APOSTILA - BIOQUÍMICA
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COLGIO META
BIOQUMICA
Prof. ABEL SCUPELITI ARTILHEIRO
SO PAULO
2012
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Bioqumica Prof. Abel Scupeliti Artilheiro
BIOQUMICA
CAPTULO 1 - BIOQUMICA E ORGANIZAO CELULAR
Todos os seres vivos usam o mesmo tipo de molculas e energia em seu metabolismo. Todas
as clulas e biomolculas das quais as clulas so sintetizadas foram originadas a partir de molculas
muito simples como H2O, CO2 , N2, NH3 e outras. O aparato celular de organismos vivos construdo
a partir de compostos orgnicos (as biomolculas).
1) BIOMOLCULAS
As biomolculas so molculas de compostos orgnicos que constituem os seres vivos como:
protenas, cidos nuclicos, polissacardeos. Os polmeros formados por algumas molculas orgnicas
so importantes para a construo do organismo pois atravs deles que se formam as biomolculas
polimricas.
Os polmeros so formados pelos monmeros (pequenas molculas orgnicas que se
polimerizam). Os principais monmeros que constituem os organismos vivos so: aminocidos,
nucleotdeos e os monossacardeos.
Os aminocidos reagem entre si dando origem s protenas que constituem grande parte das
clulas. A Figura 2 mostra a formao de um dipeptdio. As protenas so importantes no controle do
transporte de substncias pela membrana, na atividade dos genes, na contrao muscular e nos
movimentos internos da clula. A representao geral dos aminocidos mostrada na Figura 1.
H2N CH C
R
OH
O
FIGURA 1 Estrutura geral dos aminocidos.
H2N CH C
CH3
OH
O
+ H2N CH C
CH3
OH
O
H2N CH C
CH3
NH
O
CH C
CH3
OH
O
+ H2O
FIGURA 2 - Representao de um dipeptdeo.
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Os nucleotdeos so estruturas formadas por trs substncias qumicas: base nitrogenada,
pentose e fosfato como mostra a Figura 3. So os nucleotdeos que se encadeiam e do origem aos
cidos nuclicos (DNA e RNA) que desempenham papel fundamental no ncleo.
N
NH2
ON
O
OHOH
HH
HH
OP-O
O-
O
base nitrogenada
pentose
fosfato
FIGURA 3 - Representao de um nucleotdeo.
O DNA forma os genes, que do origem aos cromossomos, e responsvel pela transmisso
das caractersticas hereditrias e com o auxlio do RNA, controla a produo de protenas das clulas
determinando as caractersticas dos seres vivos.
Nos cromossomos encontramos o cdigo gentico que a relao entre a seqncia de
nucleotdeos nos cidos nuclicos e a seqncia de aminocidos em uma protena. Esse cdigo de
grande importncia pois a partir dele que surgem as diferenas entre os organismos vivos. De
acordo com a seqncia de bases nitrogenadas e a sua quantidade em uma fita de DNA gera-se uma
informao gentica para a sntese de uma protena especfica que construir a clula. Com um
conjunto de informaes que varia muito, forma-se uma grande variedade de organismos vivos.
Os polissacardeos so glicdios de longa cadeia constitudos pela unio de vrios
monossacardeos (acares) como mostra a Figura 5. Esses polissacardeos so importantes pois so
fontes de energia para o organismo e constituem certas estruturas importantes nos organismos.
O
H
HO
OH
H
H
OH
OHHH
OH
FIGURA 4 Estrutura da glicose.
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O
H
HO
OH
H
H
OH
OHHH
OH
+O
H
HO
OH
H
H
OH
OHHH
OH
O
H
O
OH
H
H
OH
OHHH
OH
O
H
OH
H
H
OH
HO HH
OH + H2O
FIGURA 5 - Representao da sacarose.
Esquema geral
aminocidos protenas membrana plasmticaformam formam
nucleotdeoscidos nucleicos
(DNA e RNA)cromossomo
formam formam
monossacardeos polissacardeoscelulose (reforo externo
da parede celular vegetal)
formam formam
2) ORGANIZAO E ESTRUTURA CELULAR
Os seres vivos podem se classificar de acordo com sua estrutura celular em procariontes e
eucariontes.
As clulas procariticas tm uma estrutura muito simples pois no possuem membrana
nuclear nem a maioria das organelas, possuindo apenas uma nica membrana plasmtica.
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As clulas eucariticas so muitos maiores em tamanho que as anteriores, possuem um
ncleo delimitado por uma membrana e diversos compartimentos especializados para cada funo
(complexo de Golgi, mitocndria e outros) como mostram as Figuras 6 e 7.
Dentro de uma clula eucaritica encontram-se:
Ribossomo sntese de protenas;
Aparelho de Golgi eliminao de secreo celular;
Lisossomo digesto celular;
Membrana plasmtica proteo e transporte de substncias na clula;
Mitocndria respirao celular;
Centrolos fazem parte da diviso celular;
Parede celular esqueleto de sustentao da clula vegetal;
Retculo endoplasmtico liso sintetiza lipdeos e armazena clcio no msculo;
Retculo endoplasmtico rugoso facilita o transporte de substncias na clula e produz protenas da
membrana;
Vacolo contrtil cavidades do citoplasma que se encarregam de eliminar gua;
Vacolo de suco celular cavidades que acumulam gua em vegetais;
Cloroplasto responsvel pela sntese de protenas e reproduo na clula vegetal.
FIGURA 6 Representao da clula animal.
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FIGURA 7 Representao da clula vegetal.
3) INTERAO ENTRE AS BIOMOLCULAS
As interaes entre as biomolculas podem ser do tipo covalente ou intermolecular.
Nas ligaes covalentes o par de eltrons compartilhado por dois tomos. Podemos citar
como exemplo a ligao peptdica entre dois aminocidos, as pontes dissulfeto entre dois tomos de
enxofre presentes nas estruturas tercirias de algumas protenas e a ligao glicosdica entre dois
monossacardeos.
As foras intermoleculares so no-covalentes e mais fracas que as covalentes pois no
ocorre o compartilhamento de um par de eltrons. Nessas foras ocorre a atrao entre as cargas
parcias positivas e negativas de dois tomos de molculas diferentes fazendo com que as molculas
se aproximem. Existem quatro principais tipos de foras intermoleculares: foras de Van der Waals,
eletrosttica, ligao de hidrognio, interao dipolo-dipolo.
3.1) FORAS DE VAN DER WAALS
Nesse tipo de interao intermolecular, a distribuio de cargas em torno de uma molcula
muda com o tempo, dessa forma em um dado momento a distribuio de cargas no simtrica e
um lado da molcula apresentar uma grande quantidade de cargas negativas, por exemplo,
induzindo dessa forma que uma outra molcula vizinha apresente uma quantidade de cargas
positivas correspondente de um lado da molcula, ocorrendo dessa forma a atrao entre esses
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dipolos formados nas molculas, como mostra a Figura 8. Nessa interao, uma molcula induz a
formao de um dipolo na outra sendo consideradas as interaes mais fracas existentes. Esse tipo
de interao ocorre entre os grupos R de aminocidos apolares.
Molculas Apolares
Distribuio desigual da carga eletrnica
FIGURA 8 Foras de Van der Waals.
3.2) INTERAO DIPOLO-DIPOLO
As foras dipolo dipolo so interaes entre molculas polares sendo consideradas foras
intermedirias. A figura 9 exemplifica esse tipo de interao. Na molcula da acetona o tomo de
oxignio, mais eletronegativo, faz uma dupla ligao com o tomo de carbono, menos
eletronegativo. Dessa forma h a formao de um dipolo na molcula pois o par de eltrons da
ligao C=O estar mais prximo do tomo de oxignio pois este o tomo mais eletronegativo. Este
adquire carga parcial negativa e deixa o outro lado da molcula (tomo de carbono) com carga
eltrica parcial positiva. O lado negativo de uma molcula atrai o positivo da outra e dessa forma
ocorre a interao entre as molculas.
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FIGURA 9 Interao do tipo dipolo-dipolo.
3.3) ATRAO ELETROSTTICA
Esse tipo de interao o resultado das foras atrativas entre cargas opostas efetivas de
funes polares, ou seja, ocorre devido a atrao de uma molcula carregada positivamente com
outra molcula carregada negativamente. Essas interaes so consideradas as mais fortes
existentes e ocorrem entre radicais carregados de aminocidos.
3.4) LIGAO DE HIDROGNIO
A ligao de hidrognio a interao entre o tomo de hidrognio ligado a um tomo de O, N
ou F de uma molcula com o tomo de N, O ou F de outra molcula. A ligao de hidrognio uma
fora intermolecular mais fraca que a on-on mais mais forte que as foras de Van der Waals ou
dipolo dipolo.
Uma explicao plausvel para a formao das ligaes de hidrognio a de que o par de
eltrons que liga um tomo de hidrognio a um tomo altamente eletronegativo est efetivamente
afastado do ncleo do hidrognio, diminuindo muito a densidade de carga negativa ao redor do
ncleo de hidrognio que um simples prton. Assim, o prton no blindado atrai eltrons que
circundam o tomo eletronegativo de uma molcula vizinha. A Figura 10 ilustra esse tipo de
interao. So consideradas interaes de fora intermediria e ocorrem entre grupos polares sem
carga dos aminocidos polares.
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FIGURA 10 Ligao de hidrognio entre as molculas de gua.
