te explicarei quando um grupo está ionizado ou não ionizado, não se preocupe com isso neste momento, apenas identifique os grupos que estão presentes nos aminoácidos.

- CADEIRA LATERAL (ou grupo R): este não é um elemento fixo, é um elemento variável represenrepresentado pela letra R. Nesta posição haverá elementos químicos que irão diferencia diferenciarr um aminoácido do outro e, também, darão a característica responsávell pela classificação daquele aminoácido ponsáve aminoácido..

 

O carbono-α é considerado um carbono

  pois (R, encontra-se quatro grupos quiral diferentes H, COOH eligado NH2).àPortanto, apresenta uma isomeria óptica e é um esteroisômero (discutido no capítulo de Introdução à Bioquímica). Lembre-se que este tipo de isômero isômero pode pode desviar a luz polarizada para a direita, sendo denominado isômero D (dextrogiro); ou para a esquerda, sendo denominado isômero L (levogiro). Acompanhe na imagem as formas isoméricas esteroespaciais da alanina enquanto você lê o seguinte: os L-aminoácidos  apresentam o grupo α-amino posicionado à esquerda d carbocarbo no-α e os D-aminoácidos  apresentam o grupo α-amino posicionado à direita do carbono-α.

  Você pode estar achando que esta informação não é importante, que é desnecessária para o seu conhecimento, mas vou interromper este pensamento agora mesmo e te dizer o motivo pelo qual eu precisei de falar isso: apenas os L aminoácidos constituem as proteínas. Não se sabe ao certo por qual motivo isto acontece, mas postula-se que pode ocorrer pela especificidade das enzimas em sintetizar e atuar apenas sobre os L-aminoácidos ou pelas características químicas dos compostos em uma mistura química. _______________________________________________________ _______________________________________________________ _______________________________________________________ ______________________________________________________ ______________________________________________________ _______________________________________________________ ______________________________________________________ ______________________________________________________ ______________________________________________________ ______________________________________________________ ______________________________________________________ _______________________________________________________ _______________________________________________________ _______________________________________________________ _______________________________________________________ _______________________________________________________ _______________________________________________________ ______________________________________________________ ______________________________________________________ ______________________________________________________ ______________________________________________________ ______________________________________________________ _______________________________________________________ ______________________________________________________ ______________________________________________________ ______________________________________________________ ______________________________________________________

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NOMENCLATURA

CLASSIFICAÇÃO

  Existem 20 diferentes tipos de aminoácidos que são responsáveis por compor as proteínas das nossas células e alguns outros aminoácidos que não compõem proteínas, mas apresentam outras funções (discutido adiante em “outros aminoácidos”). Neste momento, você já é capaz de entender que estes aminoácidos serão diferentes devido aos elementos químicos presentes na cadeira lateral (grupo R).   Podemos nos referir aos aminoácid aminoácidos os de três formas: seu nome, sua abrevia abreviatura tura de 3 letras  ou sua abreviatura de 1 letra. É importante que você saiba disso pois estas abreviaturas são um padrão mundial de nomenclatura dos aminoácidos e, se corretamente utilizada, poderá ser entendida em qualquer lugar do mundo. Acompanhe a tabela a seguir e veja as abreviações possíveis.

  Assim como muitas das macromoléculas que você estudará na Bioquímica, os aminoácidos são classificados e de diferentes formas. Estas classificações são importantes pois ambas falam a respeito de características importantes dos aminoácidos que influenciam em vários aspectos.   Em geral, a maioria dos professores não requerem que os alunos memorizem todas as classificações dos aminoácidos. Mais importante do que decorar, é você entender quais os impactos dessa classificação para aquele aminoácido e as propriedades que ele pode assumir por ser classificado de tal forma. Portanto, faça o julgamento daquilo que você realmente precisa entender e o que você precisa memorizar.

QUANTO A NECESSIDADE DE INGESTÃO   A primeira classificação que discutiremos aqui é quanto a capacidade das nossas células de sintetizar o aminoácido. Alguns aminoácidos podem ser sintetizados pelas nossas células, enquanto outros não conseguem ser sintetizados e precisam ser obtidos através da nossa dieta. A partir disto, classificamos os aminoácidos em dois grupos: - AMINOÁCIDOS NÃO ESSENCIAIS:  são aqueles os quais o nosso organismo é capaz de sintetizar. - AMINOÁCIDOS ESSENCIAIS: são aqueles os quais precisamos obter através da dieta pois o nosso organismo não é capaz de sintetizar.

P  R   O I    B  I    D A  A  R  E  P  R   O D  U    Ç  à  O T   O T  A  L   O  U  P  A  R   C  I    A  L  D E   S  T  E  M A  T  E  R  I    A  L   S  E  M  P  R  É   V  I    A  A   U  T   O R  Z  I    A    Ç  à  O

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Atenção:  não   não é porque o nosso organismo é ca- 

paz de sintetizar os aminoácidos essenciais que eles não serão obtidos da dieta. Durante nossa alimentação,, vários aminoácidos são ingeridos e alimentação o nosso organismo faz o julgamento daquilo que precisamos e direciona para as devidas vias.

QUANTO A CADEIA LATERAL (GRUPO R)     O      Ã     Ç     A     Z     I     R     O     T     U     A     A     I     V      É     R     P       M     E     S     L     A     I     R     E     T     A     M     E     T     S     E     D     L     A     I     C     R     A     P     U     O     L     A     T     O     T     O      Ã     Ç     U     D     O     R     P     E     R     A     A     D     B     I     O     R     P

  A segunda forma que temos para classificar os aminoácidos é quanto a característica do grupo R (aquela porção porção variável, variável, lembra?). Estes grupos podem apresentar uma série de características químicas específicas de acordo com o pH no qual se encontra. Como o pH das nossas células é de, aproximadamente, 7, iremos classificar os aminoácidos para a forma na qual o grupo R se apresenta em pH celular. Portanto, a divisão a seguir será feita da seguinte forma (acompanhe a imagem a seguir para identificar os aminoácidos pertencentes a cada grupo e analise o grupo R de cada um, que está circulado): - AMINOÁCIDOS COM GRUPO R APOLAR (ou AMINOÁCIDOS HIDROFÓBICOS / ALIFÁTICOS): estes aminoácidos, em geral, apresentam seus grupos R compostos principalmente por átomos de carbono e hidrogênio, o que dá a característica apolar aos mesmos. Quando presentes em uma proteína, existe uma tendência destes aminoácidos se arranjarem no interior dela para “fugir” do meio aquoso que é a célula.  zem parte A seguir, falar os aminoácido aminoácidos s que sfa-a deste irei grupo e algumas observaçõe observações respeito de cada um: -- Glicina: é o aminoácido mais simples pois o seu grupo R é composto por um átomo de hidrogênio. Observe que, então, o carbono-α não se encontra ligado à quatro grupos diferentes e, devido esta característica, a glicina é um aminoácido que não apresenta estereoisomeria L ou D, portanto, a glicina é o único aminoácido não quiral . A glicina não apresenta uma característica apolar tão marcante, mas é incluída neste grupo. -- Alanina: apresenta em seu grupo R um grupo metil. -- Prolina: apresenta uma estrutura peculiar em seu grupo R pois ocorre uma ligação do carbono da extremidade do grupo R ao grupo α-aα-a mino, criando uma estrutura alifática cíclica no

aminoácido. É comumente encontrado em locais aminoácido. onde proteínas fazem dobras e é muito importante para a estrutura tridimensional das proteínas (discutida mais adiante). -- Valina, leucina, isoleucina: estes aminoácidos são essenciais e apresentam ramificações na cadeia hidrocarbonada do grupo R, portanto são também chamados de aminoácidos de cadeia ramuito provável quenome, você eles já tenha mificada vido falar. Édeles com um outro são oucomumente conhecidos nas academias como BCAA  (branched-chain amino acids) e podem ser utilizados como suplementação, mas são facilmente encontrados nos alimentos. -- Metionina: apresenta um átomo de enxofre na cadeia lateral configurando um grupo químico chamado tioéter.

- AMINOÁCIDOS COM GRUPO R AROMÁTICO (ou AMINOÁCIDOS AROMÁTICOS): os aminoácidos deste grupo possuem como característica mais importante a presença de um núcleo aromático (estrutura cíclica com ligações duplas alternadas). Relembre que, na química, existe uma estrutura denominada benzeno que, quando presente na cadeia hidrocarbonada, caracteriza o composto como aromático. Fazem parte deste grupo três aminoácidos:  triptofano, tirosina e fenilalanina. Uma característica importante deste grupo (e explorada em várias provas) é a sua capacidade de absorver luz em uma faixa de onda de 280 nm. O triptofano é o que mais absorve, seguido da tirosina e, por último, absorvendo muito pouco, a fenilalanina. Esta informação é importante principalmente para aqueles que trabalham com proteínas em laboratórios, pois a presença de absorção na faixa de 280 nm pode predizer que existem aminoácidos aromáticos na composição daquela proteína. A tirosina apresenta um grupo hidroxila (-OH) na sua extremidade da cadeia lateral, o que possibilita a formação de ligações de hidrogênio ou fosforilação  (adição de fosfato) em proteínas. - AMINOÁCIDOS COM GRUPO R POLAR, MAS NÃO CARREGADO (ou AMINOÁCIDOS NEUTROS): este grupo de aminoácidos apresentam grupos químicos e átomos na sua cadeia lateral que proporciona uma característica polar (hidrofílica, solúvel em água) aos aminoácidos. Fazem parte deste grupo: -: ambos os aminoácidos apreSerinaum e treonina sentem grupo hidroxila (-OH) em sua cadeia lateral. Este grupo é capaz de formar ligações de hidrogênio e dá a característica polar ao aminoá-

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cido. Alguns autores consideram a tirosina um aminoácido polar e aromático. -- Cisteína: este aminoácido é de extrema importância na estrutura das proteínas porque apresenta na extremidade da sua cadeia lateral, um grupo chamado sulfidrila terminal (-SH). Devido a presença deste grupo, é possível que duas cisteínas formem uma ligação covalente chamada

química). Fazem parte deste grupo: -- Lisina: este aminoácido apresenta um grupo amino na extremidade da cadeia lateral. Esse grupo amino é denominado ε-amino (épsilon(épsilon -amino) devido ao carbono ao qual está ligado, mas fique calmo que vou te explicar isso com mais detalhes. Nós dissemos anteriormente que o carbono central do aminoácido é o carbono-α

, que entre doisorgânico: grupos ponte dissulfeto sulfidrilas e forma umocorre novo composto a cistina. Este tipo de ligação é muito comum em proteínas extracelulares. Observe na imagem a formação de uma ponte dissulfeto.

(alfa), certo? é o carbono de número 2 (poiso o carbono deEste número 1 é aquele que compõe grupo α-carboxílico). A partir do carbono 1, pode pode-mos numerar os carbonos como 2, 3, 4... e assim por diante ou podemos utilizar letras gregas para denominá-los. Neste último caso, os carbonos serão denominados, a partir do carbono 2, como: α (alfa), β (beta), γ (gama), δ (delta), ε (epsilon). E é pelo fato de estar ligado ao carbono ε que o grupo amino é chamado ε-amino. Este é um dede talhe que talvez não faça falta no seu dia a dia, porém já vi sendo cobrado por professores e, por isso, decidi colocar neste material. Acompanhe a figura a seguir para compreender melhor.

-- Glutamina e Asparagina:  estes aminoácidos são muito semelhantes à dois aminoácidos ácidos que você verá adiante: o glutamato glut amato e o aspartato. O que diferencia estes aminoácidos é que, ao invés de apresentarem um grupo hidroxila (-OH) na carboxila terminal (-COOH) da cadeia lateral, eles apresentam um grupo carboxiamida (-CONH2), que é muito semelhante à carboxila porém possui um grupo amino (-NH2) no lugar da hidroxila (-OH). Talvez tenha ficado confuso para você entender esta descrição apenas lendo o que escrevi aqui, portanto, te aconselho a ver, neste momento, a estrutura destes quatro aminoácidos citados anteriormente e faça comparações entre eles, após, leia novamente acompanhando a estrutura deles.

- AMINOÁCIDOS COM GRUPO R CARREGADO POSITIVAMENTE (AMINOÁCIDOS BÁSICOS): este grupo de aminoácidos apresentam compostos na sua cadeia lateral que são capazes de ionizarem e receberem um próton (H+) do meio, ficando carregado positivamente. Devido característica de aceitarem um próton, sãoesta chamados de aminoácidos básicos (pela classificação de base já apresentada no capítulo de introdução à bio-

-- Arginina: na extremidade deste aminoácido podemos encontrar um grupo químico específico chamado guanidínio, responsável pela característica básica deste aminoácido aminoácido.. -- Histidina: sua cadeia lateral apresenta uma estrutura cíclica denominado anel imidazólico. É um aminoácido muito importante principalmente em proteínas com função catalítica pois o anel imidazólico é capaz de receber e doar prótons muito rapidamente nas reações que dependem deste mecanismo.

- AMINOÁCIDOS COM GRUPO R CARREGADO NEGATIVAMENTE (AMINOÁCIDOS ÁCIDOS): para finalizarmos a classificação quanto ao grupo R, temos os aminoácidos ácidos. Este grupo de aminoácidos apresenta em sua cadeia lateral um grupo capaz de doar próton ao meio no qual se encontra e, em pH 7, encontra-se na sua forma ionizada. Os aminoácidos que compõem este grupo são: -- Aspartato e Glutamato: estes são semelhantes à asparagina e glutamina (como já citado ante-

P  R   O I    B  I    D A  A  R  E  P  R   O D  U    Ç  à  O T   O T  A  L   O  U  P  A  R   C  I    A  L  D E   S  T  E  M A  T  E  R  I    A  L   S  E  M  P  R  É   V  I    A  A   U  T   O R  Z  I    A    Ç  à  O

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riormente). Porém, Porém, apresentam em sua cadeia lateral uma extremidade final com um ácido carboxílico, que confere sua característica ácida. Ambos também são importantes para a atividade de enzimas. Quando não ionizados, chamaremos estes aminoácidos de ácido aspártico e ácido glutâmico.

    O      Ã     Ç     A     Z     I     R     O     T     U     A     A     I     V      É     R     P       M     E     S     L     A     I     R     E     T     A     M     E     T     S     E     D     L     A     I     C     R     A     P     U     O     L     A     T     O     T     O      Ã     Ç     U     D     O     R     P     E     R     A     A     D     I     B     O     R     P

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QUANTO AO DESTINO NO CATABOLISMO   Você verá no capítulo de Metabolismo de Aminoácidos que, quando degradamos aminoácidos, normalmente existe a separação em duas porções: a primeira porção é composta pelo grupo α-amino e todo o restante é chamado de eses queleto carbonado carbonado.. Não é nosso foco explicar isso com detalhes neste capítulo pois você o verá no capítulo de metabolismo de aminoácidos, mas já tenha uma noção que o esqueleto carbonado dos aminoácidos pode ser direcionado à diferentes vias metabólicas e, a partir desta característica, podem ser classificados como: - AMINOÁCIDOS GLICOGÊNICOS: são aqueles aminoácidos que apresentam esqueleto carbonado que formam intermediários do Ciclo de Krebs e, por possuírem capacidade de serem dire-

utilizado para medir a acidez de um grupo. Vamos entender, então, como este valor interfere na apresentação de um aminoácido.   Primeiro, observe que todos os aminoácidos possuem, pelo menos, dois grupos ionizáveis: o grupo α-amino  e o grupo α-carboxílico. Em pH fisiológico de 7, ambos os grupos se encontram ionizados (íon bipolar): o NH2 está em sua forma protonada, como NH3+; o COOH está em sua forma desprotonada, comoe COO-. Denominamos forma zwitteriônica quando o aminoácido está nesta forma. Se estiverem envolvidos em ligações (como você verá adiante a formaçã formaçãoo da ligação peptídica), os grupos α-amino e α-car α-car-boxílico perdem a sua capacidade de ionizarem. Veja a imagem para fixar o conceito apresentado.

cionados à Gliconeogênese e formarem glicose, são denominados aminoácidos glicogênicos. - AMINOÁCIDOS CETOGÊNICOS: são aqueles aminoácidos que apresentam esqueleto carbonado que formam Acetil-CoA ou Acetoacetil-CoA. Estes dois compostos não conseguem entrar como intermediários do Ciclo de Krebs ou, por qualquer outra via nos animais, ser direcionado à gliconeogênese. Portanto, não são capazes de formarem glicose. Ademais, o acetil-CoA e o acetoacetil-CoA podem ser direcionado à formação de corpos cetônicos e, por isso, são denominados aminoácidos cetogênicos.

PROPRIEDADES ÁCIDOPROPRIEDADES BÁSICAS DOS AMINOÁCIDOS   Vamos entrar em uma parte um pouco mais complicada dos aminoácidos, então precisarei do seu foco e atenção. Caso esteja cansado(a), deixe esta parte para mais tarde ou outro dia.   Como você pôde observar na classificação dos aminoácidos quanto sua cadeia lateral, alguns aminoácidos são ionizáveis e são capazes de doar ou receber próton(s) (H+). Todos os grupos ionizáveis apresentam um valor laboratorial definido chamado pKa, que é um valor constante

  Alguns aminoácidos apresentam apresentam,, além do grupo α-amino e α-carboxílico, um terceiro grugrupo ionizável em sua cadeia lateral, são eles: tirosina, cisteína, lisina, arginina, histidina, aspartato aspartato,, glutamato.   Dentro deste conceito, vamos ver a Titulação dos grupos ionizáveis da Glicina, o aminoácido mais simples. A partir dele, você conseguirá extrapolar o conceito para quaisquer outros aminoácidos pois o que mudará será somente os valores de pKa dos grupos. Vamos montar nosso aosfator poucos, com mente poisraciocínio “o primeiro para leia o aprendizado aprendiza do é aberta a confusão”, frase dita por Pedro Sobral . _____________________________________________ ______________________________ __________________________ ___________ ______________________________ _______________ ______________________________ __________________________ ___________ _______________________________________________________ ______________________________ _______________ ______________________________ __________________________ ___________ _______________________________________________________ _______________________________________________________ _______________________________________________________ _______________________________________________________ _______________________________________________________ _______________________________________________________ _______________________________________________________ _______________________________________________________ _______________________________________________________

P  R   O I    B  I    D A  A  R  E  P  R   O D  U    Ç  à  O T   O T  A  L   O  U  P  A  R   C  I    A  L  D E   S  T  E  M A  T  E  R  I    A  L   S  E  M  P  R  É   V  I    A  A   U  T   O R  Z  I    A    Ç  à  O

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 TITULA TULAÇÃ ÇÃO O DA GLICI GLICINA NA  TI   A glicina é o aminoácido mais simples e apresenta dois grupos ionizáveis: o grupo α-ami α-ami-no e o grupo α-carboxílico. Alguns dados serão necessários para a nossa explicação, são eles: - pKa do grupo α-carboxílico da glicina (pKa1): 2,34. - pKa do grupo α-amino da glicina (pKa2): 9,60.

desprotonar e se apresentará na forma de NH2. Perceba no gráfico que, então, o grupo α-amino também atua como um sistema tampão, só que para valores de pH entre 8,60 e 10,60 , seguindo as mesmas regras expostas anteriormente anteriormente.. Resumo de como estão os grupos da glicina para diferentes valores de pH:

pH < 2,34 α-carboxílico -COOH α-amino -NH3+

CONVENÇÃO

    O      Ã     Ç     A     Z     I     R     O     T     U     A     A     I     V      É     R     P       M     E     S     L     A     I     R     E     T     A     M     E     T     S     E     D     L     A     I     C     R     A     P     U     O     L     A     T     O     T     O      Ã     Ç     U     D     O     R     P     E     R     A     A     D     I     B     I     O     R     P

pH entre 2,34 e 9,60 (faixa de pH onde a glicina se encontra na sua forma zwitteriônica – íon biO valor de pKa pode ser numerado como pKa1, polar): pKa2, pKa3 e assim por diante a depender da α-carboxílico -COOquantidade de grupos ionizáveis que a substân-  α-amino -NH3+ cia apresenta. Para determinar quem será quem, basta organizar os valores de pKa em ordem crescente e, assim, numerá-los como 1, 2 e as-  sim por diante.

Vamos supor que controlar temos uma solução aquosa onde conseguimos o seu pH e adicionamos glicina a esta. Começaremo Começaremoss a partir de um pH extremamente baixo (ácido), vamos começar no pH = 1.   Em uma solução com pH = 1, temos uma grande concentração de íons H+ (que também podemos chamar de prótons) no meio. Portanto, todos os grupos químicos que podem receber H+ do meio assim farão, pois eles tentarão diminuir essa concentração de H+ do meio, para que fique menos ácido. Neste pH, ambos os grupos ionizáveis da glicina estarão protonados, portanto, o grupo α-carboxílico se apresenta como -COOH e o grupo α-amino se apresenta como -NH3+.   Ao aumentarmos o pH chegaremos no ponto onde o primeiro grupo ionizável irá modificar-se. Quando o pH atingir e passar o valor de 2,34, o grupo α-carboxílico irá desprotonar e se apresentará na forma de -COO-. Perceba no gráfico que este grupo atua como um sistema tampão para valores de pH próximos ao valor de pKa do grupo α-carboxílico α-carboxílico.. Para ser mais específico, o grupo α-carboxílico da glicina atua como um

sistema tampão para valores de pH entre 1,34 e 3,34 (para descobrir o valor mínimo, basta diminuir -1 do pKa; e, para o valor máximo, somar +1 ao pKa).   Continuando a subir o valor de pH do meio, atingiremos o ponto onde o segundo grupo ionizável irá modificar-se. Quando o pH atingir e passar o valor de 9,60, o grupo α-amino irá

pH >9,60 α-carboxílico -COOα-amino -NH2 Estas informações são importantes pois laboratorialmente a glicina pode ser (e é) utilizada como um excelente sistema tampão para valores entre 1,34 e 3,34 ou 8,60 e 10,60.

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PONTO ISOELETRICO   Um outro dado importante que está presente na imagem anterior e está relacionada à carga elétrica do aminoácido é o ponto isoelétrico. Conceitualmente, ponto isoelétrico (pI) é o valor de pH na qual o aminoácido encontra-se com carga elétrica líquida igual à zero. Abaixo do valor de pI a carga elétrica líquida do aminoácido será positiva e acima do valor de pI a carga elétrica líquida do aminoácido será negativa.   Para determinarmos a carga elétrica líquida de qualquer composto, basta somarmos todas as cargas possíveis. Continuando com o exemplo da glicina, temos as seguintes cargas elétricas para os valores de pH que discutimos: pH < 2,34 α-carboxílico -COOH – CARGA ELÉTRICA = 0 α-amino -NH3+ - CARGA ELÉTRICA = +1 Portanto, a carga elétrica líquida da glicina em valores de pH < 2,34 é +0 +1 = +1. pH entre 2,34 e 9,60 α-carboxílico -COO- - CARGA ELÉTRICA = -1 α-amino -NH3+ - CARGA ELÉTRICA = +1 Portanto, a carga elétrica líquida da glicina em valores de pH entre 2,34 e 9,6 é -1 +1 = 0

pH >9,60 α-carboxílico -COO- - CARGA ELÉTRICA = -1 α-amino -NH2 – CARGA ELÉTRICA = 0 Portanto, a carga elétrica líquida da glicina em valores de pH acima de 9,6 é -1 +0 = -1 Pronto, neste ponto você já sabe calcular as cargas elétricas líquidas dos aminoácidos e, também, sabemos que o ponto isoelétrico da glicina estará entre 2,34 e 9,60. Para aminoácidos que possuem apenas dois grupos ionizáveis, é fácil determinar o valor de pI, pois será apenas a média aritmética dos valores de pKa dos grupos ionizáveis, seguindo a seguinte fórmula:

da (mesmo que parcial) positiva (pois os grupos estarão protonados), e, em valores de pH acima de 5,97, a glicina assumirá carga elétrica líquida (mesmo que parcial) negativa (pois os grupos estarão desprotonados).   Esta é uma informaçã informaçãoo importante pois alguns professores podem te fazer a seguinte pergunta: “Se eu colocar a glicina em uma solução pH e4 um e adicionar polos,asum positivo com (ânodo) negativo dois (cátodo), glicinas se moverão para que polo?” Como você sabe que a glicina em pH 4 (abaixo do valor de pI) assumirá carga elétrica líquida positiva (e que cargas opostas se atraem), a resposta para o seu professor será: a glicina em pH 4 apresenta carga elétrica líquida positiva e, portanto, migrará para o polo negativo (cátodo).   Da mesma maneira, a glicina em pH 6, por exemplo, apresentará carga elétrica líquida negativa e migrará para um polo positivo (ânodo).   Quando um aminoácido apresentar mais de 2 grupos ionizáveis (ou quando você quiser calcular o pI de proteínas), isso se torna um pouco menos simples e seguimos a seguinte fórmula para facilitar:

  Na fórmula acima, basta substituir n pela quantidade de números básicos presente no aminoácido (grupos que, quando não ionizados, podem receber prótons).

OUTROS AMINOÁCIDO AMINOÁCIDOS S   Existem, ainda, alguns outros aminoácidos que não estão presentes nas proteínas ou estão presentes muito raramente. Alguns, ainda, apresentam importantes papeis em outras atividades. Alguns deles estão expostos abaixo: abaixo: - L-ornitina: aminoácido presente como intermediário no Ciclo da Ureia (estudado adiante). - Citrulina: também um aminoácido intermediário do Ciclo da Ureia.

  Portanto,, o pI da glicina é de 5,97, o que Portanto significa dizer que, em valores de pH abaixo de 5,97, a glicina assumirá uma carga elétrica líqui líqui--

- 4-hidroxiprolina : aminoácido modificado presente no colágeno e em parede celular de vegetais.

P  R   O I    B  I    D A  A  R  E  P  R   O D  U    Ç  à  O T   O T  A  L   O  U  P  A  R   C  I    A  L  D E   S  T  E  M A  T  E  R  I    A  L   S  E  M  P  R  É   V  I    A  A   U  T   O R  Z  I    A    Ç  à  O

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Neste capítulo, você pode aprender sobre   a Estrutura dos Aminoácidos. Eles serão importantes pois, além de exercerem várias funções e darem origem à outras substâncias por si só, também são utilizados para compor as proteínas, tema do nosso estudo no próximo capítulo. As proteínas são as galinhas dos ovos de ouro no metabolismo, pois constituirão as enzimas que

    A     I     R     E     T     A     M     E     T     S     E     D     L     A     I     C     R     A     P     U     O     L     A     T     O     T     O      Ã     Ç     U     D     O     R     P     E     R     A     A     D     I     B     I     O     R     P

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são muito importantes em vários processos metabólicos.

    O      Ã     Ç     A     Z     I     R     O     T     U     A     A     I     V      É     R     P       M     E     S     L

ANOTAÇÕES

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Estr Estrutur utura a das da s Proteínas INTRODUÇÃO

- POLIPEPTÍDEO: proteínas compostas pela união de mais de 20 aminoácidos. a minoácidos.

Esta primeira definição é um pouco controversa   Iniciaremos neste capítulo o estudo da e, portanto, não é assumida por todos os profes-  Estrutura das Proteínas. Como já explicado an- sores, mas achei interessante colocar neste ma-  teriormente, as proteínas fazem parte do grupo terial para que, caso você encontre durante sua dos macronutrientes. Uma proteína é composta  jornada de estudos, você consiga diferenciar ou, de um conjunto de aminoácidos ligados por uma ao menos, ter uma noção sobre o que se trata.

ligação específica, a ligação peptídica (discutido adiante).   Os aminoácidos por si próprios já desempenham funções no nosso organismo e, também, podem dar origem à outras biomoléculas, mas a combinação de aminoácidos em proteínas aumenta ainda mais a versatilidade deste grupo e possibilita que estas exerçam funções ainda mais complexas, que serão discutidas a seguir seguir.. Portanto, as proteínas são formadas a partir de vários aminoácidos ligados pelo que chamaremos de ligação peptídica.

CLASSIFICAÇÃO   As proteínas podem ser classificadas principalmente de três formas, são elas:

QUANTO A COMPOSIÇÃO   As proteínas podem ser divididas em dois grupos quanto a sua composição: - PROTEÍNAS SIMPLES: estas proteínas são compostas puramente  por aminoácidos.

- PROTEÍNAS CONJUGADAS:  estas proteínas apresentam em sua composição outros elementos além de aminoácidos. Elas se associam a outros elementos (denominados grupos prostéticos) que alteram suas propriedades e conferem novas funções biológicas ou até mesmo permitem que a proteína exerça sua função. Veja a seguir alguns exemplos: -- Lipoproteínas : proteínas associadas à lipídeos.

QUANTO AO NÚMERO DE AMINOÁCIDOS

-- Metaloproteínas: proteínas associadas à íons metálicos.

  A depender da quantidade de aminoácidos, podemos utilizar os seguintes termos para nos referir as proteínas: - DIPEPTÍDEO: proteínas compostas pela união de 2 aminoácidos.

-- Flavoproteínas : proteínas associadas à nucleotídeos de flavina.

-  TRIPEPT  TRIPEPTÍDEO ÍDEO: proteínas compostas pela união

-- Fosfoproteínas : proteínas associadas à fosfatos.

de 3 aminoácidos. - OLIGOPEPTÍDEO: proteínas compostas pela união de 12 a 20 aminoácidos.

-- Hemoproteínas: proteínas associadas ao grupo heme.

-- Glicoproteínas: proteínas associadas à carboidratos.

P  R   O I    B  I    D A  A  R  E  P  R   O D  U    Ç  à  O T   O T  A  L   O  U  P  A  R   C  I    A  L  D E   S  T  E  M A  T  E  R  I    A  L   S  E  M  P  R  É   V  I    A  A   U  T   O R  Z  I    A    Ç  à  O

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QUANTO AO NÚMERO DE CADEIAS CADEIA S POLIPEP POLIPEPTÍDICA TÍDICAS S   Quando os aminoácidos se unem, formam as cadeias peptídicas. Mais de uma cadeia peptídica pode interagir entre si para compor uma proteína, uma das classificações proteínas portanto, leva em consideração o número de das cadeias polipeptídicas presentes, desta maneira, podemos classificar da seguinte maneira: -- Proteínas monoméricas: proteínas que apresentam apenas uma cadeia polipeptídica.     O      Ã     Ç     A     Z     I     R     O     T     U     A     A     I     V      É     R     P       M     E     S     L     A     I     R     E     T     A     M     E     T     S     E     D     L     A     I     C     R     A     P     U     O     L     A     T     O     T     O      Ã     Ç     U     D     O     R     P     E     R     A     A     D     I     B     I     O     R     P

-- Proteínas oligoméricas: proteínas que são compostas por mais de uma cadeia polipeptídica.

grupo α-amino de outro aminoácido, como você pode perceber na imagem a seguir. Uma característica importante sobre a ligação peptídica é que ela é do tipo condensação e de desidratação, pois na sua formação, ocorre liberação de uma molécula de água (H2O) a partir dos elementos envolvidos na ligação.   Muitas vezes, quando falarmos a respeito da quebra de uma ligação peptídica, iremos utilizar a expressão “hidrólise”. Isto acontece a contece porque, se na formação de uma ligação peptídica temos a saída de uma molécula de água (H 2O), caso eu queira desfazer/quebrar esta ligação, será necessário adicionar uma molécula de água (H 2O). A quebra de uma ligação com utilização de água (H2O) é denominada hidrólise (e este termo não se restringe às proteínas). Caso queira especificar a hidrólise das ligações peptídicas, também podemos utilizar o termo proteólise.

ESTRUTURA DAS PROTEÍNAS   Discutiremos nesta seção sobre as for for-mas estruturais que as proteínas podem assumir e suas diferentes características e propriedades.   Existem quatro níveis organizacionais de estrutura das proteínas, são eles: - Estrutura primária das proteínas. - Estrutura secundária das proteínas. - Estrutura terciária das proteínas. - Estrutura quaternária das proteínas.    Tenhaa em mente que estes níveis são se Tenh quenciais, ou seja, do nível primário de organização, a proteína desenvolve o nível secundário e a partir daí o terciário e assim por diante. Estes níveis serão alcançados por meio dos mais diversos tipos de interações (ou ligações) entre os segmentos da proteína, e é isso que discutiremos a seguir: quais as interações em cada nível organizacional e suas particularidades. papresentes rticularidades.   Pode ser que você encontre durante a sua leitura o termo estrutura tridimensional das proteínas, saiba que este termo se refere apenas aos níveis secundário, terciário e qua-  ternário de organização proteica, ou seja, o nível primário não é considerado uma estrutura tridi-  mensional.

ESTRUTURA PRIMÁRIA   Neste nível teremos a união de vários aminoácidos uns aos outros por meio de uma ligação (uma ligação peptídica ligaçãocovalente amídica, chamada como você poderá ver escrito em alguns lugares). Esta ligação ocorre entre o grupo α-carboxílico de um aminoácido com o

Quando dois ou maispeptídicas, aminoácidos es  envolvidos tão em ligações iremos nos referir a cada um destes aminoácidos individualmente como resíduo de aminoácido, para que fique claro que não está em sua forma 100% original e livre (dado a liberação de alguns dos seus elementos na forma de água). Portanto, no dipeptídeo da imagem acima temos dois resíduos de aminoácidos. Este é um termo muito utilizado e que aparecerá bastante durante o seu estudo nesta apostila, portanto, certifique-se de que você o compreendeu.   Em toda proteína, podemos identificar facilmente duas porções: uma porção invariável  (ou esqueleto), composta pelo carbono-α, grupo α-amino, grupo α-carboxílico e hidrogênio; e uma

porção , que será gruvariávellateral) pos R (cadeia dosdeterminada resíduos de pelos aminoácidos. Observe ainda na imagem acima que o dipeptídeo formado apresenta duas extremidades:

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uma extremidade inicial com um grupo α-amino

do primeiro resíduo de aminoácido livre (não envolvido em ligação peptídica), também chamada de extremidade N-terminal; e uma outra extre midade final com um grupo α-carboxílico do úl timo resíduo de aminoácido livre (não envolvido em ligação peptídica), também chamada de extremidade C-terminal. Esta é uma característica importante pois toda proteína terá estas duas extremidades livres e, portanto, apresentará uma polaridade que marca o início e o fim da cadeia peptídica. Por convenção, dizemos que uma cadeia polipeptídica inicia na extremidade N-terN-terminal e se encerra na extremidade C-terminal; e sempre, ao escrevemos uma sequência de aminoácidos, tomaremos como verdade que o primeiro resíduo de aminoácido escrito apresenta sua extremidade N-terminal livre e o último resíduo está com sua extremidade C-terminal livre. Acompanhe o exemplo abaixo:

Met-Cys-Ala-Gly-Leu   No exemplo acima, temos uma proteína composta por 5 aminoácidos. Como exposto acima, a cadeia se inicia com a metionina, que apresentará seu grupo α-amino livre, portanto, a extremidade N-terminal (o início da cadeia); e

termina com a leucina, que apresentará seu gru-

po α-carboxílico livre, portanto, a extremidade

C-terminal (o fim da cadeia).   Mas... por que saber esta informação é importante? Talvez no seu dia a dia esta não seja uma informação que vá influenciar as suas decisões quanto as prescrições aos seus pacientes, porém, imagine que você é um pesquisador que trabalha com proteínas e está enviando informações sobre uma sequência proteica de uma vacina 100% eficaz contra o Sars-Cov2 para outros laboratórios e totalmente sem efeitos colaterais (maravilhoso, Suponha que a sequência acima é a que não vocêé?). descobriu (Met-Cys-Ala-Gly-Leu) mas que, por não saber da convenção de escrita, você mandou a sequência invertida (Leu-Gly-Ala-Cys-Met). Estas sequências são totalmente diferentes e não terão a mesma função. Apesar da sua composição de aminoácidos ser exatamente a mesma, a bioquímica é diferente da matemática e a ordem dos fatores alterará o resultado  final (desculpe a redundância, mas foi intencional!). É a sequência de aminoácidos em uma proteína que determinará a sua função, o mecanismo de ação e conterá a história evolutiva daquela proteína.   Alguns professores gostam de cobrar em provas a identificação da ligação peptídica. Observe na imagemde anterior a nova ligação formada na condensação dois aminoácidos e veja que a ligação peptídica é a ligação entre o carbono do grupo α-carboxílico α-carboxílico de um aminoácido e o nitro-

gênio do grupo α-amino de outro aminoácido.

Sabendo disto, precisamos discutir algumas propriedades específicas da ligação peptídica: - A ligação peptídica é capaz de absorver luz em uma faixa de onda média de 215 nm (na verdade, entre 190 a 250 nm para sermos mais específicos). A importância desta informação é semelhante àquela discutida nos aminoácidos aromáticos. - A ligação peptídica não apresenta carga, pois os grupos envolvidos em ligação perdem sua capacidade de ionizar-se e, portanto, também não irão influenciar nas características ácido-básicas da proteína e nem no seu ponto isoelétrico (somente grupos não envolvidos na ligação – grupo α-ami no da extremidad extremidade e N-terminal, grupo α-carboxí lico da extremidade C-terminal e os grupos R da cadeia lateral - irão influenciar nas características ácido básicas). - A ligação peptídica é essencialmente  planar, o que significa dizer que, se um aminoácido fosse do tamanho do seu celular, por exemplo, e você fosse capaz de pegá-lo com as a s mãos e colocar em cima de sua mesa, existiriam alguns grupos que ficariam totalmente encostados na mesa (grupos que estariam no mesmo plano), enquanto outros se projetariam para cima ou para baixo. Os grupos que se encontram no mesmo plano são: -- O carbono-α de um resíduo (átomos – Cα) -- O grupo α-carboxílico do mesmo resíduo, envolvido na ligação peptídica (átomos C=O). -- O grupo α-amino de um outro resíduo, envolvido na ligação peptídica (átomos N-H). -- O carbono-α deste outro resíduo (átomo Cα).  

Portanto,, em um mesmo plano existem 6 Portanto átomos dos grupos discutidos acima (Cα1, C, O, N, H, Cα2).

P  R   O I    B  I    D A  A  R  E  P  R   O D  U    Ç  à  O T   O T  A  L   O  U  P  A  R   C  I    A  L  D E   S  T  E  M A  T  E  R  I    A  L   S  E  M  P  R  É   V  I    A  A   U  T   O R  Z  I    A    Ç  à  O

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- A ligação peptídica apresenta caráter de dupla ligação. Antes de te explicar o que isso significa, eu quero te dizer qual a importância desta informação. Ao longo deste capítulo, veremos como as proteínas se arranjam em uma estrutura tridimensional específica e que, este arranjo, determina a sua função. Devido ao fato de as ligações peptídicas apresentarem um caráter de dupla ligação, os arranjos espaciais ao redor da ligação peptídica se tornam restritos, de modo que não é possível a ocorrência de rotação ao redor desta ligação. Agora, vamos à explicação do que é este caráter.. Lembre-se que a ligação peptídica aprecaráter senta um grupo α-carboxílico e, após a formação da ligação, estão presentes (no grupo α-carboxí     O      Ã     Ç     A     Z     I     R     O     T     U     A     A     I     V      É     R     P       M     E     S     L     A     I     R     E     T     A     M     E     T     S     E     D     L     A     I     C     R     A     P     U     O     L     A     T     O     T     O      Ã     Ç     U     D     O     R     P     E     R     A     A     D     I     B     I     O     R     P

lico) o átomo de carbono fazendo uma dupla ligação com o átomo de oxigênio (C=O, grupo também chamado de carbonila). Esta dupla ligação pode, temporariamente, mudar de posição e migrar, de modo que fique entre o carbono do grupo α-carboxílico e o nitrogênio do grupo α-amino do outro

resíduo, e este é o caráter de dupla ligação que a ligação peptídica pode assumir assumir,, uma propriedade de ressonância.

- A ligação peptídica confere aos carbonos-α   dos resíduos de aminoácidos uma configuração trans. Lembra lá na química quando falamos sobre configuração cis e trans? Para refrescar sua memória, de uma maneira simplificada, na configuração cis temos ambos os grupos de um mesmo lado e na configuração trans temos grupos de lados diferentes, acompanhe a imagem a seguir para lembrar. No caso das proteínas, a configuração dos carbonos-α dos resíduos de aminoáci dos será quase sempre trans, pois esta evita que ocorram conflitos estéricos (conflitos espaciais) entre os átomos. Percebeu que eu disse “quase sempre” na frase anterior? Sim, existem exceções, e a presença de prolina é uma delas, pois, normalmente, guração cis. induzirá a formação de uma confi- Existem dois ângulos de rotação possíveis em alguns dos segmentos das proteínas, os mais comuns são os ângulos Ψ (psi) e φ (phi). A importância da existência destes ângulos é a possibilidade de a proteína dobrar sobre si e formar estruturas compactas, assumindo sua conformação estrutural adequada para exercer sua função. -- Ângulo Ψ (psi): é o ângulo de rotação entre a ligação do carbono-α e o carbono do grupo α-carboxílico. -- Ângulo φ (phi): é o ângulo de rotação entre a ligação do carbono-α e o nitrogênio do grupo α-amino.

  Você pode encontrar encontrar,, durante sua leitura em outras fontes, sobre o Diagrama de Ramachandran, que foi elucidado por um pesquisador

ao perceber que existem alguns ângulos mais favoráveis favoráv eis do que outros, portanto, não se prenda a isto neste momento.

ESTRUTURA SECUNDÁRIA   Após a formar as ligações peptídicas e assumir a estrutura primária das proteínas, um outro nível de organização pode ocorrer para que a proteína fique ainda mais estável: a estrutura secundária. estabilização deste nível defraca, estrutura se daráApor meio de uma interação a ligação de hidrogênio  (ou antigamente chamada de “ponte de hidrogênio”); e os grupos envolvidos

serão o -CO (carbonila) do grupo α-carboxílico e o -NH do grupo α-amino, mas de forma específica a ponto de formar duas possível estruturas comuns: as α-hélices e as folhas-β. A estrutura a ser seguida dependerá da sequência de aminoácidos na estrutura primária (por isso, a sequência de aminoácidos determina a estrutura da proteína). - α-HÉLICE: quando a sequência de aminoácidos favorecer a formação de α-hélices, ocorrerá a interação entre o grupo α-carboxílico (CO)

envolvido em uma ligação peptídica com o grupo

α-amino (NH) também envolvido em uma ligação

peptídica, porém, do quarto resíduo a seguir  (n e n+4), formando uma α-hélice, como você pode

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ver na imagem a seguir. Uma outra informação também é importante: a porção fixa da cadeia variável formará as voltas da α-hélice enquanto as cadeias laterais dos resíduos de aminoácidos se projetam para fora da hélice, esta configuração torna a estrutura ainda mais estável.

apresenta uma carboxila na sua cadeia lateral que pode competir pelas pontes de hidrogênio, entre outros. Portanto, existem outros tipos de configurações que as proteínas podem assumir, e as discutiremos agora. - FOLHAS-β: começarei esta explicação dizendo algo que já deve ser fixado em sua mente (pois muitos alunos confundem esta informação durante sua leitura). A formação de folhas-β ocorre dentro de uma mesma cadeia polipeptídica, ou seja, apenas uma sequência de aminoácidos (uma única cadeia) está envolvida nesta conformação. Digo isso porque, durante sua leitura, iremos nos referir a cada um dos segmentos como uma folha-β e, alguns alunos um pouco desaten tos, podem pensar que não há continuidade entre cada uma das folhas, o que não é verdade.   Na organização em folha-β (também chamada de folha-β pregueada, lâmina-β ou con formações-β), de forma muito semelhante às α-hélices, ocorrem ligações de hidrogênio entre

As α-hélices, em tese, podem girar em

dois sentidos, para a direita (hélices dextrosas) ou para a esquerda (hélices sinistrosas), porém, quase todas as α-hélices encontradas nas proteínas conhecidas giram para a direita   para acomodar melhor os átomos no espaço e evitar conflitos estéricos. Acompanhe a imagem abaixo para entender melhor o sentido das hélices:

o grupo α-carboxílico (CO) envolvido em uma liligação peptídica com o grupo α-amino (NH) de um outro aminoácido também envolvido em uma liligação peptídica, porém, aqui, não há um padrão como citamos anteriormente, estas interações podem ocorrer de forma um pouco mais aleatória. Estas estruturas assumem quase que uma estrutura plana. Acompanhe a imagem abaixo e identifique as ligações de hidrogênio entre folhas-β.

 

Na imagem, você também pode perceber

um outro conceito importante. As folhas-β podem

 

Nem todos os resíduos de aminoácidos

podem ser acomodados em uma α-hélice, e isto

ocorre por diversos motivos. Dentre eles podemos citar a prolina, que possui uma arquitetura diferente na sua cadeia lateral; o aspartato, que

interagir entre si de modo a seguir direções paralelas ou antiparalelas. Se as duas folhas-β que estão interagindo estiverem correndo no mesmo sentido, diremos que está em uma configuração as folhas-β estiverem em sentidos inversos, se diremos que está em uma paralela; enquanto, configuração antiparalela. Caso você não entenda o sentido da cadeia polipeptídica, relembre

P  R   O I    B  I    D A  A  R  E  P  R   O D  U    Ç  à  O T   O T  A  L   O  U  P  A  R   C  I    A  L  D E   S  T  E  M A  T  E  R  I    A  L   S  E  M  P  R  É   V  I    A  A   U  T   O R  Z  I    A    Ç  à  O

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    O      Ã     Ç     A     Z     I     R     O     T     U     A     A     I     V      É     R     P       M     E     S     L     A     I     R     E     T     A     M     E     T     S     E     D     L     A     I     C     R     A     P     U     O     L     A     T     O     T     O      Ã     Ç     U     D     O     R     P     E     R     A     A     D     I     B     I     O     R     P

os conceitos iniciais onde abordamos os termos N-terminal e C-terminal, pois são eles que determinam o início e o fim da cadeia polipeptídica.

ESTRUTURA QUATERNÁRIA

- VOLTAS REVERSAS E ALÇAS: muitas proteínas assumem uma forma compacta e globular. Para que isso seja possível, é necessário que, em vários momentos, a cadeia polipeptídica mude sua direção. As estruturas que permitem que isso aconteça são denominadas voltas reversas  (ou voltas β) e alças. Muito comumente encontramos alguns aminoácidos específicos nestas estruturas como, por exemplo, a glicina, por ser pequena cabe facilmente nestas estruturas; e a prolina, pois a sua cadeia lateral induz a formação de uma volta ou alça dada a sua configuração cis normalmente na cadeia polipeptídica. Estas estruturas são muito comumente encontradas nas superfícies das proteínas pois permitem e são cruciais para a interação da proteína com outros elementos celulares e moléculas.

  Até o momento, discutimos os níveis de organização tridimensional que uma única cadeia polipeptídica pode assumir. Porém, na estrutura quaternária de uma proteína, teremos duas ou mais cadeias polipeptídicas interagindo entre si

ESTRUTURA TERCIÁRIA

dades α e duas subunidades β. Esta também é

  Neste nível de organização proteica é resultante das interações entre as cadeias laterais  dos resíduos de aminoácidos em uma proteína. Muitos tipos de interações são possíveis dada as diferentes naturezas das cadeias laterais, portanto, poderão ser formadas interações não covalentes (interações hidrofóbicas, ligações iônicas e ligações de hidrogênio) e, também, por uma interação covalente: a formação de pontes dissulfeto  entre os resíduos de cisteína na proteína, como já citamos no capítulo de Estrutura de Aminoácidos.   Neste nível, muitas proteínas já assumem sua estrutura final fina l e exercem sua função. Nem todas as proteínas exibirão uma estrutura quaternária. Um ao exemplo de sua proteína que está em plena atividade assumir estrutura terciária éa mioglobina, uma proteína responsável pelo estoque e transporte de oxigênio no tecido muscular. Esta é uma hemoproteína pois possui um grupo prostético do tipo heme para exercer sua função.   Uma característica importante é que, no nível terciário, as proteínas exibirão uma configuração de acordo com o meio ao qual ela está. Nossas células exibem um meio aquoso  (composto por água) e, ao estar neste meio, existe uma tendência dos resíduos de aminoácidos que possuem propriedades hidrofóbicas (ou apolares) se dirigirem ao interior da proteína para “fugir” do meio aquoso que é a célula, enquanto que os resíduos de aminoácidos que possuem propriedades hidro (ou polares) se colocam maiscom comumente fílicas no exterior da proteína e interagem este ambiente aquoso que é a célula.

de forma não funcional. covalente para que possa assumir sua estrutura Uma proteína quaternária geralmente é composta por várias cadeias polipeptídicas que já atingiram o nível terciário de organização. Chamamos cada uma destas cadeias de subunidade . Um exemplo de proteína que assume sua função na estrutura quaternária é a hemoglobi hemoglobi-na, responsável por transportar principalmente oxigênio do pulmão aos tecidos, é composta por quatro cadeias polipeptídicas que interagem de maneira não covalente entre si formando, cada uma destas cadeias, quatro subunidades (ou também chamado de tetrâmero): duas subuniuma hemoproteína pois possui o grupo prostético heme que interage com o oxigênio e permite que a proteína exerça sua função.

PROTEÍNAS FIBROSAS E GLOBULARES   Ao considerarmos os maiores níveis de organização de uma proteína, podemos dividi-las em 2 grandes grupos: as proteínas fibrosas e as proteínas globulares. - PROTEÍNAS FIBROSAS: essas proteínas normalmente assumem estruturas filamentares e retilíneas, sendo muito importantes nas funções estruturais e de suporte. Vejamos dois exemplos de proteínas fibrosas: -- α-queratina: este tipo de proteína é encontrado somente em mamíferos e é o principal componente dos cabelos, unhas, penas, pelos e muito mais. Consiste em duas α-hélices mescladas, levando à formação de uma estrutura que denominamos super-hélices. As interações que mantém estas hélices unidas são as forças de van der Waals, interações iônicas e, também, a formação de pontes dissulfeto entre cisteínas. -- Colágeno: é o principal componente da pele, ossos, tendões, cartilagens entre outros. Consiste em três cadeias helicoidais que interagem entre si.aminoácidos Nestas cadeias, alguns comoé comum a glicina,encontrarmos prolina e hidroxiprolina   (um aminoácido modificado essencial para a estrutura do colágeno que é modifica-

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do a partir da prolina. A enzima que catalisa esta reação apresenta um grupo prostético importante: a vitamina C, e sua deficiência pode levar ao escoburto). Problemas na estrutura do colágeno podem levar a doenças altamente prejudiciais como a osteogênese imperfeita ou Síndrome de Ehlers-Danlos com impactos importantes aos portadores. - PROTEÍNAS GLOBULARES: estes tipos de proteína, como o próprio nome sugere, normalmente assume uma estrutura esférica   e globular. Normalmente, estas proteínas possuem uma atividade catalítica e a maioria das enzimas se mostra desta forma. A mioglobina e hemoglobina são exemplos de proteínas globulares.

ENOVELAMENTO   O processo de formação dos diferentes níveis de organização de proteínas pode ocorrer de maneira espontânea  ou assistida, e existem uma série de teorias que discutem como estes processos acontecem. Estes níveis serão alcançados buscando a maior estabilidade energética e estrutural possível, para que a proteína exerça a sua função. O fator que determina como a proteína irá se dobrar é a sequência de aminoácidos, ou seja, é a estrutura primária de uma proteína que determina sua estrutura tridimensional e conformação final.   Existem algumas proteínas que se enovelam de maneira assistida por meio de outras proteínas chamadas chaperonas , estas auxiliam e facilitam o enovelamento de algumas proteínas. Seu mecanismo é complexo e, caso você julgue necessário, poderá buscar as obras utilizadas como referência para este material para aprofundar oPadrões s eu conhecimento. seu   incorretos de enovelam enovelamento ento proteico podem, inclusive, levar a doenças genéticas como as amiloidoses.

DESNATURAÇÃO   Atente-se que as proteínas vivem em um ambiente específico dentro das nossas células, onde a natureza do meio (polar ou apolar), pH  e temperatura são estritamente controladas. Como você pôde observar, estes vários fatores podem influenciar para que uma proteína faça as interações necessárias e assuma a sua estrutura e, consequentemente, exerça sua função.   Alterações em qualquer um destes fatores ou a adição de substâncias, podem interagir com os diversos grupos dos resíduos de aminoá-

cidos e levar a perda das suas estruturas tridimensionais, este processo é denominado desnaturação.  Na desnaturação há perda apenas dos níveis superiores de organização proteica: secundário, terciário e quaternário. A estrutura primária de uma proteína não é perdida no processo de desnaturação. Como o “código” para o enovelamento proteico está na estrutura primária, uma vez removido o fator que levou à desnaturação proteica, a proteína pode novamente voltar à sua conformação onde exerce função, este processo é denominado renaturação. Muitas das estruturas que será material de estudo durante a Bioquímica são proteínas. Seja por função estrutural ou catalítica, todas elas apresentam grande importância em inúmeras funções para que a vida seja mantida. No nosso estudo pelo metabolismo, você verá inúmeras enzimas que catalisam reações cruciais à vida, desta maneira, é imprescindível que você saiba as bases estruturais de uma proteína para entender outros conteúdos mais avançados e suas atividades.

ANOTAÇÕES _______________________________________________________ _______________________________________________________ _______________________________________________________ _______________________________________________________ _______________________________________________________ _______________________________________________________ _______________________________________________________ _______________________________________________________ _______________________________________________________ ______________________________ _______________ ______________________________ __________________________ ___________ ______________________________ _______________ ______________________________ __________________________ ___________ ______________________________ _______________ ______________________________ __________________________ ___________ ______________________________ _______________ ______________________________ __________________________ ___________ ______________________________ _______________ ______________________________ __________________________ ___________ ______________________________ _______________ ______________________________ __________________________ ___________ ______________________________ _______________ ______________________________ __________________________ ___________ ______________________________ _______________ ______________________________ __________________________ ___________ ______________________________ _______________ ______________________________ __________________________ ___________ ______________________________ _______________ ______________________________ __________________________ ___________ ______________________________ _______________ ______________________________ __________________________ ___________ ______________________________ _______________ ______________________________ __________________________ ___________ ______________________________ _______________ ______________________________ __________________________ ___________ ______________________________ _______________ ______________________________ __________________________ ___________

P  R   O I    B  I    D A  A  R  E  P  R   O D  U    Ç  à  O T   O T  A  L   O  U  P  A  R   C  I    A  L  D E   S  T  E  M A  T  E  R  I    A  L   S  E  M  P  R  É   V  I    A  A   U  T   O R  Z  I    A    Ç  à  O

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ANOTAÇÕES _________________________________________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________________________________

    O      Ã     Ç     A     Z     I     R     O     T     U     A     A     I     V      É     R     P       M     E     S     L     A     I     R     E     T     A     M     E     T     S     E     D     L     A     I     C     R     A     P     U     O     L     A     T     O     T     O      Ã     Ç     U     D     O     R     P     E     R     A     A     D     I     B     I     O     R     P

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Enzim imas as e Enz Cinética enzimática INTRODUÇÃO   Caso esta seja a primeira vez que você esteja estudando Bioquímica, pode ser que você ainda não tenha estudado nenhuma das tão temidas vias metabólicas (que veremos mais adiante neste material, portanto, não se preocupe). As enzimas são uma parte vital das nossas células pois permitem que reações químicas aconteçam (catálise) em velocidades adequadas para suprir suas necessidades e são peças essenciais para que as vias metabólicas e vários processos celulares aconteçam. Os processos de digestão, absorção de nutrientes, transformação em energia e excreção, por exemplo, são alguns dos processos fundamentais para manter a vida, e as enzimas são responsáveis por permitir que isto aconteça.

GENERALIDADES  

Vamos começar nosso estudo definindo

algumas generalidades sobre as enzimas: - A maioria das enzimas são proteínas. Existem, também, alguns RNAs com atividade catalítica, mas o grande repertório enzimático presente nas nossas células é de proteínas. É necessário que estas proteínas estejam em sua estrutura tridimensional adequada para que possa exercer sua função, uma enzima desnaturada não consegue catalisar suas reações. - As enzimas são específicas para as reações que catalisam. Normalmente as enzimas catalisarão apenas uma reação ou um pequeno grupo de reações químicas, isso ocorre devido à especificidade que elas possuem em pegar um conjunto de coisas (que chamaremos, a partir de agora, de reagentes o  ouu substratos) e transformar

em outras coisas (que chamaremos, a partir de agora, de produtos). Esta especificidade é conferida pela sua estrutura e pelas interações que a enzima estabelece com os substratos. SUBSTRATO 1 + SUBSTRATO 2  PRODUTO - As enzimas aceleram as reações químicas sem afetar o equilíbrio da reação. Esta é a grande função das enzimas e reforça a ideia de que uma reação química poderia (ou não) acontecer na ausência de enzimas, a depender da energia livre dos reagentes e dos produtos (discutida em capítulos anteriores na seção de termodinâmica) termodinâmica),, a diferença é a velocidade com que isso aconteceria. Algumas reações poderiam levar anos para acontecer de forma independente, enquanto que, na presença de enzimas, estas reações podem acontecer em poucos (ou até mesmo em menos de) segundos.

- As enzimas não são consumidas na reação,   o que significa dizer que, do mesmo modo que uma enzima entra em uma reação química, ela sairá, sem perder sua estrutura ou atuar como substrato da reação.

MECANISMOS GERAIS Como dito anteriormente, as enzimas aceleram as reações químicas que catalisam. Existem diversos mecanismos pelos quais uma enzima é capaz de fazer isso, mas neste momento discutiremos apenas suas bases.   Como já discutimos anteriormente anteriormente,, existe uma energia livre de Gibbs  (G), que, conceitualmente, é a energia interna capaz de realizar trabalho. Mas a grande importância deste conceito é que esta variação de energia (ΔG) entre os

substratos e os produtos é capaz de determinar a espontaneidade de uma reação. Uma reação quí-

P  R   O I    B  I    D A  A  R  E  P  R   O D  U    Ç  à  O T   O T  A  L   O  U  P  A  R   C  I    A  L  D E   S  T  E  M A  T  E  R  I    A  L   S  E  M  P  R  É   V  I    A  A   U  T   O R  Z  I    A    Ç  à  O

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mica pode ser dividida em dois grandes grupos a partir deste conceito: - Reações exergônicas:  são aquelas que apresentam uma variação de energia livre (ΔG) negativa, ou seja, a energia dos produtos é menor do que a energia dos reagentes, e, portanto, esta é uma reação que ocorre espontaneamente. -las : estas reações são aqueReações endergônicas que apresentam uma variação de energia livre (ΔG) positiva, ou seja, a energia dos produtos

é maior do que a energia dos reagentes e não acontecem espontaneamente  pois é necessária a entrada de energia no sistema para que ocorra.     O      Ã     Ç     A     Z     I     R     O     T     U     A     A     I     V      É     R     P       M     E     S     L     A     I     R     E     T     A     M     E     T     S     E     D     L     A     I     C     R     A     P     U     O     L     A     T     O     T     O      Ã     Ç     U     D     O     R     P     E     R     A     A     D     I     B     I     O     R     P

  As enzimas podem catalisar tanto reações exergônicas quanto endergônicas. Nas reações exergônicas, elas irão fazer com que a reação aconteça mais rapidamente do que quando sem uma enzima. Já nas reações endergônicas, as enzimas podem auxiliar a entrada de energia no sistema (como no emprego da hidrólise do ATP para catálise de desta uma reação) também, aumentar a velocidade reação. e,Veja então que, mesmo uma reação que ocorre espontaneamente, sem a necessidade de uma enzima, poderá utilizar desta para que ocorra mais rápido.   Vamos discutir neste momento alguns outros conceitos importantes para os quais utilizaremos as belas imagens a seguir.   Uma reação catalisada por uma enzima ocorre da seguinte maneira: a enzima (E) se liga ao substrato (S) e forma o complexo enzima-substrato,, neste momento, a enzima catalisa ma-substrato sua reação e transforma o substrato em produto. Portanto, agora, temos o complexo enzima-produto (EP). Após ter formado o produto (P), a enzima irá soltar este produto para ficarem livres e poder catalisar novas reações.

substrato e, portanto, você já pode entender neste momento que, para que seja formado o estado de transição (tanto em uma reação exergônica como em uma reação endergônica) é necessário que o sistema absorva uma quantidade de energia que chamamos de energia de ativação (ΔG‡), determinada pela variação de energia livre entre o substrato e a energia livre do estado de transição. Não confunda variação de energia livre de Gi-  bbs (ΔG), que aleva em consideração a energia dos substratos e dos produtos; com a variação de energia dos substratos e o estado de transi-  ção (ΔG‡).

