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FUNDAMENTOS DE
BIOQUIMICA PARA
CIENCIAS BIOLOGICAS
CIENCIAS DOS
ALIMENTOS
AGRONOMICAS E
FLORESTAIS
Eacute PERMITIDO A REPRODUCcedilAtildeO
DESDE QUE SEM FINS LUCRATIVOS Prof Dr Luiz Antonio Gallo Prof Dr Luiz Carlos Basso MARCcedilO DE 2012
1
ESCOLA SUPERIOR DE AGRICULTURA ldquoLUIZ DE QUEROZrdquo
UNIVERSIDADE DE SAtildeO PAULO
ESALQ USP
FUNDAMENTOS DE BIOQUIMICA PARA CIENCIAS BIOLOGICAS
CIENCIAS DOS ALIMENTOS AGRONOMICAS E FLORESTAIS
MATERIAL DIDATICO PARA OS ALUNOS DE GRADUACcedilAtildeO
CONTEM TEXTOS DA INTERNET
MATERIAL INCOMPLETO
AINDA EM FASE DE REDACcedilAtildeO
PROFS
LUIZ ANTONIO GALLO
LUIZ CARLOS BASSO
Departamento de
CIENCIAS BIOLOGICAS
PIRACICABA
=2012=
2
IacuteNDICE
Conceitos se objetivos1
Carboidratos 3
Lipiacutedios 13
Aminoaacutecidos 22
Proteiacutenas 35
Aacutecidos Nucleacuteicos 44
Energeacutetica Bioquiacutemica 52
Enzimas 60
Glicoacutelise 76
Ciclo de Krebs 82
Cadeia Respiratoacuteria 86
Via Pentose Fosfato 90
Metabolismo dos Trigliceriacutedios 93
Metabolismo Degradativo das Proteiacutenas e Aminoaacutecidos 99
Integraccedilatildeo do Metabolismo 106
Excreccedilatildeo do Nitrogecircnio 111
Fotossiacutentese 116
Ciclo do Nitrogecircnio 135
Biossiacutentese de Proteiacutenas 157
3
BIOQUIacuteMICA ELEMENTAR
CONCEITO E OBJETIVOS
A Bioquiacutemica eacute o ramo da quiacutemica que se preocupa com as transformaccedilotildees moleculares
dos constituintes celulares Ao conjunto dessas transformaccedilotildees denominamos ldquoMetabolismordquo
Dependendo da organizaccedilatildeo estrutural atingida pelas moleacuteculas o metabolismo pode ser
dirigido no sentido de siacutentese (anabolismo) ou de degradaccedilatildeo (catabolismo) Durante o
metabolismo degradativo moleacuteculas estruturalmente complexas satildeo demolidas em entidades
mais simples ao passo que a fase anaboacutelica se caracteriza pela formaccedilatildeo de estruturas
moleculares mais complicadas a partir dessas entidades mais simples O anabolismo e o
catabolismo ocorrem concomitantemente numa ceacutelula viva
Esses constituintes celulares tambeacutem denominados de biomoleacuteculas se apresentam em
elevado nuacutemero nas diferentes espeacutecies Assim estima ndash se que em uma ceacutelula da bacteacuteria E
coli existam 3000 diferentes proteiacutenas e nenhuma delas semelhantes agraves 100000 diferentes
proteiacutenas encontras na ceacutelula humana Levando ndash se em consideraccedilatildeo o nuacutemero de espeacutecies
animais e vegetais calcula ndash se em 1010
ou 1012
o nuacutemero de diferentes proteiacutenas
Embora as macro biomoleacuteculas sejam extremamente numerosas elas satildeo formadas de
um nuacutemero relativamente pequeno de algumas moleacuteculas simples (os blocos construtivos)
Assim todas as inuacutemeras proteiacutenas satildeo formadas pela uniatildeo de 20 diferentes
aminoaacutecidos Os aacutecidos nucleacuteicos satildeo formados por 8 diferentes nucleotiacutedeos Os aacutecidos
nucleacuteicos satildeo formados de glicerol e alguns aacutecidos graxos e os polissacariacutedios por uns poucos
monossacariacutedios
Todas as moleacuteculas encontradas na ceacutelula desempenham uma ou mais funccedilotildees dentre as
quais podemos mencionar
a funccedilatildeo estrutural constituem o arcabouccedilo ou envoacutelucro como as membranas
limitando mateacuteria viva (protoplasma) e as vezes compartimentalizando os processos
bioquiacutemicos ou quer como esqueleto sustentando e dando forma ao organismo
b Funccedilatildeo energeacutetica quando atraveacutes da degradaccedilatildeo de tais compostos a energia quiacutemica
encerrada nas ligaccedilotildees covalentes (C-C C-H e C-OH) eacute de alguma forma utilizada para a
siacutentese de ATP (adenosina ndash Trifosfato) O ATP eacute posteriormente empregado na realizaccedilatildeo
4
dos diversos trabalhos fisioloacutegicos (contraccedilatildeo muscular excreccedilatildeo transporte ativo etc) bem
como nas atividades de biossiacutentese ou anabolismo
A bioquiacutemica embora uma ciecircncia recente natildeo pode ser considerada uma extensatildeo da
Quiacutemica Orgacircnica se reduzindo agrave uma coleccedilatildeo dos compostos orgacircnicos encontrados na
ceacutelula e suas propriedades Atualmente assentada em seus proacuteprios princiacutepios fundamentados
na Loacutegica molecular da vida a Bioquiacutemica eacute a ciecircncia que tem por objetivo estudar no seu
maior grau de intimidade ou seja ao niacutevel molecular a natureza dos diversos processos
bioloacutegicos (respiraccedilatildeo crescimento transmissatildeo da hereditariedade fotossiacutentese etc) que
ocorrem nos organismos vivos quer animais ou vegetal superiores ou inferiores
FUNDAMENTOS DE QUIMICA ORGANICA
FUNCcedilOtildeES
Como se forma o nome do composto
Com base na estrutura ou cadeia fundamental vamos indicar as caracteriacutesticas especiais do
composto Estas caracteriacutesticas satildeo indicadas por meio de prefixos e sufixos e por meio de
nuacutemeros (para as localizar) Quando existe mais do que um tipo de substituinte aplicam-se as
regras de prioridade indicadas na tabela seguinte O grupo principal eacute indicado pelo sufixo
correspondente Os outros grupos funcionais eventualmente presentes na moleacutecula seratildeo
indicados por prefixos
Priori
dade Classe Grupo Sufixo Prefixo
1 Catiotildees -oacutenio
2 aacutecidos carboxiacutelicos -COOH
-(C)OOH
aacutecido carboxiacutelico
aacutecido oacuteico Carboxi-
3 aacutecidos sulfoacutenicos -SO2OH aacutecido sulfoacutenico Sulfo-
4 Sais -COOM
-(C)OOM
carboxilato de M
-(o)ato de M
Carboxilato de
M
5 eacutesteres -COOR
-(C)OOR
carboxilato de R
-(o)ato de R R-oxicarbonil
6 Halogenetos de aacutecidos -COX
-(C)OX
halogeneto de
carbonilo
halogeneto de (o)ilo
Haloformil-
7 Amidas -CONH2
-(C)ONH2
-carboxamida
-amida Carbamoil-
8 Amidinas -C(=NH)NH2 -carboxamidina Amidino-
5
-
(C)(=NH)NH2
-amidina
9 Nitrilos -CN
-(C)N
-carbonitrilo
-nitrilo Ciano-
10 Isocianetos -NC -isonitrilo Isociano-
11 Aldeiacutedos -CHO
-(C)HO
-carbaldeiacutedo
-al
Formil-
Oxo-
12 Cetonas -(C)O -ona Oxo-
13 Alcooacuteis -OH -ol Hidroxi-
14 Fenoacuteis -OH -ol Hidroxi-
15 Tioacuteis -SH -tiol Mercapto-
16 Aminas -NH2 -amina Amino-
17 Iminas =NH -imina Imino-
(Os aacutetomos de carbono entre parecircntesis fazem parte da cadeia (ou estrutura) do composto
primitivo pelo que satildeo incluiacutedos no nome do composto primitivo e natildeo no sufixo)
Nombres de grupos Funcionales en orden de prioridad
El grupo funcional que se encuentre maacutes abajo de la tabla seraacute el de mayor orden de prioridad y se usaraacute como sufijo Si mas de un grupo funcional se encuentra presente el que tenga mayor prioridad se usaraacute como sufijo y los otros como prefijos
Modelo Sufixo Prefixo
- NH2 -amina Amino
- SH -tiol mercapto
- OH -ol Hidroxi
-tiona Tiol
-ona oxo
-al Oxo
6
-nitrilo ciano
-amida -
Haleto de -anoila -
Ac -sulfonico Sulfo
Acido -oico carboxi
-oato -
Estos prefijos el nombre incluye el carbono del grupo funcional Cuando se cuente no debe de contarse este carbono
1- Efeito Indutivo na cadeia carbocircnica
Analise o esquema abaixo
Na ligaccedilatildeo C - C numa sucessatildeo soacute de aacutetomos de carbono os eleacutetrons da
ligaccedilatildeo estatildeo equidistantes de cada aacutetomo Jaacute numa sucessatildeo de carbonos
terminada por um elemento muito eletronegativo como o cloro por exemplo
ocorre uma deslocalizaccedilatildeo de eleacutetrons das ligaccedilotildees C - C por causa do efeito da
ligaccedilatildeo C - Cl Esse efeito eacute chamado efeito indutivo O cloro funciona com um
ponto de atraccedilatildeo eletrocircnica puxando para si os eleacutetrons da ligaccedilatildeo com o
carbono ligado a ele Eacute como uma trilha de dominoacute em que as peccedilas caem umas
sobre as outras o cloro atrai para si os eleacutetrons da ligaccedilatildeo com o carbono ligado a
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ele este por sua vez fica com uma certa deficiecircncia eletrocircnica e por isso
atrai para si os eleacutetrons da ligaccedilatildeo com o carbono seguinte tentando compensar
essa deficiecircncia e assim sucessivamente Isso acaba gerando uma polarizaccedilatildeo na
cadeia carbocircnica
Do ponto de vista do efeito indutivo existem duas espeacutecies de grupos que
podem se ligar a uma cadeia carbocircnica
Grupos eleacutetron-atraentes (efeito indutivo -I) Satildeo aqueles que atraem os
eleacutetrons das ligaccedilotildees em sua direccedilatildeo Os mais importantes grupos eleacutetron-
atraentes satildeo aqueles que possuem elementos muito eletronegativos em relaccedilatildeo
ao carbono (F O N Cl Br I etc) ou radicais insaturados Os radicais
insaturados possuem ligaccedilotildees pi que por efeito de ressonacircncia iratildeo atrair os
eleacutetrons das ligaccedilotildees em sua direccedilatildeo
Grupos eleacutetron-repelentes (efeito indutivo +I) Satildeo aqueles que
empurram os eleacutetrons das ligaccedilotildees em direccedilatildeo oposta a eles Os mais
importantes grupos eleacutetron-repelentes satildeo os radicais saturados (alquila) e os que
possuem carga eleacutetrica negativa Nos radicais alquila quanto mais aacutetomos de C e
H (com simples ligaccedilotildees) tiver o radical mais eleacutetron-repelente ele seraacute
2- Algumas consequecircncias do Efeito Indutivo
21) A estabilidade dos carbocaacutetions
Uma consequecircncia importantiacutessima do efeito indutivo relaciona-se com a
estabilidade do carbocaacutetion numa reaccedilatildeo quiacutemica em que haacute formaccedilatildeo desta
espeacutecie como intermediaacuteria no processo O tipo de carbocaacutetion formado pode
determinar que produtos seratildeo formados e em que proporccedilotildees relativas O
carbocaacutetion eacute um iacuteon que possui um carbono com apenas trecircs ligaccedilotildees (sp2) isto eacute
possui uma carga positiva Experimentalmente verifica-se uma grande facilidade
de se formarem carbocaacutetions terciaacuterios (cuja carga positiva estaacute num carbono
terciaacuterio) em relaccedilatildeo a carbocaacutetions secundaacuterios ou primaacuterios Essa estabilidade
diminui do carbocaacutetion terciaacuterio para o secundaacuterio e deste para o primaacuterio Veja
abaixo a possiacutevel explicaccedilatildeo para esse fato
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Nesse caso a carga positiva funciona como o centro de atraccedilatildeo eletrocircnica
na cadeia Perceba que no carbocaacutetion primaacuterio apenas um sentido de corrente
eletrocircnica estaacute disponiacutevel para compensar a deficiecircncia de eleacutetrons do carbono
sp2 Jaacute no secundaacuterio existem dois sentidos de corrente e no terciaacuterio trecircs
sentidos Logicamente quanto maior a disponibilidade eletrocircnica para compensar
a carga positiva maior a facilidade do carbocaacutetion e maior a facilidade de ser
formado Muitas vezes devido agrave alta instabilidade os carbocaacutetions primaacuterios nem
chegam a se formar A natildeo ser que as condiccedilotildees do meio em que ocorre a reaccedilatildeo
sejam favoraacuteveis agrave sua formaccedilatildeo Maiores detalhes seratildeo vistos adiante nas
reaccedilotildees quiacutemicas que passam por carbocaacutetions
22) Forccedila de aacutecidos e bases
Outra consequumlecircncia interessante do efeito indutivo relaciona-se com a
forccedila de aacutecidos e bases orgacircnicos
Caraacuteter aacutecido - Vejamos um aacutecido carboxiacutelico que possui um grupo de
induccedilatildeo ligado agrave cadeia Esse grupo pode ser eleacutetron-atraente ou eleacutetron-
repelente
No primeiro caso (a) o grupo X eacute eleacutetron-atraente O efeito indutivo eacute -I
e portanto deixa a carbonila com deacuteficit eletrocircnico o que leva a um
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enfraquecimento da ligaccedilatildeo com o hidrogecircnio aacutecido Logo seraacute mais faacutecil a
liberaccedilatildeo do proacuteton Assim o caraacuteter aacutecido aumenta
No segundo caso (b) o grupo X eacute eleacutetron-repelente O efeito indutivo eacute +I
e portanto deixa a carbonila com superaacutevit eletrocircnico o que leva a um aumento
da forccedila de ligaccedilatildeo com o hidrogecircnio aacutecido Logo seraacute mais difiacutecil a liberaccedilatildeo do
proacuteton Assim o caraacuteter aacutecido diminui
Caraacuteter baacutesico - Vejamos agora o que ocorre com uma amina (base
orgacircnica)
Segundo a teoria de Lewis base eacute uma espeacutecie quiacutemica que possui um ou
mais pares eletrocircnicos natildeo-ligantes ou seja eacute capaz de coordenar pares
eletrocircnicos Dessa forma assim como a forccedila de um aacutecido estaacute relacionada com a
sua capacidade de receber eleacutetrons a forccedila de uma base relaciona-se com sua
capacidade de coordenar eleacutetrons Logo quanto maior a disponibilidade eletrocircnica
em uma espeacutecie quiacutemica maior seraacute seu caraacuteter baacutesico
No primeiro caso (a) o grupo X eacute eleacutetron-atraente O efeito indutivo eacute -I
e portanto deixa o grupo amino com deacuteficit eletrocircnico o que leva a uma
diminuiccedilatildeo do seu caraacuteter baacutesico
No segundo caso (b) o grupo X eacute eleacutetron-repelente O efeito indutivo eacute +I
e portanto deixa o grupo amino com superaacutevit eletrocircnico o que leva a um
aumento do seu caraacuteter baacutesico
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CARBOIDRATOS
1 CONCEITO
Quimicamente podem ser definidos como aldeiacutedos ou cetonas poliidroxilados ou
substacircncias que mediante hidroacutelise liberem tais compostos Apresentam uma formulaccedilatildeo geral
Cx (H2O) Y com raras exceccedilotildees Assim a desoxirribose (encontrada no DNA) apresenta
foacutermula C5H1004 onde a relaccedilatildeo HO natildeo eacute de 21 Igualmente pode nos encontrar
carboidratos com outros elementos aleacutem do C H eacute O Embora natildeo muito frequumlente N S e P
podem integrar moleacuteculas de carboidratos Outras denominaccedilotildees hidratos de carbono
accediluacutecares gluciacutedios e gluacutecides
2 ESTEREOISOMERIA OacuteTICA
Eacute um fenocircmeno muito difundido entre os carboidratos e vem a ser decorrecircncia do composto
apresentar um ou mais aacutetomos de carbono assimeacutetrico na moleacutecula Aacutetomo de carbono
assimeacutetrico eacute aquele que se liga a 4 radicais diferentes e resulta geralmente que os
compostos que os apresentam se mostram oticamente ativos ou seja desviam o plano da luz
polarizada Se o desvio for para a direita o composto eacute dito de ldquodextrorrotatoacuteriordquo (+) e se
para a esquerda ldquolevorrotatoacuteriordquo (-) Como referecircncia utilizando o gliceraldeido que
apresenta 2 isocircmeros oacuteticos
11
As configuraccedilotildees D e L estatildeo relacionadas com o posicionamento da hidroxila (OH) do
carbono assimeacutetrico mais distante do grupo funcional (aldeiacutedo ou cetona) e necessariamente
nada tem com as propriedades dextro ou levorrotatoacuteria desses compostos exceto para o
gliceraldeiacutedo
3 CICLIZACcedilAtildeO DE PENTOSES E HEXOSES
Dependendo do comprimento da cadeia carbocircnica os carboidratos podem adquirir uma
estrutura ciacuteclica mantida pela ligaccedilatildeo hemiacetal Esta ligaccedilatildeo explica a baixa reatividade dos
grupamentos aldeiacutedos e cetonas de alguns accediluacutecares
Assim a moleacutecula de glicose pode se dobrar de modo a permitir uma aproximaccedilatildeo entre o
grupo aldeiacutedo do carbono 1 com a hidroxila do carbono 5 estabelecendo a ligaccedilatildeo hemiacetal
Configuraccedilotildees e conformaccedilotildees
Aacutelcools reagem com grupos carbonilas de aldeiacutedos e cetonas formando um hemiacetal ou um
hemicetal respectivamente (figura 4) Da mesma forma a hidroxila e o grupo aldeiacutedo ou
grupo cetona de um monossacariacutedeo podem reagir intramolecularmente para formar
hemiacetais ou hemicetais ciacuteclicos Tais configuraccedilotildees podem ser representadas atraveacutes da
projeccedilatildeo de Haworth
Um monossacariacutedeo composto por um anel de seis membros eacute chamado de piranose enquanto
um monossacariacutedeo formado por uma anel de cinco membros eacute chamado de furanose (figura
5)
12
13
4 CLASSIFICACcedilAtildeO DOS CARBOIDRATOS
Segundo uma complexidade satildeo estrutural os carboidratos podem ser classificados em
monossacariacutedios oligossacariacutedios e polissacariacutedios
41 Monossacariacutedios Satildeo os mais simples dos accediluacutecares natildeo sofrem hidroacutelise possuem
baixo peso molecular e satildeo soluacuteveis em aacutegua Apresentam sabor doce satildeo cristalinos
quando no estado soacutelido Satildeo todos considerados ldquoaccediluacutecares redutoresrdquo
Os monossacariacutedios se subdividem segundo o nuacutemero de aacutetomos de carbono na moleacutecula
Ndeg de aacutetomos de C Nome geneacuterico Representantes de importacircncia
fisioloacutegica
2 diose glicaldeido
3 triose gliceraldeido dihidroxiacetona
4 tetrose eritrose treose
5 pentose xilose xilulose ribose
6 hexose glicose frutose manose galactose
7 heptose sedoheptulose
8 octose _ _
9 nonose _ _
14
15
42 Oligossacariacutedios Satildeo accedilucares compostos que hidrolisados originam
monossacariacutedios satildeo classificados de acordo com o nuacutemero de monossacariacutedios que
16
satildeo liberados por moleacuteculas dissacariacutedios trissacariacutedios tetrassacariacutedios
pentassacariacutedios e hexassacariacutedios Estudaremos apenas alguns dissacariacutedios
sacarose - glicose - 12 rarr - frutose
maltose - glicose - 14 rarr - glicose
lactose - galactose ndash 14 rarr glicose
celobiose glicose ndash 14 rarr glicose
trehalose glicose ndash 11 rarr glicose
Maltose
celobiose
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Os dissacariacutedeos satildeo formados por dois monossacariacutedeos unidos por ligaccedilatildeo covalente
Existem vaacuterios dissacariacutedeos presentes na alimentaccedilatildeo como por exemplo
Trealose = glicose + glicose a (1-1)
Celobiose = b-glicose + b-glicose (1- 4)
Maltose(1 - 4) e a Iso-maltose (1 - 6) duas moleacuteculas de glicose e estatildeo presente
no malte (maltose) e satildeo subproduto da digestatildeo do amido e glicogecircnio (iso-maltose)
Lactose glicose + galactose (1- 4) eacute o principal carboidrato do leite
Sacarose glicose + frutose (1 - 2) sendo a forma mais comum de accediluacutecar obtida da
cana-de-accediluacutecar
Accediluacutecar redutor eacute aquele que apresenta um grupo aldeiacutedo ou um grupo cetocircnico livre isto eacute
natildeo participante de ligaccedilatildeo glicosiacutedica A ligaccedilatildeo hemiacetal responsaacutevel pela estrutura
ciacuteclica de alguns accedilucares natildeo compromete o caraacuteter redutor Os accedilucares redutores satildeo assim
chamados por poderem reduzir o iacuteon Cu++
em meio alcalino
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reativo detecta coloraccedilatildeo
1 - Tese de Fehling sol
Cupro alcalina
accedilredutores vermelho
2 - Teste de Benedict glicose azul
3 - Reaccedilatildeo de Molish geral AR anel puacuterpura
4 - ldquo de Bial pentoses azul
5 - ldquo de Tollens pentoses rosa
6 - ldquo de Seliwanoff frutose vermelho
43 Polissacariacutedios Satildeo compostos que por hidroacutelise liberam grande nuacutemero de
monossacariacutedios Satildeo insiacutepidos insoluacuteveis em aacutegua e amorfos no estado soacutelido Apresentam
elevado peso molecular Diversos representantes desempenham funccedilotildees estrutural e energeacutetica
nos diversos organismos
a Amido reserva energeacutetica dos organismos vegetais constituiacutedo de amilose e
amilopectina
A amilose eacute constituiacuteda de - glicose mantida pela ligaccedilatildeo - 14 glicosiacutedica apresentando
peso molecular entre 4000 e 150000
A amilopectina eacute formada de - glicose mantida por ligaccedilotildees - 14 e - 16 com peso
molecular de ateacute 500000
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b Glicogecircnio Reserva energeacutetica dos organismos animais estruturalmente semelhantes
agrave amilopectina poreacutem mais ramificado isto eacute com maior proporccedilatildeo de ligaccedilotildees -
16 o que torna a moleacutecula mais compacta Apresenta peso molecular de ateacute
2000000
c Celulose Formada de - glucose unidas pela ligaccedilatildeo - 14 constitui a parede celular
das ceacutelulas vegetais
20
d Quitina Constitui a carapaccedila (exoesqueleto) dos insetos e crustaacuteceos Eacute um poliacutemero
de N ndashacetil - - glicosamina altamente insoluacutevel
Sob o mar
Descobrindo a rentabilidade que existe nos desperdicios marinhos
Por Nancy Garcia
A quitina eacute um polissacariacutedeo formadora da carapaccedila dos insetos e crustaacuteceos Eacute um
produto do processamento industrial de camarotildees siris lagostas e tem novas e prometedoras
aplicaccedilotildees industriais
A quitina eacute um polissacariacutedeos formado pela polimerizaccedilatildeo de resiacuteduos de N-acetil
glicosamina Eacute o segundo produto orgacircnico mais abundante que existe na natureza depois da
celulose Eacute o principal componente da cutiacutecula dos artropodos crustaacuteceos e insetos estando
presente em moluscos e forma parte das paredes celulares de alguns microorganismos como
fungos e leveduras Entre suas principaius caracteriacutesticas esta a abundancia ser biodegradaacutevel
e natildeo toacutexica
A carapaccedila dos crustaceos e camarotildees representam a primeira fonte para se obter quitina As
carapaccedilas alem de conter quitina tambeacutem contem pigmentos vermelhos e proteiacutenas com a
mesma qualidade da carne do crustaacuteceo
A quitina e um poliacutemero muito grande parecido com a celuilose Por natildeo ser degradaacutevel em
aacutegua e necessariose modificar a estrutura do poliacutemero para se obter seus derivos soluacuteveis
Dentre estes derivados estatildeo a qutinase empregada como biocida como bactericida
fungicida e herbicida e o quitosam que serve para o tratamento de aacuteguas industriais e como
um ingrediente nutritivo pois ajuda a eliminar o colesterol ajuda previnir doenccedilas
cardiovasculares e tem efeito anti gaacutestrico e anti atritico
21
O quitosan aplicado em industrias papeleiras permite que a polpa tenha maior forccedila para fixar
as tintas e os corantes dostecidos Na industria de alimentos eacute empregado como espumante e
emulsificante
A traveacutes de dicho poliacutemero se encapsulan medicamentos de liberacioacuten prolongada Se
emplea como biomaterial para hacer lentes de contacto hilos de sotura y proacutetesis ya que tiene la propiedad de ayudar a la regeneracioacuten de huesos En el aacuterea de la cirugiacutea plaacutestica ayuda al reestablecimiento de los tejidos evita la mala cicatrizacioacuten sirve para la fabricacioacuten de piel sinteacutetica y es un agente que inhibe las infecciones en heridas
Es material para la creacioacuten de peliacuteculas envolventes que prolongan la vida de los alimentos perecederos como envases biodegradables (Para ahondar en este tema consulte la seccioacuten Marketing de esta edicioacuten y considere los beneficios de emplear estos envases en su negocio)
Las oportunidades Meacutexico es uno de los paiacuteses con mayor produccioacuten de camarones al ocupar el seacuteptimo lugar a nivel mundial (casi 100 mil toneladas de peso vivo durante 2001 seguacuten datos de Sagarpa)
Tambieacuten se producen en promedio 20 mil toneladas anuales de jaiba tres mil 500 de langostino y casi tres mil toneladas de langosta (todos en peso vivo) Es posible capturar estas especies en la regioacuten comprendida del Atlaacutentico la peniacutensula de Yucataacuten y el Golfo de Meacutexico
En la regioacuten al Este de la Repuacuteblica se ha reportado la produccioacuten de una langostilla que debido a su tamantildeo pequentildeo no sirve para consumo y se considera maacutes una plaga al ser capturada junto con el camaroacuten y causar un sobrepeso que rompe las redes Esta langostilla no se ha aprovechado ampliamente (soacutelo se le utiliza para la creacioacuten de harina para granjas camaroneras) sin embargo se ha calculado que tiene una produccioacuten anual de 250 mil toneladas que se queda varada en las costas originando un
verdadero problema ambiental Seriacutea ideal utilizarla para producir quitina
En la captura de crustaacuteceos soacutelo se aprovecha su carne quedando los caparazones como desperdicios Escudero expresa que a partir de este desperdicio se puede comenzar toda una industria dedicada a la produccioacuten de quitina y sus diferentes derivados Por su parte Patricia Miranda comenta que el costo de una empresa dedicada a la produccioacuten de quitina se calcula alrededor de dos millones de pesos por el tipo de instalaciones y equipo
que se usa en el proceso
Escudero comenta que para instalarla se necesita baacutesicamente un reactor de desmineralizacioacuten otro de desproteinizador molino secador y fermentador Los productos pueden ser refinados lo cual aumenta su valor por lo que se debe contar con espectrofotoacutemetro centrifugadora balanza autoclave y agitadora La inversioacuten en maquinaria es de alrededor de un milloacuten de pesos El precio de la materia prima las
cutiacuteculas de los crustaacuteceos no se ha establecido al ser un desperdicio por lo mismo
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ambas investigadoras afirman que se puede llegar a un acuerdo con las cooperativas camaroneras para determinar un valor
La quitina en el mercado tiene un costo aproximado de US$20 por kilo la quitinasa refinada con alto grado de desacetilacioacuten tiene un precio de US$300 diez gramos mientras que el quitosaacuten de baja calidad llega a US$70 por kilo
Una de las ventajas es que no se necesita personal especializado soacutelo capacitado para poder operar los reactores y conocer el proceso afirma Miranda
Los mercados De acuerdo con Escudero la quitina y sus derivados tienen uso potencial en diferentes paiacuteses principalmente Japoacuten China y Estados Unidos En todos ellos ya existe una industria consolidada alrededor de este poliacutemero siendo China el principal productor y exportador de quitina Chile y Espantildea estaacuten en una fase incipiente a la par de Ameacuterica
Latina
En Meacutexico es praacutecticamente un tema nuevo no obstante ya existe una empresa que comienza a abrirse camino en este campo Neptuno ubicada en Sonora
Representantes de Neptuno comentaron que junto con un grupo de investigadores llevan a cabo una serie de actividades como participar en exposiciones o en conferencias para promover sus productos a pesar de que mundialmente el uso de la quitina y sus derivados va en aumento De hecho hay amplias posibilidades de exportarlo a la Unioacuten Americana y algunos paiacuteses latinoamericanos
Recoleccioacuten de caparazones Una posibilidad para poder entrar en el negocio sin tener que realizar una inversioacuten tan importante al inicio consiste en recolectar los caparazones limpiarlos y molerlos que es el proceso primario para la elaboracioacuten de la quitina El caparazoacuten molido se puede vender a las empresas que elaboran el compuesto y de ahiacute capitalizar para adquirir el equipo necesario para la fabricacioacuten del polisacaacuterido De hecho empresas como Neptuno y otras en Estados Unidos estaacuten dispuestas a comprar los caparazones limpios sin necesidad de molerlos
Para ello soacutelo se necesita establecer las formas de recoleccioacuten sin dejar de considerar que entre maacutes joacutevenes sean los crustaacuteceos mayor seraacute la cantidad y calidad de las sales de calcio contar con secadoras y grandes cantidades de agua
En caso de no contarse con los secadores se pude secar al sol en un terreno amplio y colocar limpios los caparazones
Existen institutos y empresas dedicadas al disentildeo de envase y embalaje (Instituto Mexicano de Profesionales en Envase y Embalaje) que en estos casos dan asesoriacutea para enviar el producto con costos reducidos
El ejemplo de la quitina es uno de los tantos avances cientiacuteficos que ha tenido una aplicacioacuten praacutectica en la industria y por ende abre brecha para desarrollar maacutes de uno de los tantos negocio del futuro
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Cientos de posibilidades El quitosaacuten sirve para
En tratamiento de aguas residuales En la elaboracioacuten de pulpa para papel estaacutendar fotograacutefico y carboacuten En el campo meacutedico y de salud se le emplea en la creacioacuten de vasos sanguiacuteneos
artificiales como antinflamatorio inhibidor de tumores y de placa dental antiviral y procesos de cicatrizacioacuten Tambieacuten se usa en la formacioacuten de esponjas y vendas para
heridas asiacute como en la confeccioacuten de ropa esteacuteril para personas convalecientes Es un material que protege contra la radiacioacuten En el sector de alimentos es un aditivo para la estabilizacioacuten del color conservadores y remocioacuten de soacutelidos En el aacuterea cosmeacutetica se usa para fabricar polvo para maquillaje barniz de untildeas humectante fijadores para el cabello crema humectante pasta de dientes En la agricultura se utiliza para el recubrimiento de semillas y hojas fertilizantes y
liberacioacuten de controlada de agroquiacutemicos
La quitina y su potencial industrial
Como un escudo de alta eficiencia construido con pura
quiacutemica una sustancia que forma parte del carapazoacuten defiende
a insectos crustaacuteceos moluscos y otros seres vivos de su
contacto con lo externo La poseen en diversa cantidad jaibas
camarones langostas arantildeas y cucarachas Incluso algunos
hongos y algas Se llama quitina y es un compuesto natural
con variados beneficios para el ser humano uacutetil en las industrias farmaceacuteutica de alimentos
cosmeacutetica y de empaques
De basura a materia prima que filtra agua contaminada ofrece consistencia a alimentos
procesados atrapa grasa es antibactericida y sirve como envoltura biodegradable entre otros
beneficios la quitina estaacute involucrada en la proteccioacuten de varias especies Su nombre
derivado del griego kiacutetos significa cavidad o boacuteveda y el sitio en que se encuentra el
caparazoacuten de muchos artroacutepodos tambieacuten refiere su capacidad para enfrentar a diversos
agentes externos
Despueacutes de la celulosa es el segundo poliacutemero maacutes abundante en el planeta por lo que su
utilizacioacuten a gran escala en Meacutexico es muy prometedora como lo ha sido en Japoacuten en donde
alrededor de 250 empresas explotan la quitina
Una investigadora de la Universidad Nacional Autoacutenoma de Meacutexico (UNAM) la maestra en
ciencias Patricia Miranda Castro estudia desde hace siete antildeos la quitina y su principal
derivado el quitosaacuten En el Laboratorio de Biotecnologiacutea de la Facultad de Estudios
Superiores Cuautitlaacuten (FES-C) esta quiacutemica farmacobioacuteloga ha logrado una metodologiacutea
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propia para extraer la quitina y el quitosaacuten del camaroacuten utilizando caparazones y cabezas de
los crustaacuteceos que para la industria pesquera son desechos
Meacutexico es el seacuteptimo productor de camaroacuten en el mundo asiacute que muchas toneladas de
cabezas del crustaacuteceo regresan al mar cada antildeo y grandes cantidades de caparazones se t iran
diacutea a diacutea en las marisqueriacuteas de todo el paiacutes Nos parece interesante sumarnos a un proceso en
donde la sustancia que buscamos estaacute en lo que otros consideran basura explica la maestra
Miranda quien en su laboratorio ha ensayado durante varios antildeos una forma eficiente para
obtener la quitina
La patente de esta metodologiacutea para la extraccioacuten obtencioacuten y purificacioacuten de la quitina y el
quitosaacuten estaacute en traacutemite ante el Instituto Mexicano de Propiedad Industrial y de otorgarse la
UNAM podraacute realizar transferencias tecnoloacutegicas con este producto de origen natural
De la marisqueriacutea al laboratorio
La quitina es un poliacutemero es decir una moleacutecula de gran tamantildeo constituida esencialmente de
azuacutecares (es un polisacaacuterido) y oxiacutegeno Sus moleacuteculas son fibrosas y logran un material de
gran resistencia quiacutemica y mecaacutenica
Las caracteriacutesticas maacutes uacutetiles para la industria estaacuten en el quitosaacuten un derivado de la quitina
Asiacute que lo primero que hicimos fue conseguir en las marisqueriacuteas caparazones de diversos
animales estudiar en donde existe la sustancia en mayor cantidad y desarrollar un meacutetodo
propio para extraer la quitina y transformarla en quitosaacuten Encontramos que los caparazones
de jaibas y langostas tienen maacutes calcio y menos quitina mientras que las de camaroacuten maacutes
blandas contienen mayor cantidad de la sustancia explica la especialista
Ya en el laboratorio los caparazones se limpian se muelen hasta pulverizarse y se someten a
un proceso de hidroacutelisis aacutecida utilizando aacutecido clorhiacutedrico el cual convierte a los carbonatos
en cloruros y solubiliza los minerales baacutesicamente el calcio
Ya desmineralizado se aplica una hidroacutelisis alcalina pues el aacutelcali que se usa rompe la
estructura de la matriz y hace solubles las proteiacutenas las cuales arrastran consigo grasas y
pigmentos componentes todos que constituyen el caparazoacuten Los pigmentos ya separados (de
colores rosa y anaranjado) son un subproducto del proceso que pueden utilizarse para
alimentar flamingos y salmones especies a las que les ayuda a mantener su color
caracteriacutestico
Despueacutes de ambas etapas se obtiene la quitina en polvo que no es soluble en agua lo que lo
hace poco praacutectica para su aplicacioacuten Asiacute que se somete a un proceso llamado desacetilar
que significa quitar de la sustancia una parte de su estructura el grupo acetilo Con esto se
obtiene como derivado el quitosaacuten presente en el 70 por ciento de la quitosina pero ahora ya
aislado y purificadoEsta metodologiacutea es una innovacioacuten tecnoloacutegica de la maestra Patricia
Miranda Castro
Las cualidades del quitosaacuten
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El quitosaacuten es soluble en agua acidificada Esta solubilidad y su viscosidad (que puede hacerse
maacutes espesa o maacutes ligera seguacuten se requiera) son caracteriacutesticas que lo hacen aplicable a usos
variados asiacute como su accioacuten de imaacuten bioquiacutemico capaz de detectar sustancias nocivas Por
ejemplo en el estoacutemago humano atrapa grasas como el colesterol y los trigliceacuteridos a los que
conduce por el intestino capturados hasta evacuarlos Asiacute que una aplicacioacuten farmaceacuteutica lo
utiliza como regulador del peso corporal mientras que tambieacuten sirve como regulador de la
presioacuten arterial consecuente a la disminucioacuten de grasas
En la industria de alimentos este derivado de la quitosina se utiliza para dar consistencia y
viscosidad a los aderezos para ensaladas y mayonesas mientras que en las frutas y verduras
frescas sirve como un protector antimicrobiano
Otras aplicaciones estaacuten en la industria de los cosmeacuteticos en donde el quitosaacuten se introduce en
cremas humectantes pues es una moleacutecula que absorbe el agua Algunos fabricantes de
shampoo lo utilizan como ingrediente ya que desarrolla una peliacutecula que da proteccioacuten y
brillo al cabello
En la industria papelera donde el principal insumo es la celulosa el quitosaacuten sirve para fijar y
dar resistencia al papel mientras que una de sus maacutes prometedoras aplicaciones podriacutea ser
como plaacutestico biodegradable sustituyendo al plaacutestico tradicional derivado del petroacuteleo uno de
los materiales maacutes utilizados en el mundo y maacutes difiacuteciles de degradarse lo que genera mucha
contaminacioacuten
Como material plaacutestico alternativo el quitosaacuten ya ha sido sometido a pruebas en el
Laboratorio de Biotecnologiacutea de la maestra Patricia Miranda Castro quien desarrolloacute una
especie de celofaacuten a partir de esta sustancia natural una envoltura que incluso podriacutea
comerse finaliza la especialista universitaria
e Outros polissacariacutedios estruturais e de reserva
Entre os principais polissacariacutedeos de reserva em plantas estatildeo o amido os frutanos e os
polissacariacutedeos de reserva de parede celular (PRPC)
Como compostos de reserva o amido e os frutanos possuem as vantagens de serem formados
por glucose e frutose respectivamente Esses accediluacutecares satildeo prontamente utilizados pelo
metabolismo de geraccedilatildeo de energia e tambeacutem fornecem carbono para a biossiacutentese da maioria
das biomoleacuteculas presentes em ceacutelulas vegetais
Cada um dos principais polissacariacutedeos de reserva apresenta caracteriacutesticas que fazem com
que eles sejam mais convenientes para o metabolismo em certas situaccedilotildees Uma dessas
caracteriacutesticas eacute o fato que nenhum deles possui radicais livres Esta eacute uma vantagem quando
comparada ao acuacutemulo de monossacariacutedeos uma vez que a presenccedila de tais compostos
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poderia levar agrave glicosilaccedilatildeo inespeciacutefica de elementos celulares Outra vantagem eacute a relativa
inatividade osmoacutetica dos poliacutemeros
A tabela a seguir resume as principais caracteriacutesticas dos trecircs tipos de grupos mais
importantes de polissacariacutedeos de reserva de plantas Estas evidenciam diferentes funccedilotildees
