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BIOQUÍMICA EM BIOQUÍMICA EM BIOQUÍMICA EM BIOQUÍMICA EM Enfermagem e Fisioterapia

Professor: Sandro Moreira TuerlinckxProfessor: Sandro Moreira TuerlinckxProfessor: Sandro Moreira TuerlinckxProfessor: Sandro Moreira Tuerlinckx

Introdução

1. Aminoácidos e proteínas

2. Carboidratos

3. Lipídios

4.Nucleotídeos

5.Introdução ao metabolismo, ciclo do ácido cítrico e fosforilação oxidativa.

6. Metabolismo dos carboidratos

7. Metabolismo dos lilídios

8.Metabolismo dos aminoácidos e proteínas

Introdução

Para que o aluno possa tornar-se um bom profissional, tanto das áreas de ciências da saúde, ciências biológicas e ciências rurais, necessita ter um conhecimento sólido das ciências básicas como anatomia, histologia, fisiologia, genética, bioquímica, entre outras. A Bioquímica é uma área do conhecimento que estuda a química dos seres vivos. Além de definir a natureza química das biomoléculas, esta disciplina destina-se a entender os processos envolvidos na formação e degradação dessas moléculas e como esses processos são regulados. Esse conhecimento é um pré-requisito para o entendimento das funções biológicas normais, adaptando-as e modificando-as para fins úteis. É também fundamental para o entendimento das funções anormais que levam às desordens funcionais, permitindo o melhor tratamento delas. O conhecimento de estruturas químicas de biomoléculas e de suas interações celulares tem ajudado o ser humano a entender os processos da vida e resolver problemas de natureza biológica. Os recentes avanços na área de bioquímica - como os diversos programas genomas, inclusive o genoma humano, proteomas, terapia gênica, entre outros - abriram grandes perspectivas tecnológicas exigindo um profissional altamente especializado para atuar nessa área. Além disso, a compreensão da ação de fármacos, os efeitos de compostos tóxicos e suas interações com o homem e o meio ambiente, também envolve um entendimento da bioquímica.

De acordo com a tendência mundial, a bioquímica deverá ocupar espaço cada vez maior nas indústrias atuais, devido à necessidade de substituir os processos utilizados por outros menos agressivos ao homem e ao ambiente, abrindo assim novas oportunidades de carreira neste âmbito profissional.

A bioquímica é, sem dúvida, uma das ciências mais fascinantes porque demonstra o ser vivo em seus componentes básicos e tenta explicar o funcionamento ordenado das reações químicas que tornam possível a vida, freqüentemente adjetivada como milagre ou fenômeno.

Entretanto, o processo químico muito bem organizado que estabelece toda a existência da vida em nosso planeta, tem sido desvendado, continuamente, por cientistas do mundo inteiro. Muito já se sabe, porém o desconhecido é a essência do conhecimento humano e a luta para desvendá-lo advém da natureza desbravadora da humanidade, que não se furta com explicações empíricas e procura a razão dos fatos ao invés de eternizálos mitos.

Os capítulos que se seguem representam a organização de informações básicas para o aprendizado de Bioquímica, possuindo um caráter estritamente didático, não dispensando, de forma alguma, a consulta às referências bibliográficas sugeridas ao final desta apostila e outras, existentes na literatura especializada.

Esta apostila destina-se a ser utilizada como fonte de informação básica aos alunos que estejam cursando as disciplinas de Bioquímica ministradas pelo Prof. Sandro M. Tuerlinckx, não deve ser utilizada como fonte de pesquisa ou ser referenciada em trabalhos acadêmicos, para tal, favor consultar às referências bibliográficas sugeridas.

Começando a conhecer a Bioquímica.

O estudo da Bioquímica infere um conceito nato de que existe uma química da vida, ou então que há vida pela química. Antes que um conceito filosófico ou religioso, a vida, aqui, deve ser tratada como o resultado da maximização de fatores físicos e químicos presentes em um sistema extremamente frágil: a célula. Do ponto de vista químico, os seres vivos são constituídos de elementos bastante simples e comuns em todo o universo: carbono, hidrogênio, nitrogênio e oxigênio (bases dos compostos orgânicos), além de uma infinidade de outros elementos presentes em quantidades relativamente menores, mas de funções imprescindíveis ao funcionamento celular (p.ex.: ferro, enxofre, cálcio, sódio, potássio, cloro, cobalto, magnésio etc.)