  No meio do caminho entre o complexo enzima-substrato e o complexo enzima-produto existe um momento químico chamado de estado de transição (‡), que é quando a enzima está catalisando a reação e está “na metade do caminho”, a ponto que, se voltar atrás, formará complexo enzima-substrato e, se continuar adiante, formará o

  As enzimas aumentam a velocidade das reações através da sua capacidade de diminuir a energia de ativação  e estabilizar o estado de transição, fazendo com que este seja mais rapidamente atingido. Consequentemente, a formação dos produtos e a reação, como um todo, será mais rápida.   Até o momento, citamos reações simples de única etapa, porém, no metabolismo, veremos que existem reações químicas que envolvem várias etapas para que o produto seja formado. Nestes casos, as diferentes reações podem exibir diferentes velocidades e a velocidade global da reação  será afetada. A etapa que possui maior energia de ativação também será a mais lenta, pois a velocidade de uma reação depende diretamente (e de forma inversamente proporcional) da energia de ativação, de modo que: - Quanto maior a energia de ativação de uma reação, menor a sua velocidade e; - Quanto menor a energia de ativação de uma reação, maior a sua velocidade.   Em uma reação química com várias eta-

complexo enzima-produto. Acompanhe o gráfico para identificar o estado de transição.   Perceba Perce ba que o estado de transição possui uma energia livre maior do que a energia do

pas, denominaremos como etapamaior de velimitante locidade aquela que apresenta energia de ativação, pois é ela que torna a reação globalmente mais lenta.

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CONCEITOS Uma enzima, como já citamos, comumen  te é uma proteína em sua conformação estrutural na qual é capaz de realizar uma catálise através da diminuição da energia de ativação das reações, aumentando a velocidade destas sem alterar seu equilíbrio.   Existem um local nas enzimas denominado sítio ativo, este é o local onde os substratos interagem com a enzima e se ligam a ela. As interações que acontecem entre o substrato e a enzima são interações fracas, que permitem a ligação e soltura entre eles. Dentre os vários mecanismos específicos de catálises, um importante é a transferência transfer ência de prótons, que é possibilitado pela presença de alguns resíduos de aminoácidos que apresentam cadeias laterais específicas no sítio ativo, possibilitando o recebimento ou a doação de prótons. Veja a imagem abaixo alguns destes.

  Existem dois modelos que descrev descrevem em a ligação de um substrato ao sítio ativo. O primeiro modelo, denominado (1)  modelo chave-fechadura, defende que o sítio ativo da enzima é complementar ao substrato, de modo que eles encaixam perfeitamente um no outro. Sabemos que este modelo não é o mais aceito atualmente, e que a interação entre a enzima e o substrato acontece de uma outra forma descrita como (2) modelo de encaixe induzido. Neste, assumimos que a enzi-

ma apresenta um sítio ativo que não é totalmente complementar ao substrato, substrato, mas, à medida que o substrato se aproxima e vai formando suas interações fracas com a enzima, ele induz que o sítio ativo assuma uma complementarie complementariedade dade a ele, por isso denominado “encaixe induzido”; de forma que, a complementariedade total é assumida apenas quando o substrato está ligado à enzima. Este último é o mecanismo mais defendido defendido e aceito hoje.

P  R   O I    B  I    D A  A  R  E  P  R   O D  U    Ç  à  O T   O T  A  L   O  U  P  A  R   C  I    A  L  D E   S  T  E  M A  T  E  R  I    A  L   S  E  M  P  R  É   V  I    A  A   U  T   O R  Z  I    A    Ç  à  O

  Algumas enzimas apresentam outros elementos extras chamados cofatores. Quando necessita de cofator, cofator, estes se ligam à enzima e permite que ela exerça sua função (atenção, (atenção, nem toda enzima precisa de cofator para exercer suas funções, mas, as que precisam, só assim farão na presença do mesmo). Eles podem ser íons metálicos  ou moléculas orgânicas  (também chamadas de coenzimas, geralmente derivadas de vitaminas do complexo B). Eles são cruciais para algumas enzimas pois, caso uma enzima demande um cofator e não o tenha em determinado momento, a reação não poderá ser catalisada. Na tabela a seguir você poderá ver as vitaminas do complexo B, a coenzima que dará origem, e a reação que ela catalisa.

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    O      Ã     Ç     A     Z     I     R     O     T     U     A     A     I     V      É     R     P       M     E     S     L     A     I     R     E     T     A     M     E     T     S     E     D     L     A     I     C     R     A     P     U     O     L     A     T     O     T     O      Ã     Ç     U     D     O     R     P     E     R     A     A     D     I     B     I     O     R     P

  Você poderá encontrar em sua leitura três outros termos que se relacionam ao conceito que você acabou de aprender: - Grupo prostético: termo é utilizado para se referir à um cofator quando este se encontra ligado fortemente à enzima. - Apoenzima: utilizado para se referir à uma enzima que não está ligada ao seu cofator. - Holoenzima: utilizado para se referir à uma enzima que está ligada ao seu cofator.

CLASSIFICAÇÃO   As enzimas são classificadas de acordo com o tipo de reação química que ela catalisa. Estes tipos de reações são divididos em seis classes, como você pode acompanhar na tabela abaixo.

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  Existe uma convençã convençãoo internacional que numera as enzimas de acordo com as suas classes, subclasses e outros elementos. A importância deste acordo é devida as divergências que acontecem nas nomenclaturas de enzimas. Algumas levam em consideração a reação que catalisa, outras o nome do substrato e outras levam, até mesmo, o nome do seu descobridor. Caso

ge uma velocidade máxima (Vmax). A velocidade máxima é atingida quando todas as enzimas presentes em um sistema estão ocupadas com o substrato em seu sítio ativo, portanto, a Vmax é atingida quando a enzima se encontra saturada .

você queira saber com mais detalhes, procure na internet por “NC-IUBMB”.   Não se preocupe em gravar os números específicos de cada uma das classes, mas atente-se a quais são estas classes  e quais são as reações que elas catalisam. Várias vezes iremos utilizar termos como “oxidorredutases” quando quisermos falar a respeito de reações de transferência de elétrons. É possível que você tenha que consultar esta tabela algumas vezes durante o seu estudo futuro, mas não deixe de fazer para que cada vez mais o conhecimento seja fixado em sua mente.  

CINÉTICA ENZIMÁTICA   Existe um ramo da bioquímica destinado ao estudo das velocidades das reações enzimáticas, denominado cinética enzimática. As enzimas podem assumir comportamentos cinéticos diferentes e serem divididas em dois grandes grupos: as Enzimas de Michaelis-Menten e as Enzimas alostéricas (um tipo de enzimas regulatórias).   Como apresentam propriedade propriedadess diferentes, estudaremos a seguir cada um destes tipos de enzimas de modo separado.

ENZIMAS DE MICHAELISMENTEN   Existem inúmeros parâmetros e fórmulas matemáticas dentro deste conceito de enzima, mas, neste material, discutiremos apenas aqueles que julgo necessário para uma boa compreensão da bioquímica. Acompanhe o gráfico a seguir conforme discutimos alguns conceitos. A maioria das enzimas do metabolismo estão noexibem grupo uma das enzimas de Michaelis-Menten, que cinética enzimática interessante: a velocidade da catálise se eleva de modo linear até que, em um determinado ponto, atin-

O gráfico acima foi elucidado por Michae-

lis e Menten e apresenta uma equação matemática para sua determinação:

  Um parâmetro estabelecido por Michaelis e Menten é a constante de Michaelis-Menten (Km), que é a concentração de substrato necessária para atingir a metade da velocidade máxima de uma enzima (Vmax/2). Este parâmetro é indiretamente relacionado com a afinidade de uma enzima pelo seu substrato (atenção, Km não mede afinidade, mas pode ser indiretamente relacionado a ela), sendo parâmetros inversamente proporcionais: - Quanto maior o Km de uma enzima, maior é a concentração de substrato necessária para atingir metade da Vmax; portanto, podemos inferir que a ligação da enzima pelo substrato “não é algo tão simples” e, então, a afinidade do substrato pela enzima é baixa . - Quanto menor o Km de uma enzima, menor é a concentração de substrato necessária para atingir metade da Vmax; portanto, podemos inferir que a ligação da enzima pelo substrato ocorre de maneira mais “fácil” e, então, a afinidade do substrato pela enzima é alta.

P  R   O I    B  I    D A  A  R  E  P  R   O D  U    Ç  à  O T 

 O T  T  A  L   O  U  P  A  R   C  I    A  L  D E   S  T  E  M A  T  E  R  I    A  L   S  E  M  P  R  É   V  I    A  A   U  T   O R  Z  I    A    Ç  à  O

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    O      Ã     Ç     A     Z     I     R     O     T     U     A     A     I     V      É     R     P       M     E     S     L     A     I     R     E     T     A     M     E     T     S     E     D     L     A     I     C     R     A     P     U     O     L     A     T     O     T     O      Ã     Ç     U     D     O     R     P     E     R     A     A     D     I     B     I     O     R     P

  Existe um parâmetro que determina o número de renovação  (Kcat, ou turnover), ou seja, mede o quão rápido uma enzima catalisa a sua reação e se “livra” do produto.   Matematicamente,, é possível transforma Matematicamente transformarr a equação de Michaelis-Menten (que origina um gráfico em forma curva), em um gráfico com uma reta, este é denominado Gráfico de duplo-recí-

E1A e E1B podem ser diferenciadas porque possuem valores de Km diferentes. A enzima presente no músculo tem maior afinidade pelo substrato e apresenta um valor de Km igual a 2 x 10-5  M. A análise de cinética enzimática obtida a partir de uma amostra de soro de um paciente gerou os resultados apresentados no gráfico abaixo. Os dados estão apresentados em concentração mo-

proco (ou gráfico de Lineweaver-Burk). Muitas provas de mestrado e professores mais exigentes gostam de cobrar estes parâmetros. Portanto, vamos discuti-los com um pouco mais de detalhes. Acompanhe o gráfico abaixo e os parâmetros apresentado apresentados. s.

lar (M). A partir destes dados identifique se o paciente está sofrendo de uma doença hepática ou simplesmente tem se exercitado violentamente. Justifique sua resposta.”

  Neste gráfico, somos capazes de pontuar nos eixos os principais parâmetros discutidos. O gráfico de duplo-recípr duplo-recíproco oco é desenhado de forma que o eixo Y corresponde à 1/Vo e o eixo X corresponde à 1/[S]. - O ponto onde a reta toca no eixo X é -1/Km. - O ponto onde a reta toca o eixo Y é 1/Vmax. - A inclinação é dada pela relação entre Km/  Vmax.   Como são vários conceitos, e você pode ficar confuso, gostaria de te exemplificar a importância do gráfico de duplo-recíproco com uma questão que caiu em uma prova de ingresso na pós-graduação de Bioquímica na USP em 2013 (http://www2.iq.u (http://www2.iq.usp.br/bio sp.br/bioquimica_pos/ quimica_pos/pdf/  pdf/  questoes_respostas.pdf ), acompanhe a seguir:

  Para obter a resposta, devemos primeiramente identificar que este é um gráfico de duplo-recíproco. Após, sabemos que somos capazes de determinar os valores de Km  e Vmax  a partir dos dados do gráfico. A questão te disse que, para diferenciar uma enzima da outra, você precisa determinar o Km. Um erro que muitos alunos cometem ao olhar este gráfico é identificar o ponto onde a reta toca o eixo X e dizer “Ah, o Km é igual a -3344,5”, porém esta informação não é correta, tendo em vista que o valor de -3344,5 corresponde à -1/  Km, portanto, devemos utilizar de alguns cálculos matemáticos para determinar o valor exato de Km, acompanhe comigo: -1/Km = -3344,5 Km = -1/-3344,5 Km = 0,000299 M ou 2,99 x 10-4 M   Como no enunciado foi dito que o Km da enzima presente no músculo (E1B) é de 2 x 10 -5  M e o valor de Km para a enzima encontrada no -4

3) Durante danos consideráveis no fígado, uma enzima (E1A) é liberada na corrente sanguínea. Após exercícios intensos, uma isoenzima do músculo (E1B) é liberada na corrente sanguínea.

plasma doapaciente de 2,99 x 10 , podemos dizer que enzima éencontrada é a ME1A, proveniente do fígado, o que caracteriza uma doença hepática com dano ao fígado.

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  A questão não é difícil, porém, sem os conceitos do que significa cada ponto, é impossível resolvê-la. RESUMINDO - Velocidade máxima (Vmax): alcançada quando todas as enzimas se encontram saturadas, ou seja, com substratos ligados aos seus sítios ativos. - Constante de Michaelis-Menten (Km): concentração de substrato na qual a enzima atinge a metade da sua velocidade máxima. - Número de renovação (Kcat): velocidade de turnover, é uma constante que mede a velocidade que uma enzima consegue catalisar sua reação e “livrar-se” de um substrato.

ENZIMAS ALOSTÉRICA ALOSTÉ RICAS S (REGULATÓRIAS)   Este grupo de enzimas também está presente amplamente no metabolismo e é muito importante por são passíveis de regulação enzimática, são os pontos chaves nas quais as diferentes diferent es vias metabólicas são reguladas. A cinética destas enzimas exibe um gráfico sigmoide, acompanhe a imagem a seguir enquanto discutiremo discutiremoss um pouco mais.

  A representa representação ção sigmoide deste gráfico diz respeito a interação da enzima com o seu substrato.. Neste tipo de enzima, assume-se que, substrato ao ocorrer a ligação dos substratos com a enzima, elaestrutural adquire progressivamente conformação na qual possui umauma maior atividade, aproximando-se de sua Vmax.   Uma característica das enzimas alos-

téricas é que elas possuem vários sítios ativos  e, também, sítios alostéricos, que são locais na enzima diferentes do sítio ativo, onde algumas moléculas podem se ligar de forma reversível e afetar (ou modular) a atividade da enzima. Estas moléculas são chamadas moduladores alostéricos e podem atuar na enzima deixando-a mais ou menos ativa.

MODULADORES RES POSITIVOS POSIT IVOS: são moléculas que, - MODULADO ao se ligarem nas enzimas alostéricas, as tornam mais ativas e, portanto, aumentam a velocidade da reação. Uma enzima ligada à um modulador positivo assume um estado mais relaxado (estado R). - MODULADORES NEGATIVOS: são moléculas que, ao se ligarem nas enzimas alostéricas, as tornam menos ativas e, portanto, diminuem a velocidade da reação. Uma enzima ligada à um modulador negativo assume um estado mais tenso (estado T ). ).   Os moduladores podem ser de natureza metálica, orgânica ou até mesmo o substrato de uma enzima pode se ligar e afetar a atividade dela ou fazê-la transitar entre os estados R e T. A figura abaixo ilustra a ligação de um modulador alostérico positivo.

  Além dos moduladores, as enzimas regulatórias podem ser reguladas por modificações   em sua. estrutura ou por quebra de covalentes ligações peptídicas

P  R   O I    B  I    D A  A  R  E  P  R   O D  U    Ç  à  O T 

 O T  T  A  L   O  U  P  A  R   C  I    A  L  D E   S  T  E  M A  T  E  R  I    A  L   S  E  M  P  R  É   V  I    A  A   U  T   O R  Z  I    A    Ç  à  O

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- MODIFICAÇÕES COVALENTES: as modificações covalentes em uma enzima regulatória normalmente acontecem de forma reversível e podem ser dos mais diversos tipos: adição de fosfatos, grupos metil, grupos amida, grupos carboxi, entre outros. Estes grupos são inseridos nas cadeias laterais de aminoácidos e, por alterarem a composição do aminoácido, alteram a sua estrutura e, consequentemente, alteram a função de toda a proteína.

    O      Ã     Ç     A     Z     I     R     O     T     U     A     A     I     V      É     R     P       M     E     S     L     A     I     R     E     T     A     M     E     T     S     E     D     L     A     I     C     R     A     P     U     O     L     A     T     O     T     O      Ã     Ç     U     D     O     R     P     E     R     A     A     D     I     B     I     O     R     P

Durante nosso estudo pelo metabolismo, veremos muitas vezes a fosforilação de enzimas para sua regulação. Algumas se tornarão inativas enquanto outras se tornarão ativas quando fosforiladas. Os principais resíduos de aminoácidos que aceitam fosforilação são aqueles que apresentam uma ou mais hidroxilas (-OH) na sua cadeia lateral, a saber: serina, treonina ou tirosina. Um exemplo é a glicogênio fosfor fosforilase  ilase  (estudada  (estudada com mais detalhes no capítulo de Metabolismo de Glicogênio), pode ser fosforilada emativa. resíduos de serina que e assumir uma forma mais

MECANISMOS INIBIDORES   Como já iniciamos a discussão nos últimos parágrafos, as enzimas podem ter sua atividade regulada pela presença de íons, moléculas orgânicas, pelo próprio substrato, alterações de pH ou temperatura. As enzimas podem ser inibidas de forma reversível ou irreversível a depender do tempo que o inibidor permanece ligado. Estes mecanismos são muito importantes para a bioquímica pois muitos medicamentos, por exemplo, atuam como inibidores.

INIBIÇÃO IRREVERSÍVEL   Neste caso, o inibidor se liga à enzima de maneira forte (podendo ser por meio de ligações covalentes ou não) e destrói grupos essenciais para a atividade enzimática. É classificada como inibição irrevers irreversível pois oe,inibidor demora muito para soltar-se daível enzima portanto, não permite mais sua atividade. As penicilinas, por exemplo, são um grupo importante de antibióticos amplamente utilizados e que atuam inibindo de forma irreversível uma enzima bacteriana chamada transpeptidase, impedindo a síntese da parede bacteriana e, portanto, levando à morte.

INIBIÇÃO REVERSÍVEL O inibidor se liga à enzima, geralmente de forma não covalente, e pode ser rapidamente - MODIFICAÇÕES POR PROTEÓLISE: algumas enzimas podem ter sua atividade regulada através da proteólise. Várias enzimas presentes no estômago, por exemplo, e envolvidas no processo de digestão tem sua atividade regulada desta maneira. Em geral, as proteínas que estão em uma fase de latência, aguardando a proteólise para adquirirem atividade, são chamadas de pró-proteínas. Isto acontece, por exemplo, com o tripsinogênio que, após clivado por proteólise, origina a tripsina, sua forma ativa. Estudaremos com mais detalhes o processo de digestão e proteólise no capítulo de Metabolismo de Aminoácidos.

desligado desta, encerrando a inibição e permitindo que a enzima retorne à sua atividade.   A inibição revers reversível ível pode ser dividida em três diferentes grupos a depender do mecanismo ao qual a inibição ocorre. Nos parágrafos que se seguem, definiremos como os diferentes tipos de inibição acontecem e como isso afeta na cinética das enzimas de Michaelis-Menten analisando sempre o Km e a Vmax. - INIBIÇÃO COMPETI COMPETITIVA TIVA: neste tipo de inibição, o inibidor compete com o substrato pelo sítio ativo da enzima. Como se ligam ao mesmo sítio, você pode inferir que o inibidor apresenta uma estrutura semelhante à do substrato. Como existem menos enzimas ligadas ao substrato substrato, , a velocidade geral da reação diminui; porém, se aumentarmos muito a concentração de substrato substrato,, este tipo t ipo

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de inibição será revertido pois a probabilidade de ligação do substrato com a enzima será muito maior. Portanto, vamos analisar o que acontece com Vmax e Km neste tipo de inibição: -- Vmax: não será alterado, pois, caso aumente a concentração de substrato [S], a inibição será revertida e atingirá sua Vmax anterior. -- Km: aumentará. Pense que este tipo de inibidor “não quer” que o substrato se ligue a enzima, ou seja, ele “quer” diminuir a afinidade da enzima pelo substrato. Como Km e a afinidade são grandezas inversamente proporcionais, o Km irá aumentar.   Um exemplo de inibição competitiva é visto no caso de tratamento de pacientes intoxicados pelo metanol, que se liga à uma enzima do fígado chamada álcool-desidrogenase. Algumas bebidas clandestinas podem estar contaminadas com metanol, que é tóxico e pode levar à graves consequências como a cegueira ou até mesmo a morte. Nos casos de intoxicação identificada por metanol, uma forma de reverter este tipo de inibição é administrando ao paciente o substrato desta enzima: o etanol. Neste caso, ao administrar etanol, a enzima se desprende do metanol e os rins os excreta na urina. (o metanol atua como um “inibidor” competitivo da enzima, entendeu?).   Analise o gráfico ao lado e veja como a inibição competitiva se expressa no gráfico de duplo-recíproco. - INIBIÇÃO INCOMPETITIVA: neste tipo de inibição, o inibidor só consegue ligar-se ao seu sítio inibidor quando a enzina está ligada ao substrato, ou seja, o inibidor só se liga ao complexo enzima-substrato. Neste caso, não há como reverter a inibição pelo aumento da concentração do substrato. Ele impede que a enzima catalise a sua reação, forme e se solte do complexo enzima-produto. Vejamos agora quais são as modificações nos parâmetros cinéticos da enzima: -- Vmax: este tipo de inibidor diminui a velocidade máxima da enzima. O aumento da concentração de substrato não fará diferença na cinética. -- Km: diminuirá. Pense que este tipo de inibidor só se liga na enzima quando o substrato também está ligado, portanto, o inibidor “quer” que o substrato se ligue e, para atuar, “aumenta a afinidade” da enzima pelo substrato e, portanto, o Km irá diminuir.

P  R   O I    B  I    D A  A  R  E  P  R   O D  U    Ç  à  O T 

 O T  T  A  L   O  U  P  A  R   C  I    A  L  D E   S  T  E  M A  T  E  R  I    A  L   S  E  M  P  R  É   V  I    A  A   U  T   O R  Z  I    A    Ç  à  O

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  Acompanhe no gráfico abaixo as alterações que a inibição incompetitiva gera no gráfico de duplo-recíproco.

    O      Ã     Ç     A     Z     I     R     O     T     U     A     A     I     V      É     R     P       M     E     S     L     A     I     R     E     T     A     M     E     T     S     E     D     L     A     I     C     R     A     P     U     O     L     A     T     O     T     O      Ã     Ç     U     D     O     R     P     E     R     A     A     D     I     B     I     O     R     P

- INIBIÇÃO NÃO COMPETITIVA: neste tipo de inibição, o inibidor consegue se ligar à enzima independente da presença ou não do substrato . Assim como a inibição incompetitiva, este tipo inibição não pode ser revertido pelo aumento da concentração do substrato. Os parâmetros cinéticos serão: -- Vmax: diminuirá, exercendo sua função de inibição. -- Km: não se alterará, pois, para este inibidor, “tanto faz” se o substrato estiver ligado ou não à enzima, ele consegue exercer sua função de inibidor em ambas as situações.

Vejamos no gráfico de duplo-recíproco:

  Abaixo, você pode encontrar uma tabela com as principais modificações cinéticas nos diferentes tipos de inibições.

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  Existe um quarto tipo de inibição, chamada inibição mista. Alguns autores consideram a inibição não competitiva uma inibição mista, uma informação controversa. Este tipo de inibição é conceituada como: quando um inibidor dificulta a ligação do substrato bem como diminui o número de renovação de uma enzima.   Chegamos ao final do nosso capítulo sobre enzimas e sua cinética. Sei que é uma matéria um pouco mais complicada, principalmente se você está iniciando os seus estudos pela bioquímica recentemente. Porém, saiba que, quanto mais vezes você ler, mais estes conceitos serão fixados em sua mente. Não se iluda: você não aprenderá tudo estudando apenas uma vez.

ANOTAÇÕES _______________________________________________________ _______________________________________________________ _______________________________________________________ _______________________________________________________

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P  R   O I    B  I    D A  A  R  E  P  R   O D  U    Ç  à  O T 

 O T  T  A  L   O  U  P  A  R   C  I    A  L  D E   S  T  E  M A  T  E  R  I    A  L   S  E  M  P  R  É   V  I    A  A   U  T   O R  Z  I    A    Ç  à  O

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ANOTAÇÕES _________________________________________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________________________________

    O      Ã     Ç     A     Z     I     R     O     T     U     A     A     I     V      É     R     P       M     E     S     L     A     I     R     E     T     A     M     E     T     S     E     D     L     A     I     C     R     A     P     U     O     L     A     T     O     T     O      Ã     Ç     U     D     O     R     P     E     R     A     A     D     I     B     I     O     R     P

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_____________________________ _____________________________ __________________________ ___________ ______________ ____________________________ _____________________________ _____________________________ _____________________________ _____________________________ _____________________________ __________________________ ___________ ____________________________ ______________ _____________________________ _____________________________ _____________________________ _____________________________ _____________________________ __________________________ ___________ ____________________________ ______________ _____________________________ _____________________________ _____________________________ _____________________________ _____________________________ __________________________ ___________

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Estrutura de Lipídeos INTRODUÇÃO

QUANTO A FUNÇÃO

  Iniciaremos neste capítulo o estudo de uma temida classe de macronutrientes: os lipídeos. O leigo ou estudante desatento pode, talvez, não gostar muito desta classe devido aos desejados corpos de verão muitas vezes serem sabotados por aquela camada lipídica subcutânea, mas que é tão importante para o corpo.

  De acordo com a função que exerce exerce,, podemos dividir os lipídeos em três grandes grupos, são eles: - Lipídeos de armazenamento de energia. - Lipídeos estruturais de membranas. - Lipídeos que atuam como sinalizadores, cofatores ou pigmentos.

Deixando a estética de lado, os lipídeos são uma classe muito importante de biomoléculas para o nosso organismo. Em geral, possuem uma característica de serem insolúveis em água  (maioria apresenta-se com propriedades químicas apolares). Suas funções são as mais diversas como, servir como alimento, armazenar energia, compor membranas celulares e de organelas, atuar como hormônios ou cofatores, compor coxins adiposos que protegem estruturas e órgãos internos (como a gordura perirrenal, que circunda o rim), dentre outras.   Discutiremos neste capítulo as suas estruturas químicas e propriedades físicas, focando

- Vitaminas lipossolúveis.

no que diferencia os lipídeos e as aplicações possíveis no entre dia a dia. É um capítulo onde usaremos muitos exemplos para que você consiga fixar cada um destes em sua caixinha do conhecimento.

- Sacarolipídeos - Polique Poliquetídeos tídeos

CLASSIFICAÇÃO   Para que você consiga organizar em sua mente cada uma das classes que dividiremos aqui, iniciarei este capítulo classificando os lipídeos de duas maneiras: quanto a função que exerce ou quanto a sua estrutura química.

QUANTO A ESTRUTURA   De acordo com sua composição química, os lipídeos podem ser classificados de diversas formas. - Ácidos graxos - Glicerolipídeos - Glicerofosfolipíde Glicerofosfolipídeos os - Esfingolipídeos - Lipídeos de esterol - Lipídeos de prenol

  Discutiremos com detalhes algumas das classes apresentadas acima dividindo em três principais grupos: (1) lipídeos de armazenamento de energia, (2) lipídeos estruturais de membranas e (3) lipídeos que atuam como cofatores ou sinalizadores. Antes de tudo, falaremos sobre um lipídeo que veremos inúmeras vezes: os ácidos graxos.

P  R   O I    B  I    D A  A  R  E  P  R   O D  U    Ç  à  O T   O T  T  A  L   O  U  P  A  R   C  I    A  L  D E   S  T  E  M A  T  E  R  I    A  L   S  E  M  P  R  É   V  I    A  A   U  T   O R  Z  I    A    Ç  à  O

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ÁCIDOS GRAXOS   Os ácidos graxos são a unidade estrutural básica dos lipídeos. Muitos dos lipídeos que discutiremos são derivados de ácidos graxos ou o apresentam em sua estrutura.   Para que uma biomolécula seja classificada como ácido graxo, é necessário a identificação de duas principais porções em sua estrutura química, a saber s aber::

    O      Ã     Ç     A     Z     I     R     O     T     U     A     A     I     V      É     R     P       M     E     S     L     A     I     R     E     T     A     M     E     T     S     E     D     L     A     I     C     R     A     P     U     O     L     A     T     O     T     O      Ã     Ç     U     D     O     R     P     E     R     A     A     D     I     B     I     O     R     P

1) Uma cadeia hidrocarbonada  (como o próprio nome diz, com carbonos e hidrogênios), que confere sua característica apolar e, portanto, insolúvel em água. 2) Um grupo funcional carboxílico (-COOH) na extremidade, que em pH biológico encontra-se ionizado com carga negativa, na forma (-COO-). Acompanhe na imagem abaixo a estrutura básica de um ácido graxo (grupo carboxílico circulado).

ácidos graxos com 16 e 18 carbonos os principais presentes nas nossas células. - A maioria das ligações duplas em ácidos graxos apresentam configuração cis. - Em animais, os ácidos graxos não apresentam ramificações.

NOMENCLATURA Os ácidos graxos podem ser representa  dos de algumas maneiras, vejamos a seguir as diferentes formas de nomear um ácido graxo: - Nome sistemático: esta nomenclatura leva em consideração o nome do hidrocarboneto, substituindo o sufixo -o por -oato  (caso considerado que o grupo carboxílico da extremidade está ionizado) ou por -óico  (caso considerado que o grupo carboxílico da extremidade não está ionizado). Por exemplo, um hidrocarboneto com 16 carbonos (C16) é chamado hexadecano, portanto, um ácido graxo com C16 poderá assumir duas nomenclaturas sistemáticas: -- Ácido hexadecanóico hexadecanóico:: caso o grupo carboxílico não esteja ionizado. -- Hexadecanoato: caso o grupo carboxílico esteja ionizado (apresentação mais comum em pH biológicos).

  Uma outra forma de representar a estrutura de um ácido graxo omite a escrita dos hidrogênios e carbonos apenas para melhor visibilidade.   Os diferentes ácidos graxos irão diferenciar entre si em quatro principais pontos:

- Número de carbonos e duplas ligações: o número de carbonos e duplas (insaturações) ligações presentes nos ácidos graxos também podem ser utilizadas para sua nomenclatura. Acompanhe os exemplos abaixo:

-- Número  que compõe o ácido graxo.  (insaturações). Presençadedecarbonos duplas ligações - Configuração das duplas ligações (cis ou trans, ilustrada adiante). - Presença de ramificações.

 ácido graxo com 12 carbonos sem du1) 12:0ligações  (sem insaturações). plas 2) 16:1  ácido graxo com 16 carbonos e uma insaturação. 3) 18:3  ácido graxo com 18 carbonos e três insaturações.

  Estas características serão muito importantes na nomenclatura e nas propriedades físico-químicas dos ácidos graxos.   Ainda sobre os três pontos citados no parágrafo anterior, existem algumas considerações que comumente são cobradas em provas e que são de extrema importância, também, para o seu conhecimento: -lógicos A maioria dos ácidos graxos apresentam . número parnos desistemas carbonosbio- O número mais comum de carbonos em ácidos graxos varia entre 12 a 24 carbonos, sendo os

  Apesar de ser uma excelente forma de representar os ácidos graxos, a nomenclatura supracitada sozinha não é suficiente. suf iciente. É necessário um sistema para localizar quais os carbonos que estão envolvidos nestas duplas ligações.   Antes de saber como localizar as duplas ligações, é necessário que você saiba como nu Saiba que, merartal, os podemos carbonos dos ácidos para utilizar doisgraxos. pontos de referência do ácido graxo:

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1) A primeira forma de numerar os carbonos de um ácido graxo leva em consideração o grupo carboxílico terminal, iniciando a contagem a partir do carbono deste grupo, ou seja: o carbono do grupo carboxílico é o C-1 e assim por diante. Nesta classificação, também é importante dizer-

  A segunda forma de nos referirmos às duplas ligações é utilizando como referência o carbono Ѡ. Alguns ácidos graxos poli-insaturados apresentam grande importância na nutrição humana pois não somos capazes de sintetizá-los e, portanto, devemos obter através da nossa die-

mos que o C-2 é considerado o carbono α, o C-3 é considerado o carbono β e assim por diante

ta. Ao utilizarmos o carbono Ѡ como referência, referência,

seguindo o alfabeto grego. Você pode conferir na imagem abaixo (em roxo) a numeração exemplificada neste tópico t ópico (numeração em roxo)

2) A segunda forma de numerar os carbonos de um ácido graxo leva em consideração o grupo de carbono metílico (-CH3), determinado como número 1 o carbono deste grupo. Neste tipo de numeração, o C-1 será chamado carbono Ѡ (ômega). Na imagem acima, trata-se da numeração em laranja.   A numeração dos carbonos nos permite localizar com precisão a posição das duplas ligações nos ácidos graxos. Para te explicar como esta nomenclatura é feita, tomaremos como referência o ácido linolênico presente na figura abaixo.

  O ácido linolênico possui 18 carbonos e três insaturações, portanto, um ácido graxo 18:3.  Tomando  Tom ando como referên referência cia o carbono do grupo carboxílico como o carbono 1, as duplas ligações estão posicionadas nas seguintes posições: - 1ª insaturação: entre os carbonos 9 e 10. - 2ª insaturação: entre os carbonos 12 e 13. - 3ª insaturação: entre os carbonos 15 e 16.   Portanto,, para sermos mais específicos Portanto no exemplo acima, podemos utilizar a seguinte nomenclatura: 18:3(Δ9,12,15), onde os números que

sucedem o símbolo Δ corresponde a localização

dos primeiros carbonos envolvidos na ligação.

iremos localizar o primeiro p rimeiro carbono envolvido na dupla ligação. Se a dupla ligação estiver entre os carbonos 3 e 4, chamaremos de ácido graxo Ѡ-3  (ômega 3). Se estiver entre os carbonos 6 e 7, chamaremos de ácido graxo Ѡ-6. E assim por diante. No exemplo acima, o ácido linolênico é um ácido graxo Ѡ-3. Nesta nomenclatura, apenas a primeira insaturação é a mais importante, e não se faz necessária a localização de todas as outras insaturações.   As insaturações presentes nos ácidos graxos podem ser cis ou trans, porém, como já dito anteriormente, as ligações cis são mais comuns nos ácidos graxos. Você pode perceber a diferença estrutural que cada tipo de ligação insere no configuração ácido graxo na imagem abaixo. Perceba que, na trans, a cadeia permanece mais retilínea; enquanto, na configuração cis, a cadeia mostra-se com uma dobra. Estas configurações são muito importantes pois afetam de maneira considerável as propriedades físicas dos ácidos graxos e, por isso, utilizarei um exemplo um tanto “bobo” para que você consiga entender cada uma destas configurações e o que ela faz.   Imagine uma série de placas de vidros lisas e impecáveis umas sobre as outras, sem nada entre elas. Caso você deseje separá-las, você encontrará uma certa dificuldade para tal. Imagine agora uma série de placas de vidros impecáveis, uma sobre a outra e, entre duas destas placas existe uma pedra. Esta pedra mudará a estrutura e introduzirá uma “abertura” entre estas duas placas de vidro, certo? Esta pedra representa a ligação cis, ela introduz uma dobra na cadeia de ácido graxo e diminui a quantidade de interações que acontecem entre os ácidos graxos adjacentes, tornando as ligações mais “frouxas “frouxas”” e permite uma separação mais fácil. Já a configuração trans não faz isto pois, por não ser capaz de introduzir dobras, mantém as ligações firmes entre cadeias de ácidos graxos adjacentes, quando comparada com a ligação cis.

P  R   O I    B  I    D A  A  R  E  P  R   O D  U    Ç  à  O T   O T  T  A  L   O  U  P  A  R   C  I    A  L  D E   S  T  E  M A  T  E  R  I    A  L   S  E  M  P  R  É   V  I    A  A   U  T   O R  I    Z  A    Ç  à  O

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será o número de interações entre as cadeias, portanto, os ácidos graxos se tornam menos organizados e mais “frouxamente” ligados. Neste caso, a separação é mais fácil e, portanto, quanto menor o número de carbonos em um ácido graxo, menor o ponto de fusão.   A fluidez  do ácido graxo segue o mesmo pensamento: quanto maior a cadeia, maior a quantidade de interações e mais forte a união entre os ácidos graxos, portanto, menos fluido será. Quanto menor a cadeia, menor a quantidade de interações e mais fraca a união entre os ácidos graxos, portanto, mais fluido será.     O      Ã     Ç     A     Z     I     R     O     T     U     A     A     I     V      É     R     P       M     E     S     L     A     I     R     E     T     A     M     E     T     S     E     D     L     A     I     C     R     A     P     U     O     L     A     T     O     T     O      Ã     Ç     U     D     O     R     P     E     R     A     A     D     I     B     I     O     R     P

  Você ainda poderá encontrar na nomenclatura a especificação de cis ou trans da seguinte forma: o ácido linolênico, por exemplo, apresenta todas as suas insaturações na forma cis, portanto, para sermos mais específicos podemos p odemos 9,12,15 escrever 18:3(cis, cis, cis-Δ )  ou 18:3(all-cis-Δ9,12,15).

CARACTERÍSTICAS FÍSICAS   As diferentes possibilidades de tamanho da cadeia hidrocarbonada, presença ou ausência de insaturações e a configuração destas insaturações conferem diferentes características físicas aos ácidos graxos. Sendo mais específico, iremos analisar como estes diferentes caráteres influenciam na fluidez de um ácido graxo e no seu ponto de fusão. A maioria dos ácidos graxos, em temperatura ambiente, se apresentam no estado físico sólido. Lembre-se que, ponto de fusão  é a temperatura necessária para uma substância transitar do estado sólido para líquido. Para que você realmente entenda e não apenas grave como estas características serão influenciadas, te explicarei utilizando o conceito de interações entre cadeias, acompanhe comigo.

1) TAMANHO DA CADEIA: quanto maior for o número de carbonos de um ácido graxo, maior será o número de interações (principalmente interações de van der Waals) que podem ocorrer entre as cadeias de ácidos graxos adjacentes. Este maior número de interações torna os ácidos graxos mais organizados e dificulta sua separação. Portanto, quantomaior maiorooponto número carbonos em O pensaum ácido graxo, de de fusão. mento contrário também é correto: quanto menor o número de carbonos de um ácido graxo, menor

2) PRESENÇA DE INSATURAÇÕES: a presença de insaturações (duplas ligações) em um ácido graxo introduz uma desorganização na cadeia. Esta desorganização diminui a quantidade de interações estabelecidas entre cadeias adjacentes. Logo, quanto maior o número de insaturações, menos interações existem (e menos organizada é a cadeia) e, portanto, menor é o ponto de fusão; e, quanto menor número de insaturações insaturações, , mais interações existeo(e mais organizada é a cadeia) e, portanto, maior é o ponto de fusão. Quanto a fluidez, pensaremos da mesma maneira: cadeias com insaturações apresentam menos interações entre elas e, portanto, apresentarão maior fluidez. Cadeias totalmente saturadas ou com menor quantidade de insaturações apresentam maior número de interação entre as cadeias e, portanto, apresentação menor fluidez.

3) CONFIGURAÇÃO DAS INSATURAÇÕES: como já discutimos anteriormente, a insaturação cis introduz uma dobra no ácido graxo e faz com que existam menos interações com outras cadeias, por isso, a presença de insaturação cis na cadeia diminui o ponto de fusão. Por outro lado, a insaturação trans (em comparação com insaturação cis) permite que exista uma maior organização entre as cadeias adjacentes existindo, assim, mais interações entre elas. Portanto, a insaturação trans apresenta um maior ponto de fusão quando comparada com insaturação cis.   A configuração da insaturação também influencia na fluidez: a insaturação trans permite uma maior quantidade de interações e, portanto, menor a fluidez. A insaturação cis introduz uma dobra e diminui a quantidade de interações, portanto, maior a fluidez.   Existe uma excelente questão conceitual cobrada no Processo Seletivo de Vagas Surgidas

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da Universidade Federal do Espírito Santo (UFES) de 2011 que aborda exatamente o apresentado acima. Vamos analisar juntos para fixar estes conceitos: 6ª QUESTÃO – PSVS/UFES 2011 As propriedades físicas dos lipídeos graxos são influenciadas pelo comprimento da cadeia e pelo grau de insaturação de seus ácidos graxos. Ordene os ácidos graxos descritos abaixo, em ordem DECRESCENTE quanto ao ponto de fusão e marque a alternativa CORRETA: (1) Cis-oleato (18:1) (2) Trans-oleato (18:1) (3) Linoleato (18:2) A) 1>2>3 B) 2>1>3 C) 2>3>1 D) 3>1>2 E) 3>2>1

Resolução: primeiro podemos perceber que todas as cadeias apresentam o mesmo número de carbonos. Portanto, não utilizaremos este critério para diferenciá-las. O linoleato apresenta 2 insaturações enquanto as outras opções apresentam apenas 1 insaturação. Portanto, o linoleato possui uma maior desorganização das interações quando comparado com as outras opções; esta maior desorganização diminui a quantidade de interações entre as cadeias faz com que seja necessária uma menor energia para separá-las, portanto, apresenta um menor ponto de fusão ( _ > _ > 3). A segunda coisa que precisaremos diferenciar é: qual das configurações apresenta maior ponto de fusão, cis ou trans? Sabemos que a configuração trans permite uma maior organização entre as cadeias e uma melhor interação entre elas, deixando-a mais firmemente unida e, portanto, dificultando sua separação. Portanto, a configuração trans apresenta maior ponto de fusão. (2 > _ > 3). Em posição intermediária entre as opções, ficará a configuração cis, que introduz uma dobra na cadeia e desorganiza as interações entre elas; porém, apresenta maior ponto de fusão do que um ácido graxo com mesmo número de carbonos e maior número de insaturações. (2 > 1 > 3). Resposta correta, letra B.   Chegamos ao final da nossa discussão sobre os ácidos graxos, suas características químicas e propriedades físicas. Eles serão importantes componentes de outros ácidos graxos que estudaremos a seguir seg uir..

LIPÍDEOS LIPÍDEO S DE ARMAZENAMENTO   As células animais armazenam energia principalmente na forma de triacilgliceróis. Por isso, discutiremos algumas particularidades a respeito deste lipídeo.

 TRIACIL  TRIA CILGLICE GLICERÓIS RÓIS   Também chamados de gorduras neutras, os triacilgliceróis são forma de armazenamento de ácidos graxos nos mamíferos e constitui a principal forma de armazenamento de energia  do nosso corpo. Consiste em um arcabouço de um glicerol unido à três ácidos graxos (triacil-). A ligação entre o glicerol e os ácidos graxos é uma ligação éster (hidroxilas do glicerol unidos ao ácido carboxílico dos ácidos graxos), por isso, você poderá encontrar em sua leitura o nome “esterificação de ácidos graxos” quando o autor desejar se referir à formação desta ligação. Existe um conjunto de células especializados em armazenar os triacilgliceróis: os adipócitos. Eles estão presentes debaixo da pele (gordura subcutânea) ou ao redor de órgãos (gordura visceral). Os adipócitos apresentam quase que em sua totalidade a presença de triacilgliceróis.

P  R   O I    B  I    D A  A  R  E  P  R   O D  U    Ç  à  O T   O T  A  L   O  U  P  A  R   C  I    A  L  D E   S  T  E  M A  T  E  R  I    A  L   S  E  M  P  R  É   V  I    A  A   U  T   O I    R  Z  A    Ç  à  O

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  Se faz necessário, neste momento, discutir o seguinte: ácidos graxos são armazenados na forma de triacilgliceróis nos adipócitos, o principal combustível de armazenamento de energia nos mamíferos; mas também pode armazenar glicoses, uma importante fonte energética, como glicogênio principalmente no fígado e no músculo. Por que existem dois tipos de armazenamento de energia, mas o triacilglicerol é o principal?

    O      Ã     Ç     A     Z     I     R     O     T     U     A     A     I     V      É     R     P       M     E     S     L     A     I     R     E     T     A     M     E     T     S     E     D     L     A     I     C     R     A     P     U     O     L     A     T     O     T     O      Ã     Ç     U     D     O     R     P     E     R     A     A     D     I     B     I     O     R     P

-- O glicogênio é uma molécula polar e, portanto, apresenta-se muito hidratado (circundado por água) nas células nas quais está presente. Esta característica permite que a mobilização do glicogênio seja rápida e facilitada, pois a maioria das enzimas do nosso organismo atuam em um ambiente polar. Já os triacilgliceróis são moléculas apolares e, portanto, apresentam-se pouco hidratados (pouco circundado por água) nas células as quais está presente. Esta característica dificulta a mobilização dos triacilgliceróis, porém, permite que uma maior quantidade de energia  (liseja armazenada emeconomia um espaçodemuito menor teralmente há uma espaço). Estudaremos com detalhes a mobilização dos triacilgliceróis no capítulo de metabolismo de lipídeos. -- Os átomos de carbono dos triacilgliceróis estão em um estado muito reduzido, o que permite que estes forneçam uma quantidade de energia muito maior  do que os carbonos do glicogênio. Alguns indivíduos obesos, em teoria, conseguiriam viver muitos meses sem ingesta alimentar, apenas com a mobilização dos triacilgliceróis. Estes fornecem 6x mais energia do que uma mesma quantidade de glicogênio, um dos principais motivos pelos quais foram eleitos a fonte principal de armazenamento de energia.

LIPÍDEOS DE MEMBRANA   Discutiremos com mais detalhes as membranas biológicas em capítulo específico, porém, alguns conceitos sobre os lipídeos estruturais que os compõem se fazem necessários neste momento.   As membranas biológicas formam limites que determinam e separam os lados externo e interno de células ou organelas. A principal composição membranas (1) os lipídeos dedas , que biológicas apresentamsão como membrana característica uma porção hidrofóbica e outra hidrofílica (molécula anfipática); e (2) as proteí-

nas de membrana, que formarão canais e bombas que permitirão (ou não) a passagem de íons e outras biomoléculas. Tanto os lipídeos quanto as proteínas interagem de forma não covalente  entre si para compor as membranas.   Nesta seção, focaremos na explicação sobre a estrutura e propriedades físicas dos lipídeos de membrana. Adiante, em capítulo específico, falaremos sobre os sistemas de transporte t ransporte e outras características importantes das membranas.   Os lipídeos que compõem a membrana podem ser divididos em três grupos: fosfolipídeos, glicolipídeos e esteróis.

FOSFOLIPÍDEOS   Este grupo de lipídeos apresenta, estruturalmente, quatro partes principais: (1) uma plataformaa central (que pode ser um glicerol ou plataform uma esfingosina) ligada a (2) ácido(s) graxo(s)  nos seus C-1 e/ou C-2, um (3) fosfato ligado ao C-3 e um (4) álcool ligado à este fosfato, como você pode acompanhar no esquema a seguir. As porções ácido graxo são responsáveis pelas prop ropriedades hidrofóbicas do fosfolipídeo, enquanto todo o resto confere um caráter hidrofílico. Quando uma mesma molécula apresenta ambas as características hidrofóbica e hidrofílica, chamamos de caráter anfipático.

  Especificamente quando a plataforma central for um glicerol, chamaremos o lipídeo de glicerofosfolipídeo (ou fosfoglicerídeo). Já se a plataforma central for uma esfingosina, chamaremos apenas de esfingolipídeo.

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1. GLICEROFOSFOLIPIDEOS: o glicerofosfolipídeo  mais comum é o fosfatidato  (ou ácido fosfatídico), este é composto por dois ácidos graxos, uma plataforma central de glicerol e um fosfato (sem adição de nenhum outro grupo). Ele é importante pois a modificação da porção álcool dará origem a outros fosfolipídeos com propriedades diferentes e que poderão ser encontrados nas membranas. Na imagem a seguir, você poderá identificar a estrutura do fosfatidato.

  Como dito anteriormente, o fosfatidato dará origem a outros lipídeos, isto acontecerá pela adição de um álcool à molécula de fosfato através de uma ligação éster. Existem inúmeros grupos diferentes que podem ser adicionados, abaixo você pode conferir na tabela o lipídeo que será formado, o álcool adicionado ao grupo fosfato, a carga líquida que assume e a estrutura química do álcool.

 

Estes diversos lipídeos compõem as

membranas e possuem funções diferentes. As diferentes células e organelas do corpo possuem composições diferentes destes lipídeos e, também, de proteínas de membrana. A cardiolipina,

por exemplo, é muito importante na composição da membrana mitocondrial interna. Apesar de serem lipídeos fundamentalmente estruturais, pode haver a necessidade de degradar os glicerofosfolipídeos  em seus componentes mais simples, principalmente quando discutirmos sobre as vias de transdução de sinais. Existem diferentes enzimas que são responsáveis por estas funções. Acompanhe a imagem abaixo e a leitura que se segue.

- Fosfolipase A (A1 ou A2): responsáveis por clivar a ligação éster entre o glicerol e os ácidos graxos presentes no C-1 ou C-2. - Fosfolipase C: responsável por clivar a ligação fosfodiéster entre o fosfato e o glicerol. - Fosfolipase D: responsável por clivar a ligação fosfodiéster entre o fosfato e o grupo polar ligado a ele.

P  R   O I    B  I    D A  A  R  E  P  R   O D  U    Ç  à  O T   O T  A  L   O  U  P  A  R   C  I    A  L  D E   S  T  E  M A  T  E  R  I    A  L   S  E  M  P  R  É   V  I    A  A   U  T   O I    R  Z  A    Ç  à  O

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ESFINGOLIPÍDEOS: quando a plataforma 2. ESFINGOLIPÍDEOS: pla taforma central do fosfolipídeo for a esfingosina, denominaremos estes lipídeos como esfingolipídeos. O esfingolipídeo mais comum é a ceramida, ela é composta por uma plataforma central de esfingosina ligada (através do seu C-2) a um ácido graxo, como você pode observar na imagem abaixo.

    O      Ã     Ç     A     Z     I     R     O     T     U     A     A     I     V      É     R     P       M     E     S     L     A     I     R     E     T     A     M     E     T     S     E     D     L     A     I     C     R     A     P     U     O     L     A     T     O     T     O      Ã     Ç     U     D     O     R     P     E     R     A     A     D     I     B     I     O     R     P

  A ceramida  é precursora de vários outros esfingolipídeos (assim como o fosfatidato é precursor de outros glicerofosfolipídeos). Ao adicionar diferentes grupos ao C-1 da esfingosina, poderemos criar esfingolipídeos com diferentes funções.   Um esfingolipídeo muito importante é a esfingomielina, presente na bainha de mielina dos neurônios que compõem o sistema nervoso. Neste esfingolipídeo especificamente, o grupo que é adicionado ao C-1 é a fosfocolina .

GLICOLIPÍDEOS   Um outro grupo de lipídeos que podemos encontrar na composição das membranas são os glicolipídeos. Eles são compostos por uma porção lipídica unida à carboidratos. Os glicolipídeos de células animais são compostos pelos seguintes grupos: uma plataforma central de esfingosina, ligada à um ácido graxo e um ou mais carboidratos (logo, também é um tipo de esfingolipídeo). É um importante grupo de lipídeos pois, muitas vezes, está relacionado com o reconhecimento e interação da célula com outros componentes do organismo (como as células do sistema imune, por exemplo) e, também, o arranjo de carboidratos na célula é capaz de ditar sua identidade, como podemos citar nas hemácias. É o arranjo

de carboidratos na superfície destas células que difere os grupos sanguíneos A, B ou O. Na figura abaixo, você poderá ver a estrutura básica de um glicolipídeo de células animais.

A depender do grupo que se liga na porção carboidrato, os glicolipídeos podem fazer parte de grupos específicos, a saber: - Cerebrosídeos: há ligação de apenas 1 açúcar  na porção carboidrato. É chamado de glicolipídeo neutro pois não exibe carga elétrica em pH 7. - Globosídeos: há ligação de 2 ou mais açúcares  na porção carboidrato. Também denominado glicolipídeo neutro por não exibir carga elétrica em pH 7. - Gangliosídeos: há ligação de carboidratos com estruturas mais complexas (oligossacarídeos) juntamente com um outro elemento chamado ácido N-acetilmurâmico  (também chamado de ácido siálico). Possuem carga elétrica negativa em pH 7.  meio deAenzimas degradação dos glicolipídeos ocorre por lisossomais que liberam o açúcar e a porção ceramida. Algumas doenças genéticas podem ocorrer quando o organismo não for capaz de degradar glicolipídeos. Dentre elas, podemos citar a Doença de Tay-Sachs, Gangliosidose generalizada, Doença de Fabry, entre outras.

ESTERÓIS   Os esteróis são o terceiro e último grupo de lipídeos estruturais de membrana que discutiremos. Sua estrutura três porções principais: (1) umbásica núcleo apresenta esteróide  composto por quatro anéis (3 anéis de 6 carbonos – ciclohexano - e 1 anel de 5 carbonos - ci-

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clopentano), (2) uma cabeça polar constituída por um grupo hidroxila (OH), e (3) uma cauda hidrocarbonada  (cadeia lateral) variável. Nas células animais o colesterol é o principal esteroide. Este é precursor, por exemplo, de hormônios, que atuam como sinalizadores; e de sais biliares, que compõem a bile e ajuda a emulsificar as gorduras, permitindo a ação das enzimas sobre essas. Células vegetais e de fungos não contém colesterol, mas possuem outros lipídeos esteroides: as células vegetais apresentam estigmasterol e os fungos o ergosterol , um importante alvo da farmacologia. A seguir, você pode conferir a estrutura do colesterol.

FOSFATIDILINOSITOL-4,5BISFOSFATO O fosfatidilinositol 4-5-bisfosfato (ou PIP2), como já discutimos anteriormente, é um glicerofosfolipídeo que está presente na estrutura das membranas celulares. Acompanhe a imagem a seguir para a leitura que se segue. Sob determinados sinais, pode ocorrer a ativação de uma enzima chamada Fosfolipase C, responsável por quebrar o PIP2 em duas partes: inositol 1,4,5-trifosfato (ou IP3) e diacilglicerol (DAG). O diacilglicerol permanece ligado à membrana citoplasmática da célula, enquanto o IP3  dirige-se ao retículo endoplasmático para levar à liberação do cálcio, que é armazenado nesta organela. O cálcio e o DAG atuam em conjunto para ativar uma enzima chamada proteína cinase C (PKC), que é responsável por fosforilar e, assim, regular a atividade de várias outras enzimas celulares. Veja então, que, tantocomo os lipídeos formados quanto o cálcio, atuaram   que mensageiros intracelulares modificaram toda a resposta da célula.

  O colesterol é um importante componente das membranas de células animais e afetará, de maneira muito proeminente, a fluidez das membranas. O colesterol organiza os fosfolipídeos de membrana e torna a interação entre estes mais forte, portanto, quanto maior a quantidade de colesterol em uma membrana, menos fluida ela será; e quanto menor a quantidade de colesterol em uma membrana, mais fluida ela será. Volta-

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remos neste assunto no capítulo de membranas biológicas.

LIPÍDEOS SINALIZADORES E COFATORES   Abordamos até aqui os lipídeos que servem como armazenamento de energia e os que atuam como moléculas estruturais que compõem a membrana das células e organelas. Nesta seção, falaremos sobre alguns lipídeos que atuam como moléculas sinalizadoras e, portanto, carregam alguma informação ; e sobre os lipídeos que atuam comoquímicas. cofatores enzimáticos e participam de reações

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EICOSANOIDES   Existem três principais hormônios eicosanoides que discutiremos aqui: as prostaglandinas, os tromboxanos  e os leucotrienos. Estes três são derivados de um ácido graxo 20:4(Δ5,8,11,14), comumente chamado de araquidonato. São importantes substâncias pois atuam modulando respostas fisiológicas do nosso organismo. Estes são de grande importância no estudo da imunologia e, caso você ainda não tenha visto, certamente verá com maiores detalhes nesta disciplina. A seguir,

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faremos algumas considerações sobre cada um destes três eicosanoides: - PROSTAGLANDINAS: sintetizadas a partir do araquidonato pela prostaglandina sintase (cicloxigenase, ou COX), é importante na resposta inflamatória, regula o fluxo sanguíneo e controla o transporte de íons através da membrana. Os anti-inflamatórioss não esteroidais (AINEs), como anti-inflamatório o ibuprofeno, atuam através da inibição da COX, diminuindo, assim, a intensidade da resposta inflamatória.

-  TROMBOXAN  TROMBOXANOS OS: sintetizados pela tromboxano sintase. Trata-se de uma substância sintetizada principalmente pelas plaquetas, que ativam a formação de coágulos e reduzem o fluxo sanguíneo no local. - LEUCOTRIENOS : são potentes substâncias biológicas que possuem funções como contração da musculatura lisa das vias áreas dos pulmões, o que pode deflagrar crise de asma em pacientes portadores desta doença ou, até mesmo, ao choque anafilático na resposta sistêmica à um alérgeno.

    O      Ã     Ç     A     Z     I     R     O     T     U     A     A     I     V      É     R     P       M     E     S     L     A     I     R     E     T     A     M     E     T     S     E     D     L     A     I     C     R     A     P     U     O     L     A     T     O     T     O      Ã     Ç     U     D     O     R     P     E     R     A     A     D     I     B     I     O     R     P

HORMÔNIOS ESTERÓIDES   Alguns hormônios produzidos pelos nossos órgãos são derivados dos lipídeos esteróis. Eles apresentam funções diversas, como você pode ver a seguir:

- HORMÔNIOS SEXUAIS MASCULINOS: produzidos nos testículos, a testosterona  é o principal representante. Suas funções variam desde o desenvolvimento dos espermatozoides e regulação da libido até a maturação de muitas funções masculinas. - HORMÔNIOS SEXUAIS FEMININOS: produzidos nos ovários, o estradiol é o principal representante deste grupo. Este hormônio atua no endométrio no ciclo menstrual, possui efeito na massa óssea e vários outros. - HORMÔNIOS DA SUPRARRENAL (CORTISOL E ALDOSTERONA):   o cortisol e a aldosterona são os principais hormônios esteroides sintetizados pela glândula suprarrenal. O cortisol  está rela-

cionado à modulação das funções fisiológicas em situações de estresse e pode atuar em diversos órgãos, exibindo funções diferentes em cada um deles. A aldosterona  é um hormônio esteroide que atua principalmente nos rins e regula o balanço hidríco e eletrolítico.

- ANTIANTI-INFLAMATÓRIOS ESTEROIDAIS (PREDNISONA, DEXAMETASONA, BETAMETASONA): estes medicamentos atuam regulando a resposta inflamatória e exibem, também, diversos outros mecanismos os quais podem ser explorados em outras doenças. Inibe a liberação do araquidonato da Fosfolipase A e, portanto, inibe a formação dos eicosanoides.

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VITAMINAS   As vitaminas são micronutrientes importantes para o desempenho de diversas atividades celulares. Algumas podem servir como cofatores enzimáticos, enquanto outras podem originar hormônios. Elas são classificadas conforme a sua solubilidade em dois grupos:

-- VITAMINA D (ou colecalciferol): atua como um hormônio que regula o metabolismo ósseo, sua deficiência leva ao raquitismo, deformações esqueléticas, atraso no crescimento, entre outros. Sua síntese envolve a participação da luz solar para clivagem parcial e ativação nos rins. -- VITAMINA E (ou tocoferol): é responsável por agir contra espécies reativas deantioxidante. oxigênio, atuando, portanto, como um importante

- HIDROSSOLÚVEIS: neste grupo estão as vitaminas do complexo B e C. As vitaminas do complexo B são importantes pois dão origem a uma série de cofatores enzimáticos e a vitamina C é muito importante principalmente na síntese do colágeno; sua deficiência pode levar ao escorbuto.

-- VITAMINA K: atua na coagulação sanguínea, sua deficiência leva a hemorragias espontâneas.

- LIPOSSOLÚVEIS: neste grupo estão as vitaminas A, D, E e K.

  É uma molécula com características lipídicas. Atua na cadeia transportadora de elétrons como uma substância responsável por mover elétrons  entre os complexos proteicos envolvidos no processo, que é essencial para a sínte-

-- VITAMINA A (ou retinol): esta vitamina está diretamente relacionada com os processos de visão, crescimento e reprodução, sua deficiência leva a lesões de córnea como e cegueira noturna. Está presente em alimentos peixes, ovos, leite, entre outros.