3.5) INTERAO HIDROFBICA
Alm desses quatro tipos, existem ainda as interaes hidrofbicas que so atribudas devido
a forte tendncia das molculas de gua exclurem grupos ou molculas apolares. Essas interaes
ocorrem entre solutos no polares e a gua como mostra a figura 11. Molculas apolares de solutos
se aglomeram entre si na presena de gua, no porque tenham primariamente uma alta afinidade
uma pela outra, mas porque a gua liga-se fortemente a si mesma.
FIGURA 11 Interao hidrofbica entre solvente apolar e a gua.
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EXERCCIOS
1) Defina biomolculas, cite 3 exemplos e a importncia de cada uma para os organismos vivos.
2) Diferencie seres eucariontes de seres procariontes.
3) Qual a funo das seguintes organelas celulares mostradas a seguir: ribossomo, membrana
plasmtica, centrolos, mitocndria e lisossomo?
4) Qual a diferena entre ligao covalente e interao intermolecular?
5) Quais os tipos de foras intermoleculares existentes?
6) Apresente quais o tipo de interao intermolecular entre:
a) molculas de gua;
b) molculas de gua e leo;
c) molculas de glicose e gua;
d) os grupamentos metila (-CH3 dos radicais R) de duas protenas;
e) entre molculas de aminocidos em pH 7,4 (que apresentam a estrutura abaixo)
H3N CH C
CH3
O-
O
+
6) Defina ligao de hidrognio.
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CAPTULO 2 - GUA: SOLVENTE DAS REAES BIOQUMICAS
A gua a substncia encontrada em maior quantidade no planeta Terra, constituindo cerca
de 70 a 90% dos seres vivos.
A molcula de gua composta por dois tomos de hidrognio e um de oxignio, com
estrutura angular sendo considerada uma molcula polar como mostra a Figura 1.
O
H H
FIGURA 1 Estrutura da molcula de gua.
Na natureza, a gua o componente qumico que est presente em maior quantidade nos
seres vivos e, juntamente com os sais minerais, constitui os componentes inorgnicos das clulas. As
substncias orgnicas predominam em variedade, pois grande o nmero de protenas, cidos
nuclicos, lipdios e carboidratos diferentes que formam a estrutura das clulas e dos organismos.
1) PROPRIEDADES DA GUA
1.1) PONTO DE FUSO E EBULIO
As molculas de gua se unem por ligaes de hidrognio na qual um tomo de hidrognio
polarizado com carga parcial positiva atrado por um tomo de oxignio de outra molcula com
carga parcial negativa. A formao de dipolos na molcula resultante da grande diferena de
eletronegatividade entre os tomos de hidrognio e o de oxignio.
Devido a essas interaes (ligao de hidrognio) a gua apresenta alto ponto de fuso e
ebulio sendo considerada um excelente solvente para substncias inicas e outras molculas
polares que faam ligao de hidrognio com a gua como aldedos, lcool, cetonas e acares.
1.2) SOLUBILIDADE E TRANSPORTE
A gua considerada como solvente universal pois tem a capacidade de solubilizar inmeros
compostos orgnicos e inorgnicos, transportando-os pelo organismo. As substncias dissolvidas em
gua reagem mais facilmente pois suas partculas espalhadas e em contnuo movimento tm uma
possibilidade maior de entrar em contato com outras partculas. o solvente do sangue, da linfa, dos
lquidos intersticiais nos tecidos e das secrees como a lgrima, o leite e o suor.
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A polaridade e a capacidade de formao de ligao de hidrognio da gua faz dela uma
molcula com alto poder de interao como mostra a Figura 2. A gua um excelente solvente para
a maioria das molculas polares pois enfraquece as ligaes eletrostticas e ligaes de hidrognio
entre esses grupamentos e passa a interagir com eles, como por exemplo entre carbonila e amida
como mostra a Figura 3.
FIGURA 2 Ligao de hidrognio entre as molculas de gua.
FIGURA 3 Ligao de hidrognio entre as molculas de gua e outros grupamentos polares.
a fase dispersante de todo material citoplasmtico. O citoplasma nada mais do que uma
soluo coloidal de molculas proticas, glicdicas e lipdicas imersas em gua. Atua no transporte de
substncias entre o interior da clula e o meio extracelular.
A gua impregna todos os tecidos sendo, dessa forma, o meio de transporte dos elementos
nutritivos para a clula; transporta as substncias solveis que atravessam as membranas celulares
devido ao mecanismo das presses osmticas. Todas as reaes bioqumicas se processam em meio
aquoso j que a gua indispensvel s interaes entre as biomolculas.
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1.3) CALOR ESPECFICO
A gua tem um alto calor especfico, o que tambm justificado pela formao de ligaes
de hidrognio. Assim, a gua tem capacidade de absorver muito calor e mudar pouco de
temperatura; isso ocorre devido dificuldade de se romper as pontes de hidrognio para que as
molculas de gua aumentem sua energia cintica e, por conseqncia, sua temperatura.
Pelo seu elevado calor especfico, a gua contribui para a manuteno da temperatura nos
animais como aves e mamferos, ou seja, uma pessoa em estado febril tem sua sudorese aumentada
para que a evaporao da gua contida no suor absorva o calor corpreo, para diminuio da
temperatura do indivduo. Essa caracterstica fundamental para a manuteno da homeostase dos
organismos vivos.
A homeostase a propriedade de um sistema, seres vivos especialmente, de regular o seu
ambiente interno para manter uma condio estvel, mediante mltiplos ajustes de equilbrio
dinmico controlados por mecanismos de regulao interrelacionados.
2) GUA E O METABOLISMO
Tecidos de um mesmo organismo variam os teores de gua de acordo com um menor ou
maior metabolismo. Quanto maior o metabolismo tecidual, maior o teor percentual de gua, uma vez
que a gua o meio para o metabolismo, ou seja, o solvente das reaes bioqumicas. Assim, em
animais, msculos tm maior atividade metablica que ossos, possuindo maior teor de gua (70 a
80% enquanto no tecido sseo essa quantidade de 25%), bem como, em plantas, folhas tm maior
atividade metablica que sementes, possuindo ento maior teor de gua.
Alm de a gua ser o solvente no qual ocorrem as reaes metablicas corporais, a gua
participa diretamente de vrias reaes qumicas como reagente ou produto, como as snteses nas
quais ocorrem desidratao intermolecular, hidrlise, respirao aerbica e fotossntese.
2.1) DESIDRATAO
A desidratao trata-se de um problema de sade, uma disfuno de nosso organismo,
decorrente de uma deficincia da concentrao de gua em nosso corpo, o que inviabiliza a boa
manuteno do mesmo.
A desidratao ocorre quando acontece uma perda de lquidos corporais, principalmente
quando h uma perca de gua superior ao montante que foi tomado, com isso, sai mais gua das
nossas clulas e, em seguida, do nosso corpo.
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Perdemos gua todos os dias sob a forma de vapor de gua no ar quando expiramos, e
atravs do nosso suor, urina e fezes. Juntamente com a gua, tambem so perdidas pequenas
quantidades de sais.
Quando perdemos muita gua e esta no reposta, o organismo fica fora de equilbrio ou
desidratado. A desidratao severa pode levar morte. por isso que devemos ter cuidados e
ateno desidratao.
Dentre as principais causas da desidratao pode-se citar: baixa ingesto de lquidos
(principalmente a gua que participa da maior parte dos processos vitais em nosso organismo);
perda excessiva de lquidos corporais, como por: vmitos, diarria, produo excessiva de urina e
exposio prolongada luz solar.
Os principais sintomas so: aumento da sede e reduo da urina, fraqueza e fadiga, tontura e
dores de cabea, boca e/ou lngua seca, pode prejudicar as atividades renais, irritabilidade ou apatia
(falta de energia).
No caso de algum que se encontre desidratado, deve-se administrar o soro caseiro ou
industrializado a fim de que o mesmo possa recuperar o lquido e os sais perdidos. A melhor forma de
evitar a desidratao tomar gua com freqncia e de preferncia 1,5 L por dia, alm de sucos
naturais, leite e comer frutas.
3) INTERAES HIDROFBICAS
Apesar de solubilizar uma grande parte dos solutos, existem molculas que interagem de
forma diferente com a gua pois no so solubilizados pela mesma. Solutos no polares ou grupos
funcionais no polares em macromolculas biolgicas no fazem ligao de hidrognio com a gua.
Dessa forma, essas molculas tendem a se aglomerarem em gua constituindo as interaes
hidrofbicas.
Consideremos a introduo de uma molcula de hidrocarboneto em gua. Cria-se uma
cavidade na gua, o que desfaz temporariamente algumas ligaes de hidrognio entre as molculas
de gua. As molculas de gua deslocadas orientam-se, ento, para formar o nmero mximo de
novas ligaes de hidrognio. Isso conseguido a um preo: o nmero de modos de formao de
ligao de hidrognio na cavidade em torno da molcula do hidrocarboneto muito menor que na
gua pura sendo que as molculas de gua em torno da molcula do hidrocarboneto so muito mais
ordenadas do que em outros locais na soluo. A gua altamente coesa na qual as molculas
vizinhas de gua tm alta afinidade umas pelas outras. A interao hidrofbica mostrada na Figura
4.
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FIGURA 4 Interaes hidrofbicas entre composto apolar e a gua.
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EXERCCIOS
1) Quais so os compostos orgnicos e inorgnicos presentes nas clulas?
