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Figura 4-9 – Os principais esteróides.

Eicosanóides

São lipídios não saponificáveis derivados do ácido araquidônico de 20C (Figura 4-9).

São importantes hormônios locais, produzidos no local de uma reação inflamatória e responsáveis pela potencialização do sinal químico da inflamação, não sendo disseminado pela corrente sanguínea como os hormônios clássicos. Outras funções primordiais são desempenhadas pelos diferentes tipos de eicosanóides.

As prostaglandinas são produzidas em quase todos os tecidos e estão envolvidas nos processos de sono e vigília, resposta inflamatória e contração dos músculos lisos do útero.

As tromboxanas são produzidas pelas plaquetas e atuam na diminuição do fluxo sangüíneo e na formação de trombos (tampões celulares que impedem a hemorragia de pequenos vasos).

Os leucotrienos são produzidos pelos leucócitos atuando na contração da musculatura lisa dos pulmões.

A maioria dos medicamentos que atuam inibindo o processo de dor (analgésicos não derivados de esteróides) é inibidor da via de síntese das prostaglandinas. Os medicamentos que inibem a síntese de leucotrienos são excelentes anti-asmáticos e os que inibem a síntese de tromboxanas acarretam uma diminuição da formação de trombos, útil para quem tem problemas de coagulação intravascular disseminada (uma doença que possibilita o despreendimento de trombos e a obstrução de vasos sanguíneos).

Figura 4-9 – Os eicosanóides são derivados do ácido araquidônico (20:4∆5,8,1,14).

4. Nucleotídeos

Todas as células dos seres vivos possuem DNA e RNA, com exceção dos vírus que não são organismos celulares e possuem DNA ou RNA em sua composição, nunca os dois ao mesmo tempo.

O DNA difere do RNA em vários aspectos que vão desde a composição molecular, forma estrutural, até a função e mecanismo de síntese, possuindo, entretanto, várias semelhanças que os torna moléculas irmãs e de extrema importância para o estudo da bioquímica celular, por serem responsáveis por todas as características da célula e as moléculas alvo da evolução.

Quimicamente, os ácidos nucléicos são polímeros de nucleotídeos unidos por ligações do tipo fosfo-di-éster, formando uma molécula polimérica.

Nucleotídeos são as unidades básicas dos ácidos nucléicos e são formados, sempre, por uma molécula de pentose a qual se liga a uma molécula de base nitrogenada e uma molécula de fosfato em pontos específicos e de maneira covalente, adquirindo forma estrutural helicoidal própria e característica do tipo de molécula. Embora façam parte da composição dos ácidos nucléicos, os nucleotídeos são encontrados na forma livre dentro da célula, sendo responsáveis por funções não relacionadas diretamente com a reprodução celular, como é o caso do ATP (Figura 5-1). A união das bases nitrogenadas à pentose, somente, forma um nucleosídeo, ou seja, um nucleotídeo desprovido e fosfato.

A pentose (monossacarídeo de 5 carbonos) pode ser a ribose (no RNA) ou a desoxirribose (no DNA) ambas em sua forma cíclica pentagonal de furanose. Em um nucleotídeo, convenciona-se identificar os carbonos da pentose acrescentando o apóstrofo para diferenciá-lo dos carbonos da base nitrogenada, desta forma o C1', C2', C3' e C5' estão aptos realizar ligações químicas através das hidroxilas (-OH) livres nestes carbonos, com exceção da desoxirribose que não possui hidroxila no C2' (Figura 5-2).

Figura 5-1: Estrutura molecular da adenosina-trifosfato (ATP), um nucleotídeo. A base nitrogenada liga-se ao C1' e o fosfato no C5' da pentose.

Figura 5-2 - As pentoses presentes nos ácidos nucléicos são a ribose (no RNA) e a desoxirribose (no DNA) que possui uma -OH a menos no C2'.

As bases nitrogenadas presentes nos ácidos nucléicos são de dois tipos: as bases púricas, purínicas ou, simplesmente, purinas e as bases pirimídicas, pirimidinicas ou pirimidinas (Figura 5-3), com todas elas ligando- se à molécula de pentose no C1', sendo que nas purinas o ponto de ligação é o nitrogênio na posição 9 (N9) e nas pirimidinas é o N1.

Presentes tanto no DNA quanto no

RNA, encontram-se a adenina, citosina e a guanina, com a timina sendo própria do DNA e a uracila do RNA. Esta exclusão de bases nitrogenadas dá-se devido à impossibilidade da timina no RNA e uracila no DNA parearem formando uma perfeita hélice.