O agrupamento desses elementos, em moléculas com funções distintas, foi um passo longo e decisivo para a afirmação do processo de vida em nosso planeta.

Existe uma relação direta entre a produção de oxigênio pelas cianofíceas e o surgimento dos seres multicelulares levando a incrível diversidade de espécies encontradas na atualidade.

"Evidências geológicas sugerem que houve mais de um bilhão de anos de intervalo entre o aparecimento das cianobatérias (primeiros organismos a liberar oxigênio como parte do seu metabolismo) e o período em que grandes concentrações de oxigênio começaram a se acumular na atmosfera. Esse intervalo tão grande deveu-se, sobretudo, à grande quantidade de ferro solúvel existente nos oceanos, que reagia com o oxigênio do ar para formar enormes depósitos de óxido de ferro."

Certamente, este processo lento de liberação de oxigênio como um dejeto indesejável dos primeiros habitantes de nosso planeta, foi responsável pelo surgimento de um outro organismo adaptado em consumir este oxigênio como comburente de moléculas orgânicas liberando, assim, a energia térmica tão necessária para a manutenção da vida.

Mas, descrever o processo complexo que é a vida não é tarefa tão simples quanto possa parecer. Na verdade desde que o universo surgiu há cerca de 20 bilhões de anos, a vida na Terra tem apresentado mecanismos ímpares de reprodução e desenvolvimento que muitas vezes são únicos na natureza e desafiam os conceitos bioquímicos como por exemplo os seres que habitam as fossas vulcânicas do Pacífico, que sobrevivem à temperaturas superiores a 1200 C; ou os vírus, que não possuem estrutura celular sendo formados, basicamente, apenas por proteínas e ácidos nucléicos.

Um fato comum a todos os seres vivos, porém, é a presença de macromoléculas exclusivas dos seres vivos (carboidratos, lipídios, proteínas, vitaminas e ácidos nucléicos) denominadas de biomoléculas. Desta forma, a química da vida está atrelada a composição básica de todo ser vivo.

As biomoléculas possuem características químicas comuns às demais moléculas da natureza. Porém, quando associadas em um sistema biológico, possuem uma dinâmica própria de regulação e síntese, que proporcionam as características de cada ser vivo. O ambiente ideal para que ocorram estas reações é a célula, com uma série de organelas especializadas nas mais variadas funções bioquímicas.

Apesar das diferenças entre as mais diversas espécies, contudo, todos os seres vivos apresentam uma dinâmica bioquímica celular muitíssimo parecida, evidenciando o sucesso evolutivo dos processos experimentados nos bilhões de anos de aperfeiçoamento. As vias metabólicas celulares constituem um emaranhado de reações químicas que se superpõem, mas, maravilhosamente, não se atropelam e sim se completam formando um complexo e preciso ciclo químico de consumo de reagentes (em bioquímica denominado de substratos) e formação de produtos, como em uma reação química qualquer. A forma de regulação destas reações leva a uma intricada mecânica metabólica tendo ao centro a degradação (catabolismo) e síntese (anabolismo) de biomoléculas.

1. Aminoácidos e Proteínas

As proteínas são as moléculas orgânicas mais abundantes nas células e correspondem a cerca de 50% ou mais de seu peso seco. São encontradas em todas as partes de todas as células, tendo funções fundamentais na lógica celular. Em virtude desta importância qualitativa e quantitativa, as proteínas têm sido largamente estudadas e seus segredos desvendados, no que diz respeito à sua síntese ou aproveitamento metabólico.

Os α-aminoácidos encontrados em peptídeos e proteínas consistem de um grupo funcional ácido carboxílico (-COOH), um grupo amino (-NH2) e um hidrogênio (-H) ligados ao átomo de carbono-α. Grupos-R (cadeia lateral) distintos, também estão associados ao carbono-alfa, desta forma, o carbono-α encontrado nos aminoácidos é tetraédrico ou assimétrico (exceto no caso da glicina onde o grupo-R é o hidrogênio). Um aminoácido difere de outro justamente pelo grupo-R (cadeia lateral).