2) Explique a importncia da gua como solvente e transportador de substncias pelas clulas.
3) Explique qual a relao entre o calor especfico da gua e sua funo no organismo.
4) Defina homeostase.
5) Explique porque tecidos que possuem maior atividade metablica possuem maior teor de gua
que outros com menor atividade.
6) Explique o que ocorre em termos de interaes quando adiciona-se uma gota de leo em gua.
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CAPTULO 3 - AMINOCIDOS E PROTENAS
1) PROTENAS
As protenas so biopolmeros formados pela unio de aminocidos. As protenas so de
fundamental importncia nos processos biolgicos alm de serem as molculas mais diversificadas
quanto sua forma e funo.
1.1) FUNES
As principais caractersticas das protenas so: a) catlise enzimtica: a maioria das reaes qumicas nos organismos vivos so catalisadas por
enzimas que tem a funo de aumentar a velocidade dessas reaes fazendo com que ocorram em
tempo, velocidade e pH adequados. A anidrase carbnica um exemplo de enzima que catalisa a
hidratao do CO2 no processo de troca gasosa do organismo com o meio exterior;
b) transporte e armazenamento: muitas molculas pequenas ou ons so transportados por protenas
especficas a diversas partes do corpo como a hemoglobina que transporta O2 do pulmo aos tecidos;
c) movimento coordenado: as protenas so o principal componente do msculo sendo que a
contrao muscular levada a efeito pelo movimento deslizante de dois tipos de filamentos
proticos;
d) sustentao mecnica: a estrutura de certas protenas, como o colgeno (protena fibrosa), d alta
fora de tenso e sustentao pele e aos tecidos;
e) proteo imunolgica: os anticorpos so protenas altamente especficas que reconhecem e se
combinam com substncias estranhas tais como vrus e bactrias, destruindo-os;
f) gerao e transmisso de impulsos: a resposta das clulas nervosas a estmulos especficos feita
atravs de protenas receptoras, como a rodopsina que a protena sensvel luz nos bastonetes da
retina;
g) crescimento e diferenciao: so controlados por fatores proticos de crescimento. As atividades
de diferentes clulas em organismos multicelulares so coordenadas por hormnios como, por
exemplo, a insulina.
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2) AMINOCIDOS
Os aminocidos so as unidades estruturais bsicas das protenas. O aminocido
composto por um grupamento carboxila, um grupamento amino, um hidrognio e um grupo R que
diferencia os aminocidos, todos ligados a um nico tomo de carbono, como mostra a Figura 1.
H2N CH C
R
OH
O
FIGURA 1 Estrutura geral dos aminocidos.
As protenas, apesar de apresentarem estruturas e funes to diversificadas, so
sintetizadas por 20 aminocidos. Todas as protenas de todos os organismos vivos so construdas a
partir desses 20 aminocidos. A notvel gama de funes exercidas por elas resulta da diversidade e
da versatilidade desses aminocidos.
2.1) LIGAO PEPTDICA
As protenas so polmeros que se unem atravs da ligao do grupo carboxila de um
aminocido com o grupo amino do outro. Essa ligao chamada de peptdica e obtida por
excluso de uma molcula de gua, como mostra a Figura 2.
H2N CH C
CH3
OH
O
+ H2N CH C
CH3
OH
O
FIGURA 2 Formao da ligao peptdica. A unio de vrios aminocidos por ligaes peptdicas d origem a uma cadeia polipeptdica.
Uma cadeia peptdica tem um sentido pois seus componentes tm extremidades diferentes.
Convencionou-se que a ponta amnica considerada como sendo o incio da cadeia. Portanto,
alanina-glicina-lisina um peptdeo diferente de glicina-lisina-alanina.
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A Figura 3 mostra a unio de diferentes aminocidos pela ligao peptdica.
FIGURA 3 - Estrutura de uma cadeia polipeptdica.
2.2) CLASSIFICAO DOS AMINOCIDOS
Os 20 aminocidos existentes diferem entre si pelo grupamento R da cadeia lateral. So vinte
cadeias que variam em forma, tamanho, carga, capacidade de formao de interaes intermolecular
e reatividade qumica. Dessa forma os aminocidos so classificados em:
a) apolares: possuem cadeia lateral constituda por molculas orgnicas com carter de
hidrocarboneto que no interagem com a gua. So exemplos desses tipos de aminocidos: glicina,
alanina, valina, leucina, isoleucina, metionina, fenilalanina, triptofano e prolina;
b) polares: possuem cadeia lateral com grupos que possuem carga parcial e so capazes de fazer
ligao de hidrognio com a gua. So exemplos desses tipos de aminocidos: asparagina,
glutamina, serina e treonina;
c) cidos: possuem cadeia lateral com grupos que apresentam carga negativa, em soluo neutra,
apresentando caractersticas cidas. So exemplos desses tipos de aminocidos: aspartato, cistena,
glutamato e tirosina;
d) bsicos: possuem cadeia lateral com grupos carregados positivamente, em soluo neutra, que
apresentam caractersticas bsicas. So exemplos desses tipos de aminocidos: arginina, lisina e
histidina.
A Tabela 1 mostra a estruturas dos 20 aminocidos existentes.
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TABELA 1 Estrutura e classificao dos aminocidos.
GLICINA
ALANINA
VALINA
LEUCINA
TRIPTOFANO
FENILALANINA
METIONINA
ISOLEUCINA
PROLINA
ASPARAGINA
GLUTAMINA
TREONINA
SERINA
ASPARTATO
GLUTAMATO
TIROSINA
CISTENA
HISTIDINA
LISINA
ARGININA
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2.2.1) Aminocidos essenciais e no essenciais
Os aminocidos no essenciais so aqueles que o organismo pode fabricar, como por
exemplo: alanina, asparagina, cido asprtico, cistena, cido glutmico, glutamina, glicina, prolina,
serina e tirosina.
Os aminocidos essenciais so aqueles que no podem ser produzido pelos organismos vivos
e, por isso, devem ser ingeridos na alimentao, como por exemplo: arginina, histidina, isoleucina,
leucina, lisina, metionina, fenilalanina, treonina, triptofano e valina.
2.3) FUNES DOS AMINOCIDOS
Os aminocidos so de extrema importncia no organismo por diversos fatores, cada um
atuando de uma forma diferente. A Tabela 2 mostra os principais tipos de aminocidos e suas
funes.
TABELA 2 Principais aminocidos e suas funes no organismo.
AMINOCIDO FUNO ALIMENTO
Lisina Auxilia na formao do colgeno, no crescimento sseo e
ajuda na inibio dos vrus.
Queijo e
derivados
Glutamina Ajuda no crescimento do tecido muscular, essencial nas
funes do sistema imunolgico, ajuda a memria e
estimula a inteligncia.
Carne / Peixe
derivados do leite
Leucina Aumenta a resistncia e diminui a fadiga durante o exerccio fsico. Ajuda a diminuir
a perda de massa muscular na velhice.
Soja / Feijo
Triptofano Atua como neurotransmissor responsvel
pela sensao de bom humor.
Chocolate amargo
cido glutmico Atua como neurotransmissor do sistema nervoso.
Utilizado na indstria, na forma de glutamato,
para realar o sabor dos alimentos.
Glten
Fenilalanina Elemento principal na formao do colgeno. Utilizado na
indstria como adoante.
Peixe/Frango
Tirosina Precursor de neurotransmissores,
aumenta a sensao de bem-estar.
Nozes / Castanhas
Cereais integrais
3) ESTRUTURA PROTICA
A organizao espacial das protenas resultante dos tipos de aminocidos que as
compem e de como eles esto dispostos uns em relao aos outros. A seqncia dos aminocidos
ir determinar o tipo de interao possvel entre as cadeias laterais, que determinar a forma da
protena.
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3.1) ESTRUTURA PRIMRIA
A estrutura primria corresponde seqncia de aminocidos que formam a cadeia
polipeptdica, ou seja, o esqueleto da protena. Essa seqncia determinada geneticamente e
especfica de cada protena. A Figura 4 mostra um exemplo desse tipo de estrutura.
FIGURA 4 Estrutura primria da protena.
3.2) ESTRUTURA SECUNDRIA
A estrutura secundria descreve as estruturas bidimensionais formadas por elementos da
estrutura da cadeia polipeptdica. Essa seqncia se refere ao arranjo espacial de segmentos de
aminocidos que estejam prximos um dos outros na seqncia linear. As duas principais
conformaes assumidas so denominadas -hlice e folha -pregueada. Essas estruturas se
estabilizam por ligaes de hidrognio entre o hidrognio do grupamento -NH e o oxignio do
grupamento C = O.
3.2.1) Estrutura em -hlice
A -hlice uma estrutura semelhante a um basto. A cadeia polipeptdica principal
fortemente helicoidizada formando a parte interna do basto, e as cadeias laterais projetam-se para
fora em uma disposio helicoidal. A -hlice estabilizada por ligaes de hidrognio entre os
grupamentos NH e CO da cadeia principal. O grupamento CO de cada aminocido forma ligao de
hidrognio com o grupamento NH do aminocido que est situado a quatro unidades abaixo na
seqncia linear. Assim, todos os grupamentos CO e NH formam ligaes de hidrognio. As cadeias
laterais dos aminocidos projetadas para fora no participam das ligaes de hidrognio
estabelecidas unicamente entre os grupamentos das unidades peptdicas. O elevado nmero de
ligaes de hidrognio confere grande estabilidade a estrutura em -hlice. Por esta razo, a
estabilidade dessa estrutura independe, at certo ponto, do tipo de cadeia lateral do aminocido. No
entanto, h casos que, devido a forte repulso de grupos carregados com a mesma carga na cadeia
lateral, no possvel que a estrutura espacial da protena seja em -hlice. A Figura 5 mostra
exemplo da estrutura em -hlice.