considerando como eles satildeo degradados e seus locais de deposiccedilatildeo na ceacutelula e na planta
Composto de
reserva
Biossiacutentese Mobilizaccedilatildeo Localizaccedilatildeo
celular
Localizaccedilatildeo na planta
Amido A partir de ADP-
glucose
Hidroacutelise por
fosforilaccedilatildeo
Plastiacutedeos e
gracircnulos no
citossol
Sementes caule
folhas frutos e oacutergatildeos
Frutanos A partir de
sacarose por
transglicosilaccedilatildeo
Hidroacutelise Vacuacuteolos e
fluido
apoplaacutestico
Folhas raiacutezes caules e
oacutergatildeos subterracircneos
PRPC A partir de
UDPGDP accediluacutecares
no complexo de
Golgi
Hidroacutelise e
transglicosila
ccedilatildeo
Parede celular Sementes e oacutergatildeos
subterracircneos
Dextrana ndash polissacariacutedios elaborado pelo Leuconostoc mesenteroides a partir de sacarose
Causa viscosidade no caldo de cana bem como diminui o rendimento da cristalizaccedilatildeo da
sacarose
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POLISSACARIacuteDEOS DE PAREDE CELULAR (PRPC)
Os polissacariacutedeos de reserva de parede celular (PRPC) satildeo relativamente inertes no que concerne agrave sua reatividade quiacutemica e apresentam diferentes graus de solubilidade em aacutegua Essas caracteriacutesticas conferem alta compactaccedilatildeo e baixa reatividade e tornam possiacutevel a existencia de um compartimento celular ( a parede celular) que permite o fluxo de aacutegua com um grau de liberdade consideraacutevel
O custo para produzir tais poliacutemeros eacute alto pois tais compostos necessitam de um complexo sistema de biossiacutentese secreccedilatildeo e montagem no meio extracelular A biossiacutentese dos polissacariacutedeos de parede celular requer nucleotiacutedeo-accediluacutecares como doadores de monossacariacutedeos Na tabela a seguir estatildeo relacionados alguns dos polissacariacutedeos de parede e seus respectivos nucleotiacutedeo-accediluacutecares doadores
Polissacariacutedeos Nucleotiacutedeos-accediluacutecares
Celulose UDP-glucose Calose UDP-glucose Glucanos de cadeia mista UDP-glucose Xiloglucano UDP-glucose UDP-galactose UDP-
xilose e GDP-fucose Galactomanano GDP-manose UDP-galactose Glucoronoarabinoxilanos UDP-arabinose UDP-xilose UDP-aacutedico
galacturocircnico Ramnogalacturonano GDP-ramnose UDP-aacutedico galacturocircnico
FRUTANOS
Os frutanos encontram-se entre os carboidratos alternativos de reserva mais amplamente distribuiacutedos entre as plantas superiores sendo encontrados em aproximadamente 15 das angiospermas A presenccedila de frutanos em Asteraceae foi amplamente documentada para a flora de regiotildees temperadas e para a flora tropical e subtropical em regiatildeo restrita do cerrado brasileiro A maioria das espeacutecies ricas em frutanos encontra-se fora da regiatildeo tropical sendo mais abundantes em aacutereas onde o crescimento eacute sazonal Vaacuterios autores sugerem que o acuacutemulo de altas concentraccedilotildees de frutanos e de accediluacutecares soluacuteveis pode contribuir para o aumento do potencial osmoacutetico das ceacutelulas e por conseguinte promover toleracircncia agrave seca e ao congelamento Os frutanos satildeo acumulados em oacutergatildeos fotossintetizantes como folhas e caules em oacutergatildeos subterracircneos de reserva como raiacutezes tuberosas tubeacuterculos e bulbos e em inflorescecircncia e sementes Nas ceacutelulas os frutanos e as enzimas envolvidas em seu
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metabolismo satildeo encontrados nos vacuacuteolos embora recentemente sua presenccedila e a da enzima frutaexohidrolase tenham sido detectadas no fluido apoplaacutestico
Frutanos consistem de seacuteries homoacutelogas de oligo e polissacariacutedeos natildeo redutores onde cada membro da seacuterie conteacutem um resiacuteduo a mais de frutose do que o membro anterior Esses poliacutemeros de D - frutose carregam um resiacuteduo de D - glucose
geralmente localizado na extremidade da cadeia unido por uma ligaccedilatildeo do tipo 12 como na sacarose sendo assim o frutano mais simples eacute um monofrutosil sacarose um trissacariacutedeo O trissacariacutedeo que daacute origem agrave seacuterie da inulina a 1- cestose ou 1-
cestotriose (1 - F - frutosil sacarose -glu-12--fru-12-fru) foi o primeiro a ser caracterizado por Bell e colaboradores (Pollock et al 1996 e referecircncias ali contidas) A 1-cestose eacute encontrada em todas as espeacutecies que acumulam frutanos mesmo naquelas onde a seacuterie predominante apresenta outro tipo de ligaccedilatildeo entre os resiacuteduos de frutose Cinco classes estruturais de frutanos foram identificadas (figura 11) a)
frutano baseado em 1-cestose com ligaccedilotildees - 21 (inulina) encontrado principalmente em Asterales (ex tubeacuterculos de Helianthus tuberosus) b) frutano
baseado em 6-cestose com ligaccedilotildees - 26 (levano) caracteriacutestico de Poales (ex folhas de Phleum pratense) c) frutano com ligaccedilotildees mistas e ramificados com glucose na extremidade da cadeia tambeacutem encontrado em Poales ( ex Triticum) d) frutano
baseado em neocestose com ligaccedilotildees - 21 encontrado em Liliaceae ( ex Asparagus
) e e) frutano baseado em neocestose com ligaccedilotildees -26 presente em alguns membros de Poales ( ex Avena )
Pectinas A pectina eacute o maior constituinte da parede celular primaacuteria e tambeacutem estaacute presente na lamela meacutedia entra as ceacutelulas de todos os tipos Contecircm uma alta concentraccedilatildeo de resiacuteduos de aacutecido D- -4) Dentre as pectinas encontrados Homogalacturonanos que apresentam predominante ou exclusivamente esta
estrutura (aacutecido galacturocircnico e resiacuteduos metilgalacturonados) como mostrado na figura 15
ramnogalactoruronanos conteacutem resiacuteduos de L-ramnose Neste caso o aacutecido galacturocircnico se li -2) e a ramnose ao outro resiacuteduo
-4) Os resiacuteduos de ramnose servem como pontos de ancoragem para cadeias laterais se unirem ramificando o poliacutemero
(figura 16) Galactanos Existem dois t -13-
-14 e o outro mais frequente eacute composto (figura 17) -14 com ramificaccedilotildees de L-arabinofuranose a cada 16-21 resiacuteduos
da cadeia principal Apoacutes a germinaccedilatildeo maior parte da galactose e arabinose eacute
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removida da parede deixando um material residual enriquecido em ramnose aacutecido urocircnico e glucose Matheson e Saini (1977) reportaram a presenccedila de duas
- -galactosidases em cotilecircdones de Lupinus luteus estas enzimas aumentaram apoacutes a germinaccedilatildeo e os autores levantaram a possibilidade do galactano estar envolvido no controle da expansatildeo celular aleacutem de ser um polissacariacutedeo de reserva
Hemicelulose Alguns autores consideram hemicelulose o material extraiacutedo da parede por extraccedilatildeo alcalina Para outros trata-se de um poliacutemero da parede celular com um tipo particular de estrutura molecular e com provaacutevel funccedilatildeo de mobilidade Dentre as hemiceluloses encontramos
Galactoglucomananos (figura 18) moleacutecula linear cadeia cam resiacuteduos de D-glucopiranose e D- -4) Difere da celulose pela presenccedila dos resiacuteduos de manose A razatildeo manosilglucosil eacute geralmente 3 A cadeia de glucomanano apresenta curtas ramificaccedilotildees resiacuteduos de D-
-6) aos resiacuteduos de manose Arabino-4-O-metilglucuronoxilano poliacutemero linear de D-xilose unidos por
-4) com cadeias laterais de dois tipos resiacuteduos de 4-O-metil D-glucurocircnico unidos agrave xilose po -2) ou resiacuteduos de L-arabinose unidos
-3) () 4-O-metilglucuronoxilano cadeia de resiacuteduos de D-xilopiranose unidos por
-4) e substituiacutedo por resiacuteduos de 4-O-metil-D-glucurocircnico unidos por ligaccedilatildeo -2) na cadeia de xilose
Glucomananos semelhantes agrave estrutura de galactoglucomananos com a glucose e -4)
Xilanos de parede secundaacuteria de gramiacuteneas () aparece grande variedade de cadeias laterais curtas1-4) D-xilano) incluindo
L-arabinofuranose no carbono 2 ou 3 da xilose - D -glucosano e -O-metil-D-glucuronopiranose no carbono 2 da xilose
cadeias laterais mais complexa contendo galactose e xilose Glucanos de cadeias mistas (1-3) e (1-4) -D-14-glucano
-16 por resiacuteduos de D- -D-galactopiranosiacutedeos-(12)-D-xilopiranosiacutedeos (figura 22) Exceto pela ausecircncia de terminais fucosil -L- -D-galactosiacutedeos existe uma grande semelhanccedila entre xiloglucanos de reserva (em sementes) e xiloglucanos estruturais de paredes primaacuterias Teriam funccedilotildees no controle da embebiccedilatildeo de aacutegua e xeroproteccedilatildeo Foi proposta uma nomenclatura para os blocos estruturais de xiloglucano com base na cadeia principal Glucoses natildeo substituiacutedas satildeo
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denominadas G glucoses ramificadas com xilose satildeo denominadas X e se a galactose estaacute ligada agrave xilose o trissacariacutedeo eacute denominado L As proporccedilotildees entre estas unidades demonstraram a existecircncia de estruturas finas (distribuiccedilatildeo das ramificaccedilotildees de galactose) especiacuteficas entre as diferentes espeacutecies e entre populaccedilotildees de mesma espeacutecie crescidas em diferentes ambientes Apesar das diferenccedilas em estrutura fina todos os xiloglucanos de sementes examinados apresentam proporccedilatildeo de monossacariacutedeos muito proacutexima preservando desse modo o total de ramificaccedilotildees com galactose de forma independente da sua distribuiccedilatildeo Jaacute foram isoladas as quatro principais enzimas responsaacuteveis pela degradaccedilatildeo de xiloglucano em Tropaeolum majus sendo uma endo- -14-glucanase especiacutefica para xiloglucano ou xiloglucano endo-transglicosilase (XET)
- -xilosidase ou oligoxiloglucano exo-hidrolase especiacutefica para oligossacariacutedeos de
-glucosidase No modelo proposto por Crombie et al (1998) as quatro enzimas atacam o poliacutemero de um modo sincronizado produzindo galactose glucose e xilose livres Embora nenhuma evidecircncia direta indique ainda que os xiloglucanos de sementes tenham dupla funccedilatildeo esta proposiccedilatildeo pode ser feita com base no fato de que os xiloglucanos possuem propriedades hidrodinacircmicas muito semelhantes agraves encontradas em galactomananos isto eacute os xiloglucanos teriam funccedilotildees no controle da embebiccedilatildeo de aacutegua e xeroproteccedilatildeo Eacute interessante observar que as relaccedilotildees entre estrutura e funccedilatildeo em xiloglucano estatildeo nas mudanccedilas de estrutura fina que satildeo tambeacutem relacionadas com o posicionamento das galactoses na moleacutecula
O grau de ramificaccedilatildeo dos mananos define suas relaccedilotildees estrutura-funccedilatildeo Quanto menos ramificado maior a indicaccedilatildeo de que a funccedilatildeo bioloacutegica estaacute relacionada com a dureza e a proteccedilatildeo do embriatildeo Por outro lado quanto maior o grau de ramificaccedilatildeo mais soluacutevel o polissacariacutedeo e maior a participaccedilatildeo deste em funccedilotildees como as relaccedilotildees hiacutedricas
Mananos e galactomanos satildeo moleacuteculas multifuncionais desempenhando suas funccedilotildees durante fases distintas do crescimento e desenvolvimento das plantas
Mananos puros satildeo artificialmente definidos como contendo mais de 90 de
natildeo o restante estar ramificado com galactose Satildeo estruturalmente relacionados aos galactomananos apenas apresentando um grau menor de ramificaccedilatildeo com galactose Abaixo de 10 de ramificaccedilotildees os mananos tornam-se insoluacuteveis e precipitam rapidamente em soluccedilatildeo aquosa Assim os mananos satildeo estruturalmente relacionados aos galactomananos apenas apresentando um grau menor de ramificaccedilatildeo com galactose Os mananos portanto apresentam alto grau de interatividade intermolecular formando cristais na parede celular o que
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confere dureza e diminui sua solubilidade Satildeo encontrados em endospermas de sementes de espeacutecies como Phoenix dactylifera Phytelephas macrocarpa e Coffea arabica Aparentemente tem outras funccedilotildees aleacutem de reserva eles conferem dureza agraves sementes que os acumulam e isso pode ser associado com um sistema de proteccedilatildeo do embriatildeo contra danos mecacircnicos Sendo assim os mananos exerceriam as funccedilotildees de constritor e protetor mecacircnico do embriatildeo e tambeacutem de polissacariacutedeos de reserva
Galactomananos satildeo compostos por uma cadeia linear de resiacuteduos de manose -14 agrave qual resiacuteduos de galactose estatildeo unidos
em endospermas de sementes de leguminosas A razatildeo manosegalactose e a distribuiccedilatildeo dos resiacuteduos de galactose ao longo da cadeia de manose variam de espeacutecie para espeacutecie sendo importante para estudos quimiotaxonomicos e evolutivos As trecircs famiacutelias de Leguminosae podem ser distinguidas utilizando-se este paracircmetro A mobilizaccedilatildeo de galactomananos foi estudada em leguminosas
-galactosidase endo- --manosidase) confirmando que a mobilizaccedilatildeo do galactomanano
ocorre atraveacutes da hidroacutelise Em todos os casos estudados o polissacariacutedeo eacute desmontado ateacute seus monossacariacutedeos constituintes (manose e galactose) ao mesmo tempo em que haacute produccedilatildeo de sacarose Aleacutem do papel de reserva o galactomanano influencia no fluxo de aacutegua devido a sua maior solubilidade nos primeiros estaacutegios da germinaccedilatildeo Este polissacariacutedeo absorve grande quantidade de aacutegua e redistribui ao redor do embriatildeo O endosperma embebido protege o embriatildeo contra perda de aacutegua atraveacutes de um efeito conhecido como ldquotampatildeo de aacuteguardquo durante periacuteodos de seca poacutes-embebiccedilatildeo
5 FATORES ANTINUTRITIVOS DE NATUREZA GLUCIacuteDICA
a Linamarina carboidratos cianogecircnio encontrado em certas variedades
Mecanismo de detoxicaccedilatildeo da planta
CN + S2O3 = SCN
+ SO3 =
O tiocianato (SCNmacr) impede a captaccedilatildeo de iodo pela tireoacuteide causando o boacutecio
A intoxicaccedilatildeo crocircnica com cianeto (CNmacr) acarreta a Neuropatia Tropical que se caracteriza
por alteraccedilatildeo irreversiacuteveis das ceacutelulas nervosas provocando falta de coordenaccedilatildeo dos
movimentos e uma apatia generalizada A ocorrecircncia de boacutecio no litoral nordeste brasileiro
pode ser atribuiacutedo ao elevado consumo de produtos de mandioca
b Fatores causadores de flatulecircncia Muitos legumes ( feijatildeo soja etc ) apresenta os
oligossacariacutedios rafinose estaquiose e verbascose que escapam aacute digestatildeo por natildeo
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termos a enzima galactosidase natildeo sendo pois absorvidos ao niacutevel do intestino
delgado As bacteacuterias do intestino grosso metabolizam esses accedilucares produzindo CO2
H2e abaixando o ph Satildeo pois responsaacuteveis pela flatulecircncia quando daacute ingestatildeo de
legumes
c Glucosinolatos Substacircncias encontradas nas cruciacuteferas especialmente do gecircnero
Brassica que diminuem o valor bioloacutegico dos alimentos Manifestam atividades
bociacutegena acarretando hipertrofia das tireoacuteides Satildeo comumente encontradas em couve
repolho nabo mostarda colza etc
El potencial terapeacuteutico de algunas verduras
Por el Dr Heacutector E Soloacuterzano del Riacuteo
Coordinador de Medicina Ortomolecular del Centro de Estudios de Medicina
Integradora de la Universidad Autoacutenoma de Guadalajara y Presidente de la Sociedad
Meacutedica de Investigaciones Enzimaacuteticas AC
El indol-3-carbinol es un producto derivado de la glucobrasicina glucosinolato tambieacuten
conocido como indol-3-glucosinolato Los glucosinolatos se encuentran principalmente en los
vegetales cruciacuteferos (broacutecoli col col de Bruselas coliflor col rizada nabos etc)
Entre las recomendaciones que se dan para seguir una buena dieta estaacute el consumir
diariamente 5 raciones de verduras frescas y 5 raciones de frutas frescas
En un antiguo tratado Romano de medicina se afirma que si aparece una uacutelcera cancerosa en
las mamas apliacutequese una hoja de col machacada y se pondraacute bien Con el machacar una hoja
de col el indol-3-glucosinolato se convertiriacutea en indol-3-carbinol entre otras reacciones
(Albert-Puleo M Physiological effects of cabbage with reference to its potential as a dietary
cancer-inhibitor and its use in ancient medicine J Ethnopharm 1983 9261-272)
El propio I-3-C no es activo Cuando el I-3-C entra en contacto con el aacutecido gaacutestrico se
convierte en sus metabolitos activos el diindoilmetano y el indoilcarbazol Por eso el I-3-C
administrado parenteralmente no produce metabolitos activos
En la actualidad sabemos que el I-3-C puede modular el metabolismo de los estroacutegenos
Tambieacuten puede tener efectos anti-aterogeacutenicos antioxidantes y anticanceriacutegenos
El I-3-C puede estimular a las enzimas naturales desintoxicantes de nuestro cuerpo
Se ha demostrado que los metabolitos estrogeacutenicos 16 alfa-hidroxiestrona y 4-hidroxiestrona
son canceriacutegenos y se cree que son responsables los posibles efectos canceriacutegenos del
estroacutegeno Por otro lado se ha descubierto que el metabolito estrogeacutenico 2-hidroxiestrona es
protectora contra varios tipos de caacutencer incluyendo el caacutencer de mamaacute Se ha demostrado que
el I-3-C aumenta la relacioacuten de 2-hidroxiestrona a 16 alfa-hidroxiestrona y tambieacuten inhibe la
4-hidroxilacioacuten del estradiol (Bailey GS Hendricks JD Shelton DW et a Enhancement of
33
carcinogenesis by the natural anti-carcinogen indole-3-carbinol J Natl Cancer Inst 1987
78931-934)
Algunos estudios han demostrado que el I-3-C restaura la funcioacuten del gen supresor p21
retrasa la propagacioacuten de ceacutelulas aberrantes de proacutestata y mama e induce la apoptosis de
ceacutelulas aberrantes
Como ya lo mencioneacute arriba el I-3-C induce la siacutentesis de 2-hidroxiestrona Se he descubierto
que la 2-hidroxiestrona inhibe la oxidacioacuten de la lipoproteiacutena de baja densidad Esto nos indica
que el I-3-C tiene un efecto antioxidante indirecto Parece que la 2-hidroxiestrona tambieacuten
tiene la capacidad de inhibir la proliferacioacuten del muacutesculo liso La inhibicioacuten de la proliferacioacuten
de muacutesculo liso y la inhibicioacuten de la oxidacioacuten de LDL son importantes para los efectos anti-
aterogeacutenicos del I-3-C
Algunas de nuestras investigaciones nos han demostrado que el I-3-C puede ser uacutetil para
inhibir la formacioacuten de quistes de papilomatosis causados por el virus del papiloma humano
incluyendo en la boca los pulmones y las cuerdas vocales
Parece que el tratamiento con I-3-C durante 12 semanas causa una regresioacuten completa de la
neoplasia intraepitelial cervical en el 50 de las pacientes con estadio II-III de la NIC (Bell
MC Crwoley Nowick P Bradlow HL et al Preliminary results of the use of indole-3-carbinol
in the treatment of CIN Gynecol Oncol 2000 78123-9)
Hay un estudio que reporta por primera vez que el I-3-C ejerce efectos anticancerosos en las
ceacutelulas tumorales pancreaacuteticas in vitro Se ha demostrado que el I-3-C inhibe el crecimiento de
varias liacuteneas de ceacutelulas cancerosas ovaacutericas lo mismo que sobre el caacutencer de mama y de
proacutestata
El ensayo mencionado se enfocoacute en los efectos anticanceriacutegenos en varios biomarcadores
moleculares y celulares del caacutencer de paacutencreas Se investigaron los efectos del I-3-C sobre la
proliferacioacuten celular la apoptosis la expresioacuten de la DT-diaforasa la expresioacuten de Cox-1 y 2
la expresioacuten de NFkappaB y sus efectos sobre la invasioacuten celular tumoral
Una de las claves acerca de la causa del envejecimiento es que los animales senectos
desarrollan autoinmunidad La autoinmunidad consiste en que el cuerpo se hace aleacutergico a sus
propias ceacutelulas y empieza a destruirlas Los autoanticuerpos provocan una respuesta
inflamatoria croacutenica Cuando los autoanticuerpos atacan por ejemplo a las articulaciones se
presenta la artritis reumatoide Se conocen aproximadamente 60 enfermedades autoinmunes
Entre eacutestas encontramos a la esclerosis muacuteltiple la alopecia areata el vitiacuteligo la espondilitis
anquilosante etc
El tratamiento convencional se basa en la administracioacuten de corticoides e inmunosupresores
lo cual causa graves efectos adversos (Alving CR Swartz GM Jr Antibodies to cholesterol
cholesterol conjugates and liposomes implications for atherosclerosis and autoimmunity Crit
Rev Immunol 199110(5)441-53
Varios estudios realizados en algunas universidades en ratones autoinmunes -- los cuales
usualmente desarrollan enfermedad renal mortal autoinmune-- mostraron buenos resultados
con el I-3-C
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El I-3-C tiene un efecto importante protector contra la autoinmunidad Las pruebas
demostraron que este complemento alimenticio redujo draacutesticamente la enfermedad renal
autoinmune Despueacutes de un antildeo todos los animales que recibieron el complemento todaviacutea
estaban vivos comparado con solamente el 30 de los controles Dos meses maacutes tarde todos
los controles habiacutean muerto mientras que muchos de los ratones que recibieron el I-3-C
sobrevivieron otros 6 meses y unos pocos sobrevivieron durante maacutes de 20 meses casi el 50
maacutes que los ratones controles
Se ha notado en forma interesante que la restriccioacuten caloacuterica podriacutea tener los mismos efectos
en los ratones autoinmunes (Ogura M Ogura H Lorenz E Ikehara S Good RA
Undernutrition without malnutrition restricts the numbers and propor tions of Ly-1 B
lymphocytes in autoimmune (MRLI and BXSB) mice Proc Soc Exp Biol Med 1990
Jan193(1)6-12) La restriccioacuten caloacuterica revierte la autoinmunidad y extiende el periacuteodo de
vida
Pues bien se cree que el I-3-C puede imitar los efectos de la restriccioacuten caloacuterica y prolongar el
periacuteodo de vida (Howitz KT Bitterman KJ Cohen HY et al Small molecule activators of
sirtuins extend Saccharomyces cerevisiae life span Nature 2003 Sep 11425 (6954)191-6
Epub 2003 Aug 24) El I-3-C y la restriccioacuten caloacuterica afectan a un proceso conocido como
metilacioacuten (Morse MA LaGreca SD Amin SG Chung FL Effects of indole-3-carbinol on
lung tumorigenesis and DNA methylation induced by 4-(methylnitrosamino)-1-(3- pyridyl)-1-
butanone (NNK) and on the metabolism and disposition of NNK in AJ mice Cancer Res
1990 May 150(9)2613-7) Puedo mencionar que la metilacioacuten es una reaccioacuten bioquiacutemica
que sucede en forma natural dentro de nuestro cuerpo Este proceso disminuye con la edad y
se altera con la autoinmunidad (Yung R Ray D Eisenbraun JK et al Unexpected effects of
heterozygous dnmt1 null mutation on age-dependent DNA hypomethylation and
autoimmunity J Gerontol A Biol Sci Med Sci 2001 Jun56(6)B268-76)
Las uacuteltimas tendencias en la investigacioacuten nutricional y oncoloacutegica estaacuten examinando coacutemo
ciertos compuestos fitoterapeacuteuticos afectan a los genes utilizando microarreglos de ADN Los
microarreglos para el I-3-C muestran que esta substancia natural ejerce un potente efecto en
los genes relacionados con el caacutencer Entre otras cosas estas substancias activan a los genes
tumorales supresores a otros genes que destruyen a las ceacutelulas cancerosas y a los genes que
nos desintoxican de agentes quiacutemicos Tambieacuten el I-3-C suprime genes que capacitan a las
ceacutelulas cancerosas a comunicarse con otras ceacutelulas Esta capacidad para entrar en las ceacutelulas
cancerosas y activar o desactivar genes es una poderosa arma contra el crecimiento del caacutencer
Esta habilidad para ejercer estos efectos sin alguna toxicidad (como lo hace el I-3-C) lo
convierte en un agente quimiopreventivo extremadamente deseable
En pocas palabras el I-3-C se usa para la prevencioacuten y tratamiento del caacutencer de mama
caacutencer de colon y otros tipos de caacutencer Tambieacuten se usa oralmente para fibromialgia
papilomatosis lariacutengea displasia cervical y en varias enfermedades autoinmunes como el
lupus eritematoso sisteacutemico Varios estudios demuestran que es uacutetil para equilibrar los niveles
hormonales desintoxicar a los intestinos y el hiacutegado y para apoyar al sistema inmunoloacutegico
35
Couve-broacutecolo - potenciais efeitos anticanceriacutegenos Ana Sofia Rodrigues (1) Eduardo Rosa (2) (1)Escola Superior Agraacuteria de Ponte de
Lima Mosteiro de Refoios 4990-706 Ponte de Lima Portugal (2) Universidade
Traacutes-os-Montes e Alto Douro Dpt Fitoteacutecnia Apartado 202 5001-911 Vila Real
Portugal
Resumo
As plantas da famiacutelia Brassicaceae incluindo a couve-broacutecolo apresentam um
grupo de compostos secundaacuterios os glucosinolatos com reconhecidas
propriedades anticanceriacutegenas especialmente os hidrolisados do glucosinolato
glucorafanina e dos glucosinolatos indoacutelicos Contudo os potenciais benefiacutecios na
sauacutede dependem das concentraccedilotildees destes compostos que por sua vez dependem
das variedades consumidas e das condiccedilotildees de crescimento da cultura
Neste estudo avaliou-se a variaccedilatildeo do teor em glucosinolatos nas inflorescecircncias
primaacuterias e secundaacuterias de onze cultivares de couve-broacutecolo em duas estaccedilotildees de
crescimento Primavera-Veratildeo e Veratildeo-Inverno Os teores em glucosinolatos
foram significativamente superiores no Veratildeo-Inverno Nesta estaccedilatildeo os teores
mais elevados ocorreram nas inflorescecircncias secundaacuterias O grupo dos
glucosinolatos indoacutelicos representou entre 19 e 77 dos totais A glucorafanina foi
o glucosinolato que surgiu em maior concentraccedilatildeo (gt500 moles100 g-1 PS) em
todas as cultivares Considerando o potencial efeito anticanceriacutegeno do
isotiocianato derivado da glucorafanina sulforafano a cultivar Shogun destaca-se
das outras por apresentar maiores teores desse glucosinolato
3- Butenilglucosinolato (GLUCONAPINA)
36
37
38
39
2- Hidroacutexi ndash3- butenil glucosinolato (PROGOITRINA)
CH2 = CH ndash CH ndash CH2 ndash NCS + HSO
4 + C6H12O6 ( - glicose)
OH
2- Hidroacutexi ndash3- butenil isotiocianato
5- Vinil oxazolidina ndash2- tiona
(5-vinil-2-tioxazolidina)
(GOITRINA)
40
Lipiacutedios
1 CONCEITO
Os lipiacutedios constituem juntamente com os carboidratos e proteiacutenas outra classe de substacircncias
consideradas como alimento Os seus representantes satildeo compostos bastante heterogecircneos das
mais variadas funccedilotildees quiacutemicas que se caracterizam pela insolubilidade em aacutegua e
solubilidade em solventes orgacircnicos (eacuteter acetona aacutelcool clorofoacutermio etc) Essa natureza
hidrofoacutebica eacute consequumlecircncia da natureza quiacutemica da moleacutecula que possui extensas cadeias de
carbono e hidrogecircnio lembrando muito os hidrocarbonetos
Satildeo considerados os mais energeacuteticos dos alimentos devido a essas cadeias hidrocarbonetadas
apresentando o aacutetomo de carbono em estaacutegio bastante reduzido isto eacute com baixo nuacutemero de
oxidaccedilatildeo devido ao baixo teor de oxigecircnio na moleacutecula
Composiccedilatildeo quiacutemica elementar () K calg________
Classe C O H N____________________
Proteiacutena 53 23 7 16 4
Carboidratos 44 49 6 _ 4
Lipiacutedios 76 11 12 _ 9___________
Constituem portanto uma excelente opccedilatildeo para a ceacutelula viva ou organismo qualquer o
armazenamento de energia quiacutemica na forma de lipiacutedios
Do ponto de vista estrutural os lipiacutedios constituem as membranas de permeabilidade
diferencial como a membrana citoplasmaacutetica e as membranas que revestem as organelas e
outras entidades de atividade bioquiacutemica especializadas (como o retiacuteculo endoplasmaacutetico o
sistema lamelar dos cloroplastos etc) Alguns representantes dessa classe ainda
desempenham funccedilotildees altamente especializadas como algumas vitaminas e a clorofila
(pigmento receptor da energia radiante no processo fotossinteacutetico)
2 CLASSIFICACcedilAtildeO
Segundo suas propriedades quiacutemicas os lipiacutedios podem ser classificados em
21 Lipiacutedios neutros gliceriacutedios monogliceriacutedios
ceras digliceriacutedios
trigliceriacutedios
22 fosfatiacutedios
23 esfingolipiacutedios
24 glicolipiacutedios
25 lipoproteiacutenas
26 terpenoacuteides carotenoacuteides
esteroacuteides
41
3 TRIGLICERIacuteDIOS
Constituem a quase totalidade da fraccedilatildeo lipiacutedios de uma dieta alimentar ou uma reaccedilatildeo
animal Eacute tambeacutem a forma pela qual os organismos animais ou vegetais armazenam parte
significativa da energia quiacutemica
Quimicamente satildeo eacutesteres do glicerol e aacutecidos graxos produtos esses que satildeo obtidos
mediante hidroacutelise dos trigliceriacutedios
As propriedades fiacutesicondashquiacutemicas os trigliceriacutedios satildeo regidas pela natureza dos aacutecidos graxos
integrantes desde que o glicerol eacute comum a todos eles
31 Hidroacutelise dos trigliceriacutedios Existem 3 modalidades de se promover a hidroacutelise dos
trigliceriacutedios
1 hidroacutelise aacutecida (reversiacutevel)
2 hidroacutelise alcalina ou reaccedilatildeo de saponificaccedilatildeo (irreversiacutevel)
3 hidroacutelise enzimaacutetica (pela accedilatildeo das liacutepases)
Da hidroacutelise alcalina resulta um sal soacutedico ou potaacutessico (conforme se use NaOH ou
KOH para a hidroacutelise) do aacutecido graxo o qual eacute denominado de sabatildeo com propriedade
detergente Para que uma substacircncia manifeste propriedade detergente a mesma deve
apresentar em sua moleacutecula uma porccedilatildeo hidrofoacutebica (apolar) e outra hidrofiacutelica (polar) Os
detergentes estabelecendo uma ponte aproximando as moleacuteculas polares (aacutegua) das
moleacuteculas apolares (gordura) promove a solubilizaccedilatildeo ou emulsificaccedilatildeo das gorduras e dos
oacuteleos
32 Aacutecidos Graxos Satildeo aacutecidos carboxiacutelicos que apresentam um radical R de natureza
graxa ou apolar R ndash COOH onde R deve se apresentar com mais de 4 aacutetomos de carbono em
estaacutegio reduzido
De um modo geral aumentando-se o nuacutemero de aacutetomos de carbono na moleacutecula
aumenta-se o ponto de fusatildeo do aacutecido graxo (ateacute 8 aacutetomos de carbono os aacutecidos carboxiacutelicos
satildeo liacutequidos com 1 e 2 aacutetomos de C satildeo volaacuteteis)
A presenccedila da dupla ligaccedilatildeo na cadeia do aacutecido graxo diminui o ponto de fusatildeo do
mesmo
42
Aacutecidos graxos Estrutura Ponto de Fusatildeo
Saturados
Laacuteurico CH3(CH2)10COOH 44deg
Miriacutestico CH3(CH2)12COOH 54deg
Palmiacutetico CH3(CH2)14COOH 63deg
Esteaacuterico CH3(CH2)16COOH 70deg
Araquiacutedico CH3(CH2)18COOH 75deg
Beecircnico CH3(CH2)20COOH 80deg
Lignoceacuterico CH3(CH2)22COOH 84deg
Natildeo-saturados
Oleacuteico CH3(CH2)7CHCH(CH2)7COOH
Vaccecircnico CH3(CH2)5CHCH(CH2)9COOH
Ricinoleico CH3(CH2)5CHOHCH2CHCH(CH2)7COOH
Linoleico CH3(CH2)4(CHCHCH2)2(CH2)6COOH
Linolecircnico CH3CH2(CHCHCH2)3(CH2)6COOH
Araquidocircnico CH3(CH2)4(CHCHCH2)4(CH2)2COOH
Pouco comuns
-alaioesteaacuterico CH3(CH2)3CHCHCHCHCHCH
Taririco (CH2)7COOH
Isacircnico CH3(CH2)10CequivC(CH2)4COOH
CH2CH(CH2)4CCCC(CH2)7COOH
CH2
Lactobacilico
Vernoacutelico
43
Os oacuteleos de origem vegetal satildeo trigliceriacutedios que apresentam elevada proporccedilatildeo de
aacutecidos graxos poliinsaturados que possuem baixo ponto de fusatildeo conferindo a esses
trigliceriacutedios o estado liacutequido aacute temperatura ambiente (20-25degC) Jaacute as gorduras de origem
animal se apresentam no estado soacutelido aacute temperatura ambiente pelo fato de haver
predominacircncia de aacutecidos graxos saturados
Uma dieta rica oacuteleos vegetais eacute aconselhaacutevel aacutes pessoas com distuacuterbios cardiovasculares
possuidoras de elevados teores de colesterol no sangue Tais problemas satildeo manifestados pela
arteriosclerose (endurecimento das arteacuterias) eou ateroesclerose (diminuiccedilatildeo da luz arterial)
Sabe-se que o colesterol no inferior da ceacutelula se encontra livre ao passo que fora dela (no
sangue por exemplo) se encontra asterificado por aacutecidos graxos Dependendo da saturaccedilatildeo do
aacutecido graxo o mesmo pode propiciar a disposiccedilatildeo do eacutester do colesterol na parede interna das
arteacuterias diminuindo a luz das mesmas causando os citados distuacuterbios cardiovasculares
Eacutester do colesterol com aacutec graxo saturado
Eacutester do colesterol com aacutecido graxo poli-insaturado
44
45
A margarina obtida pela hidrogenaccedilatildeo cataliacutetica do oacuteleos vegetais com a finalidade
de dar aos mesmos a consistecircncia soacutelida da manteiga natildeo se constitui num
substituto adequado desta quando se pretende evitar os inconvenientes da gordura
animal Isto porque a caracteriacutestica desejaacutevel dos oacuteleos vegetais (presenccedila de
aacutecidos graxos poliinsaturados) eacute alterada quando se efetua a hidrogenaccedilatildeo dos
mesmos para se obter um produto de maior ponto de fusatildeo
4 CEcircRAS
Quimicamente satildeo eacutesteres de aacutecidos graxos de cadeia longa com alcoois monohidroxilados
tambeacutem de cadeia longa (16 a 36 aacutetomos de carbono)
A cecircra de abelha (palmitado de miricila)
B cecircra de carnaacuteuba (cerotato de miricila)
Devido aacute natureza das cadeias tanto do aacutecido graxo como do aacutelcool tais compostos
satildeo bastante hidrofoacutebicos altamente insoluacuteveis em aacutegua razatildeo pela qual plantas e
animais optaram por uma camada cerosa para proteccedilatildeo e impermeabilizaccedilatildeo
Assim certas plantas apresentam uma camada de cecircra (cutiacutecula) para proteccedilatildeo da
epiderme aves aquaacuteticas efetuam a impermeabilizaccedilatildeo das penas com auxiacutelio de
mateacuteria cerosa das glacircndulas cericiacutegenas
5 FOSFATIacuteDIOS
Satildeo derivados do aacutecido fosfatiacutedico Um representante desse grupo eacute a lecitina que estaacute
associada aacutes membranas de permeabilidade diferencial com funccedilatildeo ainda pouco conhecida
talvez regendo o transporte de substacircncias atraveacutes dessas membranas
46
6 GLICOLIPIacuteDIOS
Citamos os galactolipiacutedios e sulfolipiacutedios encontrados no tecido fotossintetizador das plantas
Suas funccedilotildees natildeo satildeo bem conhecidas
7 LIPOPROTEIacuteNAS
Satildeo associaccedilotildees entre proteiacutenas e lipiacutedios especialmente fosfolipiacutedios que se arranjam
segundo a polaridade das moleacuteculas sem envolvimento de ligaccedilatildeo covalentes As membranas
de permeabilidade diferencial (citoplasmaacutetica e aquelas que revestem as organelas celulares
bem como o retiacuteculo endoplasmaacutetico e o sistema lamelar dos cloroplastos) satildeo constituiacutedos de
lipoproteiacutenas
8 TERPENOacuteIDES CAROTENOacuteIDES E OUTROS COMPOSTOS DE NATUREZA
LIPIacuteDICA
Como os lipiacutedios congregam compostos da mais variada natureza quiacutemica encontramos
representantes desempenhando funccedilotildees altamente especializadas aleacutem daquelas jaacute
mencionadas (funccedilotildees energeacutetica e estrutural)
Assim algumas vitaminas bem como pigmentos receptores de energia radiante no processo
fotossinteacutetico satildeo exemplo de lipiacutedios desempenhando outras funccedilotildees
AMINOACIDOS E PROTEINAS
AMINOAacuteCIDOS
1 CONCEITO
Como o nome indica os aminoaacutecidos satildeo compostos que carregam em suas moleacuteculas um
grupo amino (de caraacuteter baacutesico) e um grupo carboxiacutelico (de caraacuteter aacutecido) Satildeo eles as
entidades que constituem as proteiacutenas e o conhecimento de suas estruturas se reveste de um
particular interesse pelas propriedades que conferem aacute moleacutecula proteacuteica que integram
47
Ademais os aminoaacutecidos desempenham outras funccedilotildees especiacuteficas quer participando de
processos bioloacutegicos (ciclo da ureacuteia por exemplo) ou se constituindo em substrato para muitos
constituintes celulares
Os aminoaacutecidos encontrados normalmente nas proteiacutenas satildeo identificados com sendo - L-
aminoaacutecido Alfa () porque o grupo amino (-NH2) se prende ao carbono de posiccedilatildeo
adjacente aacute carboxila (-COOH) e L devido a configuraccedilatildeo do grupo amino tendo como
referecircncia o D-gliceraldeido
2 TITULACcedilAtildeO DE AMINOAacuteCIDOS E EVIDEcircNCIA DE SEU CARAacuteTER IOcircNICO
Os aminoaacutecidos via de regra satildeo soluacuteveis em aacutegua e insoluacuteveis em solventes orgacircnicos
(clorofoacutermio acetona eacuteter aacutelcool etc) Tal propriedade natildeo coaduna com a estrutura geral
formulada (R-CHNH2-COOH) Como sabe os aacutecidos carboxiacutelicos e as aminas orgacircnicas satildeo
pouco ou quase insoluacuteveis em aacutegua especialmente os compostos de cadeia alifaacutetica ou
aromaacutetica com diversos aacutetomos de carbono Outra propriedade fiacutesica interessante eacute o alto
ponto fusatildeo dos aminoaacutecidos em situaccedilatildeo oposta aos aacutecidos carboxiacutelicos e aminas que
apresentam baixo ponto de fusatildeo e bem definido
A real estrutura dos aminoaacutecidos pode ser visualizada em soluccedilatildeo considerando o seu