UBIQUINONA

se de ATP (discutido com Cadeia Transportadora dedetalhes Elétrons).no capítulo de

P  R   O I    B  I    D A  A  R  E  P  R   O D  U    Ç  à  O T   O T  A  L   O  U  P  A  R   C  I    A  L  D E   S  T  E  M A  T  E  R  I    A  L   S  E  M  P  R  É   V  I    A  A   U  T   O I    R  Z  A    Ç  à  O

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  Chegamos ao final de mais um capítulo da apostila. A matéria de lipídeos é considerada uma das mais difíceis pela dificuldade dif iculdade de organização. Por isso, tentei organizar da forma que julgo me-   _______________________________________________________ lhor para que você entenda de maneira mais fácil.

ANOTAÇÕES

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    O      Ã     Ç     A     Z     I     R     O     T     U     A     A     I     V      É     R     P       M     E     S     L     A     I     R     E     T     A     M     E     T     S     E     D     L     A     I     C     R     A     P     U     O     L     A     T     O     T     O      Ã     Ç     U     D     O     R     P     E     R     A     A     D     I     B     I     O     R     P

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Membranas Biológicas INTRODUÇÃO

  Após estudar o capítulo de lipídeos, um importante passo é estudarmos uma das principais composições que os lipídeos podem fazer: as membranas biológicas. Estima-se que, a partir do momento em que surgiu a capacidade de formação das membranas, foi possível criar unidades individuais com funções diversas e que puderam dar origem a vida.   As membranas biológica biológicass são compostas por lipídeos de membranas (fosfolipídeos, glicolipídeos e esteróis) e por proteínas de membrana. Os lipídeos de membrana  apresentam como principal função a delimitação dos meios interno e externo de células e organelas (formação de uma barreira), além de poderem armazenar energia (dada a sua composição de ácidos graxos), além de poderem atuar nas vias de transdução de informações (sinalização celular). Já as proteínas de membranas  são responsáveis por grande parte da dinâmica de catálise, recepção de sinais e transporte de substâncias através das membranas, como discutiremos adiante.   Diferentes tipos celulares e organelas apresentarão membranas quanto diferentes a presençacomposições e proporção dedelipídeos e proteínas específicas. Um grande exemplo é a bainha de mielina que reveste os neurônios, ela apresenta uma elevada proporção de lipídeos e uma pequena quantidade de proteínas; isto acontece porque a sua principal função é criar um isolamento elétrico para que o impulso nervoso seja carregado com mais agilidade. Outras membranas, como as que compõem o epitélio de revestimento do intestino, apresentam uma grande quantidade de proteínas, porque as suas funções são altamente relacionadas com processos de transporte e catálise de substâncias substâncias..   O transporte de substâncias através das membranas biológicas não acontece de maneira aleatória. A passagem substâncias depende, primeiramente, da suadepolaridade: substâncias apolares (lipofílicas), como os hormônios esteroides, conseguem passar através da membrana

sem grandes dificuldades; enquanto as substâncias polares (hidrofílicas) ou com carga, passam de forma muito dificultada e lenta ou dependem da atividade de proteínas transportadoras para sua movimentação. Esta característica de passagem restrita de biomoléculas e sistemas de transporte é frequentemente denominada permeabilidade seletiva.

MODELO MOSAICO FLUID F LUIDO O

  As membranas biológicas encontram-se organizadas em uma estrutura padrão denominada modelo mosaico fluido.  Este modelo descreve as membranas biológicas organizadas em duas lâminas de fosfolip fosfolipídeos ídeos (bicamada lipídica), na qual a porção polar (hidrofílica) encontra-se direcionada para o lado de fora, interagindo com a água e umas com as outras por meio de interações de hidrogênio e iônicas; e a porção apolar (caudas hidrofóbicas dos fosfo fosfolipídeos, lipídeos, lipofílica) encontra-se direcionada umas às outras, interagindo por meio de ligações de van der Waals principalmente. Além da bicamada bicamada lipídica, o modelo mosaico fluido também descreve a presença de proteínas de membrana, que são responsáveis por muitas das funções catalíticas da membrana. As interações entre os componentes da membrana biológica (lipídeos e proteínas) acontece por meio de ligações fracas, não covalentes, o que configura uma cooperatividade entre os elementos que a compõe e permite uma ampla dinâmica através dela.   As proteínas presentes nas membranas, podem ser classificadas de três maneiras, a depender da forma com a qual interage com a membrana: 1) Proteínas integrais de membrana: estas proteínas transpassam a bicamada lipídica. l ipídica. Comumente, para poderem assumir esta forma,deosdentro aminoácidos que se encontram na parte da bicamada lipídica apresentam características predominantemente hidrofóbicas (imagem a seguir), enquanto que, os aminoácidos voltados ao

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meio aquoso, apresentam características predominantemente hidrofílicas.

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2) Proteínas periféricas: as proteínas periféricas de membranas não se inserem entre as cadeias hidrofóbicas dos lipídeos. Estas proteínas interagem com as cabeças polares dos lipídeos de membrana através de ligações de hidrogênio ou eletrostáticas ou se ligam à outras proteínas integrais. 3) Proteína Proteínass anfitrópicas: este grupo de proteínas podem estar associadas a membranas ou presentes no citoplasma da célula.

FLUIDEZ DAS MEMBRANAS   Como já citamos anteriormente anteriormente,, a fluidez dos lipídeos depende basicamente do tamanho dos ácidos graxos, da presença e configuração das insaturações e da quantidade de colesterol presente na membrana. As suas propriedades já foram discutidas no capítulo de Estrutura de Lipídeos. Porém, por ser uma parte realmente interessante e abordada por muitos professores, irei repeti-la aqui para que você saiba onde encontrar quando necessitar.   As diferentes possibilidades de tamanho da cadeia hidrocarbonada, presença ou ausência de insaturações e a configuração destas insaturações conferem diferentes características físicas aos ácidos graxos. Sendo mais específico, iremos analisar como estes diferentes caráteres influenciam na fluidez de um ácido graxo gra xo e no seu ponto de fusão. A maioria dos ácidos graxos, em temperatura ambiente, se apresentam no estado físico sólido. Lembre-se que, ponto de fusão  é a temperatura necessária para uma substância transitar do estado sólido para líquido. Para que você realmente entenda e não apenas grave como estas características serão influenciadas, te explicarei utilizando o conceito de interações entre cadeias, acompanhe comigo.

 TAMANHO  TAM ANHO DA DA CADEIA CADEIA   Quanto maior for o número de carbonos de um ácido graxo, maior será o número de interações (principalmente interações de van der Waals) que podem ocorrer entre as cadeias de ácidos graxos adjacentes. Este maior número de interações torna sua os ácidos graxos mais organizados e dificulta separação. Portanto, quanto maior o número de carbonos em um ácido graxo, maior o ponto de fusão. O pensamento contrário também é correto: quanto menor o número de carbonos de um ácido graxo, menor será o número de interações entre as cadeias, portanto, os ácidos graxos se tornam menos organizados e mais “frouxamente” ligados. Neste caso, a separação é mais fácil e, portanto, quanto menor o número de carbonos em um ácido graxo, menor o ponto de fusão.   A fluidez  do ácido graxo segue o mesmo pensamento: quanto maior a cadeia, maior a quantidade de interações e mais forte a união entre os ácidos graxos, portanto, menos fluido será. Quanto menor a cadeia, quantidade de interações e mais fraca amenor união aentre os ácidos graxos, portanto, mais fluido será.

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PRESENÇA DE INSATURA INSATURAÇÕES ÇÕES

FORMAÇÃO DE MEMBRANAS

  A presença de insaturações (duplas ligações) em um ácido graxo introduz uma desorganização na cadeia. Esta desorganização diminui a quantidade de interações estabelecidas entre cadeias adjacentes. Logo, quanto maior o número de insaturações, interações existem (e menos organizada émenos a cadeia) e, portanto, menor é o ponto de fusão; e, quanto menor o número de insaturações, mais interações existe (e mais organizada é a cadeia) e, portanto, maior é o ponto de fusão.   Quanto a fluidez, pensaremos da mesma maneira: cadeias com insaturações apresentam menos interações entre elas e, portanto, apresentarão maior fluidez. Cadeias totalmente saturadas ou com menor quantidade de insaturações apresentam maior número de interação entre as cadeias e, portanto, apresentação menor fluidez.

  A formação das membranas biológica biológicass é um processo termodinamicamente favorável, que ocorre de maneira espontânea. Ao dispor fosfolipídeos em um ambiente aquoso eles tendem a agregar-se, sendo que as regiões polares tendem a interagir entre si, bem como as regiões apolares tendem a interagir entre si. Estas interações levam a formação de três padrões de agregados lipídicos reconhecidos reconhecidos::

CONFIGURAÇÃO DAS INSATURAÇÕES

MICELA   É a conformação mais simples. Nesta, uma única camada de fosfolipídeos se dispõem interagindo entre si, excluindo todo o ambiente aquoso do interior, onde serão concentradas as caudas hidrofóbicas, e posicionando as porções hidrofílicas no exterior, exterior, o que permite a interação com a água. Esta formação é limitada pois não é capaz de formar grandes estruturas, seu tamanho varia entre micelas pequenas ou de tamanho médio.

  Como já discutimos anteriormente anteriormente,, a insaturação cis introduz uma dobra no ácido graxo e faz com que existam menos interações inter ações com ouBICAMADA LIPÍDICA tras cadeias, por isso, a presença de insaturação cis na cadeia diminui o ponto de fusão. Por outro Como já descrito anteriormente anteriormente,, são duas lado, a insaturação trans (em comparação com   insaturação cis) permite que exista uma maior lâminas de fosfolipídeos interagindo entre si, organizaçãoo entre as cadeias adjacentes existin- com as cabeças polares interagindo através de organizaçã do, assim, mais interações entre elas. Portanto, a ligações de hidrogênio e interações iônicas, e as insaturação trans apresenta um maior ponto de caudas hidrofóbicas interagindo principalmente por ligações de van der Waals. fusão quando comparada com insaturação cis.   A configuração da insaturação também influencia na fluidez: a insaturação trans permite uma maior quantidade de interações e, portanto, VESÍCULA LIPÍDICA menor a fluidez. A insaturação cis introduz uma dobra e diminui a quantidade de interações, por Também chamada de lipossoma, é a conforma conforma-tanto, maior a fluidez. ção que a bicamada lipídica assume em ambientes aquosos, o que ocorre devido a instabilidade daquela em relação à esta. As células e organelas assumem este tipo de organização, além de serem utilizadas, também, em laboratórios e na   O colesterol  é um importante componente criação de fármacos. O tamanho que este tipo de das membranas de células animais e afetará, de agregado lipídico pode formar é muito maior do maneira muito proeminente, a fluidez das mem- que o que as micelas conseguem, o que permite branas. O colesterol organiza os fosfolipídeos de a formação das membranas celulares e de orgamembrana e torna a interação entre estes mais nelas.

PRESENÇA DE COLESTEROL

forte, portanto, quanto maior amenos quantidade de colesterol em uma membrana, fluida ela será; e quanto menor a quantidade de colesterol em uma membrana, mais fluida ela será.

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DINÂMICA DE MEMBRANAS   As membranas biológicas são estruturas dinâmicas devido a natureza das interações entre os elementos ser principalmente não covalente e pela presença de proteínas de membrana com diversas funções. Estas são e exibem capacidade de membranas deformação  e deflexíveis se adaptar ao meio, porém, esta dinâmica não acontece de forma totalmente aleatória e desconhecida, o movimento dos lipídeos na membrana ocorre seguindo padrões reconhecidos, que discutiremos agora.

DIFUSÃO TRANSVERSAL CATALISADA   Como citado no tópico anterior, a difusão transversal é um processo lento. Porém, existem enzimas so que, por responsáveis ser energeticamente por catalisar desfavorável, este procesempregam da hidrólise do ATP para impulsionar estas reações e torná-las energeticamente favoráveis. Acompanhe os exemplos nas imagens a seguir.

DIFUSÃO LATERAL   Os lipídeos presentes em uma mesma lâmina da bicamada lipídica podem, facilmente, mudar de posição uns com os outros através do movimento de difusão lateral. As proteínas também sãoque capazes de outros realizar este movimento, não ser existam fatores que ancorema as proteínas e impeçam sua difusão lateral. A velocidade com que este tipo de movimento ocorre é muito superior à difusão transversal.

DIFUSÃO TRANSVERSAL  Também chamado de “flip-flop”, “flip-flop”, neste tipo de momovimento, os lipídeos mudam de posição de uma lâmina da bicamada lipídica para a outra. É um tipo de movimento que ocorre pouco, de maneira muito lenta e desfavorável energeticamente, devido à natureza anfipática dos lipídeos de membrana e pela necessidade de fazer muitas interações não favoráveis durante o processo.

  Como já citamos anteriorme anteriormente, nte, as membranas formam uma barreira comcriando permeabilidade seletiva  às moléculas e íons, compartimentos interno e externo e regulando a passagem destes através dela. A passagem de

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moléculas através das membranas é necessária e pode ocorrer por diversos mecanismos conhecidos. Moléculas com características apolares  (lipofílicas/hidrofóbicas) são capazes de se difundirem pela membrana de forma espontânea, obedecendo o seu gradiente de concentração concentração.. Já as moléculas polares  (lipofóbicas/hidrofílicas) não são capazes de se difundirem pela membrana de tam damaneira ajuda deespontânea mecanismose,transportadores. portanto, necessi-

 TRANSPORTE  TRANSP ORTE NA MEMBRANA MEMBRANA   O transporte através da membrana recebe divisões, que serão discutidas agora.

 TRANSPORTE  TRANSPO RTE PASSIVO PASSIVO   O transporte passivo é aquele que ocorre sem gasto de energia e que ocorre a favor do graseja, passagem do diente concentração soluto de ocorrerá do meio, ou onde seaencontra mais concentrado para o meio menos concentrado concentrado.. -- Difusão simples: neste transporte, o soluto se movimenta através da membrana sem a ajuda de proteínas, canais ou bombas.

  Ainda quanto ao transporte, existem alguns termos utilizados para nos referirmos à quantidade e direção do transporte, acompanhe abaixo: 1) Uniporte: ocorre transporte de apenas uma molécula através do transportador. 2) Cotransporte: ocorre transporte de duas moléculas através do transportador. Se ambas forem direcionadas para o mesmo lado, chamaremos de simporte e, se cada molécula for direcionada para lados diferentes, chamaremos de antiporte.

-- Difusão facilitada: neste transporte, existem canais ou transportadores proteicos que facilitam a passagem do soluto através da membrana. --  Transp  Transporte orte mediado por ionóforo ionófoross: neste transporte, existem moléculas que facilitam o transporte de íons através da membrana.

R  I    Z  A    Ç  à  O

 TRANSPORTE  TRANSPO RTE ATIVO   O transporte ativo ocorre com gasto de energia  pois seu mecanismo de ação envolve o movimento de moléculas contra o seu gradiente de concentração, ou seja, um processo termodinamicamente desfavorável onde o transporte da molécula ocorre do meio menos concentrado para o mais concentrado. --  Tra  Transpor nsporte te ativo primário: este tipo de transporte emprega diretamente a hidrólise do ATP para o movimento do soluto. -- Tra  Transpor nsporte te ativo ativo secun secundário dário: este tipo de transporte não emprega diretamente a hidrólise do d o ATP, mas sim do gradiente gerado através da hidrólise do ATP para que o soluto possa ser transportado.

P  R   O I    B  I    D A  A  R  E  P  R   O D  U    Ç  à  O T   O T  A  L   O  U  P  A  R   C  I    A  L  D E   S  T  E  M A  T  E  R  I    A  L   S  E  M  P  R  É   V  I    A  A   U  T   O

Exemplificaremos, agora, alguns componentes celulares importantes relacionados à membrana e que certamente surgirá durante a sua jornada de estudos em qualquer curso da área da saúde:

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    O      Ã     Ç     A     Z     I     R     O     T     U     A     A     I     V      É     R     P       M     E     S     L     A     I     R     E     T     A     M     E     T     S     E     D     L     A     I     C     R     A     P     U     O     L     A     T     O     T     O      Ã     Ç     U     D     O     R     P     E     R     A     A     D     I     B     I     O     R     P

Na/K ATPase

GAP JUNCTIONS

  Classicamente Classicamen te conhecido como  BOMBA DE NA+/K+ (OU NA+/K+ ATPASE).   As membranas biológicas exibem uma importante característica: elas são polarizadas, apresentam uma carga elétrica negativa no lado interno da membrana e uma carga elétrica positiva no lado externo externo da membrana. Esta característica é de extrema importância pois as membranas podem, momentaneamen momentaneamente, te, inverter esta polaridade (através do processo chamado de despolarização), um processo de grande importância no transporte de informação e excitabilidade. Estas cargas elétricas das membranas existem pela diferença de concentração dos íons nos lados externo e citoplasmático, principalmente o sódio (Na) e o potássio   (K), sendo que, o sódio apresenta-se mais concentrado do lado de fora da célula e o potássio apresenta-se mais concentrado no lado interno da célula, o que é reforçado pela medida destes íons no sangue: os valores normais de Na no sangue varia entre 135 a 145 mEq/L e o K entre 3,5 a 5,5 mEq/L (estes valores podem variar de acordo com o laboratório). Para manter esta concentração, existe uma proteína de membrana conhecida como Bomba Na+/K+ (ou Na+/K+ ATPase), que, por cada ATP hidrolisado, leva três íons Na+ para fora da célula e traz dois íons K+ para dentro da célula.

  As membranas celulares podem comunicar-se entre si através de canais proteicos que unem uma célula a outra, estes canais são denominados gap junctions  (ou junções comunicantes). A função destes canais é de permitir a passagem pequenos íons e biomoléculas de uma célula a outra, e apresentam uma função muito importante na transmissão dos sinais e comunicação intercelular. A contratilidade do músculo cardíaco, por exemplo, depende amplamente da presença destes canais entre os cardiomiócitos, o que permite a contração organizada e sincrônica primeiramente dos átrios e, após, dos ventrículos. Este processo é estudado com mais detalhes na disciplina de fisiologia cardíaca.

IMPULSOS NERVOSOS Os impulsos nervosos ocorrem através do movimento de informação entre as membranas dos neurônios para outros neurônios ou células. Ao ocorrer processoocorre de despolarização região final do oneurônio, a liberação denavesículas estocadas neste local, que levam a liberação de neurotransmissores. Um destes neurotransmissores é a acetilcolina  (ACh), que é capaz de se ligar ao próximo neurônio, nos receptores de acetilcolina, que atuam como canais e se abrem, permitindo a passagem de íons Na+ para dentro da célula, o que leva à despolarização   e transmissão do impulso nervoso de um neurônio para outro neurônio ou órgão efetor. A toxina botulínica (mais conhecida pela marca Botox) é utilizada na estética para prevenir o surgimento das marcas de expressão, ela atua nas terminações nervosas impedindo a liberação das vesículas de acetilcolina. Desta maneira, a contração muscular não ocorre e o músculo se mantém relaxado. É um processo transitório com necessidade de reaplicação a cada 4 a 6 meses.

AQUAPORINAS   Como dito anteriorm anteriormente, ente, a água é capaz de mover-se através da membrana sem a necessidade de transportadores. Porém, existem uma série de proteínas de membrana chamadas aquaporinas que permitem a passagem de água de maneira muito mais rápida e eficaz. Estas proteínas são importantes principalmente nos rins, pela necessidade de rápida absorção de água neste órgão.

ANOTAÇÕES _______________________________________________________ _______________________________________________________ _______________________________________________________ _______________________________________________________ _______________________________________________________ _______________________________________________________ _______________________________________________________ _______________________________________________________ _______________________________________________________ _____________________________ ______________ ______________________________ ___________________________ ____________ _____________________________ ______________ ______________________________ ___________________________ ____________ _____________________________ ______________ ______________________________ ___________________________ ____________ _____________________________ ______________ ______________________________ ___________________________ ____________ _____________________________ ______________ ______________________________ ___________________________ ____________ ____________________________________________ _____________________________ ___________________________ ____________ _____________________________ ______________ ______________________________ ___________________________ ____________ _____________________________ ______________ ______________________________ ___________________________ ____________

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Estrut Est rutura ura dos d os Carboidratos Os carboidratos são conhecidos como os vilões das dietas, porém, veremos nesta aula que esta classe de macronutrientes apresenta muitas particularidades e funções importantes para a manutenção da vida. Além de sua função na alimentação como fonte energética, os carboidratos fazem parte de uma importante forma de armazenamento de glicose (glicogênio nos mamíferos e amido nos vegetais), estão presentes como compostos estruturais, como vimos no DNA e no RNA e os veremos na celulose e quitina; além de serem muito importantes, também, na interação e comunicação celular, como podemos citar a tipagem sanguínea, onde o arranjo de carboidratos nas hemácias, determina o tipo sanguíneo, sendo muito importante em vários procedimentos. Por definição, carboidratos são compostos poli-hidroxialdeídos ou poli-hidroxicetonas, que apresentam muitos átomos de carbono aos quais os grupos hidroxila estão ligados aos centros quirais.

Veremos a seguir, como classificar a isomeria dos carboidratos. Como já citamos anteriormente, as enzimas responsáveis por interagir com estes carboidratos são extremamente específicas e irão atuar apenas sobre uma forma. Veja abaixo alguns exemplos de carboidratos que iremos discutir e identifique os grupos aldeídos e cetonas. Quando um grupo carbonil estiver na extremidade de uma cadeia (ou seja, quando q uando existir um grupo aldeído) este carboidrato será denominado uma aldose; enquanto, quando um grupo carbonil estiver em qualquer outra posição que não na extremidade (ou seja, quando existir um grupo cetona), este carboidrato será denominado uma cetose.

P  R   O I    B  I    D A  A  R  E  P  R   O D  U    Ç  à  O T   O T  A  L   O  U  P  A  R   C  I    A  L  D E   S  T  E  M A  T  E  R  I    A  L   S  E  M  P  R  É   V  I    A  A   U  T   O R  I    Z  A    Ç  à  O

 

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Os carboidratos são divididos em três classes principais: monossacarídeos, oligossacarídeos e polissacarídeos (ou glicanos).

A) Isômeros constitucionais (isomeria de função):

MONOSSACARÍDEOS

são aqueles carboidratos carboidratos que apresentam apresentam mesma fórmula molecular, porém, funções químicas diferentes. No exemplo da foto, temos o gliceraldeído e a di-hidroxiacetona fosfato. Ambos com fórmula molecular C3H6O3, porém, este apresentando um grupo acetona, e aquele um grupo aldeído.

  Constituídos por uma única unidade polihidroxiacetona ou poli-hidroxialdeido. Abaixo, temos a estrutura de alguns monossacarídeos. Os carbonos são numerados a partir do carbono da extremidade da cadeia mais próxima do grupo carbonil (se estiver exatamente no meio, tanto faz).

Isômeros espaciais (esteroisômeros): quandoB)falarmos dos carboidratos, classificaremos   como esteroisômeros aqueles que apresentam mesma fórmula molecular, mesmo grupamento químico, porém, os átomos estão arranjados de maneira diferente no espaço. Este grupo é subdividido em:

    O      Ã     Ç     A     Z     I     R     O     T     U     A     A     I     V      É     R     P       M     E     S

  (1) Enantiômeros: quando formarem imagens especulares, ou seja, quando não são superponíveis, sendo um D e o outro L, serão classificados desta maneira. Veja que serão sempre a mesma substância, mudando apenas na direção na qual a luz polarizada é desviada. No exemplo acima, temos o D-gliceraldeído e o L-gliceraldeído. A forma dextrógira é encontrada

    L     A     I     R     E     T     A     M     E     T     S     E     D     L     A     I     C     R     A     P     U     O     L     A     T     O     T     O      Ã     Ç     U     D     O     R     P     E     R     A     A     D     I     B     I     O     R     P

predominantemente carboidratos mamíferos.a Acompanhe nos slidesnos para saber comodedeterminar forma enantiomérica de um carboidrato.  Todos os monossacarídeos, com exceção da di-hidroxiacetona, contém ao menos um centro assimétrico. Lembre-se que, o número de centros assimétricos é dado pelo número de carbonos assimétricos (quirais) que o monossacarídeo possui. A di-hidroxiacetona é um carboidrato que não apresenta carbonos quirais, veja sua estrutura abaixo:

  (2) Diasteroisômeros: quando os carboidratos em comparação não forem imagens especulares. Estes podem ser:   (2.1) Epímeros: quando apenas um centro assimétrico for diferente. É importante sabermos que a D-glicose e a D manose são epímeras em C-2 e a D-glicose e a D-galactose são epímeras em C-4.  

(2.2) Anômeros: caso ocorra ciclização do anel.

Em soluções aquosas, quase todos os monossacarídeos com cinco ou mais carbonos encontram-se em sua forma cíclica. Vamos, portanto, aprender como ocorre a ciclização de um monossacarídeo. A nomenclatura dos monossacarídeos obedece a regras simples: primeiro devemos identificar qual o grupamento químico daquele monossacarídeo, lembrese que pode se tratar de uma aldose ou cetose. Uma vez determinado, estabelece o número de carbonos que aquele monossacarídeo possui (triose, tetrose, pentose, hexose, etc). É importante reconhecermos algumas estruturas isoméricas nos carboidratos. Os isômeros são substâncias que apresentam mesma fórmula molecular,, mas apresentam molecular a presentam estruturas diferentes. Nos carboidratos, teremos os seguintes:

Quando ciclizam, os monossacarídeos costumam formas estruturas semelhantes a dois compostos: o furano e o pirano. Quando a ciclização originar um composto com anéis de seis membros, será denominado piranose, e, quando originar um anel de cinco membros, furanose. Como nas estruturas abaixo:

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Lembre-se que os grupos funcionais dos carboidratos podem ser aldeídos ou cetonas. A ciclização dos monossacarídeos será resultado da reação de um álcool (OH) com um destes grupos funcionais. A reação de um álcool com uma aldose ald ose dará origem à um hemiacetal, enquanto a reação de um álcool com uma cetose dará origem à um hemicetal. Quando um monossacarídeo cicliza, um novo centro quiral é formado. Este carbono que, antes não era quiral, mas que agora é, é denominado carbono anomérico. Se o grupo hidroxila do carbono anomérico estiver do lado diferente do C-6 na projeção de Haworth, será dito que está na forma anomérica α.

Caso o grupo hidroxila do carbono anomérico esteja do mesmo lado do C-6, quando desenhado na projeção de

Haworth, será dito estar na forma forma anomérica β. Veja os

exemplos ao lado . Sempre que um carbono anomérico apresentarse livre, ou seja, sem se ligar à qualquer substância ou átomo que seja, será dito extremidade redutora, pois é passível de formação de ligações, vistas a seguir.

P  R   O I    B  I    D A  A  R  E  P  R   O D  U    Ç  à  O T   O T  A  L   O  U  P  A  R   C  I    A  L  D E   S  T  E  M A  T  E  R  I    A  L   S  E  M  P  R  É   V  I    A  A   U  T   O R  I    Z  A    Ç  à  O

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OLIGOSSACARÍDEOS   São uniões de monossacarídeos formando cadeias curtas entre duas a vinte unidades monoméricas. Esta ligação se chama ligação glicosídica e veremos suas propriedades mais adiante. Dentro dos oligossacarídeos, os (aqueles carboidratos que importantes apresentam doisdissacarídeos monossacarídeos) talvez sejam os mais de serem abordados aqui. Veja na figura abaixo um exemplo de um dissacarídeo.

    O      Ã     Ç     A     Z     I     R     O     T     U     A     A     I     V      É     R     P       M     E     S     L     A     I     R     E     T     A     M     E     T     S     E     D     L     A     I     C     R     A     P     U     O     L     A     T     O     T     O      Ã     Ç     U     D     O     R     P     E     R     A     A     D     I     B     I     O     R     P

A maltose consiste na ligação de duas D-glicoses. D -glicoses. Veja que na formação de uma ligação O-glicosídica, há a saída de uma molécula de água. Esta reação trata-se de uma condensação. Perceba que a hidroxila do C-1 da primeira ose reage com o grupo ligado ao C-4 da segunda ose. Por isto, esta ligação será do tipo 1,4. Como o primeiro monosscarídeo apresentavase em configuração α podemos ainda concluir que se trata de uma ligação α-1,4. Perceba que no dissacarídeo

final, maltose, o carbono anomérico da D-glicose (segundo resíduo de ose) apresenta-se livre. Como explicamos acima, quando um carbono anomérico está livre, é capaz de reagir com substâncias e formar ligações. A esta propriedade, damos o nome de açúcar redutor,, ou seja, a maltose é um dissacarídeo redutor d issacarídeo redutor. A identificação das ligações será de extrema importância na determinação dos dissacarídeos, portanto, preste bastante atenção. Seguindo a mesma lógica acima, acompanhe estes outros dissacarídeos: A lactose, encontrada principalmente no leite,

Os monossacarídeos são capazes de formarem ligações covalentes com outros grupos, são elas:

éD-glicose formadapor pela ligação de ligação uma D-galactose a uma meio de uma β-1,4. Trata-se de um dissacarídeo redutor pois apresenta o carbono anomérico da D-glicose livre, podendo reagir e formar ligações com outros compostos.

- Ligações O-glicosídicas: quando há união de um composto que apresente um grupo funcional álcool (OH) ao carbono anomérico de um carboidrato.

A sacarose, é o açúcar comum de mesa. É formada por uma ligação O-glicosídica entre uma D-frutose à uma D-glicose por meio de uma ligação

- Ligações N-glicosídicas: quando há união de um composto que apresente um grupo funcional amina ao carbono anomérico de um carboidrato.

aula sobre este dissacarídeo e não se esqueça, se trata de um açúcar não redutor pois seu carbono anomérico agora está envolvido em uma ligação.

Na formação de um dissacarídeo, é formada uma ligação O-glicosídica entre as oses, acompanhe no exemplo a formação da maltose:

α-1,2. Atente-se às particularidades explicadas em

A trealose é utilizada como adoçante. É formada por duas D-glicoses ligadas por meio de uma ligação α-1,1. Assim como a sacarose, a trealose não apresenta

carbonos anomérico livres e, portanto, não é um açúcar redutor.

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Quando ingeridos, atuam como fibra insolúvel no nosso organismo, acelerando o trânsito intestinal pois, por ser osmoticamente osmoticamen te ativo, aumenta o conteúdo de água do bolo fecal. - Quitina:  também é um homopolissacarídeos estrutural,, porém, diferentede todos oshomopolissaca estrutural homopolissacarídeos rídeos citados acima, é composto por unidades repetidas de N-acetilglicosaminas unidas por ligações β-1,4.

POLISSACARÍDEOS / GLICANOS   São polímeros de açúcares açúcares com mais de 20 unidades de monossacarídeos. A maioria dos carboidrato carboidratoss que encontramos na natureza se apresentam desta forma, pois seu armazenamento na forma monomérica traria consequência indesejáveis para a célula. É importante sabermos que os polissacarídeos apresentam classificações, acompanhe abaixo: - Homopolissacarídeos: quando todas as unidades monoméricas são da mesma ose. - Heteropolissacarídeos  quando as unidades monoméricas não são idênticas tendo, ao menos, duas oses diferentes. Os homopolissacarídeos podem ser didaticamente divididos conforme sua função (reserva energética ou componente estrutural). Daremos ênfase, neste momento, a quatro homopolissacarídeos importantes. - Glicogênio: trata-se de um homopolissacarídeo de armazenamento de glicose nos animais, principalmente no fígado e nos músculos. É formado por união de várias glicoses por meio de ligações glicosídicas α-1,4 na cadeia

principal e ramificações, que ocorrem a cada 8 a 10 resíduos de glicose, por meio de ligações α-1,6.

- Amido: é muito semelhante ao glicogênio, porém, é a forma de armazenamento de glicose nos vegetais. É composto por uma mistura de amilose e amilopectina. Atenção, ambos são constituídos apenas por glicose, ou seja, continua se tratando de um homopolissacarídeo. A diferença é que a amilose apresenta apenas ligações α-1,4 enquanto a amilopectina apresenta ligações lineares α-1,4 e ramificações α-1,6. Diferentemente do glicogênio, o amido

é menos ramificado, apresentando apresentando uma ramificação a cada 24 a 30 resíduos de glicose. - Celulose: é um homopolissacarídeo estrutural, presente na parede celular de plantas, caules, troncos e é o mais abundante no planeta. Por ser estrutural, é resistente, insolúvel e rígido, sendo que a maioria dos vertebrados não apresentam enzimas capazes de hidrolisar as ligações da celulose, com exceção dos gados. É um homopolissacarídeo linear não ramificado de glicoses unidas por meio de ligações β-1,4.

P  R   O I    B  I    D A  A  R  E  P  R   O D  U    Ç  à  O T   O T  A  L   O  U  P  A  R   C  I    A  L  D E   S  T  E  M A  T  E  R  I    A  L   S  E  M  P  R  É   V  I    A  A   U  T   O R  I    Z  A    Ç  à  O

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ANOTAÇÕES _______________________________________________________ _______________________________________________________ _______________________________________________________ _______________________________________________________ _______________________________________________________ _______________________________________________________ _______________________________________________________ _______________________________________________________     O      Ã     Ç     A     Z     I     R     O     T     U     A     A     I     V      É     R     P       M     E     S     L     A     I     R     E     T     A     M     E     T     S     E     D     L     A     I     C     R     A     P     U     O     L     A     T     O     T     O      Ã     Ç     U     D     O     R     P     E     R     A     A     D     I     B     I     O     R     P

_______________________________________________________ _______________________________________________________ ____________________________________________________ _________________________ ______________________________________________________ _____________________________________________________ ____________________________________ __________ ____________________________________________________ _________________________ ______________________________________________________ _____________________________________________________ ____________________________________ __________ _______________________________________________________________________________ ____________________________________________________ _____________________________________________________ ____________________________________ __________ ____________________________________________________ _________________________ ______________________________________________________ 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Estrutura dos nucleotídeos e Ácidos nucleicos Não é incomum ouvirmos na televisão, em algum noticiário ou documentário, pessoas falando sobre as novidades que nos rodeiam sobre o conhecimento do nosso material genético. Como já foi estudado anteriormente, os monômeros das proteínas são os aminoácidos e, a sequência destes, determina a estrutura e, consequentemente, a função que aquela proteína exerce, mas quem determina a sequência de aminoácidos em uma proteína? O DNA. O DNA é responsável por armazenar e transferir a informação biológica, toda a informação gênica está presente no DNA. Este é que determina a sequência de aminoácidos em uma proteína, porém, o processo de síntese proteica apresenta alguns passos e particularidades, os quais abordaremos em breve. Assim como os aminoácidos são os monômeros das proteínas, os monômeros dos ácidos nucleicos (DNA e RNA) são os nucleotídeos. Logo, iniciaremos nossa abordagem pela estrutura dos nucleotídeos.

Um nucleotídeo apresenta três componentes: uma base nitrogenada, uma pentose e um ou mais fosfatos, como pode ser distinguido na imagem abaixo.

(1) BASE NITROGENADA: Cinco bases nitrogenadas compõem a as bases presentes nos ácidos nucleicos: citosina (C), timina (T), uracila (U), guanina (G) e adenina (A). Todas são derivadas ou da pirimidina ou da purina, que são compostos químicos relacionados. Portanto, aquelas derivadas da pirimidina são chamadas de bases pirimídicas e, aquelas derivadas da purina, são chamadas de bases purínicas. As bases nitrogenadas são ligadas à pentose através de uma ligação N-β-glicosídica ao carbono 1’.

DERIVADAS DA PIRIMIDINA

DERIVADAS DA PURINA

CI TOSINA (C)

GUANINA (G)

 TIMINA (T)

ADENINA (A)

URACILA (U)

NUCLEOTÍDEOS Os além nucleotídeos apresentam outras funções, de servirem comovárias componente estrutural dos ácidos nucleicos., são responsáveis pelo fluxo de energia na forma de “moedas” em transações metabólicas como, por exemplo, o ATP; por participar de cascatas de sinalizações intracelulares, onde o AMPc e o GMPc apresentam extrema importância; e possibilitam que reações químicas aconteçam por participam destas na função de cofatores enzimáticos, como o NAD+, FAD, NADP+ e a Coenzima A.

Já começaremos aqui, a introduzir algumas particularidades da estrutura do DNA e do RNA. As bases derivadas da purina (guanina e adenina) estão presentes tanto no DNA quanto no RNA. Porém, existe uma diferente nas bases derivadas da pirimidina; no DNA encontraremos a citosina e a timina, enquanto que no RNA encontraremos a citosina e a uracila. Esta é uma informação muito simples e já foi cobrada muitas vezes em provas, veja a tabela abaixo para fixar f ixar::

DERIVADAS DA PURINA DERIVADAS DA PIRIMIDINA

BASES NO DNA

BASES NO RNA

AeG

AeG

CeT

CeU

P  R   O I    B  I    D A  A  R  E  P  R   O D  U    Ç  à  O  O T  T  A  L   O  U  P  A  R   C  I    A  L  D E   S  T  E  M A  T  E  R  I    A  L   S  E  M  P  R  É   V  I    A  A   U  T   O

R  I    Z  A    Ç  à  O

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As bases nitrogenadas são capazes, semelhantemente aos aminoácidos aromáticos, de absorver luz quando colocadas em um espectrofotômetro. Para regra geral, as bases nitrogenadas são capazes de absorver luz no comprimento de onda de 260 nm. Porém, como você poderá notar abaixo, algumas bases absorvem mais e outras menos em determinados comprimentos de onda, veja na imagem:

(2) PENTOSE:  Os nucleotídeos presentes em ambos os ácidos nucleicos (DNA e RNA) apresentam uma pentose. Estudamos com mais detalhes em nossa aula de carboidratos, e devemos relembrar que a pentose se trata de um carboidrato com cinco átomos de carbono em sua forma cíclica de β-furanose.

É a pentose que irá caracterizar se um nucleotídeo de aDNA ou de RNA, ou seja, éa pentose que édita identidade do ácido nucleico. Por vezes, um DNA pode apresentar uracila e um RNA timina, são exceções, mas que acontecem. A pentose presente no DNA é uma 2’-desoxi-d-

    O      Ã     Ç     A     Z     I     R     O     T     U     A     A     I     V      É     R     P       M     E     S

ribose, enquanto que a pentose presente no RNA é uma d-ribose. Não se desespere com estes nomes, analiseanali seos, eles irão te ajudar a não precisar gravar tudo, mas sim interpretar o que está sendo dito. O prefixo desoxinos dá indícios de que houve a perda de oxigênio em determinado local, o número 2’ nos diz que, o terminal que perdeu o oxigênio é o carbono 2’ da ose em questão

(aprenderemos a numeração dos carbonos na nossa aula de carboidratos, não se preocupe). Já a pentose do

    L     A     I     R     E     T     A     M     E     T     S     E     D     L     A     I     C     R     A     P     U     O     L     A     T     O     T     O      Ã     Ç     U     D     O     R     P     E     R     A

RNA é uma d-ribose simples, que, diferentemente da pentose do DNA, apresenta oxigênio em seu carbono 2’.

    A     D     I     B     I     O     R     P

Por isso o DNA recebe nome de ácido desoxirribonucleico e o RNA de oácido ribonucleico. Esta configuração protege o DNA de ser degradado, veremos a importância disto nos mecanismos de síntese proteica e replicação de DNA.  Tenha em mente os carbonos nos quais a pentose  Tenha se liga aos outros componentes dos nucleotídeos: ligal igase à base nitrogenada através de uma ligação N-βglicosídica pelo carbono 1’ e aos fosfatos através de uma esterificação pelo carbono 5’.

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  (3) FOSFATOS: Os fosfatos são grupos importantes em um nucleotídeo, porém, em algumas vezes, pode não estar presente. Apresenta-se esterificado ao carbono 5’ da pentose. Acompanhe

a imagem e leia o que se segue para entender as diferentes nomenclaturas:

P  R   O I    B  I    D A  A  R  E  P  R   O D  U    Ç  à  O

(1) Nucleosídeo: apenas a base nitrogenada e a pentose. (2) Nucleotídeo monofosfato:  base nitrogenada, pentose e um fosfato. (3) Nucleotídeo difosfato: base nitrogenada, pentose e dois fosfatos. (4) Nucleotídeo trifosfato: base nitrogenada, pentose e três fosfatos. Em A, teremos -OH caso o nucleotídeo seja de RNA ou

ÁCIDOS NUCLÉICOS -H caso seja de DNA.

uma definição importante pois, ao escrevermos uma sequência de nucleotídeos considerando sua base nitrogenada, sempre iremos escrever no sentido 5’ para o 3’, onde a extremidade 5’ determina o início da cadeia e a extremidade 3’ o final da cadeia. Para os

exemplos ao lado, temos, para o DNA, A- T -G e, para o RNA, U-G-C, sempre respeitando a direção 5’ para 3’. Desta maneira, podemos dividir as fitas de RNA e DNA em duas porções: uma fixa, também chamada de

Como citamos anteriormente, os ácidos nucleicos sãojáo DNA e o RNA e seus monômeros, ou seja, sua menor unidade funcional são os nucleotídeos. Porém, para que se torne uma fita de DNA ou RNA é necessário que estes nucleotídeos se liguem, bem semelhante às ligações peptídicas que uniam os aminoácidos nas proteínas.

composta grupos fosfatos; eesqueleto, uma variável, umpelas grupopentoses lateral,e composto pelas bases nitrogenadas.

Nos ácidos nucleicos, a ligação responsável por unir os nucleotídeos é uma ligação covalente: a ligação fosfodiéster. A imagem abaixo deixa claro

O DNA é responsável pelo armazenamento e fluxo de informação gênica. Encontra-se empacotado, com o auxílio de proteínas histonas, no núcleo da célula na forma de cromossomos. Este processo permite que longas sequências de DNA ocupe um pequeno espaço que é o núcleo. A sequência de nucleotídeos em uma fita corresponde à estrutura primária, qualquer outro modelo proposto será considerado estrutura secundária.

que esta ligação ocorre entre o grupo 5’-fosfato de um nucleotídeo com o grupo 3’-hidroxila do próximo

nucleotídeo. Perceba que, na formação de uma fita quer seja de DNA ou RNA, sempre haverá duas extremidades livres, elas são chamadas de extremidade 5’ e extremidade 3’, tendo em vista os grupamentos dos

carbonos que não se encontram em ligação. Este é

Vamos, agora, abordar com mais detalhes cada um dos ácidos nucleicos. (1) ÁCIDO DESOXIRRIBONUCLEICO - DNA:

  A estrutura do DNA DNA foi publicada publicada na revista Nature em 1953 por dois cientistas, James Watson e

 O T  T  A  L   O  U  P  A  R   C  I    A  L  D E   S  T  E  M A  T  E  R  I    A  L   S  E  M  P  R  É   V  I    A  A   U  T   O R  I    Z  A    Ç  à  O

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Francis Crick. Este modelo recebeu seus nomes: modelo de Watson e Crick. Este propõe que o DNA consiste em

uma dupla fita que correm em sentidos contrários (antiparalelas) e giram em torno de um eixo comum de orientação à direita. Esta dupla fita é estabilizada por interações intermoleculares de diversos tipos, sendo elas o efeito hidrófobo, que leva as bases para o interior da hélice; o empilhamento de bases, que é a interação entre bases no sentido vertical; e as ligações de hidrogênio entre as bases nitrogenadas com a fita complementar.

    O      Ã     Ç     A     Z     I     R     O     T     U     A     A     I     V      É     R     P       M     E     S     L     A     I     R     E     T     A     M     E     T     S     E     D     L     A     I     C     R     A     P     U     O     L     A     T     O     T     O      Ã     Ç     U     D     O     R     P     E     R     A     A     D     I     B     I     O     R     P

É importante frisarmos que, a parte interna da hélice é composta pelas bases nitrogenadas e estas apresentam um caráter hidrófobo, por isso tendem a ficar na porção interna. Já o esqueleto (pentoses e fosfatos), ficam do lado de fora da hélice por apresentarem um caráter hidrofílico, ou seja, com alta afinidade pela água. Dentro da dupla hélice de DNA encontram-se as bases nitrogenadas. Estas interagem entre si de uma maneira muito específica: as bases A e T interagem entre si formando duas de hidrogênio. hidrogênio ePor G evia C interagem formando trêsligações pontes de de regra, isto é o que acontece normalmente devido à complementariedade da estrutura destas bases.

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Um importante conceito que ajudou Watson e Crick

a elucidarem a estrutura do DNA foi o descoberto por Erwin Chargaff anteriormente, o que conhecemos hoje como Regras de Chargaff, são elas:

(2) ÁCIDO RIBONUCLEICO – RNA: O RNA trata-se de um ácido nucleico intermediário principalmente na síntese proteica. Este surge através do processo de Transcrição do DNA.

- A composição de bases varia nas diferentes espécies; - A composição de bases não muda de acordo a cordo com a idade do organismo, estado nutricional ou mudança ambiental; -espécie Amostras de DNA de diferentes tecidos de umademesma possuem sempre a mesma composição bases e; - O número de resíduos de A é igual ig ual ao de T e o de C é igual igua l ao de G, logo, a soma dos resíduos de purina é igual aos de pirimidina, seguindo a seguinte equação: A + G = C + T  Além do modelo de Watson e Crick sabemos hoje

P  R   O I    B  I    D A  A  R  E  P  R   O D  U    Ç  à  O

que o DNA pode apresentar-se de outras maneiras, são eles a forma A, que ocorre principalmente em quando o organismos/célula se encontra em estado de desidratação extrema; e a forma Z, que, apesar de não apresentarem um papel definido, postula-se que esteja ligado ao silenciamento gênico ou recombinação gênica. O modelo de Watson e Crick também pode ser chamado

de forma B.

No modelo de Watson e Crick, o pareamento das

fitas forma sulcos, chamados de sulcos maiores e sulcos menores na superfície da dupla fita. São importantes pois as enzimas responsáveis pelos processos de Replicação e Transcrição são capazes de agir em pontos específicos através destes sulcos, possibilitando o fluxo de informação gênica.

Enquanto o DNA é restrito ao núcleo, o RNA é capaz de sair deste e desempenhar diversas outras funções. Em situações normais, o RNA apresenta-se como uma fita única e é capaz não apenas de servir como um molde para os processos de síntese proteica, mas, também, como enzimas, as chamadas ribozimas. Muitos são os tipos de RNA, leia abaixo os principais RNAs envolvidos no metabolismo celular: celular: - RNA mensageiro (mRNA): é a molécula intermediária entre o DNA e a proteína. O RNAm contém a informação para que os ribossomos sejam capazes de codificar e sintetizar uma proteína sua sequência RNAm é composto por em gene(s). Estes sãoadequada. sequênciasO responsáveis por codificar proteínas. Caso o RNAm apresente apenas um gene, é dito monocistrônico; se mais de um, policistrônico policistrônico.. - RNA transportador (tRNA):  Os tRNAs ligam-se covalentementee aos aminoácidos livre e são responsáveis covalentement por levar, ao sítio de síntese protéica, o aminoácido adequado para aquela sequência. - RNA ribossômico (rRNA):  é responsável por combinar-se com outras proteínas para a montagem da maquinaria de síntese protéica – o ribossomo.   Como citamos no início deste capítulo, os nucleotídeos são capazes de desenvolver diversas funções: energia química, coenzimas, segundoscarreadores mensageiros,deentre outros. Essa são apenas algumas das funções que estes podem desenvolver e os veremos novamente no metabolismo.

 O T  T  A  L   O  U  P  A  R   C  I    A  L  D E   S  T  E  M A  T  E  R  I    A  L   S  E  M  P  R  É   V  I    A  A   U  T   O R  I    Z  A    Ç  à  O

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ANOTAÇÕES _________________________________________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________________________________

    O      Ã     Ç     A     Z     I     R     O     T     U     A     A     I     V      É     R     P       M     E     S     L     A     I     R     E     T     A     M     E     T     S     E     D     L     A     I     C     R     A     P     U     O     L     A     T     O     T     O      Ã     Ç     U     D     O     R     P     E     R     A     A     D     I     B     I     O     R     P

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Int Introduç rodução ão ao Metabolismo Nosso segundo módulo de estudos pelo universo da bioquímica se dará pelo metabolismo. Antes de mais nada, é necessário entender o que é e para que serve o metabolismo bioquímico.

(1) Fornecimento de energia para a contração muscular; (2) Transporte ativo de moléculas e íons e; (3) Síntese de biomoléculas.

Pela internet, podemos encontrar a definição de metabolismo como “1. Mudança na natureza molecular dos corpos; 2. Conjunto de transformações através das quais se faz a assimilação e a desassimilação de substâncias necessárias à produção de energia nos seres vivos”. Apesar de um bom conceito, o metabolismo vai muito além da simples frase acima. O metabolismo inclui um conjunto de vias metabólicas nas quais existem enzimas capazes de receberem/captarem sinais metabólicos por meio de regulações e/ou estados energéticos celulares, de modo que muito raramente ocorrerão processos desnecessários para a célula naquele determinado momento.

Para que seja estabelecida uma via metabólica, deve-se atender a dois critérios: (1) As reações individuais têm de ser específicas, ou seja, originará somente um dado produto (ou conjunto de produtos) específicos a partir de seu(s)

O metabolismo permite um funcionamento ideal da fisiologia do organismo. Muito além do fornecimento de energia, as funções metabólicas permitem o crescimento, a reprodução e a continuação da vida. As bases bioquímicas do metabolismo serão estudadas neste novo bloco, enquanto a fisiologia se de complementar a bioquímica com o encarregaestudo dos sistemas orgânicos, fundamentando muitos dos seus preceitos em questões que serão vistas aqui. Vamos, novamente, conceituar (porém agora de uma maneira um pouco mais completa) o metabolismo: o metabolismo consiste em uma série de reações químicas ligadas, que começam com uma molécula em particular, que é convertida em alguma outra molécula(s), onde não há geração de produtos colaterais, nocivos ou improdutivos; sendo as vias metabólicas interdependentes e as enzimas coordenadas por comunicação celular celular.. Quais os propósitos do metabolismo bioquímico? De uma maneira resumida, podemos perceber que três são os propósitos finais do metabolismo, são eles:

reagente(s) (2) O e; conjunto inteiro de reações que constitui a via metabólica tem de ser termodinamicamente favorável. Pode ser que você não se recorde sobre a termodinâmica e o termo acima tenha ficado um pouco confuso para você, mas não se preocupe, vou te mostrar o que você precisa saber a respeito. Vamos, agora, relembrar e adicionar alguns conceitos e pontos importantes para o início da nossa caminhada por este módulo.

 TERMODINÂMICA  TERMODINÂM ICA Energia livre de Gibbs (G):   quantidade de energia capaz de realizar trabalho, em condições de temperatura e pressão constantes. Reações exergônicas:  quando apresentam uma variação da energia livre de Gibbs (∆G)

negativa, ou seja, reações que liberam energia.

Reações endergônicas: quando apresentam uma variação da energia livre de Gibbs (∆G)

positiva, ou seja, reações que absorvem

P  R   O I    B  I    D A  A  R  E  P  R   O D  U    Ç  à  O  O T  T  A  L   O  U  P  A  R   C  I    A  L  D E   S  T  E  M A  T  E  R  I    A  L   S  E  M  P  R  É   V  I    A  A   U  T   O R  I    Z  A    Ç  à  O

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energia.

Entalpia (H): é o conteúdo de calor do sistema, refletindo a quantidade de ligações químicas e seus tipos nos produtos e reagentes. Reações exotérmicas: quando apresentam uma variação da entalpia (∆H) negativa, ou

seja, libera calor.

(3) Vias anfibólicas: algumas vias são capazes de se comportarem como vias catabólicas ou anabólicas, dependendo da necessidade e condições energéticas das células, como, por exemplo, o Ciclo de Krebs, que é capaz de fornecer uma via para formação de energia (atuando como uma via catabólica) ou para construção de biomoléculas (atuando como via anabólica).

Reações endotérmicas: quando apresentam uma variação da entalpia (∆H) positiva, ou

seja, absorvem calor cal or..

    O      Ã     Ç     A     Z     I     R     O     T     U     A     A     I     V      É     R     P       M     E     S     L     A     I     R     E     T     A     M     E     T     S     E     D     L     A     I     C     R     A     P     U     O     L     A     T     O     T     O      Ã     Ç     U     D     O     R     P     E     R     A     A     D     I     B     I     O     R     P

Entropia (S): é a expressão de desordem ou aleatoriedade do sistema. De uma forma muito inteligente, as reações bioquímicas no metabolismo podem utilizar de um processo chamado acoplamento de reações, que tem grande valia no metabolismo e constantemente podem ser vistas. Uma reação termodinamicamente desfavorável pode ocorrer desde que seja acoplada à uma reação termodinamicamente favorável, pois adevariação de energia série reações global acopladas é igual àlivre somapara dasuma variações de energia livre das etapas individuais. Perceba no exemplo abaixo:

DIVISÃO DO METABOLISMO As vias metabólicas podem ser classificadas de diversas que maneiras, dentre elas, temos termos importantes devem ser fixados.

GRUPOS FOSFORILA E O ATP

As vias de biossíntese e de degradação são quase sempre distintas e, certamente, você já ouviu falar sobre catabolismo e anabolismo antes, mas você sabe definir o que é cada um deles? Bom, agora você saberá. (1) Vias catabólicas:  são vias metabólicas que convertem compostos orgânicos em formas biologicamente utilizáveis pelos tecidos, como, por exemplo, a via glicolítica, que, a partir de uma molécula

Muitas vezes falaremos durante nossa jornada pelo metabolismo sobre a formação de nucleotídeos fosforilados, como, por exemplo, o ATP. Lembre-se que qu e os nucleotídeos serão compostos por uma ribose, uma base nitrogenada e um ou mais fosfatos.

de glicose, é capaz de produzir ATP e NADH.

(2) Vias anabólicas:  são vias metabólicas que energiadepara ocorrer. Geralmente estãonecessitam ligadas as de sínteses biomoléculas como, por exemplo, na síntese de glicose, lipídeos ou DNA.

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Assim como temos o dinheiro na economia, a adenosina trifosfato (ATP) é a molécula corrente comum de energia para o metabolismo, prontamente acessível, que atua como doador imediato (não é armazenado) de fosforila(s) na maioria dos processos que necessitam de energia. Isso acontece porque a hidrólise das ligações fosfoanidrido do ATP é um processo altamente exergônico, ou seja, com liberação de grande quantidade de energia, acompanhe: na imagem abaixo:

Em sua forma biologicamente ativa, o ATP/ADP está como um complexo com Mg2+ ou Mn2+, de forma que estes íons neutralizam parcial ou totalmente as cargas presentes na porção trifosfato. Isso acontece para impedir que estas cargas interajam com outras substâncias que não deveriam interagir. Portanto, se você ver MgATP ou MgADP, estamos apenas falando deste complexo encontrado na célula.

(3) Estabilização por hidratação: mais moléculas de água podem ligar-se à ADP e Pi do que ao ATP, de forma que a estabilização pela água é mais favorável quando o ATP é hidrolisado. Apesar de ser um composto com alto potencial de transferência de fosforila, o ATP apresenta uma posição intermediária em relação a outros compostos, ou seja, existem outros compostos que apresentam um potencial de transferência de fosforila maior do que a do ATP. Qual a importância disso se o ATP que é a “moeda universal de energia nos sistemas biológicos”? Você consegue pensar em alguma aplicação? Abaixo você pode ver um gráfico que analisa a diferença da energia livre em outros três compostos fosfatados, o fosfoenolpiruvato (PEP), o 1,3-bisfosfoglicerato (1,3-BPG) e a creatina fosfato/  fosfocreatina (PCr). Pelo fato destes três compostos apresentarem um potencial de transferência de fosforila maior do que a do ATP, eles podem doar seu grupo fosforil para um ADP e regenerar ATP para que continue ocorrendo sua utilização em determinadas condições.

Existem três características estruturais que explicam o fato do ATP ser um composto com alto potencial de transferência de fosforila, o que torna a sua hidrólise exergônica, são elas:

(1) Repulsão eletrostática: em pH 7 (pH das nossas células), o ATP apresenta 4 cargas elétricas negativas que se repelem devido a intima proximidade entre elas. Esta repelênciaa é reduzida quando o ATP é hidrolisado à ADP e Pi. repelênci (2) Estabilização por ressonância: mais formas

Ao acordarmos, por exemplo, as quantidades de ATP para as atividades musculares são suficientes para menos de 1 segundo segu ndo (como você pode acompanhar

de de ATP, efeitodemesomérico) sãoressonância possíveis no(também ADP e Pichamada do que no forma que, quando hidrolisado, a estabilização por ressonância é maior no ADP e Pi.

no gráfico eabaixo). A ativação metabólicas aeróbicas anaeróbicas levam de umvias pouco mais de tempo, porém, enquanto estamos nos espreguiçando ou tentando levantar da cama, o ATP já é requerido

P  R   O I    B  I    D A  A  R  E  P  R   O D  U    Ç  à  O

 O T  T  A  L   O  U  P  A  R   C  I    A  L  D E   S  T  E  M A  T  E  R  I    A  L   S  E  M  P  R  É   V  I    A  A   U  T   O R  I    Z  A    Ç  à  O

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para nossas atividades diárias. A regeneração do ATP no músculo esquelético, neste momento, ocorre por um mecanismo que utiliza a Creatina Fosfato/  fosfocreatina (você estudará estas substâncias com detalhes durante o módulo de bioquímica metabólica, não se preocupe com isso agora). Acompanhe o gráfico gráf ico ao lado:

(tendendo a aumentar o pH se não houver

tampão), enquanto o outro é recebido pela molécula de NAD, tornando-se NADH. O NAD+

é capaz de absorver na região do UV em 260 nm, enquanto que o NADH (forma reduzida do

NAD+) é caracterizado por uma forte absorção na faixa de 340 nm. - Flavina adenina dinucleotídeo (FAD): trata-se, também, de um nucleotídeo com uma coenzima derivada da vitamina B2 (riboflavina), é capaz de carrear elétrons que são capazes de levar a formação equivalente de 1,5 ATPs/FADH2. Participará de reações

    O      Ã     Ç     A     Z     I     R     O     T     U     A     A     I     V      É     R     P       M     E     S     L     A     I     R     E     T     A     M     E     T     S     E     D     L     A     I     C     R     A     P     U     O     L     A     T     O     T     O      Ã     Ç     U     D     O     R     P     E     R     A     A     D     I     B     I     O     R     P

de oxidação-redução, mais especificamente de desidrogenações de processos de dessaturações (observe a estrutura dos compostos quando aparecer um FADH2,

você perceberá que há uma dessaturação envolvida). Diferentemente do NAD+, o FAD

CARREADORES COMUNS NO METABOLISMO

Alguns compostos comuns serão vistos repetidamente em muitas vias metabólicas. Por isso, cabe a nós estudarmos previamente para que já saibamos suas propriedades, funções e características quando os encontrarmos mais adiante. Já estudamos acima um carreador de fosforilas (energia), o ATP, vamos agora ver outros carreadores principais no metabolismo.

(1) CARREADORES ATIVADOS DE ELÉ ELÉTRONS: TRONS: Dentro de muitas vias bioquímicas, veremos que um dos objetivos é a captação de d e elétrons dos compostos energéticos para que, na fosforilação oxidativa, esses elétrons sejam utilizados e impulsionem a produção de energia, conforme estudaremos mais adiante. Existem três carreadores ativados de elétrons que abordaremos: NAD+, FAD e NADP+. - Nicotinamida adenina dinucleotídeo (NAD+): trata-se de um nucleotídeo com uma coenzima derivada da vitamina B3 (niacina). É o principal carreador de elétrons na oxidação das moléculas, sendo capaz de carrear elétrons que são capazes de levar a formação equivalente de 2,5 ATPs/  NADH. Participará das reações de oxidação-

redução (desidrogenações). Uma observação importante é queaceitar o anel 1deH+nicotinamida do NAD+ consegue e 2 elétrons. Porém, nas reações de desidrogenação com remoção de 2 elétrons, 2 H+ também saem. Desta forma, 1 H+ é liberado para o meio

pode aceitar 2 H+ e 2 elétrons.

- Fosfato de dinucleotídeo de nicotinamida de adenina (NADP+): é capaz de carrear elétrons que são utilizados para biossínteses redutoras. O NADPH difere do NADH na sua

hidroxila do C2 da adenosina, que é esterificada com fosfato.