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FIGURA 5 Estrutura protica em -hlice.
a) Representao da estrutura em -hlice helicoidizada
b) Ligaes de hidrognio que mantm a estrutura em -hlice
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Os principais exemplos de protenas que possuem 75 a 80% de sua estrutura em -hlice so:
mioglobina e hemoglobina.
3.2.2) Estrutura em folha -pregueda
A estrutura em folha -pregueada difere muito da -hlice pois consiste em uma cadeia
peptdica quase totalmente distendida ao invs de firmemente enrolada. Essa estrutura estabilizada
por ligaes de hidrognio entre grupamentos NH e CO em fitas peptdicas diferentes, enquanto na -
hlice as ligaes de hidrognio entre os grupamentos NH e CO so no mesmo filamento. As cadeias
em folha -pregueada exibem uma conformao mais distendida e dispem-se lado a lado, o que d
estrutura formada o aspecto de uma folha pregueada. As ligaes de hidrognio so
perpendiculares ao eixo das cadeias, e os grupos R dos aminocidos projetam-se para cima e para
baixo do plano da folha pregueada, como mostra a Figura 6. As protenas que apresentam sua
estrutura em folha -pregueada so: insulina e a concanavalina A (protena vegetal).
FIGURA 6 Estrutura protica em folha -pregueada.
3.3) ESTRUTURA TERCIRIA
Essa estrutura descreve o dobramento final da cadeia polipeptdica por interaes entre os
grupos R de seus aminocidos. Neste nvel de organizao, segmentos distantes da estrutura
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primria podem aproximar-se e interagir atravs de ligaes no-covalentes entre as cadeias laterais
dos resduos de aminocidos. Estas ligaes so consideradas fracas em relao s covalentes. O
nico tipo de ligao covalente que une os radicais na estrutura terciria so as pontes dissulfeto. Os
tipos de ligaes no covalentes que unem esses radicais so:
a) ligaes de hidrognio: so estabelecidas entre os grupos R de aminocidos polares e no
apresentam um padro regular como na estrutura secundria;
b) interaes de Van der Waals: so estabelecidas entre as cadeias laterais hidrofbicas dos
aminocidos apolares. As cadeias hidrofbicas localizam-se geralmente no interior apolar da protena
pois no interagem com a gua;
c) ligaes eletrostticas: a maioria dos grupos carregados de uma protena localizam-se na
superfcie, estabelecendo interaes on-dipolo com a gua. Essas interaes tambm podem ocorrer
entre grupos carregados com cargas diferentes de radicais de aminocidos.
A Figura 7 ilustra os vrios tipos de interaes que constituem a estrutura terciria de uma
protena.
FIGURA 7 Estrutura terciria da protena.
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3.4) ESTRUTURA QUATERNRIA
A estrutura quaternria descreve a associao entre cadeias polipeptdicas que compem
uma protena funcional como a hemoglobina. Essa estrutura mantida por ligaes no-covalentes
entre as subunidades, parecido com o que ocorre com a estrutura terciria. Essas subunidades podem
ser iguais ou diferentes entre si. A Fgiura 8 mostra todas as estruturas da hemoglobina.
FIGURA 8 Estrutura da hemoglobina.
4) PROTENAS GLOBULARES E FIBROSAS
As protenas so chamadas de globulares ou fibrosas segundo suas formas. As protenas que
apresentam uma ou mais cadeias polipeptdicas organizadas em uma forma final aproximadamente
esfrica so chamadas globulares. So geralmente solveis e desempenham vrias funes
dinmicas importantes no organismo. A mioglobina e a hemoglobina so exemplos de protenas
globulares.
As protenas fibrosas apresentam forma alongada, so geralmente insolveis e
desempenham um papel basicamente estrutural nos sistemas biolgicos. Ao contrrio das globulares,
so formadas pela associao de mdulos repetitivos, possibilitando a construo de grandes
estruturas. A queratina e o colgeno so exemplos de protenas fibrosas.
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5) DESNATURAO
Quando uma protena sintetizada na clula, sua estrutura primria dobra-se
espontaneamente, originando as estruturas secundria e terciria. Se a protena possuir estrutura
quaternria, esta tambm se organiza espontaneamente, assim que a estrutura terciria das
subunidades componentes formada. A protena, ento, assume sua forma nativa. Essa estrutura
bem organizada responsvel pela funo que a protena exerce no organismo. Caso essa estrutura
seja desmanchada, a protena perde a sua funo biolgica se desnaturando, como mostra a Figura
9. A protena dita desnaturada quando sua conformao nativa destruda devido quebra de
ligaes covalente ou perda de interaes intermoleculares, resultando em uma cadeia polipeptdica
distendida.
A desnaturao de uma protena pode ser causada por fatores fsicos, como aumento de
temperatura, ou qumicos, como, por exemplo, pelo aumento do valor de pH da soluo ou adio de
outra espcie ao meio, como por exemplo solventes orgnicos. As estruturas afetadas pela
desnaturao, nas condies citadas acima, so a terciria e quaternria.
Um exemplo de desnaturao ocorre na protena do ovo, a albumina. Essa protena, ao ser
aquecida, perde sua forma original e se desnatura.
A temperatura de desnaturao da maioria das protenas situa-se abaixo de 100oC pois sua
estrutura afetada. Valores de pH muito altos ou baixos afetam a ionizao dos grupamentos das
protenas fazendo com que ocorram alteraes em sua conformao. A adio de compostos
orgnicos capazes de fazerem ligao de hidrognio determina a desnaturao da protena porque
estes ltimos agentes estabelecem ligaes de hidrognio com radicais da protena substituindo
ligaes que mantinham a estrutura nativa.
FIGURA 9 Desnaturao da estrutura protica.
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6) MUTAO
A substituio de aminocidos em protenas pode alterar as suas funes, fazendo com
que ocorra uma mutao. Essa mutao causada pela substituio de um aminocido por outro em
uma posio crtica da protena pode ter resultados desastrosos para o funcionamento do organismo
pois a estrutura da protena alterada fazendo com que essa perca sua funo original e se torne
inativa.
Uma doena muito conhecida, advinda desse problema, a anemia falciforme. A
substituio, nas cadeias da hemoglobina, de um resduo de glutamato, cujo radical polar negativo
localiza-se na superfcie externa da molcula, por valina, com grupo R apolar, causa esse problema.
As molculas da hemoglobina substituda, quando desoxigenadas, agregam-se atravs de interaes
hidrofbicas envolvendo os radicais apolares de valina. Os agregados formam um precipitado fibroso
que distorce as hemcias, que adquirem forma de foice e por isso a hemoglobina alterada, como
mostra a Figura 10. Estas clulas deformadas obstruem os capilares, impedindo a oxigenao
adequada dos tecidos sendo tambm mais frgeis que as normais, ocasionando anemia.
FIGURA 10 Precipitado fibroso na forma de foice.
7) PROTENAS ESSENCIAIS
As protenas so muito importantes nos processos biolgicos e desempenham funes
variadas no organismo dependendo de sua estrutura. Nesse captulo abordaremos algumas das
principais protenas presentes em organismos vivos.
7.1) COLGENO
O colgeno o principal componente fibroso de pele, osso, tendo, cartilagem e dentes,
sendo a molcula mais abundante dos vertebrados. Esse tipo de protena possui um tipo especial de
hlice, ou seja, contm trs cadeias peptdicas helicoidais, cada uma com aproximadamente 1000
aminocidos de comprimento. A Figura 11 mostra a estrutura da estrutura proteca do colgeno.
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A seqncia de aminocidos no colgeno extremamente regular sendo que a glicina
aparece a cada trs aminocidos e a prolina aparece em quantidade bem maior do que na maioria de
outras protenas. Alm disso, est presente tambm a hidroxiprolina, como mostra a Figura 12.
O colgeno uma molcula em forma de basto e sua estrutura difere em parte da estrutura
em -hlice pois as ligaes de hidrognio entre os tomos de um mesmo filamento esto ausentes.
Em vez disso, cada uma das trs hlices do colgeno estabilizada pela repulso estrica dos anis
pirrolidona das cadeias laterais de prolina e hidroxiprolina. Os anis pirrolidina se mantm longe um
do outro quando a cadeia peptdica assume essa forma helicoidal, que muito mais aberta que a -
hlice enrolada.
FIGURA 11 Estrutura fibrosa do colgeno.
FIGURA 12 Sequncia de aminocidos de parte da estrutura protica do colgeno.
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As trs se enrolam uma em torno da outra, formando um cabo superelicoidal. Em cada
giro h aproximadamente trs aminocidos. Os trs filamentos formam ligaes de hidrognio um
com o outro. Os doadores de hidrognio so os grupamentos NH peptdicos das glicinas, e os
aceptores de hidrognio so os grupamentos CO peptdicos de outras cadeias.
A glicina ocupa a posio de trs em trs aminocidos em um trecho de 1000 aminocidos
que forma a regio helicoidal do colgeno. O interior do cabo helicoidal trifilamentar muito estreito
e, de fato, a glicina o nico aminocido que poderia caber em uma regio to pequena. Enquanto
isso, os aminocidos de cada lado da glicina se localizam no exterior do cabo, onde h espao para
anis volumosos como a prolina e hidroxiprolina.