comportamento como eletroacutelito Assim um aminoaacutecido pelo fato de conter um grupo
carboxiacutelico e um grupo amino pode reagir tanto como uma base como um aacutecido sendo
considerado uma substacircncia anfoacutetera Se o amino aacutecido estiver dissolvido em um meio aacutecido
ele se torna carregado positivamente (migra para o caacutetodo num campo eletroforeacutetico) e se o
meio for alcalino ele se torna carregado negativamente
Para se melhor compreender o caraacuteter iocircnico dos aminoaacutecidos eacute inicialmente necessaacuterio
conhecer algumas caracteriacutesticas dos diversos grupos ionizaacuteveis Para tal estudaremos as
ionizaccedilotildees da carboxila de um aacutecido e do grupo amino de uma amina orgacircnica
21 Titulaccedilatildeo da carboxila de um aacutecido (aceacutetico) O aacutecido aceacutetico se ioniza liberando
proacuteton (H+) conforme a equaccedilatildeo
A constante de dissociaccedilatildeo (K) do aacutecido aceacutetico eacute
Para esse valor de K podemos afirmar que o aacutecido aceacutetico eacute um aacutecido fraco pois apenas uma
pequena fraccedilatildeo das moleacuteculas eacute que se ionizam proacuteton
48
Aplicando-se logariacutetimos
Quando o ph do meio for numericamente igual ao ph
Teremos
Portanto
Isto eacute as concentraccedilotildees das formas protonizada e desprotonizada se equivalem
Podemos concluir portanto que o ph de um grupo ionizaacutevel corresponde a um valor de ph no
qual coexistem as formas protonizada e desprotonizada em idecircnticas concentraccedilotildees Em outras
palavras eacute o ph que corresponde aacute semi-titulaccedilatildeo ou semi-neutralizaccedilatildeo do referido grupo
ionizaacutevel
Curva de titulaccedilatildeo do aacutecido aceacutetico
22 Titulaccedilatildeo do Grupo Amino (-NH2)
Seja a amina metilina que pode ceder proacuteton conforme a equaccedilatildeo
49
Curva de Titulaccedilatildeo da Metilamina
23 Titulaccedilatildeo de um amino aacutecido neutro (alamina)
Formas Iocircnicas
Carga eletroforeacutetica +1
Curva de titulaccedilatildeo da alamina
Problema Quais as formas iocircnicas existentes bem como as proporccedilotildees das mesmas para
alamina no pH fisioloacutegico (70)
Resposta a forma iocircnica da alamina mais abundante no pH fisioloacutegico (70) eacute a forma
=99 81 desprovida de carga eletroforeacutetica
24 Titulaccedilatildeo de um minoaacutecido dicarboxiacutelico aacutecido aspaacutertico
50
Curva de Titulaccedilatildeo do Aacutecido Aspaacutertico
3 Curva de titulaccedilatildeo obtida quendo 20 ml de aacutecido aspaacutertico HCI01M satildeo titulados com
NaOH01M
Problema Calcular as proporccedilotildees das formas iocircnicas do aacutecido aspaacutertico existentes no pH
fisioloacutegico (Ph=70)
PH=Pk+log R
PH=70
PK=pK3=98 (o mais proacuteximo de 70) do grupo -amino
R= cone da forma protonizada em relaccedilatildeo ao grupo amino= IV
coc da forma protonizada em relaccedilatildeo ao grupo amino III
Substituindo
7 = 98 +log IV
III
7 = 98 + log R
log R = 7-98 = -28
log 1 = 28
R
1 =629 ou R = _1_ =
R 629
R = __1_ = IV
51
629 III
III = 629 IV
III + IV = 100 (1)
substituindo o valor de III em (1) temos
629 IV ldquo+ IV = 100
630 IV = 100
IV = _100_ = 016
630
[III] = 629 X 016 (01587301)
[III] = 9984
Resposta A forma mais abundante (9984) eacute a forma III carregada negativamente
25 Titulaccedilatildeo de um aminoaacutecido baacutesico (lisina)
Problema Qual eacute e em que proporccedilatildeo se apresenta a forma iocircnica mais abundante do
aminoaacutecido lisina no pH fisioloacutegico (70)
PH = pK + log R
PH = 70
PK = Pk2 = 90 ( o mais proacuteximo de 70 corresponde ao grupo -amino)
R = conc da forma desprotonizada em relaccedilatildeo ao grupo -amino = [III]
conc da forma protonizada em relaccedilatildeo ao grupo -amino [II]
Substituindo
52
70 = 90 + log R
log R=70 ndash 90 = -20
log 1 = 2
R
1= 100 ou R = _1__
R 100
Portanto R = __1__ = _[III]_ ou
100 [II]
[II] =100 [III]
[II] + [III] = 100 (1)
Substituindo o valor de [II] em (1)
100 [III] + [III] = 100
101 [III] = 100[III] = _100_ = 099
101
Logo [II] = 100 X 099 = 99
Resposta A forma iocircnica mais abundante eacute a forma II na proporccedilatildeo de 99
Resumindo o que se observou para os 3 aminoaacutecidos temos
Aminoaacutecido pI forma iocircnica predominante no pH fisioloacutegico (70)
Neutro 7 sem carga eletroforeacutetica
Aacutecido lt 7 carregado negativamente
Baacutesico gt 7 carregado positivamente
4 CLASSIFICACcedilAtildeO DOS AMINOAacuteCIDOS
Os aminoaacutecidos satildeo classificados segundo a natureza do radical R vaacuterios criteacuterios de
classificaccedilatildeo podem ser adotados Assim quanto aacute estrutura do radical R eles podem ser
classificados em
a aminoaacutecidos alifaacuteticos
b aminoaacutecidos aromaacuteticos
c aminoaacutecidos heterociacuteclicos
53
Mais significativa entretanto eacute a classificaccedilatildeo baseada na polaridade do radical R uma vez
que ela enfatiza o papel funcional que cada aminoaacutecido desempenha na proteiacutenaAssim os 20
aminoaacutecidos comumente encontrados nas proteiacutenas satildeo classificados em
31 Aminoaacutecidos com Radical R natildeo Polar ou Hidrofoacutebico
32 Aminoaacutecidos com Radical R Polar sem Carga no pH Fisioloacutegico
A maioria desses aminoaacutecidos tem um radical polar que pode participar de pontes de
hidrogecircnio alguns possuem o grupo hidroxila (-OH) outros a sulfidrila (-SH) enquanto
asparagina e glutamina possuem grupos amida A glicina embora desprovida de radical R eacute
considerada uma moleacutecula polar pelo fato dos grupos amino e carboxila representar grande
parte da massa da moleacutecula
33 Aminoaacutecidos com Radical R Polar Carregados Negativamente no pH Fisioloacutegico
Nesta classe estatildeo aminoaacutecidos dicarboxiacutelicos
33 Aminoaacutecidos com Radical R Polar Carregado Positivamente no pH Fisioloacutegico
Trecircs aminoaacutecidos satildeo incluiacutedos nesta categoria lisina (com grupo adicional E ndash amino com
pK = 105 arginina com o grupo guanidiacutenico de pK = 125 e a histidina com o grupo imidazol
com pK = 60)
54
Outros aminoaacutecidos aleacutem desses podem ser encontrados Assim L-hidroxilisina e L-
hidroxiprolina sccedilao abundantes no colaacutegeno apenas e por isso denominados de aminoaacutecidos
proteacuteicos raros
Muitos aminoaacutecidos natildeo satildeo encontrados em proteiacutenas mas ocorrem na forma livre Satildeo os
aminoaacutecidos natildeo proteacuteicos que atualmente satildeo em nuacutemero de aproximadamente 200
encontrados comumente no reino vegetal Alguns desempenham funccedilotildees conhecidas (como a
ornitina e citrulina que participam do ciclo da ureacuteia em plantas e animais e a beta ndash alanina
que faz parte da estrutura do aacutecido pantotecircnico) enquanto a maioria natildeo tem uma funccedilatildeo
fisioloacutegica definida Alguns deles se mostram toacutexicos para animais e humanos como o aacutecido
- diaminobutiacuterico encontrado nas sementes da Lathirus sativus o qual causa o
Neurolatirismo (fraqueza muscular a paralizia dos membros inferiores)
Citrulina encontrado pela 1ordf vez em Citrullus vulgaris melancia
PROTEIacuteNAS
1 CONCEITO
Satildeo poliacutemeros formados pela uniatildeo dos aminoaacutecidos unidos que satildeo pela ligaccedilatildeo peptyacutedica
Tais poliacutemeros apresentam peso molecular entre 10000 a alguns milhotildees de Daltons
A ligaccedilatildeo peptiacutedica eacute aquela que se estabelece entre a carboxila (-COOH) de aminoaacutecido com
o grupo amino (-NH2) de outro aminoaacutecido
55
A ligaccedilatildeo peptiacutedica eacute de natureza covalente Se une dois aminoaacutecidos teremos um dipeptiacutedio
se une trecircs um tripeptiacutedio e assim por diante As proteiacutenas podem ser consideradas
polipeptiacutedios
2 NIacuteVEIS ESTRUTURAIS BAacuteSICOS
A cadeia polipeptiacutedica busca um estado de maior estabilidade termodinacircmica que eacute atingido
apoacutes rearranjos levando a proteiacutena aacute niacuteveis estruturais complexos Tais niacuteveis podem ser
estendidas como as seguintes estruturas
3 Estrutura primaacuteria eacute a sequumlecircncia de aminoaacutecidos na cadeia polipeptiacutedica Eacute mantida
pela ligaccedilatildeo peptiacutedica
Com os 21 aminoaacutecidos normalmente encontrado nas proteiacutenas podemos arranja-los formando
polipeptiacutedios com 100 ateacute alguns milhares de aminoaacutecidos Tais arranjos permitem a formaccedilatildeo
de um nuacutemero extremamente grande de diferentes moleacuteculas protecircicas que possivelmente
possam existir
22 Estrutura Secundaacuteria a cadeia polipeptiacutedica pode adquirir a forma de uma espiral
voltada aacute direita estrutura essa chamada de - heacutelice eacute estabilizada por pontes de hidrogecircnio
que se estabelece entre o grupo carbonilo (=C=O) de uma ligaccedilatildeo peptiacutedica com o grupo
imido (=NH) da 3ordf ligaccedilatildeo peptiacutedica na sequumlecircncia regular da cadeia A estrutura secundaacuteria
tambeacutem pode se manifestar na forma de ldquofolha pregueadardquo
23 Estrutura Terciaacuteria diz respeito ao dobramento da cadeia polipeptiacutedica sobre se mesma
se enovelando e adquirindo uma chamada estrutura globular mais compacta A manutenccedilatildeo
de tal estrutura eacute atribuiacuteda aacutes diferentes reatividades dos radicais R dos aminoaacutecidos
componentes e tal estrutura estaacute intimamente relacionada com as propriedades cataliacuteticas das
proteiacutenas biologicamente ativas como as enzimas
Entre as ligaccedilotildees envolvendo os radicais R e responsaacuteveis pela estruturaccedilatildeo terciaacuteria
podemos observar
a ligaccedilotildees ou interaccedilotildees eletrostaacuteticas ndash entre a carboxila dissociada (-COO-) e grupos
protonizados (amino guanidino ou amidazol)
b pontes de hidrogecircnio
c interaccedilatildeo hidrofoacutebica
56
d interaccedilatildeo dipolo ndash dipolo com radicais de polarizaccedilatildeo semelhantes)
e ligaccedilatildeo ou ponte de dissulfeto (ligaccedilatildeo covalente que se estabelece entre 2 aacutetomos de S
de dois resiacuteduos de cisteiacutena)
Alguns tipos de ligaccedilotildees natildeo ndash covalentes que estabilizam a estrutura proteacuteica
a) interaccedilatildeo eletrostaacutetica b) ligaccedilatildeo de hidrogecircnio entre resiacuteduos de tirosina e
grupos carboxiacutelicos nas cadeias laterais c)interaccedilatildeo hidrofoacutebica de cadeias
laterais natildeo ndash polares causada pela muacutetua repulsatildeo de solventes d) interaccedilatildeo
dipolo ndash dipolo e) ligaccedilatildeo de dissulfeto uma ligaccedilatildeo covalente [De acordo
com C B Anfinsen The Molecular Basic of Evolution John Wiley and Sons
Nova Iorque p 1021959]
Representaccedilatildeo esquemaacutetica das cadeias polipeptiacutedicos de proteiacutenas bem definidas C indica o
carboxilo de aminoaacutecido terminal N grupo amino livre do aminoaacutecido terminal os nuacutemeros
em parecircnteses satildeo os radicais de aminoaacutecidos -S- ligaccedilotildees de dissulfeto
24 Estrutura Quaternaacuterias eacute apresentada por apenas algumas proteiacutenas e quase sempre
biologicamente ativas tal estruturaccedilatildeo pode ser definida como o grau de polimerizaccedilatildeo de
unidades proteacuteicas formando diacutemeros triacutemeros tetracircmeros etc As forccedilas que manteacutem a
estrutura quaternaacuteria satildeo as mesmas responsaacuteveis pela manutenccedilatildeo da estrutura terciaacuteria Em
alguns casos caacutetions metaacutelicos (Ca++
K+ Mg
++ Mn
++ etc) auxiliam a manutenccedilatildeo da
estrutura quaternaacuteria
Assim a fosforilase ldquoardquo (tetracircmero) eacute formada pela uniatildeo de 4 subunidade proteacuteicas e
manifesta atividades cataliacutetica Jaacute na forma de diacutemero (fosforilase ldquobrdquo) a mesma eacute inativa
Um tetracircmero de unidades proteacuteicas ilustrado quaternaacuteria de uma proteiacutena globular complexa
3 DESNATURACcedilAtildeO DAS PROTEIacuteNAS
Vem a ser qualquer desarranjo nas estruturas secundaacuterias terciaacuterias ou quaternaacuteria de uma
proteiacutena As enzimas assim que desnaturadas perdem a atividade cataliacutetica Os agentes
57
desnaturantes das proteiacutenas satildeo aacutecidos bases forccedila iocircnica elevada calor solventes orgacircnicos
(apolares) agitaccedilatildeo mecacircnica etc
4 HIDROacuteLISE DAS PROTEIacuteNAS
Eacute o rompimento das ligaccedilotildees peptiacutedicas que manteacutem a estrutura primaacuteria e pode ser efetuada
por aacutecidos bases ou enzimas (genericamente denominadas de proteases ou enzimas
proteoliacuteticas) Tal hidroacutelise liberta os aminoaacutecidos na forma livre os quais podem ser
identificados e quantificados conhecendo-se assim a composiccedilatildeo aminoaciacutedica das proteiacutenas
5 FUNCcedilOtildeES BIOLOacuteGICAS DAS PROTEIacuteNAS
Devido ao nuacutemero incriacutevelmente elevado de diferentes moleacuteculas proteacuteicas que podem ser
fabricadas pelos organismos cujas propriedades seratildeo reflexo direto da sequumlecircncia de
aminoaacutecidos na cadeia polipeptiacutedica a natureza aproveitando-se desta particularidade atribui
inuacutemeras funccedilotildees para as proteiacutenas Assim podemos identificar classes de proteiacutenas de acordo
com suas funccedilotildees bioloacutegicas
51 Enzimas proteiacutenas com atividade cataliacuteticas acelerando reaccedilotildees no interior da ceacutelula
52 Proteiacutenas de Transporte A Hemoglobina transporta oxigecircnio lipoproteiacutenas do
plasma transportam lipiacutedios A passagem de iacuteons e outras substacircncias atraveacutes das
membranas (de permeabilidade diferencial) eacute auxiliada por proteiacutenas de transporte
53 Proteiacutenas Nutritivas ovoalbumina caseiacutena ferritina (armazenadora de ferro) etc
54 Proteiacutenas Contraacutecteis Actina miosina tubulina (dos ciliados e flagelados)
55 Proteiacutenas Estruturais colaacutegeno elastina fibroinas queratina etc
56 Proteiacutenas de Defesa imunoglobulinas (anticorpos) fibrinogecircnio e trombina
57 Proteiacutenas Reguladoras hormocircnios e repressores (regulam a siacutentese de enzimas)
6 CLASSIFICACcedilAtildeO DAS PROTEIacuteNAS
Diversos criteacuterios podem ser adotadas para a classificaccedilatildeo das proteiacutenas todos eles algo
subjetivo
61 Quanto aacute composiccedilatildeo
a proteiacutenas simples - quando formadas apenas de aminoaacutecidos (albuminas globulinas)
b proteiacutenas conjugadas ndash quando apresentam uma porccedilatildeo natildeo proteacuteica (denominado de
grupo prosteacutetico) precircso aacute cadeia polipeptiacutedica
proteiacutena conjugada grupo prosteacutetico glicoproteiacutena carboidrato
lipoproteiacutena lipiacutedios
nucleoproteyacutena aacutecido nucleacuteico
metaloproteiacutena metal
______________________________________________
58
62 Quanto aacute conformaccedilatildeo
a proteiacutenas globulares ndash aqueles cuja cadeia polipeptiacutedica se dobrou
consideravelmente adquirindo a forma esfeacuterica ou globular geralmente com os
radicais polares dos aminoaacutecidos na superfiacutecie externa e os apolares voltados para o
interior Em consequumlecircncia essas proteiacutenas globulares satildeo soluacuteveis no sistemas aquosos
e se difundem facilmente Enzimas hormocircnios e anticorpos satildeo exemplos de proteiacutenas
globulares e para a manifestaccedilatildeo de suas atividades bioloacutegicas a solubilidade eacute uma
propriedade desejada
b Proteiacutena fibrosas ndash essas proteiacutenas podem ser subdivididas em 3
classes segundo a estrutura detalhada das mesmas
- - heacutelice de passo direito (queratina da pele pecirclo unhas)
- folha - pregueada (seda)
- heacutelice tripla (coleacutegeno)
Tais proteiacutenas satildeo altamente insoluacuteveis caracteriacutestica necessaacuteria para as suas funccedilotildees
bioloacutegicas
7 FATORES ANTINUTRICIONAIS DE NATUREZA PEPTIacuteDICA
Os gratildeos de algumas leguminosas como feijatildeo e soja apresentam peptiacutedios de baixo peso
molecular que possuem habilidade de inativar as enzimas digestivas - amilase e a tripsina
Tais peptiacutedios jaacute identificados satildeo denominados de fator ldquoanti-amilaserdquo e fator ldquoanti-tripsinardquo
e satildeo responsaacuteveis pelo menos em parte pelo efeito toacutexico observado quando da indigestatildeo de
feijatildeo cru especialmente em animais domeacutesticos felizmente esses fatores antinutricionais satildeo
desnaturados pelo calor de modo que o cozimento dos alimentos destroacutei essa atividade
antitriacuteptica e antiamilaacutesica de muitos gratildeos de legumes e de alguns cereais Em alguns
legumes esses fatores satildeo termoestaacuteveis
59
QUESTIONAacuteRIO
1 Qual eacute o objetivo da Bioquiacutemica
2 O que vem a ser metabolismo
3 O que eacute um carboidrato
4 O que eacute uma ligaccedilatildeo hemiacetal O que eacute uma ligaccedilatildeo glicosiacutedica
5 O que vem a ser um accediluacutecar redutor
6 Por que a sacarose natildeo eacute redutora
7 Por que a ceacutelula prefere armazenar como reserva energeacutetica
carboidrato na forma de polissacariacutedio
8 Quais os fatores antinutricionais de natureza gluciacutedica encontrados
na mandioca nas cruciacuteferas e nos legumes O que causam tais
substacircncias
9 Cite carboidratos desempenhado funccedilatildeo estrutural e energeacutetica em
animais e vegetais
10 O que eacute um lipiacutedio
11 Por que satildeo os mais energeacuteticos dos alimentos
12 O que resulta da hidroacutelise de um trigliceriacutedio
13 Qual a relaccedilatildeo entre a resistecircncia aacutes geadas e a proporccedilatildeo de
aacutecidos graxos poliinsaturados nas membranas dos vegetais
14 Por que os oacuteleos vegetais satildeo recomendados aqueles que
apresentam distuacuterbios cardiovasculares
15 Como se classificam os lipiacutedios
16 A margarina eacute boa substituta da manteiga quando se pretende
evitar os inconvenientes da gordura animal
17 Cite lipiacutedios desempenhando funccedilatildeo estrutural funccedilatildeo energeacutetica
e outra funccedilatildeo especiacutefica
18 Por que os aminoaacutecidos satildeo estruturas polares
19 Qual eacute o significado do pk de um grupo ionizaacutevel
20 Cite alguns aminoaacutecidos natildeo proteacuteicos
21 Cite um aminoaacutecido toacutexico onde eacute encontrado e qual o distuacuterbio
de sua ingestatildeo
22 O que eacute uma ligaccedilatildeo peptiacutedica e como pode ser rompida
23 O que vem a ser estrutura primaacuteria secundaacuteria e terciaacuteria de uma
proteiacutena e quais as ligaccedilotildees que as manteacutem
24 O que vem a ser desnaturaccedilatildeo de uma proteiacutena e quais os agentes
que efetuam tal desnaturaccedilatildeo
60
ENZIMAS
1 INTRODUCcedilAtildeO
Uma peculiaridade interessante da ceacutelula viva eacute a de permitir que em seu interior ocorram
reaccedilotildees complexas a uma velocidade razoaacutevel aacute temperatura do meio Tais reaccedilotildees natildeo
ocorreriam ou se processariam muito lentamente aquela temperatura se na ausecircncia da ceacutelula
Isso eacute possiacutevel devido a presenccedila de catalizadores bioloacutegicos as enzimas ou biocatalizadores
As enzimas satildeo proteiacutenas sintetizadas pela proacutepria ceacutelula que aceleram reaccedilotildees
termodinamicamente possiacuteveis natildeo alterando a constante de equiliacutebrio (k) e nem a variaccedilatildeo de
energia livre da reaccedilatildeo (G) Como catalizadores operam em concentraccedilotildees extremamente
baixas em relaccedilatildeo aacute quantidade de substrato transformada
Sendo uma proteiacutena a enzima perde a sua atividade cataliacutetica assim que desnaturada (a
enzima fica inativa) Outra propriedade das enzimas vem a ser a sua especificidade milhares
de diferentes enzimas ocorrem no interior da ceacutelula
2 MODALIDADE DE SE AUMENTAR A VELOCIDADE DE UMA
REACcedilAtildeO
21 Pelo Aumento da Temperatura o aumento de temperatura causa um aumento na energia
cineacutetica das moleacuteculas (Ec) tornando-as mais aptas a transpor a barreira energeacutetica
estabelecida pela energia de ativaccedilatildeo (Ea)
22 Pela Diminuiccedilatildeo da Energia de Ativaccedilatildeo A energia de ativaccedilatildeo eacute uma quantidade de
energia que deve ser fornecida aacutes moleacuteculas reagentes para atingir o estado excitado e se
iniciar a reaccedilatildeo Supotildee-se que as enzimas como os demais catalizadores diminuam a energia
de ativaccedilatildeo requerida para que a reaccedilatildeo ocorra
Hidroacutelise da ureacuteia
CO (NH2)2 + H2O __H+__ CO2 + 2 NH3 Ea= 24600 calmol
CO (NH2)2 + H2O _ureacutease CO2 + 2 NH3 Ea= 6800 calmol
Decomposiccedilatildeo da aacutegua oxidada
H2O2 __Fe + +__ H2O + 1 O2 Ea= 10100 calmol
2
H2O2 __catalase__ H2O + 1 02 Ea= 1700 calmol
2
61
3 EQUACcedilAtildeO DE MICHAELIS ndash MENTEN
No inicio da reaccedilatildeo (tempo zero) existe apenas enzima e substratoApoacutes um lapso de tempo
ocorre a formaccedilatildeo do complexo enzima-substrato e daiacute a dissociaccedilatildeo do mesmo para formar o
produto da reaccedilatildeo (P) Durante o transcurso da reaccedilatildeo o produto deve ser formado com uma
velocidade constante estando a reaccedilatildeo no seu estado de equiliacutebrio dinacircmico
Para que a velocidade de formaccedilatildeo de produto seja constante a concentraccedilatildeo do complexo
enzima-substrato (ES) igualmente deveraacute ser constante
Para que [ES] seja constante a velocidade de sua dissociaccedilatildeo (v2+v3)
Experimentalmente em laboratoacuterio podemos controlar a concentraccedilatildeo de substrato [S] e a
concentraccedilatildeo de enzima adicionada [E]
Seja portanto
[E] = concentraccedilatildeo de enzima adicionada
[S] = concentraccedilatildeo de substrato
[ES] = concentraccedilatildeo do complexo enzima-substrato no estado de equiliacutebrio dinacircmico
[E] = [ES] = concentraccedilatildeo de enzima livre
Sabemos que V1= V2+V3 (I) para que [ES] seja constante
V1 = K1 [E] ndash [ES][S]
V2 = K2 [ES]
V3-K3 [ES] = velocidade de formaccedilatildeo de produto = v (medida experimentalmente)
Substituindo em I
K1 [E] ndash [ES] [S] = K2 [ES] + K3 [ES]
K1 [E] [S] - K1 [ES] [S] = [ES] (K2 + K3)
Dividindo-se por K1
[E] [S] ndash [ES] [S] = [ES] K2 + K3
K1
K2 + K3 = Km (constante de Michaelis)
K1
[E] [S]ndash [ES] [S] = [ES] Km
[ES] Km + [ES] [S] = [E] [S]
[ES] (Km + [S]) = [E] [S]
[ES] = _[E] [S]_
Km + [S]
Multiplicando-se ambos os membros por K3 teremos
K3 [ES] = _K3 [E] [S]_
62
Km + [S]
Ora K3 [ES] = V (Velocidade de formaccedilatildeo de produto a qual eacute medida experimentalmente)
K3 [E] = Vm (Velocidade maacutexima de reaccedilatildeo quando toda enzima adicionada [E] estiver na
forma do complexo enzima-substrato bdquoES Nessa ocasiatildeo [ES] = [E] ou seja eacute a maacutexima
concentraccedilatildeo do complexo enzima-substrato que se pode conseguir)
Logo V = _Vm [S]_
Km + [S]
Esta eacute uma equaccedilatildeo de hipeacuterbole quadraacutetica que representa ou melhor que se ajusta bem ao
tipo de curva observada experimentalmente
Assim lim _Vm [S]_ = 00 (indeterminaccedilatildeo matemaacutetica)
S Km + [S] 00
Levantando-se indeterminaccedilatildeo (dividindo-se por [S])
Lim _____Vm_____ ____Vm____
_Km _+ __[S]__ = lim Vm
[S] [S] S 00 _Km_ + 1
[S]
Ou seja aacute medida que a concentraccedilatildeo de substrato tende para o infinito (00) a velocidade de
reaccedilatildeo tende para a velocidade maacutexima
Quando V= Vm teremos
2
Vm = __Vm [S]__
Km + [S]
2 [S] = Km + [S] ou Km = [S]
Donde se conclui que para uma velocidade de reaccedilatildeo igual metade da velocidade maacutexima
(_Vm_) a concentraccedilatildeo de substrato corresponde numericamente aacute constante de Michaelis
2
(Km) Concluiacutemos tambeacutem que Km eacute a concentraccedilatildeo de semi-saturaccedilatildeo dos siacutetios ativos da
enzima Portanto a constante de Michaelis pode ser bioquimicamente interpretada como
sendo
a concentraccedilatildeo de substrato que satura 50 dos siacutetios ativos da enzimas presentes
b Um valor cujo inverso mede a afinidade entre a enzima e o substrato
c Um valor muito proacuteximo da constante de dissociaccedilatildeo do complexo enzima-substrato
63
A velocidade maacutexima (Vm) eacute aquela atingida quando toda enzima (100) estiver na forma do
complexo enzima-substrato ou seja quando todos os siacutetios ativos possuiacuterem substrato alojado
em seu interior Dizendo que foi atingida a saturaccedilatildeo dos siacutetios ativos
RETIFICACcedilAtildeO DA HIPEacuteRBOLE = TRANSFORMACcedilAtildeO DE LINEWEAVER E BURK
Experimentalmente eacute muito mais simples trabalhar uma equaccedilatildeo de reta do que curva
hiperboacutelica Daiacute a retificaccedilatildeo da hipeacuterbole
V = _Vm [S]_
Km + [S]
Tornando-se o inverso
_1_ = _Km + [S]_
V Vm [S]
_1_ = ___Km___ + ___[S]___
V Vm [S] Vm [S]
_1_ = _Km_ _1_ + _1_ (I)
V Vm [S] Vm
_1_ = variaacutevel dependente
V
_1_ = variaacutevel independente
[S]
_Km_ = coeficiente angular
Vm
_1_ = coeficiente linear
Vm
Para _1_ = 0 teremos a intersecccedilatildeo no eixo de _1_
V [S]
_1_ = - _Km_ x0 + __1__ _1_ = __1__
Vm Vm Vm V Vm
Por intermeacutedio deste tipo de anaacutelise graacutefica determinamos experimentalmente os paracircmetros
Km para uma reaccedilatildeo enzimaacutetica
64
4 FATORES QUE AFETAM A VELOCIDADE DE UMA REACcedilAtildeO
ENZIMAacuteTICA
41 Efeito da Concentraccedilatildeo de Enzima
A velocidade maacutexima (Vm) eacute proporcional aacute concentraccedilatildeo de enzima [E] mas Km constante
que independe da concentraccedilatildeo de enzima
42 Efeito da Concentraccedilatildeo de Substrato foi estudado na equaccedilatildeo de Michaelis-Menten
43 Efeito da Concentraccedilatildeo Hidrogenioiocircnica (Ph) Em valores extremos de pH (maiores
que 10 e menores que 3) ocorre o efeito desnaturante do aacutecido ou da base sobre a enzima
igualmente o efeito da forccedila iocircnica elevada pode desnaturar a enzima
Jaacute em regiotildees proacuteximas ao pH oacutetimo pequenas alteraccedilotildees no pH acarretam alteraccedilotildees na
configuraccedilatildeo espacial dos siacutetios ativos facilitando ou dificultando a entrada do substrato no
mesmo
O pH no interior da ceacutelula estaacute ao redor da naturalidade (pH = 6 ou 7) sendo adequado para a
maioria das enzimas A ceacutelula regula o metabolismo exercendo um controle sobre o pH em
algumas regiotildees da ceacutelula Em algumas ocasiotildees as enzimas estatildeo adaptadas aacutes condiccedilotildees de
pH do meio nem sempre proacutexima aacute neutralidade
44 Efeito da Temperatura Sabe-se que a cada aumento de 10degC resulta numa duplicaccedilatildeo
da velocidade de uma reaccedilatildeo quiacutemica qualquer
Um aumento da temperatura aleacutem de aumentar a energia das moleacuteculas regentes promove a
termo-desnaturaccedilatildeo das enzimas tornando-as inativas Essa eacute a razatildeo existecircncia de uma
temperatura oacutetima onde a velocidade de reaccedilatildeo eacute maacutexima
65
A zero graus centiacutegrados podemos ter 100 das moleacuteculas enzimaacuteticas ativas aptas a
catalizarem a reaccedilatildeo mas as moleacuteculas possuem baixa energia cineacutetica e a reaccedilatildeo natildeo ocorre
Aumentando-se a temperatura aumenta-se a energia cineacutetica das moleacuteculas mas igualmente
aumenta-se proporccedilatildeo de enzimas desnaturada (inativa) Geralmente acima de 50C a
velocidade de reaccedilatildeo eacute nula pois que a despeito da elevada energia cineacutetica das moleacuteculas
reagentes todas as enzimas jaacute sofrem termodesnaturaccedilatildeo
Algumas enzimas satildeo particularmente resistentes aacute elevadas temperaturas como a
polifenoloxidase que manifesta atividade cataliacutetica mesmo a 80degC
45 Efeito de Inibidores Inibidores satildeo substacircncias da mais variada natureza quiacutemica que
penetram no siacutetio ativo das enzimas prejudicando a accedilatildeo da cataacutelise Tais substacircncias satildeo
geralmente estranhas ao metabolismo celular Dependendo do mecanismo de accedilatildeo eles podem
ser considerados inibidores competitivos ou inibidores natildeo competitivos
451 Inibidores Competitivos Tais inibidores apresentam semelhanccedila estrutural com o
substrato ocupando o siacutetio ativo sem sofrerem transformaccedilotildees Como exemplo desse tipo de
inibiccedilatildeo temos o aacutecido malocircnico inibindo a desidrogenase succiacutenica (enzima do ciclo de
Klebs) cuja cineacutetica de inibiccedilatildeo apresenta as seguintes caracteriacutesticas
A cineacutetica dessa inibiccedilatildeo demonstra que Vm eacute atingida mesmo na presenccedila do inibidor mas
Km eacute aumentada Concluiacutemos que o inibidor eacute deslocado do siacutetio ativo mediante aumento na
concentraccedilatildeo de substrato Tal tipo de inibiccedilatildeo eacute reversiacutevel
452 Inibidores natildeo Competitivos Esses inibidores se ligam de maneira irreversiacutevel no siacutetio
ativo mediante ligaccedilatildeo covalente natildeo sendo deslocados mediante aumento na concentraccedilatildeo
de substrato Tais conclusotildees satildeo obtidas da cineacutetica de inibiccedilatildeo que apresenta as seguintes
caracteriacutesticas
O fluoracetato (FCH2-COOH) encontrado em certas plantas toacutexicas do gecircnero Policourea os
metais pesados (Hg Pb Cd etc) o gaacutes de guerra (ou gaacutes dos nervos ou Lewisita) assim como
os inseticidas organo-fosforado satildeo potentes inibidores da acetil-colinesterase e de outras
66
enzimas que apresentam o grupo sulfidrila (-SH) no siacutetio ativo Tais inibidores se ligam de
maneira irreversiacutevel com a sulfidrila do siacutetio ativo
46 Efetores Alosteacutericos Satildeo substacircncias consideradas metaboacutelitos normais da ceacutelula que as
alojam no siacutetio alosteacuterico de algumas enzimas (que recebem a denominaccedilatildeo de enzima
alosteacutericas ou reguladoras) O efetor alosteacutetico entrando no siacutetio alosteacuterico causa uma
alteraccedilatildeo na conformaccedilatildeo espacial do siacutetio ativo podendo facilitar ou dificultar a entrada do
substrato no siacutetio ativo O seu efeito portanto eacute de acelerar ou retardar a velocidade de uma
reaccedilatildeo e o efetor eacute qualificado de positivo ou negativo respectivamente
A alosteria se constitui num mecanismo para a ceacutelula acelerar ou retardar a velocidade das
reaccedilotildees enzimaacuteticas com o propoacutesito de se controlar o metabolismo
Aumentando-se a concentraccedilatildeo do efetor alosteacuterico positivo aumenta-se a velocidade de
reaccedilatildeo
Aumentando-se a concentraccedilatildeo do efetor alosteacuterico negativo diminuiu-se a velocidade de
reaccedilatildeo
Um dentre os inuacutemeros exemplos de alosteria eacute o controle na arginina a partir de aacutecido
aspaacutertico
Tal mecanismo tambeacutem eacute denominado de retroinibiccedilatildeo inibiccedilatildeo pelo produto fina ou ldquofeed-
backrdquo Tem por objetivo evitar que o aacutecido aspaacutertico seja consumido desnecessariamente
(quando a siacutentese proteacuteica jaacute natildeo eacute necessaacuteria) visto que o mesmo tambeacutem eacute usado na siacutentese
de outros constituintes celulares
47 Cofatores Enzimaacuteticos Satildeo compostos da mais variada natureza quiacutemica que auxiliam a
cataacutelise Se subdividem em
a grupo prosteacutetico estrutura natildeo protecircica ligada covalentemente aacute proteiacutena enzimaacutetica
FMN = flavina-mononucleotiacutedio
FAD = flavina-adenina dinucleotiacutedio
67
A flavina eacute derivada da riboflavina (vitamina B2)
b coenzimas Satildeo estruturas natildeo proteacuteicas que natildeo estatildeo ligadas aacutes proteiacutenas enzimaacuteticas
NAD+ = nicotinamida-adenina-dinucleotiacutedio ou
DPN+ = difosforidina nucleotiacutedio
NADP+ = nicotinamida-adenina-dinucleotiacutedio fosfato ou
TPN+ = trifosfopiridina nucleotiacutedio
TPP = tiamina pirosfofato (vitamina B1)
Piridoxal fosfato (vitamina B6)
c Iocircnios ativadores muitas enzimas requerem ions para manifestar atividade cataliacutetica
Os mais frequumlentes satildeo Cl- K
+ Ca
++ Mg
++ Zn
++ Cu
++ Feacute
++ Mn
++ etc
As necessidades de algumas vitaminas (especialmente do complexo B) e sais minerais podem
ser explicadas em algumas situaccedilotildees pela funccedilatildeo dessas substacircncias de atuarem como
cofatores enzimaacuteticos
Exemplos de reaccedilotildees enzimaacuteticas com participaccedilatildeo de grupo prosteacutetico e coezima
respectivamente
O aacutecido succiacutenico se oxidou a aacutecido fumaacuterico para tal perdeu 2 eleacutetrons (e-) e 2 proacutetons (H
+)
O FAD recebeu os 2 e- e os 2 H
+ se reduzindo a FADH2
O aacutecido recebe 2H+ e 2 eleacutetrons provenientes do NAD
+ cedendo os H
+ e eleacutetrons
68
ENERGEacuteTICA BIOQUIacuteMICA
1 CICLO ENERGEacuteTICO CELULAR
Parte da energia quiacutemica liberada nos processos cataboacutelicos eacute utilizada para a siacutentese se ATP
(adenosina-trifosfato) O ATP eacuteposteriormente empregado na realizaccedilatildeo de trabalhos
fisioloacutegicos (excreccedilatildeo contraccedilatildeo muscular transporte ativo etc) e para atividades de
biossiacutentese de constituintes celulares (anabolismo)
2 CONCEITO DE ENERGIA LIVRE DE UMA REACcedilAtildeO
Seja uma reaccedilatildeo quiacutemica qualquer A B Os conteuacutedos de energia de A e B natildeo podem ser
medidos de modo absoluto mas eacute possiacutevel medir a variaccedilatildeo de energia quando A se
transforma em B
G = EB - EA
quando EA EB G eacute negativa e a reaccedilatildeo eacute exergocircnica
quando EBgt EA G eacute positiva e a reaccedilatildeo eacute endergocircnia
As reaccedilotildees espontacircneas satildeo espontacircneas satildeo exergocircnicas mas o valor de G natildeo se relaciona
com a velocidade de reaccedilatildeo a qual eacute funccedilatildeo da energia de ativaccedilatildeo (Ea)
Energia de ativaccedilatildeo eacute uma quantidade de energia necessaacuteria para que os reagentes adquiram o
estado excitado para que a reaccedilatildeo ocorra
Considere-se combustatildeo da glicose
C6-H2O6 + 6026C02 + 6H02 G= -686000 calmol
Numa reaccedilatildeo exergocircnica a variaccedilatildeo de energia livre eacute a quantidade maacutexima de energia que se
torna disponiacutevel a com a qual se pode realizar trabalho
69
A rigor H = G + TS ou G = H -TS onde
H= variaccedilatildeo de energia entalpia (variaccedilatildeo caloacuterica quando a reaccedilatildeo se processa sob pressatildeo
constante)
G= variaccedilatildeo de energia livre (utilizada para realizar trabalhos)
S= variaccedilatildeo de entropia (mede o grau de desordem de um sistema)
Os processos fiacutesicos e quiacutemicos se conduzem no sentido de se aumentar a entropia
Numa reaccedilatildeo em que A B podemos derivar a seguinte expressatildeo
G= G0 + RT1n B
A
onde G0 eacute a variaccedilatildeo de energia livre padratildeo R eacute a constante universal dos gases (1987
calmolgrau) T eacute a temperatura absoluta e B e A satildeo as concentraccedilotildees em molaridade
Para uma condiccedilatildeo de equiliacutebrio quiacutemico natildeo haacute conversatildeo liacutequida de A em B e portanto
G=O Igualmente a relaccedilatildeo B A corresponderaacute a constante de equiliacutebrio Keq Teremos
entatildeo
O=Go + RT 1n Keq
Go=-RT 1n Keq
Para uma condiccedilatildeo de 25oC portanto T= 273+25=2980K teremos
G0=-1987X298X1n Keq
Go= -1987x298x2303 log Keq=-1363 log Keq
A tabela abaixo relaciona Segundo a equaccedilatildeo acima a Keq com o correspondente valor de
Go
Relaccedilatildeo entre Keq e G0
Keq log1 0Keq G0= -1363 log1 0Keq (cal)
0001 -3 4089
001 -2 2726
01 -1 1363
10 0 0
10 1 -1363
100 2 -2726
1000 3 4089
Para uma situaccedilatildeo em que A=B = 1M temos
G=G0 + RT 1n 1
G=G0
70
ou seja G0 pode ser definida como a variaccedilatildeo de energia livre quando reagentes e produtos
estatildeo presentes em concentraccedilotildees unitaacuterias ou seja no ldquoestado padratildeordquo se H+ satildeo produzidos
ou utilizados na reaccedilatildeo a sua concentraccedilatildeo deve ser considerada 1M ou pH=O Como na ceacutelula
as reaccedilotildees natildeo ocorrem em pH=O mas sim ao redor de pH=70 o valor deGo eacute corrigido
para Go se a reaccedilatildeo em questatildeo envolver H+
Alguns metaboacutelitos e a variaccedilatildeo de energia livre de sua hidroacutelise satildeo apresentados na tabela
abaixo
____ Composto Goacute a pH 70 (calmol)___
fosfoenol piruvato -12800
13-difosfoglicerato -11800
ATP -8000
glicose-1-fosfato -5000
frutose-1-fosfato -3800
glicose-1-fosfato -3300
____________________________________________________
3 COMPOSTOS RICOS EM ENERGIA
Vem a ser qualquer composto que por hidroacutelise libere mais que 7000 calmol ou seja que
apresente G menor que ndash7000 calmol Entre tais compostos podemos identificar as
seguintes caracteriacutesticas
b compostos pirofosfatados (anidridos de aacutecido fosfoacuterico)
A repulsatildeo entre os aacutetomos de fosfoacuterico polarizados positivamente causa uma instabilidade
na moleacutecula que eacute aliviada pela hidroacutelise A hidroacutelise do primeiro radical fosfato eacute
acompanhada da liberaccedilatildeo de 8000 calmol
Estrutura do ATP
71
The Nature of ATP
Adenosine triphosphate (ATP) the energy currency or coin of the cell transfers
energy from chemical bonds to endergonic (energy absorbing) reactions within the
cell Structurally ATP consists of the adenine nucleotide (ribose sugar adenine
base and phosphate group PO4-2) plus two other phosphate groups
A 2-D stick view of the structure of ATP The above drawing of ATP is from EcoCyc at
httphapunaaisricom1555new-imagetype=COMPOUND-IN-PATHWAYampobject=ATP