Figura 5-3 - As bases nitrogenadas que fazem parte da composição dos ácidos nucléicos. As bases purínicas ligam-se ao C1' da pentose através do N na posição 9, enquanto que as bases pirimidínicas ligam-se em C1’ pelo N1.

A ligação entre os nucleotídeos ocorre, portanto, através de ligações covalentes extremamente fortes tendo um grupamento fosfato como ligante, as ligações fosfo-di- ster(Figura 5-4). Essas ligações garantem um "esqueleto" covalente rígido para a molécula de ácido nucléico e que só é clivado sob ação de enzimas hidrolíticas digestivas denominadas de nucleases (DNase e RNase).

A ligação entre as moléculas de nucleotídeos que permite a polimerização e a estrutura final do DNA e RNA ocorre entre a hidroxila do C3' de um nucleotídeo com o fosfato hidroxila do C5' do outro nucleotídeo, de forma que sempre o C5' do primeiro nucleotídeo terá um fosfato livre, enquanto que o último nucleotídeo adicionado terá sempre -OH livre no C3'. Esta uniformidade na configuração da cadeia polimérica de nucleotídeos, tanto de DNA quanto de RNA, confere uma direção à molécula onde é convencionado que o primeiro nucleotídeo de uma determinada seqüência é o que tem a extremidade 5' livre, enquanto que o último terá a extremidade 3' livre.

Figura 5-4 - Direção da polimerização orientada no sentido 5'→→→→ 3'' de um dímero de RNA. Observe como o primeiro nucleotídeo sempre terá a extremidade 5' livre e o último à extremidade 3'. A ligação do tipo fosfo-diéster é extremamente rígida e confere alta estabilidade à cadeia polimerizada de ácidos nucléicos.

5. Metabolismo

Uma das principais funções da bioquímica é estudar o metabolismo celular, ou seja, a maneira como a célula sintetiza e degrada moléculas dentro de um processo coordenado para garantir sua sobrevivência com o máximo de economia energética.

O anabolismo (síntese das biomoléculas) é sempre um processo que necessita de energia para que ocorra.

Isto é típico de situações onde o estado energético celular está com excesso de substratos para a síntese e, portanto, há bastante energia disponível no meio celular.

De maneira inversa, o catabolismo irá liberar energia quando as biomoléculas forem degradadas. Isto acontecerá sempre quando houver necessidade energética e as moléculas degradadas funcionarão como os substratos para a liberação de energia que o meio celular necessita.

Anabolismo e catabolismo correspondem a processos antagônicos, mas que ocorrem de maneira articulada permitindo a maximização da energia disponível dentro da célula. Dentro desse ponto de vista, cada molécula degradada libera energia para o meio que será utilizada por alguma reação de síntese num acoplamento perfeito das reações endergônicas e exergônicas.

As biomoléculas energéticas são os carboidratos, lipídios e proteínas que são obtidas em grandes quantidades durante a alimentação ou são mobilizadas das reservas orgânicas quando são ingeridas em quantidade insuficiente na alimentação ou quando o consumo energético aumenta grandemente (p.ex.: durante a realização de exercícios físicos).

A forma final de absorção da energia contida nessas moléculas se dá na forma de ligações de alta energia do ATP o qual é sintetizado nas mitocôndrias por processos oxidativos que utilizam diretamente o O2.

Desta forma, é essencial a presença de mitocôndrias e de oxigênio celular para o aproveitamento energético completo das biomoléculas. Quando não há mitocôndrias (p.ex.: nas hemácias) ou quando a quantidade de O2 disponível é insuficiente (p.ex.: em células musculares submetidas a extremo esforço físico), o metabolismo anaeróbico ocorre.

Entretanto, enquanto o metabolismo aeróbico é comum a todas as biomoléculas energéticas, o metabolismo anaeróbico é exclusividade dos carboidratos, onde o produto final lactato pode ser reciclado e gerar novas moléculas de glicose (através da gliconeogênese), num processo que necessita de mitocôndrias. Não só o lactato é convertido em glicose por esta via, mas várias outras moléculas como aminoácidos e o glicerol.

Algumas vias metabólicas são exclusivas de algumas biomoléculas, como é o caso da síntese de glicogênio a partir de glicose e da síntese de uréia no fígado, a partir do grupamento amino dos aminoácidos. Alguns processos, entretanto são comuns a todas as biomoléculas, como é o caso da neoglicogênese que utiliza como substrato o lactato proveniente do metabolismo da glicose, o glicerol proveniente dos ácidos graxos e vários aminoácidos.