(2) CARREADORES ATIVADOS DE FRAGMENTOS DE DOIS CARBONOS: - Coenzima A (CoA): derivado da vitamina B5 (pantotenato), é um carreador de acilas; seu ponto reativo é sua sulfidrila (grupo -SH)

terminal.

REGULAÇÃO METABÓLICA O estudante mais descuidado pode achar, em uma primeira vista, que as vias metabólicas são reações bagunçadas, porém, atente-se à complexidade e importância destas vias. As vias metabólicas são rigorosamente reguladas de maneira que ainda seja flexível o suficiente para atender às necessidades da célula na mudança dos estados metabólicos e energéticos. Muitas são as horas gastas para o estudo da regulação das vias metabólicas que estudaremos mais adiante, porém, existe um princípio que irá te ajudar a entender e encurtar (e muito!) esse tempo. Na bioquímica, a regulação metabólica segue padrões, de forma que ocorre por três mecanismos possíveis:

(1) Regulação por controle da quantidade de enzimas: a taxa de transcrição (síntese protéica)

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Relembre-se que na aula de enzimas foi mostrado várias coenzimas, derivadas de vitaminas, sobretudo do complexo B, e que foram citadas acima (Não se esqueça que as vitaminas A, C, D, E e K não se atuam como coenzimas). Você pode revisá-las na tabela t abela abaixo:

enzimática, ou seja, a construção de novas enzimas, pode ser controlada de diversas formas que culminam na ativação e inativação dos genes que codificam estas enzimas. Fatores de transcrição são proteínas nucleares que se ligam ao DNA e podem incitar ou inibir a transcrição enzimática. Quanto menor para a quantidade de enzimas, mais tempo será necessário que todo substrato seja catalisado por estas enzimas, neste caso, diminuindo a velocidade da reação; o contrário também é verdadeiro.

(2) Regulação por controle da atividade catalítica das enzimas:  as enzimas podem ter sua atividade aumentada ou diminuída de acordo com os estados de regulação enzimática, que você já estudou anteriormente. As enzimas alostéricas, por exemplo, podem transitar em suas formas T (tensa) e R (relaxada), nas quais a velocidade de catálise do substrato disponível será afetada. Neste ponto, a regulação hormonal é um ponto chave na modificação da atividade das enzimas, como veremos mais adiante. (3) Regulação por controle da acessibilidade das enzimas ao substrato: algumas reações metabólicas ocorrem em compartimentos específicos. O controle do acesso da enzima ao seu substrato pode ser feito por meio da compartimentação, favorecendo ou desfavorecendo a reação. Este mecanismo é muito importante na síntese e degradação dos ácidos graxos, por exemplo, onde uma compartimentação da mesma substância em locais celulares diferentes é responsável por conduzir à síntese ou degradação. Nesta seção, você aprendeu alguns princípios de metabolismo bioquímico. Nas nossas próximas aulas, você aprenderá as particularidades de cada via metabólica, bem como suas enzimas, suas reações, como cada uma é regulada, entre outros detalhes muito interessantes.

Antes de adentrarmos nas particularidades de cada via metabólica, convém estudarmos mais algumas características que veremos em comum em muitas das vias metabólicas.

BIOSSINALIZAÇÃO As células apresentam em sua estrutura uma série de receptores que são capazes de responderem a estímulos. A ativação destes receptores é capaz de levar a um sinal para a célula, que ajusta suas atividades de acordo com o que está sendo informado. Este processo dinâmico é chamado de transdução de sinal. Para que ocorra uma sinalização, alguns passos triviais são necessários, são eles: (1) Liberação de um sinal por um sítio primário; (2) Recepção do sinal por um receptor; (3) Entrega da mensagem dentro da célula, na forma de mensageiro secundário; (4) Ativação de efetores que levarão à modificação da resposta fisiológica; (5) Terminação da sinalização. Apesar de serem passos básicos, alguns exemplos podem ser dados como defeitos na sinalização celular, como no Diabetes Mellitus (DM) tipo 2, por exemplo, onde a insulina falha em ligar-se eficientemente ao receptor ou falha ao levar l evar a resposta dentro da célula (formação do segundo mensageiro). Portanto, não negligencie os passos acima. Existem cinco pilares nos quais a transdução de sinal se baseia, são eles: é a precisa complementaEspecificidade: riedade(1)entre a molécula sinalizadora e seu receptor, de modo que outras moléculas sinalizadoras não são capazes de se ligar a outro receptor que não o seu.

P  R   O I    B  I    D A  A  R  E  P  R   O D  U    Ç  à  O

 O T  T  A  L   O  U  P  A  R   C  I    A  L  D E   S  T  E  M A  T  E  R  I    A  L   S  E  M  P  R  É   V  I    A  A   U  T   O R  I    Z  A    Ç  à  O

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Este pilar nos possibilita a precisa resposta que uma célula mantém dependendo do sinalizador presente. (2) Amplificação:  a ativação de um receptor por um sinalizador levará a produção de muitos mensageiros secundários intracelulares. Desta maneira, ocorre uma amplificação do sinal primário, e isto acontece em todas as vias de transdução.

    O      Ã     Ç     A     Z     I     R     O     T     U     A     A     I     V      É     R     P       M     E     S     L     A     I     R     E     T     A     M     E     T     S     E     D     L     A     I     C     R     A     P     U     O     L     A     T     O     T     O      Ã     Ç     U     D     O     R     P     E     R     A     A     D     I     B     I     O     R     P

é a sinalizadoras combinação ou mistura Modularidade: de um (3) conjunto de moléculas para criar um sinal completamente diferente do inicial, criando complexos com funções e localizações específicas. (4) Dessensibilização/adaptação: quando um estímulo está continuamente presente, existem mecanismos de feedback negativo ou de internalização dos receptores que permitem a dessensibilização a determinado estímulo. Em algumas situações, a normalização à apresentação ao estímulo pode ser restaurada de forma que os receptores podem tornarse sensíveis novamente. Este é um mecanismo muito comum em muitas drogas. (5) Integração:  este talvez seja o pilar mais interessante, trata-se da capacidade que uma célula possui de receber vários estímulos diferentes e ajustar suas respostas fisiológicas para aquele determinado momento (mesmo com vários sinais). As rotas intracelulares comunicam-se entre si, de modo que a homeostase celular ou do organismo possa ser mantida. Quanto a sua localização, os receptores podem estar presentes na membrana plasmática, com seu sítio para o meio extracelular, ou pode localizar-se no núcleo, sendo necessário que o ligante chegue até o mesmo para poder exercer sua função. Apesar de muitas serem as moléculas sinalizadoras e as respostas provocadas por estes ligantes, um conjunto de cerca de seis receptores levam a caminhos de transdução de sinais conhecidos, estes receptores são: (1) Receptores associados à proteína G:  a ligação da molécula sinalizadora ao receptor, leva à ativação da proteína G, que ativa uma enzima que é responsável por gerar segundos mensageiros intracelulares. Exemplos: receptores da adrenalina. (2) Receptores tirosina-cinases:  quando ativado, catalisa a fosforilação de diversas proteínas citosólica e membranares. Exemplo: receptor de insulina. (3) Receptores guanilil-ciclase: quando ativado, catalisa a formação do segundo mensageiro GMP cíclico (CGMP). Exemplo: receptor de fator natriurético atrial.

(4) Canais iônicos com portão: são canais iônicos que se abrem ou fecham-se de acordo com a ligação do seu sinalizador, funcionando como um porteiro. Exemplo: receptores da acetilcolina.

(5) Receptor de adesão: receptores que interagem com componentes da matriz extracelular (MEC) e informam sobre, principalmente, seu citoesqueleto. (6) Receptores nucleares:  os hormônios esteroides agem por meio de localizados no núcleo. São responsáveis por regular a expressão de genes específicos que transcrevem diversas proteínas importantes para o funcionamento celular. É inviável (e desnecessário) estudarmos todos os receptores e seus ligantes, bem como as respostas intracelulares que serão fabricadas por meio destas interações. Por isso, analisaremos com mais cuidado a ação de alguns hormônios pilares e que são muito importantes no metabolismo e que serão citados muitas

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dissulfeto entre as cadeias e a remoção do peptídeo C (uma porção da cadeia da insulina) esta está pronta para agir em seus receptores. Este hormônio é armazenado em grânulos nas células beta-pancreáticas e é liberado em situações em que a glicemia sanguínea se eleva. Quando liberada na corrente sanguínea, a insulina se liga à receptores tirosina-cinase (RTK) e, a partir daí, leva a formação de uma resposta intracelular complexa. Como resultado, a insulina é capaz de levar à regulação de enzimas metabólicas e a expressão gênica.

Na imagem, temos a representação de um receptor de insulina.naEste apresenta alfa, localizadas face externaduas da subunidades membrana plasmática e que, juntas, formam o sítio para ligação à insulina; e duas subunidades beta, que se localizam voltadas para o citoplasma. vezes: a insulina, o glucagon e a adrenalina. Sempre quando citarmos estes hormônios futuramente, a formação do segundo mensageiro intracelular será o mesmo, mas os nossos enfoques nas suas ações finais se modificação de acordo com a via metabólica que estivermos estudando. Lembre-se que as diversas vias metabólicas são, nada mais, nada menos, do que uma divisão didática para estudo e entendimento; as vias são integradas e estão em regulação a todo momento.

Quando a insulina se liga ao seu receptor, ocorre uma mudança estrutural no mesmo de forma que fique ativado. Com isso as subunidades betas iniciam a transferência de grupos fosforil do ATP para resíduos de tirosina na própria subunidades beta do receptor (auto-fosforilação) e em outras proteínasalvo específicas. Quando fosforilada, a subunidade beta do receptor de insulina pode fosforilar a uma proteína chamada “substrato de receptor de insulina-1”, insuli na-1”, o IRS-1,

Na nossa última aula de integração metabólica abordaremos as vias metabólicas em conjunto para entendermos este conceito melhor melhor..

que tornaa omensagem ponto parado a ligação d e de de outras proteínas que se levam receptor insulina para alvos finais citosólico e nucleares.

Acompanhe a próxima sessão com as fotos das cascatas disponibilizadas pelos slides de aula.

INSULINA A insulina é uma proteína pequena (hormônio peptídico), que apresenta duas cadeias polipeptídicas, e é produzida pelas células beta-pancreáticas. Inicialmente, quando produzida, na sua forma inativa, a pré-pró-insulina que, apósestá um processamento proteolítico com a remoção de uma extremidade (sequência sinalizadora), formação de três ligações

Uma das ramificações da sinalização pela insulina é na transformação do fosfolipídeo de membrana fosfatidilinositol-3,4,5-trifosfato (PIP3). Uma enzima, a fosfoinositídeo-3-cinase (PI3K) também é capaz de ligar-se à IRS-1, ficando ativada. Uma vez ativada, esta enzima converte o PIP2 em PIP3, de modo que este é um sítio de ligação par enzimas, como a proteína cinase B (PKB), que é responsável por fosforilar proteínas alvo, como a glicogênio-sintasecinase (GSK3), que veremos mais adiante.

P  R   O I    B  I    D A  A  R  E  P  R   O D  U    Ç  à  O

T   O T  A  L   O  U  P  A  R   C  I    A  L  D E   S  T  E  M A  T  E  R  I    A  L   S  E  M  P  R  É   V  I    A  A   U  T   O R  I    Z  A    Ç  à  O

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    O      Ã     Ç     A     Z     I     R     O     T     U     A     A     I     V      É     R     P       M     E     S     L     A     I     R     E     T     A     M     E     T     S     E     D     L     A     I     C     R     A     P     U     O     L     A     T     O     T     O      Ã     Ç     U     D     O     R     P     E     R     A     A     D     I     B     I     O     R     P

ADRENALINA

GLUCAGON

A adrenalina (epinefrina), e a noradrenalina (norepinefrina) são catecolaminas sintetizadas a partir da tirosina. Elas são produzidas no cérebro e em outros tecidos e atuam como neurotransmissores. Porém, a

O glucagon, assim como a insulina, é um hormônio peptídeo pancreático, porém, é produzido pelas células alfa das ilhotas pancreáticas. Os receptores de glucagon são receptores associados

adrenalina noradrenalina são hormônios sintetizadoseeasecretados pelastambém glândulas suprarrenais em situações de estresse agudo, mais conhecida como situação de “luta ou fuga”.

àlevará proteína G (GPCR), logo, a ativação deste receptor a resposta já explicada acima, com a formação de AMPc. Os receptores de glucagon são encontrados em grande quantidade nos hepatócitos (células do fígado), onde exerceram sua principal função.

Quando a adrenalina se liga a seu receptor, os receptores adrenérgicos, inicia uma resposta fisiológica que depende do tipo de receptor. Até o momento são conhecidos 4 receptores: alfa1, alfa2, beta1 e beta 2, que apresentam diferentes afinidades afinidad es ao hormônio. No músculo, fígado e tecido adiposo (tecidos que estudaremos no metabolismo), estão presentes os receptores beta-adrenérgicos, por este motivo, falaremos com mais detalhes deles aqui. Os receptores beta-adrenérgicos são complexos proteicos 7TM,

ou seja, que apresentam 7

hélices

helicoidais

mergulhadas na membrana plasmática, e são receptores associados à proteína G, como você pode ver na imagem ao lado. Quando a adrenalina se liga ao seu receptor, induz uma alteração conformacional do domínio intracelular que leva à uma alteração de sua interação com a proteína G. A proteína G é uma proteína heterotrimérica (apresenta três subunidades diferentes, designadas α, βe γ) onde sua subunidade α liga-se a uma molécula de GDP ou GTP e é

a subunidade responsável por transmitir a informação à uma proteína efetora. Quando ocorre a alteração da interação do receptor beta-adrenérgico com a proteína G, ocorre uma dissociação das subunidades beta e gama da subunidade alfa, de modo que esta última fica livre, troca seu GDP por um GTP e dirige-se à adenilil-ciclase, a qual é capaz de ativar sua atividade. A adenilil-ciclase é responsável pela formação de AMP cíclico a partir de ATP. Este AMPc é responsável por uma série de processos de regulação metabólica que veremos mais adiante, uma delas é a proteína cinase A (PKA), que é uma proteína que catalisa a fosforilação de várias enzimas alvo como, por exemplo, a glicogêniofosforilase b.

Em situações de jejum ou fome, há liberação de glucagon. Os efeitos fisiológicos deste hormônio serão estudados mais adiante. Ao final do nosso curso, teremos uma videoaula de Integração Metabólica, onde os efeitos metabólicos destes hormônios serão revisados em cada tecido, após a apresentação individual de cada via metabólica. Neste momento, estude com calma cada um destes passos explanados acima e cada uma das vias metabólicas, fixe o conteúdo para que, no final, o entendimento integrado seja possível.

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Glicólise Iniciaremos, neste momento, o estudo do metabolismo glicídico. Os principais carboidratos que obtemos por meio da nossa alimentação são glicose, frutose, galactose e sacarose; porém, a glicose está em uma posição central no metabolismo de animais, plantas, e muitos outros organismos. De maneira muito inteligente, o nosso metabolismo consegue “economizar” vias metabólicas, você entenderá em breve.

A via glicolítica é um conjunto de dez reações enzimáticas onde há o processamento de uma molécula de glicose à duas de piruvato, com um saldo concomitante de duas moléculas de ATP e duas moléculas de NADH. Evolutivamente, a glicólise foi a primeira via metabólica que surgiu nos organismos, inclusive mesmo bem antes de haver oxigênio na nossa atmosfera. Por isso, a glicólise é uma via que não depende de oxigênio para acontecer, ou seja, é uma via anaeróbica. Mais adiante você verá os termos “glicólise anaeróbica” e “glicólise aeróbica”, estes são utilizados para direcionar o leitor quanto ao destino dos elementos formados na via glicolítica, ou seja, o que virá após a glicólise. Portanto, fixe que a glicólise é uma via que ocorre oc orre independentemente da presença (ou ausência) de oxigênio: se a célula não tiver oxigênio, a glicólise ocorrerá; se a célula tiver oxigênio, a glicólise ocorrerá da mesma maneira pois não há emprego de oxigênio nesta via. Nesta aula você aprenderá: - Como os carboidratos chegam nas células a partir da alimentação. - As reações individuais da glicólise e suas propriedades; - A fermentação láctica e alcoólica; - O processamento da frutose, galactose e sacarose e; - A regulação da via glicolítica.

DEGRADAÇÃO INICIAL Os carboidratos ingeridos têm sua digestão iniciada já na cavidade oral. A mastigação e as enzimas presentes na saliva são sã o responsáveis por este processamento inicial: a mastigação é responsável por tornar o alimento em pedaços menores e misturar este alimento com a saliva, que apresenta uma série de enzimas, principalmente a α-amilase. Acompanhe a tabela abaixo:

CARBOIDRATO

ENZIMA

LIGAÇÃO CLIVADA

Glicogênio e amido Glicogênio e amido (residual – dextrina limite) Maltose Maltotriose Sacarose Lactose

Amilase

α-1,4

α-dextrinase

α-1,6

Maltase

α-1,4 α-1,4 α-1,2 β-1,4

α-glicosidase

Sacarase Lactase

  Conforme a amilase cliva as ligações α-1,4

do glicogênio e do amido, há a liberação de pedaços menores, com duas ou três oses. Estas serão digeridas por outras enzimas até alcançarem suas formas mais simples, com os monossacarídeos livres. Neste momento, os monossacarídeos são absorvidos pelas células intestinais para a corrente sanguínea, onde atingem todas as células do nosso corpo e podem ser utilizadas. Vamos ver, neste momento, como a glicose é processada nas células. Depois abordaremos os outros monossacarídeos e você verá que, na verdade, não há segredos, pois, estes monossacarídeos, serão processados glicolítica. de modo a formar intermediários da via

P  R   O I    B  I    D A  A  R  E  P  R   O D  U    Ç  à  O

T   O T  A  L   O  U  P  A  R   C  I    A  L  D E   S  T  E  M A  T  E  R  I    A  L   S  E  M  P  R  É   V  I    A  A   U  T   O R  I    Z  A    Ç  à  O

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ENTRADA DE GLICOSE NAS CÉLULAS Precisamos entender que, uma vez na corrente sanguínea, a glicose será distribuída para os tecidos. A entrada da glicose nas células é mediada por uma série de transportadores proteicos inclusos nas membranas transportadores de plasmáticas, os chamados glicose (glucose transporters), comumente chamados apenas pelas suas siglas em inglês: GLUT. Os transportadores de glicose permitem tanto a entrada como a saída da glicose das células.     O      Ã     Ç     A     Z     I     R     O     T     U     A     A     I     V      É     R     P       M     E     S     L     A     I     R     E     T     A     M     E     T     S     E     D     L     A     I     C     R     A     P     U     O     L     A     T     O     T     O      Ã     Ç     U     D     O     R     P     E     R     A     A     D     I     B     I     O     R     P

Existem muitos membros principais da família dos GLUTs, eles recebem números. Vamos discutir os 5 principais. Eles diferem na sua localização (quanto ao tecido), afinidade pela glicose, g licose, etc. Acompanhe suas principais características:

- GLUT1 e GLUT3: estão presentes em todos os tecidos e são responsáveis pela captação basal de glicose

(1) Fase preparatória: tem por objetivo aprisionar a glicose dentro da célula e preparar para a clivagem. (2) Fase de pagamento: tem por objetivo a geração de ATPs e a formação do piruvato. Vamos discutir, agora, cada reação química, acompanhe abaixo:

(1) Hexocinase: é a primeira enzima da via glicolítica. Catalisa uma reação irreversível de fosforilação da glicose (e outras hexoses) no seu C-6, utilizando o ATP como doador de fosforila, originando glicose-6-fosfato glicose-6-fosfato..

A energia empregada é tamanha que direciona a reação em apenas uma única ú nica direção, tornando-a irreversível. Logo, esta é uma reação química irreversível, assim como a maioria das reações químicas que são impulsionadas pela hidrólise de ATP. Existem várias isoformas de hexocinases, variando entre I a IV e diferindo nas suas propriedades cinéticas e regulação.

sanguínea. Km = 1 mM.

- GLUT2: presente no fígado e nas células beta pancreáticas, apresenta alto valor de Km (15-20

mM), por isso a glicose só entrará por meio deste transportador se houver uma concentração sanguínea muito alta de glicose.

- GLUT4:  presente nas células musculares e no tecido adiposo. Sua expressão na membrana aumenta muito na presença de insulina, que induz a fusão das vesículas citoplasmáticas contendo estes receptores com a membrana da célula. Km = 5 mM. - GLUT5: presente no intestino delgado, atua primariamente como transportador de frutose. Pronto. Neste momento a glicose Pronto. gl icose já entrou dentro da célula e está no citoplasma dela. A via glicolítica é uma via citoplasmática, ou seja, suas enzimas estão presentes no citoplasma da célula. Uma vez dentro da célula, a glicose pode, agora, seguir as 10 reações

químicas da glicólise que veremos a seguir.

REAÇÕES QUÍMICAS DA VIA GLICOLÍTICA A via glicolítica é um conjunto de 10 reações química

subsequentes que ocorrem no citoplasma das células. Estas reações químicas são divididas didaticamente em duas fases (veja o anexo no final deste material):

A reação catalisada pela hexocinase é de extrema importância para o metabolismo da glicose. Assim que a glicose entra na célula, ela é fosforilada por esta enzima. Quando fosforilada, glicose 6-fosfato

não consegue passar pelos GLUTs ficando, então, aprisionada dentro da célula. Além disso, a fosforilação da glicose favorece as reações subsequentes.

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(2) Fosfoglicose isomerase (ou fosfo-hexose isomerase):  catalisa a reação reversível de isomerização da glicose-6-fosfato (uma aldose) em frutose-6-fosfato (uma cetose). Para que esta reação aconteça, a enzima primeiro abre o anel da glicose-6-

fosfato, catalisa a isomerização e, depois, cicliza a ose formando a frutose-6-fos frutose-6-fosfato. fato.

(3) Fosfofrutocinase-1 (PFK-1): catalisa a reação irreversível de fosforilação do C-1 da frutose 6-fosfato, 6-fosfato, originando frutose 1,6-bisfosfato, com gasto de uma

molécula de ATP. Esta reação da glicólise também é chamada de “marca passo”, pois é um dos principais pontos de regulação desta via. Além disso, é, também, uma das fases comprometedoras da via glicolítica, ou seja, a partir desta, a molécula tende a seguir todo o resto da via.

que apresenta um potencial de formação energética. Para isso, existe uma etapa catalisada pela triose fosfato isomerase.

(5) Triose fosfato isomerase: catalisa a isomerização reversível de di-hidroxiacetona fosfato em gliceraldeído 3-fosfato. Esta reação finaliza a fase preparatória da glicólise.

Atente-se, neste momento, que uma molécula de glicose deu origem à duas moléculas de gliceraldeído 3-fosfato. Portanto, as etapas abaixo Até este momento, houve oocorrerão gasto de duas duas vezes. moléculas de ATP, o que parece contraditório nas vias de formação de energia; por isso temos a fase de pagamento, onde efetivamente será formado ATPs e, também, haverá recolhimento de elétrons na forma de NADH, que poderão ser utilizados mais adiante para a formação energética na cadeia transportadora de elétrons e fosforilação oxidativa.

(6) Gliceraldeído 3-fosfato desidrogenase: catalisa a reação reversível de oxidação do (4) Frutose 1,6-bisfosfato aldolase (ou apenas aldolase): catalisa uma reação reversível de condensação aldólica. Na via glicolítica, catalisa a clivagem da frutose 1,6-bisfosfato em duas trioses

fosfato, a di-hidroxiacetona fosfato e o gliceraldeído 3-fosfato.

A partir deste ponto dois produtos, di-hidroxiacetona fosfato e otemos gliceraldeído 3-fosfato.a Apenas o gliceraldeído 3-fosfato consegue seguir a via glicolítica, mas a di-hidroxiacetona fosfato não pode

gliceraldeído 3-fosfato à 1,3-bisfosfoglicerato, empregando o uso de um fosfato inorgânico (Pi) e

um NAD+. Nesta reação, há coleta de dois elétrons, gerando um NADH (lembre-se que um NADH leva um H+ e dois elétrons).

P  R   O I    B  I    D A  A  R  E  P  R   O D  U    Ç  à  O

T   O T  A  L   O  U  P  A  R   C  I    A  L  D E   S  T  E  M A  T  E  R  I    A  L   S  E  M  P  R  É   V  I    A  A   U  T   O R  I    Z  A    Ç  à  O

ser desperdiçada, afinal, é um composto carbonado www.euentendobioquimica.com.br

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(7) Fosfoglicerato cinase: catalisa uma fosforilação ao nível de substrato onde o 1,3-bisfosfoglicerato (1,3-BPG) atua como doador de fosforila para o ADP,

gerando ATP e 3-fosfoglicerato.

(8) Fosfoglicerato mutase:  catalisa a reação reversível de mutação intramolecular do 3-fosfoglicerato,

originando

2-fosfoglicerato.

O

mecanismo enzimático é relativamente simples: existe na enzima, em um resíduo de histidina, um fosfato, que é transferido para a posição C-2 do 3-fosfoglicerato, formando 2,3-bisfosfoglicerato; depois, a fosforila do

C-3 é removido e regenera a fosforila da histidina da enzima. O Mg2+ é essencial para a atividade desta

enzima.

(9) Enolase: esta enzima catalisa um importante passo da glicólise, é responsável por catalisar a desidratação reversível do 2-fosfoglicerato, originando     O      Ã     Ç     A     Z     I     R     O     T     U     A     A     I     V      É     R     P       M     E     S     L     A     I     R     E     T     A     M     E     T     S     E     D     L     A     I     C     R     A     P     U     O     L     A     T     O     T     O      Ã     Ç     U     D     O     R     P     E     R     A     A     D     I     B     I     O     R     P

um composto com alto potencial de transferência de fosforila, o fosfoenolpiruvato (PEP).

(10) Piruvato cinase: catalisa a transferência de fosforila (fosforilação a nível de substrato) do fosfoenolpiruvato (PEP) para o ADP, formando ATP e piruvato.

Na bioquímica veremos dois tipos de fosforilação:

(1) Fosforilação ao nível de substrato: são executadas por enzimas solúveis, normalmente citosólicas, que utiliza energia e fosforila de intermediários químicos qu ímicos com maior potencial de transferência de fosforila, para impulsionar a síntese de d e ATP. (2) Fosforilação ligada a respiração: são executadas por enzimas ligadas à membrana mitocondrial, utiliza a força próton-motriz (gradiente de prótons entre a membrana mitocondrial interna e externa) para impulsionar a síntese de ATP (veremos na aula de Fosforilação oxidativa).

Chegamos ao final das 10 reações químicas da glicólise. A reação química global da glicólise é:

Veja a tabela abaixo e analise os balanços das principais substâncias produzidas e consumidas no metabolismo, em ambas as fases:

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VIAS ALIMENTADOR ALIMEN TADORAS AS DA GLICÓLISE

gliceraldeído em gliceraldeído (intermediário da via glicolítica).

3-fosfato

 TECIDOS EXTRA-HEPÁTICOS

Como havíamos dito anteriormente, existem outros monossacarídeos e dissacarídeos que ingerimos na nossa alimentação e que podem ser processados

O metabolismo da frutose nos tecidos extrahepáticos (todos os tecidos que não o fígado!) é muito simples, uma isoforma da hexocinase 

para formarmaltose, energia. Nalactose, nossa alimentação, ingerimos sacarose, comumente trealose e, também, manose. Estes serão processados e formarão intermediários da via glicolítica  que, a partir daí, segue as reações acima descritas. O primeiro passo é a hidrólise (quebra) dos dissacarídeos em suas unidades mais simples (os monossacarídeos), acompanhe abaixo:

fosforila a frutose em seu C-6, formando frutose6-fosfato, intermediário da via glicolítica.

(1) Maltose: é hidrolisada em seus monossacarídeos mais simples pela maltase, formando 2 D-glicoses.

(2) Lactose: é hidrolisada em seus monossacarídeos mais simples pela lactase, formando 1 D-galactose e 1

D-glicose.

(2) Galactose: de maneira mais simples, é metabolizada da mesma maneira. - Galactocinase: catalisa a fosforilação da galactose, formando galactose 1-fosfato 1-fosfato..

- Galactose 1-fosfato uridil transferase: catalisa a transferência de um fosfato-uridina de uma UDP-glicose para a galactose 1-fosfato, formando UDP-galactose e glicose 1-fosfato.

A ausência/diminuição de quantidade da lactase, impede que a lactose seja degradada pelas nossas células e disponibiliza para bactérias intestinais, que culmina em produtos tóxicos que causam dores abdominais e diarreias, condição chamada de intolerância a lactose.

- Fosfoglicomutase: catalisa a mutação de glicose 1-fosfato em glicose 6-fosfato, intermediário da via

glicolítica.

- UDP-galactose 4-epimerase: catalisa a epimerização de UDP-galactose em UDP-glicose, regenerando-a para que a galactose 1-fosfato

uridil transferase consiga realizar novamente sua atividade.

(3) Sacarose: é hidrolisada em seus monossacarídeos mais simples pela sacarase, formando 1 D-frutose e 1

D-glicose

(4) Trealose: é hidrolisada em seus monossacarídeos mais simples pela trealase, formando 2 D-glicoses.

Agora, descreveremos o metabolismo dos monossacarídeos diferentes da glicose:

(1) Frutose:  pode ser metabolizada de duas formas diferentes, a depender do tecido no qual se encontra.

FÍGADO - Frutocinase: catalisa a fosforilação da frutose a frutose 1-fosfato 1-fosfato..

- Frutose 1-fosfato-aldolase: catalisa a clivagem da frutose 1-fosfato à di-hidroxiacetona (intermediário da via glicolítica, logo, entraráfosfato na via

e continuará como descrito acima) e gliceraldeído.

- Triosecinase:  catalisa a fosforilação do

Defeitos genéticos nas enzimas responsáveis pelo metabolismo da galactose resultam em galactosemia, uma doença metabólica de gravidade variada.

(3) Manose: encontrada principalmente em polissacarídeos e glicoproteínas dos alimentos, é metabolizada da seguinte forma.

- Hexocinase: catalisa a fosforilação da manose em manose 6-fosfato.

-

Fosfomanose-isomerase:

catalisa

a

isomerização da manose 6-fosfato em frutose 6-fosfato, intermediário da via glicolítica.

P  R   O I    B  I    D A  A  R  E  P  R   O D  U    Ç  à  O

T   O T  A  L   O  U  P  A  R   C  I    A  L  D E   S  T  E  M A  T  E  R  I    A  L   S  E  M  P  R  É   V  I    A  A   U  T   O R  I    Z  A    Ç  à  O

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DESTINOS DO PIRUVATO PIRUVATO Bom, após muitas reações químicas de muitos

monossacarídeos diferentes, conseguimos chegar no produto da glicólise, o piruvato. Este piruvato pode seguir basicamente três vias bioquímicas dependendo das condições celulares:

(1) Condições aeróbicas: oxidação completa à CO2 e H2O.

(2) Condições anaeróbicas: segue para as fermentações, que pode ser alcoólica ou láctica. Atentese, pois, nos mamíferos, não existe fermentação estacapazes ocorrede,apenas em leveduras. Os alcoólica, mamíferos  são em condições anaeróbicas, fazer apenas fermentação láctica.

As vias metabólicas envolvidas nas condições aeróbicas serão estudadas nas próximas aulas, porém, convém a nós abordarmos, neste momento, as reações químicas da fermentação. O objetivo de destinar o piruvato à fermentação é de regenerar os NAD+ utilizados na glicólise para que esta via continue acontecendo.

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(1) Fermentação alcoólica: ocorre principalmente em leveduras e outros microrganismos. Nós, seres humanos, e outros mamíferos em geral não somos capazes de fazer fermentação alcoólica pela ausência da primeira enzima. - Piruvato descarboxilase: catalisa a descarboxilação

(lembre-se da tiamina pirofosfato – TPP, que é uma coenzima envolvida nos processos de descarboxilação, presente neste exemplo) do piruvato à acetaldeído. - Álcool desidrogenase: catalisa a redução do acetaldeído à etanol, utilizando elétrons advindos do NADH, regenerando NAD+.

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(2) Fermentação láctica:  esta somos capazes de fazer, e ocorre principalmente quando o suprimento de O2 do tecido não está sendo capaz de satisfazer as

necessidades aeróbicas. Desta maneira, para que haja regeneração do NAD+ (para que a glicólise continue

    O      Ã     Ç     A     Z     I     R     O     T     U     A     A     I     V      É     R     P       M     E     S     L     A     I     R     E     T     A     M     E     T     S     E     D     L     A     I     C     R     A     P     U     O     L     A     T     O     T     O      Ã     Ç     U     D     O     R     P     E     R     A     A     D     I     B     I     O     R     P

acontecendo), os nossos tecidos são capazes de realizar fermentação láctica. - Lactato desidrogenase: catalisa a redução do piruvato à lactato, utilizando elétrons advindos do NADH, regenerando NAD+.

ANOTAÇÕES ___________________________________________ ____________________________ _____________________________ _____________________________ _____________________________ _____________________________ __________________________ ___________ ____________________________ ______________ _____________________________ _____________________________ _____________________________ _____________________________ _____________________________ __________________________ ___________ ____________________________ ______________ _____________________________ _____________________________ _____________________________ _____________________________ _____________________________ __________________________ ___________ ____________________________ ______________ _____________________________ _____________________________ _____________________________ _____________________________ _____________________________ __________________________ ___________ ____________________________ ______________ _____________________________ _____________________________ _____________________________ _____________________________ _____________________________ __________________________ ___________ ____________________________ ______________ _____________________________ _____________________________ _____________________________ _____________________________ _____________________________ __________________________ ___________ ____________________________ ______________ _____________________________ _____________________________ _____________________________ _____________________________ _____________________________ __________________________ ___________ ____________________________ ______________ _____________________________ _____________________________ _____________________________ _____________________________ _____________________________ __________________________ ___________ ____________________________ ______________ _____________________________ _____________________________ _____________________________ _____________________________ _____________________________ __________________________ ___________ ____________________________ ______________ _____________________________ _____________________________ _____________________________ _____________________________ _____________________________ __________________________ ___________ ____________________________ ______________ _____________________________ _____________________________ _____________________________ _____________________________ _____________________________ __________________________ ___________ ____________________________ ______________ _____________________________ _____________________________ _____________________________ _____________________________ _____________________________ __________________________ ___________ ____________________________ ______________ _____________________________ _____________________________ _____________________________ _____________________________ _____________________________ __________________________ ___________ _______________________________________________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________________________________________

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ANOTAÇÕES

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Gliconeogênese A gliconeogênese é a via metabólica que é capaz de sintetizar glicose a partir de precursores não glicídicos como, por exemplo, o piruvato, o lactato, o glicerol e alguns aminoácidos.

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Você pode estar se perguntando qual é o objetivo de uma via que sintetize glicose sendo que podemos obter através da nossa alimentação, além de termos, também, um estoque de glicose (o glicogênio) no fígado e no músculo. Nós já citamos mais acima que, alguns tecidos, utilizam a glicose como fonte principal ou única; o tecido nervoso, por exemplo, necessita de cerca de 120g de glicose por dia e, durante o jejum ou exercício físico vigoroso, os estoques de glicogênio são depletados, de modo que existe a real necessidade do nosso organismo sintetizar glicose para as atividades destes tecidos supracitados. O principal órgão responsável por realizar a gliconeogênese é o fígado, mas também ocorre em uma menor parte no córtex renal. Diferentemente da glicólise, a gliconeogênese ocorrerá em dois compartimentos da célula: nas mitocôndrias e no citosol. Apesar

de

parecerem

vias

opostas,

a

gliconeogênese não se trata de uma reversão da glicólise. Lembre-se que existem enzimas na glicólise que catalisam reações irreversíveis. A gliconeogênese compartilha de muitas enzimas da glicólise, mas as enzimas que catalisam reações irreversíveis na glicólise são substituídas por outras enzimas. A tabela abaixo lista as enzimas que catalisam estas reações irreversíveis na glicólise e quais seus correspondentes substitutos na gliconeogênese:

GLICÓLISE

GLICONEOGÊNESE

Hexocinase Fosfofrutocin inas asee-1

Glicose 66-fosfatase Frutose 1,6-bisfosfato Fosfoenolpiruvato carboxinase Piruvato carboxilase

Piruvato cinase

Vamos discutir, agora, as reações individuais da gliconeogênese que se diferenciam da glicólise. Como as vias compartilham algumas enzimas que catalisam reações reversíveis que já foram abordadas mais acima, apenas as exclusivas serão discutidas.

(1) Piruvato carboxilase: esta primeira enzima está localizada na matriz mitocondrial. Como está no citoplasma, primeiro o piruvato passa por um transportador para a matriz mitocondrial e lá é convertido à oxaloacetato com gasto de 1 ATP. Esta enzima utiliza a biotina como cofator, que participa de reações de carboxilações. A reação catalisada por esta enzima também é responsável por repor oxaloacetato, um intermediário do ciclo de Krebs sendo, neste caso, chamada de reação anaplerótica.

(2) Fosfoenolpiruvato carboxinase (PEPCK): catalisa a formação de fosfoenolpiruvato (PEP) a partir de oxaloacetato, 1 GTP e utilizando Mg2+.

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(3) Frutose 1,6-bisfosfatase: catalisa a hidrólise de frutose 1,6-bisfosfato a frutose 6-fosfato.

(4) Glicose 6-fosfatase:  é uma enzima exclusiva das células hepáticas, córtex renal e células epiteliais do intestino delgado. Catalisa a hidrólise de glicose 6-fosfato à glicose, permitindo que esta possa sair da célula pelos GLUTs GLUTs e passar para a corrente sanguínea.

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Esta enzima encontra-se na membrana do reticulo endoplasmático (RE), sendo que seu sítio catalítico está voltado para a luz do RE. Portanto, é necessário que a glicose 6-fosfato seja transportada para a luz do retículo para que esta reação seja catalisada. Outros transportadores são responsáveis por levarem a glicose e o Pi para o citosol, acompanhe a imagem abaixo. A gliconeogênese é uma via que, ao ocorrer, consome um total de 4 ATPs, 2 GTPs e 2 NADH, um gasto equivalente a 11 ATPs. Mesmo sendo uma via altamente consumidora de energia, seu objetivo maior é principalmente manter os níveis glicêmicos em níveis adequados para o funcionamento do corpo e, principalmente, de órgãos nobres como o sistema nervoso. O lactato pode dar origem à glicose seguindo o inverso da reação que vimos na fermentação, regenerando o piruvato (que pode seguir na gliconeogênese) pela enzima lactato desidrogenase. Alguns aminoácidos, os chamados aminoácidos glicogênicos, podem originar intermediários da gliconeogênese, desta maneira podem, também, levar a formação de glicose. Estudaremos com mais detalhes adiante. Na hidrolise dos triacilgliceróis, forma de armazenamento dos ácidos graxos no tecido adiposo, temos a liberação de três ácidos graxos, que seguem sua degradação por uma via específica que estudaremos mais adiante; e de um glicerol.

Este pode entrar como di-hidroxiacetona fosfato na gliconeogênese por meio de duas reações sequenciais catalisadas por uma glicerol cinase e uma glicerol

fosfato desidrogenase.

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ANOTAÇÕES

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Regulação integrada da Glicólise e Gliconeogênese No entendimento da regulação das vias metabólicas, é sempre necessário atentar-se ao tecido em discussão e qual o estado metabólico do organismo. É evidente que, se estou fazendo exercícios, correndo na praia, por exemplo, meus músculos precisarão de energia; enquanto que, se estou deitado, descansando, meus músculos estão em repouso e não precisam de tanta energia assim para manter seu estado basal. Por outro lado, se estou em uma condição de exercício físico, a glicose sanguínea será consumida pelos tecidos, principalmente pelos músculos, de modo que a glicemia e os estoques de glicogênio serão reduzidos cada vez mais. Discutimos anteriormente que alguns tecidos utilizam exclusivamente ou preferencialmente glicose, de modo que a glicemia não pode reduzir-se muito, sob risco de um estado hipoglicêmico. Desta forma, o fígado irá regular a glicemia para manter em níveis adequados, seja ativando vias que irão mobilizar glicose (como a glicogenólise, processo de quebra do glicogênio) ou a produção de novas moléculas de glicose (como na gliconeogênese, processo de formação de nova molécula de glicólise que você estudou anteriormente). A regulação metabólica nas diferentes vias tende a ocorrer nas enzimas que catalisam as etapas irreversíveis daquela via, de modo que, quando inibida, por exemplo, toda a via tende a parar sua atividade por falta de substrato. Quando ao tecido, devemos lembrar que o músculo será regulado primariamente pela sua carga energética (relembre este conceito dado na nossa aula de introdução ao metabolismo) e, também, pela adrenalina (hormônio liberado nas situações de “luta ou fuga” ou, como brinco durante a aula, nas situações de “dois caras numa moto, à noite em uma u ma rua deserta”;

para o fígado, a carga energética não é de grande importância (apesar de existirem efeitos!), mas sim os hormônios, principalmente a insulina (liberada em condições de alta glicemia) e glucagon (liberado em condições de baixa glicemia). Vamos falar um pouco mais detalhadamente sobre o que estes hormônios sinalizam/informam para os tecidos: (1) Quando há insulina  circulando na corrente sanguínea, a mesma se liga lig a aos órgãos (principalmente ao fígado, nosso centro de estudo aqui), e informa que existe uma grande concentração de glicose no sangue (alta glicemia) e que, por isso, o fígado precisa ativar as vias que irão captar captar esta glicose e armazenála na forma de glicogênio ou lipídeos (se glicose em excesso, além das capacidades do fígado de produzir glicogênio). Além disso, a insulina também irá inibir as vias que quebram glicose, para que não ocorram reações desnecessárias ao mesmo tempo. A glicemia aumenta principalmente após uma alimentação. (2) Quando o glucagon  for o hormônio liberado e circulante na corrente sanguínea, irá se ligar ao fígado e informará que as concentrações de glicose na corrente sanguínea estão muito baixas (baixa glicemia) e que,produzir por isso, o fígado precisadeativar as vias que irão novas moléculas glicose (gliconeogênese) e, também, quebrar os estoques de glicose no nosso corpo (glicogenólise). A glicemia se reduz principalmente no jejum ou no exercício físico prolongado (pelo consumo de glicose pelos músculos para fornecimento de energia). Vamos estudar nas próximas páginas a regulação de cada via metabólica e como ela se integra entre si.

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REGULAÇÃO DA GLICÓLISE

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- TECIDO MUSCULAR:   Vamos começar nosso estudo da regulação da glicólise pelo tecido muscular. Para que você consiga entender,, lembre-se do conceito de carga energética: é entender uma relação entre as vias produtoras de ATP e as vias consumidoras de ATP. Quando a carga energética é baixa, isto significa que as vias consumidoras de ATP predominam, portanto, aquele tecido está consumindo ATP e precisa de ativar as vias que irão formar e regenerá-lo. Por outro lado, quando a carga energética é alta, isso informa ao tecido muscular que a predominância é de vias que produzem ATP e este está “sobrando”, portanto, não é mais necessário que as vias que produzam ATP permaneçam ativas, logo, a alta carga energética irá inibir as vias que o produzem. Este é o ponto de partida para que você entenda os outros detalhes da regulação das vias metabólicas no tecido muscular. Adicionaremos outros elementos no decorrer da sua leitura. Como falamos anteriormente, as enzimas que são reguladas são, na maioria das vezes, as que catalisam as reações irreversíveis de determinada via bioquímica. bioquí mica. No caso da via glicolítica, tanto para o músculo, quanto para o fígado; os três pontos de regulação se darão nas seguintes enzimas: hexocinase, fosfofrutocinase-1 (PFK-1) e piruvato cinase. A hexocinase muscular tem sua atividade regulada pelo seu produto, a glicose 6-fosfato. (1) A glicose 6-fosfato se liga à um sítio alostérico na hexocinase (ou seja, um outro sítio que não é o sítio ativo) e inibe a sua atividade, diminuindo a velocidade com que catalisa a reação, chamamos este tipo de regulação de feedback negativo. A regulação onde o produto retorna e regula a atividade da enzima é denominada de feedback, quando houver inibição da atividade dizemos que é um feedback negativo e quando há estimulação da atividade denominamos feedback positivo. A  fosfofutrocinase-1, também chamada de PFK-1, é regulada de diferentes maneiras no tecido muscular. (1) A alta carga energética, como já dito anteriormente, sinaliza que é necessário que as vias produtoras de energia parem sua atividade, desta maneira o excesso

e diminuir a sua atividade, atividad e, aumentar o seu Km (lembrese que o Km, apesar de não medir a afinidade de uma enzima pelo seu substrato, pode ser correlacionado com tal e são inversamente proporcionais: quando um aumentar, o outro diminuirá). (2) A baixa carga energética  sinaliza que o tecido está consumindo energia e, portanto, necessita que as vias produtoras de energia sejam ativadas. O AMP, que é o produto da utilização do d o ATP como fonte energética, compete pelo mesmo sítio ativo que o ATP se liga para inibir a PFK-1. Desta maneira, com o AMP ligado à este sítio ativo, ele “fecha” o local que possibilita a inibição pelo ATP e não deixa que este se ligue e iniba a atividade da enzima, portanto, há um favorecimento da atividade desta enzima. (3) Uma outra forma de regulação enzimática da PFK-1 no músculo é pelo pH. Na contração muscular vigorosa, como acontece quando você está malhando “pesado”, existe uma deficiência no suprimento de oxigênio no tecido. Como já estudamos anteriormente, nesta condição ocorre ativação da fermentação láctica para que os NAD+ sejam regenerados e possibilitem a continuação da via glicolítica, com uma formação final de lactato (ou ácido láctico), que se acumula no músculo. Por ser um ácido, o lactato diminui o pH do tecido muscular que é danoso para o mesmo e pode levar à um dano muscular e lesões. Por isto, o nosso corpo desenvolveu uma regulação pelo pH na qual, quando o pH é baixo no músculo, o efeito inibidor do ATP é potencializado, ou seja, o pH direciona uma inibição da via glicolítica para proteger o tecido muscular. A piruvato cinase  é a enzima que catalisa a última reação da via glicolítica. Sua regulação se dá pelas seguintes formas: (1) a carga energética , oaATP liga em umQuando sítio alostérico na enzimaéealta inibe suaseatividade por sinalizar que o ATP está se acumulando e, portanto, não está sendo utilizado, mostrando que a via glicolítica precisa ser “desligada” e inibe a piruvato cinase. Além do ATP, o acetil-CoA também sinaliza que o suprimento energético é abundante, está acumulando, não sendo mais necessária a produção de energia neste tecido; portanto, também são capazes de inibir esta enzima. (2) Quando a carga energética é baixa, a via glicolítica é estimulada e produz frutose 1,6-bisfosfato, este é capaz de ligar-se alostéricamente à piruvato cinase e estimular a sua atividade. Estas são as formas com que as enzimas são reguladas no tecido muscular. Você pode conferir na tabela a seguir um resumo do que citamos.

de ATP inibe esta enzima por se ligar alostéricamente www.euentendobioquimica.com.br

 

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REGULAÇÃO DA GLICÓLISE NO MÚSCULO ATIVAÇÃO HEXOCINASE PFK-1

Glicose 6-fosfato Baixa carga energética (muito AMP)

PIRUVATO CINASE

INIBIÇÃO

Frutose 1,6-bisfosfato

Alta carga energética (muito ATP) Baixo pH Alta carga energética (muito ATP) Acetil-CoA

- TECIDO HEPÁTICO (FÍGADO): Seguiremos com o nosso estudo com a regulação da via glicolítica no tecido hepático. Assim como o musculo, o fígado também poderá ser regido pela carga energética da mesma maneira que descrita acima, porém não é o principal mecanismo de regulação. O fígadonos apresenta uma regulação principalmente baseada hormônios circulantes e, como já citamos, a insulina e o glucagon são os principais hormônios que estudaremos na bioquímica. Caso você ainda não tenha lido os efeitos e as situações em que estes hormônios são liberados, volte alguns parágrafos e leia novamente pois será essencial para a organização do raciocínio neste bloco. As enzimas que são reguladas no fígado também são as mesmas do tecido muscular, portanto: hexocinase, PFK-1 e piruvato cinase, porém apresentam algumas particularidades que discutiremos a seguir. A hexocinase hepática é a hexocinase IV, também chamada de glicocinase. Ela não tem sua atividade inibida por glicose 6 -fosfato como acontece no músculo. Isto acontece porque o fígado tem um objetivo diferente no metabolismo humano quando comparado ao músculo. O músculo deseja suprir suas necessidades, deseja apenas fazer energia ou estocá-la na forma de glicogênio para quando precisar. O fígado é o centro metabólico do corpo, é lá que ocorrem as principais reações de síntese de toda a bioquímica. Desta maneira, a glicose 6-fosfato  no fígado pode ser utilizada pela glicólise, mas, também, pode ser utilizada para síntese de glicogênio, síntese de ácidos graxos pela formação de acetilCoA (quando a glicose for ingerida em excesso) ou direcionada à via das pentoses fosfato  para a produção de

para síntese de DNA e RNA) e de equivalentes redutores, como o NADPH. Não é nosso objetivo nesta aula especificar estes, apenas citamos aqui para que você entenda que a glicose no fígado serve para outras coisas e, por isso, a hexocinase hepática (glicocinase) não pode ser inibida por feedback negativo destas como novias músculo. Você verá com detalhes a integração metabólicas na nossa aula de “Integração metabólica”, a última do bloco de bioquímica metabólica. (1) No tecido hepático, a hexocinase IV é regulada por uma proteína reguladora, como você pode observar na figura abaixo. Esta proteína reguladora liga-se à hexocinase IV e à direciona ao núcleo (regulação por compartimentação), desta maneira, a enzima não possui acesso à glicose e, portanto, não catalisa sua reação. O acúmulo de frutose 6-fosfato  no citoplasma é responsável por ativar o processo de ligação da hexocinase à proteína reguladora e levar à sua compartimentação, portanto, inibe  a via glicolítica no fígado. (2) Na presença de altas concentrações de glicose  no citoplasma, a hexocinase IV é direcionada a se desligar da proteína reguladora e se dispor, também, no citoplasma dos hepatócitos (células do fígado) para que a sua reação possa ser catalisada. Portanto, a glicose ativa a via glicolítica no fígado.

P  R   O I    B  I    D A  A  R  E  P  R   O D  U    Ç  à  O T   O T  A  L   O  U  P  A  R   C  I    A  L  D E   S  T  E  M A  T  E  R  I    A  L   S  E  M  P  R  É   V  I    A  A   U  T   O R  R  I    Z  A    Ç  à  O

ribose (o monossacarídeo que é utilizado

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A PFK-1 hepática, assim como no músculo, pode ser regulada pela carga energética da mesma maneira. O pH, por outro lado, não tem um efeito importante na inibição da glicólise pois, no fígado, é utilizado para sintetizar glicólise pela gliconeogênese (ver Ciclo de Cori adiante).

    O      Ã     Ç     A     Z     I     R     O     T     U     A     A     I     V      É     R     P       M     E     S     L     A     I     R     E     T     A     M     E     T     S     E     D     L     A     I     C     R     A     P     U     O     L     A     T     O     T     O      Ã     Ç     U     D     O     R     P     E     R     A     A     D     I     B     I     O     R     P

(1) Na vigência de uma alta glicemia, existe a liberação de insulina  que sinaliza ao fígado a situação metabólica do corpo. Esta insulina levará à um aumento da captação hepática de glicose que seguirá na via glicolítica. No fígado, quando existem altas concentrações de frutose 6-fosfato (o que acontece quando a via glicolítica está ativa), ocorre a ativação de uma enzima fosfatase que é responsável por remover fosfatos de outras enzimas. Uma das coisas que será desfosforilada é um complexo enzimático que contém duas enzimas: fosfofrutocinase-2 (PFK-2) e frutose 2,6-bisfosfatase (FBPase-2). Estas duas enzimas são responsáveis por regular a atividade da via glicolítica no fígado (ver imagem abaixo). A remoção do fosfato deste complexo enzimático (complexo desfosforilado)

outras enzimas transferindo o fosfato de um ATP para elas; uma delas é o complexo PKF-2/FBPase-2. A fosforilação deste complexo leva à ativação da porção FBPase-2, que é responsável por desfosforilar a frutose 2,6-bisfosfato removendo o fosfato do carbono 2. Desta maneira, na ausência a usência de frutose 2,6-bisfosfato, a via glicolítica tem sua atividade reduzida e, portanto, inibindo a glicólise. A piruvato cinase hepática  também será regulada por hormônios de forma bem semelhante ao que você leu no texto acima:

leva à ativaçãoa da porção PFK-2, no queseu é responsável por fosforilar frutose 6-fosfato carbono 2, um intermediário que você viu na via glicolítica; em frutose 2,6-bisfosfato  (cuidado, na via glicolítica você viu apenas a frutose 1,6-bisfosfato). A frutose 2,6-bisfosfato é um ativador alostérico da PFK-1,  A piruvato cinase hepática é passível de aumentando muito a sua atividade, como você pôde ver fosforilação e será regulada por hormônios de forma nos gráficos exibidos durante a nossa aula, esta é a bem semelhante ao que você leu no texto acima: sua função. (1) Na presença de glucagon, haverá ativação da PKA (2) Quando a glicemia gl icemia for normalizada e começar a cair cair,, que irá levar à uma fosforilação da piruvato cinase. o pâncreas levará à liberação de glucagon. Este será Quando fosforilada, esta enzima encontra-se inativa, responsável por se ligar aos hepatócitos e informar a levando à inibição da via glicolítica. O que faz sentido, situação metabólica do corpo. O glucagon, através da certo? Pois na presença de glucagon (baixa glicemia), o sua cascata (que você estudou na aula de Introdução ao fígado não deve captar glicose, mas sim poupá-la para Metabolismo), levará à formação AMP cíclicode(AMPc) tecidos que utilizam a glicose como única fonte que ativará uma proteína cinasede dependente AMPc outros ou como fonte preferencial de energia. (PKA). Esta enzima, por ser uma cinase, irá fosforilar

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Na presença de insulina, haverá ativação da proteína fosfatase (PP), o que irá levar à uma remoção do fosfato da piruvato cinase. Quando desfosforilada, esta enzima encontra-se ativa, levando, portanto, à ativação da via glicolítica. O que também faz sentido! Na presença de insulina (alta glicemia), o fígado que é responsável por regular a glicemia deverá captá-la para armazenar nas diversas formas.

HEXOCINASE

PFK-1 PIRUVATO CINASE

FÍGADO ATIVAÇÃO Glicose Frutose 2,6-bisfosfato Insulina

INIBIÇÃO Frutose 6-fosfato

Glucagon

Chegamos ao final da regulação da glicólise nos principais tecidos. A seguir, você a regulação da gliconeogênese e perceberá que, irá emver alguns momentos falaremos sobre a glicose também, pois a glicólise e a gliconeogênese são reguladas juntas, de maneira integrada.

REGULAÇÃO DA GLICONEOGÊNESE Em ambos os tecidos, as enzimas que serão reguladas são: piruvato carboxilase, fosfoenolpiruvato carboxicinase (PEP-

carboxicinase) e frutose 1,6-bisfosfatase. Devemos imaginar que a gliconeogênese será ativada em situações onde a glicólise gli cólise não é necessária para fornecimento de energia. Pode ser ativada para que seja feita o armazenamento da glicose na forma de glicogênio ou para regular a glicemia, por exemplo. De uma maneira geral, podemos dizer (e devemos pensar!) que quando a glicólise for ativada, a gliconeogênese será desativada; e quando a gliconeogênese for ativada, a glicólise será desativada. Quando a carga energética está baixa, há sinalização de que é necessária a produção de energia, ativando a via glicolítica e desativando d esativando a gliconeogênese. Por outro lado, quando a carga energética for alta, a glicose não está sendo utilizada como combustível, havendo desativação da via glicolítica e ativação da

No fígado, a frutose 1,6-bisfosfatase exibirá uma regulação conjunta quando ao complexo PFK-2/  FBPase-2 que explicamos acima, acompanhe: (1) Na presença de glucagon, como você já viu acima, haverá a ativação da PKA que levará à fosforilação do complexo PFK-2/FBPase-2. A fosforilação deste complexo leva à ativação da porção FBPase-2,  diminuindo os níveis de frutose 2,6-bisfosfato. Na ausência deste, a atividade da frutose 1,6-bisfosfatase é aumentada (o contrário também é verdadeiro), como você pôde ver nos gráficos exibidos durante a aula. Isto favorece o acontecimento da gliconeogênese, portanto, ativando esta via. (2) Na presença de insulina, haverá a ativação da proteína fosfatase, que levará à desfosforilação do complexo PFK-2/FBPase-2. A desfosforilação deste complexo leva à ativação da porção PFK-2, aumentando os níveis de frutose 2,6-bisfosfato. Na presença deste, a atividade da frutose 1,6-bisfosfatase é muito diminuída. Portanto, haverá favorecimento do desligamento da gliconeogênese, desativando esta via. A PEP-carboxicinase  é uma enzima regulada principalmente pela sua síntese e degradação e, portanto, em mecanismos de transcrição proteica. Na presença de acetil-CoA (que pode ser originado da degradação de ácidos graxos, por exemplo), um intermediário que você verá nas próximas aulas, este informa ao tecido que a glicose não está sendo necessária como uma fonte de energia. Este possui um sítio alostérico na piruvato-carboxilase, ativando-a e, portanto, favorecendo o acontecimento da gliconeogênese.

PRINCÍPIOS DE INTEGRAÇÃO Em situações de luta ou fuga, por exemplo, a ativação do sistema nervoso simpático levará à liberação de epinefrina na corrente sanguínea. Tanto o músculo quanto o fígado possuem receptores para responder à este hormônio. Nestas condições, o corpo se prepara para lutar ou correr levando aos seguintes: Aumento da glicólise no músculo, para fornecer energia necessária para a luta ou fuga. Aumento da gliconeogênese no fígado, para fornecer glicose para a corrente sanguínea e permitir que o músculo capte para formar energia. Diminuição da glicólise no fígado, para poupar a glicose e deixa-la para o músculo.

P  R   O I    B  I    D A  A  R  E  P  R   O D  U    Ç  à  O T   O T  A  L   O  U  P  A  R   C  I    A  L  D E   S  T  E  M A  T  E  R  I    A  L   S  E  M  P  R  É   V  I    A  A   U  T   O R  R  I    Z  A    Ç  à  O

gliconeogênese.

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PS.: uma informação adicional sobre uma via que você ainda irá estudar, é que haverá mobilização de glicose através da quebra de glicogênio (glicogenólise) em ambos os tecidos, o que leva à uma maior disponibilidade de glicose.

    O      Ã     Ç     A     Z     I     R     O     T     U     A     A     I     V      É     R     P       M     E     S     L     A     I     R     E     T     A     M     E     T     S     E     D     L     A     I     C     R     A     P     U     O     L     A     T     O     T     O      Ã     Ç     U     D     O     R     P     E     R     A     A     D     I     B     I     O     R     P

devemos, ainda, citar o CicloDe de uma Cori.maneira Quando ointegrada, músculo está em um processo de contração vigorosa sem suprimento adequado de oxigênio, como já estudamos, haverá formação de lactato pela fermentação láctica. Este lactato pode ser enviado ao fígado para que a gliconeogênese ocorra neste tecido e forme nova glicose, que será disponibilizada na corrente sanguínea para que o músculo capte e forme energia.