A cartoon and space-filling view of ATP Image from Purves et al Life The Science of
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Energy is stored in the covalent bonds between phosphates with the greatest
amount of energy (approximately 7 kcalmole) in the bond between the second and
third phosphate groups This covalent bond is known as a pyrophosphate bond
We can write the chemical reaction for the formation of ATP as
a) in chemicalese ADP + Pi + energy ----gt ATP
b) in English Adenosine diphosphate + inorganic Phosphate + energy produces Adenosine
Triphosphate
The chemical formula for the expenditurerelease of ATP energy can be written as
a) in chemicalese ATP ----gt ADP + energy + Pi
72
b) in English Adenosine Triphosphate produces Adenosine diphosphate + energy + inorganic
Phosphate
An analogy between ATP and rechargeable batteries is appropriate The batteries
are used giving up their potential energy until it has all been converted into kinetic
energy and heatunusable energy Recharged batteries (into which energy has been
put) can be used only after the input of additional energy Thus ATP is the higher
energy form (the recharged battery) while ADP is the lower energy form (the used
battery) When the terminal (third) phosphate is cut loose ATP becomes ADP
(Adenosine diphosphate di= two) and the stored energy is released for some
biological process to utilize The input of additional energy (plus a phosphate
group) recharges ADP into ATP (as in my analogy the spent batteries are
recharged by the input of additional energy)
How to Make ATP | Back to Top
Two processes convert ADP into ATP 1) substrate-level phosphorylation and 2)
chemiosmosis Substrate-level phosphorylation occurs in the cytoplasm when an
enzyme attaches a third phosphate to the ADP (both ADP and the phosphates are
the substrates on which the enzyme acts)
73
Enzymes and the formation of NADH and ATP Images from Purves et al Life The
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Chemiosmosis involves more than the single enzyme of substrate-level
phosphorylation Enzymes in chemiosmotic synthesis are arranged in an electron
transport chain that is embedded in a membrane In eukaryotes this membrane is in
either the chloroplast or mitochondrion According to the chemiosmosis hypothesis
proposed by Peter Mitchell in 1961 a special ATP-synthesizing enzyme is also
located in the membranes Mitchell would later win the Nobel Prize for his work
74
75
A typical representation of an electron transport chain Images from Purves et al Life
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During chemiosmosis in eukaryotes H+ ions are pumped across an organelle
membrane into a confined space (bounded by membranes) that contains numerous
hydrogen ions The energy for the pumping comes from the coupled oxidation-
reduction reactions in the electron transport chain Electrons are passed from one
membrane-bound enzyme to another losing some energy with each tansfer (as per
the second law of thermodynamics) This lost energy allows for the pumping of
hydrogen ions against the concentration gradient (there are fewer hydrogen ions
outside the confined space than there are inside the confined space) The confined
hydrogens cannot pass back through the membrane Their only exit is through the
ATP synthesizing enzyme that is located in the confining membrane As the
hydrogen passes through the ATP synthesizing enzyme energy from the enzyme is
used to attach a third phosphate to ADP converting it to ATP
76
A generalized view of an electron transport system Image from Purves et al Life The
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Usually the terminal phosphate is not simply removed but instead is attached to
another molecule This process is known as phosphorylation
W + ATP -----gt W~P + ADP where W is any compound for example
glucose + ATP -----gt glucose~P + ADP
Glucose can be converted into Glucose-6-phosphate by the addition of the
phosphate group from ATP
ATP serves as the biological energy company releasing energy for both anabolic
and catabolic processes and being recharged by energy generated from other
catabolic reactions
Learning Objectives | Back to Top
These learning objectives are taken from my Biology for Nonmajors class (BIO
102) I have tried to add a link to each that will direct you to a part of this chapter or
another website that will facilitate your completion of the objective
1 Describe the components organization and functions of an electron transport
system
2 ATP is composed of ribose a five-carbon sugar three phosphate groups and
adenine a nitrogen-containing compound (also known as a nitrogenous
77
base) What class of organic macromolecules is composed of monomers
similar to ATP
3 ATP directly or indirectly delivers energy to almost all metabolic pathways
Explain the functioning of the ATPADP cycle
4 Adding a phosphate to a molecule is called phosphorylation What two
methods do cells use to phosphorylate ADP into ATP
httpwwwemcmaricopaedufacultyfarabeeBIOBKBioBookATPhtml
Hidroacutelise dos nucleotiacutedios de adenosina
ATP + H2O ADP + H3PO4 (Pi) G = -8000 calmol
ADP + H2O AMP + Pi G = -6500 calmol
AMP + H2O Adenosina + Pi G = -2200 calmol
c acil fosfato como no caso do 13-difosfoglicerato aleacutem da repulsatildeo entre foacutesforo e
carbono positivamente polarizados pode-se mencionar a tendecircncia dos produtos da
reaccedilatildeo de se dissociarem deslocando o equiliacutebrio favorecendo a hidroacutelise
d Tioeacutester o enxofre impede a possibilidade de ressonacircncia aumentando a tendecircncia de
hidroacutelise
e Fosfatos enoacutelicos eacute o caso da hidroacutelise do fosfoenolpiruvato (PEP) com formaccedilatildeo de
um enol instaacutevel que instantaneamente tautomeriza na forma certo mais estaacutevel
f Fosfatos guanidiacutenicos fosfocreatina e fosfoarginina nos quais os produtos da
hidroacutelise apresentam um maior nuacutemero de formas de ressonacircncia
78
4 G EM REACcedilOtildeES DE OacuteXIDO-REDUCcedilAtildeO
As reaccedilotildees com transferecircncia de eleacutetrons satildeo denominadas de oacutexido-reduccedilatildeo A tendecircncia de
um composto em fornecer eleacutetrons eacute quantificada pelo potencial de reduccedilatildeo (Eo) expresso em
volts tornando-se como referecircncia o H2 (com Eo = OV a pH=O) O valor do potencial de
reduccedilatildeo corrigindo para pH 70 seria E‟o=-0420 V Em relaccedilatildeo a este valor padratildeo eacute possiacutevel
determinar o potencial determinar o potencial de reduccedilatildeo de qualquer composto capaz de se
oxidar ou se reduzir com referecircncia ao hidrogecircnio Quanto maior o potencial de reduccedilatildeo maior
eacute a tendecircncia do composto em aceitar eleacutetrons reduzindo-se portanto sendo tais compostos
bons agentes oxidantes Por outro lado os compostos com baixo potencial de reduccedilatildeo satildeo
bons agentes redutores
A tabela a seguir mostra o potencial de reduccedilatildeo de algumas reaccedilotildees de importacircncia bioloacutegicas
Potenciais de reduccedilatildeo de alguns hemi - reaccedilatildeo redox de importacircncia bioloacutegica
Hemi ndash reaccedilatildeo (escrita com uma reduccedilatildeo) E‟0 em Ph 70 (V)
1 +2H + 2e
- H2O 082
2
Fe3 +
+ 1e Fe2+
077
Citocromo a-Fe3+
1e- Citocromo a-Fe
2+ 029
Citocromo c-Fe3 + + 1e
- Citocromo c-Fe
2+ 025
Ubiquinona + 2H + + 2e
- Ubiquinona 010
Aacutecido deidroascoacuterbico + 2H+ + 2e
- Aacutecido ascoacuterbico 006
Glutation oxidado + 2H + + 2e
- 2 Glutation reduzido 004
Fumarato + 2H + + 2e
- Succinato 003
Citocromo b-Fe3 +
+ 1e- Citocromo b-Fe
2 + -004
Oxalacetato +2H + + 2e
- Malato -010
Enzima amarela + 2H + +2e
- Enzima amarela reduzida -012
Acetaldeido + 2H + + 2e
- Etanol -016
Piruvato + 2H + + 2e
- Lactato -019
Riboflavina + 2H + + 2e
- Riboflavina ndash H2 -020
Aacutecido13-difosfogliceacuterico + 2H + +2e
- Gliceraldeido ndash 3 ndash fosfato + Pi -029
NAD + + 2H
+ +2e
- NADH + H
+ -032
Acetil ndash CoA + 2H + +2e
- Acetaldeido + CoA ndash SH -041
H + +1e
- 1 H
2 -042
2
Ferredoxina ndash Fe3 + + 1e
- Ferredoxina ndash Fe
2+ -043
Acetato + 2H + + 2e
- Acetaldeido + H2O -047
Para uma reaccedilatildeo de oacutexido ndash reduccedilatildeo podemos deduzir
G= - nFE‟O‟
79
onde n= ndeg de eleacutetrons transferidos na reaccedilatildeo
F= constante de Faraday = 23063 calvolt Equiv
E‟O= diferenccedila entre os potenciais de reduccedilatildeo do agente oxidante e agentes redutor
Consideremos a reduccedilatildeo do acetaldeido a etanol uacuteltima reaccedilatildeo da fermentaccedilatildeo alcooacutelica cujo
agente redutor eacute o NADH+H+
CHO CH2OH
+ NADH+H+
CH3 CH3 + NAD+
Acetaldeido etanol
E‟O= potencial de reduccedilatildeo do acetaldeido (agente oxidante)- potencial de reduccedilatildeo do
NADH+H+ (agente redutor)
E‟O= -0163 ndash (-0320) = + 0157 volts
Portanto
G= -nFE‟o
G= -2 x 23063 x 0157 = -7240 calmol
REACcedilAtildeO ACOPLADAS
O ATP ocupa uma posiccedilatildeo intermediaacuteria entre os diversos metaboacutelitos considerados existindo
compostos que aprisionam energia com maior eficiecircncia Essa posiccedilatildeo intermediaacuteria responde
pela grande importacircncia do APT visto que o mesmo pode ser formado quando da hidroacutelise de
um metaboacutelito com G menor que ndash8000 calmol Igualmente o ATP pode fornecer energia
para fosforilar a glicose durante o catabolismo da mesma
80
METABOLISMO
CELLULAR METABOLISM AND FERMENTATION
Glycolysis the Universal Process
Nine reactions each catalyzed by a specific enzyme makeup the process we call
glycolysis ALL organisms have glycolysis occurring in their cytoplasm
At steps 1 and 3 ATP is converted into ADP inputting energy into the reaction as
well as attaching a phosphate to the glucose At steps 6 and 9 ADP is converted into
the higher energy ATP At step 5 NAD+ is converted into NADH + H+
The process works on glucose a 6-C until step 4 splits the 6-C into two 3-C
compounds Glyceraldehyde phosphate (GAP also known as
phosphoglyceraldehyde PGAL) is the more readily used of the two
Dihydroxyacetone phosphate can be converted into GAP by the enzyme Isomerase
The end of the glycolysis process yields two pyruvic acid (3-C) molecules and a
net gain of 2 ATP and two NADH per glucose
Graphic summary of the glycolysis process Image from Purves et al Life The Science
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Anaerobic Pathways | Back to Top
Under anaerobic conditions the absence of oxygen pyruvic acid can be routed by
the organism into one of three pathways lactic acid fermentation alcohol
fermentation or cellular (anaerobic) respiration Humans cannot ferment alcohol in
81
their own bodies we lack the genetic information to do so These biochemical
pathways with their myriad reactions catalyzed by reaction-specific enzymes all
under genetic control are extremely complex We will only skim the surface at this
time and in this course
Alcohol fermentation is the formation of alcohol from sugar Yeast when under
anaerobic conditions convert glucose to pyruvic acid via the glycolysis pathways
then go one step farther converting pyruvic acid into ethanol a C-2 compound
Fermentation of ethanol Image from Purves et al Life The Science of Biology 4th
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Many organisms will also ferment pyruvic acid into other chemicals such as lactic
acid Humans ferment lactic acid in muscles where oxygen becomes depleted
resulting in localized anaerobic conditions This lactic acid causes the muscle
stiffness couch-potatoes feel after beginning exercise programs The stiffness goes
away after a few days since the cessation of strenuous activity allows aerobic
conditions to return to the muscle and the lactic acid can be converted into ATP via
the normal aerobic respiration pathways
82
Fermentation of lactate (lactic acid) Image from Purves et al Life The Science of
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Aerobic Respiration | Back to Top
When oxygen is present (aerobic conditions) most organisms will undergo two
more steps Krebs Cycle and Electron Transport to produce their ATP In
eukaryotes these processes occur in the mitochondria while in prokaryotes they
occur in the cytoplasm
83
Overview of the cellular respiration processes Image from Purves et al Life The
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Acetyl Co-A The Transition Reaction
Pyruvic acid is first altered in the transition reaction by removal of a carbon and two
oxygens (which form carbon dioxide) When the carbon dioxide is removed energy
is given off and NAD+ is converted into the higher energy form NADH Coenzyme
A attaches to the remaining 2-C (acetyl) unit forming acetyl Co-A This process is
a prelude to the Krebs Cycle
Krebs Cycle (aka Citric Acid Cycle)
The Acetyl Co-A (2-C) is attached to a 4-C chemical (oxaloacetic acid) The Co-A
is released and returns to await another pyruvic acid The 2-C and 4-C make another
chemical known as Citric acid a 6-C Krebs Cycle is also known as the Citric Acid
Cycle The process after Citric Acid is essentially removing carbon dioxide getting
out energy in the form of ATP GTP NADH and FADH2 and lastly regenerating
the cycle Between Isocitric Acid and -Ketoglutaric Acid carbon dioxide is given
off and NAD+ is converted into NADH Between -Ketoglutaric Acid and Succinic
Acid the release of carbon dioxide and reduction of NAD+ into NADH happens
again resulting in a 4-C chemical succinic acid GTP (Guanine Triphosphate
which transfers its energy to ATP) is also formed here (GTP is formed by attaching
a phosphate to GDP)
The remaining energy carrier-generating steps involve the shifting of atomic
arrangements within the 4-C molecules Between Succinic Acid and Fumaric Acid
the molecular shifting releases not enough energy to make ATP or NADH outright
but instead this energy is captured by a new energy carrier Flavin adenine
dinucleotide (FAD) FAD is reduced by the addition of two Hs to become FADH2
FADH2 is not as rich an energy carrier as NADH yielding less ATP than the latter
The last step between Malic Acid and Oxaloacetic Acid reforms OA to complete
the cycle Energy is given off and trapped by the reduction of NAD+ to NADH The
carbon dioxide released by cells is generated by the Krebs Cycle as are the energy
carriers (NADH and FADH2) which play a role in the next step
84
Summary of the Krebs (or citric acid) cycle Image from Purves et al Life The Science
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Electron Transport Phosphorylation
Whereas Krebs Cycle occurs in the matrix of the mitochondrion the Electron
Transport System (ETS) chemicals are embedded in the membranes known as the
cristae Krebs cycle completely oxidized the carbons in the pyruvic acids
producing a small amount of ATP and reducing NAD and FAD into higher energy
forms In the ETS those higher energy forms are cashed in producing ATP
Cytochromes are molecules that pass the hot potatoes (electrons) along the ETS
chain Energy released by the downhill passage of electrons is captured as ATP
by ADP molecules The ADP is reduced by the gain of electrons ATP formed in
this way is made by the process of oxidative phosphorylation The mechanism for
the oxidative phosphorylation process is the gradient of H+ ions discovered across
the inner mitochondrial membrane This mechanism is known as chemiosmotic
coupling This involves both chemical and transport processes Drops in the
potential energy of electrons moving down the ETS chain occur at three points
These points turn out to be where ADP + P are converted into ATP Potential
energy is captured by ADP and stored in the pyrophosphate bond NADH enters the
ETS chain at the beginning yielding 3 ATP per NADH FADH2 enters at Co-Q
producing only 2 ATP per FADH2
85
Electron transport system Images from Purves et al Life The Science of Biology 4th
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86
Catabolism and Anabolism
The above image is from httpwwwbiosciugaedualmanacbio_104notesjun_4html
REFERENCES
Biology Project Metabolism Problem Set (University of Arizona) Questions and
answers along with tutorials about metaboilism an excellent site
DIY Glycolysis (Leeds University UK) An excellent tutorial on the molecular shifts
needed to perform glycolysis
Introduction to Glycolysis (Leeds University UK) An introduction for those less
chemically skewed perhaps a nioce start before tackling DIY Glycolysis (also be the
same folks)
Step-by-Step Glycolysis (Leeds University UK) Browse fact sheets as well as view
short animations
Glycolysis (OUMA Graphics)
EcoCyc Glycolysis Pathway EcoCyc an electronic encyclopedia of E coli genes and
metabolism provides an interactive diagram of the glycolysis pathway
87
EcoCyc Fermentation Pathway EcoCyc an electronic encyclopedia of E coli genes
and metabolism provides an interactive diagram of alcohol (ethanolk) fermentation
Reconstructions of Metabolism Reconstructed metabolic pathways for bactreria
humans and other critters
Glycolysis Main Page You will need the Chime plugin to view interactive rotating
images of the molecules in the Glycolysis pathway VERY cool
TCA Cycle Main Page Similar to the above images and informastion about Krebs
Cycle
88
METABOLISMO DE CARBOIDRATOS
RESPIRACcedilAtildeO ANAEROBICA E AEROBICA
GLICOacuteLISE
1 CONCEITO
Eacute a degradaccedilatildeo anaeroacutebica dos carboidratos mediante uma sequumlecircncia de reaccedilotildees catalisadas
enzimaacuteticamente Eacute de ocorrecircncia generalizada entre os organismos vivos (animais e vegetais)
e ocorre predominantemente no citoplasma celular de tecidos que desempenham qualquer
atividade fisioloacutegica ou biossiacutentese ou seja onde houver demanda de energia (ATP)
A glicoacutelise tem por finalidade pois a raacutepida produccedilatildeo de energia (ATP) em condiccedilotildees de
anaerobiose bem ocorreraacute na mitococircndria
2 SEQUEcircNCIA DE REACcedilOtildeES
Substrato Iniciais
Quando a degradaccedilatildeo anaeroacutebica do carboidrato eacute efetuada por microorganismo o processo eacute
denominado de fermentaccedilatildeoAssim a produccedilatildeo de aacutecido laacutetico a partir de carboidrato pela
bcteacuteria Lactobacillus sp Saccharomyces sp
O tempo glicoacutelise embora geneacuterico eacute usado para denominar a degradaccedilatildeo anaeroacutebica dos
carboidratos ateacute aacutecido laacutetico efetuada pelos demais organismos como aquela processada pelos
tecidos musculares
89
GLICOacuteLISE
3 BALANCcedilO DE COEZIMAS
O processo eacute anaeroacutebico natildeo oxidativo portanto o que pode ser observado pela constacircncia do
nuacutemero de oxidaccedilatildeo do aacutetomo de carbono
Tanto a glicose (substrato inicial) como o aacutecido laacutetico igual a zero natildeo havendo oxidaccedilatildeo e
nem reduccedilatildeo nessa transformaccedilatildeo Jaacute na produccedilatildeo de etanol e CO2 observamos que uma
porccedilatildeo da moleacutecula de glicose correspondente a 4 aacutetomos de carbono sofre reduccedilatildeo
originando 2 moleacuteculas de etanol A outra porccedilatildeo (com 2 aacutetomos restantes) eacute oxidada ateacute gaacutes
carbocircnico O que ocorre entatildeo na fermentaccedilatildeo alcooacutelica eacute uma ruptura da moleacutecula de glicose
sendo que uma porccedilatildeo se reduz (recebendo 8 eleacutetrons) aacutes custas de outra que se oxida ateacute CO2
(cedendo 8 eleacutetrons) sem a necessidade de doadores ou receptores externos de eleacutetrons
As reaccedilotildees de oacutexido-reduccedilatildeo da glicoacutelise (catalisadas pelas desidrogenases de gliceraldeiacutedo-3-
fosfato e alcooacutelica ou laacutetica) utilizam-se do NAD+ ou NADH+H+ (nicotinamida-adenina-
dinucleotiacutedio) com a transferecircncia de 2 eleacutetrons
Na sequumlecircncia glicoliacutetica temos uma reaccedilatildeo em que o substrato eacute oxidado perdendo 2 eleacutetrons
(reaccedilatildeo catalisada pela desidrogenase de gliceraldeiacutedo-3-fosfato) e posteriormente ocorre uma
reduccedilatildeo de igual intensidade (recebimento de 2 eleacutetrons) para a formaccedilatildeo do aacutecido laacutetico (pela
desidrogenase laacutetica) ou para a formaccedilatildeo de etanol (pela desidrogenase alcooacutelica ) No
computo geral portanto o carbono Daiacute o processo ser anaeroacutebico isto eacute natildeo sendo oxidativo
natildeo exigiria a participaccedilatildeo do oxigecircnio (O2) como agente oxidante
4 RENDIMENTO ENERGEacuteTICO EM ANAEROBIOSE
Consideramos a degradaccedilatildeo anaeroacutebica processada pelas ceacutelulas do tecido muscular quando
transforma glicose em aacutecido laacutetico
C6H12O6 2C3H6O3 G = -47000calmol
ATP + H2O ADP +Pi G = -8000 calmol
Ndeg de ATP gastos 1 ATPglicose (pela hexoquinase)
1 ATP glicose (pela fosfofrutoquinase)
2 ATPglicose
90
ndeg de ATP formados 2 APTglicose (pela fosfogliceroquinase
2 ATPglicose (pela quinase piruacutevica)
3 ATPglicose
Ndeg de ATP liacutequido formado 4 ndash 2 = 2 ATPglicose
Caacutelculo de rendimento (R)
47000 ______ 100
2 X 8000____R
R = 100 X 2 X 8000 = 34
47000
O rendimento energeacutetico vem a ser o percentual da energia colocada em disponibilidade que eacute
utilizada para a siacutentese de ATP A energia restante eacute dissipada na forma de calor aquecendo o
meio onde se processa a reaccedilatildeo
100 47000 calorias (energia colocada em disponibilidade)
34 16000 calorias (energia utilizada para a siacutentese de ATP)
66 31000 calorias (energia dissipada como calor)
PROBLEMA Calcular o rendimento energeacutetico quando da degradaccedilatildeo anaeroacutebica do
glicogecircnio pela ceacutelula muscular Dados
(C6H1206)n (C6H1206) n-1 + 2C3H6O3 G = -52000 calmol
ATP ADP + Pi G = -8000 calmol
Ndeg de ATP gastos 1 ATPresiacuteduo de glicose (pela fosfofrutoquinase)
Ndeg de ATP formados 2 ATPresiacuteduo de glicose (pela fosfogliceroquinase)
2 ATPresiacuteduo de glicose (pela quinase piruacutevica)
4ATPresiacuteduo de glicose
ndeg de ATP formado = 4-1 = 3 ATPresiacuteduo de glicose do glicogecircnio
caacutelculo do rendimento (R)
100 _______ 52000 cal
R __________ 3 x 8000 cal
R = 100 x 3 x 8000 = 46
52000
O rendimento obtido pela ceacutelula quando degrada o glicogecircnio eacute maior que aquele obtido pela
degradaccedilatildeo de glicose Isto porque a fosforilase adiciona um radical fosfato aacute extremidade natildeo
redutora do glicogecircnio sem gastos de ATP (ver esquema da glicoacutelise - 1ordf reaccedilatildeo)
91
5 APLICACcedilOtildeES PRAacuteTICAS DA GLICOacuteLISE FERMENTACcedilAtildeO LAacuteTICA E
FERMENTACcedilAtildeO ALCOacuteOLICA
51 Produccedilatildeo de aacutelcool a partir de monossacariacutedios dissacariacutedios (especialmente
sacarose) e polissacariacutedios (amido de milho mandioca etc)
Quando se utiliza o amido como mateacuteria prima este deve inicialmente ser hidrolisado em
glicose ou maltose (num processo denominado sacarificaccedilatildeo do amido) accedilucares esses que
podem ser desdobrados pela levedura Saccharomyces sp A sacarificaccedilatildeo pode ser
a enzimaacutetica - amilase salivar (confecccedilatildeo do cauim pelos indiacutegenas)
- amilases de sementes em germinaccedilatildeo (malte para produccedilatildeo de whisky rum
etc
- amilases extrayacutedas de fungos e bacteacuterias
b tratamento quiacutemico (hidroacutelise cHCl)
- produccedilatildeo industrial de glicose de milho
52 Produccedilatildeo de Aacutecido Laacutetico com finalidade de conservaccedilatildeo de alimentos picles
ensilagem chucrutes iogurtes e coalhadas
53 Abate de Animais Descansados o que propicia uma carne de mais faacutecil conservaccedilatildeo
e mais macia (devido aacute formaccedilatildeo de lactato a partir do glicogecircnio muscular apoacutes o
abate)
METABOLISMO AEROacuteBICO
CICLO DE KREBS OU DOS AacuteCIDOS TRICARBOXIacuteLICOS
1 INTRODUCcedilAtildeO E ASPECTOS HISTOacuteRICOS
Fisiologistas observaram que muacutesculos estimulados a se contraiacuterem
acumulavam aacutecido laacutetico provenientes da glicoacutelise O acuacutemulo de aacutecido laacutetico o muacutesculo aacute
fadiga perdendo o mesmo a habilidade de contraccedilatildeo Tal habilidade poderia ser restaurada em
presenccedila de oxigecircnio molecular (aerobiose) quando entatildeo havia desaparecimento do aacutecido
laacutetico
Posteriormente demonstrou-se que homogeinados de muacutesculos eram capazes de catalisar a
oxidaccedilatildeo do lactato pelo O2 Isto demonstrava o processo como sendo de natureza enzimaacutetica
Outros aacutecidos podiam ser oxidados sendo piruvato citrato oxaloacetato fumarato malato os
mais rapidamente oxidados
Depois de elaborada a sequumlecircncia glicoliacutetica em muacutesculo e levedura observou-se que o
composto que era em suma oxidado ateacute CO2 vinha a ser o aacutecido piruacutevico como demonstrava
os experimentos de Gyorgi utilizando-se de homogeinados de muacutesculos de peito de pombo
Muitos pesquisadores contribuiacuteram para o entendimento do processo mas foi o bioquiacutemico
Inglecircs Sir Hans Krebs que em 1937 postulou um conjunto de reaccedilotildees de natureza ciacuteclica que
92
demonstrava a oxidaccedilatildeo do piruvato ateacute Co2 Devido aacute importacircncia de suas descobertas Krebs
recebeu em 1953 o Precircmio Nobel de Medicina
O ciclo de Krebs eacute de ocorrecircncia universal sendo encontrado em ceacutelulas animais e vegetais
tanto em organismos superiores como inferiores O equipamento enzimaacutetico responsaacutevel por
tais reaccedilotildees estaacute confinado na mitococircndria
2 SEQUEcircNCIA DE REACcedilOtildeES
3 IMPORTAcircNCIA ENERGEacuteTICA
Tal ciclo eacute de grande importacircncia na economia energeacutetica da ceacutelula visto que a energia
liberada no processo eacute enorme em relaccedilatildeo ao processo anaeroacutebico
100 C6H12O6 + 6O2 6CO2 + 6H2O G = -686000 calmol
7 C6H12O6 anaerobiose 2C3H6O3 G = -47000 calmol
93 C3H6O3 + 3O2 aerobiose 3CO2 + 3H2O G = -319500 calmol
Em anaerobiose apenas 7 (47000calmol) da energia contida na moleacutecula de glicose eacute
colocada em disponibilidade O restante dessa energia (93) contida no lactato eacute posta em
disponibilidade em condiccedilotildees de anaerobiose
4 INIBIDORES DO CICLO DE KREBS
41 Aacutecido Malocircnico Inibidor competitivo de desidrogenase succiacutenica Tal inibidor tem
semelhanccedila estrutural com o substrato natural (aacutecido succiacutenico) ocupando o siacutetio ativo da
enzima mas sendo desalojado mediante aumanto na concentraccedilatildeo de substrato Haacute acuacutemulo
de succiacutenato no sistema inibido Adicionando-se ao sistema fumarato malato ou
oxoloacetato haacute oxidaccedilatildeodo piruvato podendo ser adicionado em quantidades
estequiomeacutetricas equivalentes ao acetil ndash CoA a ser consumido A adiccedilatildeo de citrato isocitrato
ou - cetolglutarato natildeo permite a utilizaccedilatildeo do acetil-CoA pois que tais compostos estariam
aqueacutem da desidrogenase succiacutenica na sequumlecircncia ciacuteclica de reaccedilotildees Foi a utilizaccedilatildeodo aacutecido
malocircnico como inibidor que demonstrou o processo como sendo de natureza ciacuteclica
42 Fluoracetato (FCH2 ndash COOH) Certas plantas africanas e algumas encontradas no
Brasil especialmente do gecircnero Policourea possuem tal composto o qual se constitui no
principio toacutexico Tais plantas distantes dos centros consumidores
93
O fluoracetato aleacutem de inibir de maneira natildeo competitiva as enzimas dependentes de
sulfidrila (-SH) no siacutetio ativo (como a acetilcolinesterase) pode se transformar num inibidor
ativo (como de Krebs Para tal o fluoracetil ndash CoA Devido aacute falta de especificidade de
enzima de condensaccedilatildeo (1ordf enzima do Ciclo de Krebs) o potente inibidor da aconitase
acumulando-se aacutecido ciacutetrico no tecido envenenado
IICADEIA RESPIRATOacuteRIA
1 CONCEITO E FUNCcedilAtildeO
Vem a ser uma sequumlecircncia de reaccedilotildees de oacutexido ndash reduccedilatildeo em ordem estabelecida
segundo o potencial de reduccedilatildeo de seus componentes e que tem por finalidade transportar
para o oxigecircnio molecular (O2) os H+ e eleacutetrons das coenzimas reduzidas (NADH + H
+ e
FADH2)
Geradas no ciclo de Krebs Eacute tambeacutem chamada de cadeia de transporte de eleacutetrons
Durante esse transporte reaccedilotildees com ldquoqueda de potencial eletroquiacutemicordquo adequada
permitem a siacutentese de ATP a partir de ADP e Pi (foacutesforo inorgacircnico) pela chamada
ldquofosforilaccedilatildeo oxidativardquo A ldquoFosforilaccedilatildeo ao niacutevel de substratordquo se refere aacute siacutentese de ATP
em reaccedilotildees acopladas cuja energia eacute obtida da hidroacutelise de certas ligaccedilotildees ricas em energia
(como na glicoacutelise e no Ciclo de Krebs)
Na cadeia respiratoacuteria os eleacutetrons caminham a partir de um composto com baixo
potencial de reduccedilatildeo para outro com potencial de reduccedilatildeo maior isto eacute que tem maior
tendecircncia em aceitar esses eleacutetrons ocorrendo uma queda ldquocitocromosrdquo que satildeo
metaloproteiacutenas (ferroporfirinas) onde o aacutetomo de Feacute se oxida e se reduz transportando assim
os eleacutetrons
Feacute+3 + 1 e- ___reduccedilatildeo__
__oxidaccedilatildeo__
(oxidado) (reduzido)
O oxigecircnio molecular (O2) eacute o uacuteltimo aceptor dos eleacutetrons e H+ ocorrendo a biossiacutentese da
aacutegua Nesse processo formar-se 3 moles de ATP por mol NADH +H+ oxidado e 2 moles de
ATPmol de FADH2
3 VENENOS RESPIRATOacuteRIOS
Os citocromos especialmente o citocromo oxidase (ou ldquoa3rdquo) pode ter o seu aacutetomo de Feacute
complexado pelo CN- (cianeto) CO (monoacutexido de carbono) ou H2O (gaacutes sulfiacutedrico) o que
evita o mesmo de se oxidar ou se reduzir interrompendo assim o transporte de eleacutetrons Essa eacute
a razatildeo de tais compostos serem toacutexicos para plantas e animais ou seja organismos que
respirem possuidores portanto da cadeia respiratoacuteria O 24-DNP e a oligomicina promovem o
desacoplamento da fosforilaccedilatildeo oxidativa (consumo de O2 sem formaccedilatildeo de ATP)
94
4ESTRUTURA DA MITOCOcircNDRIA
Ela eacute considerada a casa de forccedila de uma ceacutelula Nela estatildeo contidas as enzimas do Ciclo de
Krebs bem como a Cadeia Respiratoacuteria Nela deve entrar piruvato ou acetil-CoA juntamente
com acetil-CoA
A parede interna da mitococircndria se apresenta enrugada para aumentar a superfiacutecie de contacto
com o estroma fazendo co que as coenzimas reduzidas geradas no Ciclo de Krebs sejam
prontamente oxidadas na Cadeia Respiratoacuteria
Quando portanto escrevemos a equaccedilatildeo geral da respiraccedilatildeo da glicose
C6H12O6 + 6O2 _respiraccedilatildeo_ + 6CO2 + 6H2O + 686000 calmol devemos considerar que esse
processo envolve dezenas de reaccedilotildees sendo o CO2 liberando principalmente pelo Ciclo de
Krebs e a aacutegua (H2O) gerada na cadeia respiratoacuteria Uma parte da energia liberada seraacute
utilizada para a siacutentese de ATP tanto pela fosforilaccedilatildeo ao niacutevel de substrato (glicoacutelise e Ciclo
de Krebs) como pela fosforilaccedilatildeo oxidativa (acoplada aacute cadeia respiratoacuteria)
1 RENDIMENTO ENERGEacuteTICO EM AEROBIOSE
Consideremos a oxidaccedilatildeo total o acetil-CoA pelo Ciclo de Krebs e cadeia respiratoacuteria
Cada mol de acetil-CoA oxidado completamente (ateacute CO2 e H2O) pelo Ciclo de Krebs e
Cadeia Respiratoacuteria propiacutecia a formaccedilatildeo de 12 moles de ATP
Podemos agora calcular o rendimento energeacutetico quando uma ceacutelula efetua a combustatildeo
completa (ateacute CO2 e H2O) da glicose Dados
95
443 da energia posta em disponibilidade eacute utilizada para a siacutentese de ATP O restante (100-
443 = 557) eacute dissipada na forma de calor servindo apenas para aquecer o meio onde a
reaccedilatildeo se processa
VIA PENTOSE FOSFATO
1 INTRODUCcedilAtildeO
A glicoacutelise natildeo eacute a uacutenica via degradativa da glicose e entre elas se destaca a via pentose
fosfato que ocorre no citossol de ceacutelulas animais e vegetais Tal via jaacute fora percebida em
tecidos que tinham capacidade de degradar a glicose mesmo na presenccedila dos inibidores
claacutessicos da glicoacutelise (fluoretos e iodoacetato) A descoberta do NADP+ por Warburg e a
oxidaccedilatildeo da glicose-6-fosfato em aacutecido 6-fosfoglucocircnico levada a moleacutecula de glucose para
vias metaboacutelicas desconhecidas O empregeo do C14 em pesquisas bioquiacutemicas e os estudos
de Lipmann Dickens Horecker e Racker resultaram no entendimento dos passos metaboacutelicos
conhecidos como o ldquodesvio das pentosesrdquo
2 SEQUEcircNCIA DAS REACcedilOtildeES
3 ESTEQUIOMETRIA DA VIA PENTOSE FOSFATO
Consideremos o processamento de 6 moleacuteculas de glicose pelas trecircs primeiras reaccedilotildees da via
pentose
6 hexosendashfosfato + 12 NADP+ 6H2O 6 pentosendashfosfato + 6CO2 + 12 NADPH + 12 H+
A seguir consideremos que 4 moleacuteculas de pentose fosfato reajam segundo as reaccedilotildees 6 e 7
produzindo 2 moleacuteculas de tetrose-fosfato e 2 moleacuteculas de hexosendashfosfato
2 pentose-fosfato 2 hexose-fosfato + 2 tetrose-fosfato
Pela accedilatildeo da transcetolase 2 moleacuteculas de tetrose-fosfato reagem com 2 moleacuteculas de pentose-
fosfato para formar 2 moleacuteculas de hexose-fosfato e 2 moleacuteculas de triose-fosfato
2 tetrose-fosfato + 2 pentose-fosfato 2 hexose-fosfato + 2 triose-P
Quanto aacutes 2 triose-fosfato uma delas pode por isomerizaccedilatildeo se tranformar em di-
hidroxiacetona-fosfato condensarem numa hexose-difosfato e se hidrolisar em hexose-fosfato
+ H3PO4
96
2 triose-fosfato 1 hexose-fosfato + H3PO4
A somatoacuteria dessas reaccedilotildees individuais resulta que
Hexose-fosfato + 12 NADP+ + 6H2O 6CO2 + NADPH + 12H+
O processo eacute oxidativo resultando em nucleotiacutedio reduzindo
4 SIGNIFICADO FISIOLOacuteGICO DA VIA PENTOSE FOSFATO
O NADH gerado em reaccedilotildees oxidativas da glicoacutelise e Ciclo de Krebs tem como importante
destino ser oxidado pela cadeia respiratoacuteria propiciando a formaccedilatildeo de ATP Jaacute o NADPH
natildeo eacute utilizado na cadeia respiratoacuteria mas sim empregado em inuacutemeros processos
biossinteacuteticos como na biossiacutentese e lipiacutedios esteroacuteides aminoaacutecidos etc A ribose gerada na
via pentose eacute utilizada na siacutentese dos aacutecidos nucleacuteicos enquanto a eritrose-fosfato eacute precursora
via aacutecido chiquiacutemico na produccedilatildeo de aminoaacutecidos reguladores compostos fenoacutelicos lignina
e outros especialmente em plantas
No que se refere a tecidos animais a via pentose eacute bastante ativa na glacircndulas mamaacuterias
tecidos adiposos coacutertex adrenal e fiacutegado onde o NADPH fornece o poder redutor para as
biossiacutenteses O muacutesculo esqueleacutetico com pouca atividade de biossiacutentese de lipiacutedios natildeo
apresenta a via pentose fosfato
Em tecidos vegetais jovens e meristemaacuteticos a atividade glicoliacutetica eacute mais intensa e a medida
que o tecido vai se tornando maduro a via pentose-fosfato se intensifica para propiciar a
disposiccedilatildeo de lignina e demais compostos secundaacuterios sintetizados com o concurso do
NADPH
Ainda em plantas a via pentose-fosfato supre o processo fotossinteacutetico com NADPH
necessaacuterio aacute assimilaccedilatildeo do CO2 bem como estaacute intimamente relacionada com a marcha do
carbono na fotossiacutentese
Outra funccedilatildeo da via pentose-fosfato seria estabelecer a possibilidade de conversatildeo de hexose
pentose tetroses e trioses entre si com bastante significado econocircmico nos processos
biossinteacuteticos
Utilizando-se de glicose-1-14
C e glicose-6-14
C podemos avaliar as intensidades das vias
glicoliacutetica e pentose-fosfato em um tecido qualquer A premissa eacute de que se apenas a glicose
estiver operando a evoluccedilatildeo de 14
CO2 seraacute idecircntica quer se utilizado de glicose-1-14
C ou de
glicose-6-14
C pois que ambas ao serem metabolizadas (em ensaios separados) produziratildeo
aacutecido piruacutevivo-metil-14
C Esse aacutecido seraacute oxidado no Ciclo de Krebs liberando 14
CO2
Por outro lado se apenas a via pentose estiver operando a evoluccedilatildeo de 14
Co2 seraacute
primeiramente detectada quando da utilizaccedilatildeo de glicose-1-14
C
97
METABOLISMO DOS TRIGLICERIacuteDIOS
1 INTRODUCcedilAtildeO
Os lipiacutedios armazenados por organismos animais ou vegetais quase que exclusivamente na
forma de trigliceriacutedios constituem importante reserva energeacutetica do ponto de vista
quantitativo Assim enquanto os carboidratos constituem reserva energeacutetica limitada
especialmente nos organismos animais (05do peso muscular e 5 do peso do fiacutegado) os
depoacutesitos de gordura subcutacircnea podem representar uma fraccedilatildeo bastante significativa do peso
corpoacutereo
Do ponto de vista qualitativo podemos afirmar que os lipiacutedios satildeo alimentos energeacuteticos Por
excelecircncia
A grande quantidade de energia liberada durante a combustatildeo dos lipiacutedios eacute devido ao aacutetomo
de carbono estar reduzido (com baixo nuacutemero de oxidaccedilatildeo) Isso pelo baixo conteuacutedo de
oxigecircnio e elevado teor de hidrogecircnio na moleacutecula
Os trigliceriacutedios constituem a quase totalidade da fraccedilatildeo lipiacutedica de nossa dieta ou de uma
reaccedilatildeo animal e vem a ser a forma pela qual os organismos armazenam a maior parte da
energia quiacutemica Daiacute um maior interesse pelos trigliceriacutedios Essas reservas lipiacutedicas (como a
gordura subcutacircnea dos animais e os oacuteleos armazenam nas sementes dos vegetais) podem ser