As hlices trifilamentares formadas se associam por ligaes covalentes, como mostra a
Figura 13, sendo que seu nmero aumenta no tecido com o aumento da idade do animal, sendo essa
a razo que explica a maior rigidez da carne de animais mais velhos.
FIGURA 13 Estrutura protica do colgeno.
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A deficincia de colgeno no organismo denomina-se colagenose, acarretando alguns
problemas como m formao ssea, rigidez muscular, problemas com crescimento, inflamao nas
juntas musculares, doenas cutneas, entre outros.
7.2) MIOGLOBINA
A mioglobina tem como funo principal carregar e armazenar oxignio no msculo, sendo
considerada uma protena globular. As maiores concentraes de mioglobina encontram-se no
msculo esqueltico e no msculo cardaco, onde se requerem grandes quantidades de O2 para
satisfazer a demanda energtica das contraes.
A mioglobina uma molcula extremamente compacta sendo constituda principalmente de
-hlice, das quais h oito. Cerca de 75% da cadeia principal esto enrolados em -hlice e grande
parte do resto da cadeia forma alas entre as hlices, como mostra a Figura 14.
FIGURA 14 Estrutura da mioglobina.
Essa protena constituda por uma cadeia polipeptdica nica com 153 aminocidos que
contm um grupo heme com um tomo de ferro cuja funo de armazenar e transportar oxignio.
Dentro de uma cavidade hidrofbica da protena se encontra o grupo prosttico heme. Esta unidade
no peptdica se encontra unida de maneira no covalente mioglobina sendo essencial para a
atividade biolgica da unio de O2 da protena, alm de conferir sua colorao caracterstica. O grupo
heme consta de uma parte orgnica e um tomo de ferro. Para a mioglobina e a hemoglobina a
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oxidao do Fe+2 destri sua atividade biolgica. No grupamento heme, a molcula de O2 encontra-se
ligada apenas ao tomo de ferro.
O enovelamento da cadeia principal da mioglobina, como o de outras protenas, complexo.
Contudo, um princpio global emerge da distribuio de cadeias laterais. O fato marcante que o
interior constitudo quase inteiramente de radicais apolares, como os de leucina, valina, metionina e
fenilalanina. O exterior da mioglobina composto tanto de radicais polares quanto de apolares.
A ligao do oxignio mioglobina (Mb) pode ser descrita por um equilbrio simples:
MbO2 Mb + O2
Observa-se dessa forma que a mioglobina se liga ao oxignio do sangue e quando chega ao
msculo se desoxigena para que este o utilize para produo de energia.
7.3) HEMOGLOBINA
A hemoglobina (principal constituinte das hemcias ou glbulos vermelhos) uma protena
globular tida como eficiente transportadora de oxignio, alm de exercer um poderoso tampo no
sangue evitando que os valores de pH sofram alteraes abruptas. A deficincia dessa protena no
sangue causa a anemia.
As hemoglobinas de vertebrados so constitudas de quatro subunidades (cadeias)
polipeptdicas. As quatro cadeias da estrutura quaternria so mantidas juntas por atraes no
covalentes. Cada cadeia contm um grupamento heme com um centro de ligao ao oxignio, como
mostra a Figura 15.
FIGURA 15 Estrutura da hemoglobina.
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A molcula de hemoglobina praticamente esfrica e suas quatro cadeias esto
empacotadas juntas, num arranjo tetradrico. Os grupamentos heme esto localizados em fendas
perto do exterior da molcula, um em cada subunidade. Como o O2 pouco solvel em gua, o
organismo tem uma protena que faz o transporte de O2 (hemoglobina) atravs do grupo heme.
Assim como na mioglobina, na hemoglobina o oxignio se une ao tomo de Fe do grupamente heme
para ser transportado. A estrutura do grupamento heme mostra a seguir.
Comparando-se a estrutura da mioglobina com uma subunidade da hemoglobina,
percebe-se que ambas so muito parecidas j que possuem funes semelhantes: carregar oxignio.
Assim como a mioglobina, a hemoglobina formada por cerca de 75% de sua estrutura em -hlice e
o enovelamento de suas subunidades tambm se assemelha ao da outra protena. Isso ocorre pois
esta conformao coloca o grupamento heme num ambiente que o facilita a carregar o oxignio
reversivelmente, como mostra a figura 16.
FIGURA 16 Enovelamento da hemoglobina.
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7.3.1) Transporte de oxignio
Ao inspirarmos, instalamos O2 nos pulmes. Nos tecidos, o CO2 produzido pelo metabolismo
celular difunde-se pelas hemcias onde hidratado rapidamente em uma reao catalisada pela
anidrase carbnica, dando origem ao cido carbnico (H2CO3). No valor de pH do sangue o H2CO3
dissocia-se em H+ e HCO3- .
AC
H2CO3CO2 + H2O H+
+ HCO3-
A hemoglobina que sai do pulmo apresenta-se totalmente oxigenada e ao chegar aos
tecidos libera o O2 (pois a pO2 muito baixa e h uma alta [H+]) e se liga aos ons H+ . O
bicarbonato levado pelo sangue at os pulmes onde se combina com o on H+ (transportado pela
hemoglobina e liberado no pulmo quando a mesma for oxigenada) produzindo H2CO3, que forma
CO2 que exalado e gua.
7.4) ALBUMINA
Albumina refere-se de forma genrica a uma classe de protenas, e no uma protena em
especfico, de alto valor biolgico. A estrutura secundria desta protena formada basicamente em
-hlice, como mostra a Figura 17. Protenas desta classe so encontradas no plasma e diferem das
outras protenas plasmticas porque no so glicosiladas. Essa classe de protenas solvel em gua
e sofre desnaturao na presena de calor, estando presente no sangue, na clara do ovo e no leite.
Esta protena a principal classe de protenas presente no plasma sanguneo e sintetizada pelo
fgado.A concentrao normal de albumina no sangue fica entre 3,5 e 5,0 gramas por decilitro, e
cerca de 50% das protenas plasmticas.
FIGURA 17 Estrutura da albumina.
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As albuminas so classificadas em: soroalbumina (presente no plasma sangneo),
ovoalbumina (presente na clara do ovo), lactoalbumina (presente no leite).
A albumina uma protena de fundamental importncia para os seres humanos devido a
vrias funes importantes que exerce no organismo, como mostraremos a seguir.
A soroalbumina fundamental para a manuteno da presso osmtica, necessria para a
distribuio correta dos lquidos corporais entre o compartimento intravascular e o extravascular,
localizado entre os tecidos, sendo tambm responsvel pela viscosidade do plasma. Caso os nveis
desta protena estejam baixos no sangue, a gua que circula nos vasos se infiltra pelos tecidos e
forma o edema, como mostra a Figura 18. Quando isso ocorre, o paciente urina pouco para poupar o
lquido que no est no seu devido lugar, isto , circulando e fica inchado.
FIGURA 18 Extravasamento do plasma sangneo pela baixa taxa de soroalbumina no plasma.
Dentre outras funes da soroalbumina, pode-se citar: transporte de cidos graxos,
frmacos, hormnios tiroidais e lipossolveis e controle do pH.
Apesar de ser extremamente importante para o organismo, essa protena no deve ser
ingerida de forma descontrolada pois seu consumo em excesso causa ganho de peso e doenas renais
e hepticas.
8) MUDANAS ESTRUTURAIS NAS PROTENAS
A distribuio contrastante de radicais polares e apolares revela uma faceta importante da
arquitetura das protenas. Em um meio aquoso, o enovelamento das protenas impulsionado pela
forte tendncia dos aminocidos hidrfobos a se excluir da gua. A gua altamente coesiva e os
grupamentos hidrfobos so mais estveis quando aglomerados no interior da molcula do que
quando projetados para o meio aquoso. A cadeia polipeptdica, portanto, se enovela
espontaneamente, de modo que suas cadeias laterais hidrfobas fiquem imersas e que suas
cadeias polares carregadas fiquem na superfcie. O destino da cadeia principal que acompanha as
cadeias laterais hidrfobas tambm importante. Um NH ou CO peptdico no pareado prefere
mais gua ao meio apolar. O segredo para imergir um segmento de cadeia principal em um
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ambiente hidrfobo parear todos os seus grupamentos NH e CO por ligaes de hidrognio. Esse
pareamento conseguido em uma -hlice ou folha -pregueada. Ligaes de Van der Waals entre
cadeias laterais hidrocarbonadas firmemente acondicionadas tambm contribuem para a
estabilidade da protena.
Na preparao da alimentao do dia a dia nos deparamos com a modificao dessas
estruturas das protenas estudadas, principalmente quando cozinhamos carne bovina. Cozinhar
modifica a cor e a textura da carne. A variao da cor devida a modificaes na mioglobina. Uma
pequena quantidade de calor conduz a uma entrada de oxignio na mioglobina, mantendo-se a
carne vermelha. Por adio de mais calor, o processo inverte-se e a mioglobina liberta o oxignio; a
continuao da adio de calor causa a oxidao do ferro tornando-se a carne castanha. O calor
provoca a desnaturao do colgeno conduzindo a uma carne mais macia. A desnaturao do
colgeno pode ser tambm alcanada pela utilizao de enzimas tais como a bromelaina (do abacaxi)
ou papaina (do mamo papaia).