ANOTAÇÕES _______________________________________________________ _______________________________________________________ _______________________________________________________ _____________________________ ______________ ______________________________ ___________________________ ____________ _____________________________ ______________ ______________________________ ___________________________ ____________ _____________________________ ______________ ______________________________ ___________________________ ____________ _____________________________ ______________ ______________________________ ___________________________ ____________ _____________________________ ______________ ______________________________ ___________________________ ____________ _____________________________ ______________ ______________________________ ___________________________ ____________ _____________________________ ______________ ______________________________ ___________________________ ____________ _____________________________ ______________ ______________________________ ___________________________ ____________ _____________________________ ______________ ______________________________ ___________________________ ____________ _____________________________ ______________ ______________________________ ___________________________ ____________ _____________________________ ______________ ______________________________ ___________________________ ____________ _____________________________ ______________ ______________________________ ___________________________ ____________ _____________________________ ______________ ______________________________ ___________________________ ____________ ____________________________________________ _____________________________ ___________________________ ____________ _____________________________ ______________ ______________________________ ___________________________ ____________ _____________________________ ______________ ______________________________ ___________________________ ____________ _______________________________________________________ _______________________________________________________ _______________________________________________________ _______________________________________________________ _______________________________________________________ _______________________________________________________ ______________________________________ ______________________________________ ______________________________________ ______________________________________ ______________________________________ ______________________________________ ______________________________________ ______________________________________ ______________________________________ ______________________________________ ______________________________________ ______________________________________ ______________________________________ _______________________________________________________ _______________________________________________________ _______________________________________________________ _____________________________ ______________ ______________________________ ___________________________ ____________ _____________________________ ______________ ______________________________ ___________________________ ____________ _______________________________________________________

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Ciclo de Krebs Certamente você já ouviu falar no Ciclo de Krebs (também chamado de ciclo do ácido tricarboxílico -TCA-TCAou ciclo do ácido cítrico) anteriormente, mas, talvez não tenha ficado muito clara a sua função no metabolismo. Nosso objetivo neste bloco será entender os objetivos do Ciclo de Krebs, analisar suas reações químicas, sua regulação, e em quais contextos metabólicos esta via poderá ser utilizada. Antes de iniciarmos nosso estudo do Ciclo de Krebs, gostaria que você recordasse de quando

P  R   O I    B  I    D A  A  R  E  P  R   O D  U    Ç  à  O T   O T  A  L   O  U  P  A  R   C  I    A  L  D E   S  T  E  M A  T  E  R  I    A  L   S  E  M  P  R  É   V  I    A  A   U  T   O R  I    Z  A    Ç  à  O

falamos sobre os destinosque, do piruvato ao dependia estudarmos a Glicólise. Relembre-se o destino, da disponibilidade de oxigênio celular: se não houvesse oxigênio (condições anaeróbias) e fosse necessário um suprimento energético continuado, este seguia para a fermentação; enquanto que se houvesse oxigênio (condições aeróbicas), seguia para oxidação completa, com formação de CO2 e H2O. A oxidação completa da glicose à CO2 e H2O (levando à formação de energia) é constituída por uma sequência de vias e passos metabólicos, a saber: glicólise, complexo da piruvato desidrogenase, ciclo de Krebs, cadeia transportadora de elétrons e síntese de ATP (fosforilação oxidativa). O Ciclo de Krebs é uma via central no metabolismo. É considerada uma via anfibólica, ou seja, pode se comportar como uma via catabólica ou anabólica. Veremos um pouco mais adiante.

RESPIRAÇÃO CELULAR Os leigos confundem muito comumente o termo respiração com ventilação. A respiração celular, ao nível bioquímico, é o processo no qual há captação e consumo de O2 com produção de CO2 pelas células. A ventilação é o processo no qual há entrada e saída (deslocamento) de ar nos pulmões. O processo de respiração é dividido didaticamente em três estágios, são eles: (1º estágio)  - preparação das moléculas orgânicas (como aminoácidos, ácidos graxos e glicose) em um

(2º estágio) - entrada do Acetil-CoA no Ciclo de Krebs, oxidando-o e recolhendo elétrons na forma de NADH e FADH2. doação dosproteicos elétrons recolhidos (3º umaestágio) série de  - complexos que gerampara um gradiente eletroquímico para que haja a síntese de ATP (fosforilação oxidativa).

intermediário comum, que é o Acetil CoA.

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PRODUÇÃO DE ACETIL-CO COA A

No complexo PDH, a TPP, FAD e ácido lipóico são ditas coenzimas catalíticas enquanto que o NAD+ e a Coenzima A são ditas coenzimas estequiométricas.

A primeira reação do Ciclo de Krebs envolve a entrada de um Acetil-CoA. Você consegue lembrar onde vimos Acetil-CoA anteriormente? Provavelmente não, pois ainda não o vimos. Se pesarmos no Ciclo de

O Complexo Piruvato Desidrogenase catalisa a descarboxilação oxidativa do piruvato à AcetilCoa. Esta é uma reação irreversível no qual um grupo carboxil do piruvato é removido na forma de uma molécula de CO2. Os outros dois carbonos que sobram, são ligados à CoA, formando Acetil-CoA e são removidos dois elétrons na forma de NADH. Na imagem abaixo você pode acompanhar o papel dos cofatores nas três enzimas principais.

Krebs como uma roda que precisa de um “combustível” para rodar, podemos considerar que o  Acetil-CoA é o “combustível” pelo qual os carbonos dos açúcares, ácidos graxos e aminoácidos, entram no Ciclo de Krebs.

    O      Ã     Ç     A     Z     I     R     O     T     U     A     A     I     V      É     R     P       M     E     S     L     A     I     R     E     T     A     M     E     T     S     E     D     L     A     I     C     R     A     P     U     O     L     A     T     O     T     O      Ã     Ç     U     D     O     R     P     E     R     A     A     D     I     B     I     O     R     P

O piruvato, produto da glicólise, é catalisado à Acetil-CoA por um complexo enzimático chamado Complexo da Piruvato Desidrogenase (PDH)   que consiste em um grupo de inúmeras cópias de três enzimas, denominadas E1 (piruvato desidrogenase), E2 (di-hidrolipoil-transacetilase) e E3 (di-hidrolipoil desidrogenase). O PDH está presente nas mitocôndrias das células eucarióticas, como o piruvato foi formado no citoplasma da célula, é necessário que o mesmo entre na mitocôndria para que esta reação possa acontecer. A entrada do piruvato na mitocôndria se dá de maneira bem simples: o piruvato é capaz de passar livremente pela membrana externa da mitocôndria e possui um transportador na membrana interna da mitocôndria que permite a passagem do mesmo para a matriz mitocondrial.

Agora temos o Acetil-CoA que disse, anteriormente, ser necessário para que seja metabolizado pelo ciclo de Krebs.

O CICLO DE KREBS

  O CICLO CICLO de Krebs Krebs (como você já deve imaginar) é uma via cíclica: inicia com o oxaloacetato e, no final, há a regeneração deste oxaloacetato. Também é uma via que ocorre nas mitocôndrias e apresenta oito reações químicas as quais quatro são oxidações, onde a energia é conservada e carreada na forma - Tiamina Pirofosfato (TPP), derivada de B1 (tiamina). de transportadores de elétrons (NADH e FADH2). - Flavina adenina dinucleotídeo (FAD), derivada de Logo, podemos concluir que, com tantas reações de B2 (riboflavina). oxidações, o objetivo do Ciclo de d e Krebs no metabolismo - Ácido lipóico  (lipoato), um organosulfurado catabólico é o recolhimento de elétrons nas formas produzido pelo organismo. de transportadores de alto potencial de formação - Nicotinamida adenia dinucleotídeo (NAD+),   energética: de modo geral, o NADH apresenta um potencial para formação de 2,5 ATPs e o FADH2 para a derivada de B3 (niacina). - Coenzima A (CoA), derivada de B5 (pantotenoato). formação de 1,5 ATPs. Vamos analisar cada reação individualmente: Neste momento, é importante inserirmos dois conceitos novos para você: (1) Citrato-sintase: a primeira reação química do - Coenzimas catalíticas: são utilizadas na reação Ciclo de Krebs consiste na condensação do grupo metil química, porém, ao final da mesma, estão presentes da do Acetil-CoA ao oxaloacetato, formando citrato e mesma maneira que entraram (não são “consumidas” regenerando a coenzima A (CoA). O primeiro substrato a na reação). ligar-se à enzima é o oxaloacetato que, uma u ma vez ligado, induz uma mudança conformacional na estrutura da - Coenzimas estequiométricas:  são utilizadas na citrato-sintase de modo que é formado um sítio para reação química de modo que, ao final da mesma, não Para que a reação química aconteça, são necessários cinco cofatores (quadro derivados de vitaminas essenciais), os quais muitos professores gostam de cobrar em suas provas e concursos, são eles:

a ligação do acetil-CoA, um mecanismo de encaixe

estão presentes pois são “consumidas” na reação.

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induzido para que a clivagem da ligação tioéster da acetil-CoA não ocorra de maneira prematura.

(2) Aconitase (aconitato-hidratase): é responsável por catalisar a isomerização de citrato à isocitrato, uma reação reversível que tende a ocorrer para a direita pois o isocitrato é rapidamente consumido pelas reações subsequentes, apesar de, em uma célula, haver alguma concentração de citrato (que pode, inclusive, atuar como modulador alostérico da atividades de várias enzimas do metabolismo).

(3) Isocitrato desidrogenase: catalisa a descarboxilação oxidativa do isocitrato à alfa-cetoglutarato com produção subsequente de um NADH. Sua ação depende de Mn2+ tanto para interação de um intermediário carregado, que é formado transitoriamente; quanto para a estabilização de um outro intermediário. Esta enzima exibe uma particularidade interessante: pode utilizar NAD+, formando NADH (matriz mitocondrial, participa do ciclo de Krebs); ou NADP+ (matriz mitocondrial e citosol) produzindo de NADPH; o que depende d epende da isoenzima e da localização.

(4) Complexo alfa-cetoglutarato desidrogenase:  catalisa, também, uma descarboxilação oxidativa do alfa-cetoglutarato à succinil-CoA, com formação subsequente de um NADH. Esta enzima parece ter, evolutivamente falando, um denominador em comum com o complexo piruvato desidrogenase, tendo em vista a semelhança das duas. O complexo alfa-cetoglutarato desidrogenase, assim como o complexo PDH, também necessita das mesmas coenzimas (TPP, FAD, ácido lipóico, NAD+ e CoA) e apresenta um mecanismo de catálise semelhante.

P  R   O I    B  I    D A  A  R  E  P  R   O D  U    Ç  à  O T   O T  A  L   O  U  P  A  R   C  I    A  L  D E   S  T  E  M A  T  E  R  I    A  L   S  E  M  P  R  É   V  I    A  A   U  T   O R  I    Z  A    Ç  à  O

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(5) Succinil-CoA sintetase (succinato tiocinase): catalisa a formação de succinato, onde a hidrólise (quebra) da ligação tioéster do succinil-CoA é utilizada para impulsionar a formação de um GTP ou ATP, uma fosforilação a nível de substrato. Lembre-se que um GTP é considerado como um “ATP” nos nossos cálculos, pois o GTP pode doar o fosfato para o ADP, formando

(8) Malato desidrogenase: última reação do ciclo de Krebs, catalisa a oxidação de malato à oxaloacetato, com recolhimento de elétrons na forma de NADH.

ATP de uma reação reversível catalisada por uma através nucleosídeo-difosfato-cinase.

    O      Ã     Ç     A     Z     I     R     O     T     U     A     A     I     V      É     R     P       M     E     S     L     A     I     R     E     T     A     M     E     T     S     E     D     L     A     I     C     R     A     P     U     O     L     A     T     O     T     O      Ã     Ç     U     D     O     R     P     E     R     A     A     D     I     B     I     O     R     P

Antes de continuarmos, vamos dar uma olhada geral no que tivemos até agora no balanço da reação para uma molécula de piruvato/Acetil-Coa  (uma volta completa no Ciclo de Krebs)

(6) Succinato desidrogenase: catalisa a oxidação do succinato à fumarato com formação de FADH2. Esta enzima está presenta membrana nainterna da mitocôndria (você a veránanovamente aula de Fosforilação Oxidativa com um nome diferente: Complexo II). Lembre-se, porém, que, por molécula de glicose, temos a formação de duas moléculas de piruvato. Logo, se quisermos saber o saldo das reações da PDH e TCA por molécula de glicose, precisamos considerar que ocorrerá em dobro, logo, teremos:

(7) Fumarase (fumarato hidratase):  catalisa a hidratação reversível de cis-fumarato à L-malato

ATP (GTP) NADH FADH2 CO2

PDH 0 2 0 2

Ciclo de Krebs 2 6 2 4

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Até o momento, analisando todas as vias metabólicas com objetivo de formação de energia que estudamos até o momento, teremos um equivalente por molécula de glicose de:

Analisamos até este momento, o ciclo de Krebs servindo no metabolismo catabólico. O Acetil-Coa e muitos intermediários do Ciclo de Krebs podem ser desviados para a síntese de outras moléculas, atuando, assim, no metabolismo anabólico. Podemos citar: o fornecimento de precursores para síntese de aminoácidos, esqueletos para a síntese de nucleotídeos de purinas e pirimidinas, anel porfirínico dos grupos heme (grupo componente da proteína das hemácias); além do citrato servir para muitas reações de síntese. Por fornecer intermediários para sínteses, os estoques destes podem ser reduzidos, de modo que o ciclo de Krebs poderia parar por falta destes intermediários. Desta maneira, é necessário repor intermediários do ciclo de Krebs, por meio de reações anapleróticas. A reação anapleróticas mais importante ocorre no fígado e rins de mamíferos. Quanto o oxaloacetato está deficiente, uma enzima chamada piruvatocarboxilase (que já estudamos na gliconeogênese), catalisa a carboxilação do piruvato à oxaloacetato, repondo este intermediário. Esta reação ocorre com gasto de ATP e necessita de biotina (vit. B7). A regulação desta enzima se dá de modo interessante: toda vez que o acetil-CoA está em excesso, ele modula alostéricamente a piruvato-carboxilase positivamente, aumentando sua atividade para que mais oxaloacetato seja produzido e este acetil-CoA em excesso consiga ser utilizado no ciclo de Krebs.

REGULAÇÃO DO COMPLEXO PDH E CICLO DE KREBS A primeira coisa deve hoje saberserão são os pontos nos quais as que vias você estudadas reguladas, no caso das vias que estudamos, ocorrerá

- Complexo piruvato desidrogenase (PDH); - Citrato sintase; - Isocitrato desidrogenase e; - Alfa-cetoglutarato desidrogenase. Altas concentrações de ATP, acetil-CoA, NADH e ácidos graxos (principalmente os de cadeia longa), são capazes de inibir o complexo piruvato enquanto altas concentrações desidrogenase; de AMP, CoA, NAD+ e Ca2+que (utilizado na contração muscular) irão levar a ativação alostérica deste complexo. Você não precisa gravar cada um deles, se você entender a situação na qual haverá acúmulo de cada um destes, você será capaz de pensar se a via será ativada ou inibida. Altas concentrações de ATP ativam alostéricamente uma enzima chamada piruvato desidrogenase cinase, que realiza a fosforilação de E1. Quando fosforilada, esta enzima encontra-se inibida  por modificação covalente. Baixas concentrações de ATP diminuem a atividade da piruvato desidrogenase cinase e aumenta a atividade de fosfatases, que remove o fosfato de E1 e permite sua atividade. INIBIDA POR NADH, succinilCitrato-sintase CoA, citrato e ATP

ATIVADA POR ADP

Isocitrato esidrogenase

ATP

Ca2+ e ADP

Complexo alfacetoglutarato desidrogenase

Succinil-CoA e NADH

Ca2+

Normalmente a glicólise, atividade da PDH e o ciclo de Krebs ocorrem de maneira vinculada e subsequentes. Um dos fatores que ajuda nesta integração de ambas as vias é o fato da fosfofrutocinase-1 (PFK-1, enzima da via glicolítica) ser inibida (primeiro informa produto por citrato do Ciclo de Krebs). O acúmulo desta substância que o ciclo de Krebs “não está rodando” e, portanto,

P  R   O I    B  I    D A  A  R  E  P  R   O D  U    Ç  à  O T   O T  A  L   O  U  P  A  R   C  I    A  L  D E   S  T  E  M A  T  E  R  I    A  L   S  E  M  P  R  É   V  I    A  A   U  T   O R  I    Z  A    Ç  à  O

em quatro etapas:

inibe a via glicolítica para que não haja desperdício nem ativação de vias em momentos celulares inadequados.

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    O      Ã     Ç     A     Z     I     R     O     T     U     A     A     I     V      É     R     P       M     E     S     L     A     I     R     E     T     A     M     E     T     S     E     D     L     A     I     C     R     A     P     U     O     L     A     T     O     T     O      Ã     Ç     U     D     O     R     P     E     R     A     A     D     I     B     I     O     R     P

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ANOTAÇÕES

    O      Ã     Ç     A     Z     I     R     O     T     U     A     A     I     V      É     R     P       M     E     S     L     A     I     R     E     T     A     M     E     T     S     E     D     L     A     I     C     R     A     P     U     O     L     A     T     O     T     O      Ã     Ç     U     D     O     R     P     E     R     A     A     D     I     B     I     O     R     P

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ransportadora adora de Cadeia Transport Elétrons   A cadeia transportadora de elétrons, também chamada de cadeia respiratória, consiste em uma série de complexos proteicos presentes na membrana interna da mitocôndria, pelos quais ocorre a conversão da energia dos elétrons em força próton-motriz,  um gradiente de concentração de prótons entre as membranas, com consequente regeneração de NAD+. As moléculas de NADH e FADH2 geradas nas vias metabólicas, transferem seus elétrons para estes complexos e, ao final, reduzem o oxigênio, onde levam à formação de água, uma reação muito exergônica. Vamos, agora, ver com mais calma este processo. Você pode perceber que, ao longo das vias metabólicas que estudamos, não houve uma produção significativa de ATP, porém, muitas foram as reações de desidrogenações que puderam ser observadas. Estas reações tiveram como objetivo, a captação de elétrons por meio das coenzimas NAD+ ou FAD. Estes cofatores reduzidos (NADH e FADH2) são capazes de doar seus elétrons para os complexos proteicos da cadeia respiratória. Ao passar por estes complexos, ocorre uma série de reações de oxidorredução no interior dos mesmos com consequente bombeamento de H+ da matriz mitocondrial para o espaço intermembrana da mitocôndria. Este bombeamento leva a uma diferença de gradiente entre estes dois compartimentos, criando o que chamamos de  força próton-motriz.  Esta explicação do acoplamento da transferência de H+ é chamada de teoria quimiosmótica. O terceiro ponto, e, finalmente, o passo final para a síntese de ATP, é o  influxo transmembrana de retorno dos prótons a favor do seu gradiente de concentração por meio de canais proteicos específicos, o que leva efetivamente à síntese de ATP. Este passo será explorado com mais detalhes a seguir.

P  R   O I    B  I    D A  A  R  E  P  R   O D  U    Ç  à  O T   O T  A  L   O  U  P  A  R   C  I    A  L  D E   S  T  E  M A  T  E  R  I    A  L   S  E  M  P  R  É   V  I    A  A   U  T   O R  I    Z  A    Ç  à  O

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Acredito que, neste momento, você já se encontra convencido(a) da importância que as mitocôndrias exercem no metabolismo. Além da formação de d e ATP, as mitocôndrias também exercem importante função na termogênese, na síntese de esteroides e na apoptose. Inclusive, uma das teorias do envelhecimento leva em consideração a perda gradual da integridade das mitocôndrias.

CARREADORES DE ELÉTRONS     O      Ã     Ç     A     Z     I     R     O     T     U     A     A     I     V      É     R     P       M     E     S     L     A     I     R     E     T     A     M     E     T     S     E     D     L     A     I     C     R     A     P     U     O     L     A     T     O     T     O      Ã     Ç     U     D     O     R     P     E     R     A     A     D     I     B     I     O     R     P

A primeira coisa que devemos nos atentar é que os elétrons precisarão de ser transportados entre os complexos da cadeia respiratória. Como elétrons não são capazes de fazer este processo por si só, existem os transportadores de elétrons na cadeia respiratória. Estes são dois: a ubiquinona (também chamada de coenzima Q ou apenas Q) e o citocromo c.   trata-seisoprenóide. de uma Sua molécula (1) UBIQUINONA: orgânica, uma benzoquinona longa cauda hidrocarbonada confere uma característica altamente lipofílica, que permite sua movimentação na bicamada lipídica da membrana mitocondrial interna. Desta maneira, é capaz de carregar elétrons entre os complexos da cadeia respiratória. Esta molécula é capaz de aceitar um elétron, ficando na forma semiquinona; ou dois elétrons (estado de redução completa), ficando na forma ubiquinol; e, também, de carregar prótons, sendo importante no acoplamento do fluxo de elétrons e do movimento dos prótons. (2) CITOCROMOS: os citocromos são proteínas que apresentam algumas características peculiares quanto ab absorção de luz. Existem três tipospela de citocromos: a, e c. O citocromo c é responsável transferência de elétrons na cadeia respiratória, ficando localizado junto a porção externa da membrana mitocondrial interna, no espaço intermembrana. Este é marcado por uma forte absorção de luz no comprimento de onda de 550 nm em seu estado reduzido. Os citocromos apresentam grupos prostéticos heme que, no tipo c, encontram-se ligados covalentemente ligados a esta proteína.

FLUXO DE ELÉTRONS Antes de estudarmos com detalhes os complexos proteicos, tenha em mente o seguinte fluxo de elétrons: (1) Os elétrons carreados pelo NADH  seguirão o seguinte caminho: NADH --> Complexo I --> Ubiquinona --> Complexo III --> Citocromo C --> Complexo IV --> O2 (2) Os elétrons carreados pelo FADH2  seguirão o seguinte caminho: FADH2 --> Complexo II --> Ubiquinona --> Complexo III --> Citocromo C --> Complexo IV à O2 ordem importante alunosEsta acham queé os elétrons saber seguempoisa alguns ordem numérica (I, II, III...), mas atente-se de que isto não é verdade.

COMPLEXOS PROTEICOS Vamos, neste momento, estudar individualmente a estrutura e as especificidades de cada complexo da cadeia respiratória.

(1) COMPLEXO I (NADH:Q oxido-redutase ou NADH do complexo NADH entram na desidrogenase): cadeia respiratória os porelétrons meio deste proteico. Ele apresenta em seu interior os grupos FMN (flavina mononucleotídeo) e centros ferro-enxofre (Fe-S) que

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estão intimamente ligados às reações de oxidorredução necessárias para a transferência destes elétrons para a ubiquinona. Este complexo é responsável por realizar duas reações: a transferência de um hidreto hid reto do NADH (elétron + H+) e de um próton da matriz para a ubiquinona (que se torna ubiquinol); e a transferência de quatro prótons da matriz para o espaço intermembrana (ou seja, bombeira quatro prótons da matriz para o espaço intermembrana).

complexo. Logo, o complexo II não é capaz de bombear prótons para o espaço intermembranas e parece servir “apenas” como uma entrada dos elétrons do succinato para a cadeia respiratória.

Alguns agentes são capazes de inibir o fluxo de elétrons  dos centros ferro-enxofre do complexo I para a ubiquinona, de modo a não permitir mais a utilização dos elétrons do NADH na cadeia respiratória, são eles: amital, um medicamento (barbitúrico); rotenona, inseticida derivado vegetal; e piericidina A, um homólogo da ubiquinona utilizado como antibiótico.

(3) COMPLEXO III (Q:CIT C oxidoredutase ou citocromo bc1): este complexo é responsável por captar os elétrons do ubiquinol e transferir ao citocromo c, que ocorre em dois estágios, denominado de ciclo Q. Esta reação leva a produção de duas moléculas de citocromo c reduzidos, pois o citocromo c (em sua forma oxidada) só é capaz de carrear um elétron, enquanto que o ubiquinol carreia dois elétrons (como já citado anteriormente).

(2) COMPLEXO II (succinato desidrogenase): este complexo já foi apresentado na nossa aula de Ciclo de Krebs como succinato desidrogenase. É a única enzima do ciclo de Krebs presente na membrana mitocondrial. Apresenta centros ferro-enxofre e, também, grupos heme, porém, apenas os centros ferro-enxofre ferro-enxofre parecem estar relacionados com as reações de oxidorredução deste complexo, os grupos heme parecem estar envolvidos na proteção contra a formação de espécies reativas de oxigênio (ver adiante) adi ante) por este complexo. É responsável por catalisar a transferência dos elétrons do succinato para o FAD, presente neste complexo; e,osentão, para centros ferro-enxofre, que direcionam mesmos para a ubiquinona. Note que, na descrição acima, não citamos em

P  R   O I    B  I    D A  A  R  E  P  R   O D  U    Ç  à  O T   O T  A  L   O  U  P  A  R   C  I    A  L  D E   S  T  E  M A  T  E  R  I    A  L   S  E  M  P  R  É   V  I    A  A   U  T   O R  I    Z  A    Ç  à  O

momento algum o bombeamento de prótons por este

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Durante a transferência dos elétrons e hidrogênios oriundos do ubiquinol, ocorre o bombeamento de quatro prótons para o espaço intermembrana, sendo que dois destes são derivados do ubiquinol e dois da matriz mitocondrial.

    O      Ã     Ç     A     Z     I     R     O     T     U     A     A     I     V      É     R     P       M     E     S     L     A     I     R     E     T     A     M     E     T     S     E     D     L     A     I     C     R     A     P     U     O     L     A     T     O     T     O      Ã     Ç     U     D     O     R     P     E     R     A     A     D     I     B     I     O     R     P

(4) COMPLEXO IV (citocromo oxidase): é o último complexo da cadeia respiratória e é responsável por catalisar a transferência dos elétrons do citocromo c para o oxigênio molecular, reduzindo-o à H2O. Diferentemente dos outros, este complexo apresenta centros heme e centros ferro-cobre envolvidos nas reações de oxidorredução.  Tome cuidado com o seguinte: para catalisar a utilização de um O2 e a formação de H2O, é necessário que quatro elétrons “passem” por este complexo. Para cada quatro elétrons, quatro H+ da matriz mitocondrial são consumidos. Portanto, na figura ao lado, vemos quatro H+ sendo bombeados mas lembre-se que, por NADH ou FADH2, teremos apenas dois elétrons, gerando uma capacidade de bombeio de dois prótons por NADH ou FADH2.

Resumidamente, temos o seguinte:

Podemos perceber, então, que o NADH, bombeia um total de 10 H+ para o espaço intermembrana, sendo: - 4 H+ no Complexo I; - 4 H+ no Complexo III e; - 2 H+ no Complexo IV, Por outro lado, o FADH2 é capaz de bombear um total de 6 H+ para o espaço intermembrana, sendo: - 4 H+ no Complexo III e;

A diferença de potencial de formação de ATP (que é de 2,5 para o NADH e de 1,5 para o FADH2) se dá por esta discrepância de prótons que são bombeados. Logo, perceba que, para a síntese de 1 ATP é necessário o bombeamento de quatro prótons para o espaço intermembrana. Estamitocondrial diferença de gradiente eletroquímico entre a matriz e o espaço intermembrana é chamada de força próton-motriz, e é esta a

responsável por impulsionar a síntese de ATP, que veremos a seguir.

- 2 H+ no Complexo IV,

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Síntese de AT AT P Esta seção é dividida apenas para princípios didáticos. A cadeia respiratória e a síntese de ATP constituem a fosforilação oxidativa, e são obrigatoriamente acopladas de modo que um não ocorre na ausência do outro. A inibição da síntese de ATP bloqueia a transferência de elétrons; e, obviamente, a transferência de elétrons incapacita a formação da força próton-motriz e, consequentemente, a síntese de ATP.

Os valores experimentais mais amplamente aceitos é de que são necessários quatro H+ para a síntese de um ATP, sendo que três  destes são necessários para a utilização pela ATP-sintase e um  é utilizado para o transporte de Pi do citoplasma para a mitocôndria. Vamos dar uma olhada mais de perto neste transporte.

ATP-SINTASE

que necessários na face matricial da mitocôndria (parasão a síntese de ATP), devem ser transportados do citoplasma para a matriz. O transporte de Pi ocorre por uma proteína presente na membrana interna da mitocôndria, chamada fosfato-translocase, e faz um simporte de H2PO4- e H+ para a matriz.

A síntese de ATP ocorrerá acoplada ao influxo passivo de prótons do espaço intermembrana para a matriz mitocondrial por um poro. Este poro faz parte de uma enzima chamada ATP-sintase que, de maneira muito sugestiva, é responsável pela síntese de ATP através do acoplamento de ADP e Pi; e está localizada, também, na membrana interna da mitocôndria. A ATP-sintase, às vezes chamada de complexo V, trata-se de um grande complexo enzimático com duas porções que podem ser distinguidas: - Fo: possibilita o influxo dos prótons. - F1: responsável pelo acoplamento de ADP e Pi.

O ATP é utilizado como fonte energética principalmente no citoplasma. Logo, os ortofosfato (Pi)

Além do Pi, é necessário, também, o ADP na matriz mitocondrial. O transporte de ADP do citoplasma para a matriz mitocondrial se dá, também, por uma proteína na membrana interna da mitocôndria, chamada adenina-nucleotídeo-translocase. O mecanismo desta é um antiporte, de modo que ADP é levado para a matriz e ATP é levado para o citoplasma.

P  R   O I    B  I    D A  A  R  E  P  R   O D  U    Ç  à  O T   O T  A  L   O  U  P  A  R   C  I    A  L  D E   S  T  E  M A  T  E  R  I    A  L   S  E  M  P  R  É   V  I    A  A   U  T   O R  I    Z  A    Ç  à  O

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Neste momento, estamos caminhando para os passos finais do nosso estudo, mas precisamos fazer algumas considerações de alguns detalhes importantes que, talvez, passaram desapercebidos por você.

ATP-SINTASE

    O      Ã     Ç     A     Z     I     R     O     T     U     A     A     I     V      É     R     P       M     E     S     L     A     I     R     E     T     A     M     E     T     S     E     D     L     A     I     C     R     A     P     U     O     L     A     T     O     T     O      Ã     Ç     U     D     O     R     P     E     R     A     A     D     I     B     I     O     R     P

Perceba que, para que o NADH seja utilizado pelo complexo I, é necessário que esteja na matriz mitocondrial. Desta maneira, os NADHs produzidos pelo ciclo de Krebs, já se encontram no compartimento adequado, tendo em vista que o ciclo de Krebs ocorre na matriz da mitocôndria. Porém, existem dois NADHs que são produzidos na glicólise durante a metabolização de uma glicose. Como estes NADHs são levados à matriz? Bem simples, por meio de transportadores.   Existem dois transportadores (lançadeiras) que são capazes de levar l evar os NADHs do citoplasma para a matriz, são eles:

(1) Lançadeira Glicerol 3-fosfato Desidrogenase e; (2) Lançadeira Malato-Aspartato Malato-Aspartato.. O conhecimento destas lançadeiras é de extrema importância para o estudo da bioquímica, pois existem diferenças no mecanismo de transporte bem como no rendimento em ATP.

LANÇADEIRA GLICEROL 3-FOSFATO DESIDROGENASE: Aprimorando os termos que utilizamos no parágrafo acima, as lançadeiras são responsáveis por colocar os elétrons coletados na glicólise por meio do NADH no fluxo da cadeia respiratória. A lançadeira glicerol 3-fosfato desidrogenase é responsável por levar os elétrons recolhidos na glicólise do músculo esquelético e do encéfalo para a cadeia respiratória, como você pode acompanhar na foto ao lado. Duas enzimas estão envolvidas neste processo: uma glicerol 3-fosfato desidrogenase citosólica  e uma glicerol 3-fosfato desidrogenase mitocondrial, que está no lado externo da membrana mitocondrial interna. Na primeira reação, a glicerol 3-fosfato-desidrogenase 3-fosfato-desidrogenase citosólica catalisa a transferência dos elétrons do NADH para a di-hidroxiacetona fosfato, levando à regeneração de NAD+ e à formação de glicerol 3-fosfato. Na segunda reação, a glicerol 3-fosfato desidrogenase mitocondrial, recolhe os elétrons do glicerol 3-fosfato e os transfere para um FAD, formando FADH2 e regenerando a adi-hidroxiacetona fosfato; para esta mesma enzima já possibilita passagem destes elétrons a ubiquinona, formando ubiquinol, que se dirige ao complexo

 

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III, continuando, assim, na cadeia respiratória.

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Como os elétrons do NADH são transferidos ao FAD (formando FADH2), FADH2), existe uma diferença, de modo que 1 NADH nestes tecidos, terá o potencial de formar apenas 1,5 ATP (NADH citosólico será FADH2 mitocondrial). Acompanhe a tabela abaixo. Desta maneira, a oxidação completa de uma glicose no músculo esquelético e no encéfalo, é capaz de levar a formação de 30 ATPs.

LANÇADEIRA MALATO-ASPARTATO: A lançadeira malato-aspartato é ativa no fígado, rim e músculo cardíaco. Esta é capaz de recolher os elétrons dos NADHs citoplasmáticos destes tecidos e transferir à um NAD+ dentro da matriz mitocondrial. Como você já deve estar pensando, nesta lançadeira, não haverá uma redução do potencial de formação de ATPs que houve na anterior porque, aqui, NADH citosólico será NADH mitocondrial. Acompanhe os passos abaixo.

P  R   O I    B  I    D A  A  R  E  P  R   O D  U    Ç  à  O T   O T  A  L   O  U  P  A  R   C  I    A  L  D E   S  T  E  M A  T  E  R  I    A  L   S  E  M  P  R  É   V  I    A  A   U  T   O R  I    Z  A    Ç  à  O

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gli cose no fígado, rim e músculo cardíaco, teremos, então: Na oxidação de uma molécula de glicose

    O      Ã     Ç     A     Z     I     R     O     T     U     A     A     I     V      É     R     P       M     E     S     L     A     I     R     E     T     A     M     E     T     S     E     D     L     A     I     C     R     A     P     U     O     L     A     T     O     T     O      Ã     Ç     U     D     O     R     P     E     R

Glicólise

PDH

TCA

Total

ATP (GTP) NADH

2 2

0 2

2 6

4 10

FADH2 CO2

0 0

0 2

2 4

2 6

Equivalente em ATPs 4 x2,5 = 25 X1,5 = 3 0 32 ATPs

É devido a estas lançadeiras que q ue você provavelmente já ouviu falar que a oxidação completa da glicose gli cose pode levar a formação de 30 ou 32 ATPs, o que depende unicamente do tecido no qual este processo está ocorrendo e, portanto, da lançadeira envolvida.

ATP-SINTASE

alguns soldados possuíam pequenas cápsulas de cianeto  presas ao dente, de modo que, se fossem pegos pelo inimigo, para evitar tortura e a passagem

Não existem segredos na regulação da fosforilação oxidativa. Esta será regulada pelas necessidades celulares de energia e que é sinalizada pela concentração/disponibilidade de ADP. Se houver o uso intenso de ATP, haverá maior formação de ADP e a fosforilação oxidativa será aumentada. Se houver menos uso do ATP, haverá menor formação de ADP e a fosforilação oxidativa terá sua velocidade diminuída. Este controle é chamado de controle pelo aceptor, e a razão de ATP e ADP é mandatória. Perceba no gráfico abaixo que, na adição de ADP, o consumo de O2 se deu de maneira muito mais pronunciada, mostrando uma maior atividade da fosforilação oxidativa.

de informações secretas. No esquema abaixo, você pode conferir as substâncias e seus respectivos locais de inibição.

    A     D     I     B     I     O     R     P

MECANISMOS DE INIBIÇÃO INIBI ÇÃO Como já citamos anteriormente, existem substâncias que são capazes de inibir os processos que estudamos cadeia respiratória oxidativa. Estasna substâncias podeme na serfosforilação venenos, medicamentos, entre outros.

Na Segunda Guerra Mundial, por exemplo,

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ESPÉCIES REATIVAS DE OXIGÊNIO As espécies reativas de oxigênio (ERO ou ROS ou radicais livres) podem ser produzidas na fosforilação oxidativa a partir da redução parcial de uma molécula de oxigênio na transferência de elétrons. As ERO estão relacionadas com o processo de envelhecimento celular e, para evitar os danos causados, nosso organismo apresenta mecanismos de combate à formação destas espécies. O radical superóxido (O2-) formado é inicialmente catalisado por uma enzima chamada superóxido dismutase, que leva à formação de peróxido de hidrogênio (H2O2). A partir deste ponto, o processamento depende da presença ou não de mitocôndria na célula: As células que possuem mitocôndrias possuem uma enzima chamada catalase, que é responsável por catalisar a formação de O2 + 2 H2O a partir de 2 H2O2, desta forma, combatendo os “radicais livres”. As células que não possuem mitocôndrias só conseguem combater os radicais livres através desta maneira: o peróxido de hidrogênio recebe elétrons do glutationa reduzida (GSH), levando à formação de água, inofensiva para a célula. Esta glutationa é formado à partir da doação de elétrons do NADPH (formado principalmente na via das pentoses fosfato) para uma glutationa oxidado (GSSG). Portanto, esta é a forma com que os tecidos que não possuem mitocôndrias (os que possuem também conseguem!) combatem os radicais livres.

P  R   O I    B  I    D A  A  R  E  P  R   O D  U    Ç  à  O T   O T  A  L   O  U  P  A  R   C  I    A  L  D E   S  T  E  M A  T  E  R  I    A  L   S  E  M  P  R  É   V  I    A  A   U  T   O R  I    Z  A    Ç  à  O

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ANOTAÇÕES

    O      Ã     Ç     A     Z     I     R     O     T     U     A     A     I     V      É     R     P       M     E     S     L     A     I     R     E     T     A     M     E     T     S     E     D     L     A     I     C     R     A     P     U     O     L     A     T     O     T     O      Ã     Ç     U     D     O     R     P     E     R     A     D     I     B     I     O     R     P

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Via das Pentoses Fosfato INTRODUÇÃO   Estudamos no capítulo de Glicólise a for for-mação da Glicose 6-fosfato (G6P) e consequente formação posterior de piruvato. Neste capítulo, estudaremos um caminho alternativo para a G6P: a via das pentoses fosfato. Ela tem como principal objetivo a formação de (1) NADPH, que será utilizadobiomoléculas para os processos biossínteses de algumas (ácidosde graxos, colesterol, neurotransmissores e nucleotídeos) e no combate aos radicais livres (espécies reativas de oxigênio); e de (2) ribose 5-fosfato  (pentose). Lembre-se que, no capítulo de Estrutura de DNA e RNA, falamos sobre a pentose, um açúcar de cinco carbonos que compõe os nucleotídeos. Portanto, todas as biomoléculas que apresentam nucleotídeos, precisarão de ribose 5-fosfato para sua síntese. Podemos citar o próprio DNA e RNA, bem como cofatores como a coenzima A, o NAD+, e o FAD.   As reações da via das pentoses fosfato acontecem por enzimas que estão localizadas no citoplasma da célula, e são divididas didaticamente em duas fases: 1) FASE OXIDATIVA: nesta fase, as enzimas envolvidas utilizam a glicose 6-fosfato (G6P) para sintetizar duas moléculas de NADPH e uma de ribose 5-fosfato.

  Na imagem a seguir, você poderá ver um resumo da via das pentoses fosfato. Vamos discutir a seguir, as particularidades de cada uma destas fases individualmente individualmente..

FASE OXIDATIVA   A fase oxidativa é altamente ativa nos tecidos que sofrem com o estresse oxidativo e nos que catalisam biossínteses, como no fígado, para síntese de ácidos graxos e colesterol; nos testículos e ovários para síntese dos hormônios esteroides e nas glândulas mamárias de lactantes para síntese de ácidos graxos que irão compor o leite materno. O grande evento da fase oxidativa é a formação de NADPH. Esta fase consiste em 4 reações sequenciais como você poderá conferir abaixo:

- 1ª reação: a primeira reação é catalisada pela glicose 6-fosfato desidrogenase (G6PD), esta enzima catalisa a desidrogenação de uma glicose 6-fosfato, a primeira molécula de  NA6-fosfolicono-δ 6-fosfolicono-δ-lactona -lactona (comumente DPH e umaformando referida apenas como lactona).

- 2ª reação: a segunda reação é catalisada pela lactonase, esta enzima catalisa a hidrólise da 6-fosfolicono-δ-lactona 6-fosfo licono-δ-lactona em 6-fosfo 6-fosfogliconato. gliconato.

2) FASE NÃO OXIDATIVA: nesta fase, também chamada de “dança dos carbonos”, as enzimas envolvidas trocam as posições dos carbonos da ribose 5-fosfato para formar intermediários da via glicolítica. Esta fase também poderá ser utilizada quando, através da nossa dieta, ingerirmos

- 3ª reação: a terceira reação é catalisada pela 6-fosfogliconato 6-fosf ogliconato desidrogenase, uma enzima que catalisa a descarboxilação oxidativa do 6-fosfogliconato, formando a segunda molécula de  NADPH e uma molécula de ribulose 5-fosfato.

unidades açúcar de três(pentoses); (trioses), quarto (tetroses) oude cinco carbonos elas serão convertidas em intermediários da via glicolítica,

- 4ª reação: a ribulose 5-fosfato pode seguir dois caminhos: 4.1. Catalisada pela fosfopentose isomerase, que

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onde seguirão a depender das necessidades da célula.

catalisa uma isomerização da ribulose 5-fosfato em ribose 5-fosfato (pentose).

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4.2. Catalisada pela fosfopentose epimerase, que catalisa uma epimerização da ribulose 5-fosfato em xilulose 5-fosfato (intermediário da fase não oxidativa). Neste ponto, temos as duas moléculas de NADPH, que seguem para as biossínteses biossínt eses ou para o combate de radicais livres e uma molécula de ribose 5-fosfato que pode servir para síntese de nucleotídeos e cofatores ou seguir para a fase não oxidativa. Acompanhe na imagem para fixar os detalhes.

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ESPÉCIES REATIVAS DE OXIGÊNIO   Como dito anteriormente anteriormente,, o NADPH atua no processo de combate às espécies reativas de

mação de peróxido de hidrogênio (H2O2). A partir deste ponto, o processamento depende da presença ou não de mitocôndria na célula: (1) As células que possuem mitocôndrias  possuem uma enzima chamada catalase, que é responsável por catalisar a formação de O2 + 2 H2O

 (EROs ou ROS ou radicais livres)que geraoxigênio das no metabolismo aeróbico. É normal as células, principalmente principalmente as que utilizam do metabolismo aeróbio, produzam as espécies reativas de oxigênio. A sua formação se dá principalmente na cadeia transportadora de elétrons.   As EROs podem ser produzidas na fosforilação oxidativa a partir da redução parcial de uma molécula de oxigênio na transferência de elétrons (mais especificamente, no complexo IV da cadeia transportadora de elétrons). As EROs estão relacionadas com o processo de envelhecimento celular pois podem reagir com componentes celulares, como lipídeos, DNA e proteínas,

a“radicais partir de 2 H2através O2, destadaforma, combatendo os livres” formação de produtos inofensivos (oxigênio e água). Esta enzima também depende de NADPH para sua função.

causando um dano impedindo exerçacelular a suar função, podendo atéemesmo levarque à morte celula por alterar a estrutura das membranas ao reagir com lipídeos. Para evitar os danos causados, nosso organismo possui mecanismos de combate à formação destas espécies.

tecidos que não possuem mitocôndrias possuem também conseguem!) combatem(os osque radicais livres.   As hemácias, por exemplo, não possuem mitocôndrias e vivem exclusivamente do metabolismo anaeróbio, que também pode levar a formação de EROs. Nestas, a presença deste último mecanismo de combate à EROs é extremamente importante para evitar danos e morte celular.

O radical superóxido (O2-) formado na redução parcial é inicialmente catalisado por uma enzima chamada superó superóxido xido dismutase, que leva à for-

(2) As células que não possuem mitocôndrias só conseguem combater os radicais livres através desta maneira: o peróxido de hidrogênio recebe elétrons do glutationa reduzida (GSH), levando à formação de água, inofensiva para a célula. Esta glutationa é formado a partir da doação de elétrons do NADPH (formado principalmente na via das pentoses fosfato) para uma glutationa oxidada (GSSG). Portanto, esta é a forma com que os

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FASE NÃO OXIDATIVA   A fase não oxidativa é uma via completamente reversível  responsável por catalisar a “dança dos carbonos”. Esta é a fase responsável por suprir algumas demandas do organismo como a degradação de trioses, tetroses e pentoses ingeridas através da dieta; ou até mesmo levar a formação de pentoses através de intermediários da via glicolítica para suprir as demandas da célula. Portanto, a fase não oxidativa é o elo entre a Via das pentoses e a Glicólise.   O caminho que esta via pode seguir depende das necessidades da célula quanto ao NADPH e ribose 5-fosfato. Iremos discutir as reações que acontecem aconte cem nesta fase e, a seguir, falaremos como a via das pentoses fosfato irá utilizar destas duas fases para atender às demandas celulares.   Existem duas enzimas responsá responsáveis veis por catalisar todas as reações da fase não oxidativa: a transcetolase e a transaldolase. Ambas as enzimas fazem movimentos de unidades de carbono nas unidades de açúcar, como você poderá conferir na imagem seguir. por três reações   Esta fase é acomposta (acompanhe a imagem a seguir para entender

- 1ª reação: catalisada pela transcetolase, é responsável por retirar dois carbonos da xilulose 5-fosfato (5C) e inserir na ribose 5-fosfato. Os compostos que serão originados a partir deste movimento serão, respectivamente, o gliceraldeído 3-fosfato e a sedoeptulose 7-fosfato. - 2ª reação: catalisada pela transaldolase, é responsável por transferir três carbonos da sedoeptulose 7-fosfato para o gliceraldeído 3-fosfato, dando origem, respectivam respectivamente ente a eritrose 4-fosfato e a frutose 6-fosfato (intermediário da via glicolítica). - 3ª reação: catalisada novamente pela transcetolase, é responsável por transferir dois carbonos de uma nova xilulose 5-fosfato para a eritrose 4-fosfato, 4-fosfato, dando origem à um gliceraldeído 3-fosfato e a uma frutose 6-fostao, ambos intermediários da via glicolítica.   Lembre-se de que todas estas reações são reversíveis e é por isso que você estudará adiante os possíveis caminhos que a via das pentoses pode seguir para suprir as necessidades de NADPH,de pentose ATP.enzimas da  específicas O mecanismo ação edas fase não oxidativa são variáveis. Não é nosso ob-

jetivo discutir isto em detalhes, mas você precisa saber de uma coisa sobre cada uma delas. A

melhor):

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transaldolase utiliza a tiamina pirofosfato (TPP), derivada da vitamina B1, como grupo prostético. A principal função deste cofator é permitir a transferência de carbonos entre as unidades envolvidas. Deficiência desta vitamina pode levar à doenças metabólicas que afetarão a produção de TPP e a função das enzimas que a utilizam como cofator. A transcetolase não utiliza diretamente um cofator, mas seu mecanismo de ação envolve a formação de uma base de Schiff, algo comum nas enzimas do metabolismo bioquímico. bioquímico. Esta base é formada através da ligação de um resíduo de lisina da transaldolase com uma cetose (o substrato da enzima).

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  Como você pôde observar, a glicose 6-fosfato pode seguir caminhos diferentes. O que dita a via metabólica que irá consumir este substrato

dativa para que possa formar intermediários da via glicolítica (gliceraldeído 3-fosfato e frutose 6-fosfato). Estes intermediários, a partir da gliconeogênese, irão regenerar a glicose 6-fosfato, que poderá seguir na via das pentoses fosfato e continuar sendo metabolizada na fase oxidativa 

são necessidades de NADPH, ribose 5-fosfato e as ATP. Por isso, vamos analisar as seguintes condições abaixo, de acordo com cada produto da glicose 6-fosfato, e entender qual caminho possível.

para as altas demandas de NADPH. tecidossuprir que possuem esta demanda alta porOsNADPH são aqueles que estão, principalmente, catalisando biossínteses redutoras, como o tecido adiposo, por exemplo.

- Quando as necessidades celulares forem forem tanto de NADPH quanto de ribose 5-fosfato, a glicose 6-fosfato seguirá apenas na fase oxidativa  com subsequente metabolismo pela fosfopentose isomerase. Desta maneira, ocorrerá produção de 2 NADPH e 1 ribose 5-fosfato por glicose 6-fosfato metabolizada.

- Quando as necessidades celulares demandarem uma maior quantidade de ribose 5-fosfato do que NADPH, não será necessário que haja realização da fase oxidativa. Os intermediários da via glicolítica (já citados anteriormente) irão ser metabolizados na fase não oxidativa  pelas reações reversíveis das transcetolases e transaldolases, que conseguirão levar à formação de ribose 5-fosfato. Os tecidos que possuem alta demanda por ribose 5-fosfato geralmente são aqueles que estão em alta taxa de replicação replicação..

CAMINHOS POSSÍVEIS

- Quando as necessidades celulares demandarem mais NADPH  do que ribose 5-fosfato, a glicose 6-fosfato será levada à fase oxidativa com

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produção de 2 NADPH e 1 ribose 5-fosfato. Esta ribose 5-fosfato será direcionada à fase não oxi-

- Quando as necessidades celulares forem de

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NADPH e ATP  igualmente, a glicose 6-fosfato será metabolizada pela fase oxidativa  com formação sequencial de ribose 5-fosfato e/ou xilulose 5-fosfato. Estas, seguirão na fase não oxidativa  para formação de intermediários da via glicolítica, que serão quebrados na glicólise para formar ATP ou intermediários das vias aeróbi-

- Quando a célula começa a consumir NADPH em altas taxas como nas biossínteses redutoras, por exemplo, teremos um aumento das concentrações de NADP+, que é capaz de ativar alostericamente a glicose 6-fosfato 6-fosfato desidrogenase e ativar ou aumentar a velocidade com que esta enzima catalisa sua reação.

cas que podem de seguir ao ciclo de Krebs, cadeia transportadora elétrons e síntese de ATP.

Portanto, altas concentrações de NADPH reduzem a atividade da via das pentoses fosfato (“inibem”), e altas concentrações de NADP+ aumentam a atividade da via das pentoses fosfato (“ativam”).

  Veja que existe uma “brincadei “brincadeira” ra” no metabolismo para suprir as demandas celulares. As vias metabólicas são estudadas separadamente apenas por fins didáticos, mas todas ocorrem de maneira integrada e são amplamente reguladas para que não sejam formados produtos desnecessários. A via das pentoses fosfato, glicólise e uma parte da síntese do glicogênio também é favorecida por ocorrerem em compartimentos celulares comuns, como o citosol. Nesta seção você pôde ver como a glicose 6-fosfato pode se-

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guir diferentes vias metabólicas. No belos capítulo de Integração Metabólica (um dos mais deste material) você verá como as diferentes vias catabólicas e anabólicas interagem entre si para suprir as demandas energéticas da célula.

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se. que a taxa de atividade dasPortanto, enzimas édanecessário via das pentoses fosfato sejam reguladas, e isso acontece de uma maneira muito simples. A atividade da via das pentoses fosfato é regulada pela concentração de NADPH na célula. Vamos pensar nas seguintes situações:

REGULAÇÃO   A regulação da via das pentoses é extremamente importante se você pensar que ela consome um substrato (glicose 6-fosfato) que pode ser utilizado para geração de energia ou transformado em formas de armazenamento de glico-

- Quando a célula começa a acumular NADPH no citoplasma, podemos entender que há formação deste, porém sem um consumo adequado para reduzir as concentrações. Portanto, não é necessário aumentar a velocidade com que a via das pentoses fosfato catalisa as suas reações pois a produção e demanda está adequada. Quando houver um aumento das concentrações de NADPH na célula, este inibe a glicose 6-fosfato desi-

Os termos “inibem” e “ativam” são utiliza-  dos entre parênteses pois as vias metabólicas raramente estão 100% desligadas ou 100% ati-  vas. Elas são reguladas para que as velocidades das suas reações ocorram de maneira a suprir as demandas das células sem que seja necessá-  rio “ligar ou desligar” uma via ou outra. Por fins didáticos acabamos falando ativar e inibir mui-  tas vezes, saiba que o correto édas pensar que ocorre umamas regulação da velocidade enzimas daquela via metabólica.

DOENÇAS RELACIONADAS   Como podemos ver em muitas vias metabólicas, existem uma série de doenças que podem se manifestar e serem explicadas por mecanismos bioquímicos. É muito comum vermos doenças genéticas, que afetam a estrutura de enzimas e proteínas estruturais ou até mesmo doenças por deficiências de vitaminas, que são importantes para a atividade das enzimas que, sem elas, não podem exercer sua função.   Dentro desta seção, discutiremos duas principais doenças: 1) SÍNDROME DE WERNICKE-KORSAKOFF: esta é uma grave síndrome com sintomas predominantemente neurológicos ocorre pela deficiência de vitamina B1 (tiamina). Ocorre principalmente em alcoólatras por dois principais motivos: (1) em geral, estes indivíduos deixam de se alimentar para consumir bebidas alcoólicas e; (2) a ingesta de álcool diminui a absorção intestinal de tiamina. Quando os níveis de tiamina são inadequados, não é possível utilizá-la como cofator para as diversas enzimas do metabolismo que precisam desta (complexo piruvato desidrogenase, α-ceto-

drogenase através do feedback negativo.

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glutarato desidrogenase e transcetolases). Como resultado, as reações catalisadas por elas não

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ocorrem e as vias sofrem por falta dos substratos. Os sintomas neurológicos podem ser explicados facilmente através da análise bioquímica do tecido e do que falamos acima. O sistema nervoso utiliza principalmente a glicose como fonte energética, ele é capaz de utilizar corpos

do pezinho  ampliado, responsável por detectar precocemente doenças como a deficiência de G6PD, fenilcetonúria, hipotireoidismo congênito, fibrose cística, galactosemia, hiperplasia adrenal congênita e outras.   Uma curiosidad curiosidadee é que os indivíd indivíduos uos portadores desta doença exibem uma resistência

cetônicos, mas nãodoé seu seu potencial. combustível principal no qual exibe 100% Na deficiência de tiamina, o piruvato formado na glicólise não consegue seguir para o ciclo de Krebs pois a enzima elo entre estas duas vias, a complexo piruvato desidrogenase, exige tiamina para exercer a sua função. Desta maneira, o piruvato não consegue ser utilizado no sistema nervoso e não há formação de ATP suficiente para atender as demandas do tecido, o que leva aos sintomas principais: dano neuronal, desenvolvimento de marcha atáxica, perda de memória, entre outros. Uma das coisas que acontecem nestes pacientes é o acúmulo de piruvato sanguíneo, que pode ser

natural à malária. Postula-se que o Plasmodium falciparum seja extremamente sensível ao dano oxidativo nas hemácias e acabe morrendo sem causar doença efetiva. Desta maneira, nos locais onde os índices de malária são altos, a deficiência de G6PD se mostra como uma “vantagem” que leva à seleção natural dos indivíduos e mantém esta mutação em curso.

utilizado paraclínico suspeita diagnóstica juntamente com o quadro do paciente.   Não bastassem todas essas alterações, existe uma mutação genética que diminui a afinidade da enzima pela tiamina. Os indivíduos alcoólatras que possuem esta mutação exibem uma maior repercussão da doença. 2) DEFICIÊNCIA DE GLICOSE 6-FOSFATO DESIDROGENASE: alguns indivíduos possuem uma mutação genética que leva à deficiência da glicose 6-fosfato desidrogenase (G6PD). Esta enzima catalisa a primeira reação da fase oxidativa da via das pentoses. Normalmente, Normalmente, os indivíduos com esta deficiência não exibem sintomas até que ocorra um alto estresse oxidativo celular, que aumenta abruptamente as necessidades de NADPH. Por não terem a G6PD em níveis adequados, não ocorre a formação suficiente de NADPH e o estresse oxidativo não é combatido pelos sistemas citados anteriormente. A célula que mais é afetada por esta deficiência é a hemácia (eritrócito). Na ingesta de medicações ou alguns alimentos, os intermediários podem aumentar o estresse oxidativo e levar a alterações estruturais nas proteínas, lipídeos e material genético da célula. As hemácias lesadas se rompem (sofrem lise) e levam à sintomas como icterícia (pele amarelada), urina escurecida (colúria) e podem até mesmo os devem rins e levar à lesão renal aguda.sobrecarregar Estes pacientes ser rastreados para que os devidos cuidados sejam toma-

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dos. O diagnóstico desta doença pode ser feito ainda nos primeiros dias de vida através do teste

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Meta Metabolis bolismo mo do Glicogênio GENERALIDADES   Uma das grandes habilida habilidades des que favorece vantagem de uns organismos sobre outros em termos evolutivos é a capacidade de armazenar energia para que possa ser utilizada quando necessária. Os seres humanos são capazes de obter energia das diversas macromoléculas (carboidratos, proteínas e lipídeos) e, também, são capazes de mobilizar estas macromoléculas presentes em suas células para que sejam utilizadas como fonte energética quando necessário necessário..   O principal carboidrato armazenado nos organismos de vertebrados é a glicose. Nos vegetais, o excesso de glicose é armazenado na forma de amido, enquanto nos animais é armazenada na forma de glicogênio. Neste ponto, você pode estar se perguntando “Mas por que complicar e fazer uma nova molécula para armazenar glicose? Por que simplesmente não deixar a glicose livre na célula e usar quando for preciso?”, e é isso que te explicarei agora.   A glicose apresenta várias hidroxilas (-OH) que podem fazer ligações de hidrogênio com o meio aquoso que é a célula, por isso, dizemos que é uma molécula osmoticamente ativa. Se armazenássemos a glicose em sua forma original (livre), as altas concentrações de glicose na célula fariam com que houvesse uma entrada de

água abundante na célula e esta poderia se romper (sofrer lise) e morrer por dano osmótico (excesso de água). Ao formarmos uma nova molécula com uma série de glicoses ligadas umas as outras de forma compacta, o glicogênio, diminuímos a osmolaridade e a hidratação da molécula, de forma que uma maior quantidade de glicoses compactas pode ser armazenada sem fazer com que ocorra um dano osmótico à célula. Portanto, o glicogênio é um armazenamento compacto de glicoses que precisa de uma quantidade menor de água para se manter no citoplasma da célula.   A estrutura do glicogênio já foi estudada no capítulo de Estrutura de Carboidratos, mas se faz necessário uma revisão e adição de outros aspectos gerais que serão importantes para nossa discussão, abordados em tópicos para melhor visualização. - O glicogênio gl icogênio é um homopolissacarídeo citoplascitoplasmático ramificado de glicoses unidas através de ligações lineares α-1,4 e ramificações que ocor-

rem através de ligações α-1,6.

- O glicogênio apresenta varias extremidades não redutoras, que serão pontos essenciais para ação das enzimas do metabolismo do glicogênio (veja imagem). -mazenar Todas as células do corpoeste sãoarmazenamento capazes de arglicogênio, porém, ocorre de maneira substancial no músculo e fígado, com objetivos diferentes.

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    O      Ã     Ç     A     Z     I     R     O     T     U     A     A     I     V      É     R     P       M

  Quando os níveis sanguíneos de glicose são altos, todos os tecidos irão captar glicose e armazenar na forma de glicogênio em seu citoplasma, destacando o músculo e o fígado. Para que você entenda os diferentes objetivos do armazenamento de glicose no fígado e no músculo, pense na função de cada um destes órgãos: o músculo tem como função primária a contração, enquanto o fígado  apresenta várias outras funções no metabolismo, mas atua como um centro bioquímico de metabolismo (síntese e degradação) de várias substâncias. Por este motivo, o músculo armazena glicogênio com objetivo final de suprir as suas próprias necessidades necessidades energéticas, ou seja, o glicogênio muscular é utilizado para gerar energia (ATP) para que possa realizar contração. Já o fígado  é responsável por manter os níveis sanguíneos de glicose (glicemia) adequados: quando em períodos de jejum, entre refeições ou em exercício prolongado, os níveis sanguíneos de glicose começam a diminuir, o fígado prontamente é ativado para quebrar o glicogênio hepático e liberar glicose para a corrente

DEGRADAÇÃO DO DEGRADAÇÃO GLICOGÊNIO   Começarei esta seção resumindo o processo de degradação do glicogênio: a degradação do glicogênio (também chamada de glicogenólise) é um processo catabólico que ocorre no citoplasma  das células através da catálise por três enzimas  que irão liberar, ao final, moléculas de glicose 6-fosfato (G6P). Essa G6P pode ser direcionada à glicólise, via das pentoses fosfato ou formar glicose livre (sem fosfato) para ser liberada para a corrente sanguínea e regular as concentrações sanguíneas de glicose (glicemia). Vamos agora discutir o processo sequencial de degradação do glicogênio, especificando as enzimas e suas particularidades.   A célula, ao ser sinalizada da necessidade de mobilizar e degradar seus estoques de glicogênio, leva à ativação das enzimas responsáveis

    E     S     L     A     I     R     E     T     A     M     E     T     S     E     D     L     A     I     C     R     A     P     U     O     L     A     T     O     T     O      Ã     Ç     U     D     O     R     P     E     R

sanguínea paranervoso disponibilizá-la principalmente para o sistema (que utiliza glicose como principal fonte de energia) e para o tecido muscular esquelético (que contrai e exerce a sua principal função de locomoção). Atente-se que o fígado não utiliza glicose como principal fonte energética, este prefere lipídeos e corpos cetônicos, portanto, consegue exercer exercer com alto nível de desempenho a função supracitada. Gosto de dizer aos alunos sempre o seguinte: “o músculo é um órgão egoísta, a glicose dele é apenas para ele; enquanto o fígado é um órgão altruísta, a glicose dele é para os outros”.   Ao pensarmos na quantidade de glicose armazenada em cada um dos tecidos, percebemos um fato interessante: a concentração 

por este processo regulação será discutida com detalhes ao final(adeste capítulo).