rapidamente mobilizadas para atender a demanda energeacutetica ou outras necessidades do
organismo em questatildeo
2 HIDROacuteLISE DOS TRIGLICERIacuteDIOS E DESTINO DE SEUS PRODUTOS
A degradaccedilatildeo dos trigliceriacutedios quer sejam eles provenientes de uma dieta ou reaccedilatildeo ou
aqueles armazenados inicia-se com a hidroacutelise enzimaacutetica (pelas liacutepases) dos mesmos
originando glicerol e aacutecidos graxos seus constituintes essenciais
O glicerol eacute degradado pela via glicoliacutetica se transformando em piruvato e posteriormente em
acetil-CoA
98
Os aacutecidos graxos resultantes dos trigliceriacutedios sofrem metabolizaccedilatildeo diferente seratildeo
transformados em acetil-CoA independente do nuacutemero de aacutetomos de carbono por um
processo bioquiacutemico denominado de beta-oxidaccedilatildeo e efetuado pela mitococircndria
LIPIacuteDIOS
-Oxidaccedilatildeo de Lipiacutedios amp Ciclo do Glioxilato
Segundo Harper et al (1982) os lipiacutedios formam um grupo heterogecircneo de
compostos relacionados real ou potencialmente com os aacutecidos graxos Tecircm a propriedade comum de serem relativamente insoluacuteveis na aacutegua e soluacuteveis nos
solventes natildeo polares como o eacuteter o clorofoacutermio o benzeno Os lipiacutedios assim compreendem as gorduras os oacuteleos as ceras e compostos relacionados
Os lipiacutedios satildeo constituintes importante da dieta natildeo soacute pelo elevado valor energeacutetico como tambeacutem pelas vitaminas lipossoluacuteveis e aacutecidos graxos essenciais encontrados na gordura dos alimentos naturais No organismo a gordura serve de fonte eficiente de energia tanto direta quanto potencialmente quando armazenada no tecido adiposo Serve como material isolante nos tecidos subcutacircneos e agrave volta de certos oacutergatildeos O teor de gordura do tecido nervoso eacute particularmente elevado As combinaccedilotildees de gordura e proteiacutena (lipoproteiacutena) satildeo constituintes celulares importantes encontrando-se nas membranas celulares e nas mitococircndrias no interior do citoplasma e servindo tambeacutem como meio de transporte dos lipiacutedios no sangue Muitos hormocircnios vitaminas e detergentes bioloacutegicos satildeo lipiacutedios (Harper et al 1982 Wannmacher e Dias 1988)
A grande maioria dos lipiacutedios possui em sua constituiccedilatildeo pelo menos uma moleacutecula de aacutecidos graxos que satildeo aacutecidos carboxiacutelicos saturados (sem ligas duplas) ou insaturados (com uma ou mais ligas duplas) com nuacutemero variaacutevel de aacutetomos de carbono geralmente aciacuteclicos havendo alguns ramificados e outros hidroxilados Os aacutecidos graxos satildeo obtidos pela hidroacutelise das gorduras Os aacutecidos graxos existentes em gorduras naturais encerram usualmente um nuacutemero par de aacutetomos de carbono (porque satildeo sintetizados a partir de dois carbonos) e satildeo derivados de cadeia retiliacutenea (Harper et al 1982 Wannmacher e Dias 1988)
Os aacutecidos graxos constituem importante fonte de energia para a maioria dos tecidos Os aacutecidos graxos circulam pelo sangue combinados com albumina ou sob forma de trigliceriacutedios incorporados em lipoproteiacutenas Os trigliceriacutedios eacutesteres do aacutelcool glicerol com aacutecidos graxos circulantes satildeo originaacuterios da dieta ou da biossiacutentese hepaacutetica e resultam da hidroacutelise dos trigliceriacutedios das lipoproteinas no
99
leito vascular dos tecidos ou da hidroacutelise dos trigliceriacutedios armazenados no tecido adiposo (Harper et al 1982 Wannmacher e Dias 1988)
Lehninger (1985) salienta que os triacilgliceroacuteis (trigliceriacutedios) desempenham um papel extremamente importante coma fornecedor de energia nos animais Entre os nutrientes principais eles possuem o maior conteuacutedo energeacutetico (mais de 9 kcalg) satildeo depositados nas ceacutelulas do tecido gorduroso como gotiacuteculas quase puras de gordura e podem ser estocadas em grandes quantidades neste tecido Nas populaccedilotildees dos paiacuteses desenvolvidos em meacutedia quase quarenta por cento das necessidades energeacuteticas diaacuterias satildeo fornecidas pelos triacilgliceroacuteis da dieta Eles fornecem mais da metade da energia consumida por alguns oacutergatildeos especialmente o fiacutegado o rim e o muacutesculo esqueleacutetico em repouso Nos animais que hibernam e nos paacutessaros em migraccedilatildeo os estoques de triacilgliceroacuteis satildeo praticamente a uacutenica fonte de energia
Cerca de noventa e cinco por cento da energia biologicamente obtida dos triacilgliceroacuteis reside nos seus trecircs aacutecidos graxos de cadeias longa apenas cinco por
cento desta energia eacute fornecida pelo glicerol Por vias metaboacutelicas como a -oxidaccedilatildeo esses aacutecidos graxos ricos em energia satildeo oxidados ateacute dioacutexido de carbono e aacutegua
DEGRADACcedilAtildeO OXIDATIVA DE AacuteCIDOS GRAXOS
- OXIDACcedilAtildeO
1 APRESENTACcedilAtildeO RESUMIDA DOS PRINCIPAIS EVENTOS METABOacuteLICOS
Conceito
Via cataboacutelica de degradaccedilatildeo de aacutecidos graxos para produccedilatildeo de energia
Ocorre na matriz mitocondrial apoacutes a ativaccedilatildeo e a entrada dos aacutecidos graxos na mitococircndria
Pode ser dividida em 3 fases
A ativaccedilatildeo do aacutecido graxo
A - oxidaccedilatildeo propriamente dita
A respiraccedilatildeo celular
Ativaccedilatildeo Dos Aacutecidos Graxos
A ativaccedilatildeo dos aacutecidos graxos consiste na entrada destes na mitococircndria na forma de ACIL-CoA
100
O processo depende
1 Da ligaccedilatildeo do aacutecido graxo com a Coenzima A formando o Acil-CoA no citosol A reaccedilatildeo eacute catalizada pela enzima Acil-CoA Sintetase localizada na membrana mitocondrial externa
CH3-(CH2)n-COOH + ATP + CoA-SH eacute CH3-(CH2)n-CO-S-CoA + AMP + PPi
2 Do transporte do radical acila atraveacutes da MMI do citosol para a matriz
mediado pelo carreador especiacutefico carnitina A transferecircncia do radical acila da CoA para a carnitina eacute catalizada pela enzima carnitina-Acil-Transferase I
Acil-S-CoA + Carnitina eacute Acil-Carnitina + CoA-SH 3 Do lado da matriz mitocondrial a carnitina doa novamente o radical acila para
a CoA regenerando o Acil-CoA no interior da mitococircndria A reaccedilatildeo eacute catalisada pela arnitina-Acil-Transferase II localizada na face interna da MMI e eacute exatamente o inverso da descrita acima
- Oxidaccedilatildeo do Aacutecido Graxo
Consiste na quebra por oxidaccedilatildeo do aacutecido graxo sempre em seu carbono b convertendo-o na nova carbonila de um aacutecido graxo agora 2
carbonos mais curto
O processo eacute repetitivo e libera agrave cada quebra
1 NADH+H+ 1 FADH2
1 Acetil CoA
Satildeo 4 as enzimas envolvidas em cada etapa de oxidaccedilatildeo da via
Exemplo
CH3-CH2-CH2-CH2-CH2-CH2-CH2-CH2-CH2-CO-S-CoA + CoA-SH
CH3-CH2-CH2-CH2-CH2-CH2-CH2-CO-S-CoA + Acetil-CoA
CH3-CH2-CH2-CH2-CH2-CO-S-CoA + Acetil-CoA
CH3-CH2-CH2-CO-S-CoA + Acetil-CoA
Acetil-CoA + Acetil-CoA
101
Respiraccedilatildeo Celular
A siacutentese de ATP acoplada agrave - oxidaccedilatildeo vem
Do transporte de eleacutetrons do NADH e do FADH2 formados no processo pela cadeia respiratoacuteria
Da oxidaccedilatildeo dos radicais acetil dos Acetil-CoAs no ciclo de Krebs
Exemplo A oxidaccedilatildeo de uma aacutecido graxo com 16 carbonos rende para a ceacutelula em ATPs
8 Acetil-CoA = 96 ATPs (12 1)
7 NADH + H+ = 21 ATPs (3 1)
7 FADH2 = 14 ATPs (2 1)
Total = 131 ATPs
Regulaccedilatildeo da - Oxidaccedilatildeo
A regulaccedilatildeo da via eacute feita pela enzima reguladora carnitina-acil-transferase I que regula a velocidade de entrada do aacutecido graxo na mitococircndria desta forma a velocidade de sua degradaccedilatildeo
Esta enzima eacute inibida por malonil-CoA um intermediaacuterio cuja concentraccedilatildeo aumenta na ceacutelula quando esta tem carboidrato disponiacutevel e que funciona como precursor na biossiacutentese de aacutecido graxo
Oxidaccedilatildeo de Aacutecidos Graxos Insaturados
Se o aacutecido graxo a ser oxidado for insaturado o processo tem dois passos enzimaacuteticos adicionais
A conversatildeo do isocircmero cis em trans
A saturaccedilatildeo da dupla ligaccedilatildeo pela adiccedilatildeo de aacutegua
Uma vez o aacutecido graxo saturado ele pode seguir com o processo normal de oxidaccedilatildeo
Oxidaccedilatildeo de Aacutecidos Graxos com Nuacutemero Iacutempar de Carbonos
A oxidaccedilatildeo de um aacutecido graxo com nuacutemero de carbonos iacutempar leva aacute formaccedilatildeo de um resiacuteduo de propionol-CoA que atraveacutes de uma sequumlecircncia de reaccedilotildees enzimaacuteticas e com gasto de energia (1 ATP eacute hidrolisado para cada propionil-CoA convertido) eacute convertido em succinil-CoA que entra no ciclo de Krebs para ser oxidado
102
Corpos Cetocircnicos
A oxidaccedilatildeo dos aacutecidos graxos no fiacutegado leva agrave formaccedilatildeo de grande quantidade de Acetil-CoA que pode ser oxidado no proacuteprio fiacutegado ou convertido nos CORPOS CETOcircNICOS
Satildeo 3 os corpos cetocircnicos formados a partir do Acetil-CoA
Acetoacetato
- Hidroxibutirato
Acetona
O objetivo da formaccedilatildeo dos corpos cetocircnicos eacute permitir o transporte da energia obtida pela oxidaccedilatildeo dos aacutecidos graxos aos tecido perifeacutericos para laacute serem utilizados na siacutentese de ATP
A formaccedilatildeo de corpos cetocircnicos eacute uma via de superabundacircncia atraveacutes da qual o fiacutegado distribui energia a todo o organismo Nos tecidos perifeacutericos os corpos cetocircnicos regeneram o Acetil-CoA que entra no ciclo de Krebs para produccedilatildeo de energia
Normalmente a quantidade de corpos cetocircnicos no sangue eacute baixa mas
em situaccedilotildees como o jejum prolongado ou o diabetes mellitus suas concentraccedilotildees seacutericas podem aumentar muito levando o indiviacuteduo a um estado de CETOSE caracterizada por uma ACIDOSE METABOacuteLICA que pode ser fatal
2) -OXIDACcedilAtildeO DE LIPIacuteDIOS
21 Os aacutecidos graxos variam no comprimento da suas cadeias e no grau de nsaturaccedilatildeo dos aacutecidos graxos
Os aacutecidos graxos em sistemas bioloacutegicos comumente conteacutem um mesmo nuacutemero de aacutetomos de carbonos Tipicamente entre 14 e 24 aacutetomos Os aacutecidos graxos que conteacutem de 16 a 18 carbonos satildeo mais comuns As cadeias de hidrocarbonetos satildeo quase invariaacutevel nos aacutecidos graxos natildeo ramificados de animais A configuraccedilatildeo de duplas ligaccedilotildees em muitos aacutecidos graxos insaturados eacute tipo bdquocis‟ As duplas ligaccedilotildees em aacutecidos graxos poli-insaturados satildeo separadas por pelo menos um grupo metileno
As propriedades dos aacutecidos graxos e lipiacutedios derivados deles satildeo marcadamente dependentes sobre o comprimento das cadeias deles e sobre o grau de saturaccedilatildeo Aacutecidos graxos saturados tem um menos ponto de derretimento do que os aacutecidos graxos saturados de cadeia com o mesmo comprimento Por exemplo os
103
ponto de derretimento do aacutecido esteaacuterico eacute 696 oC e o aacutecido oleico eacute 134 oC que conteacutem uma dupla ligaccedilatildeo bdquocis‟ O ponto de fusatildeo dos aacutecidos graxos poli-insaturados da seacuteria com 18 carbonos satildeo muito mais baixos O comprimento das cadeias tambeacutem afeta o ponto de derretimento Isto eacute ilustrado pelo fato que a temperatura de derretimento do aacutecido palmiacutetico (C16) ser igual a 65 oC menor que o aacutecido esteaacuterico (C18)
Diante disto aacutecidos graxos com comprimento de cadeias curtas e aumento da insaturaccedilatildeo e aumenta a fluidez dos aacutecidos graxos e dos derivados deles
22 Triacilgliceroacuteis satildeo estoques de energia altamente concentrada
Triacilgliceroacuteis satildeo estoques de energia metaboacutelica altamente concentradas devido elas serem quimicamente reduzidas e anidras O rendimento de uma oxidaccedilatildeo completa de aacutecidos graxos eacute de 9 kcalg em contraste com quase 4 kcalg dos carboidratos e proteiacutenas As bases desta grande diferenccedila no rendimento caloacuterico eacute que os aacutecidos graxos satildeo muito mais altamente reduzidos Entretanto os triacilgliceroacuteis satildeo muito apolares e assim eles satildeo armazenados em uma forma quase anidra jaacute as proteiacutenas e carboidratos satildeo muito mais polares e portanto mais altamente hidratados
De fato uma grama de glicogecircnio seco liga-se a quase duas gramas de aacutegua Consequentemente uma grama de gordura quase anidra armazena mais que seis vezes a energia do que uma grama de glicogecircnio hidratado esta eacute a razatildeo para que os trigliceroacuteis foram evolutivamente selecionados como maior reserva de energia que o glicogecircnio
Considerando o peso de um homem tiacutepico com 70 kg que tem uma reserva de combustiacutevel de 100000 kcal em triacilgliceroacuteis 25000 kcal em proteiacutenas (mais em muacutesculos) 600 kcal em glicogecircnio e 40 kcal em glicose Os triacilgliceroacuteis constituem quase 11 kg deste total do peso do corpo Esta quantidade de energia se fosse armazenada em glicogecircnio seu peso total do corpo seria 55 kg maior
Em mamiacuteferos o maior siacutetio de acuacutemulo de triacilgliceroacuteis eacute o citoplasma das ceacutelulas adiposas - bdquoceacutelulas gordas‟ Gotiacuteculas de triacilglicerol unem-se para formar um grande gloacutebulo o qual pode ser maio do que o volume da ceacutelula A ceacutelula adiposa eacute especializada para a siacutentese e armazenamento de triacilgliceroacuteis e para a mobilizaccedilatildeo interna de moleacuteculas de combustiacutevel que satildeo transportadas para outros tecidos pelo sangue
23 Triacilgliceroacuteis satildeo mobilizados por AMP ciacuteclico regulados pelas lipases
104
O evento inicial no uso das gorduras como fonte de energia eacute a hidroacutelise dos triacilgliceroacuteis pelas lipases (Figura 1)
A atividade das lipases em ceacutelulas adiposas eacute regulada por hormocircnios Epinefrinas noraepinefrinas glucagocircnio e hormocircnio adrenocorticotroacutepico estimulam a ciclase adenilato das ceacutelulas adiposas O aumento do niacutevel de AMP ciacuteclico (monofosfato ciacuteclio de adenosina entatildeo estimula a proteina quinase que por sua vez ativa a lipase pela fosforilaccedilatildeo do AMP
Figura 1 Esquema da degradaccedilatildeo do tiacilglicerol para aacutecidos graxos
Entatildeo a epinefrinas noraepinefrinas glucagocircnio e hormocircnio
adrenocorticotroacutepico causam a lipoacutelise O AMP ciacuteclico eacute o mensageiro secundaacuterio na ativaccedilatildeo da lipoacutelise em ceacutelulas adiposas Que eacute um processo anaacutelogo a este papel na ativaccedilatildeo de quebra do glicogecircnio E ao contraacuterio a insulina inibe a lipoacutelise O glicerol formado pela lipoacutelise eacute fosforilado e oxidado para dihidroxiacetona fostado o qual sofre izomerizaccedilatildeo para gliceroladido 3-fosfato Estes intermediaacuterios ambos vatildeo para as vias glicoliacutetica e gliconeogecircnica Daiacute glicerol pode ser convertido
em piruvato ou glicose no fiacutegado que conteacutem enzimas apropriadas O processo reverso pode ocorrer pela reduccedilatildeo do dihidroxiacetona fosfato para glicerol 3-fosfato A hidroacutelise por uma fosfatase daacute origem ao glicerol Entatildeo glicerol e intermediaacuterios glicoliacuteticos satildeo prontamente interconversiacuteveis
24 -Oxidaccedilatildeo de Lipiacutedios Os aacutecidos graxos satildeo degradados pela remoccedilatildeo sequencial de duas unidades de carbono Em 1904 Franz Knoop contribuiu de forma importante e decisiva para elucidar o mecanismo da oxidaccedilatildeo de aacutecidos graxos Ele alimentou cachorros com aacutecidos
graxos de cadeia reta na qual o aacutetomo de carbono estava unido ao grupo fenil Knoop encontrou que a urina deste cachorros continham um derivado do aacutecido
105
fenilaceacutetico quando eles se alimentavam de fenilbutirato Em contraste um derivado do aacutecido benzoacuteico foi formado quando eles forma alimentados com fenilpropionato De fato aacutecido fenilaceacutetico foi produzido sem aacutecido graxo contendo um mesmo nuacutemero de aacutetomos de carbono que forma os cachorros alimentados No entanto o aacutecido benzoacuteico foi formado contendo aacutecidos graxos de nuacutemero iacutemparestranho ao que forma alimentados Knoop deduziu destes achado eacute que os aacutecidos graxos satildeo
degradados pela oxidaccedilatildeo carbono beta -
Estes experimentos foram marcados mundo agrave fora na bioquiacutemica devido eles serem o primeiro a usar roacutetulo sinteacutetico para elucidar mecanismos de reaccedilatildeo O deuteacuterio e radioisoacutetopos foram usados em bioquiacutemica apenas uma seacuterie de anos mais tarde
25 Aacutecidos graxos satildeo ligados a Coenzima A (CoA) antes de serem oxidados Eugene Kennedy amp Lehninger (1949) mostraram que os aacutecidos graxos satildeo oxidados na mitococircndria O trabalho subsequente demonstrou que eles satildeo ativados ante de entrarem na matriz mitocondrial O ATP (trifosfato de adenosina) dirige a formaccedilatildeo da ligaccedilatildeo tioeacutester do grupo carboxila do aacutecido graxo com o grupo sulfidrila da CoA Esta reaccedilatildeo de ativaccedilatildeo ocorre sobre o lado de fora da membrana mitocondrial onde ela eacute catalisada pela enzima sintetase acil CoA (tambeacutem chamada de tioquinase de aacutecidos graxos)
Figura 2 Ativaccedilatildeo do aacutecido graxo ligando-o a CoA
Paul Berg mostrou que a ativaccedilatildeo de aacutecido graxo ocorre em dois passo primeiro o aacutecido graxo reage com ATP para formar um adenilato acil Nesta mistura anidirda o grupo carboxila do aacutecido graxo eacute ligado ao grupo fosfato do AMP Os outros dois grupos fosforilas do substrato ATP satildeo liberados como pirofosfato O grupo sulfidrila da CoA entatildeo anexa o adenilato acil o qual eacute fracamente ligado agraves
enzimas para formar acil CoA e AMP
106
Figura 3 entrada e saiacuteda da acil carintirna na matriz mitocondiral mediada pela
enzima translocase
Esta reaccedilatildeo parcial eacute livremente reversiacutevel De fato a constante de equiliacutebrio da soma desta reaccedilatildeo eacute exatamente um (1)
R - COO- + CoA + ATP acil CoA + AMP + PPi
Uma ligaccedilatildeo altamente energeacutetica eacute quebrada (entre pirofosfato inorgacircnico e AMP) e uma reaccedilatildeo altamente energeacutetica eacute formada (o tioeacutester em acil CoA) Como esta reaccedilatildeo eacute dirigida A resposta eacute que o pirofosfato inorgacircnico eacute rapidamente hidrolisado por uma pirofosfatase
R - COO- + CoA + ATP + aacutegua acil CoA + AMP + 2Pi + 2H+
Isto torna a reaccedilatildeo altamente irreversiacutevel devido ao consumo de duas ligaccedilotildees altamente energeacuteticas Jaacute que apenas uma eacute formada Outro exemplo de outro tema recorrente em bioquiacutemica eacute
Muitas reaccedilotildees biossinteacuteticas satildeo feitas irreversiacuteveis pela hidroacutelise de pirofosfato inorgacircnico
Outro motivo surge nesta reaccedilatildeo de ativaccedilatildeo O intermediaacuterio adenilato acil ligado agrave enzima natildeo eacute o uacutenico para a siacutentese de acil CoA O adenilato acil eacute frequentemente formado quando grupos carboxilas satildeo ativados em reaccedilotildees bioquiacutemicas Por exemplo aminoaacutecidos satildeo ativados para a siacutentese de porteiacutenas por um mecanismo semelhante
107
26 Carnitina promove a ativaccedilatildeo de aacutecidos graxos de cadeia longa dentro da matriz mitocondrial
Os aacutecidos graxos satildeo ativados sobre a superfiacutecie externa da membrana mitocondrial onde os aminoaacutecidos satildeo oxidados na matriz mitocondrial Moleacuteculas acil CoA de cadeia longa natildeo atravessam para o interior da membrana mitocondrial e assim eacute necessaacuterio um mecanismo especial de transporte Aacutecidos graxos de cadeia longa satildeo carregados para o interior da membrana mitocondrial pela carnitina que eacute um tampatildeo (cargas positivas e negativas) formado a partir da lisina
Os grupos acil satildeo transferidos do aacutetomo de enxofre do CoA para os grupos hidroxilas da carnitina vinda da acil carnitina Esta reaccedilatildeo eacute catalisada pela enzima carnitina aciltransferase 1 que esta localizada na face do lado do citossol e dentro da membrana mitocondrial
Figura 4 entrada e saiacuteda da acil carnitina na matriz mitocondrial mediada pela enzima translocase
A carnitina acil eacute entatildeo lanccedilada atraveacutes do interior da membrana mitocondrial por uma translocase (Fig p474 meio Stryer) O grupo acil eacute transferido de volta para a
108
CoA sobre o lado da matriz da membrana Esta reaccedilatildeo que eacute catalisada por carnitina aciltransferase 2 e eacute termodinamicamente viaacutevel por causa da ligaccedilatildeo O-acil na
carnitina tendo um alto potencial na transferecircncia de grupos
Finalmente a carnitina eacute retornada para o lado citossoacutelico pela translocase na troca por uma acilcarnitina incomum
Um defeito na transferase ou translocase ou uma deficiecircncia de carnitina pode prejudicar a oxidaccedilatildeo de aacutecidos graxos de cadeia longa Tal desordem tem de fato sido encontrada gecircmeos idecircnticos que tem tido catildeibras dores musculares desde a infacircncia As dores foram precipitadas por raacutepido exerciacutecios ou alta teor de gordura na dieta A oxidaccedilatildeo de aacutecidos graxo eacute o processo de maior rendimento energeacutetico nestes trecircs estados As enzimas da glicoacutelise e da glicogenoacutelise foram encontradas ser normal A lipoacutelise dos triacilgliceroacuteis foi normal evidenciado pelo aumento na concentraccedilatildeo dos aacutecidos graxos natildeo esterificados encontrado no plasma apoacutes a corrida O ensaio de bioacutepsia do muacutesculo mostrou que a sintetase acil CoA de cadeia longa estava sempre ativa
Entretanto cadeia de aacutecidos graxos com comprimento meacutedio (C8 e C10) foram normalmente metabolizada Isto mostra que a carnitina natildeo eacute requerida para a permeaccedilatildeo dos grupos acil CoA de cadeia meacutedia no interior da matriz mitocondiral Este caso demonstra que o fluxo prejudicado de um metaboacutelito de um compartimento da ceacutelula para outro pode causar esta doenccedila
27 Acetil CoA NADH e FADH2 satildeo gerados em cada volta do ciclo de oxidaccedilatildeo dos aacutecidos graxos
Um acil CoA saturado eacute degradado por uma sequecircncia recorrente de quatro reaccedilotildees
Oxidaccedilatildeo por FAD (flavina adenina dinucleotiacutedio)
Hidrataccedilatildeo
Oxidaccedilatildeo por NAD+
109
Figura 5 Reaccedilatildeo de degradaccedilatildeo de aacutecidos graxos (oxidaccedilatildeo hidrataccedilatildeo oxidaccedilatildeo e finalmente tioacutelise resultando numa moleacutecula com dois carbonos a menos
A cadeia acil da gordura eacute encurtada por dois aacutetomos de carbono como um resultado destas reaccedilotildees e FADH2 NADH e acil CoA satildeo gerados David Green
110
Severo Ochoa e Feodor Lyenen contribuiacuteram de forma importante para a elucidaccedilatildeo
destas seacuterie de reaccedilotildees a qual chamaram de via da - oxidaccedilatildeo
A primeira reaccedilatildeo em cada volta da degradaccedilatildeo eacute a oxidaccedilatildeo do acil CoA por uma acil CoA desidrogenase para dar uma enoil CoA com uma duplas ligaccedilatildeo trans entre o C2 e C3
Acil CoA + E-FAD trans - 2 - enoil CoA + E-FADH2
Como na desidrogenaccedilatildeo do succinato no ciclo do aacutecido ciacutetrico FAD mais que
o NAD+ eacute o aceptor de eleacutetrons devido o G desta reaccedilatildeo ser insuficiente para dirigir a reduccedilatildeo do NAD+ Os eleacutetrons vindos do grupo prosteacutecido do FADH2 da desidrogenase acil CoA reduzida satildeo transferidos para a segunda flavoproteina chamada de flavoproteiacutena transferidora de eleacutetrons (ETF) Na volta a ETF doa eleacutetrons para a ETF-ubiquinona redutase uma proteiacutena Fe-S Ubiquinona eacute entatildeo reduzida para ubiquinol que entrega seu alto potencial de eleacutetrons ao siacutetio de bombeamento de proacutetons da cadeia respeiratoacuteria Consequentemente dois ATPs satildeo gerados do FADH2 formado neste passo de desidrogenaccedilatildeo como na oxidaccedilatildeo do succinato para fumarato
O proacuteximo passo eacute a hidrataccedilatildeo da dupla ligaccedilatildeo entre o C2 e C3 pela enoil CoA hidratase
trans - 2 - enoil CoA + H2O L-3-hidroxilacil CoA + E-FADH2
A hidrataccedilatildeo da enoil CoA eacute esteacuteroespeciacutefica como eacute a hidrataccedilatildeo do fumarato e aconitato Somente o L-isocircmero do 3-hidroxiacil CoA eacute formado quanado a ligaccedilatildeo
trans-2 eacute hidratada A enzima tambeacutem hidrata a dupla ligaccedilatildeo cis-2 mas o produto eacute
entatildeo do D-isocircmero
A hidrataccedilatildeo da enoil CoA eacute a preacutevia para reaccedilatildeo da segunda oxidaccedilatildeo que converte o grupo hidroxila para C3 dentro do grupo ceto e gera NADH Esta oxidaccedilatildeo eacute catalizada por L-3-hidroxiacil CoA desidrogenase a qual eacute absolutamente especiacutefica para o L-isocircmero do substrato hidroxiacil
L-3-hidroxilacil CoA + NAD+ 3-cetoacil CoA + NADH + H+
Estas trecircs reaccedilotildees em cada volta do ciclo de degradaccedilatildeo de aacutecidos graxos assemelha-se em pelo menos um passo ao ciclo do aacutecio ciacuteclico
111
Acil CoA enol CoA hidroxiacil CoA cetoacil CoA
succinato fumarato malato oxaloacetato
A reaccedilatildeo precedente tinha oxidado o grupo metileno no C3 para um grupo ceto O passo final eacute a clivagemquebra do 3-cetoacil CoA por um grupo tiol de uma segunda moleacutecula de CoA a qual rende acetil CoA e acil CoA encurtadas por 2
aacutetomos de carbono Esta clivagem tioliacutetica eacute catalizada por -cetotiolase
3-cetoacil CoA + HS-CoA aceil CoA + acil CoA (n -2 carbonos)
O acil CoA encurtado entatildeo sofre outro ciclo de oxidaccedilatildeo comeccedilando com a
reaccedilatildeo catalisada por acil CoA desidrogenase (Figura 6) -cetotiolase hidroxiacil desidrogenase e enoil CoA hidratase tem ampla especificidade com respeito ao comprimento do grupo acil
Figura 6 As trecircs primeiras reaccedilotildees de degradaccedilatildeo de aacutecido palmiacutetico pela remoccedilatildeo de dois aacutetomos de carbonos por ciclo de degradaccedilatildeo
112
Principais reaccedilotildees na oxidaccedilatildeo de aacutecidos graxos
1) aacutecido graxo + CoA + ATP acil CoA + AMP + Ppi
acil CoA sintetase (tioquinase de aacutecido graxoCoA ligase [AMP]
2) carnitina + acil CoA acil carnitina + CoA
carnitina aciltransferase
3) Acil CoA + E-FAD trans-2-enoil CoA + E-FADH2
acil CoA desidrogenases (vaacuterias)
4) trans-2-enoil Coa + H2O L-3-hidroxiacil CoA
enoil CoA hidratases (3-hidroxiacil CoA hidrolase)
5) L-3-hidroxiacil CoA + NAD+ 3-cetoacil CoA + NADH + H+
L-3-hidroxiacil CoA desidogenase
6) L-3-hidroxiacil CoA + CoA acetil CoA + acil CoA (encurtada por 2C)
-cetotiolase (tiolase)
O rendimento energeacutetico derivados da oxidaccedilatildeo de aacutecidos graxos pode ser calculada Em cada ciclo de reaccedilatildeo um acil CoA eacute encurtada por dois carbonos e um FADH2 e eacute formado NADH e acetil CoA
Cn-acil CoA + FAD + NAD+ + H2O + CoA Cn-2-acil CoA + FADH2 + NADH + acetil CoA + H+
A degradaccedilatildeo do palmitoil CoA (C16-acil CoA) requer sete ciclos de reaccedilotildees No seacutetimo ciclo o C4-ceotoacil CoA eacute tiolozado para duas moleacuteculas de acetil CoA Entatildeo a estequiometira da oxidaccedilatildeo do palmitoil CoA eacute
Palmitoil CoA + 7 FAD + 7 NAD+ + 7 H2O 8 acil CoA + 7 FADH2 + 7 NADH + 7 H+
Trecircs ATPs satildeo gerados quando cada destes NDAH eacute oxidado pela cadeira respiratoacuteria enquqnto 2 ATPs satildeo formados para cada FADH2 devido aos seus
113
eleacutetrons entram na cadeia ao niacutevel do ubiquinol Lembrando que a oxidaccedilatildeo do acetil CoA pelo ciacuteclo do aacutecido ciacutetrico rende 2 ATPs Considerando isto o nuacutemero de ATP formado na oxidaccedilatildeo do Palmitoil CoA eacute 21 e dos 7 FADH2 21 dos 7 NADH e 96 das 8 moleacuteculas de acetil CoA o que daacute um total de 131 ATPs Duas ligaccedilotildees fosfato de alta energia satildeo consumidas na ativaccedilatildeo do palmitato na qual o ATP eacute dividido AMP e 2 Pi Entatildeo o rendimento liacutequido da completa oxidaccedilatildeo do palmitato e 129 ATPs
A eficiecircncia da conservaccedilatildeo da energia na oxidaccedilatildeo de aacutecidos graxos pode ser estimada dado o nuacutemero de ATP formado e da energia de oxidaccedilatildeo do aacutecido palmiacutetico agrave CO2 e H2O
3) GERMINACcedilAtildeO DE SEMENTES amp -OXIDACcedilAtildeO DE LIPIacuteDIOS
No inicio da germinaccedilatildeo as proteiacutenas de armazenamento satildeo degradadas para aminoaacutecidos atraveacutes da siacutentese de enzimas requeridas para a mobilizaccedilatildeo de lipiacutedios
Estas enzimas incluem as lipases que catalisam a hidroacutelise de triacilgliceroacuteis para glicerol e aacutecidos graxos As lipases ligam-se agraves oleosinas do corpos de oacuteleo O glicerol formado pela hidroacutelise do triacilglicerol pode ser alimentado dentro da via da gliconeogecircnese apoacutes a fosforilaccedilatildeo do glicerol 3-fosfato e sua subsequente oxidaccedilatildeo para diidroxicetona fosfato A liberaccedilatildeo de aacutecidos graxos livres eacute primeiro ativado
como tioeacutesteres de CoA e entatildeo degradados para acetil CoA por -oxidaccedilatildeo Este processo ocorre em peroxiossomos especializados os quais satildeo chamados de
glioxiossomos A -oxidaccedilatildeo eacute um processo bioloacutegico importante para a germinaccedilatildeo das sementes em especial para as oleaginosas
Embora em princiacutepio -oxidaccedilatildeo represente uma forma invertida da siacutentese de aacutecidos graxos existe diferenccedilas distintas como habilidade de alto fluxo metaboacutelico entre estas duas vias metaboacutelicas que operam em direccedilotildees opostas
As principais diferenccedilas entre -oxidaccedilatildeo e a siacutentese de aacutecidos graxos satildeo
na desidrogenaccedilatildeo do acil CoA O hidrogecircnio eacute transferido via uma oxidase dependente de FAD para H2O2 A catalase irreversivelmente elimina a H2O2 no siacutetio de sua produccedilatildeo pela conversatildeo em aacutegua e O2
-L-hidroxiacil CoA eacute formada durante a hidrataccedilatildeo da enoil CoA in contrast para o correspondente D-enantioner durante a siacutentese
hidrogecircnio eacute transferido para o NAD durante o segundo passo da desidrogenaccedilatildeo Normalmente o sistema NAD na ceacutelula eacute altamente oxidado dirigindo a reaccedilatildeo em direccedilatildeo a oxidaccedilatildeo do hidroxiacil CoA Natildeo eacute conhecido qual reaccedilatildeo utiliza o NADH formado nos peroxiossomos
114
Em uma reaccedilatildeo irreversiacutevel de tioacutelises mediadas por CoASH que cliva -cetoacil CoA para formas uma moleacutecula de acetil CoA e uma de acil CoA encurtada para dois aacutetomos de carbono
Durante a degradaccedilatildeo de aacutecidos graxos insaturados produtos intermediaacuterios
satildeo formados e que natildeo podem ser metabolizados por reaccedilotildees de -oxidaccedilatildeo 3-cis-enoil CoA que eacute formado durante a degradaccedilatildeo do aacutecido oleico eacute convertido por uma
isomerase mudando a ligaccedilatildeo dupla para 2-trans-enoil CoA que eacute um intermediaacuterio
da -oxidaccedilatildeo Na -oxidaccedilatildeo dos aacutecidos linolecircnico e linoleico a segunda ligaccedilatildeo dupla no intermediaacuterio correspondente estaacute na posiccedilatildeo correta mas na configuraccedilatildeo cis com a consequecircncia que eacute a hidrataccedilatildeo pela hidratase enoil CoA resulta na
formaccedilatildeo de -D-hidroxiacil CoA Mais tarde eacute convertido por uma epimerase para L-
enantiomer o qual eacute um intermediaacuterio da -oxidaccedilatildeo
4) CICLO DO GLIOXILATO
Ao contraacuterio ao animais os quais satildeo haacutebeis para sintetizar glicose de acetil CoA As plantas e muitas bacteacuterias satildeo capazes de crescer sobre acetato ou outros componentes que lhe rendam acetil CoA As plantas podem fazer gliconeogecircnesis elas possuem as enzimas da gliconeogecircnesis para o ciclo do glioxilato
Nesta via metaboacutelica acetil com duas unidades de carbono satildeo convertidos para uma moleacutecula de quatro carbonos (succinato) Esta sequecircncia de reaccedilotildees eacute chamada de ciclo do glioxilato passagem livre para dois passos de descarboxilaccedilatildeo no cilco do aacutecido ciacutetrico Neste ciclo entram duas moleacuteculas de acetil CoA por cada ciclovolta do ciclo do glioxilato Uma ilustraccedilatildeo das principais reaccedilotildees do ciclo do glioxilato eacute apresentado na Figura 7
115
Figura 7 Ciclo do glioxilato e suas principais reaccedilotildees produtos e intermediaacuterios
O ciclo do glioxilato estaacute ligado ao ciclo do aacutecido ciacutetrico da seguinte maneira
acetil CoA condensa com oxaloacetato atraveacutes da enzima sintase do citrato e mais tarde eacute convertido para isocitrato pela aconitase
Isocitrato e dividido pela isocitrato liase em succinato e glioxilato
Glioxilato mais acetil CoA satildeo condensados pela sintase de malato para malato
Como no ciclo do citrato o malato eacute oxidado pela desidrogenase do malato para oxaloacetato complementando o ciclo
Uma moleacutecula de succinato gera duas de acetil CoA
succinato eacute transferido para mitococircndria e eacute convertido para oxaloacetato (por reaccedilatildeo parcial no ciclo do citrato)
116
oxaloacetato eacute transferido da mitococircndria por um transportador e no citossol eacute convertido para fosfoenolpiruvato (carboxiquinase do fosfoenolpiruvato)
fosfoenolpiruvato eacute precursor de hexoses na gliconeogecircnese e outras rotas metaboacutelicas
BIBLIOGRAFIA
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Guanabara Koogan 1976 WANNMACHER CMD DIAS RD Bioquiacutemica fundamental 6 ed Porto Alegre
URGS 1988
3 BETA-OXIDACcedilAtildeO DOS AacuteCIDOS GRAXOS
31 Histoacuterico Em 1904 Knoop administrou para catildees derivados fenilados de aacutecidos
graxos com diferentes nuacutemeros de aacutetomos de carbono na cadeia Pelo fato do grupamento fenil
ser de difiacutecil transformaccedilatildeo pelo organismo animal poder-se-ia pesquisar na urina os produtos
de degradaccedilatildeo de tais derivados fenilados e assim melhor conhecer o catabolismo dos aacutecidos
graxos
Quando eram ministrados derivados fenilados de aacutecidos graxos com nuacutemero par de aacutetomos de
carbono havia excreccedilatildeo de aacutecido fenilaceacutetico Quando eram empregados derivados fenilados
117
de aacutecido dos graxos com nuacutemero impar de aacutetomo de carbono havia excreccedilatildeo de aacutecido
benzoacuteico
Knoop postulou que os aacutecidos graxos sofreriam oxidaccedilotildees sucessivas no carbono beta () que
se transformaria em carboxila removendo-se assim sucessivamente unidades contendo 2
aacutetomos de carbono (ldquoC2rdquo)
Entretanto a exata compreensatildeo do processo somente foi possiacutevel depois da identificaccedilatildeo da
unidade ldquoC2rdquo como sendo o acetil-CoA e dos estudos de Lynen e Green que isolaram de
mitococircndrias 5 enzimas que catalizavam a beta-oxidaccedilatildeo dos aacutecidos graxos
32 Esquema helicoidal da beta-oxidaccedilatildeo dos aacutecidos graxos
1 tioquinase 2 desidrogenase de acil 3 hidrase de enoil 4 desidrogenase de
hidroxiacil 5 tiolase
33 Caracteriacutestica da beta-oxidaccedilatildeo
a Somente uma moleacutecula de ATP eacute requerida na ativaccedilatildeo do aacutecido graxo para sua
completa transformaccedilatildeo em acetil-CoA independente do nuacutemero de aacutetomos de
carbono
b As enzimas responsaacuteveis pela beta-oxidaccedilatildeo estatildeo contidas na mitococircndria o
que facilita o aproveitamento da energia visto que o acetil-CoA formado eacute
prontamente oxidado pelo Ciclo de Krebs bem como as coenzimas formadas
satildeo oxidadas na Cadeia Respiratoacuteria
c O sistema oxidativo dos aacutecidos eacute de ocorrecircncia universal sendo encontrado em
plantas animais e bacteacuterias
4 RENDIMENTO ENERGEacuteTICO DA BETA-OXIDACcedilAtildeO
Consideremos a oxidaccedilatildeo bioloacutegica completa do aacutecido palmiacutetico
C16H32O2 + 23O2 16CO2 + 16H2O G= -2338000 calmol
O aacutecido palmiacutetico (com 16 aacutetomos de C) desdobrado pela beta-oxidaccedilatildeo daacute origem a 8
moleacuteculas de acetil-CoA cada uma carregando 2 aacutetomos de C da moleacutecula do aacutecido graxo
Essas 8 moleacuteculas de acetil-CoA satildeo geradas em 7 ldquovoltasrdquo da sequumlecircncia helicoidal de
118
reaccedilotildees pois que na uacuteltima volta se formam 2 moleacuteculas de acetil-CoA Os equivalentes em
ATP em cada etapa seriam
Rendimento energeacutetico (R)
2338000 100
130 X 8000 R R= 100 X 130 X 8000 = 445
2338000
Problema ndash Calcular o nuacutemero de moleacuteculas de ATP gerados Pela oxidaccedilatildeo bioloacutegica
completa do trigliceriacutedios abaixo estruturado
CH2-O-CO-(CH2)14CH3
CH-O-CO-(CH2)16CH3
CH2-O-CO-(CH2)16CH3
119
5 BIOSSIacuteNTESE DE AacuteCIDOS GRAXOS
Logo de iniacutecio pensou-se em uma beta-muacuteltipla condensaccedilatildeo das mesmas unidades ldquoC2rdquo