Figura 1-1 : Representação da estrutura geral dos aminoácidos em pH neutro.

As proteínas são macromoléculas de alto peso molecular, polímeros de compostos orgânicos simples, os α-aminoácidos. Nas moléculas protéicas os aminoácidos se ligam covalentemente, formando longas cadeias não ramificadas, através de ligações peptídicas envolvendo o radical amino (-NH2) de um aminoácido e o radical ácido carboxílico (- COOH) de um outro, havendo a liberação de uma molécula de água durante a reação (Figura 1-2).

A união entre dois aminoácidos, forma um dipeptídeo, assim como três unem-se formando um tripeptídeo e assim sucessivamente, sendo que a união de vários aminoácidos irá dar origem a uma cadeia polipeptídica.

São conhecidos 20 aminoácidos

(Alanina, Arginina, Aspartato, Asparagina, Cisteína, Fenilalanina, Glicina, Glutamato, Glutamina, Histidina, Isoleucina, Leucina, Lisina, Metinonina, Prolina, Serina, Tirosina, Treonina, Triptofano e Valina) encontrados nas moléculas de proteínas, com sua síntese controlada por mecanismos genéticos, envolvendo a replicação do DNA e transcrição do RNA.

A metade dos aminoácidos é sintetizada pelo organismo e vai suprir as necessidades celulares; aqueles que não são sintetizados precisam estar presentes na dieta e são chamados de aminoácidos essenciais e os aminoácidos não-essenciais aqueles que são sintetizados no organismo.

Figura 1-2: A ligação peptídica ocorre entre o grupamento -COOH de um aminoácido com o grupamento -NH2 de outro. O primeiro aminoácido da cadeia peptídica é aquele que possui o grupamento amino-terminal e o último, o que possui o livre o grupamento carboxila-terminal. O grupamento R sempre ocupa posição oposta ao próximo, devido ao Cα ser assimétrico, o que vai contribuir para a forma tridimensional da proteína.

Esta grande variabilidade proporciona arranjos incontáveis entre as cadeias peptídicas em sua estrutura tridimensional bem como na função da proteína, uma vez que os diferentes aminoácidos possuem diferentes propriedades químicas que, em conjunto, serão responsáveis pela função da proteína.

O estudo da composição e polaridade do grupamento R permite agrupar os aminoácidos em quatro classes distintas:

a) Aminoácidos com grupamento R apolar ou hidrofóbico: são os menos solúveis, devido à ausência de grupamentos hidrofílicos no grupamento R. São eles: • Cadeia alifática hidrocarbonada: alanina, leucina, isoleucina, valina e prolina; • Anel aromático: fenilalanina e triptofano;

• Tioéter: metionina.

• Hidrogênio: glicina.

A alanina representa o aminoácido mais solúvel deste grupo e a prolina é, na realidade, um iminoácido onde o grupamento R é um substituinte do aminogrupo.

A glicina é o aminoácido mais simples em virtude de possuir como R apenas um átomo de hidrogênio (apolar), sendo também o único aminoácido que não possui carbono assimétrico. Algumas vezes é classificado como polar, pois o grupamento funcional lhe confere certa solubilidade.

b) Aminoácidos com grupamento R polar não-carregado: possuem grupamentos hidrofílicos na cadeia carbonada que não se ionizam, porém conferem maior solubilidade ao aminoácido. São eles: • Hidroxila: serina, treonina e tirosina;

• Grupo Amida: asparagina e glutamina;

• Sulfidrila ou Tiol: cisteína;

A cisteína e a tirosina tem os grupamentos R mais polares, sendo portanto os mais solúveis desta classe. A cisteína, freqüentemente, ocorre nas proteínas em sua forma oxidada, a cistina, na qual a sulfidrila (- SH) estão unidas formando pontes dissulfeto (S-S) que são ligações covalentes importantes na estabilização da molécula protéica. A asparagina e a glutamina são amidas do ácido aspártico e do ácido glutâmico, respectivamente.

c) Aminoácidos com grupamento R polar carregado positivamente (básicos):

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