    A     A     D     I     B     I     O     R     P

de glicoseaté é muito fígado, chegando equivaler 10% domaior peso no deste órgão; do que aa concentração de glicose no músculo, com cerca

ortofosfato (Pi), por isso, da elas já deixam a enzima fosforiladas. Ao final quebra, a glicogênio fosforilase libera unidades de glicose 1-fosfato 

de 2% do peso deste. Porém, como possuímos uma massa total de tecido muscular muito maior do que de tecido hepático, em peso bruto, o glicogênio corporal está em maior quantidade em massa total no músculo do que no fígado. Fique atento a esta informação pois os professores costumam cobrar esta pegadinha em provas.

1ª ENZIMA: GLICOGÊNIO FOSFORILASE: a glicogênio fosforilase é a primeira enzima responsável por iniciar a quebra do glicogênio. Ela catalisa a

quebra das ligações lineares α-1,4 do glicogênio a partir das suas extremidades não redutoras. Para que exerça sua função, essa enzima necessita de um cofator, o piridoxal fosfato (PLP) (derivado da

vitamina B6, a piridoxina). Uma das coisas mais

importantes que precisamos discutir sobre ela é o seu mecanismo de ação: a quebra das ligações

α-1,4 ocorre por um processo especial chamado fosforólise, que leva à remoção sequencial das unidades de glicose do glicogênio utilizando o

(G1P), uma unidade de 5 carbonos já fosforilada.

Se esta enzima não fosse capaz de realizar fosforólise e fizesse apenas hidrólise, o processo seria desvantajoso, pois seriam liberadas glicose não fosforiladas e haveria a necessidade de fosforilar cada uma destas (com gasto de ATP) para que entrassem nas vias metabólicas que estudamos anteriormente, fazendo com que houvesse um grande gasto energético de ATP. Pense comigo, se há necessidade em degradar glicogênio (e mobilizar os estoques de energia), isso provavelmente está acontecendo porque a célula está precisando de energia, certo? Portanto, se a glicogênio fizesse hidrólise e não fosforólise, seu processo seria desfavorável para a célula.

  A glicogên glicogênio io fosforilase apresenta uma capacidade de remover resíduos de glicose limitada. Ao “perceber” que está se aproximando de

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uma ramificação (mais especificamente, quando

existem 4 resíduos de glicose em uma cadeia

linear perto de uma ramificação), a glicogênio fosforilase não consegue catalisar a remoção sequencial das glicoses presentes e para sua atividade. Mas... pense comigo, será que estas glicoses serão desperdiçadas? Será que realmente o organismo será capaz de desperdiçar e jogar fora unidades de carbono tão importantes para a vida? Não, estas glicoses não serão desperdiçadas, e por isso ocorrerão os passos seguintes para “desramificar” o glicogênio.

2ª ENZIMA: ENZIMA DESRAMIFICADORA: nos animais, esta enzima apresenta duas funções: uma

porção com (1) atividade de transferase da enzima desramificadora (ou apenas transferase) e uma porção com (2) atividade de α-1,6 glicosidase  da enzima desramificadora (ou apenas α-1,6 gli-

P  R   O I    B  I    D A  A  R  E  P  R   O D  U    Ç  à

cosidase). Lembre-se que dissemos que a glicogênio fosforilase para de remover as glicoses

quando percebe que em 4 resíduos de glicose

haverá uma ramificação (acompanhe a imagem abaixodepara fixar melhor). Neste ponto, a atividade transferase da enzima desramificadora é responsável por remover os três resíduos de glicose que não estão envolvidos na ramificação diretamente (em laranja) e transferir para uma sequência linear de glicoses de uma cadeia do glicogênio para que a glicogênio fosforilase fosforilase possa agir. O que nos resta agora é remover a glicose gl icose envolvida diretamente na ramificação do glicogê-

outros tecidos. Os hepatócitosG6P (células fígado) não conseguem transportar para odosangue,

da enzima desramificadora é a responsável por remover esta glicose, porém, por seu mecanismo ser de uma hidrólise, ela irá originar glicose livre (diferentemente da glicogênio fosforilase que

fatase remove o fosfato. A seguir, a glicose deixa o retículo por um transportador de glicose (T2) e deixa o citoplasma em direção à corrente sanguínea por um GLUT2. O fosfato também deixa o retículo em direção ao citoplasma través de um transportador de fosfato (T3). Um detalhe inte-

nio (em verde). A atividade de glicosidase α-1,6

origina glicose 1-fosfato), que segue para sofrer ação da hexocinase.

3ª ENZIMA: FOSFOGLICOMUTASE: esta enzima é responsável por mudar a posição do fosfato na

glicose 1-fosfato para a posição 6. É a mesma

enzima que discutimos quando falamos sobre o metabolismo da galactose. Ela possui um fosfato

ligada em si que é colocada na glicose 1-fosfato, originando glicose 1,6-bisfosfato. Após, remove o fosfato do carbono 1 e liga em si própria para que continue a catalisar estas reações.

  Neste momento, temos glicoses 6-fosfato (G6P) para seguir nas diferentes vias metabólicas, a depender dos objetivos celulares, e algumas glicoses livres formadas pela ação da enzima desramificadora. Na maioria dos tecidos (como no músculo, por exemplo) os processos de degradação do glicogênio terminam neste pon-

somente glicose livre (sem fosfato). Por isso, no fígado, é necessário um passo adicional para remover o fosfato da glicose.   Este passo ocorre no retículo endoplasmático através da ação da glicose 6-fosfatase  (mesma enzima que estudamos na gliconeogê-

nese). Um transportador de G6P (T1) a leva para a luz do retículo endoplasmático e a glicose 6-fos-

ressante é que a glicose só deixa o hepatócito se suas concentrações intracelulares forem muito altas, pois o GLUT2 possui um alto Km pela glicose (e, portanto, “baixa afinidade”), o que protege contra o movimento inadequado desta. Somente

o fígado e o rim possui a glicose 6-fosfatase, o

que impede os outros órgãos de gerarem glicose livre e, portanto, de regular a glicemia.

 O T   O T  A  L   O  U  P  A  R   C  I    A  L  D E   S  T  E  M A  T  E  R  I    A  L   S  E  M  P  R  É   V  I    A  A   U 

 O T  R  I    Z  A    Ç  à  O

to, pois a G6P segue para a glicólise ou via das pentoses, porém, o fígado tem como principal objetivo regular a glicemia e fornecer glicose para

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    O      Ã     Ç     A     Z     I     R     O     T     U     A     A     I     V      É     R     P       M

SÍNTESE DO GLICOGÊNIO  

Como já dito anteriormente anteriormente,, quase todos

    E     S     L     A     I     R     E     T     A     M     E     T     S     E     D     L     A     I     C     R     A     P     U     O     L     A     T     O     T     O      Ã     Ç     U     D     O     R     P     E     R

os tecidos são capazes armazenar na forma de glicogênio, sejadepara regular aglicose glicemia ou para suprir suas próprias demandas. O processo de síntese de glicogênio ocorre de uma maneira peculiar e interessante, vamos ao estudo deste processo.   A síntese do glicogênio, também chamada de glicogênese, é um processo metabólico que utiliza uma unidade de glicose ativada para tal. Diferentemente de outros processos de biossínteses, que comumente envolvem substratos ativados através da fosforilação, na síntese de glicogênio a glicose ativada  está ligada à uma unidade de nucleotídeo, ficando na forma UDP-glicose.

    A     A     D     I     B     I     O     R     P

  A glicogên glicogênese ese envolve, também, quatro diferentes enzimas, que discutiremos a seguir.

2ª ENZIMA – GLICOGENINA: a grande enzima da síntese do glicogênio é a glicogênio sintase, po-

1ª ENZIMA -  UDP-GLICOSE PIROFOSFORILASE:  rém, ela só consegue exercer sua função se já esta enzima é responsável por catalisar a reação reversível reversível de síntese de glicose ativada atra-

vés da seguinte reação: glicose 1-fosfato + UTP = UDP-glicosee + PPi. O UTP é muito semelhante ao UDP-glicos

ATP, a diferença é a base nitrogenada: o ATP possui adenina enquanto a UTP possui uridina. Perceba que na sua reação há liberação de PPi (pirofosfato), que apresenta uma ligação fosfodiéster de alta energia (muito semelhante a presente no ATP) e que, nos sistemas biológicos, é hidrolisada e libera uma grande quantidade de energia e torna a reação ainda mais termodinamicamente favorável. Apesar da reação catalisada por esta enzima ser reversível, a hidrólise do PPi faz com

houver um “molde” de glicogênio (para os mais íntimos, um pedacinho de “glicogenio “glicogeniozinho”) zinho”) pré-existente. A enzima responsável por fazer este molde é a glicogenina, ela liga cerca de oito unidades de UDP-glicose em si mesma e forma o primer de glicogênio para a ação da glicogênio sintase. A extremidade extremidade redutora do glicogênio glicogênio encontra-se ligado à glicogenina, que nunca deixa esta molécula (a não ser que haja degradação total do glicogênio), portanto, todo glicogênio apresenta em si uma porção glicogenina presente em seu centro.

3ª ENZIMA – GLICOGÊNIO SINTASE: é a grande

que seja favorecido o sentido de síntese de UDP-glicose.

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enzima responsável responsável pela síntese do glicogênio e a principal regulada em todo o processo. É res-

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ponsáv ponsável el por catalisar a formação das ligações α-1,4 na cadeia linear do glicogênio através da adição sequencial de UDP-glicoses nas extremidades não redutoras (primer) criada pela glicogenina. A partir desta atividade o glicogênio cresce em tamanho t amanho nas suas cadeias lineares.

4ª ENZIMA – ENZIMA RAMIFICADORA: a glicogênio sintase não é capaz de formar as ramificações presentes na molécula de glicogênio, é necessária a ação de uma enzima específica para isto: a enzima ramificadora (ou glicosil 4,6 transfera transferase). se). Sua ação se dá de maneira muito simples (acompanhe a imagem abaixo): ela é responsável por tirar um segmento de sete resíduos de glicoses ligadas em

uma cadeia linear e formar uma ramificação com configuração α-1,6. Ela aumenta a quantidade de

extremidades não redutoras presentes no glicogênio, o que é uma vantagem para a degradação (pois extremidades mais glicogênio fosforilases fosforilases conseguirão degradar e mobilizar o glicogênio de uma forma mais rápida) e, também, para a síntese (pois mais glicogênio sintases irão sintetizar o glicogênio de forma mais rápida). A partir daí, a glicogênio sintase volta a exerc exercer er sua função e alongar a cadeia de glicogênio.

REGULAÇÃO

DEGRADAÇÃO

A grande enzima regulada na degradação   A regulação da síntese e degradação do   do glicogênio é a glicogênio fosforilase tanto no glicogênio ocorre de forma integrada e conjunta, para que um processo não ocorra na vigência do fígado quanto no músculo. Esta enzima pode se outro e aconteça um ciclo fútil, que levará ape- apresentar de duas formas: (1) glicogênio fosforinas à um gasto energético. Para fins didáticos, lase a, que se encontra fosforilada, normalmente estudaremos cada uma das regulações separa- ativa e (2) glicogênio fosforilase b, que se encondamente e, após, explicarei como cada uma delas tra desfosforilada, normalmente inativa. Cada uma destas fosforilases podem estar presentes interage entre si para regulação recíproca.   A regulação das vias metabólic metabólicas as ocor- em dois estados: um estado tenso (T) menos ativo re de maneira diferente a depender do tecido ao e um estado relaxado (R) mais ativo. O estado R é qual a via está sendo regulada. Na bioquímica mais ativo pois o sítio ativo da enzima encontraserá muito comum dividirmos a regulação em -se mais exposto e, portanto, a reação enzimática regulação no fígado e a regulação no músculo. A pode ocorrer de maneira mais fácil. Já o estado “escondido”. ido”. No regulação nestes tecidos é diferente pois ambos  T, mostra o seu sítio ativo mais “escond possuem objetivos diferentes, como já discuti- músculo, a glicogênio fosforilase normalmente mos anteriormente, portanto, os estímulos que se encontra na sua forma glicogênio fosforilase serão responsáveis por regular as vias metabóli- b tensa (T), enquanto no fígado a glicogênio foscas em cada um destes também poderá diferente. forilase normalmente se encontra na sua forma O fígado responde principalmente à hormônios, glicogênio fosforilase a relaxada (R). enquanto o musculo responde principalmente à Vamos estudar agora a regulação da degradação carga energética (relação entre ATP/ADP). do glicogênio nos diferentes tecidos.

1.1. MÚSCULO: a glicogên glicogênio io fosforilase muscular

P  R   O I    B  I    D A  A  R  E  P  R   O D  U    Ç  à  O T   O T  A  L   O  U  P  A  R   C  I    A  L  D E   S  T  E  M A  T  E  R  I    A  L   S  E  M  P  R  É   V  I    A  A   U   O T  R  I    Z  A    Ç  à  O

é regulada principalmente pela carga energética da célula, que leva em consideração as concentrações de ATP e ADP; e, também, pela epinefri-

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    O      Ã     Ç     A     Z     I     R     O     T     U     A     A     I     V      É     R     P       M

na/adrenalina, um hormônio liberado em situações de medo (pela ativação do sistema nervoso parassimpático mediante estresse) ou mediante exercício físico. 1.1.1 A carga energética do tecido muscular é uma relação matemática entre as vias geradoras de energia (que formam ATP) e as vias consumidoras de energia (que formam ADP ou AMP). Portanto, quando o músculo não está precisando contrair, não há grande consumo de energia e as concentrações de ATP superam a de ADP, portanto, dizemos que a carga energética é alta. Já quando o músculo está contraindo, há um grande consumo de ATP com formação sequencial de ADP e/ou AMP, portanto, dizemos que a carga energética é baixa. A partir desta explicação, você já é capaz de identificar como será a regulação da glicogênio fosforilase muscular. -- Carga energética alta: quando as concentrações de ATP forem altas, a degradação do glicogênio será desativada  pois não há necessidade de quebrar uma fonte energética já que, neste

    E     S     L     A     I     R     E     T     A     M     E     T     S     E     D     L     A     I     C     R     A     P     U     O     L     A     T     O     T     O      Ã     Ç     U     D     O     R     P     E     R

momento, o músculo não precisa de ATP. -- Carga energética baixa: quando as concentrações de ATP forem baixas e as de ADP e AMP forem altas, a degradação do glicogênio será ativada, pois há necessidade de mobilizar as reservas energéticas possíveis da célula.

    A     A     D     I     B     I     O     R     P

trações de AMP se elevam quando o sua músculo está em atividade degradando ATP para contração. O AMP é capaz de se ligar à glicogênio fosforilase b do músculo que está em um estado naturalmente tenso (T) para um estado relaxado (R), que apresenta maior atividade catalítica. Quando em altas concentrações, o ATP compete pelo AMP pelo sítio alostérico, fazendo com que o AMP não se ligue e, portanto, a enzima não se mostre em seu estado relaxado e mais ativo, o que faz sentido pois, se as concentrações de ATP estão elevadas, o músculo não está contraindo de maneira a precisar de altas concentrações de ATP e, assim, “desligará” as vias geradoras de energia. A glicose 6-fosfato, produto da degradação do glicogênio, é capaz de regular a atividade da glicogênio fosforilase por feedback negativo, diminuindo a atividade desta enzima por favore-

  Partindo deste ponto, vamos um pouco mais a fundo nos detalhes que regem a ativação e a inativação das vias. A glicogênio fosforilase apresenta sítios onde efetores alostéricos podem se ligar e mudar sua conformação, favorecendo ou não a sua atividade. Um dos efetores alostéricos que podem se ligar à glicogênio fosforilase fosforilase é o AMP (efetor alostérico positivo). As concen-

metabólica do musculo é através da sinalização pela epinefrina/adrenalina, um hormônio liberado pela glândula adrenal em situações de medo, luta, fuga ou exercício físico. O músculo apresenta em sua superfície celular um receptor para

epinefrina chamado receptor β-adrenérgico, que

desencadeia uma resposta através da cascata do AMP cíclico (AMPc). Esta cascata já foi estudada

com mais detalhes no capítulo de Introdução ao

metabolismo, caso necessário, retorne para relembrar. O AMPc formado é capaz de se ligar à proteína cinase A (PKA), uma enzima que possui como principal função a fosforilação de outras enzimas. Uma das enzimas fosforiladas pela PKA é fosforilase cinase, que se encontra parcialmente ativa quando fosforilada, e tem como função a fosforilação da glicogênio glicogêni o fosforilase cinase. Para que esteja em seu estado completamente ativo, é necessário que o cálcio, envolvido no processo de contração muscular, seja liberado do retículo endoplasmático e se ligue na fosforilase cinase. Quando fosforilada, a glicogênio fosforilase cinase b se torna glicogênio fosforilase a (seu estado mais ativo)Portanto, e, assim,aaepinefrina/adrenalina degradação do glicogênio é ativada. ativa

a degradação do glicogênio por mecanismos de fosforilação reversível. Um passo importante na regulação metabólica é a célula entender quando deve mudar seus mecanismos de regulação. No caso dos hormônios, a ausência do hormônio no receptor cessa a cascata do AMPc na célula e leva a ativação de algumas enzimas: a proteína

fosfatase 1 (PP1) é responsável por desfosforilar

a fosforilase cinase e a glicogênio fosforilase, levando à diminuição da atividade destas enzimas e desativando a degradação do glicogênio. Uma outra enzima, a fosfodiesterase, é responsável por clivar o AMPc em AMP, cessando a sinalização por este efetor.

1.2. FÍGADO: o fígado não possui como principal função a contração, portanto, a carga energética (concentrações de AMP, ATP e ADP) não é a principal forma a qual as enzimas do metabolismo do glicogênio são reguladas. No fígado, a degradação do glicogênio é regulada principalmente por hormônios: glucagon (liberado pelas células α-pancreáticas quando a concentração de glicose sanguínea é baixa) e a epinefrina  (já citada anteriormente). Em geral, no fígado a glicogênio fosforilase se encontra na forma A e relaxada. 1.2.1. O glucagon é um hormônio liberado no pâncreas quando a glicemia é baixa  (o que ocorre principalmente entre as refeições, no jejum e no exercício exerc ício físico prolongados) e se liga ao receptor de glucagon neste órgão. Neste caso, para que os diferentes órgãos continuem em pleno fun-

cer o estado T.

cionamento, ocorre a ativação da degradação do glicogênio hepático e liberação para a corrente sanguínea, que aumenta a glicemia. O glucagon

1.1.2. Uma outra forma de regulação da atividade

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também deflagra a cascata do AMPc e, assim como citada anteriormente no músculo, leva à fosforilação da PKA, da fosforilase cinase e, consequentemente, da glicogênio fosforilase cinase, aumentando ainda mais a sua atividade e ativando a degradação do glicogênio. Quando a glicemia se eleva, é necessário parar a degradação do glicogênio hepático para que a glicemia não aumente além dos níveis necessários.. Um mecanismo para isto é o seguinte: a glicogênio fosforilase necessários fosforilase hepática apresenta sítios para ligação da glicose. Quando ligada, a glicogênio fosforilase expõe seus sítios fosforilados para que

a enzima de desfosforilação (que neste caso também é a PP1) possa remover o fosfato desta enzima e diminuir sua atividade.

1.2.2. O fígado também é capaz de responder à epinefrina  através da ligação este hormônio nos receptores α-adrenérgicos hepáticos. Este processo ocorre mediante a cascata de fosfoinositídio  e depende da liberação do cálcio do retículo endoplasmático das células hepáticas, juntos, levam à fosforilação da glicogênio fosforilase cinase e ativação da degradação do glicogênio.

P  R   O I    B  I    D A  A  R  E  P  R   O D  U    Ç  à  O T   O T  A  L   O  U  P  A  R   C  I    A  L  D E   S  T  E  M A  T  E  R  I    A  L   S  E  M  P  R  É   V  I    A  A   U 

SÍNTESE   A grande enzima que têm sua atividade regulada na síntese do glicogênio é a glicogênio sintase. Esta enzima também está presente em formas a (ativa) e b (inativa) no músculo e no fígado, semelhante ao que vimos anteriormente na glicogênio fosforilase.   A principal forma de regulação da atividade da glicogênio sintase é a modificação covalente por fosforilação, e as principais proteínas que são cinase capazesA (PKA, de fosforilar esta enzima é a proteína já citada anteriormente, ativada principalmente na resposta hormonal ao

gênio sintase estará ativa quando desfosforilada e inativa quando fosforilada. Esta diferença faz com que a regulação dos processos ocorra de forma recíproca e as respostas celulares sejam adequadas mesmo sobre um mesmo estímulo como a fosforilação de proteínas.

2.1. GLUCAGON E EPINEFRINA: o glucagon  é o hormônio liberado pelo pâncreas quando as concentrações de glicose estão baixas e tem uma importante função em ligar-se aos hepatócitos e sinalizar ao fígado f ígado as condições extracelulares de baixa glicemia. Este hormônio desencadeia a cascata do AMPc (já citada anteriormente), que leva a ativação da PKA, uma enzima com capa-

 O T  R  I    Z  A    Ç  à  O

cidade de fosforilar outras enzimas. Na síntese do glicogênio, a PKA é capaz de fosforilar diretamente a glicogênio sintase, fazendo com que ela

glucagon) e a glicogênio sintase cinase 3 (GSK3). Diferentemente Diferentem ente da glicogênio fosforilase, fosforilase, a glico-

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assuma a sua forma b (menos ativa) e, portanto, tenha sua atividade reduzida. Logo, a fosforilação da glicogênio sintase diminui a sua atividade. Como também já vimos anteriormente, a ausência do glucagon no seu receptor faz com que a PP1 seja ativada e desfosf desfosforile orile enzimas, uma de las é a glicogênio sintase, porém, a atividade da

PP1 é aumentada principalmente na sinalização

mediada por insulina, que discutiremos a seguir. A epinefrina também é capaz de levar à cascata do AMPc principalmente no músculo esquelético, preparando a degradação do glicogênio e inibindo a síntese deste para par a uma situação de luta ou fuga.

    O      Ã     Ç     A     Z     I     R     O     T     U     A     A     I     V      É     R     P       M     E     S     L     A     I     R     E     T     A     M     E     T     S     E     D     L     A     I     C     R     A     P     U     O     L     A     T     O     T     O      Ã     Ç     U     D     O     R     P     E     R     A     A     D     I     B     I     O     R     P

A glicogênio sintase possui um sítio alostéri-  co para ligação da glicose 6-fosfato que, quan -  -  do presente, torna a glicose sintase b um pouco mais ativa e já inicia o processo de síntese de glicogênio.

2.2. INSULINA: a insulina é um hormônio peptídico liberado pelas células β-pancreáticas quando as concentrações de glicose aumentam, como após uma refeição em carboidratos, Este hormôniorica é capaz de ligar-se por aos exemplo. receptores de insulina nos hepatócitos, um tipo de receptor tirosina-cinase (que já estudamos no ca-

pítulo de Introdução ao metabolismo), levando a

ativação de uma cascata intracelular. Citamos no

capítulo de Introdução ao metabolismo a cascata da insulina levando a ativação da proteína cinase B (PKB), uma proteína que é capaz de fosforilar outras enzimas, dentre elas a GSK3. Quando fosforilada, a GSK3 está inativada e não consegue exercer sua função. Por consequência, esta deixa de fosforilar a glicogênio sintase. Uma outra fun-

ção da PKB é fosforilar a proteína cinase 1 (PP1) que, por sua vez, quando fosforilada encontra-se ativa e remove os fosfatos da glicogênio sintase (deixando-a em sua forma a, ativa). Logo, a insulina leva à ativação da síntese do glicogênio e à inibição da degradação do glicogênio.

INTEGRAÇÃO   Talvez você ainda não tenha percebido, mas a degradação e a síntese do glicogênio são reguladas de modo recíproco: quando uma estiver ativa, a outra estará desativada; em geral pelos mesmos mecanismos. Quandode a glicemia , o pâncreas leva à liberação insulina está que,

alta

por meio das suas cascatas, leva a ativação da

PP1 e da PKB. A PP1 é uma enzima fosfatase (que

remove fosfato) e, ao remover fosfato das enzimas, levará à diminuição da degradação do glicogênio por inativar a fosforilase cinase e, então, a

glicogênio fosforilase. fosforilase. Além disso, a PP1 também remove fosfato da glicogênio sintase, o que levará à ativação desta enzima, ativando a síntese de glicogênio. A insulina também leva à ativação da PKB, uma enzima que fosforila a GSK3 fazendo com que esta diminua sua função e se torne inativa. Nesta situação, a glicogênio sintase está livre para exercer sua função.   Por outro lado, quando a glicemia está baixa, o pâncreas leva à liberação de glucagon que, por meio de suas cascatas mediadas pelo AMPc, leva à ativação da PKA, uma enzima responsável por fosforilar outras enzimas. A PKA fosforila a (1) fosforilase cinase, ativando a degradação do glicogênio; e a (2) glicogênio sintase, levando a inibição da síntese do glicogênio.   No metabolismo metabolismo,, tudo acontece junto e ao mesmo tempo, portanto, é necessário que todas as vias metabólicas sejam coordenadas de maneira conjunta para suprir as necessidades da célula de forma adequada e que não haja a formação de produtos não necessários para aquele momento. _______________________________________________________

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P  R   O I    B  I    D A  A  R  E  P  R   O D  U    Ç  à  O T   O T  A  L   O  U  P  A  R   C  I    A  L  D E   S  T  E  M A  T  E  R  I    A  L   S  E  M  P  R  É   V  I    A  A   U   O T  R  I    Z  A    Ç  à  O

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DOENÇAS DO GLICOGÊNIO

ANOTAÇÕES

  Existem algumas doenças metabólicas que envolve as discussões que fizemos neste capítulo sobre o Metabolismo do Glicogênio. Discutiremos algumas delas para ciência.

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_______________________________________________________ _______________________________________________________ mada de glicogenose tipo I) talvez seja a mais _______________________________________________________ discutida dentro deste tópico por ser a primeira descoberta e a mais comum. Trata-se de uma _______________________________________________________ doença genética onde o indivíduo não possui a  _______________________________________________________ glicose 6-fosfatase, logo, não conseguem formar _______________________________________________________ glicose livre a partir de glicose 6-fosf 6-fosfato ato e regu- _____________ ____________________________ ______________________________ ____________________________ _____________ lar a glicemia. A maioria das manifestações já se ____________________________ ______________________________ ____________________________ _____________ inicia com 3 a 6 meses de idade e, como conse - _____________ ____________________________ ______________________________ ____________________________ _____________ quência, estes pacientes exibem frequentemente _____________ hipoglicemia, que pode se manifesta manifestarr na infância _____________ ____________________________ ______________________________ ____________________________ _____________ como convulsões; aumento do tamanho abdomi- _____________ ____________________________ ______________________________ ____________________________ _____________ nal, pois o fígado exibe um tamanho muito maior ____________________________ ______________________________ ____________________________ _____________ (hepatomegalia)) tendo em vista o acúmulo de gli- _____________ (hepatomegalia ____________________________ ______________________________ ____________________________ _____________ cogênio que acontece de forma anormal nestes _____________ pacientes. Não existe um tratamento específico _____________ ____________________________ ______________________________ ____________________________ _____________ para esta doença, em geral, é voltado para as _____________ ____________________________ ______________________________ ____________________________ _____________ complicações e garantir uma melhor qualidade ____________________________ ______________________________ ____________________________ _____________ de vida. Estes pacientes normalmente apresen- _____________ ____________________________ ______________________________ ____________________________ _____________ tam uma expectativa de vida que ultrapassa a _____________ terceira década. ____________________________ _____________ ______________________________ ____________________________ _____________ ____________________________ _____________ ______________________________ ____________________________ _____________   Uma outra doença relacionada é a doença ____________________________ ______________________________ ____________________________ _____________ de McArdle (ou glicogenose tipo V), nesta existe _____________ uma ausência da atividade da glicogênio fosfo- _____________ ____________________________ ______________________________ ____________________________ _____________ rilase no músculo, fazendo com que este órgão _____________ ____________________________ ______________________________ ____________________________ _____________ não consiga utilizar o glicogênio de forma ade____________________________ ______________________________ ____________________________ _____________ quada. Logo, em atividade física intensa há do- _____________ ____________________________ ______________________________ ____________________________ _____________ res intensas como cãibras. Como a utilização do _____________ glicogênio muscular não é essencial para a vida _____________ ____________________________ ______________________________ ____________________________ _____________  

    O      Ã     Ç     A     Z     I     R     O     T     U     A     A     I     V      É     R     P       M     E     S     L     A     I     R     E     T     A     M     E     T     S     E     D     L     A     I     C     R     A     P     U     O     L     A     T     O     T     O      Ã     Ç     U     D     O     R     P     E     R     A     A     D     I     B     I     O     R     P

A doença de von Gierke  (também cha-

humana, trata-se de uma doença com menor impacto do que nos pacientes portadores da doença de von Gierke. _______________________________________________________ _______________________________________________________ _______________________________________________________ _______________________________________________________ _______________________________________________________ _______________________________________________________ _______________________________________________________ _______________________________________________________ _______________________________________________________ _____________________________ ______________ ______________________________ ___________________________ ____________ _____________________________ ______________ ______________________________ ___________________________ ____________ _____________________________ ______________ ______________________________ ___________________________ ____________

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Metabolismo de Ácidos Graxos INTRODUÇÃO   Como exposto no capítulo de Metabolismo de Glicogênio, os seres humanos dispõem de formas de armazenamento de diversas macromoléculas: glicose na forma de glicogênio e ácidos graxos na forma de triacilgliceróis (TAG). Estas constituem as principais fontes energéticas de organismos vertebrados suas atividades diárias e por isso, temos trêsnas principais fontes de lipídeos no nosso organismo são: a ingesta alimentar e absorção destes no intestino, a mobilização dos TAG armazenados no tecido adiposo e outros tecidos e a síntese por órgãos capazes de realizar lipogênese (o fígado é o principal).   Você pode estar se perguntand perguntandoo neste momento: qual a real necessidade de possuir mais de uma forma de armazenamento de energia? Não existe apenas um fator, mas alguns que você pode conferir abaixo: (1) Suponha que o nosso organismo conseguisse armazenar energia apenas na forma de glicogênio e um indivíduo tivesse uma das doenças de armazenamento e mobilização do glicogênio. Neste caso, a vida seria quase que incompatível; portanto, é uma segurança metabólica o fato de haver mais de uma forma de armazenar energia. (2) A forma na qual o glicogênio e os TAG são armazenados é muito diferente, diferent e, como já citamos em capítulos anteriores, o glicogênio é armazenado principalmente principalmen te no fígado e músculo e é uma molécula solúvel e altamente hidratada (circundada por água). Já os TAG são armazenados principalmente no tecido adiposo em células chamadas adipócitos, em gotículas lipídicas quase anidras (pouco hidratadas). O fato de o glicogênio ser so-

uma forma muito mais simples; enquanto a mobilização dos TAG requer etapas adicionais para permitir o acesso das enzimas à molécula. Logo, a mobilização de glicogênio é mais rápida e fácil do que a mobilização dos TAG. (3) Os átomos de carbono do glicogênio e dos ácidos graxos apresentam níveis de redução diferentes: os carbonos dos ácidos graxos são muito mais reduzidos do que os carbonos do glicogênio, por isso, uma mesma quantidade de glicogênio fornece menos energia do que uma mesma quantidade de ácidos graxos. Isso é uma vantagem pois os ácidos graxos, por serem pouco hidratados, permite o armazenamento de muito mais energia do que o glicogênio em um espaço muito menor. Assim como o cérebro prefere glicose para sua atividade, alguns tecidos dão preferência para a utilização de ácidos graxos, são eles: fígado, coração e músculo esquelético em repouso. Desta maneira, a mobilização de ácidos graxos e a utilização de energia é balanceada para que os principais suprimentos nunca faltem aos órgãos que necessitam/preferem. Suponha que o coração (um músculo que está a todo momento contraindo) tivesse uma preferência pela utilização da glicose sanguínea, estes níveis seriam sempre reduzidos no sangue e, se não houvesse um sistema eficaz para manter a glicemia por longas horas, ocorreria hipoglicemia e, talvez, até falência cardíaca por falta de substrato energético. Logo, acredite: o metabolismo é estritamente perfeito para que as demandas sejam supridas de maneira adequada e equilibrada.

P  R   O I    B  I    D A  A  R  E  P  R   O D  U    Ç  à  O T   O T  A  L   O  U  P  A  R   C  I    A  L  D E   S  T  E  M A  T  E  R  I    A  L   S  E  M  P  R  É   V  I    A  A   U  T   O R  I    Z  A    Ç  à  O

lúvel faz com que, nos momentos que é necessária sua mobilização para utilização de energia, as enzimas consigam acessar esta molécula de

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  Iniciaremos a nossa discussão falando a respeito dos lipídeos obtidos através da alimentação. Na dieta, costumamos ingerir lipídeos, principalmente na forma de TAG. Estes não podem ser diretamente absorvidos em sua forma original pelo epitélio intestinal e, por isso, é necessário um processamento inicial para que possa ser absorvido pelo intestino. Este processamento consiste em uma degradação enzimática por enzimas denominadas lipases. Devido a sua natureza hidrofílica, as lipases não conseguem acessar facilmente os TAG, sendo necessária uma etapa adicional: a emulsificação das gorduras através da sua mistura com os sais biliares.   Os sais biliares são produzidos a partir do colesterol no fígado e armazenados na vesícula

monoacilglicerois são absorvidos pela mucosa intestinal e, dentro da célula, regeneram os TAG. Por apresentar uma natureza altamente lipídica, os TAG não são transportados em sua forma livre, mas conjugados à outras proteínas para que possam ser devidamente levados aos seus tecidos de origem.   As lipoproteínas  são formadas (como o próprio nome sugere) por uma série de proteínas e lipídeos, e existem várias lipoproteínas lipoproteínas que você provavelmente já ouviu falar: o HDL, o LDL, o VLDL, os quilomícrons, entre outros. A diferença entre os diferentes tipos de lipoproteínas está nas proteínas que os compõe e a quantidade proporcional de seus componentes lipídicos.   Os quilomícrons  são responsáveis por transportar os TAG da dieta para os outros tecidos, mas não apenas, também é capaz de transportar vitaminas lipossolúveis e colesterol da dieta. Sua estrutura proteica apresenta três principais apoproteínas que ditam sua identidade e

biliar.hidrofóbica Apresentame hidrofílica uma natureza anfipática (porções na mesma molécula) e sua função é emulsificar os lipídeos da dieta para formar estruturas que permitam o acesso das enzimas responsáveis pela degradação inicial dos lipídeos na luz intestinal. A presença de gorduras no intestino delgado faz com que ocorra liberação de um hormônio chamado colecistoquinina (CCK), um dos responsáveis pela contração da vesícula biliar, relaxamento do esfíncter de Oddi e secreção dos sais biliares para o intestino. Uma vez misturado com os sais biliares, os TAG da dieta podem ser acessados pelas lipases responsáveis pela sua degradação em ácidos graxos livres, diacilglicerol, monoacilglicerol e glicerol, como você pode conferir na imagem abaixo.   Uma vez degradados, os ácidos graxos e

origem: apo B-48,a apo C-II e apo CC-III (fique calCmo, te explicarei importância a seguir).   Uma vez formados os quilomíc quilomícrons, rons, eles são direcionados aos vasos do sistema linfático para que sejam levados para a corrente sanguínea (lembre-se que os vasos linfáticos desembocam no ducto torácico e no ducto linfático direito, que despejam seu conteúdo no sistema venoso). Uma vez tendo alcançado o sistema sanguíneo, os quilomícrons são transportados até que encontrem vasos capilares nos músculos ou nos adipócitos, onde existe uma enzima chamada lipase lipoproteica, que é ativada pela sua ligação à porção apo C-II do quilomícron e faz com que ocorra novamente a degradação dos triacilgliceróis em ácidos graxos livres e di, mono e gliceróis para que sejam transportados para dentro da célula muscular ou do adipócito. O objetivo do

DIGESTÃO E TRANSPORTE DE LIPÍDEOS

    O      Ã     Ç     A     Z     I     R     O     T     U     A     A     I     V      É     R     P       M     E     S     L     A     I     R     E     T     A     M     E     T     S     E     D     L     A     I     C     R     A     P     U     O     L     A     T     O     T     O      Ã     Ç     U     D     O     R     P     E     R     A     A     D     I     B     I     O     R     P

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adipócito é armazenar energia para disponibilizá-la quando houver necessidade, portanto, ele irá captar estes produtos da lipase e novamente formar TAG para armazenar. Já o músculo, não armazena TAG em condições normais, sua principal função será utilizar estes produtos da lipase para obter energia para suas próprias atividades.   Neste tópico, nosso objetivo foi entender como os lipídeos da dieta são digeridos, absorvidos e levados aos tecidos responsável pelo seu armazenamento ou utilização como fonte energética.

MOBILIZAÇÃO MOBILIZAÇÃ O DOS LIPÍDEOS ARMAZENADOS ARMAZENADOS   Como já dito anteriorm anteriormente, ente, os TAG são armazenados nos adipócitos. Vamos entender agora como ocorre a mobilização dos lipídeos armazenados nos adipócitos e seu transporte para o tecido que o necessita.   Os TAG nos adipócito adipócitoss estão presentes na forma de gotículas de lipídeos circundadas por uma série de proteínas chamadas perilipinas. Quando há necessidade de mobilização dos lipídeos, o organismo leva a liberação de glucagon ou epinefrina, estes hormônios são responsáveis por iniciar o processo de lipólise através da ligação à receptores nos adipócitos, ativação a cascata do AMPc com consequente ativação da proteína cinase A (PKA), que já discutimos anteriormente: uma enzima responsável por realizar a fosforilação de outras proteínas.

Na mobilização dos lipídeos dos adipócitos, a PKA exibe duas principais enzimas à fosforilar: (1) a perilipina, para fazer com que (quando fosforilada) esta proteína permita o acesso das enzimas responsáveis pela degradação dos TAG; e (2) a lipase sensível à hormônio (LSH ou HSL). Quando fosforilada, a perilipina permite que uma enzima chamada triacilglicerol lipase do tecido adiposo (TAGL) acesse a gotícula de lipídeo e inicie a degradação dos TAGs, liberando um ácido graxo e diacilglicerol (DAG). A lipase sensível à hormônio é uma enzima que também está ativa quando fosforilada, e é responsável por degradar o DAG, liberando mais um ácido graxo e monoacilglicerol (MAG). Por fim, o MAG é quebrado pela monoacilglicerol lipase, liberando ácido graxo e glicerol.

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    O      Ã     Ç     A     Z     I     R     O     T     U     A     A     I     V      É     R     P       M     E     S     L     A     I     R     E     T     A     M     E     T     S     E     D     L     A     I     C     R     A     P     U     O     L     A     T     O     T     O      Ã     Ç     U     D     O     R     P     E     R     A     A     D     I     B     I     O     R     P

  Neste passo, perceba que temos todas as partes do triacilglicerol desmembrada: três ácidos graxos e um glicerol. O glicerol é jogado na corrente sanguínea e levado ao fígado onde, através da gliconeogênese, pode formar novas moléculas de glicose (já que o organismo está liberando glucagon, com níveis reduzidos de glicose e/ou mostrando que há uma necessidade da mobilização dos estoques de energia) – reveja o capítulo de gliconeogênese para relembrar como o glicerol entra nesta via. Os ácidos graxos, por sua vez, não podem ser jogados diretamente na corrente sanguínea devido à sua natureza lipídica, por isso, são ligados à uma proteína para tal, esta proteína é a albumina. Quando ligados à albumina, os ácidos graxos podem ser transportados para os tecidos que o preferem como fonte energética, como já discutido anteriormente: fígado, coração e músculo esquelético em repouso.   Neste tópico, você aprendeu como os lipí-

esta reação ocorra, é necessária a hidrólise de uma molécula de ATP, porém, quando a reação acontece, as duas ligações de alta energia do ATP (ligações fosfodiéster) são quebradas por hidrólise e, por isso, dizemos que é consumida uma quantidade de energia equivalente à dois ATPs para a ativação de um ácido graxo.

deos armazenados adipócitos são dos pela lipogênesenos e direcionados aosmobilizadiversos tecidos que o utilizarão como fonte energética.

2 – Uma translocase transporta a acil-carnitina para dentro da mitocôndria.

DEGRADAÇÃO DE ÁCIDOS GRAXOS   Você já viu nos tópicos anteriores como absorvemos os lipídeos da dieta, como armazenamos estes lipídeos e como os lipídeos endógenos são mobilizados para serem utilizados como fonte energética. Neste tópico, você estudará a via bioquímica responsável por degradar os ácidos graxos e levar à formação de energia. Iniciaremos nossa discussão com a degradação de ácidos graxos saturados e com número par de carbonos.

ATIVAÇÃO DOS ÁCIDOS GRAXOS   Pense que, neste momento, temos um ácido graxo que acabou de chegar na célula e está no citoplasma desta. O primeiro passo na degradação de um ácido graxo (acil-graxo) é a sua ativação, que consiste em ligá-lo à uma coenzima A (CoA), o que levará a formação de um acil-CoA

  Uma vez ativado, o acil-CoA graxo precisa ser transportado para dentro da mitocôndria (matriz mitocondrial), onde ocorre efetivamente o processo de degradação do ácido graxo. Este transporte ocorre da seguinte maneira (acompanhe a leitura com a imagem abaixo): 1 – Uma enzima chamada carnitina aciltransferase I (CAT I) catalisa a ligação de uma carnitina ao acil-CoA graxo, liberando a porção CoA para que novas moléculas de ácido graxo possam ser ativadas e formando acil-carnitina  (ácido graxo ligado à carnitina).

3 – Dentro da mitocôndria, uma outra enzima chamada carnitina aciltransferase II (CAT II) é responsável por pegar a acil-carnitina, remover a porção carnitina e adicionar uma nova CoA, regenerando o acil-CoA graxo  só que, desta vez, dentro da matriz mitocondrial. Este processo acima é chamado de ciclo da carnitina. Um detalhe importante é que apenas os ácidos graxos de cadeia longa são transportados na forma de acil-carnitina, pois os ácidos graxos de cadeia média e pequena (C8-C10) conseguem se difundir através das membranas mitocondriais sem intervenção. _______________________________________________________ _______________________________________________________ _______________________________________________________ _______________________________________________________ _______________________________________________________ _______________________________________________________ _______________________________________________________ _______________________________________________________ _______________________________________________________ _____________________________ ______________ ______________________________ ___________________________ ____________ _____________________________ ______________ ______________________________ ___________________________ ____________

graxo. A enzima responsável por catalisar esta reação é a acil-CoA sintetase e está localizada na membrana externa da mitocôndria. Para que www.euentendobioquimica.com.br

 

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DEGRADAÇÃO DE ÁCIDOS GRAXOS SATURADOS E PARES   Uma vez dentro da matriz mitocondrial, o acil-CoA graxo pode sofrer as reações metabólicas que irão levar efetivamente à sua degradação e formação de moléculas que poderão levar a formação de energia. A via metabólica responsável por este processo é chamada β-oxidação (porque as reações de oxidação ocorrerão no carbono β do ácido graxo – reveja no capítulo de Estrutura de Lipídeos a nomenclatura destes). A β-oxidação é um processo que ocorre em ciclos onde, em cada

um, há remoção de duas unidades de carbono do acil-CoA graxo que está sendo oxidado. Cada ciclo é composto por quatro reações químicas catalisada por quatro enzimas diferentes. O mais importante neste ponto é que você saiba o tipo de reação química que acontece em cada ciclo, são elas (em ordem): uma oxidação, uma hidratação, uma nova oxidação e uma tiólise. ___________________________________________________________________________ _________________________________________________ ____________________________________________________ _______________________________________ _____________ _________________________________________________ _______________________ ____________________________________________________ ____________________________________________________ _______________________________________ _____________ _________________________________________________ _______________________ ____________________________________________________ ____________________________________________________ _______________________________________ _____________ _________________________________________________ _______________________ ____________________________________________________ ____________________________________________________ _______________________________________ _____________ _________________________________________________ _______________________ ____________________________________________________ ____________________________________________________ _______________________________________ _____________ _________________________________________________ _______________________ ____________________________________________________ ____________________________________________________ _______________________________________ _____________ _________________________________________________ _______________________ ____________________________________________________ ____________________________________________________ _______________________________________ _____________ _________________________________________________ _______________________ ____________________________________________________ ____________________________________________________ _______________________________________ _____________ _________________________________________________ _______________________ ____________________________________________________ ____________________________________________________ _______________________________________ _____________ _________________________________________________ _______________________ ____________________________________________________ ____________________________________________________ _______________________________________ _____________ _________________________________________________ _______________________ ____________________________________________________ ____________________________________________________ _______________________________________ _____________ _________________________________________________ _______________________ ____________________________________________________ ____________________________________________________ _______________________________________ _____________ _________________________________________________ _______________________ ____________________________________________________ ____________________________________________________ _______________________________________ _____________ _________________________________________________ _______________________ ____________________________________________________ ____________________________________________________ _______________________________________ _____________ ___________________________________________________________________________ _________________________________________________ ____________________________________________________ _______________________________________ _____________ _________________________________________________ _______________________ ____________________________________________________ ____________________________________________________ _______________________________________ _____________

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    O      Ã     Ç     A     Z     I     R     O     T     U     A     A     I     V      É     R     P       M     E     S     L     A     I     R     E     T     A     M     E     T     S     E     D     L     A     I     C     R     A     P     U     O     L     A     T     O     T     O      Ã     Ç     U     D     O     R     P     E     R     A     A     D     I     B     I     O     R     P

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  Os ciclos da β-oxidação levarão à formação de 1 FADH2, 1 NADH e 1 Acetil-CoA cada um. Estes são os compostos que serão utilizados para formação de energia. Como você já sabe, o FADH 2 e

o NADH são direcionados à cadeia transportadora de elétrons, enquanto o Acetil-CoA é direcionado

ao ciclo de Krebs para que leve sejam colhidos elétrons na forma de FADH2 e NADH e estes possam

levar à formação de energia. Estudaremos agora com mais detalhes cada uma das reações discutidas e suas enzimas.

ETAPA 1: primeira oxidação - A primeira etapa da β-oxidação é uma oxidação, que ocorre por meio da atividade de uma enzima chamada Acil-CoA desidrogenase. Esta enzima é responsável por remover elétrons na forma de FADH2 da molécula de acil-CoA graxo. ETAPA 2: hidratação – A segunda etapa da β-oxidaçã β-oxidação o é uma hidratação, que ocorre pela atividade da Enoil-CoA hidratase. Esta reação é importante pois remove a dupla ligação que é criada na primeira etapa e permite que as etapas seguintes ocorram. ETAPA 3: segunda oxidação – A terceira etapa da β-oxidaçã β-oxidação o é uma segunda oxidação, catalisada pela β-hidroxiacil-CoA desidrogenase, que também remove elétrons, porém na forma de NADH. ETAPA 4: tiólise – A quarta e última etapa da β-oxidação é uma tiólise, que ocorre ocorre por ação da tiolase, que emprega o uso de uma CoA para remover dois carbonos do acil-CoA graxo na forma de acetil-CoA.   Este ciclo se repete até que o acil-CoA graxo apresente quatro carbonos. Nesta última etapa, as reações são as mesmas, exceto por, na última etapa, ocorrer a liberação de duas moléculas de acetil-CoA, pois o acil-CoA graxo restante já é uma molécula de acetil-CoA. Acompanhe a imagem abaixo para entender a β-oxidação de um ácido graxo com 16 carbonos (o palmitato). Perceba que existem 7 ciclos onde, nos 6 primeiros há formação de 1 FADH2, 1 NADH e 1 Acetil-CoA por ciclo e, no último, há formação de 1 FADH2, 1 NADH e 2 Acetil-CoA, resultando em um saldo final de 7 FADH2, 7

NADH e 8 Acetil-CoA. Acompanhe a imagem a seguir para entender melhor o exposto.

P  R   O I    B  I    D A  A  R  E  P  R   O D  U    Ç  à  O T   O T  A  L   O  U  P  A  R   C  I    A  L  D E   S  T  E  M A  T  E  R  I    A  L   S  E  M  P  R  É   V  I    A  A   U  T   O R  I    Z  A    Ç  à  O

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Agora que você já sabe como ocorre a

β-oxidação de um ácido graxo, é necessário que

você entenda como acontece o cálculo do saldo de ATPs neste processo, portanto, vamos continuar com o exemplo do palmitato (C16). Lembre-

-se que 1 FADH2 equivale à 1,5 ATPs e 1 NADH equivale a 2,5 ATPs. O Acetil-CoA, quando no ciclo de Krebs, leva à formação de 3 NADH, 1 FADH2

e 1 GTP (equivalente à 1 ATP), portanto, ao calcularmos, percebemos que 1 acetil-CoA equivale à 10 ATPs. Para a oxidação completa de um ácido

graxo de 16 carbonos, o palmitato, a produção de FADH2, NADH e Acetil-CoA levarão a uma for    O      Ã     Ç     A     Z     I     R     O     T     U     A     A     I     V      É     R     P       M     E     S     L     A     I     R     E     T     A     M     E     T     S     E     D     L     A     I     C     R     A     P     U     O     L     A     T     O     T     O      Ã     Ç     U     D     O     R     P     E     R     A     A     D     I     B     I     O     R     P

mação de 108 ATPs na cadeia transportadora de elétrons; porém, é necessário recordar que a ativação do ácido graxo consome duas ligações fosfodiéster de uma molécula de ATP (portanto, um gasto equivalente à dois ATPs), e esta precisa ser descontada para que seja calculado o saldo final de ATPs. Como você pode perceber na imagem saldo de ATPs para a β-oxidação com acima, pleta doo palmitato é de 106 ATPs.

DEGRADAÇÃO DE ÁCIDOS GRAXOS GRAXO S SATURAD S ATURADOS OS E ÍMPARES   A discussão anterior foi feita para um ácido graxo totalmente saturado e com número de carbonos pares, porém, na nossa dieta, podem existir ácidos graxos com número ímpar de carbonos e estes deverão ser também digeridos para que levem à formação de energia.  

Os ciclos da β-oxidaçã β-oxidação o de ácidos graxos

pares e ímpares os mesmos, suem as mesmas são quatro etapas queambos foramposexpostas anteriormente. A diferença ocorre apenas no último ciclo: enquanto o último ciclo de um ácido graxo com número de carbonos par gera 1 acetil-CoA extra (totalizando 2 acetil-CoA), no último ciclo da β-oxidação de um ácido graxo com

número de carbono ímpar haverá a formação de 1 propionil-CoA, totalizando 1 acetil-CoA + 1 propionil-CoA no último ciclo).   Este proprionil-Co proprionil-CoA A é convertido em succinil-CoA, um intermediário do ciclo de Krebs, por três enzimas: - A primeira enzima responsável por esse processo de conversão é a propionil-CoA carboxilase, ela é responsável por catalisar a carboxilação do propionil-CoA em metilmalonil-CoA. Este é

- A segunda enzima, a metilmalonil-CoA epimerase, é responsável por catalisar a epimerização do d-metilmalonil-CoA em L-metilmalonil-CoA, para que a próxima enzima consiga catalisar sua reação. - A terceira e última enzima responsável por este processo nas mutase), é a que rearranja os átomos (oumetilapemetilmalonil-CoA mutasedo malonil-CoA para que forme succinil-CoA. Para esta reação, a enzima requer o grupo prostético cianocobalamina, cianocobala mina, derivado da vitamina B12.   Este processo de conversão leva a formação de um succinil-CoA por metilmalonil-CoA. Este succinil-CoA é um intermediário do ciclo de Krebs e, neste, leva à formação de 1 GTP (equivalente à 1 ATP), um FADH2 e um NADH, ou seja, cada succinil-CoA equivale à 5 ATPs.

O saldo deverá ser calculado subtraindo um equivalente à 2 ATPs da ativação do ácido graxo e 1 ATP da conversão de propionil-CoA para succinil-CoA. Acompanhe a imagem a seguir para entender melhor os cálculos. _______________________________________________________ _______________________________________________________ _______________________________________________________ _______________________________________________________ _______________________________________________________ _______________________________________________________ _______________________________________________________ _______________________________________________________ _______________________________________________________ _____________________________ ______________ ______________________________ ___________________________ ____________ ____________________________________________ _____________________________ ___________________________ ____________ _____________________________ ______________ ______________________________ ___________________________ ____________ _____________________________ ______________ ______________________________ ___________________________ ____________ _____________________________ ______________ ______________________________ ___________________________ ____________ _____________________________ ______________ ______________________________ ___________________________ ____________ _____________________________ ______________ ______________________________ ___________________________ ____________ _____________________________ ______________ ______________________________ ___________________________ ____________ _____________________________ ______________ ______________________________ ___________________________ ____________ _____________________________ ______________ ______________________________ ___________________________ ____________ _____________________________ ______________ ______________________________ ___________________________ ____________ _____________________________ ______________ ______________________________ ___________________________ ____________ _____________________________ ______________ ______________________________ ___________________________ ____________ ______________ _____________________________ ______________________________ ___________________________ ____________ _____________________________ ______________ ______________________________ ___________________________ ____________

um processo que gasta 1 ATP e, para ação da en zima, necessita do grupo prostético biotina, derivada da vitamina B7.

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DEGRADAÇÃO DE ÁCIDOS GRAXOS INSATURADOS

PEROXISSOMOS E DEGRADAÇÃO DE ÁCIDOS GRAXOS

  Agora que você já sabe como os ácidos graxos saturados são oxidados, iremos entender um pouco mais sobre como ocorre a oxidação dos ácidos graxos insaturados.

Os peroxissomos são organelas celulares capazes de realizar uma degradação parcial dos ácidos graxos para que estes possam entrar mais facilmente nas mitocôndrias e serem degradados. Estas organelas contêm enzimas responsáveis por encurtar as cadeias através da transfe-

 ma importância Os ácidospara graxos saturados são no de extrealgumas funções nosso organismo, como já discutimos anteriormente, existem ácidos graxos polinsaturados como o ômega-3, ômega-6 e outros que são importantes

em funções fisiológicas e, também, como componente de membranas celulares. O excesso destes ácidos graxos que não são necessários para outras funções, é encaminhado para degradação, assim como os outros.   A degradação destes ácidos graxos requer as mesmas quatro etapas da β-oxidação,

porém, quando encontra uma insaturação, algumas enzimas são responsáveis por catalisar os passos adicionais. A oxidação de ácidos graxos insaturados com número par de carbonos precisará de uma redutase e uma isomerase, enquanto a oxidação de ácidos graxos insaturados com

rência de elétrons para o FADH2 e para o O2, o

que gera um radical livre H2O2. Neste caso, não é um problema pois estas organelas apresentam altas concentrações de catalase para degradar o H2O2 em O2 + H2O. Existe uma doença, chamada Síndrome de Zellweger que leva à anormalidades hepáticas, renais e musculares devido a ausência dos peroxissomos na célula.

P  R   O I    B  I    D A  A  R  E  P  R   O D  U    Ç  à  O T   O T  A  L   O  U  P  A  R   C  I    A  L  D E   S  T  E  M A  T  E  R  I    A  L   S  E  M  P  R  É   V  I    A  A   U  T   O R  I    Z  A    Ç  à  O

número ímpar de carbonos precisará de uma redutase apenas.

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CORPOS CETÔNICOS   Como você deve lembrar de capítulos anteriores, a degradação de acetil-CoA depende da presença de oxaloacetato para que o ciclo se

    O      Ã     Ç     A     Z     I     R     O     T     U     A     A     I     V      É     R     P       M     E     S     L     A     I     R     E     T     A     M     E     T     S     E     D     L     A     I     C     R     A     P     U     O     L     A     T     O     T     O      Ã     Ç     U     D     O     R     P     E     R     A     A     D     I     B     I     O     R     P

concretize concretize. gliconeogênese, gliconeogênese que o atraoxaloacetato é. Na sintetizado a partir, vimos do piruvato vés da enzima piruvato carboxilase, uma reação anaplerótica (reação que repõe intermediários) do ciclo de Krebs. Quando a degradação de ácidos graxos é intensa, ocorre a formação de uma quantidade muito grande de acetil-CoA. Se não houver oxaloacetato suficiente para sua degradação, o acetil-CoA é direcionado à síntese de corpos cetônicos  no fígado. Os corpos cetônicos são formas solúveis de transporte através do sangue de acetil-CoA para outros tecidos, que poderão utilizar este como fonte energética; alguns tecidos, até mesmo, preferem a utilização de corpos cetônicos à outras fontes, como o músculo cardíaco, por exemplo.   São três as formas de corpos cetônicos cetônicos:: β-hidroxibutirato, acetoacetato  e acetona. Vamos ver as reações que levam à síntese destes. Acompanhe na imagem abaixo para entender mais facilmente a síntese dos corpos cetônicos.

ETAPA 1 – uma enzima, chamada tiolase  é responsávell por unir 2 acetil-CoA, levando a formaponsáve ção de acetoacetil-CoA. ETAPA2– ocorre a síntese de β-hidroximetilglutarilCoA (ou HMG-CoA) através da enzima HMG-CoA sintase.

tes diabéticos descompensados), o acetil-CoA é direcionado à síntese de corpos cetônicos. Como os compostos são ácidos, há uma redução do pH sanguíneo, o que é prejudicial para os tecidos, principalmente o sistema nervoso, e pode ser fatal se não for rapidamente diagnosticado e tratado. Este quadro é mais comum em indivíduos diabéticos mellitus tipo I em abertura de quadro clínico da doença, pois há uma intensa resposta catabólica nos mesmos pela ausência da insulina. A base da dieta cetogênica é a não ingestão de carboidratos para que possa haver lipólise e β-oxidação, porém os mecanismos desta

dieta vão além da simples formação de corpos cetônicos. Os tecidos que são capazes de utilizar corpos cetônicos como fonte energética (principalmente o córtex renal e o músculo cardíaco) captam estas espécies do sangue e degradam em acetil-CoA para que utilizem como fonte de energia.  empregadas Para retornar à forma deCoA acetil-CoA, acetil-C oA, são  duas enzimas: uma transferase e uma tiolase que, a partir do acetoacetato, regeneram as duas unidades de Acetil-CoA.