(acetil-CoA) que resultasse na siacutentese de aacutecidos graxos mediante o reverso das reaccedilotildees da
beta-oxidaccedilatildeo
Atualmente se sabe que a biossiacutentese de aacutecidos graxos eacute processada por um equipamento
enzimaacutetico distinto utilizado o acetil-CoA substrato
A dessaturaccedilatildeo dos aacutecidos graxos introduccedilatildeo de duplas ligaccedilotildees eacute processada por plantas e
animais ao niacutevel mitocondrial ou microssomal requerendo coenzimas reduzidas e oxigecircnio
molecular Entretanto somente as plantas superiores possuem a habilidade de introduzirem
mais que uma dupla ligaccedilatildeo sintetizando assim aacutecidos poliinsaturados Tais aacutecidos graxos satildeo
considerados assenciais aos organismos animais
Nesta reaccedilatildeo o O2 (oxigecircnio molecular) se constitui em um substrato Este pode ser um dos
fatores que levam plantas e animais (com os peixes) de regiotildees temperadas (mais frias) a
sintetizarem aacutecidos graxos poliinsaturados em maior proporccedilatildeo visto que quanto menor a
temperatura maior a concentraccedilatildeo de oxigecircnio dissolvido no suco celular Esse mecanismo
parece ser responsaacutevel pelo menos em parte pela resistecircncia ao frio manifestada por animais
e vegetais das regiotildees frias Explicaria tambeacutem porque o cacaueiro cultivado distante da linha
do equador formada um manteiga com menor ponto de fusatildeo ou seja maior iacutendice de iocircdo
120
METABOLISMO DEGRADATIVO DA PROTEIacuteNAS E AMINOAacuteCIDOS
1 CONSIDERACcedilOtildeES GERAIS
Os aminoaacutecidos devem constar na dieta dos animais devido agrave sua funccedilatildeo de constituintes das
proteiacutenas corporais Os estudos sobre a nutriccedilatildeo animal e humana mostram que os
aminoaacutecidos podem ser divididos em dois grupos dependendo do metabolismo dos mesmos
a aminoaacutecidos essenciais ou indispensaacuteveis ndash aqueles que o organismo natildeo
sintetiza ou se o faz em quantidades aqueacutem da requerida lisina triptofano
metionina valina leucina isoleucina fenilalanina e treonina satildeo essenciais ao
homem
b aminoaacutecidos natildeo essenciais ou dispensaacuteveis ndash aqueles que o organismo
sintetiza nas quantidades requeridas aacutecido aspaacutertico aacutecido glutacircmico alanina
serina etc
As proteiacutenas alimentares (presente nos alimentos) podem ser consideradas de boa qualidade
quando rica em aminoaacutecidos essenciais e de maacute qualidade se satildeo pobres em aminoaacutecidos
essenciais O milho opaco-2 melhorando geneticamente apresenta maior conteuacutedo das
proteiacutenas glutelina e zeiacutena que satildeo ricas em lisina De uma maneira geral os cereais satildeo pobres
em lisina ao passo que os gratildeos da leguminosas satildeo deficientes em metionina
As proteiacutenas que ingerimos como alimento satildeo hidrolisadas nos aminoaacutecidos constituintes
pelas enzimas digestivas do estocircmago (pepsina) suco pancreaacutetico (amino e carboxipeptidases)
e suco intestinal (d - e tripeptidases) Os aminoaacutecidos livres satildeo absorvidos pelo intestino e
atraveacutes do sistema porta se dirigem ao fiacutegado para a siacutentese das proteiacutenas corporais individuais
(estruturais ou de atividade bioloacutegica com enzimas e hormocircnios) ou sofrem reaccedilotildees
especiacuteficas para cada aminoaacutecido
Ateacute recentemente acreditava-se que as proteiacutenas em contraste com os carboidratos e lipiacutedios
fossem inertes metabolicamente Assim uma vez sintetizada a moleacutecula proteacuteica
permaneceria intacta ateacute a morte da planta ou animal quando entatildeo se iniciava a sua
degradaccedilatildeo Este conceito prevaleceu pois era observado que os teores de lipiacutedios (e
carboidratos) num organismo animal variavam dependendo da condiccedilatildeo nutritiva Assim eacute que
os depoacutesitos de gordura podem ser aumentados quando da ingestatildeo de uma dieta rica em
calorias Igualmente ocorre o consumo dos depoacutesitos de gordura em condiccedilotildees de deficiecircncia
caloacuterica Em contraste as proteiacutenas corporais natildeo satildeo utilizadas para a produccedilatildeo de energia
ateacute que outras reservas (carboidratos e lipiacutedios) tenham sido esgotadas em condiccedilotildees de fome
extrema
Entretanto os Schoenheimen alimentando ratos adultos (que estavam em equiliacutebrio
nitrogenado nulo) com aminoaacutecidos marcados com isoacutetopo 15
N demonstraram que o aacutetomo de
N passou a integrar moleacuteculas de outros aminoaacutecidos (mediante reaccedilotildees de transaminaccedilatildeo) e
igualmente foram encontrados integrando moleacuteculas proteacuteicas no fiacutegado (siacutentese de proteiacutenas)
Ficou estabelecendo entatildeo que em animais adultos onde natildeo haacute mais crescimento ocorre
siacutentese de proteiacutena com relativa velocidade a qual eacute contrabalanceada por uma degradaccedilatildeo
proteacuteica de mesma intensidade de modo que o teor global de proteiacutena corpoacuterea permanece
constate
121
Assim cada moleacutecula proteacuteica difere quanto aacute intensidade de reciclagem (turnover) a
hemoglobina possui uma meia vida de 30dias enquanto esses valores seriam de 180 e 1000
dias para a miosina e colaacutegeno respectivamente Para um humano adulto calcula-se que 12 g
de proteiacutena por dia sofram degradaccedilatildeo e siacutentese por cada quilograma de peso vivo Dessa
degradaccedilatildeo proteacuteica um quarto dos aminoaacutecidos resultantes seriam oxidados de modo que os
mesmos devem ser restituiacutedos pela proteiacutena da dieta Desde que cerca de metade dos
aminoaacutecidos oxidados satildeo ldquoindispensaacuteveisrdquo facilmente se compreende a necessidade desses
aminoaacutecidos essenciais estarem contidos na dieta e nas quantidades adequadas
Quando haacute ingestatildeo de proteiacutena ou que a dieta ou reaccedilatildeo seja deficiente em aminoaacutecidos
essenciais ou ainda na maioria dos casos patoloacutegicos o organismo degrada suas proacuteprias
proteiacutenas para conseguir os aminoaacutecidos essenciais aacute siacutentese de outras proteiacutenas necessaacuterias no
momento Ocorre entatildeo uma alteraccedilatildeo no balanccedilo nitrogenado que passa a ser negativo
O balanccedilo nitrogenado eacute a diferenccedila entre o N ingerido por dia (dos alimentos) e o excretado
(pelas fezes e urina) Um individuo ou organismo em fase de crescimento apresenta um
balanccedilo nitrogenado positivo isto eacute a quantidade de N ingerida eacute maior que a excretada Os
indiviacuteduos adultos apresentam balanccedilo (ou equiliacutebrio) nitrogenado nulo visto que os
organismos animais natildeo mais acumulam compostos nitrogenados depois de cessado o
crescimento Ao contrario do que ocorre com os carboidratos e lipiacutedios as proteiacutenas natildeo
podem ser armazenadas Daiacute uma maior excreccedilatildeo de N devido a uma dieta rica em proteiacutenas
O zootecnista ou nutricionista deve pois levar em consideraccedilatildeo no balanceamento de reaccedilotildees
ou dietas que os carboidratos e lipiacutedios devem satisfazer as exigecircncias energeacuteticas enquanto
que as proteiacutenas (a mais cara das trecircs classes de alimentos) devem constituir fonte de
aminoaacutecidos para a siacutentese das proteiacutenas do organismo
2 ESSENCIALIDADE DE AMINOACIDOS PARA OS RUMINANTES
A medida que os organismos evoluem perdem a habilidade de siacutentese de alguns compostos
que lhes satildeo essenciais os quais devem ser encontrados em sua alimentaccedilatildeo Assim enquanto
as plantas sintetizam todos os aminoaacutecidos presentes em suas proteiacutenas os organismos
animais em maior ou menor escala necessitam de alguns previamente elaborados
(heterotrofismo) A microflora (bacteacuterias) existentes no rumem dos ruminantes possui a
habilidade de sintetizar todos os aminoaacutecidos a partir de carboidratos e compostos
nitrogenados simples Tais aminoaacutecidos iratildeo integrar as proteiacutenas nas microbianas as quais
apoacutes a morte das bacteacuterias constituiratildeo alimentos para os ruminantes Nisto se fundamenta a
zootecnista ao alimentar bovinos com melaccedilo e ureacuteia (ou outros compostos nitrogenados
como esterco de galinha etc) Os vegetais e aiacute tambeacutem as bacteacuterias do rumem possuem a
enzima ureacutease que hidrolisa a ureacuteia em NH3 e CO2
CO(NH2)2 + H2O CO2 + 2NH3
A amocircnia (NH3) eacute assimilada pelas bacteacuterias formando aminoaacutecidos cujo esqueleto
carbocircnico eacute orindo do accediluacutecar do melaccedilo Tais aminoaacutecidos inclusive os essenciais ao bovino
iratildeo integrar a proteiacutena microbiana
122
3 REACcedilOtildeES ESPECIacuteFICAS PARA ALGUNS AMINOAacuteCIDOS
31 Desanimaccedilatildeo reaccedilatildeo em que um aminoaacutecido perde o grupamento amino (-NH2) na
forma de amocircnia (NH3) se transformando em no -cetoacuteaacutecido correspondente
A desidrogenase glutacircmica eacute uma enzima de ocorrecircncia universal encontrada em organismos
animais e vegetais A reaccedilatildeo eacute reversiacutevel de modo que pode operar no sentido de siacutentese ou de
degradaccedilatildeo do aacutecido glutacircmico conforme a conveniecircncia
32 Transaminaccedilatildeo reaccedilatildeo em que ocorre a transferecircncia do grupamento amino (geralmente
do aacutecido glutacircmico) para um ceto aacutecido (oxaloaceacutetico ou piruacutevico) formando outros
aminoaacutecidos Duas enzimas se destacam transaminase glutacircmico-oxaloaceacutetico (TGO) e
transaminase glutacircmico-piruacutevica (TGP) ambas exigindo piridoxina (vitamina B6) como
cofator
33 Descarboxilaccedilatildeo - o aminoaacutecido perde a carboxila na forma de CO2 se transformando
em uma amina geralmente exibindo efeitos fisioloacutegicos
A descarboxilase de histidina leva aacute produccedilatildeo de histamina amina esta que estimula a
secreccedilatildeo gaacutestrica e estaacute presente em todos os processos aleacutergico
O gama-aminobutiacuterico eacute formado no sistema nervoso sendo aiacute um componente essencial do
metabolismo dos neurocircnios A DOPAMINA eacute precursora da adrenalina que tem atividade
vasoconstritora As aminas putrescina e cadaverina satildeo formadas especialmente pela
decomposiccedilatildeo bacteriana dos materiais proteacuteicos (putrefaccedilatildeo) Putrescina se acumula
particularmente em plantas deficientes em potaacutessio alcanccedilando niacuteveis toacutexicos causando os
sintomas especiacuteficos que caracterizam a deficiecircncia mineral em questatildeo
123
4 REACcedilOtildeES DEGRADATIVAS DOS AMINOAacuteCIDOS
Cada um dos 20 aminoaacutecidos proteacuteicos sofrem diferentes reaccedilotildees originando como produtos
dependendo do esqueleto carbocircnico dos mesmos apenas acetil-CoA aacutecidos piruacutevico
oxaloaceacutetico ou alfa-cetoglutaacuterico
Os aminoaacutecidos que originam aacutecido piruacutevico oxaloaceacutetico ou alfa-cetoglutaacuterico satildeo chamados
de ldquoglicogecircnicosrdquo Aqueles que datildeo formaccedilatildeo a acetoacetil-CoA satildeo os ldquocetogecircnicosrdquo
124
INTEGRACcedilAtildeO DO METABOLISMO DOS CARBOIDRATOS
LIPIacuteDIOS E PROTEIacuteNAS
1 FASES DA PRODUCcedilAtildeO DE ENERGIA
Carboidratos lipiacutedios e proteiacutenas satildeo as 3 principais fontes de energia para a maioria dos
organismos vivos Krebs e Kormberg deram ecircnfase ao fato que apesar de muitos serem os
compostos que servem como alimentos o nuacutemero de reaccedilotildees pelas quais deles se obtem
energia eacute relativamente pequeno independente do organismo planta ou animal A natureza eacute
por conseguinte bastante econocircmica nos processos por ela desenvolvido para degradar esses
compostos que podem ser enquadrados em 3 fases principais
a Fase 1 Eacute a ldquodigestatildeo dos alimentosrdquo de natureza hidroliacutetica Assim os
polissacariacutedios satildeo hidrolizados em monossacariacutedios usulmente hexoses os
trigliceriacutedios que constituem a quase totalidade da fraccedilatildeo lipiacutedica de uma dieta
satildeo hidrolizados em glicerol e aacutecido graxos e as proteiacutenas degradadas nos
aminoaacutecidos constituintes A energia contida nessas ligaccedilotildees (glicosiacutedicas dos
oligo e polissacariacutedios eacutesteres dos trigliceriacutedios e peptiacutedicas das proteiacutenas) eacute
liberada na forma de calor aumentando a temperatura do meio (que eacute
observada durante a digestatildeo e mesmo em sementes durante a germinaccedilatildeo)
b Fase 2 Os monossacariacutedios glicerol aacutecidos graxos e aminoaacutecidos satildeo
posteriormente degradadas a 3 substacircncias apenas por processos que podem
resultar na formaccedilatildeo de algumas ligaccedilotildees fosfatadas ricas em energia (ATP) O
glicerol apoacutes ser convertido em piruvato pela sequumlecircncia glicoliacutetica daraacute origem
a acetil-CoA O mesmo ocorre com os carboidratos Os aacutecidos graxos pela
beta-oxidaccedilatildeo se transformam em acetil-CoA Os 20 aminoaacutecidos integrantes
das proteiacutenas dependendo do seu esqueleto carbocircnico podem dar formaccedilatildeo aacute
acetil-CoA aacutecido-cetoglutaacuterico e aacutecido oxaloaceacutetico
c Fase 3 Os 3 compostos chaves formados anteriormante (acetil-CoA aacutecido
alfa-cetoglutaacuterico e aacutecido oxaloaceacutetico) seratildeo oxidados pelo Ciclo de Krebs
mediante a reduccedilatildeo de apenas 2 tipos de coenzimas (DPNH + H+ e FADH2)
que o serem reoxidadas na Cadeia Respiratoacuterias aacutes custas do oxigecircnio
molecular propiciam a ldquofosforilaccedilatildeo oxidativardquo
125
2 CONVERSAtildeO DE CARBOIDRATOS LIPIacuteDIOS E PROTEIacuteNAS ENTRE SI
21Transformaccedilatildeo de carboidratos em lipiacutedios Pela formaccedilatildeo primeira dos aminoaacutecidos
(natildeo essenciais ao organismo em questatildeo)Mediante as reaccedilotildees de desaminaccedilatildeo e
transaminaccedilatildeo o NH3 pode ser incorporado em esqueletos carbocircnicos formando aacutecido
glutacircmico aspaacutertico alanina etc desde que haja os cetoaacutecidos disponiacuteveis muitas enzimas
podem formar cetoaacutecidos dicarboxiacutelicos a partir de intermediaacuterios da glicoacutelise
23 Transformaccedilatildeo de proteiacutenas em carboidratos ou lipiacutedios - Estima-se que mais da
metade dos aminoaacutecidos existentes nas proteiacutenas animais podem se transformar em
carboidratos (glicose) Isto eacute de suma importacircncia para o metabolismo animal pois que 50
de suas proteiacutenas satildeo potencialmente capazes de se transformar em accediluacutecar Para tal os
aminoaacutecidos ldquoglicogecircnicosrdquo se transformar em aacutecido piruacutevico oxaloaceacutetico ou alfa-
cetoglutaacuterico produtos esses que se transformar em aacutecido fosfoenolpiruacutevico (PEP) e mediante
o reverso da glicoacutelise iratildeo formar accediluacutecar (processo esse denominado gluconeogecircnese) A
gluconeogecircnese eacute a formaccedilatildeo de glicose a partir de substacircncias natildeo gluciacutedicas
Os aminoaacutecidos que ao serem degradados levam aacute produccedilatildeo de acetoacetil-CoA satildeo
chamados de ldquocetogecircnicosrdquo pois satildeo responsaacuteveis pelo aparecimento dos ldquocorpos cetocircnicosrdquo
(acetoacetato hidroxibutiratoe acetona)
Um animal quando submeto a um regime de fome e apoacutes esgotar suas reservas de
carboidratos (glicose do sangue e gligecircnio muscular e hepaacutetico) e de lipiacutedios (depoacutesito
subscutacircneos de gordura) passa a se utilizar de suas proteiacutenas corporais Neste processo o
organismo utiliza primeiramente as proteiacutenas de menor importacircncia fisioloacutegica de inicio as
proteiacutenas do sangue (albuminas e globulinas) depois as do tecido muscular do tecido oacutesseo e
finalmente as do tecido nervoso Neste estaacutegio o organismo natildeo tem mais recuperaccedilatildeo
24 Transformaccedilatildeo de lipiacutedios em carboidratos - Tal transformaccedilatildeo somente eacute possiacutevel em
plantas fungos e bacteacuterias organismos esses que possuem o ldquoCiclo do Glioxilatordquo em funccedilatildeo
de possuiacuterem duas enzimas especiais siacutentese maacutelica e isocitrase
Tais enzimas satildeo particularmente ativas durante a germinaccedilatildeo de sementes ricas em oacuteleos
Natildeo satildeo encontradas no tecido animal Daiacute a impossibilidade dos organismos animais
transformarem gordura em carboidrato uma vez que a oxidase piruacutevica catalisa
irreverssivelmente a transformaccedilatildeo de piruvato em acetil-CoA
126
EXCRECcedilAtildeO DO NITROGEcircNIO
1 CONSIDERECcedilAtildeO GERAIS
Do metabolismo degradativo dos compostos nitrogenados especialmente dos aminoaacutecidos
resulta a amocircnia (NH3) Devido a natureza dinacircmica dos processos metaboacutelicos parte da
amocircnia eacute reutilizada pela ceacutelula mediante o processo da assimilaccedilatildeo da amocircnia enquanto o
restante deve ser eliminada por excreccedilatildeo
Sabe-se que os animai excretam o nitrogecircnio em uma das trecircs seguintes formas nitrogenadas
de excreccedilatildeo amocircnia ureacuteia e aacutecido uacuterico Destas formas a amocircnia eacute a mais toacutexicas e altamente
soluacutevel em aacutegua a ureacuteia eacute bem menos toacutexicas mas igualmente soluacutevel ao passo que o aacutecido
uacuterico eacute bastante insoluacutevel e natildeo toacutexico
Um dos capiacutetulos mais interessantes da bioquiacutemica comparada vem a ser aquele referente aacute
excreccedilatildeo do nitrogecircnio Existe evidecircncias suficientes de que a forma nitrogenada excretada
por um organismo eacute geralmente determinada pela disponibilidade de aacutegua para esse
organismo
Assim os animais aquaacuteticos que vivem circundados pela aacutegua podem excretar a amocircnia a
qual a despeito de ser toacutexica natildeo acarreta nenhum inconveniente devido aacute diluiccedilatildeo
instantacircnea no meio ambiente Jaacute os animais terrestres que possuem um suprimento limitado
de aacutegua natildeo podem acumular a amocircnia excretando pois o nitrogecircnio na forma de ureacuteia ou
aacutecido uacuterico
A escolha entre ureacuteia ou aacutecido eacute estabelecida pelas condiccedilotildees do desenvolvimento
embrionaacuterio Assim os mamiacuteferos nos quais o feto se desenvolve em contato iacutentimo com o
corpo materno atraveacutes do sistema circulatoacuterio sintetizam ureacuteia a qual sendo soluacutevel pode ser
removida do embriatildeo e excretada pela matildee Jaacute os embriotildees de paacutessaros e rapteis que se
desenvolvem no interior de um sistema fechado o ovo com um conteuacutedo de aacutegua bastante
limitado natildeo podem utilizar a ureacuteia como forma de excreccedilatildeo devido aacute sua solubilidade e
toxidez Tais organismos optaram entatildeo pelo aacutecido uacuterico o qual sendo insoluacutevel depositar-se-
ia na forma de um soacutelido na parte interna da casca Essas caracteriacutesticas de excreccedilatildeo
nitrogenada tatildeo importante para o desenvolvimento do embriotildees seriam entatildeo mantidas no
organismo adulto
2 EXCRECcedilAtildeO DA AMOcircNIA (NH3)
Nos animais amonioteacutelicos ou seja aqueles que excretam predominantes a amocircnia (como a
maior parte dos vertebrados aquaacuteticos especialmente os peixes oacutesseos e as larvas de anfiacutebios)
o catabolismo dos aminoaacutecidos se inicia com uma transaminaccedilatildeo envolvendo -cetoglutarato
formando-se glutamato Glutamato igualmente pode ser formado pela desidrogenase glutacircmica
utilizando-se de amocircnia livre (NH3) Entretanto devido aacute carga negativa do glutamato no pH
fisioloacutegico (apresenta as carboxilas desprotonizadas) o mesmo natildeo atravessa as membranas
lipoproteacuteicas Para contornar tal problema o glutamato se combina enzimaticamente com mais
amocircnai pela accedilatildeo da glutamina sintetase formando glutamina uma moleacutecula neutra natildeo
toacutexica capaz de se translocar transportando o N na forma amiacutedica para o fiacutegado (no caso da
maioria dos animais terrestres) ou para as guelras das formas aquaacuteticas
127
Nas guelras a glutamina perde o nitrogecircnio amiacutedico pela accedilatildeo da glutaminase aiacute presente
liberando o nitrogecircnio na forma de amocircnia (NH3) que eacute excretada no meio exterior
3 EXCRECcedilAtildeO DA UREacuteIA
A ureacuteia eacute a principal forma nitrogenada de excreccedilatildeo dos ureoteacutelicos que compreende as maior
parte dos vertebrados terrestres
A formaccedilatildeo da ureacuteia foi estudada por KREBS e HENSELEIT utilizando-se de fatias de fiacutegado
de rato Tal tecido tinha habilidade de sintetizar ureacuteia a partir de CO2 e NH3 em um processo
endergocircnico ou seja exigente em energia (ATP)
Tais pesquisadores demonstravam que quantidades cataliacuteticas de arginina citrulina e ornitina
propiciavam a formaccedilatildeo de uma quantidade apreciaacutevel de ureacuteia Foi proposto entatildeo um ciclo
de reaccedilotildees que tinha por finalidade promover a desintoxicaccedilatildeo da amocircnia o qual eacute
mencionado com ciclo da ureacuteia ciclo da ornitina-ureia ou ciclo de Krebs-Henseleit
Tal ciclo opera em animais e em plantas Entretanto em plantas devido aacute presenccedila da ureacutease a
siacutentese da ureacuteia natildeo teria propoacutesito e a funccedilatildeo do ciclo seria unicamente de propiciar a siacutentese
de arginina
O previleacutegio de se excretar o nitrogecircnio na forma de ureacuteia tem um preccedilo energeacutetico 4
moleacuteculas de ATP satildeo grandes por moleacuteculas de ureacuteia formada computando-se apenas as
reaccedilotildees do ciclo propriamente dito
4 FORMACcedilAtildeO DO AacuteCIDO UacuteRICO
Os animais uricoteacutelicos paacutessaros e reacutepteis excretam o nitrogecircnio mormente na forma
insoluacutevel de aacutecido uacuterico Composto com 33 de nitrogecircnio
Entretanto o aacutecido uacuterico tambeacutem eacute o principal sub-produto da degradaccedilatildeo das purinas (adenina
e guanina) nos primatas paacutessaros e reacutepteis
128
Haacute um consideraacutevel gasto de energia para a fabricaccedilatildeo do aacutecido uacuterico que eacute realizada aacutes
custas de pequenas moleacuteculas Inicialmente o nitrogecircnio de alguns aminoaacutecidos juntamente
com o carbono de outras moleacuteculas doadoras satildeo empregados para se confeccionar as bases
adenina e guanina as quais em seguida satildeo transformadas em aacutecido uacuterico
129
FOTOSSIacuteNTESE
1 INTRODUCcedilAtildeO
A fotossiacutentese eacute um importante processo bioloacutegico que ocorre na biosfera e dele dependem
todas as formas viventes O sol fornece energia para todos os processos bioloacutegicos em nosso
planetaAleacutem de ser o responsaacutevel pelo movimento de ar e aacutegua na superfiacutecie terrestre a vida
se originou na terra de modo a depender exclusivamente de seu contiacutenuo fornecimento de
energia Os organismos pigmentados e com especial referecircncia as plantas verdes utilizam a
energia radiante e a armazena na forma de ligaccedilotildees quiacutemicas Este fenocircmeno eacute chamado de
fotossiacutentese cuja equaccedilatildeo geral eacute
2 CLOROPLASTOS E PIGMENTOS
O centro Bioloacutegicos da fotossiacutentese eacute uma organela inclusa no citoplasma celular denominada
de cloroplasto Dentro do cloroplasto estatildeo os compostos responsaacuteveis pela absorccedilatildeo da
energia radiante e a posterior transformaccedilatildeo em energia quiacutemica Os compostos que recebem
essas radiaccedilotildees satildeo as clorofilas a e b carotenoacuteides e ficobilinas A posterior reduccedilatildeo o CO2 ao
niacutevel de carboidratos eacute efetuada por um equipamento enzimaacutetico aiacute presente Esses pigmentos
ocorrem na forma de lipoproteiacutenas dentro dos cloroplastos Os cloroplastos se apresentam de
forma elipsoidal com 3-5 de comprimento por 2 de espessura cujo nuacutemero varia nas algas
A estrutura dos cloroplastos revelada pela microscopia eletrocircnica se mostrou altamente
organizada uma membrana dupla isola a organela do citoplasma Inclusa numa matriz
denominada de estroma estatildeo corpos em forma de disco (tilacoacuteides) dispostos em camadas e
que se chama de grana O tilacoacuteide eacute a unidade fotossinteacutetica formada de camadas alternadas
de proteiacutenas (enzimas) e lipiacutedios (pigmentos e fosfolipiacutedios)
Pesquisa-se constantemente os passos bioquiacutemicos da fotossiacutentese e ainda pouco se sabe o
fenocircmeno da conversatildeo quacircntica ou seja como a energia luminosa eacute transformada em energia
quiacutemica
As clorofilas ldquoardquo e ldquobrdquo logo se apresentaram como sendo pigmentos muito relacionados com a
fotossiacutentese quando se estudou os seus espectros de absorccedilatildeo e a eficiecircncia fotossinteacutetica para
os diversos comprimentos de onda
130
O fato existir fotossinteacutetica em comprimento de onda que natildeo satildeo absorvidos pelas clorofilas
(500 a 600nm) levou-se a acreditar que outros pigmentos (carotenoacuteides e ficobilinas)
absorvessem essa luz e transferissem a energia para a moleacutecula de clorofila Salienta-se ainda
o fato de que os carotenoacuteides evitam a fotoxidaccedilatildeo da clorofila Os carotenoacuteides apresentam
pico de absorccedilatildeo em 430nm enquanto a ficobilina azul os apresentam em 560e 570nm e
660nm A ficobilina vermelha exibe picos de absorccedilatildeo em 500 e 570nm
3 UTILIZACcedilAtildeO DA AacuteGUA NA FOTOSSIacuteNTESE
Segundo a reaccedilatildeo anterior a aacutegua eacute o agente que eacute oxidado a O2 O estudo com
microorganismo fotossintetizadores (bacteacuterias) fornecem dados para se poder especular a
respeito do papel da aacutegua na fotossiacutentese
Em sulfobacteacuteias a reaccedilatildeo pode ser assim representada
Van Niel observou a analogia dessa reaccedilatildeo com aquela das plantas verdes e escreveu uma
equaccedilatildeo geral da fotossiacutentese
No caso especiacutefico das plantas verdes notamos que haacute necessidade da cisatildeo da moleacutecula de
H2O como primeiro passo para a reduccedilatildeo do CO2 havendo pois evoluccedilatildeo de O2 e que
segundo Van Niel este seria provenientes da aacutegua Tal afirmativa foi comprovada com o uso
de H2O18
e a reaccedilatildeo correta seria
No processo da fotossiacutentese a aacutegua seria sintetizada e consumida
4 REACcedilAtildeO DE HILL
Em 1937 Hill na Inglaterra estudou as reaccedilotildees da fotossiacutentese trabalhando com cloroplastos
isolados de espinafre acreditando conseguir melhores resultados Natildeo conseguiu o seu intento
em promover a reduccedilatildeo do CO2 ao niacutevel de carboidratos mas conseguiu promover a fotoacutelise
da H2O na presenccedila de outro agente oxidante o ferrioxalato de K
Observou-se ainda que a evoluccedilatildeo de O2 se processava segundo uma estequiometria em
relaccedilatildeo ao agente oxidante adicionado
131
Posteriormente foram identificados substitutos do ferrioxalato benzoquinona 26-
diclorofenolindofenol etc Essas reaccedilotildees foram muito criticadas na eacutepoca pelo fato de tais
compostos natildeo serem de ocorrecircncia natural na ceacutelula natildeo tendo importacircncia fisioloacutegica ou
bioquiacutemica
Mas em 1952 nos EUA foi observado que TPN+ (NADP+) podia ser facilmente reduzido na
presenccedila de luz e cloroplastos de espinafre Tal fato se revestiu de particular interesse pois que
jaacute era conhecida a capacidade do TPNH em promover a reduccedilatildeo de uma seacuterie de substrato
orgacircnico
Um dos enigmas da fotossiacutentese havia sido descoberto a fotoreduccedilatildeo do TPN+
Faltava apenas o que em 1954 na Califoacuternia foi conseguido por ARNON a reduccedilatildeo do CO2 a
carboidrato pela accedilatildeo da luz com cloroplastos intactos sem exigir outros componentes
celulares O CO2 foi reduzido enquanto houve oxidaccedilatildeo da aacutegua
Neste trabalho ARNON demonstrou uma segunda funccedilatildeo do cloroplastos produzir ATP a
partir de ADP + Pi com auxilio da luz
O processo foi chamado de fotofosforilaccedilatildeo
Ainda mais iluminado-se cloroplastos em presenccedila de ADP Pi e TPN+ e na ausecircncia de CO2
acumulavam-se ATP e NADPH Esse material quando em presenccedila de CO2 promovia a
reduccedilatildeo do mesmo ao niacutevel de carboidrato mesmo na obscuridade Separam-se entatildeo duas
reaccedilotildees ldquoreaccedilatildeo luminosardquo e ldquoreaccedilatildeo no escurordquo
5 CICLO DE CALVIN
O ciclo de reduccedilatildeo do CO2 foi estabelecido por Calvin e seus colaboradores quando buscavam
as respostas para as seguintes perguntas qual o primeiro composto orgacircnico formado pela
fixaccedilatildeo ou reduccedilatildeo do CO2 durante a fotossiacutentese Como seria bioquimicamente essa
fixaccedilatildeo Calvin utilizou o 14
CO2 algas chlorella e teacutecnicas cromatograacuteficas para identificar o
primeiro composto formado na fotossiacutentese A consideraccedilatildeo baacutesica era que
Apoacutes exposiccedilatildeo ao 14CO2 durante 30 segundos apareceram marcados diversos aminoaacutecidos
aacutecidos orgacircnicos e accedilucares
Depois de 7 segundos de exposiccedilatildeo 12 compostos radioativos entre eles hexose trioses e
tetroses
132
Depois de 5 segundos o aacutecido 3-fosfogliceacuterico retinha a maior atividade especifica e a
radioatividade estava no carbono da carboxila
Acredita-se de iniacutecio que o composto que recebia o CO2 seria uma moleacutecula com 2 aacutetomos de
carbono mas a busca foi infrutiacutefera Segundo uma teacutecnica de interrupccedilatildeo brusca no
fornecimento de CO2 observou-se o acuacutemulo de Ribulose ndash15-difosfato o aceptor de CO2
Posteriormente a enzima carboxidismutase foi identificada Ao mesmo tempo os estudos dos
compostos radioativos suas atividades especiacuteficas e a posiccedilatildeo do 14
C na moleacutecula permitiram
a calvin estabelecer o caminho do carbono na fotossiacutentese
6 VIA C-4 DOS AacuteCIDOS DICARBOXIacuteLICOS
Jaacute era conhecido haacute mais de quinze anos que algumas gramiacuteneas tropicais e outras espeacutecies
de plantas adaptas ao clima aacuterido se distinguiam pela alta taxa de fotossiacutentese baixa perda de
CO2 na luz (fotorrespiraccedilatildeo) anatomia foliar caracteriacutestica e baixo consumo de aacutegua por
unidade de mateacuteria seca produzida Todas estas caracteriacutesticas identificadas isolada e
independentemente tecircm conexatildeo como processo de fixaccedilatildeo do CO2 que ocorre em vaacuterios
grupos de plantas que realizam a fotossiacutentese atraveacutes do ciclo ldquoC-4rdquo Esta fixaccedilatildeo do CO2
diferente daquela proposta pelo ciclo de calvin jaacute tinha sido identificada em milho e canandashde-
accediluacutecar atraveacutes de experimentos com14
CO2 e subsequumlente identificaccedilatildeo dos produtos
radioativos formados Os resultados mostravam que um composto com 4 aacutetomos de carbono
aparecia como primeira substacircncia marcada diferente do 3-PGA como as plantas ldquoC-3rdquo
Folhas de cana-de-accediluacutecar apoacutes 1 segundo de exposiccedilatildeo ao 14
CO2 apresentavam 80 da
radioatividade nos aacutecidos oxaloaceacutetico maacutelico aspaacutertico O mesmo era observado com milho
sorgo e outras plantas com elevada capacidade fotossinteacutetica ou de produccedilatildeo de massa verde
Em tais plantas observa-se um alto valor de Km para o CO2 frente aacute carboxi-dismutase
(Ribulose-15-difosfato carboxilase)
Foram Kortschak e colaboradores em 1965 que mostravam de maneira convincente que o
primeiro composto acumulado durante a fotossiacutentese de cana-de-accediluacutecar era o malato Hatch e
Slack durante 1966 a 1970 completaram os estudos e estabeleceram as bases para o
conhecimento do ciclo ldquoC-4rdquo embora muitas adiccedilotildees tenham sido feitas mais recentemente
133
Uma caracteriacutestica anatocircmica associada ao processo de fixaccedilatildeo do CO2 pelas folhas das
plantas ldquoC-4rdquo refere-se agrave presenccedila de um anel de ceacutelulas que circundam os feixes vasculares a
bainha vascular
A assimilaccedilatildeo do CO2 da atmosfera ocorre nas ceacutelulas do mesoacutefilo sendo incorporado na
moleacutecula do aacutecido fosfoenolpiruacutevico (PEP) produzindo aacutecido oxaloaceacutetico (AOA) e em
seguida malato ou aspartato dependendo do tipo de planta considerada O malato ou aspartato
eacute transportado para a bainha vascular onde eacute descarboxilado sendo o CO2 produzindo na
reaccedilatildeo imediatamente fixado atraveacutes do ciclo de calvin
As reaccedilotildees iniciais da fixaccedilatildeo do CO2 satildeo as seguintes
7 METABOLISMO AacuteCIDO DAS CRASSULAacuteCEAS (CAM)
Vaacuterias espeacutecies de plantas que habitam em ambientes aacuteridos e quentes apresentam um sistema
de fixaccedilatildeo do CO2 especializado destinado principalmente a manter um balanccedilo positivo de
carbono nos tecidos ao mesmo tempo que desenvolvem um eficiente mecanismo de economia
de aacutegua Estas espeacutecies satildeo geralmente suculentas e englobam os membros da famiacutelia das
crassulaacuteceas Entretanto vaacuterios outros grupos de plantas exibem comportamento fisioloacutegico
semelhante ao das crassulaacuteceas (cactos abacaxi orquiacutedeas) caracterizado por uma produccedilatildeo
ciacuteclica diaacuteria de aacutecidos orgacircnicos daiacute a denominaccedilatildeo de metabolismo aacutecido das crassulaacuteceas
(CAM) As plantas que assimilam o gaacutes carbocircnico atraveacutes do sistema CAM devido aacutes
restriccedilotildees na disponibilidade de aacutegua e grande pressatildeo ambiental que resulta em elevada
transpiraccedilatildeo fecham os estocircmatos durante o dia a fim de manter a hidrataccedilatildeo dos tecidos Aacute
noite os estocircmatos se abrem e permitem a entrada do CO2 que eacute assimilado atraveacutes da reaccedilatildeo
catalisada pela enzima PEP-carboxilase
134
O oxaloacetato produzido eacute transformaccedilatildeo em malato pela NADH-malato desidrogenase e se
acumula No periacuteodo seguinte de iluminaccedilatildeo o malato eacute descarboxilado na reaccedilatildeo catalisada
pela enzima do aacutecido maacutelico-NADP (em algumas espeacutecies pela PEP-carboxiquinase) sendo
que o piruvato formado reage com ATP e regenera o PEP na reaccedilatildeo da piruvato-diquinase O
CO2 liberado no processo eacute captado pela RuDP-carboxilase e pela operaccedilatildeo do ciclo de
calvin resulta na produccedilatildeo de amido Estas reaccedilotildees que ocorrem durante o dia satildeo restritas
aos cloroplastos enquanto o sistema que opera durante a noite ocorre no citoplasma O amido
que se acumula durante o dia eacute degradado na noite seguinte formando hexose-fosfato que satildeo
oxidadas nas reaccedilotildees glicoliacuteticas que resultam em aacutecido fosfoenolpiruacutevato (PEP)
O caraacuteter adaptativo da plantas CAM eacute altamente evoluiacutedo e permite sua sobrevivecircncia em
condiccedilotildees extremas de ambiente O fechamento dos estocircmatos durante o dia resulta em um
aumento da temperatura das folhas que pode atingir ateacute 50C Entretanto a temperatura
oacutetima para a atividade da enzima de descarboxilaccedilatildeo (enzima do aacutecido maacutelico) e tambeacutem
bastante alta permitindo que a liberaccedilatildeo interna do CO2 ocorra normalmente Em condiccedilotildees
climaacuteticas mais amenas com boa disponibilidade de aacutegua as plantas CAM comportam-se de
maneira semelhante aacutes espeacutecies de fotossiacutentese ldquoC-3rdquo e o CO2 eacute fixado durante o dia pelo
ciclo de calvin
8 FOTORRESPIRACcedilAtildeO
Umas das caracteriacutesticas fisioloacutegicas mais importantes que diferenciam as plantas ldquoC-4rdquo das
ldquoC-3rdquo eacute a ocorrecircncia de perdas de carbono pelas folhas simultaneamente com o processo de
absorccedilatildeo de gaacutes carbocircnico pela fotossiacutentese Este fenocircmeno de liberaccedilatildeo de CO2 na luz
funcional e metabolicamente ligado aacute fotossiacutentese eacute denominado fotorrespiraccedilatildeo O termo
fotorrespiraccedilatildeo inicialmente empregado por Decker no final da deacutecada de 50 significa que os
tecidos fotossintetizantes liberam CO2 com maior intensidade na luz do que na obscuridade
considerando que o processo da respiraccedilatildeo (glicoacutelise ciclo de Krebs e transporte eletrocircnico no
mitococircndrio) ocorre continuamente tanto no periacuteodo iluminado como no escuro
Uma das diferenccedilas baacutesicas entre o fenocircmeno de fotorrespiraccedilatildeo e respiraccedilatildeo refere-se ao
efeito do O2 sobre os dois sistemas A fotorrespiraccedilatildeo eacute aumentada com o aumento da
concentraccedilatildeo de oxigecircnio no meio a partir de 1-2 Em contraste a respiraccedilatildeo satura quando
o O2 atinge aproximadamente 2 e natildeo haacute e nenhum efeito da elevaccedilatildeo do conteuacutedo de
oxigecircnio ateacute aproximadamente 21 Esta influecircncia do oxigecircnio sobre a fotorrespiraccedilatildeo esta
intimamente associada com o efeito do oxigecircnio sobre a fotossiacutentese Jaacute em 1929 Warburg
descreveu uma diminuiccedilatildeo da fotossiacutentese com o aumento da concentraccedilatildeo de O2 Esta
inibiccedilatildeo denominada efeito de Warburg podia ser removida pelo aumento da concentratildeo de
CO2 sugerindo processos competitivos Mas foi com a interpretaccedilatildeo dada por Decker e Tio
(1959) na tentativa de explicar o brusco aumento da liberaccedilatildeo de CO2 que ocorre
imediatamente apoacutes a interrupccedilatildeo da iluminaccedilatildeo que os estudos do mecanismo da