9) OUTRAS PROTENAS ESSENCIAIS
Alm das protenas citadas anteriormente, muitas outras so de extrema importncia para a
boa manuteno do organismo. A Tabela 3 apresenta outras protenas importantes para a estrutura
dos organismos vivos.
TABELA 3 Protenas importantes para os organismos vivos.
PROTENA IMPORTNCIA LOCALIZAO
Queratina Impermeabilizante Fios de cabelo, pele e unhas
Glten Absoro de gua Cereias
Casena Fornecimento de aminocidos essenciais
Principal protena do leite
Actina e Miosina Contrao muscular Msculo
Elastina Melhorar a elasticidade Pele
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EXERCCIOS
1) Defina o que so protenas e cite 4 propriedades que estas podem exercer no organismo.
2) Explique o que so aminocidos, apresente sua estrutura geral, cite quais so as classes nas quais
so classificados e dois exemplos de cada classe.
3) Apresente o peptdio formado pela unio dos aminocidos valina-triptofano-serina-glutamato,
indique a ligao peptdica com uma seta e classifique as cadeias laterais destes aminocidos. Qual
o tipo de estrutura do peptdio responsvel pela unio destes aminocidos?
4) Diferencie aminocidos essenciais e no essenciais. Cite 3 aminocidos, suas funes no
organismo e a fonte na qual pode ser encontrado.
5) Defina desnaturao e mutao. Quais fatores so responsveis pela desnaturao de protenas?
Cite exemplos. Quais estruturas das protenas podem ser afetadas por essas condies de
desnaturao.
6) Diferencie protenas fibrosas e globulares.
7) Qual a importncia do colgeno no organismo e o que a sua falta pode acarretar?
8) A glicina ocupa a posio de trs em trs aminocidos em um trecho de 1000 aminocidos que
forma a regio helicoidal do colgeno. O que poderia ocorrer se o organismo substitusse, na sntese
do colgeno, um dos aminocidos glicina por tirosina? Qual o nome desse fenmeno?
9) Qual a funo da mioglobina e da hemoglobina no organismo?
10) Qual a importncia da soroalbumina para os seres humanos? Qual a protena presente no
ovo?
11) Cite outros 3 exemplos de protenas e em quais fontes podem ser encontradas.
12) Explique como feito o transporte de oxignio nos seres humanos.
13) A figura a seguir mostra parte de uma protena formada por uma cadeia polipeptdica .
a) Preencha os espaos em branco indicando os tipos de interaes que esto mantendo essa
estrutura;
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b) Qual o tipo de estrutura da protena que mantida por esses tipos de interaes?
c) O que poderia ocorrer se essa protena fosse colocada em meio de cido clordrico concentrado?
Explique.
d) O que poderia ocorrer se essa protena fosse submetida ao aquecimento? Qual o tipo de estrutura
dessa protena poderia ser afetada?
14) "Existem razes para supor que, nos animais e nas plantas, ocorrem milhares de processos
catalticos nos lquidos do corpo e nos tecidos. Tudo indica que, no futuro, descobriremos que a
capacidade de os organismos vivos produzirem os mais variados tipos de compostos qumicos reside
no poder cataltico de seus tecidos." A previso de Berzelius estava correta, e hoje sabemos que o
"poder cataltico" mencionado no texto deve-se:
a) aos cidos nuclicos. b) aos carboidratos. c) aos lipdios. d) s protenas. e) s vitaminas.
15) Considere as seguintes afirmaes:
I - As protenas so molculas de grande importncia para os organismos - atuam tanto
estruturalmente como tambm metabolicamente.
II - As enzimas so protenas que atuam como catalisadores biolgicos.
III - Existem protenas que atuam como linhas de defesa do organismo e algumas delas so
conhecidas como anticorpos.
Quais esto corretas?
a) Apenas I b) Apenas II c) Apenas III d) Apenas II e III e) I, II, III
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CAPTULO 4 - CARBOIDRATOS
Carboidratos, tambm conhecidos como hidratos de carbono, so compostos formados por C,
H e O que, em sua maioria, seguem a frmula Cn(H2O)n, ou seja, so poliidroxialdedos ou
poliidroxicetonas ou, ento, substncias que, por hidrlise, liberam estes compostos. Os carboidratos
so os compostos mais abundantes na matria orgnica na Terra e exercem diversas funes
biolgicas importantes, dentre as quais pode-ser destacar:
a) fonte energtica: o primeiro composto orgnico a ser oxidado pelos organismos vivos para
produzir energia a glicose, ou seja, os carboidratos em geral so compostos que fornecem energia
imediata para o metabolismo;
b) reserva energtica: parte dos carboidratos que no so consumidos so armazenados nos
organismos vivos na forma de glicognio (nos animais) ou amido (nas plantas). Quando os nveis de
glicose esto baixos no sangue, o corpo promove a quebra das molculas do glicognio (polmero
formado pela unio de vrias molculas de glicose) em glicose para gerao de energia;
c) estrutural: os carboidratos fazem parte de estruturas de sustentao importantes na natureza
como, por exemplo, a celulose que contribui para a conformao da parede celular vegetal e a
pectina que oferece rigidez s cascas das frutas;
d) integrar outras biomolculas: os acares esto presentes na estrutura de outras biomolculas
como, por exemplo, na estrutura dos cidos nuclicos (DNA e RNA);
e) interao clula-clula: as unidades glicdicas nas superfcies das clulas so participantes
importantes nos processos de reconhecimento de clula a clula. A fertilizao comea com a
ligao de um espermatozide a um sacardeo especfico na superfcie do vulo.
1) CLASSIFICAO
Os carboidratos podem ser classificados em: monossacardeos, dissacardeos e
polissacardeos.
1.1) MONOSSACARDEOS
Os monossacardeos consistem de uma nica unidade de acar que no pode ser convertido
em outro acar pela hidrlise com cido. Existem 2 famlias de monossacardeos. Se o acar
contm um grupo aldedo, o monossacardeo chamado de aldose, se ele contm um grupo cetona, o
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monossacardeo chamado de cetose. Dentre os principais monossacardeos pode-se destacar:
glicose, frutose, galactose e a ribose. As estruturas da glicose e da frutose so mostradas na Figura 1.
CHO
C
C
C
C
CH2OH
OHH
HHO
OHH
OHH
CH2OH
C
C
C
C
CH2OH
O
HHO
OHH
OHH
Glicose Frutose
FIGURA 1 Frmula estrutural da glicose e frutose.
Os monossacardeos so as unidades bsicas dos carboidratos e so constitudos por um
grupamento cetona ou aldedo e hidroxilas ligadas estrutura principal da cadeia. Esses carboidratos
so o principal combustvel para a maioria dos seres vivos.
Os monossacardeos so classificados de acordo com a natureza qumica do grupo carbonila
e pelo nmero de seus tomos de carbono. Os que possuem grupos aldedicos so chamados de
aldoses e os que possuem grupos cetnicos so chamados de cetoses.
1.1.1) Ciclizao de monossacardeos
Em soluo aquosa menos de 1% das aldoses e cetoses se apresentam como estruturas de
cadeia aberta. Os monossacardeos com 5 ou mais tomos de carbono ciclizam-se formando anis
pela reao entre uma extremidade que contm a hidroxila e a outra que contm o grupo carbonlico,
dando origem a hemiacetais ou hemicetais. A reao de ciclizao intermolecular torna os
monossacardeos produtos mais estveis para serem armazenados nos organismos vivos devido sua
forma mais compacta.
Para ilustrar a ciclizao, pode-se citar como exemplo a estrutura da glicose como mostra a
Figura 2. O aldedo em C1 na forma em cadeia aberta da glicose reage com a hidroxila em C5,
produzindo um anel com 6 tomos. No caso das cetoses, ocorre a formao de um anel com 5
tomos. Essas estruturas so conhecidas como projees de Haworth. O anel heterocclico
representado perpendicular ao plano do papel enquanto os grupos presentes nas frmulas lineares
direita esto projetadas abaixo do plano do anel e os que esto esquerda ficam acima.
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FIGURA 2 Ciclizao da molcula de glicose.
O carbono carbonlico (C1 em aldoses ou C2 em cetoses) do monossacardeo cclico
chamado de carbono anomrico.
Os monossacardeos como a frutose e a ribose ciclizam-se para dar origem a um anel de
cinco membros como mostra a Figura 3.
FIGURA 3 Ciclizao da molcula de frutose.
1.1.2) Principais monossacardeos
Os principais monossacardeos encontrados em alimentos e utilizados pelo homem so:
glicose, frutose e a galactose. Todos esses monossacardeos apresentam frmula C6H12O6 e so fontes
de energia para o organismo.
A frutose um monossacardeo importante presente no organismo humano e na maioria das
plantas sendo encontrada em frutas, vegetais e no mel. A frutose vem sendo empregada como
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adoante de bebidas industrializadas, constituindo de 4,0% a 8,0% de seu peso, em decorrncia de
algumas caractersticas como a maior solubilidade em solues aquosas e pelo fato de ser mais doce,
cerca de 1,7 vez mais que a sacarose. Alimentos produzidos em confeitarias tm, em mdia, 1,0% a
2,0% de frutose, porm se esses alimentos apresentarem frutas na composio, a quantidade de
frutose pode aumentar para cerca de 11,0%. O mel fornece a maior concentrao de frutose (42,4%
do peso), sendo considerado um adoante natural. Alm disso, muitos especialistas indicam a
utilizao moderada da frutose por diabticos pois esta no necessita de insulina para entrar na
clula.