SÍNTESE DE ÁCIDOS GRAXOS   Os ácidos graxos constit constituem uem uma importante fonte energética para o nosso organismo, além de servir como precursores de outras biomoléculas. Em geral, nosso organismo não apresenta uma necessidade intensa de síntese de

  A partir do acetoacetato acetoacetato,, pode ocorrer a formação de acetona pela acetoacetato decarboxilase ou de β-hidroxibutirato a partir da β-hidroxibutirato desidrogenase. desidrogenase. Estes produtos são direcionados à corrente sanguínea e podem seguir para outros tecidos. A acetona, por sua vez, é um composto volátil e normalmente é exalado através dos pulmões, o que leva a percepção de um hálito cetônico. Indivíduos portadores de diabe-

ácidos graxos pois, quantidade de gorduras obtemos através daanossa dieta costuma ser que suficiente para suprir as necessidades das células.   Com toda certeza você já sabe que, caso a ingesta alimentar de um indivíduo ultrapasse a quantidade de calorias que este necessita, esta energia poderá ser armazenada nas diferentes formas de armazenamento de energia que possuímos. Primeiramente, o organismo tem como preferência repor os estoques de glicogênio nas células, tendo em vista que é uma fonte de energia muito mais facilmente mobilizada quando há necessidade. Logo após, se ainda houver fontes

tes nãochamado controlados podem entrar em um quadro clínico cetoacidose diabética , onde há

energéticas,Como esta jápoderá ser anteriormente, armazenada nos adipócitos. dissemos os

ETAPA 3 – ocorre uma clivagem do HMG-CoA em acetoacetato, através da HMG-CoA liase.

adipócitos são células especializadas em armazenar triacilgliceróis (uma molécula que contém 1 glicerol e 3 ácidos graxos em sua estrutura),

uma intensa quebra de ácidos graxos, porém, por não haver oxaloacetato (pois este, no fígado, está sendo utilizado pela gliconeogênese em pacien-

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seu citoplasma é composto quase que completamente por lipídeos armazenados armazenados..

uma hidratação, uma nova oxidação e uma tiólise; na síntese teremos: uma condensação, uma redução, uma desidratação e uma nova redução.   A síntese de ácidos graxos ocorre prin- Assim como na degradação, os ciclos de β-oxi cipalmente nos hepatócitos  e adipócitos. É uma dação levavam a diminuição da cadeia em duas via que ocorre no citoplasma e as enzimas es- unidades de carbono, a síntese de ácidos graxos tão unidas através de um complexo enzimático ocorrerá pela adição em ciclos de duas unidades que chamamos de complexo ácido graxo sintase  de carbonos. Vamos estudar, agora, com mais (AGS). O objetivo inicial deste complexo é utilizar detalhes as reações da síntese de ácidos graxos. o excesso de acetil-CoA para formar um ácido graxo de 16 carbonos (o palmitato). Se a formação de ácidos graxos maiores do que C16 ou com

duplas ligações forem necessárias, outras enzimas além da ácido graxo sintase serão mobilizadas para alongar este lipídeo. Logo, a ácido graxo sintase sintetiza palmitato a partir de acetil-CoA. A síntese de ácidos graxos é um processo quase que o oposto do processo de degrada-

 TRANSPORTE  TRANSP ORTE DE ACETIL ACETIL-CO COA A

  Como dissemos anteriormente anteriormente,, a síntese de ácidos graxos é uma via citoplasmática e ocorre a partir do acetil-CoA. Porém, a síntese de acetil-CoA ocorre na matriz mitocondrial, através do complexo piruvato desidrogenase

P  R   O I    B  I    D A  A  R  E  P  R   O D  U    Ç  à  O T   O T  A  L   O  U  P  A  R   C  I    A  L  D E   S  T  E  M A  T  E  R  I    A  L   S  E  M  P  R  É   V  I    A  A   U  T   O R  I    Z  A    Ç  à  O

ção (mas não é igual). Também ocorre em quatro etapas e que são antagônicas às da degradação. Enquanto na degradação tínhamos uma oxidação oxidação,,

(PDH). Logo, é necessário um sistema de trans porte para levar o acetil-CoA da matriz para o citoplasma.

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Um conjunto de transportador transportadores es presentes na membrana mitocondrial é responsá responsável vel por este transporte. Para que este processo fique mais claro, utilizarei de tópicos para explicar estes passos: - A primeira etapa para que o transporte ocorra é a formaçã formaçãoo de citrato, a primeira etapa do ciclo de Krebs. O acetil-CoA condensa-se com o oxaloacetato através através da citrato-sintase, formando citrato. - Um transportador de citrato na membrana mitocondrial permite a saída desde para o citoplasma. - No citoplasma, uma citrato-liase é responsável por clivar o citrato, regenerando oxaloacetato e acetil-CoA, desta vez no citoplasma. Neste ponto, já temos o nosso objeto de interesse: acetil-CoA no citoplasma. Porém, não para por aí. Se parasse parasse,, as reservas de oxaloacetato mitocondrial seriam constantemente consumidas e, portanto, é necessário retornar com o oxaloacetato para dentro da matriz mitocondrial. Existem duas formas de fazer isso, como você pode conferir na imagem a seguir, porém, uma destas formas é extremamente vantajosa pois leva à formação de NADPH citoplasmático, que será necessário para uma das etapas da síntese do ácido graxo:     O      Ã     Ç     A     Z     I     R     O     T     U     A     A     I     V      É     R     P       M     E     S     L     A     I     R     E     T     A     M     E     T     S     E     D     L     A     I     C     R     A     P     U     O     L     A     T     O     T     O      Ã     Ç     U     D     O     R     P     E     R     A     A     D     I     B     I     O     R     P

(1) uma malato desidrogenase reduz o oxaloacetato em malato utilizando NADPH. A seguir, uma enzima málica é responsável por catalisar uma descarboxilação oxidativa do malato à piruvato, o que leva à formação de CO2 e NADPH. O piruvato apresenta um, transportador na membrana mitocondrial, permitindo que este entre nesta. Nas mitocôndrias existe uma enzima chamada piruvato carboxilase, que regenera oxaloacetato a partir de piruvato com gasto energético e emprego de CO2. Esta enzima catalisa o que chamamos de uma reação anaplerótica, que são reações responsáveis por repor intermediários das vias metabólicas.

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  Neste ponto, temos o acetil-CoA no citoplasma pronto para iniciar a síntese e o oxaloacetato regenerado dentro da mitocôndria, pronto para trazer mais acetil-CoA para o citoplasma. Este meio de transporte supre 8 dos 14 NADPHs que serão necessários na síntese do ácido graxo.

SÍNTESE DE MALONIL-CO COA A   A cadeia de ácido graxo crescerá em duas unidades de carbono por ciclo, o substrato para este crescimento é o malonil-CoA, um composto com três carbonos. Você pode estar se perguntando o motivo pelo qual a cadeia cresce em dois carbonos se é adicionado um composto com três t rês carbonos, a resposta é simples: durante as reações da síntese ocorre saída de um CO2.   A enzima responsável pela síntese de malonil-CoA é a acetil-CoA carboxilas carboxilasee (ACACA), uma enzima que utiliza o grupo prostético biotina (derivado da vitamina B7) para sua ação. Ela é responsável por catalisar a síntese de malonil-CoA a partir de 1 acetil-CoA e um HCO3- (que é a forma ativada do CO2), com gasto energético de um ATP. Acetil-CoA + HCO3- + ATP --> Malonil-CoA   Este passo é essencial na síntese e será o principal ponto de regulação que estudaremos adiante.   O próximo passo é preparar os substratos para o alongamento do ácido graxo que será sintetizado. A fase de alongamento se dá através da condensação um acetil-ACP com um malonil-ACP, que sãodesintetizados a partir do acetil-CoA e do malonil-CoA respectivamente. respectivamente. A proteína carreadora de acilas (ACP) é um grupo prostético requerido para que os intermediários possam ser utilizados na síntese. A troca da porção CoA pela porção ACP da acetil-CoA ocorre através da ação de uma enzima chamada acetil transacetilase.  Acetil-CoA + ACP --> Acetil-ACP + CoA   Uma malonil transacetilase  é responsável por trocar a porção CoA pela porção ACP do malonil-CoA.

FASE FA SE DE ALONGAMENTO   A fase de alongamento é sintetizada pelo complexo ácido graxo sintase (AGS). Esta fase ocorre em quatro etapas, como já dito anteriormente, e serão utilizadas aqui apenas para fins didáticos:

1ª ETAPA – CONDENSAÇÃO: a primeira etapa é a condensação do acetil-ACP (C2) com o malonil-ACP (C3). Esta etapa é catalisada pela porção β-cetoacil sintase  da AGS. Há liberação de um carbono na forma de CO2, o que gera, ao final da reação, o acetoacetil-ACP  (C4). 2ª ETAPA – REDUÇÃO: esta etapa é responsável por reduzir o acetoacetil-ACP em d-3-hidroxibutiril. Para que esta reação ocorra é necessário o envolvimento de uma molécula que seja capaz de doar seus elétrons para o acetoacetil-ACP, esta molécula o NADPH estudamos na viacomo das pentoses éfosfato, um, que composto utilizado poder redutor nas reações de biossínteses. Esta etapa é catalisada pela porção 3-hidroxiacil redutase da AGS.

3ª ETAPA – DESIDRATAÇÃO: nesta etapa, ocorre a desidratação do d-3-hidroxibutiril, que leva a inserção de uma dupla ligação na molécula. Esta etapa é catalisada pela porção 3-hidroxiacil desidratase da AGS, dando origem à crotonil-ACP. 4ª ETAPA – REDUÇÃO: RE DUÇÃO: a última etapa é responsável por reduzir o crotonil-ACP em butiril ACP empregando, também, a utilização do NADPH como poder redutor. Ao final destas quatro etapas temos o butiril-ACP. Estas etapas continuam se repetindo com adições de unidades de 2 carbonos, através do malonil-ACP, até que se atinja um total t otal de 16 carbonos (palmitato) na molécula de ácido graxo. Ao atingir 16 carbonos, uma tioesterase cliva a porção ACP e libera o palmitato e a porção ACP. Para a síntese de palmitato, portanto, são necessários: 8 acetil-CoA, 14 NADPH e 7 ATPs. Caso seja necessário o alongamento além de 16

carbonos ou a inserção de duplas ligações, o áci-

P  R   O I    B  I    D A  A  R  E  P  R   O D  U    Ç  à  O T   O T  A  L   O  U  P  A  R   C  I    A  L  D E   S  T  E  M A  T  E  R  I    A  L   S  E  M  P  R  É   V  I    A  A   U  T   O R  I    Z  A    Ç  à  O

do graxo é direcionado ao reticulo endoplasmáti co, onde outras enzimas serão responsáveis por este processo.

Malonil-CoA + ACP --> Malonil-ACP + CoA

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REGULAÇÃ REGULAÇÃO O DO METABOLISMO   Antes de tentar gravar como ocorre o processo de regulação das vias metabólicas, você precisa raciocinar para que tudo fique muito mais

    O      Ã     Ç     A     Z     I     R     O     T     U     A     A     I     V      É     R     P       M     E     S     L     A     I     R     E     T     A     M     E     T     S     E     D     L     A     I     C     R     A     P     U     O     L     A     T     O     T     O      Ã     Ç     U     D     O     R     P     E     R     A     A     D     I     B     I     O     R     P

fácil, por isso, irei te mostrar como eu sigo umaa linha de raciocínio para entender como ocorre regulação desta e de todas as vias metabólicas.   Para que você entenda qual via será ativada ou desativada, é necessário saber qual é a condição metabólica daquele organismo. Começaremos pensando em um indivíduo que acabou de se alimentar. O organismo deste indivíduo está com fontes energéticas abundantes, o que levará a liberação de insulina e, caso a ingesta tenha sido superior ao necessário para as necessidades metabólicas, o excesso de fonte energética ingerida será armazenado, tanto na forma de glicogênio quanto na forma de ácido graxo; logo, após uma dieta rica em calorias, as fontes energéticas são abundantes e a síntese de ácidos graxos é ativada.   Por outro lado, ao acordar ou ao praticar exercícios físicos, as fontes energéticas tornam-se escassas, levando à uma necessidade de mobilizar as reservas de energia possíveis. Neste caso, ocorre a liberação do glucagon e da epinefrina (que já discutimos anteriormente na seção de mobilização de lipídeos armazenados), neste caso, ocorrerá a mobilização dos TAGs com consequente exportação para o músculo para que este degrade os ácidos graxos e extraia energia a partir deste. Ao entender a situação metabólica do organismo, você sabe qual via será ativada ou inibida, o que torna mais fácil o seu estudo mais detalhado sobre umaenvolvidos das enzimas e dos intermediários quecada estarão neste.

SÍNTESE   A acetil-CoA carboxilas carboxilasee  (ACACA) é uma enzima envolvida na produção de malonil-CoA para que ocorra a síntese de ácidos graxos. Esta enzima é passível de regulação por fosforilação, de modo que: quando fosforilada, a ACACA estará inativa; e quando desfosforilada , estará ativa. Existem duas proteínas responsáveis por esta transição de estados da ACACA:

célula está em um estado catabólico, precisando de energia. Por isso, o AMP ativa a AMPK, responsável por fosforilar a ACACA e inibir esta enzima, inibindo, assim, a síntese de ácidos graxos. Por outro lado, o ATP é responsável por inativar a AMPK, fazendo com que a fosforilação da ACACA seja parada e permite que outras enzimas atuem sobre ela. (2) Proteína fosfatase: esta proteína é ativada mediante a resposta celular deflagrada pela presença de insulina. A fosfatase é responsável por remover o fosfato da ACACA e permite que esta enzima execute a sua função. Portanto, a atividade da proteína fosfatase ativa a ACACA e favorece a síntese de ácidos graxos.   O citrato  é um modulador alostérico da ACACA, pois é capaz de se ligar a esta e torná-la um pouco mais ativa, fazendo com que exista atividade desta. Lembre-se que o citrato está presente quando ATP e acetil-CoA estão em concentrações abundantes dentro da célula, ou seja, quando fontes energéticas são abundantes, portanto,as a ativação da ACACA por citrato, ativando a síntese de ácidos graxos, é totalmente explicada.

DEGRADAÇÃO   Lembre-se que uma das etapas importantes para a degradação dos ácidos graxos é o transporte deste para a matriz mitocondrial através do ciclo da carnitina. O malonil-CoA, produzido pela acetil-CoA carboxilase (uma enzima da síntese de ácidos graxos), é capaz de inibir um intermediário do ciclo da carnitina: a carnitina aciltransferase I. Portanto, o malonil-CoA inibe a degradação dos ácidos graxos, o que é totalmente compatível pelo seguinte motivo: o excesso de fontes energéticas levará à produção de acetil-CoA que, caso não seja necessário, será direcionado à síntese de reservas energéticas. O malonil-CoA é sintetizado a partir do acetil-CoA quando este está em excesso, portanto, neste momento é necessário desativar a degradação de ácidos graxos e ativar a síntese destes ácidos graxos.   Quando os níveis de glicose sanguíneo estão baixos, ocorre a liberação do glucagon que, por meio da sua cascata, leva à ativação da PKA

(1) AMPK. Estessua sãoatividade. responsáveis por fosforilar responsáveis Proteína cinase dependente ACACA e inibir PKA) : é ativada quando os níveisdedeAMP AMP(AMPK/  estão ae da

altos. Lembre-se que o AMP é um produto da degradação do ATP, ou seja, quando as concentrações de AMP são altas, podemos entender que a

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SÍNTESE SÍNT ESE DE OUTROS LIPÍDEOS LIPÍDEOS

COLESTEROL   O colesterol é um lipídeo com 27 carbonos que tem grande importância nas respostas fisiológicas do organismo através da síntese de muitos hormônios esteroides, é responsável por compor membranas e regular a como sua fluidez e por dar origem a outros compostos os sais biliares. A síntese de colesterol ocorre a partir do acetil-CoA e ocorre em três etapas.

1ª ETAPA: para esta etapa, é necessário acetil-CoA (sintetizado pelo complexo da piruvato desidrogenase) e acetoacetil-CoA que, como já discutimos no tópico sobre corpos cetônicos, é sintetizado pela tiolase. Estes dois são metabolizados pela HMG-CoA sintase (também discutida anteriormente na síntese de corpos cetônicos) para formar HMG-CoA. A partir daí, ocorrem passos diferentes: na via para síntese de colesterol, o HMGHMG-CoA é reduzido por uma HMG HMG--CoA

tras enzimas e, com o gasto de três ATPs, leva à formação final de isopentenil pirofosfato.

2ª ETAPA: nesta etapa, seis moléculas de isopentenil pirofosfato são utilizadas e metabolizadas por duas enzimas: geranil trasnferase e esqualeno sintase; para levar à formação final de esqualeno. 3ª ETAPA: nesta última etapa, o esqualeno é ciclizado pela oxido-esquale oxido-esqualeno no ciclase, consumindo O2 eocorrem NADPH,19para formar A partirà lanosterol deste, reações químicas que. levam síntese final de colesterol.   Para entender a síntese de colesterol, foque sempre nos três produtos principais: mevalonato, esqualeno e lanosterol.   A regulação da síntese de colesterol depende diretamente da quantidade de colesterol ingerida pelo indivíduo. A principal enzima responsável pela regulação é a HMG-CoA redutase. Esta enzima pode ser regulada por fosforilação, levando à sua inibição, quanto por transcrição gênica. Além disso, esta enzima também é regulada pela presença de AMP: quando em altas concentrações, menor a velocidade da síntese de

P  R   O I    B  I    D A  A  R  E  P  R   O D  U    Ç  à  O T   O T  A  L   O  U  P  A  R   C  I    A  L  D E   S  T  E  M A  T  E  R  I    A  L   S  E  M  P  R  É   V  I    A  A   U  T   O R  I    Z  A    Ç  à  O

redutase levando à síntese de mevalonato . Esta etapa é a principal etapa regulada na síntese do colesterol. O mevalonato é metabolizado por ou-

colesterol. Algumas medicações, como as estatinas, como a sinvastatina, atorvastatina, entre outras,

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utilizadas em pacientes com hipercolester hipercolesterolemia olemia (colesterol alto), são responsáveis por inibir a síntese de mevalonato através da inibição da HMG-CoA redutase. Uma curiosidade é que estas medicações normalmente são administradas administradas a noite, pois a atividade da HMG-CoA redutase é maior durante este período. Portanto, Portanto, a síntese de colesterol também é maior a noite.

    O      Ã     Ç     A     Z     I     R     O     T     U     A     A     I     V      É     R     P       M     E     S     L     A     I     R     E     T     A     M     E     T     S     E     D     L     A     I     C     R     A     P     U     O     L     A     T     O     T     O      Ã     Ç     U     D     O     R     P     E     R     A     A     D     I     B     I     O     R     P

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Meta Metabol bolism ismoo de Aminoácidos DEGRADAÇÃO DE AMINOÁCIDOS P  R   O I    B  I    D A  A  R  E  P  R   O D  U    Ç  à  O T   O T  A  L   O  U  P  A  R   C  I    A  L  D E   S  T  E  M A  T  E  R  I    A  L   S  E  M  P  R  É   V  I    A  A   U  T   O R  I    Z  A    Ç  à  O

Você já estudou nas aulas anteriores, as vias que degradam os ácidos graxos e os carboidratos, levando à produção de ATP. Os aminoácidos, que compõem as proteínas, fazem parte da última classe de macromoléculas do nosso estudo que podem ser utilizadas para obtenção de energia no metabolismo. São três as situações em que o nosso organismo degrada aminoácidos: (1) Na degradação de proteínas “velhas” presentes nas células. (2) Em dietas hiperproteicas, quando a quantidade de proteína ingerida ultrapassa as necessidades do organismo. (3) Durante o jejum prolongado, diabetes melito não controlado e na desnutrição.

RENOVAÇÃO PROTEICA As proteínas celulares possuem, também, sua duração. Quando não são mais requeridas pela célula ou quando defeituosas, são encaminhadas para a degradação. Você deve estar se perguntando: como o organismo sabe quais proteínas celulares devem ser degradadas? degradada s? A resposta e simples: pela ubiquitina. As nossas células possuem um mecanismo para marcar e encaminhar proteínas celulares para reciclagem, por meio da degradação mediada pela ubiquitina.  A ubiquitina é uma proteína responsável por se ligar à estas proteínas alvo (que devem ser degradadas), marcando-as. Quando ligadas à ubiquitina, as células entendem que precisam degradar este complexo ubiquitina-proteina alvo e encaminha ao grande “triturador” de proteínas, chamado proteassomo. Vamos Vamos descrever com um pouco mais de detalhes estes processos.

E3 (ligases). Atente-se ao nome entre parênteses, pois eles demonstram o que estas enzimas realizarão. (1) Para que possa se ligar às proteínas a ubiquitina precisa estar ativada; quem realiza a ativação da

ubiquitina é a enzima E1. Este é um processo que gasta 1 ATP e libera AMP + PPi. (2) Após ativar, a ubiquitina é encaminhada à reação da enzima E2, que é responsável por “melhorar” a

A ligação da ubiquitina à proteína é um processo que gasta ATP e envolve a utilização de três enzimas: E1 (enzimas ativadoras), E2 (enzimas conjugadoras) e

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    O      Ã     Ç     A     Z     I     R     O     T     U     A     A     I     V      É     R     P       M     E     S     L     A     I     R     E     T     A     M     E     T     S     E     D     L     A     I     C     R     A     P     U     O     L     A     T     O     T     O      Ã     Ç     U     D     O     R     P     E     R     A     A     D     I     B     I     O     R     P

estrutura desta ubiquitina ativada e permitir que esta seja ligada à proteína. (3) Por fim, a enzima E3 é a responsável por ligar à ubiquitina na proteína alvo (ligando-a sempre à uma extremidade amino de uma lisina (Lys) da proteína alvo). Neste momento, temos uma complexo ubiquitinaproteína alvo ou proteína ubiquitinada. Neste ponto, ainda não houve degradação da proteína alvo, apenas uma ubiquitinação, que marcou e mostrou que uma proteína deve ser degradada. Quando formadas, as proteínas ubiquitinadas entram no proteassomo e ocorre proteólise (hidrólise das ligações peptídicas) que libera as unidades monoméricas das proteínas: os aminoácidos. Estes aminoácidos podem ser reciclados para produção de novas proteínas na própria célula ou degradados para utilização como fonte energética.

DIETA HIPERPROTEIC HIPERPROTEICA A Quando ingerimos proteínas pela dieta, seja em altas ou baixas quantidades, estas proteínas serão digeridas e, em seguida, metabolizados. A digestão é um processo estudado na fisiologia e que iremos apenas citar alguns pontos aqui. Como já citamos anteriormente em outras aulas, a digestão se inicia pela boca: o alimento é triturado pelos dentes e, também, misturado com a saliva, que contém uma série de enzimas responsáveis pela digestão, principalmente dos carboidratos. A presença de proteínas no estômago estimula este a secretar um hormônio chamado gastrina  que, por sua vez, estimula a secreção do ácido clorídrico  (HCl) e de pepsinogênio na luz do estômago. (1) O ácido clorídrico é responsável por compor o suco gástrico e reduzir o pH do estômago, desnaturando as proteínas ingeridas e facilitando a proteólise. (2) O pepsinogênio  na presença do pH baixo do estômago é transformado em sua forma ativa, a pepsina, que é uma enzima responsável por realizar a clivagem parcial das ligações peptídicas das proteínas, iniciando a proteólise. Após este processo no estômago, o conteúdo estomacal passa para o intestino delgado. Na presença de baixo pH  no intestino delgado, as células que o compõe estimula a secreção de secretina na corrente sanguínea. Este hormônio é responsável por “avisar” ao pâncreas que existe um conteúdo com ácido noe intestino delgado (mais especificamente nopH duodeno)

mecanismos de defesa, o que não ocorre de maneira autônoma no duodeno. O bicarbonato neutraliza o pH do conteúdo e o aproxima de 7,0-8,0. Na presença de aminoácidos  no intestino delgado estimula a liberação de um hormônio chamado colecistocinina, responsável por estimular a liberação de enzimas pancreáticas que continuam a proteólise como, por exemplo, o tripsinogênio e a quimiotripsina. O tripsinogênio, quando ativado, se torna tripsina  que junto com a quimiotripsina e peptidases intestinais continuam a proteólise das proteínas do conteúdo, originando aminoácidos livres. Estes aminoácidos são transportados pelas células da parede do intestino i ntestino delgado para a corrente sanguínea e são direcionados para o fígado para metabolização metabolização.. Neste momento, você acabou de estudar como os aminoácidos da dieta alcançam o fígado, local do corpo onde serão processados. Atente-se aos próximos passos.

JEJUM E DESNUTRIÇÃO Em algumas situações metabólicas, como no jejum, desnutrição e no Diabetes Mellitus descontrolado, ocorre uma maior degradação de proteínas musculares. Este processo possibilita que o tecido utilize os aminoácidos como fonte energética para suprir as próprias atividades. No processo de utilização dos aminoácidos como fonte energética nos tecidos, ocorre a separação da porção α-amino, dando origem à amônia (NH4+); e o restante do componente do aminoácido, o esqueleto carbonado. O esqueleto carbonado a porção utilizadaà para fornecimento de energia,é pois corresponde intermediários das diversas vias bioquímicas que nós já estudamos. A amônia formada, por sua vez, é tóxica para os nossos tecidos, e precisa ser direcionada ao fígado para seu metabolismo ou utilizada para biossínteses dos compostos nitrogenados, como as bases nitrogenadas, por exemplo. A forma como os tecidos transportam a amônia ao fígado para ser metabolizada pelo Ciclo da Ureia  ocorre por diferentes mecanismos, e você precisa saber como acontece.

que o pâncreas precisa liberar bicarbonato  (HCO3-) para neutralizar este pH, que pode ser danosa à mucosa do intestino, tendo em vista que o estômago possui

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 TRANSPOR  TRANSPORTE TE DO GRUPO GRUPO AMINO Você estudou acima como os diferentes processos no nosso corpo mobiliza proteínas em aminoácidos para o metabolismo. Vamos estudar como ocorre o transporte destes aminoácidos na corrente sanguínea. Os aminoácidos das proteínas ingeridas podem ser carreados livremente na corrente sanguínea para o fígado, onde serão metabolizados, especificaremos mais a seguir. A degradação de aminoácidos das proteínas teciduais leva à uma etapa na qual ocorre separação deste em dois componentes: o grupo α-amino e o esqueleto carbonado. Para transportar o grupo α-amino ao fígado, os tecidos sintetizam

carreadores, que são aminoácidos específicos. O tecido muscular é capaz de transportar os seus grupos α-amino na forma de alanina e glutamina; enquanto os outros tecidos só conseguem transportar os seus grupos na forma de glutamina. O desacoplamento do grupo α-amino e do

esqueleto carbonado ocorre por meio de enzimas chamadas aminotransferases  ou transaminases, elas utilizam a coenzima piridoxal-fosfato (PLP -

derivado da vitamina B6) e são responsáveis por retirar o grupo α-amino do aminoácido que está sendo degradado e doar ao α-cetoglutarato, formando

glutamato  e o restante do esqueleto carbonado que sobra é chamado de α-cetoácido, que são os intermediários das vias que já estudamos e variam de acordo com o aminoácido que está sendo degradado. Neste ponto, uma outra transaminase, a alaninaaminotransferase, catalisa uma reação reversível na qual capta o grupo α-amino do glutamato e doa ao

piruvato (originado na glicólise, lembra?!), formando alanina, que pode ser direcionada à corrente sanguínea e ao fígado. Quando alcança o fígado, uma outra alaninaaminotransferase hepática (ALT ou TGP), presente no citosol, é responsável por regenerar o glutamato, por meio da reação inversa; e o piruvato, que segue pela gliconeogênese hepática para a formação de glicose e que pode ser direcionada à corrente sanguínea e voltar ao músculo para formar novas moléculas de piruvato e continuar este ciclo. Este processo é chamado Ciclo da Alanina. Acompanhe as ilustrações a seguir.

P  R   O I    B  I    D A  A  R  E  P  R   O D  U    Ç 

 O à T   O T  A  L   O  U  P  A  R   C  I    A  L  D E   S  T  E  M A  T  E  R  I    A  L   S  E  M  P  R  É   V  I    A  A   U  T   O R  I    Z  A    Ç  à  O

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Neste ponto, você já sabe como degradamos as proteínas musculares e como levamos o grupo α-amino ao fígado. Adiante estudaremos como este

grupo será metabolizado, mas, antes, vamos discutir o transporte do grupo α-amino dos outros tecidos que

não o músculo. Como citamos o grupo α-amino dos já outros tecidosanteriormente, serão transportados ao

    O      Ã     Ç     A     Z     I     R     O     T     U     A     A     I     V      É     R     P       M     E     S     L     A     I     R     E     T     A     M     E     T     S     E     D     L     A     I     C     R     A     P     U     O     L     A     T     O     T     O      Ã     Ç     U     D     O     R     P     E     R     A     A     D     I     B     I     O     R     P

fígado na forma de glutamina. A enzima responsável por catalisar esta reação é a glutamina-sintetase e a reação ocorre em duas etapas: (1) A enzima catalisa a formação de uma ligação fosfoanidrido de um fosfato do ATP no glutamato, formando glutamil-fosf glutamil-fosfato. ato. (2) O glutamil-fosfato recebe um grupo amônia, formando a glutamina. Após formada, a glutamina cai na corrente sanguínea e é levada ao fígado para levar a amônia ao compartimento adequado de metabolismo e excreção. Neste momento, você já sabe como os principais tecidos mobilizam os aminoácidos e direcionam o grupo α-amino ao fígado para ser processado e eliminado.

METABOLISMO DA AMÔNIA Uma vez no fígado, os aminoácidos responsáveis responsáveis por carrear o grupo amino para este órgão serão processados para liberar este grupo, esta liberação ocorrerá da seguinte maneira: (1) Os aminoácidos que alcançam o fígado pela dieta, são metabolizados por transaminases formando glutamato e o α-cetoácido correspondente. (2) A alanina formada nos tecidos musculares entra nos hepatócitos (células do fígado) e é catalisada pela alanina aminotransferase (ALT ou TGP), como já explicamos anteriormente. Esta reação levará à regeneração do glutamato  e formará o α-cetoácido correspondente que, neste caso, é o piruvato. O processamento do glutamato ocorre nas mitocôndrias dos hepatócitos, portanto, é direcionado à esta organela. (3) A glutamina formada nos tecidos alcança o hepatócito e é já direcionada às mitocôndrias. Isto ocorre porque a primeira enzima que catalisará este aminoácido é a glutaminase, presente nesta organela. Sua reação é responsável por liberar uma amônia, para processamento no ciclo da ureia; e um glutamato que, assim como o glutamato formado pelo transporte do grupo amino do tecido muscular, será processado nas mitocôndrias (mas, diferentemente deste, já está nas mitocôndrias).

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P  R   O I    B  I    D A  A  R  E  P  R   O D  U    Ç 

Independentemente de qual foi a via responsável por trazer o grupo amino ao hepatócito, todas elas chegaram à um ponto comum que é a formação de glutamato e seu direcionamento às mitocôndrias para processamento. O glutamato dentro das mitocôndrias segue as seguintes reações: (1) A primeira etapa, pode ser realizada por duas enzimas (você entenderá o motivo em alguns parágrafos). Pode ser catalisado pela glutamato desidrogenase, liberando o grupo amônio (NH4+) e regenerando α-cetoglutarato dentro da mitocôndria ou

catalisado pela aspartato aminotransferase (AST ou  TGO), que realizará realizará a condensação condensação de um oxaloacetato ao glutamato, formando α-cetoglutarato e e aspartato

(que você verá adiante como o doador do segundo nitrogênio da ureia no ciclo da ureia). (2) O grupo amônio é catalisado pela carbamoilfosfato-sintetase I, uma enzima também presente na matriz mitocôndrial e que prepara este grupo para

este ciclo “gire” uma vez. Esta será a grande enzima responsável pela regulação deste ciclo, mas veremos isto adiante. (Fazendo uma analogia com o Ciclo de Krebs, a carbamoil-fosfato-sintetase seria análoga ao complexo piruvato desidrogenase e o carbamoilfosfato seria análogo ao acetil-CoA. Se você fez esta analogia sozinho, parabéns, você está no caminho certo; se não fez sozinho, parabéns também, você está aprendendo e, agora, é capaz de fazer esta analogia) Podemos, agora, iniciar o nosso estudo das reações do Ciclo da Ureia propriamente ditas. Todo nosso objetivo até então, foi trazer o grupo amônia para a matriz mitocondrial para processamento por este ciclo. Muitos estudantes se limitam a estudar apenas as reações do Ciclo da ureia, o que torna o estudo superficial e insuficiente. Se faz necessário entender como ocorre a mobilização dos aminoácidos de diferentes origens para um conhecimento completo, o que facilitará sua jornada.

 O à T   O T  A  L   O  U  P  A  R   C  I    A  L  D E   S  T  E  M A  T  E  R  I    A  L   S  E  M  P  R  É   V  I    A  A   U  T   O R  I    Z  A    Ç  à  O

processamento pelo Ciclo da Ureia. Sua reação ocorre com um gasto energético de 2 ATPs e irá acoplar o NH4+ com CO2 (na forma de HCO3-) levando à formação de carbamoil-fosfato, que é o combustível para que

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CICLO DA UREIA Os seres humanos fazem parte do grupo de animais ureotélicos, que elimina sua amônia, composto tóxico para os organismos e tecidos, na forma de ureia.

    O      Ã     Ç     A     Z     I     R     O     T     U     A     A     I     V      É     R     P       M     E     S     L     A     I     R     E     T     A     M     E     T     S     E     D     L     A     I     C     R     A     P     U     O     L     A     T     O     T     O      Ã     Ç     U     D     O     R     P     E     R     A     A     D     I     B     I     O     R     P

O ciclo no dacitoplasma. ureia ocorre tantoenzimas na matriz mitocondrial quanto Quatro são responsáveis por compor este ciclo. Na cirrose, por exemplo, pode ocorrer insuficiência hepática, onde o fígado torna-incapaz de realizar suas reações de maneira efetiva. Uma das teorias é que em pacientes portadores desta condição, o metabolismo da amônia insuficiente levará ao acúmulo desta no sangue, gerando um quadro de encefalopatia hepática, uma condição clínica caracterizada clinicamente por uma redução do nível de consciência, variando em estágios onde o paciente fica confuso e desorientado em tempo e espaço ou até mesmo ao coma.

(1) Ornitina transcarbamilase: catalisa a primeira reação do ciclo da ureia, está presente na matriz mitocondrial e catalisa a transferência do grupo carbamoila do carbamoil-fosfato para a ornitina,

originando citrulina e liberando um fosfato inorgânico (Pi). Como as próximas enzimas estão presentes no citoplasma, a citrulina deixa a matriz mitocondrial e se direciona ao citoplasma para as reações subsequentes. (2) Arginino-succinato sintetase: catalisa a síntese de arginino-succinato em duas etapas: primeiro transfere a ribose e base nitrogenada do ATP para a citrulina, formando citrulil-AMP e liberando PPi; e, depois, realiza a condensação de um aspartato com o citrulil-AMP, liberando a porção AMP e formando arginino-succinato. (3) Arginino-succinase: catalisa o único passo irreversível do ciclo da ureia. É responsável por clivar o arginino-succinato em fumarato e arginina. O fumarato (que vimos quando estudamos o ciclo de Krebs) é convertido em malato e direcionado à matriz mitocondrial para compor intermediários do ciclo de Krebs (ver bicicleta de Krebs adiante). (4) Arginase: catalisa o último passo do ciclo da ureia, é responsável por clivar a arginina formando ornitina, que retorna à mitocôndria paraa continuar catalisando outras reações; e, finalmente, ureia. Esta pode ser lançada na corrente sanguínea para ser eliminada pelos rins no processo de produção da urina.

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Perceba na imagem que a ureia possui dois grupos amino: o primeiro é proveniente do grupo α-amino do aminoácido que estamos catabolizando

e, o segundo, é proveniente do aspartato que entrou no ciclo da ureia na reação catalisada pela argininosuccinato.

BICICLETA DE KREBS Como citamos acima, o ciclo da ureia é capaz de formar um intermediário do ciclo de Krebs: o fumarato. Percebemos que estas duas vias estão unidas através do que chamamos de Bicicleta de Krebs. O malato, envolvido na interligação entre os dois ciclos, pode ser formado no citosol por duas enzimas: (1) Ao ser catalisado pela fumarase (ou fumarato hidratase), que é uma isoenzima citosólica da fumarase mitocondrial envolvida no ciclo de Krebs, ocorre a formação de malato (intermediário do ciclo de Krebs) a partir de fumarato (produto do ciclo da ureia) e, este malato, através da lançadeira malato-aspartato que já estudamos anteriormente, será levado à matriz mitocondrial onde pode compor o ciclo de Krebs. (2) Uma outra maneira pela qual o malato pode ser formado é através de oxaloacetato citosólico. Este oxaloacetato (intermediário do ciclo de Krebs), é um produto da catálise do aspartato no citosol, que poderia seguir para a formação de arginino-succinato no ciclo da ureia ou transaminado à oxaloacetato (intermediário do ciclo de Krebs).

Portanto, temos o envolvimento principal de três Portanto, componentes: (1) Lançadeira malato-aspartato malato-aspartato.. (2) Circuito aspartato-argino-succinato. aspartato-argino-succinato. (3) Aspartato-aminotransf Aspartato-aminotransferase. erase. Esta integração é muito importante pois possibilita a regeneração de aspartato requerido no ciclo da ureia como doador do segundo nitrogênio da ureia.

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 O à T   O T  A  L   O  U  P  A  R   C  I    A  L  D E   S  T  E  M A  T  E  R  I    A  L   S  E  M  P  R  É   V  I    A  A   U  T   O R  I    Z  A    Ç  à  O

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    O      Ã     Ç     A     Z     I     R     O     T     U     A     A     I     V      É     R     P       M     E     S     L     A     I     R     E     T     A     M     E     T     S     E     D     L     A     I     C     R     A     P     U     O     L     A     T     O     T     O      Ã     Ç     U     D     O     R     P     E     R     A     A     D     I     B     I     O     R     P

BALANÇO ENERGÉTICO

das diferentes origens quando estamos direcionando

O ciclo da ureia é uma via catabólica que utiliza da energia do ATP em duas etapas: na formação de carbamoil-fosfato, onde ocorre o gasto de duas moléculas de ATP. e na reação da argininosuccinato sintetase, onde ocorre a utilização de uma molécula de

anteriormente. Alguns defeitos genéticos podem levar à sérios danos ao indivíduo. Algumas doenças metabólicas podem causar a falta de enzimas envolvidas no processo

ATP porém apresenta equivalente à dois pois ocorre a formação doum pirofosfato (PPi), um ATPs, composto que apresenta uma ligação fosfoanidrido que pode ser utilizada para impulsionar reações endergônicas. Portanto, até o momento, percebemos que houver o gasto equivalente à quatro ATPs. Como ocorre a formação de fumarato no ciclo da ureia, através de seu transporte na forma de malato, ocorre a regeneração de um NADH na matriz mitocondrial, o que equivale a energia de 2,5 ATPs, e reduz o custo deste ciclo (que está sendo ativado inclusive quando precisamos de energia, lembra? É por isso que este processo é vantajoso). Portanto, o balanço energético será equivalente à 1,5 ATPs por vez que o ciclo da ureia for utilizado.

REGULAÇÃO DO CICLO DA UREIA:

o grupo α-amino ao fígado, como explicamos

de ureia. Como alguns aminoácidos são formação essenciais da (precisamos ingerir da dieta pois não somos capazes de produzir), os indivíduos afetados não possuem a opção de não ingerir. Portanto, alguns medicamentos são administrados para tentar diminuir as concentrações de amônia no sangue, tornando-a um composto solúvel para que possa, assim, ser eliminado e.

METABOLISMO DO ESQUELETO CARBONADO: O α-cetoácido correspondente na degradação

dos aminoácidos podem ser muitos intermediários que já estudamos nas diferentes vias metabólicas. As vias que as utilizam como fonte de energia são muito menos ativas dos que as que degradam carboidratos e ácidos graxos, porém correspondem à 10-15% da produção energética do nosso corpo. Acompanhe com o α-cetoácido que cada

Assim como todas as enzimas, as envolvidas neste processo são passíveis de uma regulação à curto prazo por meio de modulações alostéricas ou à longo prazo através da transcrição das quatro enzimas envolvidas neste ciclo. No processo de longo prazo, os genes responsáveis por produzir estas enzimas terão sua transcrição ativada quando em situações de jejum e dieta rica em proteínas, pois mais aminoácidos são catabolizados no fígado; e transcrição diminuída principalmente em condições onde a dieta é rica em carboidratos e gorduras. A principal enzima regulada à curto prazo é a carbamoil-fosfato-sintetase I.  Esta é ativada alostéricamente por N-acetilglutamato, um intermediário da... não vimos este produto ainda, não é mesmo? Portanto, vamos ver de onde ele surge. O N-acetilglutamato é formado por uma enzima chamada N-acetilglutamato sintase, esta enzima realiza sua reação na presença de altas quantidades de acetil-CoA e Glutamato. O acúmulo do acetil-CoA em condições onde a formação de energia é requerida mostra a ineficiência do ciclo de Krebs em utilizá-lo

aminoácido originará na imagem da próxima página. Os aminoácidos que são capazes de formar intermediários do ciclo de Krebs são chamados aminoácidos glicogênicos pela sua capacidade em formar oxaloacetato e ser direcionado à gliconeogênese para formação de glicose. Já os aminoácidos que formam AcetilCoA ou Acetoacetil-CoA não conseguem entrar independentemente no ciclo de Krebs ou ser direcionado à gliconeogênese, mas podem ser direcionados à formação dos corpos cetônicos. Por isso, são denominados aminoácidos cetogênicos. Alguns aminoácidos podem atuar tanto como cetogênicos ou glicogênicos, são eles: os aminoácidos aromáticos (fenilalanina, tirosina e triptofano), treonina e isoleucina. Cada aminoácido terá sua via específica de degradação que envolverá uma série de enzimas e coenzimas. Não é nosso objetivo fazer com que você decore todas as reações químicas do metabolismo de cada um dos 20 aminoácidos, portanto, caso você tenha interesse, poderá utilizar as reações disponibilizadas nos slides das nossas aulas. Vamos apenas falar

para colher elétrons, o que acontece principalmente

algumas particularidades do metabolismo de alguns aminoácidos.

na ausência de oxaloacetato suficiente. Já o acúmulo do glutamato ocorre nas mitocôndrias quando estamos ativando muito as aminotransferases hepáticas que ocorre pela necessidade de catabolizar aminoácidos

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A fenilcetonúria  é uma doença onde há um defeito genético na enzima responsável por degradar a fenilalanina: fenilalanina-hidroxilase. Este

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 O à T   O T  A  L   O  U  P  A  R   C  I    A  L  D E   S  T  E  M A  T  E  R  I    A  L   S  E  M  P  R  É   V  I    A  A   U  T   O R  I    Z  A    Ç  à  O

defeito leva ao acúmulo deste aminoácido no sangue e seu metabolismo por vias alternativas, o que gera produtos nocivos ao desenvolvimento do sistema nervoso central. O diagnóstico normalmente é feito nos primeiros dias de vida pelo teste do pezinho, e os

não possui as enzimas necessárias para tal e, portanto, estes aminoácidos são direcionados à estes tecidos quando ingeridos para seu metabolismo. As enzimas que catalisam a quebra destes são duas: aminotransferases e complexo da desidrogenase dos

doentes devem eliminar a fenilalanina da sua dieta.

α-cetoácidos de complexo cadeia ramificada, última é beme semelhante ao piruvatoesta desidrogenase

semelhante ao complexo piruvato desidrogenase e ao complexo alfa-cetoglutarato desidrogenase que estudamos no ciclo de Krebs, o que também evidencia que, provavelmente, provavelmente, estes três complexos enzimáticos

Os aminoácidos de cadeia ramificada (BCAA ou branched-chain aminoacids) valina, leucina e isoleucina, só conseguem ser metabolizados nos tecidos muscular, adiposo, renal e cerebral. O fígado

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possuem uma origem evolutiva em comum. Assim como os outros, também necessita de cinco coenzimas para sua reação: FAD, NAD+, lipoato, CoA e TPP.

BIOSSÍNTESE DE AMINOÁCIDOS aminoácidos nãonossas essenciais sãoOspossíveis de seremOs sintetizados pelas células. substratos para a formação destes são todos derivados de intermediários do ciclo de Krebs, glicólise ou da via das pentoses fosfato e o nitrogênio responsável por compor o grupo α-amino será doado por meio do glutamato e

glutamina.     O      Ã     Ç     A     Z     I     R     O     T     U     A     A     I     V      É     R     P       M     E     S     L     A     I     R     E     T     A     M     E     T     S     E     D     L     A     I     C     R     A     P     U     O     L     A     T     O     T     O      Ã     Ç     U     D     O     R     P     E     R     A     A     D     I     B     I     O     R     P

DERIVADOS DOS AMINOÁCIDOS: AMI NOÁCIDOS: Os aminoácidos podem ser utilizados para biossíntese de proteínas, mas, também, podem dar origem à outras moléculas como hormônios e neurotransmissores. A seguir você lerá alguns exemplos. (1) A creatinina fosfato  (fosfocreatina), que é um composto responsável por doar seu grupo fosfato ao ADP regenerando ATP, é formado por uma série de reações que envolvem três aminoácidos: glicina, arginina e metionina. Inclusive, é um suplemento alimentar utilizado por atletas de alta performance. (2) A glutationa  envolvida no metabolismo das espécies reativas de oxigênio é sintetizada a partir de três aminoácidos: glicina, glutamato e cisteína. Sua importância já foi discutida em aulas anteriores. (3) As catecolaminas  (dopamina, noradrenalina e adrenalina) são hormônios sintetizados a partir da tirosina. (4) A serotonina, também chamada de hormônio do prazer ou do humor, é sintetizada por a partir do triptofano. Na síndrome pré-menstrual (mais conhecida como TPM) ocorre diminuição dos níveis de serotonina e é por isso que a ingesta de alimentos ricos em triptofano (como amendoim, ovo e feijão) é responsável por levar ao alívio. Mas um chocolatinho também é um clássico, não é mesmo? Com esta explicação, chegamos ao fim de mais um conteúdo. Reconheço que é extenso e provav provavelmente elmente você não aprenderá lendo apenas uma vez. Concentrese em entender cada etapa para que o esqueleto desta via fique fixado em sua mente. Ah, não se esqueça de fazer revisões periódicas espaçadas, é essencial para

ANOTAÇÕES

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o aprendizado.

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Meta Metabol bolism ismoo de Nucleotídeos INTRODUÇÃO P  R   O I    B  I    D A  A  R  E  P  R   O D  U    Ç 

  No bloco de Bioquímica Estrutural, estudamos os nucleotídeos, as unidades monoméricas que formam o DNA e o RNA. Esta certamente é a principal função que vem à mente dos estudantes quando os nucleotídeos são citados, porém, lembre-se que existem outras funções tão importantes quanto que possibilitam a existência da vida. Atuar como moeda energética de energia, na forma de ATP e GTP; levar respostas intracelulares como AMPc e GMPc; possibilitar a ativiat ividade de muitas enzimas atuando como cofatores, como a coenzima A (CoA), NAD+, FAD são algumas das funções que você precisa ter em mente.

à  O T   O T  A  L   O  U  P  A  R   C  I    A  L  D E   S  T  E  M A  T  E  R  I    A  L   S  E  M  P  R  É   V  I    A  A 

Se você leu esta apostila em sequência, talvez você não se recorde corretamente da estrutura de um nucleotídeo e, por isso, revisarei rapidamente para que possamos dar início às vias de síntese e degradação destes. Os nucleotídeos são compostos por três componentes principais: -pode carboidrato de cinco carbonos Pentose: ser a um ribose  (OH) ou desoxirribose  (H) a que depender dos átomos presentes no C2’ da pentose. - Base nitrogenada: ligam-se ao C-1’ da pentose e podem ser de dois tipos: (1) bases purínicas: se adenina e guanina. (2) bases pirimídicas: se citosina, timina e uracila. - Fosfato: ligam-se ao C-5’ da pentose. A quantidade de fosfatos pode variar de um a três. Lembre-se, também, que é possível que não exista a porção fosfato, nestes casos chamaremos de nucleosídeo ao invés de nucleotídeo. Caso você queira relembrar com mais detalhes, consulte o capítulo específico para detalhar a estrutura dos nucleotídeos.

 U  T   O R  I    Z  A    Ç  à  O

SÍNTESE DE NUCLEOTÍDEOS NUCLEOTÍDEOS   Os nucleotídeos podem ser sintetizados por duas vias diferentes: (1) Vias “de novo”: nesta via, o nucleotídeo é montado a partir de seus precursores mais simples. É a via que sintetiza nucleotídeos “do zero”. O gasto

energético nesta via tende a ser maior. (2) Vias de recuperação: nesta via, nucleotídeos da dieta ou provenientes da degradação celular

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são reciclados para que possam ser utilizados na síntese de novos nucleotídeos. O gasto energético nesta via tende a ser baixo, por ser um processo de “reciclagem “reciclagem”.”.   Estudaremos, portanto, como ocorre a síntese de nucleotídeos em cada uma destas vias.

PASSO 2 – SÍNTESE DE OROTATO - Neste passo, o aspartato será acoplado ao carbamoil-fosfato. Esta reação é catalisada pela aspartato transcarbamilase (ATCase). Esta reação de acoplamento ocorre em algumas etapas e irá levar a formação final de orotato. Não se preocupe em gravar todas estas etapas, mas saiba que neste passo, ocorre a remoção de elétrons de um intermediário na forma de NADH.

VIAS “DE NOVO”

    O      Ã     Ç     A     Z     I     R     O     T     U     A     A     I     V      É     R     P       M     E     S     L     A     I     R     E     T     A     M     E     T     S     E     D     L     A     I     C     R     A     P     U     O     L     A     T     O     T     O      Ã     Ç     U     D     O     R     P     E     R     A     A     D     I     B     I     O     R     P

  Os nucleotídeos de um mesmo grupo (pirimídico ou purínico) apresentam bases comuns em sua síntese, por isso, esta seção estudará a síntese “de novo” de nucleotídeos com bases pirimídicas e, em outro tópico, de nucleotídeos com bases purínicas.

>> (1) PIRIMIDINAS:  a primeira coisa que você precisa saber a respeito da síntese “de novo” de nucleotídeos pirimídicos é que primeiramente a base nitrogenada será montada e, após, ligada à pentose.   Para que ocorra a síntese de nucleotídeos de pirimidina, como já citamos anteriormente, serão necessários precursores, são eles: bicarbonato (HCO3-), aspartato (Asp), amônia (NH4+) e pentose ativada. O HCO3- está presente na corrente sanguínea e pode ser prontamente mobilizado para a síntese de nucleotídeos. O aspartato é um aminoácido não essencial, ou seja, caso não esteja disponível, pode ser sintetizado pelas nossas células. Já a NH4+ apresenta uma peculiaridade importante: a fonte principal de NH4+ é a glutamina  (Gln), um aminoácido também não essencial. Além destes, uma forma ativada da ribose é necessária, te apresentarei em alguns parágrafos.   Para que seja o mais didático possível, dividirei os passos da síntese de purinas por etapas. Estas etapas serão ilustradas diretamente por mim em um esquema simplificado,  simplificado,  porém útil, para você acompanhar cada uma delas de forma mais visual e, assim, entenda melhor como ocorre.

O oratato é o esqueleto principal para a formação da base nitrogenada do nucleotídeo.

PASSO 3 – SÍNTESE DE FOSFORRIBOSIL PIROFOSFATO (PRPP) - Como citei anteriormente, uma das porções do nucleotídeo é a pentose. A via das pentoses fornece ribose 5-fosfato para a síntese de nucleotídeos, porém, esta deve ser ativada antes de poder p oder ser devidamente utilizada na via. Portanto, uma enzima chamada fosforribosil pirofosfato sintetase (ou apenas PRPP sintetase) é responsável por ativar a ribose 5-fosfato através da hidrólise de dando origem ao fosforribosil pirofosfato (ouATP, PRPP). PASSO 4 – SÍNTESE DE OROTIDILATO (LIGAÇÃO DA BASE À PENTOSE) - Neste passo, haverá a ligação do esqueleto da porção base nitrogenada com a ribose ativada, portanto, nesta etapa, o orotato  reage com o PRPP  formando orotidilato (OMP), que é um nucleotídeo, porém não se encontra diretamente compondo as substâncias que estudamos até aqui. A enzima responsável por catalisar esta reação é a pirimidina fosforribosil transferase. PASSO 5 – DESCARBOXILAÇÃO DO OROTIDILATO - Neste ponto, temos uma base nitrogenada de orotato ligada à uma pentose ativada PRPP que levou a formação do orotidilato (OMP). Neste passo, haverá a descarboxilação do orotidilato, que levará a uma modificação na base nitrogenada, fazendo com que ela se torne uma base de uracila. Portanto, o composto final é o uridilato (UMP). Esta reação é catalisada por uma enzima chamada orotidilato descarboxilase.

PASSO 1 – SÍNTESE DE CARBAMOIL PASSO CARBAMOIL-FOSFATO - O primeiro passo é catalisado por uma enzima chamada carbamoil-fosfato sintetase (CPS). Esta enzima é responsável por catalisar a síntese de carbamoil-fosfato a partir de HCO3- e NH4+. Para que esta reação ocorra, é empregada a hidrólise

O UMP é uma das bases bas es nitrogenadas pirimídicas que você já conhece, estando presente em fitas de RNA. Caso esta seja a base necessária, o processo para por aqui. Porém, a síntese de nucleotídeos de citosina e timina, por exemplo, ocorre ocorre a partir do UMP.

de 2 ATPs. A extração da porção NH4+ da gluta-

PASSO PA SSO 6.1 – SÍNTESE SÍN TESE DE CTP: CT P:

mina também ocorre por esta enzima. Trata se de uma enzima com vários domínios apresentando, portanto, vários centros ativos que apresentam atividades catalíticas diferentes.

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- Uma das bases pirimídicas importantes para o metabolismo é o CTP. Este é formado a partir do UMP em algumas etapas: (1) o UMP sofre uma fosforilação inicial por uma

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UMP cinase, levando à formação de UDP. (2) o UDP sofre uma nova fosforilação por uma UDP cinase, levando à formação de UTP. (3) o UTP sofre uma aminação por uma citidina trifosfato sintetase que, utilizando o UTP, a glutamina e a hidrólise de ATP como substratos, faz com que haja síntese de CTP.   Observe que, até o momento, falamos apenas da síntese dos ribonucleotídeos e não dos desoxirribonucleotídeos. Adiante, discutiremos discutiremos como ocorre a síntese destes. Estes são os passos necessários para a síntese “de novo” de nucleotídeos de uridina e citosina. PASSO PA SSO 6.2 – SÍNTESE SÍN TESE DE dT TP E OUTROS DESOXIRRIBONUCLEOTÍDEOS DESOXIRRIBONUCLEOTÍDEOS:: - Os nucleotídeos de timina estão presentes apenas no DNA. Lembre-se que a diferença está no C-2’ da pentose do nucleotídeo. Na síntese de quaisquer desoxirribonucleotídeos, a primeira etapa é catalisada por uma ribonucleotídeo redutase, que substitui o OH por H e transforma o ribonucleotídeo em seu respectivo desoxirribonucleotídeo (neste caso, serve tanto para pa ra nucleotídeos sintetizados por ambas as vias “de novo” ou de recuperação”). Como se trata de uma reação de redução, é necessário que alguma biomolécula doe seus elétrons para que ocorra e, a origem destes elétrons, pode ser vista de duas maneiras. Acompanhe a imagem a seguir para entender melhor a explicação que se segue.

P  R   O I    B  I    D A  A  R  E  P  R   O D  U    Ç 

à  O T   O T  A  L   O  U  P  A  R   C  I    A  L  D E   S  T  E  M A  T  E  R  I    A  L   S  E  M  P  R  É   V  I    A  A 

 U  T   O R  I    Z  A    Ç  à  O

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    O      Ã     Ç     A     Z     I     R     O     T     U     A     A     I     V      É     R     P       M     E     S     L     A     I     R     E     T     A     M     E     T     S     E     D     L     A     I     C     R     A     P     U     O     L     A     T     O     T     O      Ã     Ç     U     D     O     R     P     E     R     A     A     D     I     B     I     O     R     P

Os elétrons envolvidos na redução do ri  bonucleotídeo em desoxirribonucleotídeos são diretamente originados da tiorredoxina, um cofator de flavoproteína. A ribonucleotídeo redutase capta os elétrons da tireorredoxina e doa ao ribonucleotídeo,, catalisando a redução, liberação ribonucleotídeo de água e formação do desoxirribonucleotídeo que será utilizado para síntese de DNA. A tiorredoxina oxidada necessita ser reduzida para que, novamente, consiga continuar atuando como cofator da ribonucleotídeo redutase. Este processo é catalisado pela tiorredoxina redutase, que atua de uma forma interessante: os elétrons utilizados para a redução são provenientes originalmente do NADPH. Portanto, você pode ver mais um exemplo de biossíntese redutora que utiliza o NADPH como fonte de elétrons (poder redutor).   A síntese de dTMP inicia a partir do UMP: (1) uma ribonucleotídeo redutase  remove o OH do UMP em C-2’ e substitui por um H, formando dUMP. (2) uma timidilato sintase catalisa a metilação do

(3) o dTMP pode seguir para a síntese de DNA, necessitando apenas de uma fosforilação para formar o desoxirribonucleotídeo ativado dTTP. dT TP. Os outros desoxirribonucleotídeos (dATP, dGTP e dCTP) normalmente são formados com a atividade da ribonucleotídeo redutase, apenas a formação de dTMP necessita do passo adicional catalisado pela timidilato sintase. Dentro das reações acima, um passo importante é a regeneração do tetrahidrofolato, para que novas reações de metilação possam ocorrer. Esta regeneração é catalisada por uma dihidrofolato redutase e pela serina hidroximetil-transferase, que são responsáveis por captar elétrons do NADPH e doar ao DHF, e, após, utilizando uma serina, regenera o THF.

dUMP, formando dTMP. O doador de metilas nesta dUMP, reação é o tetrahidrofolato (THF – derivado da vitamina B9), que quando doa sua metila, torna-se dihidrofolato (DHF).

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P  R   O I    B  I    D A  A  R  E  P  R   O D  U    Ç  à  O T   O T  A  L   O  U  P  A  R   C  I    A  L  D E   S  T  E  M A  T  E  R  I    A  L   S  E  M  P  R  É   V  I    A  A 

  Uma grande importância desta informação é que algumas medicações atuam neste sistema, as principais são as seguintes: (1) Fluorouracila: é uma medicação quimioterápica que, inicialmente, é metabolizada pela mesma DHF redutase, porém, o resultado desta catálise é a formação de F-dUMP, que é um análogo ao dUMP. Quando formado, o F-dUMP não se solta da enzima, e a inibe de forma irreversível (inibição suicida). Ao impedir a regeneração de THF, esta medicação atrapalha a síntese de DNA de novas células em replicação e, desta maneira,

ser uma substância específica para células tumorais, geralmente atua em todas as células de replicação celular rápida, o que leva aos efeitos adversos da quimioterapia como perda de cabelo, entre outros.

>> (2) PURINAS: no caso da síntese “de novo” das bases purínicas, diferentemente do que ocorre na síntese de pirimidinas, o anel da base nitrogenada destas já é sintetizado diretamente sob a pentose.  

Os nucleotídeos de purinas também pre-

 U  T   O R  I    Z  A    Ç  à  O

impede a replicação celular. (2) Metotrexato (MTX): também é uma medicação quimioterápica. Atua inibindo a DHF redutase, impedindo que exerça sua função. Por não

cisam de precursores para que possam ser sin tetizados, os principais são: bicarbonato (HCO3-), glicina  (Gly), amônia  (NH3+) e pentose ativada. Como neste caso a base é montada sob a pentose, o emprego do PRPP ocorre já na primeira

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etapa.

PASSO 1 – SÍNTESE DE FOSFORRIBOSILAMINA - Neste passo, catalisado pela glutamina fosforribosil amidotransferase, teremos a condensação do grupo NH4+ (que também é doado por glutamina, assim como na síntese das purinas) com o PRPP, levando a formação de 5-fosforribosil-1-amina. Este intermediário é o principal na síntese dos nucleotídeos de purinas.   Após este processo, existem outros nove passos que irão culminar na síntese de um nucleotídeo de purina: o inosinato (IMP). Para que seja sintetizado, nestas etapas é empregado o uso de 4 ATPs, 1 glicina, 1 glutamina, 1 aspartado, 1 HCO3- e THF. Estas etapas não serão detalhadas nesta apostila pois não acreditamos que sua precisão é necessária para que você domine a bioquímica b ioquímica e alcance o sucesso profissional. Porém, você pode as ver na imagem a seguir caso julgue necessário.

    O      Ã     Ç     A     Z     I     R     O     T     U     A     A     I     V      É     R     P       M     E     S     L     A     I     R     E     T     A     M     E     T     S     E     D     L     A     I     C     R     A     P     U     O     L     A     T     O     T     O      Ã     Ç     U     D     O     R     P     E     R     A     A     D     I     B     I     O     R     P

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A partir do IMP é que ocorre a síntese dos nucleotídeos purínicos AMP e GMP. Acompanhe a imagem abaixo.