fotorrespiraccedilatildeo foram intensificados Folhas iluminadas em condiccedilotildees de equiliacutebrio no que se
refere aacutes trocas de CO2 com o ambiente (ponto de compensaccedilatildeo de CO2) liberam alta
quantidade de gaacutes carbocircnico nos primeiros minutos que seguem ao iniacutecio do periacuteodo de
escuro Este ldquoaumento poacutes-iluminaccedilatildeordquo da liberaccedilatildeo de CO2 parecia significar que algum
composto sintetizado na luz se armazenaria e sua utilizaccedilatildeo continuaria a ocorrer no escuro
enquanto houvesse disponibilidade de substrato para o processo
135
A associaccedilatildeo entre fotossiacutentese e a fotorrespiraccedilatildeo foi definitivamente esclarecida com a
descriccedilatildeo do processo de oxidaccedilatildeo da ribulose difosfato atraveacutes da enzima RuDP-
carboxilaseoxigenase Em condiccedilotildees normais (003 CO2 21 O2) a enzima apresenta duas
atividades carboxilase e oxigenase A relaccedilatildeo entre as duas atividades eacute de aproximadamente
7030 dependendo da idade da folha condiccedilotildees climaacuteticas espeacutecies de planta etc Desta
competiccedilatildeo decorre uma diminuiccedilatildeo da assimilaccedilatildeo liacutequida do CO2 o que normalmente
resulta em um decreacutescimo da produtividade da planta
O processo de fotorrespiraccedilatildeo se inicia com a produccedilatildeo do aacutecido glicoacutelico a partir da queda da
moleacutecula de RuDP pela accedilatildeo do O2 sobre a enzima RuDP-carboxilase
O aacutecido fosfoglicoacutelico eacute transformado em aacutecido glicoacutelico atraveacutes da reaccedilatildeo catalisada pela
fosfatase e se configura com o principal substrato para a fotorrespiraccedilatildeo O metabolismo do
aacutecido glicoacutelico se daacute nos peroxissomos que satildeo organelas celulares presentes em todas as
ceacutelulas verdes em geral localizados proacuteximos dos cloroplastos frequumlentemente com os
envelopes externos justapostos a estes
Nos peroxissomos o aacutecido glicoacutelico eacute oxidado a aacutecido glioxiacutelico e em seguida eacute produzida a
glicina
A glicina formada no peroxissomo eacute transferida para o mitococircndrio onde se acumula e produz
serina Neste processo a condensaccedilatildeo de duas moleacuteculas de glicina resulta na formaccedilatildeo de
serina com a liberaccedilatildeo de CO2
O gaacutes carbocircnico formado eacute transportado para o meio externo constituindo-se em fonte de
perda de carbono pela fotorrespiraccedilatildeo
A serina volta ao peroxissomo eacute transformada em aacutecido hidroxipiruacutevico e em seguida em
aacutecido gliceacuterico
136
Com a transferecircncia do aacutecido gliceacuterico para o cloroplasto ocorre a produccedilatildeo de aacutecido
fosfogliceacuterico que em seguida eacute incorporado no ciclo de calvin
9 FISIOLOGIA COMPARA DAS PLANTAS ldquoC-3rdquo e ldquoC-4rdquo
Interna atividade de pesquisa desenvolvida nos uacuteltimos quinze anos mostrou que a atividade
fotossinteacutetica dos vaacuterios grupos de plantas difere em funccedilatildeo de caracteriacutestica especiacuteficas do
ponto de vista fisioloacutegico anatocircmico e bioquiacutemico
Um dos paracircmetros mais importantes na diferenciaccedilatildeo das plantas ldquoC-4rdquo das ldquoC-3rdquo refere-se aacute
capacidade dos tecidos das espeacutecies ldquoC-4 de concentrarem o CO2 atmosfeacuterico nos siacutetios de
produccedilatildeo de carboidratos ou seja nas ceacutelulas da bainha vascular Sabe-se que ambas as
plantas ldquoC-4rdquo e ldquoC-3rdquo apresentam o processo de fotorrespiraccedilatildeo ativo se bem com
intensidades diferentes mas as primeiras tecircm a capacidade de capturar o CO2 no seu caminho
em direccedilatildeo aacute atmosfera externa pela reaccedilatildeo da PEP-carboxilase que mostra grande afinidade
com o gaacutes carbocircnico (baixo valor do Km) Desta maneira as plantas ldquoC-4rdquo natildeo perdem CO2
para a atmosfera e o sistema de descarboxilaccedilatildeo do malato ou oxaloacetato que ocorre na
bainha vascular quantidade de gaacutes carbocircnico disponiacutevel no sitio da enzima RuDP-carboxilase
que funciona em concentraccedilatildeo de CO2 de 60 M ou mais (Hatch1976) Nestas condiccedilotildees a
RuDP-carboxilase apresenta maacutexima velocidade de reaccedilatildeo pois encontra-se em saturaccedilatildeo de
substrato considerando em Km de 20 microM (Hatch 1976)
A caracteriacutestica anatocircmica das plantas ldquoC-4rdquo representada pela siacutendrome de Kranz propicia
que os produtos da assimilaccedilatildeo do carbono principalmente os carboidratos aminoaacutecidos e
aacutecidos orgacircnicos sejam facilmente transferidos para o sistema vascular (floema) e
translocados para outras partes da planta com menor gasto de energia metaboacutelica
De maneira geral as plantas ldquoC-4rdquo apresentam elevada resistecircncia dos estocircmatos ao fluxo de
CO2 e de vapor d‟aacutegua que ocorre entre a folha e a atmosfera externa Entretanto devido aacute
grande afinidade da enzima PEP-carboxilase com o seu substrato o gaacutes carbocircnico as ceacutelulas
tecircm capacidade de assimilar o CO2
com bastante eficiecircncia ao mesmo tempo que restringem a perda de aacutegua atraveacutes da
transpiraccedilatildeo Assim as plantas ldquoC-4rdquo chegam a apresentar 50 mais eficiecircncia na utilizaccedilatildeo
da aacutegua para a produccedilatildeo de mateacuteria seca do que as plantas ldquoC-3rdquo
Outra importante caracteriacutestica fisioloacutegica que diferencia as plantas ldquoC-3rdquo e ldquoC-4rdquo refere-se aacute
eficiecircncia de utilizaccedilatildeo do nitrogecircnio nos processos de assimilaccedilatildeo Recentemente Black e
colaboradores (1977) demonstraram que as plantas ldquoC-4rdquo em comparaccedilatildeo com as ldquoC-3rdquo
produzem duas vezes mais mateacuteria seca por unidade de nitrogecircnio A localizaccedilatildeo da RuDP-
carboxilase quase que exclusivamente nas ceacutelulas de bainha vascular faz com que as
espeacutecies ldquoC-4rdquo utilizem de 10 a 25 da proteiacutena soluacutevel das folhas para a produccedilatildeo da
enzima enquanto as plantas ldquoC-3rdquo investem de 40 a 50 no mesmo processo Desta maneira
as plantas ldquoC-4rdquo tem a capacidade de sobreviver e produzir satisfatoriamente em solos pobres
em nitrogecircnio Estas plantas no qual os componentes satildeo separados temporal e espacialmente
Assim as enzimas que catalisam as reaccedilotildees de reduccedilatildeo do nitrato nas folhas especificamente
redutase de nitrato redutase de nitrato e glutamato desidrogenase localizam-se nas ceacutelulas do
mesoacutefilo como o sistema de assimilaccedilatildeo do nitrato requer aleacutem de esqueletos de carbono
(Magalhatildees 1978) alta quantidade de energia (ATP) e de compostos redutores (ferredoxina
NADPH) que tambeacutem satildeo necessaacuterios para o processo de assimilaccedilatildeo do CO2 eacute altamente
desejaacutevel que os dois sistemas (fixaccedilatildeo de CO2 e reduccedilatildeo de nitrato) estejam localizados em
137
compartimentos distintos como ocorre nas folhas das plantas ldquoC-4rdquo A competiccedilatildeo que se
estabelece entre os dois processos nas ceacutelulas das plantas ldquoC-3rdquo eacute parcialmente responsaacutevel
pela menor eficiecircncia de utilizaccedilatildeo do nitrogecircnio nestas plantas comparativamente com as
plantas ldquoC-4rdquo
Como decorrecircncia da economia de CO2 que eacute feita pelas espeacutecies ldquoC-4rdquo que natildeo perdem gaacutes
carbocircnico pela fotorrespiraccedilatildeo aquelas plantas apresentam ponto de compensaccedilatildeo ao redor de
5-10 ppm de CO2 enquanto as ldquoC-3rdquo mostram ponto de compensaccedilatildeo de 50 a 150 ppm de
CO2 Em funccedilatildeo das respostas das vaacuterias espeacutecies com relaccedilatildeo aacute concentraccedilatildeo do gaacutes
carbocircnico da atmosfera as plantas ldquoC-4rdquo tecircm maior capacidade de enfrentar a competiccedilatildeo que
se estabelece em comunidades vegetais muito densas nas quais poderaacute ocorrer limitaccedilatildeo de
CO2 para a fotossiacutentese
Estudos iniciais do ciclo ldquoC-4rdquo mostraram que a ocorrecircncia daquele processo prevalecia nas
plantas aclimatadas a ambiente tropical ou seja adaptadas aacute temperatura elevada e alta
intensidade luminosa Investigaccedilotildees mais recentes mostraram que vaacuterias espeacutecies ldquoC-3rdquo como
girassol mandioca e Camissonia que ocorrem em climas quentes e muito iluminados fazem
fotossiacutentese eficientemente em condiccedilotildees de stress (Mooney et al 1976)
Em geral as plantas ldquoC-4rdquo fazem fotossiacutentese tanto mais eficientemente quanto mais elevada
for a intensidade luminosa sem portanto apresentar uma saturaccedilatildeo na assimilaccedilatildeo do CO2
como ocorre nas plantas ldquoC-3rdquo em condiccedilotildees de iluminaccedilatildeo relativamente baixa (13 da
intensidade luminosa maacutexima)
Associada com a resposta aacute iluminaccedilatildeo as plantas ldquoC-4rdquo apresentam temperatura oacutetima para a
fotossiacutentese mais elevada do que as espeacutecies bdquoC-3rdquo Em soja (ldquoC-3rdquo) a fotossiacutentese liacutequida
decresce rapidamente com o aumento da temperatura elevada entre 30 e 40degC natildeo se mostra
inibitoacuteria para a assimilaccedilatildeo do CO2
138
CICLO DO NITROGEcircNIO
1 INTRODUCcedilAtildeO
Sob o aspecto agronocircmico ecoloacutegico e bioloacutegico em geral o CICLO DO NITROGEcircNIO eacute tatildeo
importante quanto o processo fotossinteacutetico Tal Ciclo vem a ser uma relaccedilatildeo de dependecircncia
entre todos os compostos nitrogenados quer orgacircnicos 9como aqueles encontrados na ceacutelula
viva aminoaacutecidos proteiacutenas aacutecidos nucleacuteicos alcaloacuteides vitaminas etc) todos eles
participantes deste fundamental processo que ocorre na biosfera
Na atmosfera se encontra a quase totalidade do nitrogecircnio na forma molecular (N2)
representando 78 das moleacuteculas aiacute existentes constituindo-se num reservatoacuterio praticamente
inesgotaacutevel de nitrogecircnio expotildee um berrante contraste com a carecircncia de proteiacutena para
humanos e animais bem como pela falta de nitrogecircnio em muitos solos cultivados
A quantidade de nitrogecircnio existentes nos solos eacute pequena com predominacircncia da forma
niacutetrica (NO3-) sobre a amoniacal (NH3) Nas rochas sedimentares o iacuteon amocircnio (NH4
+) pode
estar preso aacute rede cristalinas dos minerais silicatados e nas rochas iacutegneas o nitrogecircnio eacute mais
escasso ainda Por essa razatildeo ateacute a primeira metade do seacuteculoXIX acreditava-se que o ar
atmosfeacuterico contivesse amocircnia (NH3) em quantidade suficiente para atender as exigecircncias dos
vegetais De fato Liebig famoso quiacutemico alematildeo convenceu os demais cientistas da eacutepoca
de que a atmosfera era a principal fonte de nitrogecircnio para as plantas visto que plantas
deficientes em nitrogecircnio (cujas folhas se tornam amareladas) se tornavam de coloraccedilatildeo verde
escura saudaacutevel quando expostas em ambiente com pequena quantidade de NH3 na atmosfera
Ensaios cuidadosamente conduzidos tem demonstrados que a atmosfera realmente contribui
com algumas formas nitrogenadas Assim a quantidade de nitrogecircnio eacute proporcional aacute queda
pluviomeacutetrica Enquanto que o nitrato (NO3-) eacute formado pelas descartas eleacutetricas na atmosfera
a amocircnia (NH3) pode advir da atividade vulcacircnica queima de carvatildeo e outros materiais
orgacircnicos em fabricas bem como pelo fogo em florestas e pastagens
Traccedilos de nitrogecircnio podem tambeacutem ser carregadas do litoral para o interior devido aacute
atomizaccedilatildeo das aacuteguas oceacircnicas e subsequumlente arraste pelos ventos Mas enquanto o cloro
pode ser transportado centenas de quilocircmetros terra adentro o oceano natildeo parece ser
importante fonte de nitrogecircnio para as culturas Isto pelo fato da maior parte do nitrogecircnio do
placircncton estar na forma assimilada (orgacircnica) e predominante nas regiotildees mais profundas
O nitrogecircnio eacute encontrado em formas quiacutemicas com grande variabilidade no nuacutemero de
oxidaccedilatildeo
139
Como se vecirc o nitrogecircnio vem a se apresentar desde um estado altamente oxidado (NO-3) ateacute
um estado altamente reduzido (NH3)
2 FIXACcedilAtildeO DO NITROGEcircNIO
A fixaccedilatildeo do nitrogecircnio vem a ser a conversatildeo do nitrogecircnio molecular (N2) em qualquer uma
das formas anteriormente citadas A caracteriacutestica do processo eacute a separaccedilatildeo dos dois aacutetomos
da moleacutecula N2 mantidos por uma triacuteplice ligaccedilatildeo envolvendo 3 parte de eleacutetrons A
moleacutecula eacute bastante estaacutevel havendo necessidade de 24000 calmol para transformar N2 em
amocircnia
A fixaccedilatildeo do nitrogecircnio pode ser efetuada por vaacuterios processos
21 Fixaccedilatildeo Natildeo-Bioloacutegica eacute aquela efetuada sem o concurso dos organismos vivos
podendo ser conduzida por um processo industrial ou por um processo natural
211 Processo Industrial Tal processo tambeacutem denominado de processo Haber foi
desenvolvido na Alemanha durante a Primeira Guerra Mundial com o propoacutesito de
se obter explosivos
Atualmente esse processo estaacute acoplado aacutes refinarias de petroacuteleo para a produccedilatildeo de
fertilizantes nitrogenados
212 Processo Natural Durante as tempestades aacutes descargas eleacutetricas na atmosfera
por intermeacutedio das radiaccedilotildees ultra-violetas excitam o O2 e N2 que reagem
produzindo oacutexidos de nitrogecircnio (NO NO2 e outros) os quais hidratados datildeo
origem a nitrato e nitrato que se precipitam juntamente com a chuva
22 Fixaccedilatildeo Bioloacutegica Neste caso o processo eacute conduxido por diversos organismos tanto
de vida livre como em associaccedilotildees com outros organismos podendo portanto ser natildeo-
simbioacutetica e simbioacutetica respectivamente Neste processo o nitrogecircnio molecular (N2)
eacute reduzido a amocircnia (NH3)
A fixaccedilatildeo bioloacutegica natildeo simboacutetica pode ser processada por organismos autoacutetrofos
(Rnhodospirillum rubrum) ou heteroacutetrofos (Clostridium e Azotobacter)
A fixaccedilatildeo bioloacutegica simbioacutetica eacute encontrada em algumas associaccedilotildees como os liquens onde
ocorrem algas (do gecircnero Nostoc) e fungoa Do ponto de vista agronocircmico associaccedilatildeo entre o
Rhizobium e leguminosas eacute particularmente interessante embora outras associaccedilotildees entre
140
espeacutecies natildeo leguminosas tambeacutem podem fixar o nitrogecircnio entre elas gramiacuteneas como a
cana-de-accedilucar
Haacute duas deacutecadas foi estimada uma remoccedilatildeo de nitrogecircnio dos solos dos Estados Unidos
(pelas colheitas e lixiviaccedilatildeo) de 25 milhotildees de toneladas de N por ano Trecircs milhotildees de
toneladas de N por ano seriam adicionada na forma de fertilizantes Igual quantidade teria sido
resposta pelas chuvas A fixaccedilatildeo bioloacutegica depositaria 10 milhotildees de toneladas anuais
Clostridium e Azotobacter sendo heteroacutetrofos necessitam de uma fonte de carbono reduzido
(carboidrato geralmente) o qual quando oxidado forneceria hidrogecircnios iocircnicos (H+) e
eleacutetrons para a reduccedilatildeo do N2 a NH3 Jaacute a bacteacuteria Rhodospirillum rubrum utiliza a energia
radiante para a liberaccedilatildeo de eleacutetrons que seratildeo utilizados na reduccedilatildeo do N2 a NH3
As algas verdes-azuis (Nostoc) vivendo assimbioacuteticamente constituem-se no principal
fornecedor de N para os campos irrigados de arroz na Asia Geralmente satildeo organismos de
vida livre mas podem se associar a certos fungos formando liacutequens Eacute provaacutevel que nessas
algas os pigmentos fotossinteacuteticos captam a energia luminosa para a fotoacutelise da aacutegua cujos
eleacutetrons removidos satildeo utilizados para reduzir tanto o CO2 como o N2
O Rhizobium infecta as raiacutezes das leguminosas formando uma estrutura globular o noacutedulo A
leguminosa fornece carboidratos que seratildeo oxidados pelo microorganismo e os eleacutetrons
restantes seratildeo utilizados para reduccedilatildeo do N2 a NH3 O mecanismo de fixaccedilatildeo a despeito de
sua importacircncia ainda natildeo eacute bem compreendido havendo necessidade de leg-hemoglobina
(proteiacutena que conteacutem Feacute) molibdecircnio (como cofator) cobalto (constituinte da vitamina B12
envolvida na siacutentese de leg-hemoglobina) aleacutem de logicamente uma fonte de carbono
biologicamente oxidaacutevel
Estudos co N2 enriquecido com o isoacutetopo N15 demonstraram que o primeiro composto
formando foi a amocircnia (NH3) e que o aacutecido glutacircmico era o primeiro composto orgacircnico e se
apresenta com o referido isoacutetopo
A amocircnia (NH3) formada natildeo se acumula no organismo fixador mas sim eacute utilizada nas
siacutenteses de proteiacutenas aacutecidos nucleacuteicos etc O excesso de NH3 fixada eacute excretada no meio
raiacutezes de leguminosas excretam NH3 aminoaacutecidos e peptiacutedios Tais plantas sintetizam
tambeacutem grande quantidade de glutamina e asparagina muito possivelmente como reserva de
nitrogecircnio
Quando os organismos fixadores morrem suas proteiacutenas satildeo hidrolisadas e os aminoaacutecidos
resultantes satildeo degradados pela accedilatildeo das aminoaacutecido-oxidases transaminases e desidrogenase
da microflora existentes no solo liberando NH3 no mesmo Assim a fertilidade do solo eacute
construiacuteda pela aquisiccedilatildeo de NH3 diretamente dos organismos fixadores e indiretamente apoacutes
o aacutetomo de N pertencer aos aminoaacutecidos e proteiacutenas dos organismos natildeo fixadores
3 NITRIFICACcedilAtildeO
141
Embora a amocircnia seja a forma na qual o nitrogecircnio eacute adicionado no solo o teor da mesma eacute
baixo Isto porque ela eacute rapidamente transformada em nitrato (NO-3) sendo esta a principal
fonte de nitrogecircnio para os organismos natildeo fixadores
Essa oxidaccedilatildeo da amocircnia ateacute nitrato eacute efetuada por dois tipos de bacteacuterias denominadas de
bacteacuterias nitrificantes
a Bacteacuterias do gecircnero Nitrosomonas que transformam amocircnia em nitrito (NO-2)
segundo a equaccedilatildeo
b Bacteacuterias do gecircnero Nitrobacter que transformam o nitrito em nitrato (NO-3)
Esses organismos satildeo autoacutetrofos mais precisamente quimioautoacutetrofos reduzindo o CO2 ao
niacutevel de carboidrato com a energia obtida nessas reaccedilotildees de oxidaccedilatildeo
4 REDUCcedilAtildeO DO NITRATO
Como o nitrato eacute geralmente a forma nitrogenada mais abundante as plantas eacute demais
organismos desenvolveram a habilidade de aproveitar esse acircnion como fonte de nitrogecircnio
para o seu desenvolvimento
Entretanto o nitrogecircnio constituinte dos diversos compostos orgacircnicos se apresenta em niacutevel
bastante reduzido e logicamente uma primeira etapa na utilizaccedilatildeo do nitrato seria a sua
transformaccedilatildeo em amocircnia
A transformaccedilatildeo do nitrato em amocircnia um processo redutivo portanto eacute efetuada por um
equipamento enzimaacutetico com necessidades de NADH como coenzimas e de ferro em
molibidecircnio como metais ativadores
A redutase de nitrato eacute uma flavoproteiacutena que exige molibdecircnio como iocircnio ativador A sua
atividade eacute influenciada pela intensidade luminosa Em condiccedilotildees de baixa luminosidade haacute
baixa atividade enzimaacutetica e consequumlente acuacutemulo de nitrato nos tecidos vegetais
A redutase de nitrito eacute bastante ativa em condiccedilotildees de aerobiose natildeo permitindo acuacutemulo de
nitrito (altamente toacutexico) durante a reduccedilatildeo do nitrato A redutase de nitrito geralmente
presente em maior quantidade que a redutase de nitrito eacute uma ferroporfirina cujo
agrupamento siro-heme eacute capaz de transferir 6 eleacutetrons permitindo a reduccedilatildeo do nitrito (NO-
2) ateacute amocircnia (NH3) sem nenhum intermediaacuterio
Para a reduccedilatildeo do nitrito a amocircnia o agente redutor (doador de eleacutetrons e H+) seria o NADPH
+ H+ o qual nos tecidos verdes seria formado na fase luminosa da fotossiacutentese enquanto que
nos tecidos aclorofilados (como raiacutezes) seria produzido pela vista pentose fosfato)
Existem razotildees ecoloacutegicas para a amocircnia do solo ser rapidamente transformada em nitrato
(nitrificaccedilatildeo) e este novamente reduzido aacute amocircnia antes do nitrogecircnio integrar as moleacuteculas
orgacircnicas Como amocircnia pode se perder por volatilizaccedilatildeo nos solos alcalinos r ainda pelo fato
142
da mesma ser muito mais toacutexica do que o nitrato natildeo podendo se acumular nos tecidos
vegetais percebe-se as vantagens dessas transformaccedilotildees anteriormente citadas Tanto assim
que em relaccedilatildeo aacute amocircnia o nitrato eacute a forma mais abundante tanto no solo quanto nos tecidos
vegetais
5 ASSIMILACcedilAtildeO DA AMOcircNIA
A amocircnia (NH3) eacute a forma utilizada na siacutentese dos diversos constituintes celulares
nitrogenados como proteiacutenas adidos nucleacuteicos aminoaacutecidos aminas vitaminas etc
A assimilaccedilatildeo da amocircnia ou seja a transformaccedilatildeo de uma forma nitrogenada orgacircnica
(composto aminado) eacute processada por umas poucas vias metaboacutelicas Tais vias denominadas
pelas enzimas responsaacuteveis e de grande significado na nutriccedilatildeo nitrogenada dos vegetais
seriam
51 Desidrogenase Glutacircmica Enzima largamente distribuiacuteda na natureza cataliza a
aminaccedilatildeo do -cetoglutarato
O aacutecido glutacircmico assim formado doa por reaccedilotildees de transaminaccedilatildeo o grupo amino (-NH2)
para a siacutentese de outros aminoaacutecidos
52 Sintetase de Glutamina
A glutamina pode dar o seu grupo amido para o aacutecido aspaacutertico se transformar em asparagina
aspartato + glutamina + ATP asparagina + glutamato + AMP + PPi
A glutamina e sparagina satildeo amidas armazenadoras de nitrogecircnio especialmente nas
leguminosas
A glutamina contribui com o nitrogecircnio amiacutedico para a siacutentese se outros compostos
nitrogenados como as bases puacuteblicas e pirimiacutedicas dos aacutecidos nucleacuteicos
53Carbamil-quiacutenase
143
O carbomil-fosfato doa o seu nitrogecircnio amiacutedico para a siacutentese das bases pirimiacutedicas
Igualmente o grupo carbamil eacute utilizado na formaccedilatildeo do aminoaacutecido citrulina e posteriormente
arginina
6 DESNITRIFICACcedilAtildeO
O nitrato no solo que natildeo eacute absorvido pelos vegetais eacute lixiviado e nas regiotildees mais profundas
do mesmo fora do alcance das raiacutezes eacute metabolizado em parte por bacteacuterias do gecircnero
Pseudomonas Essas bacteacuterias vivendo em condiccedilotildees de amaerobiose provem a chamada
ldquorespiraccedilatildeo do nitratordquo reduzindo-o a N2 que retorna aacute atmosfera
Ao que parece esses organismos utilizam o NO-3 como aceptor de H+ e eleacutetrons em suas
oxidaccedilotildees bioloacutegicas
7 O CICLO DO NITROGEcircNIO
As transformaccedilotildees anteriores estudadas isoladamente podem ser resumidas no quadro que se
segue obtendo-se assim uma visatildeo global dos processos envolvendo os compostos
nitrogenados
144
AacuteCIDOS NUCLEacuteICOS
1 INTRODUCcedilAtildeO
Os aacutecidos nucleacuteicos tornaram-se objetos de investigaccedilotildees cientiacuteficas assim foram
primeiramente isolados do nuacutecleo celular haacute quase 100 anos Assim como as proteiacutenas tais
compostos demonstraram elevado peso molecular estruturalmente definidos como
biopoliacutemeros em que a unidade repetitiva vem a ser o nucleotiacutedio
Os aacutecidos nucleacuteicos satildeo encontrados em todas as ceacutelulas vivas atribuindo-se aos mesmos as
importantes funccedilotildees de conter transmitir e traduzir as informaccedilotildees geneacuteticas de um
determinado organismo
Existem dois tipos de aacutecidos nucleacuteicos
b o aacutecido desoxi-ribonuclecircico (DNA) encontrado no nuacutecleo dos eucarioacuteticos (que
armazenam as informaccedilotildees geneacuteticas e se mostram integrando nucleoproteiacutenas que
constituem os cromossomos)
c o aacutecido ribonucleacuteicos (RNA) encontrado predominantemente no citoplasma celular
existem diferentes tipos de RNA (m-RNA ou RNA mensageiro s-RNA soluacutevel e r-
RNA ribossocircmico)
2 CONSTITUINTES DOS AacuteCIDOS NUCLEcircICOS
O estudo quiacutemico dos aacutecidos nucleacuteicos revelou que tais compostos satildeo macromoleacuteculas
estruturadas pela polimerizaccedilatildeo de unidades que se repetem unidades essas denominadas de
nucleotiacutedios
Os nucleotiacutedios por sua vez podem ser desdobrados em entidades mais simples uma base
nitrogenada um accediluacutecar (pentose) e um radical fosfoacuterico
As bases nitrogenadas satildeo divididas em dois grupos
21 Bases Puacutericas adenina e guanina
22 Bases Pirimiacutedicas uracila (encontrada apenas no RNA)
Timina (encontrada apenas no DNA)
Citosina
As pentoses podem ser a ribose (encontrada no RNA) ou a desoxi-ribose (encontrada no
DNA)
145
O radical fosfoacuterico eacute oriundo do aacutecido ortofosfoacuterico (H3PO4) que apresenta 3 hidrogecircnios
ionizaacuteveis com pk1=21 pk2=72 e pk3=127
0
ǁ
HO˿ P˿ OH
ǀ
OH
NUCLEOSIacuteDIO as bases nitrogenadas satildeo capazes de se ligar aacutes pentoses para
formar os nucleosiacutedios Tal ligaccedilatildeo semelhante aacute glicosiacutedica se forma mediante uma desidrataccedilatildeo entre o nitrogecircnio 9 das bases puacutericas ou o nitrogecircnio 1 das bases pirimiacutedicas com o carbono 1rsquo da pentose Se a pentose for a desoxi-ribose tem-se o desoxi-ribonucleosiacutedio NUCLEOTIacuteDIO satildeo obtidos quando o aacutecido ortofosfoacuterico esterifica a hidroxila de posiccedilatildeo 5rsquo da pentose de um nucleosiacutedio _____________________________________________nucleotiacutedio_____________ base nitrogenada nucleosiacutedio monofosfatado difosfatado trifosfatado_______ adenina (A) adenosina AMP ADP ATP guanina (G) guanosina GMP GDP GTP uracila (U) uridina UMP UDP UTP timina (T) timidina TMP TDP TTP citosina (C) citidina CMP CDP CTP
146
Quando a pentose for a desoxi-ribose teremos os respectivos desoxi-ribonucleotiacutedios desoxiadeadenosina monofosfato (dAMP) dADP dATP e assim por diante ateacute dCTP
AMP= adenosina monofosfato ADP= adenosinadifosfato e ATP= adenosina trifosfato
3 POLINUCLEOTIacuteDIOS
Quimicamente os aacutecidos nucleacuteicos satildeo polinucleotiacutedios ou seja estruturas formadas pela
uniatildeo de muitos nucleotiacutedios Esses nucleotiacutedios satildeo unidos mediante a ligaccedilatildeo nucleotiacutedica
uma ligaccedilatildeo eacutester que se estabelece entre a hidroxila fosfoacuterica de um nucleotiacutedio com a
hidroxila de posiccedilatildeo 3‟ de outro nucleotiacutedio e assim por diante (fig 7) Resulta entatildeo uma
cadeia polinucleotiacutedica que busca uma configuraccedilatildeo mais estaacutevel do ponto de vista
termodinacircmico atribuindo-se aacute mesma quatro niacuteveis estruturais baacutesicos
4 ESTRUTURAS BAacuteSICAS DOS AacuteCIDOS NUCLEacuteICOS
Os niacuteveis estruturais baacutesicos dos aacutecidos nucleacuteicos satildeo semelhantes aqueles descritos
anteriormente para as proteiacutenas
41 Estruturas Primaacuterias vem a ser a sequumlecircncia da nucleotiacutedios e eacute mantida pela ligaccedilatildeo
nucleotiacutedica Com nos nucleotidios de um determinado a estrutura primaacuteria pode ser
simplificadamente representada pela sequumlecircncia de bases A-U-G-C-A-A-U
42 Estrutura Secundaacuteria eacute encontrada especialmente no DNA que se apresenta com
duas cadeias em espiral dupla unidas entre si por pontes de hidrogecircnio envolvendo as
bases nitrogenadas Adenina e timina permitem a formaccedilatildeo de duas pontes de
hidrogecircnio ao passo que citosina e guanina permitem trecircs
147
Tais bases satildeo ditas de complementares assim com as cadeias polinucleotiacutedicas (tambeacutem
referidas como cadeias antiparalelas) O pareamento de bases pode ocorrer tambeacutem no RNA
43 Estrutura Terciaacuteria pode ser entendida com a disposiccedilatildeo tridimensional da dupla
heacutelice do DNA Pode ser tambeacutem a forma preferencial que uma uacutenica cadeia
nucleotiacutedica adquire estabilizada por pontes de hidrogecircnio entre bases
complementares da mesma cadeia com eacute o caso do t-RNA (RNA de transporte) que
apresenta uma estrutura de ldquofolha-de-trevordquo
44 Estrutura Quaternaacuteria vem a ser aquela estabelecida pela uniatildeo de moleacuteculas
individuais denominadas de unidades ou sub-unidades Assim o r-RNA (RNA
ribossocircmico) eacute constituiacutedo de duas unidades uma com peso molecular de 1 milhaotildea e
outra de 18 milhotildees
5 HIDROacuteLISE DOS AacuteCIDOS NUCLEacuteICOS
As ligaccedilotildees nucleotiacutedicas (eacutester) podem ser hidrolizadas mediante
a aacutecido ndash hidroacutelise aacutecida
b base ndash hidroacutelise alcalina
c enzimas ndash hidroacutelise enzimaacutetica
As enzimas que hidrolizam os aacutecidos nucleacuteicos satildeo denominados genericamente de nucleases
Rnse O veneno de certas serpentes apresenta atividade de nuclease e tem sido utilizado
assim como outras nucleases para desvendar as estruturas dos aacutecidos nucleacuteicos
FIM
ESTA APOSTILA ESTA EM FASE DE CONSTRUCcedilAtildeO
POR FAVOR DESCULPE NOSSOS ERROS
OBRIGADO
148
1
ESCOLA SUPERIOR DE AGRICULTURA ldquoLUIZ DE QUEROZrdquo
UNIVERSIDADE DE SAtildeO PAULO
ESALQ USP
FUNDAMENTOS DE BIOQUIMICA PARA CIENCIAS BIOLOGICAS
CIENCIAS DOS ALIMENTOS AGRONOMICAS E FLORESTAIS
MATERIAL DIDATICO PARA OS ALUNOS DE GRADUACcedilAtildeO
CONTEM TEXTOS DA INTERNET
MATERIAL INCOMPLETO
AINDA EM FASE DE REDACcedilAtildeO
PROFS
LUIZ ANTONIO GALLO
LUIZ CARLOS BASSO
Departamento de
CIENCIAS BIOLOGICAS
PIRACICABA
=2012=
2
IacuteNDICE
Conceitos se objetivos1
Carboidratos 3
Lipiacutedios 13
Aminoaacutecidos 22
Proteiacutenas 35
Aacutecidos Nucleacuteicos 44
Energeacutetica Bioquiacutemica 52
Enzimas 60
Glicoacutelise 76
Ciclo de Krebs 82
Cadeia Respiratoacuteria 86
Via Pentose Fosfato 90
Metabolismo dos Trigliceriacutedios 93
Metabolismo Degradativo das Proteiacutenas e Aminoaacutecidos 99
Integraccedilatildeo do Metabolismo 106
Excreccedilatildeo do Nitrogecircnio 111
Fotossiacutentese 116
Ciclo do Nitrogecircnio 135
Biossiacutentese de Proteiacutenas 157
3
BIOQUIacuteMICA ELEMENTAR
CONCEITO E OBJETIVOS
A Bioquiacutemica eacute o ramo da quiacutemica que se preocupa com as transformaccedilotildees moleculares
dos constituintes celulares Ao conjunto dessas transformaccedilotildees denominamos ldquoMetabolismordquo
Dependendo da organizaccedilatildeo estrutural atingida pelas moleacuteculas o metabolismo pode ser
dirigido no sentido de siacutentese (anabolismo) ou de degradaccedilatildeo (catabolismo) Durante o
metabolismo degradativo moleacuteculas estruturalmente complexas satildeo demolidas em entidades
mais simples ao passo que a fase anaboacutelica se caracteriza pela formaccedilatildeo de estruturas
moleculares mais complicadas a partir dessas entidades mais simples O anabolismo e o
catabolismo ocorrem concomitantemente numa ceacutelula viva
Esses constituintes celulares tambeacutem denominados de biomoleacuteculas se apresentam em
elevado nuacutemero nas diferentes espeacutecies Assim estima ndash se que em uma ceacutelula da bacteacuteria E
coli existam 3000 diferentes proteiacutenas e nenhuma delas semelhantes agraves 100000 diferentes
proteiacutenas encontras na ceacutelula humana Levando ndash se em consideraccedilatildeo o nuacutemero de espeacutecies
animais e vegetais calcula ndash se em 1010
ou 1012
o nuacutemero de diferentes proteiacutenas
Embora as macro biomoleacuteculas sejam extremamente numerosas elas satildeo formadas de
um nuacutemero relativamente pequeno de algumas moleacuteculas simples (os blocos construtivos)
Assim todas as inuacutemeras proteiacutenas satildeo formadas pela uniatildeo de 20 diferentes
aminoaacutecidos Os aacutecidos nucleacuteicos satildeo formados por 8 diferentes nucleotiacutedeos Os aacutecidos
nucleacuteicos satildeo formados de glicerol e alguns aacutecidos graxos e os polissacariacutedios por uns poucos
monossacariacutedios
Todas as moleacuteculas encontradas na ceacutelula desempenham uma ou mais funccedilotildees dentre as
quais podemos mencionar
a funccedilatildeo estrutural constituem o arcabouccedilo ou envoacutelucro como as membranas
limitando mateacuteria viva (protoplasma) e as vezes compartimentalizando os processos
bioquiacutemicos ou quer como esqueleto sustentando e dando forma ao organismo
b Funccedilatildeo energeacutetica quando atraveacutes da degradaccedilatildeo de tais compostos a energia quiacutemica
encerrada nas ligaccedilotildees covalentes (C-C C-H e C-OH) eacute de alguma forma utilizada para a
siacutentese de ATP (adenosina ndash Trifosfato) O ATP eacute posteriormente empregado na realizaccedilatildeo
4
dos diversos trabalhos fisioloacutegicos (contraccedilatildeo muscular excreccedilatildeo transporte ativo etc) bem
como nas atividades de biossiacutentese ou anabolismo
A bioquiacutemica embora uma ciecircncia recente natildeo pode ser considerada uma extensatildeo da
Quiacutemica Orgacircnica se reduzindo agrave uma coleccedilatildeo dos compostos orgacircnicos encontrados na
ceacutelula e suas propriedades Atualmente assentada em seus proacuteprios princiacutepios fundamentados
na Loacutegica molecular da vida a Bioquiacutemica eacute a ciecircncia que tem por objetivo estudar no seu
maior grau de intimidade ou seja ao niacutevel molecular a natureza dos diversos processos
bioloacutegicos (respiraccedilatildeo crescimento transmissatildeo da hereditariedade fotossiacutentese etc) que
ocorrem nos organismos vivos quer animais ou vegetal superiores ou inferiores
FUNDAMENTOS DE QUIMICA ORGANICA
FUNCcedilOtildeES
Como se forma o nome do composto
Com base na estrutura ou cadeia fundamental vamos indicar as caracteriacutesticas especiais do
composto Estas caracteriacutesticas satildeo indicadas por meio de prefixos e sufixos e por meio de
nuacutemeros (para as localizar) Quando existe mais do que um tipo de substituinte aplicam-se as
regras de prioridade indicadas na tabela seguinte O grupo principal eacute indicado pelo sufixo
correspondente Os outros grupos funcionais eventualmente presentes na moleacutecula seratildeo
indicados por prefixos
Priori
dade Classe Grupo Sufixo Prefixo
1 Catiotildees -oacutenio
2 aacutecidos carboxiacutelicos -COOH
-(C)OOH
aacutecido carboxiacutelico
aacutecido oacuteico Carboxi-
3 aacutecidos sulfoacutenicos -SO2OH aacutecido sulfoacutenico Sulfo-
4 Sais -COOM
-(C)OOM
carboxilato de M
-(o)ato de M
Carboxilato de
M
5 eacutesteres -COOR
-(C)OOR
carboxilato de R
-(o)ato de R R-oxicarbonil
6 Halogenetos de aacutecidos -COX
-(C)OX
halogeneto de
carbonilo
halogeneto de (o)ilo
Haloformil-
7 Amidas -CONH2
-(C)ONH2
-carboxamida
-amida Carbamoil-
8 Amidinas -C(=NH)NH2 -carboxamidina Amidino-
5
-
(C)(=NH)NH2
-amidina
9 Nitrilos -CN
-(C)N
-carbonitrilo
-nitrilo Ciano-
10 Isocianetos -NC -isonitrilo Isociano-
11 Aldeiacutedos -CHO
-(C)HO
-carbaldeiacutedo
-al
Formil-
Oxo-
12 Cetonas -(C)O -ona Oxo-
13 Alcooacuteis -OH -ol Hidroxi-
14 Fenoacuteis -OH -ol Hidroxi-
15 Tioacuteis -SH -tiol Mercapto-
16 Aminas -NH2 -amina Amino-
17 Iminas =NH -imina Imino-
(Os aacutetomos de carbono entre parecircntesis fazem parte da cadeia (ou estrutura) do composto
primitivo pelo que satildeo incluiacutedos no nome do composto primitivo e natildeo no sufixo)
Nombres de grupos Funcionales en orden de prioridad
El grupo funcional que se encuentre maacutes abajo de la tabla seraacute el de mayor orden de prioridad y se usaraacute como sufijo Si mas de un grupo funcional se encuentra presente el que tenga mayor prioridad se usaraacute como sufijo y los otros como prefijos
Modelo Sufixo Prefixo
- NH2 -amina Amino
- SH -tiol mercapto
- OH -ol Hidroxi
-tiona Tiol
-ona oxo
-al Oxo
6
-nitrilo ciano
-amida -
Haleto de -anoila -
Ac -sulfonico Sulfo
Acido -oico carboxi
-oato -
Estos prefijos el nombre incluye el carbono del grupo funcional Cuando se cuente no debe de contarse este carbono
1- Efeito Indutivo na cadeia carbocircnica
Analise o esquema abaixo
Na ligaccedilatildeo C - C numa sucessatildeo soacute de aacutetomos de carbono os eleacutetrons da
ligaccedilatildeo estatildeo equidistantes de cada aacutetomo Jaacute numa sucessatildeo de carbonos
terminada por um elemento muito eletronegativo como o cloro por exemplo
ocorre uma deslocalizaccedilatildeo de eleacutetrons das ligaccedilotildees C - C por causa do efeito da
ligaccedilatildeo C - Cl Esse efeito eacute chamado efeito indutivo O cloro funciona com um
ponto de atraccedilatildeo eletrocircnica puxando para si os eleacutetrons da ligaccedilatildeo com o
carbono ligado a ele Eacute como uma trilha de dominoacute em que as peccedilas caem umas
sobre as outras o cloro atrai para si os eleacutetrons da ligaccedilatildeo com o carbono ligado a
7
ele este por sua vez fica com uma certa deficiecircncia eletrocircnica e por isso
atrai para si os eleacutetrons da ligaccedilatildeo com o carbono seguinte tentando compensar
essa deficiecircncia e assim sucessivamente Isso acaba gerando uma polarizaccedilatildeo na
cadeia carbocircnica
Do ponto de vista do efeito indutivo existem duas espeacutecies de grupos que