A galactose um dos acares mais abundantes, sendo encontrada principalmente na
estrutura da lactose, um glicdio presente no leite. Este monossacardeo menos doce que a glicose e
um constituinte de glicolipdeos e glicoprotenas. A Figura 4 mostra a estrutura desse acar.
FIGURA 4 Estrutura da molcula de galactose.
A glicose o carboidrato mais abundante e mais importante para os seres humanos pois
atravs de sua oxidao que o organismo obtm energia. Tem funo de fornecer energia, participar
das vias metablicas, alm de ser precursora de outras importantes molculas e estar presente na
membrana celular.
Juntamente com a frutose e a galactose, a glicose o carboidrato fundamental de
carboidratos maiores, como sacarose e maltose. Outros polissacardeos, como o amido e celulose,
so polmeros formados pela unio de vrias molculas de glicose. Esse acar industrialmente
obtido a partir do amido.
No metabolismo, a glicose uma das principais fontes de energia e fornece 4 calorias de
energia por grama. A glicose um dos principais produtos da fotossntese e inicia a respirao celular
em procariontes e eucariontes.
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1.2) DISSACARDEOS
Dissacardeos so carboidratos formados pela unio de 2 monossacardeos, ou seja,
consistem de uma estrutura pequena de unidades de acar.
Dois ou mais monossacardeos podem se unir atravs da ligao glicosdica em uma reao
que h liberao de gua como mostra a Figura 5. A ligao glicosdica formada pela unio do
tomo de carbono anomrico de um acar com um grupamento hidroxila do outro acar.
O
H
HO
OH
H
H
OH
OHHH
OH
+O
H
HO
OH
H
H
OH
OHHH
OH
O
H
O
OH
H
H
OH
OHHH
OH
O
H
OH
H
H
OH
HO HH
OH + H2O
FIGURA 5 Formao da ligao glicosdica.
1.2.1) Principais dissacardeos
Dentre os principais dissacardeos importantes para os seres vivos pode-se destacar: lactose
e a sacarose.
Lactose um dissacardeo presente no leite e seus derivados apresentando sabor fracamente
doce. A lactose formada por dois carboidratos menores, chamados monossacardeos, a glicose e a
galactose como mostra a Figura 6.
O leite humano contm de 6-8% de lactose e o de vaca de 4-6%. Esse acar hidrolisado
somente pela ao da lactase, uma enzima especfica que o transforma em glicose e galactose.
Na maior parte dos mamferos, a enzima responsvel pela sua hidrlise (a lactase) s sintetizada
durante o perodo de aleitamento. Na ausncia de lactase, a lactose no pode ser digerida, tornando-
se por isso uma fonte de alimento abundante para a flora intestinal (que ento comea a crescer
descontroladamente), e originando por isso nuseas e vmitos, assim como diarria.
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FIGURA 6 Estrutura da lactose.
A sacarose (C12H22O11), tambm conhecida como acar de mesa, um tipo de glicdio
formado por uma molcula de glicose e uma de frutose, como mostra a Figura 7, produzida pela
planta ao realizar o processo de fotossntese.
FIGURA 7 Estrutura da sacarose.
A sacarose amplamente distribuda entre as plantas superiores. Encontra-se na cana-de-
acar e na beterraba, sendo que o suco da primeira, a garapa, contm de 15-20% e o da segunda de
14-18% de sacarose. doce e a sua fermentao por leveduras muito utilizada comercialmente.
O acar de mesa, sacarose, produzido comercialmente a partir de cana-de-acar ou de
beterraba. Pelo menos metade da energia necessria para um indivduo viver seu dia-a-dia pode ser
encontrada na natureza, sob a forma de acares e amidos.
A produo brasileira de sacarose, ou acar comum, basicamente a partir da extrao do
caldo da cana-de-acar. Em um processo industrial, a produo baseia-se em moer, filtrar e ferver o
caldo para em seguida centrifugar o melado transformando-o em acar. A adio de compostos
qumicos ao acar vo definir qual o tipo que ser produzido.
1.3) POLISSACARDEOS
Polissacardeos so biomolculas formadas pela polimerizao de vrias unidades de
monossacardeos unidos entre si por ligaes glicosdicas que formam uma longa cadeia. Esses
compostos so insolveis em gua e no apresentam sabor doce.
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1.3.1) Principais polissacardeos
Dentre os principais polissacardeos importantes para os seres vivos pode-se destacar:
amido, glicognio e a celulose.
O amido um polissacardeo depositado nos cloroplastos das clulas vegetais sendo a forma
de armazenamento de glicose nas plantas e o combustvel utilizado pelas clulas do organismo. O
organismo dos seres humanos consegue degradar amido pois possui enzimas especficas para exercer
essa funo, a amilase.
O amido contm 2 tipos de polmeros da glicose: a amilose e a amilopectina. A amilose
consiste de cadeias longas no ramificadas de unidades de glicose conectadas por ligaes ( 1-4)
como mostra a Figura 8. A amilopectina uma estrutura altamente ramificada formada por unidades
de glicose unidas por ligaes glicosdicas ( 1-4), mas tambm por vrias ligaes ( 1-6), como
mostra a Figura 9, nos pontos de ramificao que ocorrem entre cada 24 e 30 unidades.
FIGURA 8 Estrutura da amilose.
FIGURA 9 Estrutura da amilopectina.
A celulose uma substncia fibrosa, resistente e insolvel em gua e encontrada na parede
celular dos vegetais.
A celulose um polmero de glicose formado por uma cadeia linear e no ramificada. As
ligaes entre as unidades da glicose apresentam configurao 1-4. A celulose apresenta uma
estrutura rgida decorrente disso, na qual vrias cadeias lineares estendidas lado a lado podem
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formar uma rede estabilizadora de ligaes de hidrognio inter e intracadeias, resultando em fibras
estveis, retas e resistentes tenso. Apresenta estrutura rgida devido estrutura linear de sua
cadeia como mostra a Figura 10.
FIGURA 10 Estrutura da celulose.
Os seres humanos no conseguem degradar a celulose enquanto os ruminantes so capazes
pois possuem bactrias no trato intestinal que possuem uma enzima chamada celulase que consegue
degradar celulose.
O glicognio um polissacardeo de armazenamento. Este polmero de glicose armazenado
no fgado e funciona como reserva energtica. Este polissacardeo a mais importante forma de
acar de reserva da glicose das clulas animais.
O glicognio um polmero de subunidades de glicose unidas atravs de ligaes ( 1-4) com
ligaes ( 1-6) nas ramificaes. Este polmero extensamente ramificado e mais complexo que o
amido. A estrutura do glicognio assemelha-se da amilopectina, exceto pelo maior nmero de
ramificaes que ocorrem no intervalo de 7 a 11 unidades de glicose, como mostra a Figura 11. Essa
estrutura altamente ramificada torna suas unidades de glicose mais facilmente mobilizveis em
perodos de necessidade metablica.
FIGURA 11 Estrutura do glicognio.
As ligaes ( 1-4) dos polissacardeos no amido e glicognio foram esses polmeros a
assumirem uma estrutura helicoidal estreitamente compacta.
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FIGURA 12 Estrutura helicoidal do glicognio.
2) METABOLISMO CELULAR
Os organismos dependem do meio ambiente para obter energia e molculas precursoras.
Para se manterem vivos e desempenharem diversas funes biolgicas, os organismos necessitam
continuamente de energia. De fato, qualquer organismo vivo constitui, no seu conjunto, um sistema
estvel de reaes qumicas e de processos fsico-qumicos mantidos afastados do equilbrio; a
manuteno deste estado contraria a tendncia termodinmica natural de atingir o equilbrio e s
pode ser conseguida atravs de energia, retirada do meio ambiente. Como, por outro lado, os
organismos perdem energia para o meio ambiente, sua estabilidade deve ser vista como um
processo dinmico. Alguns organismos, chamados fototrficos, esto adaptados a obter a energia
que necessitam da luz solar; outros, os quimiotrficos, obtm energia oxidando compostos
encontrados no meio ambiente.
As substncias oxidveis utilizadas pelos seres humanos, em particular, esto presentes nos
seus alimentos, principalmente sob a forma de carboidratos, lipdios e protenas. H tambm reservas
endgenas de carboidratos e lipdeos que so oxidados no intervalo entre as refeies.
Os nutrientes, ao serem oxidados, perdem prtons e eltrons (H+ + e-) para o oxignio
molecular, que ento convertido gua. A energia derivada desta oxidao utilizada para
sintetizar um composto rico em energia, a adenosina trifosfato (ATP), a partir de adenosina difosfato
(ADP) e fosfato inorgnico (Pi). a energia qumica do ATP que ser diretamente utilizada para
promover os processos biolgicos que consomem energia. Em resumo, para que a energia derivada
da oxidao dos alimentos possa ser aproveitada pelas clulas, ela deve estar sob a forma da ATP.
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3) RESPIRAO CELULAR
A respirao o processo de obteno de energia pela oxidao de molculas orgnicas,
principalmente glicose. O processo global pode ser representado pela seguinte equao:
Todas as clulas oxidam glicose a piruvato para obter ATP. O piruvato pode ser oxidado a
CO2, aumentando muito a produo de ATP. Para obterem ATP a partir de glicose, todas as clulas
lanam mo de sua oxidao parcial a piruvato. A converso de glicose a piruvato permite aproveitar
somente uma pequena parcela da energia total da glicose, ficando a maior parte conservada como
piruvato. De fato, a oxidao total da glicose libera uma quantidade de energia equivalente a 2870
kJ.mol-1, mas a converso da glicose a piruvato libera apenas 200 kJ.mol-1. Nas clulas aerbias o
piruvato subseqentemente oxidado, trazendo um enorme ganho na produo de ATP.