SÍNTESE DE AMP: - Duas enzimas são responsáveis por sintetizar AMP a partir de IMP: a adenilossuccinato sintetase e a adenilosuccinato-liase. Elas empregam do uso de GTP e aspartato para que a reação ocorra. SÍNTESE GMP: duas enzimas para catalisar a síntese de GMP a partir de IMP: IMP-desidrogenase - TambémDE emprega e XMP-glutamina-amidotransferase, utilizando NAD+, Glutamina e ATP para p ara a reação.

VIAS DE RECUERAÇÃO   pirimidina Vimos e purina até então, são sintetizados como os nucleotídeos a partir dos de seus precursores mais simples. Vejamos agora como as bases oriundas da alimentação ou da renovação de componentes celulares são recuperadas para serem novamente utilizadas.   A vantagem destas vias é conseguir economizar uma quantidade substancial de ATP, que é muito utilizado para impulsionar várias reações da via “de novo”.

(1) PIRIMIDINAS: na síntese de recuperação de pirimidinas, uma nucleotídeo fosforilase  é responsável por catalisar a condensação da base nitrogenada com uma desoxirribose 1-fosfato, levando à formação do nucleosídeo correspondente. Após, este nucleosídeo é fosforilado por uma

nas existe o emprego de duas enzimas. A adenina fosforribosil transferase recupera as bases de AMP enquanto a hipoxantina guanina fosforribosil transferase (HGFRT) recupera as bases de GMP e IMP.

REGULAÇÃO DA SÍNTESE   A regulação da síntese dos nucleotídeos purínicos e pirimidínicos ocorre por feedback negativo, onde os produtos da via irão levar a inibição das enzimas envolvidas no processo. Para ser mais específico, acompanhe os tópicos abaixo: (1) REGULAÇÃO DA SÍNTESE DE NUCLEOTÍDEOS PURÍNICOS: - PRPP sintetase: inibida por ADP e GDP. - Glutamina PRPP amidotransferase: inibida por IMP, AMP e GMP.

P  R   O I    B  I    D A  A  R  E  P  R   O D  U    Ç  à  O T   O T  A  L   O  U  P  A  R   C  I    A  L  D E   S  T  E  M A  T  E  R  I    A  L   S  E  M  P  R  É   V  I    A  A   U  T   O R  I    Z  A    Ç  à  O

monofosfato. Este processo   para formar ocorreo somente nucleotídeo na nucleosídeo cinase fase S do ciclo celular, celular, o momento no qual ocorre a replicação do DNA.

(2) PURINAS: a síntese  de recuperação de puri-

IMP desidrogenase: inibida por GMP. - Adenilossuccinato sintase: inibida por AMP. (2) REGULAÇÃO DA SÍNTESE DE NUCLEOTÍDEO NUCLEOTÍDEOS S PIRIMIDÍNICOS: - Aspartato transcarbamilase: inibida por CTP. CT P. 169

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DEGRADAÇÃO ÇÃO DE NUCLEOTÍDEOS DEGRADA

    O      Ã     Ç     A     Z     I     R     O     T     U     A     A     I     V      É     R     P       M     E     S     L     A     I     R     E     T     A     M     E     T     S     E     D     L     A     I     C     R     A     P     U     O     L     A     T     O     T     O      Ã     Ç     U     D     O     R     P     E     R     A     A     D     I     B     I     O     R     P

  Os nucleotídeos podem ser degradados caso não sejam necessários. O primeiro passo para a degradação é catalisado por nucleotidases, que são enzimas responsáveis por remover o fosfato do nucleotídeo, formando o nucleosídeo correspondente. A partir deste, nucleosídeos fosforilases  podem separar o nucleosídeo em duas porções: a base nitrogenada (que pode seguir para vias de recuperação ou para degradação) e a ribose 1-fosfato (que é catalisada, após, por uma fosforribosemutase para formar ribose 5-fosfato que é utilizada para síntese de PRPP).   Todas as bases, com exceção da AMP segue o exemplo acima. No caso das bases de AMP, o primeiro passo é o mesmo: uma nucleotidase separa no nucleosídeo de adenosina correspondente. Após, uma adenosina desaminase separa e leva à formação de inosina. Uma doença importante, a imunodeficiência combinada grave, também conhecida como “doença do menino da bolha” ocorre quando esta última enzima está deficiente, o que leva à imunodeficiência com infecções recorrentes por perda da síntese de células T. Caso não sejam utilizadas para síntese, as bases nitrogenadas também precisam ser degradadas. As bases de purinas levam à formação de ácido úrico enquanto as bases de pirimidinas levam à formação de ureia. A degradação de nucleotídeos purínicos leva à formação da xantina, como você pode observar na imagem abaixo. Alguns indivíduos podem desenvolver uma doença chamada gota, onde há acúmulo do produto da via de degradação dos nucleotídeos purínicos (o ácido úrico). Um dos tratamentos realizados para estes pacientes é a administração de alopurinol, uma medicação responsável por inibir a xantina umaé um das análogo enzimasdadaxantina, via. Eleéfaz isso também por uma inibição inioxidase,que cialmente, o alopurinol, catalisado pela xantina oxidase emsuicida: aloxantina. Esta, por sua vez, não se desliga da xantina oxidase e faz com que a degradação de xantina (e consequentemente a produção de ácido úrico) diminua.   A degradação de pirimidinas leva à síntese de ureia, que é excretada pelos rins.

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Replicação,  Trr a n s c r i ç ã o e Tr a d u ç ã o  T Antes de iniciarmos nosso estudo sobre o metabolismo dos ácidos nucléicos, precisamos conceituar alguns termos importantes. Antes de mais nada, pense na matéria que veremos agora: metabolismo dos ácidos nucléicos. É muito comum que qu e o aluno confunda o metabolismo dos ácidos nucléicos (DNA e RNA) com o metabolismo de nucleotídeos, portanto, cuidado ao se deparar ou referir à cada um deles.

(3) Sequências intervenientes (íntrons): segmentos do DNA não traduzidos nos genes. (4) Éxons: segmentos do DNA codificantes. (5) Telômeros: segmentos nos finais dos cromossomos de eucariotos que ajudam a estabilizar o cromossomo.

O estudo do metabolismo dos ácidos nucleicos engloba basicamente três processos, são eles:

O DNA contém a história evolucionária de um organismo e a informação necessária para síntese de todas as proteínas celulares. Costumo dizer em aula que o DNA é a receita para fazer suas células, para fazer outro “você”. Abordaremos nesta seção a replicação do DNA e faremos algumas observações sobre o reparo e a recombinação.

(1) Metabolismo do DNA: envolve a replicação, reparo e recombinação do DNA. (2) Metabolismo do RNA:  envolve a síntese de RNA (também chamada de transcrição do DNA) e o processamento. (3) Metabolismo das proteínas:  por serem sintetizadas a partir de um ácido nucléico (RNA), estudaremos nesta seção o código proteico, a síntese protéica (também chamada de tradução do RNAm) e o endereçamento e degradação de proteínas. Nesta seção, daremos ênfase ao estudo da replicação, transcrição e etradução, mecanismos mais importantes cobrados.que são os O DNA nas nossas células encontra-se enovelado em uma mistura de proteínas e RNA, este complexo é chamado de cromossomo. As principais proteínas que ajudam o enovelamento do DNA são as proteínas histonas  (proteínas muito ricas em aminoácidos básicos como arginina e lisina), porém, existem outras proteínas que ajudam a manter a estrutura dos cromossomos e regulam a expressão de alguns genes específicos. Veja abaixo outros termos importantes:

(1) Gene: toda parte do DNA que codifica a sequência

METABOLISMO DO DNA

REPLICAÇÃO DO DNA A replicação do DNA consiste na criação de cópias fiéis de DNA a partir de um molde préexistente de DNA. Este processo segue algumas algu mas regras importantes, são elas: 1ª REGRA - “A replicação é semiconservativa”. semic onservativa”. Na utilização de uma dupla fita de DNA para síntese de uma nova molécula de DNA, ambas as fitas são utilizadas como um molde. As novas moléculas de DNA possuem sempre uma fita nova (composta por nucleotídeos inseridos no processo de replicação) e uma fita antiga (composta pela fita que serviu como molde para síntese da nova fita), acompanhe no esquema a seguir. seg uir.

P  R   O I    B  I    D A  A  R  E  P  R   O D  U    Ç  à  O T   O T  A  L   O  U  P  A  R   C  I    A  L  D E   S  T  E  M A  T  E  R  I    A  L   S  E  M  P  R  É   V  I    A  A   U  T   O R  I    Z  A    Ç  à  O

primária de algum produto (polipeptídeo ou RNA com funções catalíticas ou gênico estruturais). (2) Sequências regulatórias: segmentos do DNA que possuem, puramente, função regulatória do metabolismo deste.

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2ª REGRA – “A replicação ocorre de 5’ para 3’”. O processo de adição dos nucleotídeos da nova fita é orquestrado de forma que inicie sempre pela extremidade 5’ em direção à extremidade 3’. Para obedecer à esta regra, uma das fitas será formada de forma contínua, sendo denominada fita líder; enquanto a outra será formada de forma descontínua, também chamada de fita retardatária.

O conjunto de enzimas envolvidos na replicação é denominado replissomo ou sistema de DNA replicase. Vamos descrever, descrever, agora, como ocorre a replicação e as enzimas envolvidas neste processo.

    O      Ã     Ç     A     Z     I     R     O     T     U     A     A     I     V      É     R     P       M     E     S     L     A     I     R     E     T     A     M     E     T     S     E     D     L     A     I     C     R     A     P     U     O     L     A     T     O     T     O      Ã     Ç     U     D     O     R     P     E     R     A     A     D     I     B     I     O     R     P

A replicação (e, também, a transcrição e a tradução – ver a seguir) é um processo dividido em três etapas: iniciação, alongamento e terminação. Na iniciação  ocorre a identificação do local de origem onde será estabelecida a replicação e a abertura da hélice do DNA para estabelecer o complexo enzimático de pré-iniciação. Esta é a única fase da replicação capaz de ser regulada e ocorre apenas uma única vez no ciclo celular. O alongamento  é o processo de adição sequencial de nucleotídeos na nova fita e a terminação o processo de proteção e remoção da maquinaria enzimática da fita.

A replicação, como já dito anteriormente, iniciará na fase de iniciação. As enzimas responsáveis por este processo são a helicase (ou DNA B), a topoisomerase II (ou DNA girase), as proteínas SSB (single strand As enzimas são capazes de “cortar” ou degradar um segmento de DNA ou RNA, estas são denominadas “nucleases” ou DNAses quanto específicas para o DNA e RNAses quando específicas para o RNA. Estas nucleases recebe diferentes classificações de acordo com o local do ácido nucleico que degrada: exonucleases se o local de ação for nas extremidades das fitas e endonucleases se em sítios internos das fitas. 3ª REGRA – “A replicação inicia em um ponto específico do DNA”. Ambas as fitas do DNA são copiadas simultaneamente no processo de replicação. O local onde está a maquinaria enzimática e as fitas molde abertas para este processo é denominado de “forquilha de replicação”.

binding) e a primase (DNA G). (1) HELICASE: é responsável por desenrolar a dupla fita de DNA que servirá como molde para o processo através da quebra das ligações de hidrogênio entre as fitas; este é um processo endergônico e é impulsionado pela hidrólise do ATP para ocorrer. ocorrer.

(2) TOPOISOMERASE: perceba que, se pegarmos uma corda dupla e abrirmos a partir de uma ponta (exemplificado na imagem a seguir), a tendência é que ocorresse o superenovelamento desta corda, o que a embolaria. Para que isso não aconteça, a topoisomerase alivia o estresse gerado pela abertura da fita através da adição de super-hélices negativas.

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(3) PROTEÍNAS SSB:  são pequenas proteínas responsáveis por se ligar aos segmentos de fita simples que, agora, estão abertos pela helicase e impedir que formem novamente uma fita dupla, ou seja, impedir que se liguem novamente. (4) PRIMASE: é responsável por sintetizar pequenos segmentos iniciadores, que sãoresponsável “pequenos pedaços de fita” para que a grande enzima pela adição sequencial dos nucleotídeos (a DNA polimerase III) na nova fita possa atuar. Estes iniciadores, ou primers, são compostos por RNA (sim, você não está vendo errado) e permitem a atuação da DNA polimerase III. Você deve estar se perguntando: “mas como assim eu tenho adições de RNA se eu estou fazendo fita de DNA?”, fique tranquilo, no final deste processo esse DNA não irá compor a nova fita de DNA, os segmentos de RNA serão removidos. Existem outras enzimas envolvidas no processo de replicação, porém estas são as principais. Caso você tenha interesse em ver quais as enzimas e suas ações,

(6) DNA POLIMERASE I:  responsável por remover os primers de RNA formados pela primase e adicionar os desoxirribonucleotídeos correspondentes pela sua atividade de exonuclease 5’-3’. (7) DNA LIGASE: como uma das fitas foi sintetizada de forma descontínua, neste ponto da replicação, possuímos vários fragmentos de fita, também chamados de fragmentos de Okazaki. Estes fragmentos são ligados pela ação da DNA ligase utilizando da energia da hidrólise do ATP para que aconteça. Após o processo descrito acima,

consulte os slides da nossa aula.

ocorre a remoção das enzimas do replissomo e configura a fase de terminação.

Neste ponto, temos o fim da fase de iniciação e o início do alongamento, responsável por catalisar a adição sequencial dos nucleotídeos com as bases correspondentes, formando a nova fita. A enzima responsável por este processo é a DNA polimerase III.

No final da replicação, temos um grande problema: as extremidades do cromossomo não são replicadas pela impossibilidade de formação de uma sequência molde. Este problema ocasionaria em um DNA cada vez mais curto à cada replicação. Se pensarmos que alguns tecidos do nosso corpo renovam suas células de tempos em tempos, poderíamos morrer por falta das sequências adequadas para formação da maquinaria proteica da célula. De uma maneira muito inteligente, uma enzima resolve este problema, que é a telomerase.

(5) DNA POLIMERASE III: é responsável por catalisar a adição sequencial dos nucleotídeos com as bases correspondentes, formando a nova fita de DNA. Para que sua reação ocorra, são necessários alguns requisitos, são eles: fitas moldes para formação da nova fita, íons magnésio, uma extremidade 3’-OH livre (formada pela criação de uma fita primer pela ação da primase, vista anteriormente), e dos desoxirribonucleotídeos ativados (8) TELOMERASE: é uma transcriptase reversa (ou (dATP, dGTP, dCTP e dTTP). Esta enzima possui um seja, sintetiza DNA a partir de RNA) é responsável altíssimo grau de precisão, de modo que raramente por adicionar sequências de nucleotídeos que não adiciona os nucleotídeos errados e, se acabar codificarão proteínas, geralmente de bases T e G a f inal adicionando, possui uma atividade de exonuclease partir de um molde presente dentro da enzima, no final revisora 3’-5’, que é responsável por revisar os últimos da fita de DNA, para que uma extremidade protetora nucleotídeos ativados e verificar se estão corretamente seja formada. Após adicionar estes nucleotídeos, uma RNA primase sintetiza uma sequência primer alocados. para que a DNA polimerase forme o segmento de A DNA polímerase III é uma enzima multimérica fita correspondente às bases T e G adicionadas pela que catalisa sua reação ao mesmo tempo em ambas as telomerase. Após isto, ocorre a remoção do fragmento fitas do DNA que estão sendo copiadas. Este processo primer de RNA e, neste “espaço” que agora ficará no ocorre em uma única direção (como você pôde ver no final, são ligadas duas proteínas chamadas TRF1 e vídeo da nossa aula), o que gera a formação sequencial  TRF2 (fatores de ligação à repetições teloméricas). e ininterrupta de uma das fitas do DNA (fita líder ou

P  R   O I    B  I    D A  A  R  E  P  R   O D  U    Ç  à  O T   O T  A  L   O  U  P  A  R   C  I    A  L  D E   S  T  E  M A  T  E  R  I    A  L   S  E  M  P  R  É   V  I    A  A   U  T   O R  I    Z  A    Ç  à  O

contínua) e ou a retardatária). formação interrupta da outra de fitaforma (fita descontínua Por ser catalisada descontínua, esta fita necessita de múltiplos primers formados pela primase para que a DNA polimerase III catalise um segmento, termine, “estique” a fita molde da fita descontínua, e inicie novamente sua atividade. 173

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    O      Ã     Ç     A     Z     I     R     O     T     U     A     A     I     V      É     R     P       M     E     S     L     A     I     R     E     T     A     M     E     T     S     E     D     L     A     I     C     R     A     P     U     O     L     A     T     O     T     O      Ã     Ç     U     D     O     R     P     E     R     A     A     D     I     B     I     O     R     P

O DNA pode ser danificado por processos endógenos, como ocorre na replicação por uma adição errônea de bases, ou por agentes exógenos, como alguns agentes alquilantes e nitrosaminas. Caso não corrigidas, a depender do tipo de mutação, pode ocorrer a formação de uma célula cancerígena, por exemplo. Muitos são os mecanismos de reparos, e estes só são possíveis pois o DNA é uma fita dupla onde as bases são complementares entre si. Não nos convém citar todos os mecanismos de reparos aqui, mas perceba que já citamos alguns, que são as atividades de exonucleases da DNA polimerase III, por exemplo, responsável responsável por revisar os nucleotídeos adicionados e corrigi-los se necessário.

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SÍNTESE DE RNA O metabolismo do DNA que estudaremos envolve o processo de transcrição  do DNA, que é a síntese de RNA a partir de um segmento de DNA. Este processo ocorre no núcleo da célula. A dupla fita de DNA apresentará duas denominações neste processo:

(1) FITA MOLDE:  é a fita de DNA utilizada para formação de RNA, está no sentido 3’-5’ no processo de transcrição. (2) FITA CODIFICANTE (ou fita não molde):  é a fita de DNA que não é utilizada para a formação do RNA e está no sentido 5’-3’ no processo de transcrição. Sua sequência de bases será idêntica à sequência do RNA formado a partir da fita de DNA molde, exceto por uracila (U) no lugar de timina (T). A replicação do DNA que estudamos anteriormente é responsável por copiar toda a sequência de DNA lido,a mas transcrição o RNA é seletivamente copiado partirnados genes (segmentos que são lidos e transcritos para a formação de RNAs). O RNA formado será complementar à fita molde pela adição sequencial de bases por algumas enzimas que veremos a seguir. seg uir.

 TIPOS DE RNA Existem diversos tipos de RNA nas nossas células, esta é a única molécula capaz de armazenar informação e realizar catálise. Os três principais tipos são:

(1) RNA mensageiro:  carreia a informação contida nos genes para a síntese de proteínas. (2) RNA ribossômico: combina-se com proteínas para formar a maquinaria responsável pela síntese de proteínas: o ribossomo. (3) RNA transportador: atua como um carreador de aminoácidos ativados para os ribossomos. Existem outros tipos de RNAs que são responsáveis por outros processos celulares: RNAs nucleares pequenos (snRNA), que estão envolvidos

SÍNTESE DE RNA Como dito anteriormente, a síntese de RNA é dependente de uma fita molde de DNA. A nova fita de RNA é alongada no sentido 5’-3’ através da adição sequencial dos ribonucleotídeos complementares, processo catalisado por uma RNA polimerase II. A síntese de RNA também é dividida em iniciação, alongamento e terminação. O processo de iniciação ocorre em segmentos de DNA chamados sítios promotores, estes sítios contém uma sequência de bases específicas que informam à RNA polimerase o local onde deverá iniciar a ler e formar o RNA. O alongamento é determinado pela atividade da RNA polimerase II  e a terminação se dá nos sítios de terminação, que também é uma sequência de bases, e induz a saída da enzima do complexo de transcrição.

(1) RNA POLIMERASE II:  catalisa a abertura da filta molde, a adição sequencial de ribonucleotídeos ativados de acordo com a complementariedade à fita molde de DNA e o re-enovelamento da fita molde. Diferentemente da DNA polimerase que estudamos anteriormente, a RNA polimerase não requer primer. Esta enzima não possui atividade de exonuclease revisora 3’-5’ e, portanto, as taxas de erro na formação de RNA são muito maiores do que na síntese de DNA. Este processo não costuma ser um problema pois muitas cópias de RNA são formadas, lidas e, após, degradadas, diferentemente do DNA que é um componente de armazenamento máximo de informação gênica. Se por algum motivo a proteína a ser formada tiver um aminoácido defeituoso, é possível que seja direcionada à ubiquitinação, que estudamos nas aulas anteriores, para degradação e reaproveitamento dos aminoácidos. Para que sua catálise ocorra, esta enzima requer requer: : fita molde ativados de DNA, íons magnésio ou manganês, ribonucleotídeos (ATP, GTP, CTP e UTP) e fatores de transcrição, que são proteínas responsáveis por tornar o complexo de transcrição ativo (formando o complexo de pré-iniciação). A leitura das bases e a adição das correspondentes estão presentes na tabela abaixo: BASE BA SE LIDA LIDA NA NA FITA MOLD MOLDEE BA BASE SE INSER INSERID IDA A NO RNA RNA Adenina (A) Uracila (U)  Timina (T) Adenina (A) Guanina (G) Citosina (C) Citosina (C) Guanina (G)

P  R   O I    B  I    D A  A  R  E  P  R   O D  U    Ç  à  O T   O T  A  L   O  U  P  A  R   C  I    A  L  D E   S  T  E  M A  T  E  R  I    A  L   S  E  M  P  R  É   V  I    A  A   U  T   O R  I    Z  A    Ç  à  O

no splicing (mecanismo de remoção de íntrons) que discutiremos mais adiante; microRNAs (miRNAs) envolvidos na regulação gênica; entre outros.

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INIBIDORES DA TRANSCRIÇÃO Algumas substâncias são capazes de inibir o processo de transcrição, veja alguns exemplos:

(1) RIFAMPICINA:  é um antibiótico que inibe a subunidade α de RNA polimerases bacterianas. Este

processo impede a síntese de proteínas e leva à morte da bactéria. (2) ACTINOMICINA D:  também um antibiótico, responsável por se ligar firmemente aos pares de bases GC sucessivos, deformando o DNA bacteriano e impedindo o movimento da RNA polimerase ao longo da fita molde. (3) α-AMANTADINA:  é uma substância produzida     O      Ã     Ç     A     Z     I     R     O     T     U     A     A     I     V      É     R     P       M     E     S     L     A     I     R     E     T     A     M     E     T     S     E     D     L     A     I     C     R     A     P     U     O     L     A     T     O     T     O      Ã     Ç     U     D     O     R     P     E     R     A     A     D     I     B     I     O     R     P

O RNA recém-saído da RNA polimerase II é chamado de transcrito primário, este RNA é processado para que as sequências não codificantes sejam removidas. Este processamento é chamado de splicing. As sequências de RNA que são removidas são chamadas de íntrons (macete para gravar: intrusos saem), enquanto que, as que permanecem, são chamadas éxons (macete para gravar: é o que fica). Além da remoção dos íntrons, também ocorre a adição de uma cauda poli(A), que consiste em uma série de repetições de adenina que funcionam como um sítio de ligação de proteínas específicas e, também, ajudam a proteger o RNA da destruição enzimática. Uma série de proteínas e ribozimas estão envolvidas no splicing.

por alguns tipos de cogumelos como mecanismo de defesa, pois interrompe a formação de RNAm das células dos predadores por bloqueio da atividade da RNA polimerase.

 TRANSCRIPTASES REVERSAS REVERSAS

Alguns microrganismos são capazes de produzir DNA a partir de uma sequência de RNA. Este processo é catalisado por enzimas chamadas transcriptases reversas, como a telomerase, por exemplo. O vírus do HIV, é considerado um retrovírus pela sua capacidade de transcrição reversa. Alguns medicamentos direcionados à profilaxia da infecção e ao tratamento da infecção pelo HIV, como a zidovudina (ou AZT), por exemplo; atuam bloqueando a enzima transcriptase reversa, o que impossibilita a nova formação de DNAs virais.

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SÍNTESE DE PROTEÍNAS A síntese de proteínas se dá através do processo de tradução. Este processo ocorre no citoplasma da célula, e é responsável por consumir quase boa parte dos formadosde pela célulacom paraasque ocorra a síntese dos ATPs polipeptídeos acordo necessidades das células. Muito do que sabemos hoje se dá pelas de pesquisas realizadas anteriormente sobre o código genético. Portanto, Portanto, vamos falar algumas generalidades sobre este.

CÓDIGO CÓDIG O GENÉTICO GENÉ TICO O RNA mensageiro (RNAm) produzido na transcrição contém sequências de ribonucleotídeos com diferentes bases nitrogenadas. A ordem destas bases que determina qual aminoácido será utilizado para síntese da proteína em questão. A leitura destas bases nitrogenadas ocorre cada três bases, caracterizando, assim, o códon  (ou atrinca).

- CÓDON:  sequência de três bases nitrogenadas responsáveis por informar à maquinaria enzimática qual o aminoácido deverá ser colocado naquele momento e/ou se o processo deve ser interrompido através dos códons de parada, que discutiremos a seguir. É muito importante que você saiba que todos os códons codificam aminoácidos específicos EXCETO os códons de paradas, que não codificam aminoácidos e apenas desmontam o complexo de síntese proteica. Como dito, a leitura do RNAm ocorre através da sequência de bases nitrogenadas. nit rogenadas. Devemos citar, citar, neste momento, alguns pontos importantes sobre a leitura do RNA: (1) Ocorre de forma sucessiva, sem sobreposição (ou vírgulas), o que quer dizer que a partir do códon de início, a leitura sempre se dará de três em três bases. (2) A leitura tem início em um códon de iniciação (representado SEMPRE pela trinca AUG) e final nos códons de paradas (que podem ser UAG, UGA e UAA). O códon de iniciação em eucariotos sintetiza sempre a metionina, enquanto os códons de paradas não correspondem à aminoácidos. (3) Como você pode ver na tabela a seguir, um mesmo aminoácido pode ser codificado por diferentes códons, por isso dizemos que o código genético é redundante

(4) Além disso, o código genético é quase universal, o que significa que a maioria dos organismos eucariotos, grupo no qual fazemos parte), seguirá esta mesma tabela (disponível na próxima página). A síntese proteica ocorre em cinco estágios: ativação dos aminoácidos, iniciação, alongamento, terminação e enovelamento proteico.

ATIVAÇÃO DOS AMINOÁCIDOS: Para que possam ser direcionados à maquinaria de síntese proteica, os aminoácidos devem ser ativados. A ativação consiste na ligação do aminoácido (mais especificamente sua extremidade carboxil) à extremidade 3’ de um RNA transportador (RNAt), este processo ocorre através de enzimas chamadas aminoacil-tRNA-sintases e requer gasto energético de ATP. Quando o completo RNAt-aminoácido está formado, este pode ser utilizado para a formação da proteína. O RNAt apresenta em sua estrutura uma

P  R   O I    B  I    D A  A  R  E  P  R   O D  U    Ç  à  O T   O T  A  L   O  U  P  A  R   C  I    A  L  D E   S  T  E  M A  T  E  R  I    A  L   S  E  M  P  R  É   V  I    A  A   U  T   O R  I    Z  A    Ç  à  O

ou degenerado, mas, cuidado, um códon codificará um mesmo aminoácido sempre. A leucina, por exemplo, pode ser codificada por seis códons diferentes.

sequência bases que nitrogenadas que são chamadas de de três anticódons, são responsáveis por parearem com os códons do RNAm e, se forem

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    O      Ã     Ç     A     Z     I     R     O     T     U     A     A     I     V      É     R     P       M     E     S     L     A     I     R     E     T     A     M     E     T     S     E     D     L     A     I     C     R     A     P     U     O     L     A     T     O     T     O      Ã     Ç     U     D     O     R     P     E     R     A     A     D     I     B     I     O     R     P

complementares, deixam o aminoácido respectivo e saem do sítio. O pareamento dos anticódons com os códons apresenta algumas particularidades. Anteriormente, achávamos que esta interação era sempre estritamente única, mas Crick percebeu que a terceira base presente no pareamento dos códonsanticódons se ligava de maneira frouxa, de modo que pudesse haver alguma complementariedade diferente do que já conhecemos. essa ligaçãopor fosse velocidade da tradução Se seria limitada; sertensa, frouxa,a permite que o “despareamento” do códon-anticódon ocorre de maneira mais rápida e, portanto, não limita substancialmente a velocidade da tradução. Desta forma, veja na tabela abaixo:

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Perceba que possuímos uma base nitrogenada que ainda não citamos, que é o inosinato (I), este contém uma hipoxantina em sua estrutura.

INICIAÇÃO maquinaria responsável pela que, formação cadeiaA polipeptídica é o ribossomo como da já citamos, é formado por proteínas e RNAs ribossômicos. O ribossomo apresenta duas subunidades: uma maior e outra menor. Nos organismos eucariotos, a unidade maior é chamada de 60s e a menor de 40s (unidades de tamanho), que normalmente estão livres no citoplasma quando não estão sendo utilizadas. Os ribossomos apresentam alguns sítios importantes: uma fenda, utilizada para passagem do RNAm; um sítio A, por onde os aminoacil-tRNAs ativados entram; um sítio P, onde é formada a ligação peptídica; e um sítio E, onde o tRNA, agora sem o aminoácido, deixa o complexo ribossomal.

O início ocorre através da formação do complexo de iniciação, que se dá pela ligação entre o RNAm que será utilizado para leitura, o RNAt pareando com o códon de início e a subunidade menor do ribossomo.  

ALONGAMENTO Uma vez estabelecido o complexo RNAm, RNAt e subunidade menor; a subunidade maior do ribossomo é capaz de se ligar e iniciar o processo de leitura sequencial dos códons e formação da ligação peptídica. A adição de cada aminoácido utiliza da hidrólise das ligações do GTP para impulsionar a reação.

 TERMINAÇÃO  TERMINAÇÃ O Ao alcançar um códon de parada (UAG, UGA,

ENOVELAMENTO PROTEICO Após a formação e liberação da proteína do ribossomo, lembre-se que a mesma deve adquirir sua estrutura tridimensional adequada para sua função (pois é sua estrutura que determina sua função!). Portanto, ocorre o dobramento da proteína. Porém, as proteínas podem ainda ser processadas com adição, remoção ou substituição de aminoácidos ou outros grupos como fosfatos, acetilas, entre outros.

INIBIDORES Assim como em vários outros processos que estudamos, a tradução pode ser inibida por algumas substâncias:

(1) ESTREPTOMICINA: é um antibiótico que atua de duas maneiras, quando em concentrações baixas, leva à uma leitura incorreta do código genético e a formação incorreta da proteína; quando em altas concentrações, inibe a iniciação. (2) TETRACICLINA:  também um antibiótico, é responsável por inibir a síntese de proteínas através do bloqueio do sítio A, impedindo a ligação entre o aminoacil-tRNA com o RNAm e a subunidade menor do ribossomo. (3) PUROMICINA: apresenta uma extrutura semelhante à extremidade 3’ do aminoacil-tRNA, ligando-se à este sítio e não levando proteína ao ribossomo, o que interrompe o processo de síntese proteica de forma prematura. Além dos citados, ainda existem outros como o cloranfenicol, eritromicina, ricina, cleximida, toxina diftérica, entre outros. A degradação de proteínas já foi estudada anteriormente na nossa aula de metabolismo dos aminoácidos (o que acontecia pela ubiquitinação de proteínas). Desta maneira, chegamos ao fim do nosso capítulo sobre o metabolismo dos ácidos nucleicos.

P  R   O I    B  I    D A  A  R  E  P  R   O D  U    Ç  à  O

T   O T  A  L   O  U  P  A  R   C  I    A  L  D E   S  T  E  M A  T  E  R  I    A  L   S  E  M  P  R  É   V  I    A  A   U  T   O R  I    Z  A    Ç  à  O

UAA) proteínas de liberação (release factors - RF) são direcionadas ao complexo ribossomal e a proteína formada é liberada do ribossomo e este é reciclado para poder realizar outros processos de tradução.

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ANOTAÇÕES _________________________________________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________________________________

    O      Ã     Ç     A     Z     I     R     O     T     U     A     A     I     V      É     R     P       M     E     S     L     A     I     R     E     T     A     M     E     T     S     E     D     L     A     I     C     R     A     P     U     O     L     A     T     O     T     O      Ã     Ç     U     D     O     R     P     E     R     A     A     D     I     B     I     O     R     P

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Integração Metabólica Nosso objetivo nesta aula é te fazer perceber que as diferentes vias metabólicas irão atuam de maneira integrada no nosso organismo. Nenhuma via tem sua atividade completamente parada para que outra aconteça, a bioquímica e fisiologia buscam sempre equilibrar as atividades celulares para que as necessidades da célula, tecido e organismo sejam supridas de acordo com o que é necessário naquele momento.

REVISÃO DAS VIAS METABÓLICAS Vamos relembrar alguns pontos centrais que vimos nas nossas aulas anteriores das diferentes vias metabólicas que estudamos que possibilitam a mobilização e formação de energia ou armazenamento de alguma forma:

(1) Glicólise: esta foi a primeira via metabólica que estudamos. Suas reações totalmente no citoplasma das células e iniciavam com uma molécula de glicose que, no doisetapa piruvatos, ATPsmetabolismo e 2 NADHs. Esta viafinal, podeproduzia servir como inicial2 para de carboidratos para síntese de equivalentes energéticos, como o ATP, mas também fornece esqueleto carbonado para biossínteses como podemos lembrar da glicose 6-fosfato sendo utilizada na via das pentoses fosfato. Quando esta via está em altas taxas de velocidade, existe um consumo grande de NAD+, necessário para que as reações da glicólise aconteçam. Por isso, a regeneração dos NAD+ podem acontecer a depender das concentrações celulares de oxigênio. Se o oxigênio alcança adequadamente o tecido e a célula, este pode ser direcionado para vias aeróbias que formação energia e irão regenerar o NAD+, mas

A regulação desta via se dá principalmente nas enzimas: hexocinase, fosfofrutocinase-I (PFK I) e piruvato cinase. Lembre-se que, no fígado, existe a fosfofrutocinase-II (PFK-II) que é ativada quando a célula possui altas alt as concentrações de frutose-6-fosfato, levando à formação de frutose-2,6-bisfosfato que é um potente ativador alostérico da PFK-I.

(2) Complexo piruvato desidrogenase: tratase de um conjunto formado por múltiplas cópias de três enzimas: E1, E2 e E3; e que necessita de cinco coenzimas para atuar: tiamina pirofosfato (TPP, derivado da vitamina B1), FAD+ (derivado da vitamina B2), NAD+ (derivado da vitamina B3), ácido lipóico e a Coenzima A (derivada da vitamina B5). A reação deste complexo ocorre nas mitocôndrias e compromete o esqueleto carbonado do piruvato de modo que não possa retornar para a gliconeogênese, por exemplo. Ao catalisar a sua reação (uma descarboxilação oxidativa) a partir de um piruvato, leva à formação de 1 AcetilCoa (que será utilizado para síntese de lipídeos ou para recolher elétrons no Ciclo de Krebs) e 1 NADH. A regulação deste complexo corre principalmente pelas concentrações de ATP: quando altas, ativam enzimas cinases, uma delas a piruvato desidrogenase cinase, responsável por fosforilar o complexo piruvato desidrogenase e diminuir a sua atividade. Quando em baixas concentrações, são ativadas fosfatases que removem o fosfato do complexo e permitem que sua reação ocorra nas velocidades habituais. (3) Ciclo do ácido cítrico: esta via é classificada como sendo anfibólica, pela sua capacidade de atuar como uma via catabólica, recolhendo elétrons na forma de NADH e FADH2 pra a síntese de ATP; e, também, por oferecer intermediários para o anabolismo como o citrato para síntese de ácidos graxos e outros muitos intermediários para síntese de aminoácidos,

P  R   O I    B  I    D A  A  R  E  P  R   O D  U    Ç  à  O

T   O T  A  L   O  U  P  A  R   C  I    A  L  D E   S  T  E  M A  T  E  R  I    A  L   S  E  M  P  R  É   V  I    A  A   U  T   O R  I    Z  A    Ç  à  O

se as concentrações de oxigênio celulares não são suficientes para seguir vias aeróbias, a regeneração dos NAD+ ocorre através da fermentação: láctica, que ocorre nos mamíferos, levando à formação de lactato; e alcoólica, por outros microrganismos como leveduras.

por exemplo. Sua regulação se dá emdesidrogenase três enzimas principais: citrato sintase, isocitrato e complexo alfa-cetoglutarato desidrogenase; a depender das necessidades da célula e de como esta via irá atuar (catabolismo ou anabolismo).

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    O      Ã     Ç     A     Z     I     R     O     T     U     A     A     I     V      É     R     P       M     E     S     L     A     I     R     E     T     A     M     E     T     S     E     D     L     A     I     C     R     A     P     U     O     L     A     T     O     T     O      Ã     Ç     U     D     O     R     P     E     R     A     A     D     I     B     I     O     R     P

(4) Cadeia transportadora de elétrons: os elétrons recolhidos nas vias catabólicas na forma de NADH e FADH2 serão utilizados por uma série de quatro complexos proteicos, localizados na membrana interna das mitocôndrias, nos quais ocorrerão reações de oxirredução e com consequente bombeamento de prótons (H+) da matriz mitocondrial para o espaço intermembranas (exceto pelo complexo II). Este processo gerará um gradiente de prótons aonde há tendência do retorno destes prótons para a matriz (passagem do lado mais concentrado para o menos concentrado). (5) Síntese de ATP: o retorno dos prótons ocorrerá através de um canal localizado em uma enzima chamada ATP-sintase, ou complexo V, (também presente na membrana mitocondrial interna. e impulsiona o acoplamento de ADP e Pi, formando ATP e regenerando os NAD+. Este ATP e o ADP necessário para síntese são translocados para o citoplasma (principal local de utilização) através de transportadores: ATP-ADP translocase e uma fosfato translocase. (6) Gliconeogênese: é uma via principalmente ativa no fígado e tecido muscula, que ocorre nas mitocôndrias e no citoplasma; e possibilita a produção de glicose a partir de precursores não glicídicos onde temos, principalmente, o lactato (formado na fermentação láctica), o glicerol (derivado da quebra dos triacilgliceróis) e dos aminoácidos, tanto pela utilização do esqueleto carbonado na degradação quanto pela formação de fumarato pelo ciclo da ureia que pode seguir à oxaloacetato e ser direcionado à gliconeogênese. Sua regulação ocorre juntamente com a glicólise para que não ocorra o que chamamos de ciclo fútil.  ocorre citoplasma (7) das de pentoses fosfato:como das Via células alguns tecidos no no fígado, tecido adiposo, hemácias. Trata-se de uma via alternativa à utilização da glicólise mas com objetivo principal de formação de monossacarídeos de cinco carbonos (riboses), que podem ser utilizados para síntese de nucleotídeos; e de nicotinamida adenina dinucleotídeo fosfato, mais conhecida como NADP+, que servirá como poder redutor nas reações de biossínteses de ácidos graxos, colesterol, nucleotídeos, neurotransmissores e outros. Suas reações se dividem em duas fases: fase oxidativa, onde há formação de NADPH e ribose 5-fosfato; e uma fase não oxidativa que possibilita o elo entre esta via e a glicólise, através do que

(8) Síntese e degradação de glicogênio: o glicogênio é a forma a qual nossos tecidos armazena a glicose. Os objetivos dependem de cada tecido: no fígado tem como objetivo ser mobilizado para a formação de glicose livre, regulando os níveis glicêmicos; e no músculo objetiva o fornecimento de glicose para suprir suas próprias necessidades. A degradação do glicogênio ocorre por ações de três enzimas: glicogênio fosforilase, enzima desramificadora (transferase e alfa-1,6-glicosidase), e fosfoglicomutase. Estas fornecem glicose 6-fosfato para seguir o objetivo objetivo de cada via. A síntese de glicogênio, por sua vez, ocorre através de três principais enzimas enzimas: UDP-glicose pirofosforilase, que forma a UDPglicose; Glicogenina, responsável por formar um primer de glicoses para que a próxima enzima consiga atuar; e a glicogênio sintase, um grande complexo enzimático que utiliza a UDP-glicose para síntese de glicogênio. A regulação ocorre principalmente por fosforilação em ambas as enzimas: quando fosforiladas, a glicogênio sintase está inativa e a glicogênio fosforilase ativa; quando desfosforiladas a glicogênio sintase está ativa e a glicogênio fosforilase inativa. (9) Síntese e degradação de ácidos graxos: a β-oxidação, ou degradação de ácidos graxos, ocorre

nas mitocôndrias e é responsável por remover duas unidades de carbono do ácido graxo ativado (acilCoA), formando um acetil-CoA, um FADH2 e um NADH. Este processo ocorre por ação sequencial de quatro enzimas: acil-CoA desidrogenase, enoil-CoA hidratase, L-3-hidroxiacil-CoA desidrogenase e betaceto-tiolase (ou simplemente tiolase). Quando em excesso, o acetil-CoA é direcionado à síntese de corpos cetônicos (acetona, acetoacetato e β-hidroxibutirato), que são

as formas nas quais este Acetil-CoA pode ser levado à outros tecidos para fornecimento de energia. A síntese de ácidos graxos ocorre no citoplasma das células a partir da adição sequêncial de malonil-CoA. O complexo enzimático (composto por quatro enzimas: β-cetoacetil-ACP-sintase, β-cetoacil-ACP-redutase, β-hidroxiacil-ACP-hidratase e enoil-ACP-redutase) é

chamado ácido graxo sintase e, também, atua através de quatro reações sequenciais. O citrato é formado pela Acetil-CoA carboxilase (AC (ACACA) ACA) a partir de acetilCoA mitocondrial. Este citrato pode ser direcionado ao citoplasma para a síntese de ácidos graxos. A AC ACAC ACA Aé a grande enzima regulada na síntese de ácidos á cidos graxos: quando fosforilada está inativa e quando desfosforilada está ativa.

(10) Síntese e degradação de aminoácidos: esta

chamamos de “dança pelas dos carbonos”. carbon os”. Sua regulação se dá principalmente quantidades celulares de NADP+: se em baixas concentrações, significa que o NADPH está sendo utilizado e é necessária a síntese deste; se altas concentrações, não está sendo utilizado utili zado e, portanto, tem sua atividade diminuída.

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é a última via que estudamos responsável por levar à formação substancial de equivalentes energéticos para os tecidos. A partir de diferentes fontes, o aminoácido pode ser degradado em sua porção α-amino, para formar a amônia; e o α-cetoácido correspondente,

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que são intermediários das vias que estudamos e podem entrar nestas para formar energia. A amônia é tóxica às nossas células e é transportada ao fígado na forma de dois aminoácidos: alanina e glutamina. Uma vez no fígado, é catalisada pelas enzimas do ciclo da ureia, uma via que ocorre nas mitocôndrias e no citoplasma, para formar a ureia: uma forma solúvel

(3) Acetil-CoA:  pode ser formato a partir do piruvato através do complexo α-cetoglutarato desidrogenase; na β-oxidação dos ácidos graxos e

na degradação de aminoácidos cetogênicos. Pode ser utilizado para oxidação completa no ciclo de Krebs ou para síntese de colesterol e corpos cetônicos.

de eliminação dos grupos α-amino. A ureia é filtrada

pelos rins e eliminada na urina. Os aminoácidos podem ser sintetizados a partir dos intermediários das vias, processo no qual o ciclo de Krebs contribui de forma substancial, e os grupos α-amino são derivados a

partir de dois aminoácidos não essenciais: glutamato e glutamina. Além disto, os aminoácidos podem ser utilizados para biossínteses de outras moléculas como a adrenalina, histamina, creatinina entre outros.

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MOLÉCULAS CENTRAIS NO METABOLISMO Durante o nosso estudo pelo metabolismo, percebemos que existem 3 principais moléculas centrais nas quais as vias bioquímicas se interligam: glicose 6-fosfato, piruvato e Acetil-CoA.

(1) Glicose 6-fosfato: formada a partir de glicose na primeira reação da glicólise catalisada pela hexocinase, pode formar outros metabólitos: glicose 1-fosfato para seguir à síntese do glicogênio; frutose 6-fosfato, para formar piruvato, que pode tomar inúmeras vias metabólicas, como já vimos; e 6-fosfogliconato na via das pentoses fosfato para síntese de ribose 5-fosfato. originar-se a partir da (2) Piruvato: degradação de glicose pode na glicólise; lactato a partir da reação inversa da fermentação láctica; alanina no transporte dos grupos α-amino do músculo para

o fígado no metabolismo de aminoácidos; e pelo oxaloacetato na gliconeogênese.

HORMÔNIOS Conforme você estudou o metabolismo, pode perceber a importância dos hormônios na atividade dos diferentes tecidos do corpo. Estas pequenas moléculas que, muitas das vezes, são proteínas, ativam processos intracelulares que culminam em uma resposta adequada. O sistema neuroendócrino é o eixo responsável pela regulação de todo o metabolismo nos mamíferos.

T   O T  A  L   O  U  P  A  R   C  I    A  L  D E   S  T  E  M A  T  E  R  I    A  L   S  E  M  P  R  É   V  I    A  A   U  T   O R  I    Z  A    Ç  à  O

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Os hormônios são liberados a partir de órgãos, dentre eles temos: hipotálamo, hipófise, tireóide, paratideóides, tecido adiposo, suprarrenais, ovário, testículos e o famoso pâncreas. Lembrese que estudamos em nossa aula de introdução ao metabolismo os diferentes receptores. Os hormônios se ligam à receptores, sejam eles membranares ou nucleares e geram uma resposta intracelular altamente amplificada. Os órgãos órgãos tem sua liberação de hormônios reguladas a partir do sistema nervoso central, que é capaz por receber informações de todo o corpo via receptores e coordenar uma resposta adequada à estes órgãos. O hipotálamo e a hipófise são exemplos de porções do neuro-eixo que atuam nesta coordenação.     O      Ã     Ç     A     Z     I     R     O     T     U     A     A     I     V      É     R     P       M     E     S     L     A     I     R     E     T     A     M     E     T     S     E     D     L     A     I     C     R     A     P     U     O     L     A     T     O     T     O      Ã     Ç     U     D     O     R     P     E     R     A     A     D     I     B     I     O     R     P

Quando ao trajeto, os hormônios recebem às seguintes classificações:

(1) Endócrinos: quando liberados na corrente sanguínea e transportados até às células alvo como, por exemplo, a insulina e o glucagon. (2) Parácrinos:  quando liberados no espaço extracelular e difundem-se para células alvo-vizinhas como, por exemplo, os eicosanoides. (3) Autócrinos:  quando o hormônio afeta a própria célula que o liberou li berou via receptores de superfície celular.

METABOLISMO NOS  TECIDOS  TECIDO S Nesta seção você verá como os órgãos respondem de forma integrada no metabolismo de acordo com os diferentes sinais.

Os aminoácidos  no fígado também podem seguir diversas vias bioquímicas: - Síntese de proteínas plasmáticas, como as lipoproteínas. - Exportação de aminoácidos para compor proteínas de outros tecidos. - Síntese de nucleotídeos, hormônios e outros. - Síntese de ureia através da degradação e metabolização do grupo α-amino.

Lembre-se que os aminoácidos de cadeia ramificada (valina, leucina e isoleucina) não conseguem ser metabolizados no fígado e, portanto, são transportados à outros tecidos, como o músculo,

(1) fígado:  citamos durante nossas aulas anteriores o fígado, um importante ponto no metabolismo. É um órgão essencial no fornecimento de material energético para outros órgãos como o cérebro, músculo e outros. Apresenta em suas células, os hepatócitos, um transportador de glicose 2 (GLUT2), que permite a livre entrada de glicose do sangue para o interior da célula.

por exemplo, para serem metabolizados pelo complexo dos aminoácidos de cadeia ramificada.

Quando entra na célula, a glicose é imediatamente fosforilada pela glicocinase (hexocinase IV) em glicose 6-fosfato (G6P). Este substrato, no fígado, pode servir para:

célula. - Ser adicionado à lipoproteínas para transporte aos tecidos. (2) Tecido adiposo: é responsável principalmente pelo armazenamento de triacilgliceróis triacilgli ceróis (TAGs), (TAGs), a forma na qual nosso corpo consegue armazenar ácidos

- Formação de glicose livre em situações de baixa glicemia. - Síntese de glicogênio e de Acetil-CoA para biossínteses (ácido graxo e colesterol) quando em estiver excesso.

Os ácidos graxos  no tecido hepático podem servir para: - Fornecer acetil-CoA para síntese de colesterol e sais biliares, síntese de corpos cetônicos ou para seguir na β-oxidação e suprir as necessidades energéticas da

- Síntese de Acetil-CoA para suprir as necessidades graxos. Existem dois tipos de tecido adiposo: o tecido adiposo amarelo, que apresenta grande parte da energéticas da célula. - Síntese de ribose 5-fosfato quando houver altas sua composição de lipídeos e objetiva armazenar os  TAGs; e o tecido adiposo marrom, que qu e apresenta uma concentrações de NADP+ ou quando necessário ribose  TAGs; proteína desacopladora, a termogenina, na membrana para as células.

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mitocondrial interna. Esta é responsável por criar um poro alternativo para retorno dos prótons à matriz mitocôndrial, levando à produção de calor. Este tipo de tecido está principalmente presente nos recém nascidos.

energia principalmente por meio da respiração celular. É mais resistente à fadiga pois gera muito menos ácido láctico, responsável por inibir à glicólise. - Músculos de contração rápida (tipo 2): obtém sua energia principalmente por meio da degradação de glicogênio, glicólise e fermentação láctica. Durante o repouso, o músculo utiliza principalmente corpos cetônicos e ácidos graxos como fonte energética, enquanto que no exercício físico dá preferência à utilização de glicose. Seu armazenamento de glicogênio é degradado principalmente nas situações em que há liberação de adrenalina. Este hormônio é liberado pelo sistema nervoso autônomo simpático, ativado em situações de estresse ou exercícios físicos intensos.

(3) Músculo:  os músculos são responsáveis pelo processo de contração muscular. Existem tipos diferentes de tecidos musculares: cardíaco, muscular esquelético e muscular liso. Estes ainda podem ser divididos em dois grandes grupos: - Músculos de contração lenta (tipo 1): obtém sua

Não se esqueça da creatinina fosfato, uma substância capaz de regenerar o ATP a partir de ADP. Sua síntese é feita através da creatinina sintase nas condições em que energia não é requerida em grandes quantidades, enquanto que sua utilização se dá nos momento em que há uma baixa carga energética. O músculo cardíaco, diferentemente do músculo esquelético, prefere utilizar ácidos graxos e corpos cetônicos para formação de energia. O coração não

P  R   O I    B  I    D A  A  R  E  P  R   O D  U    Ç  à  O T   O T  A  L   O  U  P  A  R   C  I    A  L  D E   S  T  E  M A  T  E  R  I    A  L   S  E  M  P  R  É   V  I    A  A   U  T   O R  I    Z  A    Ç  à  O

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pode parar de bater e, por isso, prefere os corpos cetônicos e deixa a glicose para os outros tecidos, economizando-a. Este tipo muscular é muito rico em mitocôndrias, exatamente para que a utilização de ácidos graxos e corpos cetônicos seja otimizada. Lembre-se que este é um processo aeróbio, portanto, em condições de isquemia, a célula muscular cardíaca poderá sofrer severos danos, como ocorre no infarto agudo do miocárdio (IAM), por exemplo.

    O      Ã     Ç     A     Z     I     R     O     T     U     A     A     I     V      É     R     P       M     E     S     L     A     I     R     E     T     A     M     E     T     S     E     D     L     A     I     C     R     A     P     U     O     L     A     T     O     T     O      Ã     Ç     U     D     O     R     P     E     R     A     A     D     I     B     I     O     R     P

(4) Cérebro:  o sistema nervoso dá preferência à utilização de glicose pras suas atividades (leva um chocolatinho pra prova, tá bem!?). Porém, este órgão não armazena quantidades substanciais de glicogênio. Seu suprimento de glicose ocorre principalmente pela captação de glicose sanguínea, por isso a glicemia deve ser sempre mantida em níveis adequados. Em condições como o jejum, onde há baixa glicemia, o cérebro é capaz de utilizar corpos cetônicos, mas não é seu combustível de preferência.

REGULAÇÃO HORMONAL NO REGULAÇÃO METABOLISMO Agora que você relembrou as generalidades dos d os diferentes órgãos, vamos revisar o que acontece com eles nas diversas situações hormonais. Lembre-se de que o pâncreas é uma glândula mista responsável por liberar hormônios endócrinos (insulina, glucagon e somatostatina) e substâncias exócrinas (enzimas pancreáticas que auxiliam o processo de digestão). Vamos relembrar alguns aspectos e trazer

maneira: quando em altas concentrações no sangue, a glicose entra na célula β-pancreática e, através das

vias que você já estudou, leva à síntese de ATP. Este em altas concentrações, leva à inibição e fechamento dos canais de potássio (K+) controlado por ATP. Quando fechado, impede a saída de potássio da célula e esta ação despolariza à membrana celular celular.. A despolarização permite a abertura de canais de cálcio controlados por voltagem presentes no retículo endoplasmático e na membrana celular, levando à um aumento da concentração de cálcio no citoplasma celular. O cálcio é responsável por fundir as membranas dos pequenos grânulos onde a insulina está armazenada e permite sua saída para a corrente sanguínea, como você pode acompanhar na imagem abaixo.

A insulina leva à diversas alterações metabólicas nos órgãos, sendo elas: - Fígado: aumento da captação de glicose pela expressão aumentada da glicocinase, aumento da síntese de glicogênio por ativação da glicogênio sintase, diminuição da degradação de glicogênio pela inibição da glicogênio fosforilase, aumento da velocidade da glicólise e produção de acetil-CoA por aumento da atividade da PFK-1 ou PFK2 e do complexo da piruvatodesidrogenase, aumento da síntese de ácidos graxos pela ativação da Acetil-CoA carboxilase. - Músculo: ocorre aumento da captação de glicose por maior quantidade de transportadores de glicose

alguns detalhes sobre informações que vimos anteriormente:

(1) Insulina: é o hormônio liberado na situação metabólica de alimentado. A liberação deste hormônio ocorre pelas células β-pancreáticas da seguinte

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(GLUT4) membranas das células, aumento da síntese e nas diminuição da degradação de glicogênio. - Tecido adiposo: aumento da captação de glicose por maior disponibilidade de GLUT4 e aumento da síntese de triacilgliceróis.

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Efeitos metabólicos da Insulina  P  R   O I    B  I    D A  A  R  E  P  R   O D  U    Ç  à  O T   O T  A  L   O  U  P  A  R   C  I    A  L  D E   S  T  E  M A  T  E  R  I    A  L   S  E  M  P  R  É   V  I    A  A   U  T   O R  I    Z  A    Ç  à  O

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(2) Glucagon: este hormônio é liberado em situações nas quais a glicemia é baixa, principalmente no jejum. Suas ações levarão à mobilização dos estoques de energia dos tecidos e regulação da glicemia pelo fígado, acompanhe as imagens.

    O      Ã     Ç     A     Z     I     R     O     T     U     A     A     I     V      É     R     P       M     E     S     L     A     I     R     E     T     A     M     E     T     S     E     D     L     A     I     C     R     A     P     U     O     L     A     T     O     T     O      Ã     Ç     U     D     O     R     P     E     R     A     A     D     I     B     I     O     R     P

Efeitos metabólicos do Glucagon 

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(3) Adrenalina: é o hormônio liberado pela suprarrenal em situações de estresse e luta ou fuga. São responsáveis pelos seguintes efeitos metabólicos:

DESORDENS METABÓLICA METABÓLICAS S

(1) Diabetes mellitus descontrolado e Jejum prolongado: em ambas as situações teremos efeitos metabólicos semelhantes aos gerados pelo glucacon. A diabetes mellitus é uma doença metabólica dividida em vários tipos, os principais são: diabetes tipo 1 (insulinodependente), onde o pâncreas é insuficiente na produção de insulina; e diabetes tipo 2 (insulino-resistente), onde há insulina mas os tecidos não conseguem responder adequadamente à insulina (resistência insulínica). Esta falha na captação de glicose levará à utilização dos ácidos graxos como principal fonte energética pelos tecidos. A mobilização dos ácidos graxos leva à formação de no acetil-CoA, precisa de oxaloacetato para entrar ciclo de que Krebs para formar energia. Como não há quantidades adequadas de carboidratos celulares, não é possível a síntese de oxaloacetato, logo, o acetil-CoA é direcionado à produção de corpos cetônicos e lançados na corrente sanguínea mas não são utilizados. Por serem ácidos, na corrente sanguínea os corpos cetônicos levam à diminuição do pH, que é domininada acidose metabólica. Se acompanhada de aumento dos níveis sanguíneos de corpos cetônicos, chamamos de cetoacidose diabética.

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    O      Ã     Ç     A     Z     I     R     O     T     U     A     A     I     V      É     R     P       M     E     S     L     A     I     R     E     T     A     M     E     T     S     E     D     L     A     I     C     R     A     P     U     O     L     A     T     O     T     O      Ã     Ç     U     D     O     R     P     E     R     A     A     D     I     B     I     O     R     P

(2) Obesidade: a obesidade é definida a partir do índice de massa corpórea (IMC) do indivíduo. Valores acima de 30 são definidos como obesidade. Ocorre principalmente quando o consumo é maior do que as necessidades corporais. Em situações normais, a obesidade leva à um maior depósito de triacilgliceróis no tecido adiposo com expansão do volume deste tecido. Essa expansão leva à liberação de um hormônio: a leptina, que realiza uma conexão de comunicação do tecido adiposo com o sistema nervoso central. Atua no hipotálamo e sinaliza que é necessário diminuir a ingesta alimentar e aumentar o gasto calórico; além de atuar nos “centros da fome” bloqueando sua resposta. Indivíduos obesos apresentam uma resistência a leptina, o que não leva à

sua resposta adequada e, portanto, continuam sentindo fome pela falha da ação deste hormônio nos núcleos hipotalâmicos. Quando ocorre emagrecimento, o volume do tecido adiposo diminui, o que leva à liberação de adiponectinas. Este hormônio ativa AMPK em diversos tecidos e leva à respostas e efeitos fisiológicos f isiológicos variados como a diminuição da síntese de ácidos graxos no tecido adiposo, o aumento da oxidação de ácidos graxos g raxos no músculo e aumenta o comportamento alimentar. Além do tecido adiposo, algumas medicações como as tiazolidinedionas, também induzem a liberação da adiponectina. O exercício físico leva à ativação da AMPK, que tem as mesmas ações da adiponectina.

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METABOLISMO DO ETANOL Quando ingerimos bebidas alcoólicas, o principal componente alcoólico é o etanol. Este é rapidamente absorvido e levado à metabolização no fígado através da álcool desidrogenase e da aldeído desidrogenase. Estas duas enzimas são responsáveis por metabolizar o etanol em acetato. Por ser volátil, é liberado através da respiração. Além disso, este processo de

metabolização de etanol aumenta os níveis de NADH citoplasmáticos, o que inibe a gliconeogênese hepática e pode gerar hipoglicemia. A oxidação de ácidos graxos também é interrompida, o que pode levar à um acúmulo de ácidos graxos no fígado, condição chamada de esteatose hepática.

  Ç  à  O T   O T  A  L   O  U  P  A  R   C  I    A  L  D E   S  T  E  M A  T  E  R  I    A  L   S  E  M  P  R  É   V  I    A  A   U  T   O R  I    Z  A    Ç  à  O

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ANOTAÇÕES

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REFERÊNCIAS

(1) LEHNINGER, T. T. M.; NELSON, NELSON, D. D. L. & COX, COX, M.M - Princípios de Bioquímica de Lehninger.. 6 ed., 2014. Ed Artmed. Lehninger

(2) STRYER, L. - Bioquímica. 6 ed., 2008. Ed Guanabara Koogan. Koogan. P  R   O I    B  I    D A  A  R  E  P  R   O D  U 

AUTOR

Matheus Hilário da Cunha

ILUSTRAÇÃO Gabriela Loureiro Loureiro - todas as imagens, figuras f iguras e tabelas.

FORMATA FOR MATAÇÃO ÇÃO E DIAGRAMAÇÃO Matheus Hilário da Cunha

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