Nas hemácias, em particular, uma via metabólica não mitocondrial (a via da pentosefosfato) produz grandes quantidades de NADPH que possui função antioxidante e constitui importante rota metabólica nesta célula, apesar de também ocorrer em tecidos onde a síntese biológica é alta (p.ex.: nos hepatócitos).

O metabolismo é dividido, didaticamente, em três estágios distintos onde a produção de energia será disponibilizada a partir de substratos específicos (Figura 1-1). Num primeiro estágio, as biomoléculas grandes são degradadas em suas moléculas constituintes em um processo que corresponde à digestão, quando há alimentos disponíveis. Dentro de um ponto de vista de necessidade energética, esses substratos serão mobilizados das reservas biológicas. Esta primeira fase promove a liberação de 20 aminoácidos a partir da degradação protéica, ácidos graxos e glicerol a partir dos triglicerídeos e glicose a partir do amido alimentar ou do glicogênio muscular e hepático.

Numa segunda fase, essas moléculas simples são degradadas em vias metabólicas específicas onde o produto final principal é a molécula de acetil-CoA que é formada dentro das mitocôndrias. As maneiras como a acetil- CoA é formada são muito variadas. De uma forma geral, a glicólise forma piruvato a partir da glicose no citoplasma que é convertido em acetil-CoA na mitocôndria.

Somente sete aminoácidos geram direto acetil-CoA com os demais gerando intermediários da gliconeogênese. Os ácidos graxos geram acetil-CoA através da betaoxidação, um processo intramitocondrial, mas que se inicia no citoplasma com a ativação dos ácidos graxos.

Esta segunda fase do metabolismo possui uma diversidade muito grande de vias metabólicas próprias de cada biomoléculas, porém o produto final comum, a acetil-CoA, faz com que seja necessário perfeita integração para o início da próxima fase mitocondrial.

A terceira e última fase do metabolismo ocorre somente em condições de aerobiose e no interior das mitocôndrias. A acetil-CoA é a molécula que inicia esta fase com o ciclo de Krebs (Ciclo do Ácido Cítrico) a etapa crucial onde a formação de citrato desencadeia o processo que levará a formação de alto potencial redutor verificado na formação de moléculas de NADH e FADH2, além de ATP formados na matriz mitocondrial.

Associado a este ciclo, uma cadeia de transporte dos elétrons retirados dos substratos pelos NADH e FADH2, presente na crista da mitocôndria, permite a síntese de ATP em grande escala a partir da oxidação do O2 proveniente da respiração que se combina com os H+ mitocondrial e os elétrons liberados, formando H2O. Este processo é extremamente eficaz e a concentração de acetil-CoA mitocondrial é fundamental para o sucesso deste processo.

Um excesso de acetil-CoA leva ao desvio da síntese de ATP para a síntese de ácidos graxos, colesterol e corpos cetônicos.

Este desvio do metabolismo energético é muito comum e é um a forma eficaz de impedir o excesso do metabolismo oxidativo mitocondrial com a superprodução de ATP.

Apesar da síntese desses compostos ser citoplasmática, é o excesso de acetil-CoA mitocondrial que inicia esta síntese, em um processo ordenado e extremamente eficaz, típico de quando há excesso de substratos energéticos provenientes da alimentação ou da degradação dos ácidos graxos provenientes dos adipócitos.

31 Figura 1-1 – As três fases do metabolismo.

6. Metabolismo dos aminoácidos e das proteínas

A fração metabólica de energia obtida a partir de aminoácidos, se eles são derivados de proteína dietética ou a partir de proteína tecidual, varia muito com o tipo de organismo e com condições metabólicas. Carnívoros podem obter (imediatamente após uma refeição) até 90% das suas necessidades energéticas a partir da oxidação de aminoácidos, enquanto que herbívoros podem preencher apenas uma pequena fração de suas necessidades energéticas por esta via.

A maioria dos microrganismos pode expulsar aminoácidos a partir de seu ambiente e utilizá-los como combustível, quando exigido pelas condições metabólicas. Plantas, no entanto, raramente ou nunca oxidam aminoácidos para fornecer energia, os hidratos de carbono produzidos a partir de CO2 e H2O na fotossíntese são geralmente sua única fonte de energia.

Nos animais, aminoácidos sofrem degradação oxidativa em três diferentes circunstâncias metabólicas:

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