O processo de oxidao completa da glicose de forma simplificada mostrado na figura
13. A etapa inicial, que consiste na converso de glicose a piruvato, ocorre atravs de uma seqncia
de reaes denominada gliclise, uma via metablica que se processa no citossol. Seus produtos so
ATP e piruvato. A posterior oxidao do piruvato feita no interior da mitocndria, nas clulas que
dispem desta organela.
Na mitocndria, o piruvato , portanto, totalmente oxidado a CO2, com a concomitante
produo de grande quantidade de H+ + e-, sempre recebidos por coenzimas. Da oxidao destas
coenzimas pelo oxignio (atravs da cadeia de transporte de eltrons), deriva-se a grande produo
de ATP e que perfaz cerca de 90% do total obtido com a oxidao completa da glicose.
FIGURA 13 Esquema simplificado da oxidao completa da glicose.
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4) DIABETES
De acordo com a Federao Internacional de Diabetes, o diabetes acomete mais de 250
milhes de pessoas no mundo e, se nenhuma providncia for tomada, calcula-se que esse nmero
alcance os 380 milhes at 2025. No Brasil, em 2006, j tnhamos mais de 10 milhes de pessoas com
diabetes, sendo mais de 8 milhes com idade entre 30-69 anos e 1,5 milho acima de 69 anos.
Atualmente, estima-se que cerca da metade deles ainda desconhece o prprio problema.
Diabetes uma doena metablica caracterizada por um aumento anormal do acar ou
glicose no sangue. A glicose a principal fonte de energia do organismo porm, quando em excesso,
pode trazer vrias complicaes sade como por exemplo o excesso de sono no estgio inicial e
cansao extremo. Quando no tratada adequadamente, podem ocorrem complicaes como
insuficincia renal, problemas na viso, amputao do p e leses de difcil cicatrizao, dentre outras
complicaes.
Embora ainda no haja uma cura definitiva para diabetes, h vrios tratamentos disponveis
que, quando seguidos de forma regular, proporcionam sade e qualidade de vida para o paciente
portador.
4.1) PNCREAS
O pncreas uma glndula de aproximadamente 15 cm de extenso do sistema digestivo e
endcrino de animais vertebrados que se localiza atrs do estmago e entre o duodeno e o bao. Ele
tanto excrino (secretando suco pancretico que contm enzimas digestivas) quanto endcrino
(produzindo muitos hormnios importantes como insulina e glucagon).
O pncreas endcrino composto de aglomeraes de clulas especiais denominadas ilhotas
de Langerhans. Essas ilhotas so compostas aproximadamente de 90% de dois tipos de clulas:
clulas beta e clulas alfa.
As clulas beta so responsveis pela produo de insulina enquanto as clulas alfa so
responsveis pela produo de glucagon.
A insulina humana um hormnio, ou seja, um polipeptdeo composto por uma nica cadeia
polipeptdica composta por 51 aminocidos. Este hormnio age numa grande parte das clulas do
organismo, como as clulas presentes em msculos. A insulina o canal de entrada da glicose na
clula, ou seja, a insulina se liga glicose, reconhecida pela membrana e ento o acar entra na
clula para que seja oxidado e produza energia.
O glucagon um hormnio, ou seja, um polipeptdeo composto por uma nica cadeia
polipeptdica composta por 29 aminocidos. Este hormnio ajuda a manter os nveis de glicose no
sangue estveis durante longos perodos de jejum. Quando os nveis de glicose esto muito baixos
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no sangue, o glucagon se liga aos seus receptores nas clulas do fgado fazendo com que este
libere glicose - armazenada na forma de glicognio - atravs de um processo chamado glicogenlise.
Assim que estas reservas acabam, o glucagon faz com que o fgado sintetize glicose adicional
atravs da gliconeognese. Esta glicose ento lanada na corrente sangunea. Estes dois
mecanismos levam liberao de glicose pelo fgado, prevenindo o desenvolvimento de uma
hipoglicemia. Em condies normais, a ingesto de glicose suprime a secreo de glucagon.
A Figura 14 mostra a regulao da glicemia pelos hormnios insulina e glucagon.
FIGURA 14 Regulao da glicemia pelos hormnios insulina e glucagon.
4.2) CLASSIFICAO
Dependendo da causa, o diabetes pode ser classificado principalmente de duas formas:
diabetes do tipo I e diabetes do tipo II.
No tipo I as clulas do pncreas que fabricam a insulina, o hormnio que ajuda a glicose a
entrar na clula, foram destrudas, ou seja, o pncreas no produz mais insulina. Geralmente esse
tipo diagnosticado na infncia ou na adolescncia e o prprio sistema imunolgico da pessoa que
passa a destruir as clulas do pncreas produtoras de insulina.
No tipo II, a produo de insulina no suficiente para promover a entrada de glicose na
clula ou ento as clulas no conseguem aproveit-la da forma correta. Esse tipo mais freqente
em adultos e h uma tendncia hereditria por trs do mal e uma forte conexo com a obesidade.
Hoje sabe-se que o aumento de gordura no organismo provoca a resistncia insulina que a
dificuldade das clulas de absorver a glicose. Nos dois casos, o excesso de glicose em circulao
desencadeia vrias complicaes que, se no forem controladas, podem levar morte.
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EXERCCIOS
1) Defina o que so carboidratos e cite 3 funes desses compostos para os organismos vivos.
2) Defina o que so monossacardeos, cite dois exemplos desses compostos juntamente com a
importncia de cada um para os organismos vivos.
3) Apresente a estrutura cclica da galactose.
4) Defina o que so dissacardeos, cite dois exemplos desses compostos juntamente com a
importncia de cada um para os organismos vivos.
5) Defina o que so polissacardeos, cite dois exemplos desses compostos juntamente com a
importncia de cada um para os organismos vivos.
6) O que a ligao glicosdica? Cite 3 exemplos de carboidratos unidos por esse tipo de ligao.
7) Qual a principal biomolcula e processo dos quais os seres humanos obtm a energia necessria
para utilizarem no seu cotidiano?
8) Apresente a equao global balanceada que representa o processo de respirao celular (oxidao
da glicose) nos organismos vivos. Qual molcula gerada no processo de oxidao da glicose
responsvel pela gerao de energia no organismo?
9) Apresente um esquema global de todo o processo de respirao indicando onde esto localizados
os reagentes e produtos da oxidao da glicose.
10) O que diabetes e como ela gerada?
11) Cite os dois tipos de diabetes existentes e suas respectivas causas.
12) O que e qual a importncia da insulina nos seres humanos?
13) O que e qual a importncia do glucagon nos seres humanos?
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CAPTULO 5 - LIPDIOS
Os lipdios so biomolculas insolveis em gua e altamente solveis em solventes orgnicos
sendo armazenados no tecido adiposo. A gordura deposita-se em clulas especiais, as clulas
adiposas, que se encontram em volta dos rgos ou na parte mais profunda da pele, onde formam
uma camada chamada de panculo adiposo. Essa camada tem tambm outra funo: atua como
isolante trmico entre a temperatura do corpo e do meio ambiente.
A famlia de compostos designados por lipdios muito vasta. Cada grama de lipdio
armazena 9 kcal de energia, enquanto cada grama de glicdio ou protena armazena somente 4
quilocalorias. Apesar desse potencial energtico, os lipdios no so os primeiros nutrientes utilizados
pela clula quando ela gasta energia.
Ao contrrio das demais biomolculas, os lipdios no so polmeros, isto , no so
repeties de uma unidade bsica. Embora possam apresentar uma estrutura qumica relativamente
simples, as funes dos lipdios so complexas e diversas, atuando em muitas etapas cruciais do
metabolismo e na definio das estruturas celulares.
Os lipdios tm vrias funes biolgicas, dentre as quais pode-se destacar:
a) reserva energtica: os lipdios funcionam como uma eficiente reserva de energia pois, sua
oxidao, gera aproximadamente o dobro de energia que os carboidratos; sempre que o organismo
necessita de energia, esta ser obtida pela oxidao de carboidratos e posteriormente pela queima
de gordura que est armazenada.
b) alimento energtico: quando grande parte dos carboidratos j foram oxidados, o organismo
comea a oxidar, propriamente dito, a gordura armazenada para obteno de energia; alguns
animais, como o urso polar, so capazes de permanecer longos perodos em jejum pois utilizam as
suas reservas de gorduras como fonte de energia;
c) estrutural : os lipdios compem parte da membrana celular (as bicamadas lipdicas) que
funcionam como barreira altamente seletivas entrada de compostos nas clulas; o grau de
insaturao dos lipdios responsvel pela fluidez da membrana, ou seja, impede que a membrana
celular seja rgida;
d) proteo mecnica: a gordura age como suporte mecnico para certos rgos internos e sob a
pele de aves e mamferos, protegendo-os contra choques e traumatismos;
e) sinalizadores: atravs de reaes qumicas alguns lipdios sinalizam, ou seja, indicam algo no
organismo como, por exemplo, as prostaglandinas que so os sinalizadores qumicos da dor nos
processos inflamatrios.
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Bioqumica