podem se ligar a uma cadeia carbocircnica
Grupos eleacutetron-atraentes (efeito indutivo -I) Satildeo aqueles que atraem os
eleacutetrons das ligaccedilotildees em sua direccedilatildeo Os mais importantes grupos eleacutetron-
atraentes satildeo aqueles que possuem elementos muito eletronegativos em relaccedilatildeo
ao carbono (F O N Cl Br I etc) ou radicais insaturados Os radicais
insaturados possuem ligaccedilotildees pi que por efeito de ressonacircncia iratildeo atrair os
eleacutetrons das ligaccedilotildees em sua direccedilatildeo
Grupos eleacutetron-repelentes (efeito indutivo +I) Satildeo aqueles que
empurram os eleacutetrons das ligaccedilotildees em direccedilatildeo oposta a eles Os mais
importantes grupos eleacutetron-repelentes satildeo os radicais saturados (alquila) e os que
possuem carga eleacutetrica negativa Nos radicais alquila quanto mais aacutetomos de C e
H (com simples ligaccedilotildees) tiver o radical mais eleacutetron-repelente ele seraacute
2- Algumas consequecircncias do Efeito Indutivo
21) A estabilidade dos carbocaacutetions
Uma consequecircncia importantiacutessima do efeito indutivo relaciona-se com a
estabilidade do carbocaacutetion numa reaccedilatildeo quiacutemica em que haacute formaccedilatildeo desta
espeacutecie como intermediaacuteria no processo O tipo de carbocaacutetion formado pode
determinar que produtos seratildeo formados e em que proporccedilotildees relativas O
carbocaacutetion eacute um iacuteon que possui um carbono com apenas trecircs ligaccedilotildees (sp2) isto eacute
possui uma carga positiva Experimentalmente verifica-se uma grande facilidade
de se formarem carbocaacutetions terciaacuterios (cuja carga positiva estaacute num carbono
terciaacuterio) em relaccedilatildeo a carbocaacutetions secundaacuterios ou primaacuterios Essa estabilidade
diminui do carbocaacutetion terciaacuterio para o secundaacuterio e deste para o primaacuterio Veja
abaixo a possiacutevel explicaccedilatildeo para esse fato
8
Nesse caso a carga positiva funciona como o centro de atraccedilatildeo eletrocircnica
na cadeia Perceba que no carbocaacutetion primaacuterio apenas um sentido de corrente
eletrocircnica estaacute disponiacutevel para compensar a deficiecircncia de eleacutetrons do carbono
sp2 Jaacute no secundaacuterio existem dois sentidos de corrente e no terciaacuterio trecircs
sentidos Logicamente quanto maior a disponibilidade eletrocircnica para compensar
a carga positiva maior a facilidade do carbocaacutetion e maior a facilidade de ser
formado Muitas vezes devido agrave alta instabilidade os carbocaacutetions primaacuterios nem
chegam a se formar A natildeo ser que as condiccedilotildees do meio em que ocorre a reaccedilatildeo
sejam favoraacuteveis agrave sua formaccedilatildeo Maiores detalhes seratildeo vistos adiante nas
reaccedilotildees quiacutemicas que passam por carbocaacutetions
22) Forccedila de aacutecidos e bases
Outra consequumlecircncia interessante do efeito indutivo relaciona-se com a
forccedila de aacutecidos e bases orgacircnicos
Caraacuteter aacutecido - Vejamos um aacutecido carboxiacutelico que possui um grupo de
induccedilatildeo ligado agrave cadeia Esse grupo pode ser eleacutetron-atraente ou eleacutetron-
repelente
No primeiro caso (a) o grupo X eacute eleacutetron-atraente O efeito indutivo eacute -I
e portanto deixa a carbonila com deacuteficit eletrocircnico o que leva a um
9
enfraquecimento da ligaccedilatildeo com o hidrogecircnio aacutecido Logo seraacute mais faacutecil a
liberaccedilatildeo do proacuteton Assim o caraacuteter aacutecido aumenta
No segundo caso (b) o grupo X eacute eleacutetron-repelente O efeito indutivo eacute +I
e portanto deixa a carbonila com superaacutevit eletrocircnico o que leva a um aumento
da forccedila de ligaccedilatildeo com o hidrogecircnio aacutecido Logo seraacute mais difiacutecil a liberaccedilatildeo do
proacuteton Assim o caraacuteter aacutecido diminui
Caraacuteter baacutesico - Vejamos agora o que ocorre com uma amina (base
orgacircnica)
Segundo a teoria de Lewis base eacute uma espeacutecie quiacutemica que possui um ou
mais pares eletrocircnicos natildeo-ligantes ou seja eacute capaz de coordenar pares
eletrocircnicos Dessa forma assim como a forccedila de um aacutecido estaacute relacionada com a
sua capacidade de receber eleacutetrons a forccedila de uma base relaciona-se com sua
capacidade de coordenar eleacutetrons Logo quanto maior a disponibilidade eletrocircnica
em uma espeacutecie quiacutemica maior seraacute seu caraacuteter baacutesico
No primeiro caso (a) o grupo X eacute eleacutetron-atraente O efeito indutivo eacute -I
e portanto deixa o grupo amino com deacuteficit eletrocircnico o que leva a uma
diminuiccedilatildeo do seu caraacuteter baacutesico
No segundo caso (b) o grupo X eacute eleacutetron-repelente O efeito indutivo eacute +I
e portanto deixa o grupo amino com superaacutevit eletrocircnico o que leva a um
aumento do seu caraacuteter baacutesico
10
CARBOIDRATOS
1 CONCEITO
Quimicamente podem ser definidos como aldeiacutedos ou cetonas poliidroxilados ou
substacircncias que mediante hidroacutelise liberem tais compostos Apresentam uma formulaccedilatildeo geral
Cx (H2O) Y com raras exceccedilotildees Assim a desoxirribose (encontrada no DNA) apresenta
foacutermula C5H1004 onde a relaccedilatildeo HO natildeo eacute de 21 Igualmente pode nos encontrar
carboidratos com outros elementos aleacutem do C H eacute O Embora natildeo muito frequumlente N S e P
podem integrar moleacuteculas de carboidratos Outras denominaccedilotildees hidratos de carbono
accediluacutecares gluciacutedios e gluacutecides
2 ESTEREOISOMERIA OacuteTICA
Eacute um fenocircmeno muito difundido entre os carboidratos e vem a ser decorrecircncia do composto
apresentar um ou mais aacutetomos de carbono assimeacutetrico na moleacutecula Aacutetomo de carbono
assimeacutetrico eacute aquele que se liga a 4 radicais diferentes e resulta geralmente que os
compostos que os apresentam se mostram oticamente ativos ou seja desviam o plano da luz
polarizada Se o desvio for para a direita o composto eacute dito de ldquodextrorrotatoacuteriordquo (+) e se
para a esquerda ldquolevorrotatoacuteriordquo (-) Como referecircncia utilizando o gliceraldeido que
apresenta 2 isocircmeros oacuteticos
11
As configuraccedilotildees D e L estatildeo relacionadas com o posicionamento da hidroxila (OH) do
carbono assimeacutetrico mais distante do grupo funcional (aldeiacutedo ou cetona) e necessariamente
nada tem com as propriedades dextro ou levorrotatoacuteria desses compostos exceto para o
gliceraldeiacutedo
3 CICLIZACcedilAtildeO DE PENTOSES E HEXOSES
Dependendo do comprimento da cadeia carbocircnica os carboidratos podem adquirir uma
estrutura ciacuteclica mantida pela ligaccedilatildeo hemiacetal Esta ligaccedilatildeo explica a baixa reatividade dos
grupamentos aldeiacutedos e cetonas de alguns accediluacutecares
Assim a moleacutecula de glicose pode se dobrar de modo a permitir uma aproximaccedilatildeo entre o
grupo aldeiacutedo do carbono 1 com a hidroxila do carbono 5 estabelecendo a ligaccedilatildeo hemiacetal
Configuraccedilotildees e conformaccedilotildees
Aacutelcools reagem com grupos carbonilas de aldeiacutedos e cetonas formando um hemiacetal ou um
hemicetal respectivamente (figura 4) Da mesma forma a hidroxila e o grupo aldeiacutedo ou
grupo cetona de um monossacariacutedeo podem reagir intramolecularmente para formar
hemiacetais ou hemicetais ciacuteclicos Tais configuraccedilotildees podem ser representadas atraveacutes da
projeccedilatildeo de Haworth
Um monossacariacutedeo composto por um anel de seis membros eacute chamado de piranose enquanto
um monossacariacutedeo formado por uma anel de cinco membros eacute chamado de furanose (figura
5)
12
13
4 CLASSIFICACcedilAtildeO DOS CARBOIDRATOS
Segundo uma complexidade satildeo estrutural os carboidratos podem ser classificados em
monossacariacutedios oligossacariacutedios e polissacariacutedios
41 Monossacariacutedios Satildeo os mais simples dos accediluacutecares natildeo sofrem hidroacutelise possuem
baixo peso molecular e satildeo soluacuteveis em aacutegua Apresentam sabor doce satildeo cristalinos
quando no estado soacutelido Satildeo todos considerados ldquoaccediluacutecares redutoresrdquo
Os monossacariacutedios se subdividem segundo o nuacutemero de aacutetomos de carbono na moleacutecula
Ndeg de aacutetomos de C Nome geneacuterico Representantes de importacircncia
fisioloacutegica
2 diose glicaldeido
3 triose gliceraldeido dihidroxiacetona
4 tetrose eritrose treose
5 pentose xilose xilulose ribose
6 hexose glicose frutose manose galactose
7 heptose sedoheptulose
8 octose _ _
9 nonose _ _
14
15
42 Oligossacariacutedios Satildeo accedilucares compostos que hidrolisados originam
monossacariacutedios satildeo classificados de acordo com o nuacutemero de monossacariacutedios que
16
satildeo liberados por moleacuteculas dissacariacutedios trissacariacutedios tetrassacariacutedios
pentassacariacutedios e hexassacariacutedios Estudaremos apenas alguns dissacariacutedios
sacarose - glicose - 12 rarr - frutose
maltose - glicose - 14 rarr - glicose
lactose - galactose ndash 14 rarr glicose
celobiose glicose ndash 14 rarr glicose
trehalose glicose ndash 11 rarr glicose
Maltose
celobiose
17
Os dissacariacutedeos satildeo formados por dois monossacariacutedeos unidos por ligaccedilatildeo covalente
Existem vaacuterios dissacariacutedeos presentes na alimentaccedilatildeo como por exemplo
Trealose = glicose + glicose a (1-1)
Celobiose = b-glicose + b-glicose (1- 4)
Maltose(1 - 4) e a Iso-maltose (1 - 6) duas moleacuteculas de glicose e estatildeo presente
no malte (maltose) e satildeo subproduto da digestatildeo do amido e glicogecircnio (iso-maltose)
Lactose glicose + galactose (1- 4) eacute o principal carboidrato do leite
Sacarose glicose + frutose (1 - 2) sendo a forma mais comum de accediluacutecar obtida da
cana-de-accediluacutecar
Accediluacutecar redutor eacute aquele que apresenta um grupo aldeiacutedo ou um grupo cetocircnico livre isto eacute
natildeo participante de ligaccedilatildeo glicosiacutedica A ligaccedilatildeo hemiacetal responsaacutevel pela estrutura
ciacuteclica de alguns accedilucares natildeo compromete o caraacuteter redutor Os accedilucares redutores satildeo assim
chamados por poderem reduzir o iacuteon Cu++
em meio alcalino
18
reativo detecta coloraccedilatildeo
1 - Tese de Fehling sol
Cupro alcalina
accedilredutores vermelho
2 - Teste de Benedict glicose azul
3 - Reaccedilatildeo de Molish geral AR anel puacuterpura
4 - ldquo de Bial pentoses azul
5 - ldquo de Tollens pentoses rosa
6 - ldquo de Seliwanoff frutose vermelho
43 Polissacariacutedios Satildeo compostos que por hidroacutelise liberam grande nuacutemero de
monossacariacutedios Satildeo insiacutepidos insoluacuteveis em aacutegua e amorfos no estado soacutelido Apresentam
elevado peso molecular Diversos representantes desempenham funccedilotildees estrutural e energeacutetica
nos diversos organismos
a Amido reserva energeacutetica dos organismos vegetais constituiacutedo de amilose e
amilopectina
A amilose eacute constituiacuteda de - glicose mantida pela ligaccedilatildeo - 14 glicosiacutedica apresentando
peso molecular entre 4000 e 150000
A amilopectina eacute formada de - glicose mantida por ligaccedilotildees - 14 e - 16 com peso
molecular de ateacute 500000
19
b Glicogecircnio Reserva energeacutetica dos organismos animais estruturalmente semelhantes
agrave amilopectina poreacutem mais ramificado isto eacute com maior proporccedilatildeo de ligaccedilotildees -
16 o que torna a moleacutecula mais compacta Apresenta peso molecular de ateacute
2000000
c Celulose Formada de - glucose unidas pela ligaccedilatildeo - 14 constitui a parede celular
das ceacutelulas vegetais
20
d Quitina Constitui a carapaccedila (exoesqueleto) dos insetos e crustaacuteceos Eacute um poliacutemero
de N ndashacetil - - glicosamina altamente insoluacutevel
Sob o mar
Descobrindo a rentabilidade que existe nos desperdicios marinhos
Por Nancy Garcia
A quitina eacute um polissacariacutedeo formadora da carapaccedila dos insetos e crustaacuteceos Eacute um
produto do processamento industrial de camarotildees siris lagostas e tem novas e prometedoras
aplicaccedilotildees industriais
A quitina eacute um polissacariacutedeos formado pela polimerizaccedilatildeo de resiacuteduos de N-acetil
glicosamina Eacute o segundo produto orgacircnico mais abundante que existe na natureza depois da
celulose Eacute o principal componente da cutiacutecula dos artropodos crustaacuteceos e insetos estando
presente em moluscos e forma parte das paredes celulares de alguns microorganismos como
fungos e leveduras Entre suas principaius caracteriacutesticas esta a abundancia ser biodegradaacutevel
e natildeo toacutexica
A carapaccedila dos crustaceos e camarotildees representam a primeira fonte para se obter quitina As
carapaccedilas alem de conter quitina tambeacutem contem pigmentos vermelhos e proteiacutenas com a
mesma qualidade da carne do crustaacuteceo
A quitina e um poliacutemero muito grande parecido com a celuilose Por natildeo ser degradaacutevel em
aacutegua e necessariose modificar a estrutura do poliacutemero para se obter seus derivos soluacuteveis
Dentre estes derivados estatildeo a qutinase empregada como biocida como bactericida
fungicida e herbicida e o quitosam que serve para o tratamento de aacuteguas industriais e como
um ingrediente nutritivo pois ajuda a eliminar o colesterol ajuda previnir doenccedilas
cardiovasculares e tem efeito anti gaacutestrico e anti atritico
21
O quitosan aplicado em industrias papeleiras permite que a polpa tenha maior forccedila para fixar
as tintas e os corantes dostecidos Na industria de alimentos eacute empregado como espumante e
emulsificante
A traveacutes de dicho poliacutemero se encapsulan medicamentos de liberacioacuten prolongada Se
emplea como biomaterial para hacer lentes de contacto hilos de sotura y proacutetesis ya que tiene la propiedad de ayudar a la regeneracioacuten de huesos En el aacuterea de la cirugiacutea plaacutestica ayuda al reestablecimiento de los tejidos evita la mala cicatrizacioacuten sirve para la fabricacioacuten de piel sinteacutetica y es un agente que inhibe las infecciones en heridas
Es material para la creacioacuten de peliacuteculas envolventes que prolongan la vida de los alimentos perecederos como envases biodegradables (Para ahondar en este tema consulte la seccioacuten Marketing de esta edicioacuten y considere los beneficios de emplear estos envases en su negocio)
Las oportunidades Meacutexico es uno de los paiacuteses con mayor produccioacuten de camarones al ocupar el seacuteptimo lugar a nivel mundial (casi 100 mil toneladas de peso vivo durante 2001 seguacuten datos de Sagarpa)
Tambieacuten se producen en promedio 20 mil toneladas anuales de jaiba tres mil 500 de langostino y casi tres mil toneladas de langosta (todos en peso vivo) Es posible capturar estas especies en la regioacuten comprendida del Atlaacutentico la peniacutensula de Yucataacuten y el Golfo de Meacutexico
En la regioacuten al Este de la Repuacuteblica se ha reportado la produccioacuten de una langostilla que debido a su tamantildeo pequentildeo no sirve para consumo y se considera maacutes una plaga al ser capturada junto con el camaroacuten y causar un sobrepeso que rompe las redes Esta langostilla no se ha aprovechado ampliamente (soacutelo se le utiliza para la creacioacuten de harina para granjas camaroneras) sin embargo se ha calculado que tiene una produccioacuten anual de 250 mil toneladas que se queda varada en las costas originando un
verdadero problema ambiental Seriacutea ideal utilizarla para producir quitina
En la captura de crustaacuteceos soacutelo se aprovecha su carne quedando los caparazones como desperdicios Escudero expresa que a partir de este desperdicio se puede comenzar toda una industria dedicada a la produccioacuten de quitina y sus diferentes derivados Por su parte Patricia Miranda comenta que el costo de una empresa dedicada a la produccioacuten de quitina se calcula alrededor de dos millones de pesos por el tipo de instalaciones y equipo
que se usa en el proceso
Escudero comenta que para instalarla se necesita baacutesicamente un reactor de desmineralizacioacuten otro de desproteinizador molino secador y fermentador Los productos pueden ser refinados lo cual aumenta su valor por lo que se debe contar con espectrofotoacutemetro centrifugadora balanza autoclave y agitadora La inversioacuten en maquinaria es de alrededor de un milloacuten de pesos El precio de la materia prima las
cutiacuteculas de los crustaacuteceos no se ha establecido al ser un desperdicio por lo mismo
22
ambas investigadoras afirman que se puede llegar a un acuerdo con las cooperativas camaroneras para determinar un valor
La quitina en el mercado tiene un costo aproximado de US$20 por kilo la quitinasa refinada con alto grado de desacetilacioacuten tiene un precio de US$300 diez gramos mientras que el quitosaacuten de baja calidad llega a US$70 por kilo
Una de las ventajas es que no se necesita personal especializado soacutelo capacitado para poder operar los reactores y conocer el proceso afirma Miranda
Los mercados De acuerdo con Escudero la quitina y sus derivados tienen uso potencial en diferentes paiacuteses principalmente Japoacuten China y Estados Unidos En todos ellos ya existe una industria consolidada alrededor de este poliacutemero siendo China el principal productor y exportador de quitina Chile y Espantildea estaacuten en una fase incipiente a la par de Ameacuterica
Latina
En Meacutexico es praacutecticamente un tema nuevo no obstante ya existe una empresa que comienza a abrirse camino en este campo Neptuno ubicada en Sonora
Representantes de Neptuno comentaron que junto con un grupo de investigadores llevan a cabo una serie de actividades como participar en exposiciones o en conferencias para promover sus productos a pesar de que mundialmente el uso de la quitina y sus derivados va en aumento De hecho hay amplias posibilidades de exportarlo a la Unioacuten Americana y algunos paiacuteses latinoamericanos
Recoleccioacuten de caparazones Una posibilidad para poder entrar en el negocio sin tener que realizar una inversioacuten tan importante al inicio consiste en recolectar los caparazones limpiarlos y molerlos que es el proceso primario para la elaboracioacuten de la quitina El caparazoacuten molido se puede vender a las empresas que elaboran el compuesto y de ahiacute capitalizar para adquirir el equipo necesario para la fabricacioacuten del polisacaacuterido De hecho empresas como Neptuno y otras en Estados Unidos estaacuten dispuestas a comprar los caparazones limpios sin necesidad de molerlos
Para ello soacutelo se necesita establecer las formas de recoleccioacuten sin dejar de considerar que entre maacutes joacutevenes sean los crustaacuteceos mayor seraacute la cantidad y calidad de las sales de calcio contar con secadoras y grandes cantidades de agua
En caso de no contarse con los secadores se pude secar al sol en un terreno amplio y colocar limpios los caparazones
Existen institutos y empresas dedicadas al disentildeo de envase y embalaje (Instituto Mexicano de Profesionales en Envase y Embalaje) que en estos casos dan asesoriacutea para enviar el producto con costos reducidos
El ejemplo de la quitina es uno de los tantos avances cientiacuteficos que ha tenido una aplicacioacuten praacutectica en la industria y por ende abre brecha para desarrollar maacutes de uno de los tantos negocio del futuro
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Cientos de posibilidades El quitosaacuten sirve para
En tratamiento de aguas residuales En la elaboracioacuten de pulpa para papel estaacutendar fotograacutefico y carboacuten En el campo meacutedico y de salud se le emplea en la creacioacuten de vasos sanguiacuteneos
artificiales como antinflamatorio inhibidor de tumores y de placa dental antiviral y procesos de cicatrizacioacuten Tambieacuten se usa en la formacioacuten de esponjas y vendas para
heridas asiacute como en la confeccioacuten de ropa esteacuteril para personas convalecientes Es un material que protege contra la radiacioacuten En el sector de alimentos es un aditivo para la estabilizacioacuten del color conservadores y remocioacuten de soacutelidos En el aacuterea cosmeacutetica se usa para fabricar polvo para maquillaje barniz de untildeas humectante fijadores para el cabello crema humectante pasta de dientes En la agricultura se utiliza para el recubrimiento de semillas y hojas fertilizantes y
liberacioacuten de controlada de agroquiacutemicos
La quitina y su potencial industrial
Como un escudo de alta eficiencia construido con pura
quiacutemica una sustancia que forma parte del carapazoacuten defiende
a insectos crustaacuteceos moluscos y otros seres vivos de su
contacto con lo externo La poseen en diversa cantidad jaibas
camarones langostas arantildeas y cucarachas Incluso algunos
hongos y algas Se llama quitina y es un compuesto natural
con variados beneficios para el ser humano uacutetil en las industrias farmaceacuteutica de alimentos
cosmeacutetica y de empaques
De basura a materia prima que filtra agua contaminada ofrece consistencia a alimentos
procesados atrapa grasa es antibactericida y sirve como envoltura biodegradable entre otros
beneficios la quitina estaacute involucrada en la proteccioacuten de varias especies Su nombre
derivado del griego kiacutetos significa cavidad o boacuteveda y el sitio en que se encuentra el
caparazoacuten de muchos artroacutepodos tambieacuten refiere su capacidad para enfrentar a diversos
agentes externos
Despueacutes de la celulosa es el segundo poliacutemero maacutes abundante en el planeta por lo que su
utilizacioacuten a gran escala en Meacutexico es muy prometedora como lo ha sido en Japoacuten en donde
alrededor de 250 empresas explotan la quitina
Una investigadora de la Universidad Nacional Autoacutenoma de Meacutexico (UNAM) la maestra en
ciencias Patricia Miranda Castro estudia desde hace siete antildeos la quitina y su principal
derivado el quitosaacuten En el Laboratorio de Biotecnologiacutea de la Facultad de Estudios
Superiores Cuautitlaacuten (FES-C) esta quiacutemica farmacobioacuteloga ha logrado una metodologiacutea
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propia para extraer la quitina y el quitosaacuten del camaroacuten utilizando caparazones y cabezas de
los crustaacuteceos que para la industria pesquera son desechos
Meacutexico es el seacuteptimo productor de camaroacuten en el mundo asiacute que muchas toneladas de
cabezas del crustaacuteceo regresan al mar cada antildeo y grandes cantidades de caparazones se t iran
diacutea a diacutea en las marisqueriacuteas de todo el paiacutes Nos parece interesante sumarnos a un proceso en
donde la sustancia que buscamos estaacute en lo que otros consideran basura explica la maestra
Miranda quien en su laboratorio ha ensayado durante varios antildeos una forma eficiente para
obtener la quitina
La patente de esta metodologiacutea para la extraccioacuten obtencioacuten y purificacioacuten de la quitina y el
quitosaacuten estaacute en traacutemite ante el Instituto Mexicano de Propiedad Industrial y de otorgarse la
UNAM podraacute realizar transferencias tecnoloacutegicas con este producto de origen natural
De la marisqueriacutea al laboratorio
La quitina es un poliacutemero es decir una moleacutecula de gran tamantildeo constituida esencialmente de
azuacutecares (es un polisacaacuterido) y oxiacutegeno Sus moleacuteculas son fibrosas y logran un material de
gran resistencia quiacutemica y mecaacutenica
Las caracteriacutesticas maacutes uacutetiles para la industria estaacuten en el quitosaacuten un derivado de la quitina
Asiacute que lo primero que hicimos fue conseguir en las marisqueriacuteas caparazones de diversos
animales estudiar en donde existe la sustancia en mayor cantidad y desarrollar un meacutetodo
propio para extraer la quitina y transformarla en quitosaacuten Encontramos que los caparazones
de jaibas y langostas tienen maacutes calcio y menos quitina mientras que las de camaroacuten maacutes
blandas contienen mayor cantidad de la sustancia explica la especialista
Ya en el laboratorio los caparazones se limpian se muelen hasta pulverizarse y se someten a
un proceso de hidroacutelisis aacutecida utilizando aacutecido clorhiacutedrico el cual convierte a los carbonatos
en cloruros y solubiliza los minerales baacutesicamente el calcio
Ya desmineralizado se aplica una hidroacutelisis alcalina pues el aacutelcali que se usa rompe la
estructura de la matriz y hace solubles las proteiacutenas las cuales arrastran consigo grasas y
pigmentos componentes todos que constituyen el caparazoacuten Los pigmentos ya separados (de
colores rosa y anaranjado) son un subproducto del proceso que pueden utilizarse para
alimentar flamingos y salmones especies a las que les ayuda a mantener su color
caracteriacutestico
Despueacutes de ambas etapas se obtiene la quitina en polvo que no es soluble en agua lo que lo
hace poco praacutectica para su aplicacioacuten Asiacute que se somete a un proceso llamado desacetilar
que significa quitar de la sustancia una parte de su estructura el grupo acetilo Con esto se
obtiene como derivado el quitosaacuten presente en el 70 por ciento de la quitosina pero ahora ya
aislado y purificadoEsta metodologiacutea es una innovacioacuten tecnoloacutegica de la maestra Patricia
Miranda Castro
Las cualidades del quitosaacuten
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El quitosaacuten es soluble en agua acidificada Esta solubilidad y su viscosidad (que puede hacerse
maacutes espesa o maacutes ligera seguacuten se requiera) son caracteriacutesticas que lo hacen aplicable a usos
variados asiacute como su accioacuten de imaacuten bioquiacutemico capaz de detectar sustancias nocivas Por
ejemplo en el estoacutemago humano atrapa grasas como el colesterol y los trigliceacuteridos a los que
conduce por el intestino capturados hasta evacuarlos Asiacute que una aplicacioacuten farmaceacuteutica lo
utiliza como regulador del peso corporal mientras que tambieacuten sirve como regulador de la
presioacuten arterial consecuente a la disminucioacuten de grasas
En la industria de alimentos este derivado de la quitosina se utiliza para dar consistencia y
viscosidad a los aderezos para ensaladas y mayonesas mientras que en las frutas y verduras
frescas sirve como un protector antimicrobiano
Otras aplicaciones estaacuten en la industria de los cosmeacuteticos en donde el quitosaacuten se introduce en
cremas humectantes pues es una moleacutecula que absorbe el agua Algunos fabricantes de
shampoo lo utilizan como ingrediente ya que desarrolla una peliacutecula que da proteccioacuten y
brillo al cabello
En la industria papelera donde el principal insumo es la celulosa el quitosaacuten sirve para fijar y
dar resistencia al papel mientras que una de sus maacutes prometedoras aplicaciones podriacutea ser
como plaacutestico biodegradable sustituyendo al plaacutestico tradicional derivado del petroacuteleo uno de
los materiales maacutes utilizados en el mundo y maacutes difiacuteciles de degradarse lo que genera mucha
contaminacioacuten
Como material plaacutestico alternativo el quitosaacuten ya ha sido sometido a pruebas en el
Laboratorio de Biotecnologiacutea de la maestra Patricia Miranda Castro quien desarrolloacute una
especie de celofaacuten a partir de esta sustancia natural una envoltura que incluso podriacutea
comerse finaliza la especialista universitaria
e Outros polissacariacutedios estruturais e de reserva
Entre os principais polissacariacutedeos de reserva em plantas estatildeo o amido os frutanos e os
polissacariacutedeos de reserva de parede celular (PRPC)
Como compostos de reserva o amido e os frutanos possuem as vantagens de serem formados
por glucose e frutose respectivamente Esses accediluacutecares satildeo prontamente utilizados pelo
metabolismo de geraccedilatildeo de energia e tambeacutem fornecem carbono para a biossiacutentese da maioria
das biomoleacuteculas presentes em ceacutelulas vegetais
Cada um dos principais polissacariacutedeos de reserva apresenta caracteriacutesticas que fazem com
que eles sejam mais convenientes para o metabolismo em certas situaccedilotildees Uma dessas
caracteriacutesticas eacute o fato que nenhum deles possui radicais livres Esta eacute uma vantagem quando
comparada ao acuacutemulo de monossacariacutedeos uma vez que a presenccedila de tais compostos
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poderia levar agrave glicosilaccedilatildeo inespeciacutefica de elementos celulares Outra vantagem eacute a relativa
inatividade osmoacutetica dos poliacutemeros
A tabela a seguir resume as principais caracteriacutesticas dos trecircs tipos de grupos mais
importantes de polissacariacutedeos de reserva de plantas Estas evidenciam diferentes funccedilotildees
considerando como eles satildeo degradados e seus locais de deposiccedilatildeo na ceacutelula e na planta
Composto de
reserva
Biossiacutentese Mobilizaccedilatildeo Localizaccedilatildeo
celular
Localizaccedilatildeo na planta
Amido A partir de ADP-
glucose
Hidroacutelise por
fosforilaccedilatildeo
Plastiacutedeos e
gracircnulos no
citossol
Sementes caule
folhas frutos e oacutergatildeos
Frutanos A partir de
sacarose por
transglicosilaccedilatildeo
Hidroacutelise Vacuacuteolos e
fluido
apoplaacutestico
Folhas raiacutezes caules e
oacutergatildeos subterracircneos
PRPC A partir de
UDPGDP accediluacutecares
no complexo de
Golgi
Hidroacutelise e
transglicosila
ccedilatildeo
Parede celular Sementes e oacutergatildeos
subterracircneos
Dextrana ndash polissacariacutedios elaborado pelo Leuconostoc mesenteroides a partir de sacarose
Causa viscosidade no caldo de cana bem como diminui o rendimento da cristalizaccedilatildeo da
sacarose
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POLISSACARIacuteDEOS DE PAREDE CELULAR (PRPC)
Os polissacariacutedeos de reserva de parede celular (PRPC) satildeo relativamente inertes no que concerne agrave sua reatividade quiacutemica e apresentam diferentes graus de solubilidade em aacutegua Essas caracteriacutesticas conferem alta compactaccedilatildeo e baixa reatividade e tornam possiacutevel a existencia de um compartimento celular ( a parede celular) que permite o fluxo de aacutegua com um grau de liberdade consideraacutevel
O custo para produzir tais poliacutemeros eacute alto pois tais compostos necessitam de um complexo sistema de biossiacutentese secreccedilatildeo e montagem no meio extracelular A biossiacutentese dos polissacariacutedeos de parede celular requer nucleotiacutedeo-accediluacutecares como doadores de monossacariacutedeos Na tabela a seguir estatildeo relacionados alguns dos polissacariacutedeos de parede e seus respectivos nucleotiacutedeo-accediluacutecares doadores
Polissacariacutedeos Nucleotiacutedeos-accediluacutecares
Celulose UDP-glucose Calose UDP-glucose Glucanos de cadeia mista UDP-glucose Xiloglucano UDP-glucose UDP-galactose UDP-
xilose e GDP-fucose Galactomanano GDP-manose UDP-galactose Glucoronoarabinoxilanos UDP-arabinose UDP-xilose UDP-aacutedico
galacturocircnico Ramnogalacturonano GDP-ramnose UDP-aacutedico galacturocircnico
FRUTANOS
Os frutanos encontram-se entre os carboidratos alternativos de reserva mais amplamente distribuiacutedos entre as plantas superiores sendo encontrados em aproximadamente 15 das angiospermas A presenccedila de frutanos em Asteraceae foi amplamente documentada para a flora de regiotildees temperadas e para a flora tropical e subtropical em regiatildeo restrita do cerrado brasileiro A maioria das espeacutecies ricas em frutanos encontra-se fora da regiatildeo tropical sendo mais abundantes em aacutereas onde o crescimento eacute sazonal Vaacuterios autores sugerem que o acuacutemulo de altas concentraccedilotildees de frutanos e de accediluacutecares soluacuteveis pode contribuir para o aumento do potencial osmoacutetico das ceacutelulas e por conseguinte promover toleracircncia agrave seca e ao congelamento Os frutanos satildeo acumulados em oacutergatildeos fotossintetizantes como folhas e caules em oacutergatildeos subterracircneos de reserva como raiacutezes tuberosas tubeacuterculos e bulbos e em inflorescecircncia e sementes Nas ceacutelulas os frutanos e as enzimas envolvidas em seu
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metabolismo satildeo encontrados nos vacuacuteolos embora recentemente sua presenccedila e a da enzima frutaexohidrolase tenham sido detectadas no fluido apoplaacutestico
Frutanos consistem de seacuteries homoacutelogas de oligo e polissacariacutedeos natildeo redutores onde cada membro da seacuterie conteacutem um resiacuteduo a mais de frutose do que o membro anterior Esses poliacutemeros de D - frutose carregam um resiacuteduo de D - glucose
geralmente localizado na extremidade da cadeia unido por uma ligaccedilatildeo do tipo 12 como na sacarose sendo assim o frutano mais simples eacute um monofrutosil sacarose um trissacariacutedeo O trissacariacutedeo que daacute origem agrave seacuterie da inulina a 1- cestose ou 1-
cestotriose (1 - F - frutosil sacarose -glu-12--fru-12-fru) foi o primeiro a ser caracterizado por Bell e colaboradores (Pollock et al 1996 e referecircncias ali contidas) A 1-cestose eacute encontrada em todas as espeacutecies que acumulam frutanos mesmo naquelas onde a seacuterie predominante apresenta outro tipo de ligaccedilatildeo entre os resiacuteduos de frutose Cinco classes estruturais de frutanos foram identificadas (figura 11) a)
frutano baseado em 1-cestose com ligaccedilotildees - 21 (inulina) encontrado principalmente em Asterales (ex tubeacuterculos de Helianthus tuberosus) b) frutano
baseado em 6-cestose com ligaccedilotildees - 26 (levano) caracteriacutestico de Poales (ex folhas de Phleum pratense) c) frutano com ligaccedilotildees mistas e ramificados com glucose na extremidade da cadeia tambeacutem encontrado em Poales ( ex Triticum) d) frutano
baseado em neocestose com ligaccedilotildees - 21 encontrado em Liliaceae ( ex Asparagus
) e e) frutano baseado em neocestose com ligaccedilotildees -26 presente em alguns membros de Poales ( ex Avena )
Pectinas A pectina eacute o maior constituinte da parede celular primaacuteria e tambeacutem estaacute presente na lamela meacutedia entra as ceacutelulas de todos os tipos Contecircm uma alta concentraccedilatildeo de resiacuteduos de aacutecido D- -4) Dentre as pectinas encontrados Homogalacturonanos que apresentam predominante ou exclusivamente esta
estrutura (aacutecido galacturocircnico e resiacuteduos metilgalacturonados) como mostrado na figura 15
ramnogalactoruronanos conteacutem resiacuteduos de L-ramnose Neste caso o aacutecido galacturocircnico se li -2) e a ramnose ao outro resiacuteduo
-4) Os resiacuteduos de ramnose servem como pontos de ancoragem para cadeias laterais se unirem ramificando o poliacutemero
(figura 16) Galactanos Existem dois t -13-
-14 e o outro mais frequente eacute composto (figura 17) -14 com ramificaccedilotildees de L-arabinofuranose a cada 16-21 resiacuteduos
da cadeia principal Apoacutes a germinaccedilatildeo maior parte da galactose e arabinose eacute
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removida da parede deixando um material residual enriquecido em ramnose aacutecido urocircnico e glucose Matheson e Saini (1977) reportaram a presenccedila de duas
- -galactosidases em cotilecircdones de Lupinus luteus estas enzimas aumentaram apoacutes a germinaccedilatildeo e os autores levantaram a possibilidade do galactano estar envolvido no controle da expansatildeo celular aleacutem de ser um polissacariacutedeo de reserva
Hemicelulose Alguns autores consideram hemicelulose o material extraiacutedo da parede por extraccedilatildeo alcalina Para outros trata-se de um poliacutemero da parede celular com um tipo particular de estrutura molecular e com provaacutevel funccedilatildeo de mobilidade Dentre as hemiceluloses encontramos
Galactoglucomananos (figura 18) moleacutecula linear cadeia cam resiacuteduos de D-glucopiranose e D- -4) Difere da celulose pela presenccedila dos resiacuteduos de manose A razatildeo manosilglucosil eacute geralmente 3 A cadeia de glucomanano apresenta curtas ramificaccedilotildees resiacuteduos de D-
-6) aos resiacuteduos de manose Arabino-4-O-metilglucuronoxilano poliacutemero linear de D-xilose unidos por
-4) com cadeias laterais de dois tipos resiacuteduos de 4-O-metil D-glucurocircnico unidos agrave xilose po -2) ou resiacuteduos de L-arabinose unidos
-3) () 4-O-metilglucuronoxilano cadeia de resiacuteduos de D-xilopiranose unidos por
-4) e substituiacutedo por resiacuteduos de 4-O-metil-D-glucurocircnico unidos por ligaccedilatildeo -2) na cadeia de xilose
Glucomananos semelhantes agrave estrutura de galactoglucomananos com a glucose e -4)
Xilanos de parede secundaacuteria de gramiacuteneas () aparece grande variedade de cadeias laterais curtas1-4) D-xilano) incluindo
L-arabinofuranose no carbono 2 ou 3 da xilose - D -glucosano e -O-metil-D-glucuronopiranose no carbono 2 da xilose
cadeias laterais mais complexa contendo galactose e xilose Glucanos de cadeias mistas (1-3) e (1-4) -D-14-glucano
-16 por resiacuteduos de D- -D-galactopiranosiacutedeos-(12)-D-xilopiranosiacutedeos (figura 22) Exceto pela ausecircncia de terminais fucosil -L- -D-galactosiacutedeos existe uma grande semelhanccedila entre xiloglucanos de reserva (em sementes) e xiloglucanos estruturais de paredes primaacuterias Teriam funccedilotildees no controle da embebiccedilatildeo de aacutegua e xeroproteccedilatildeo Foi proposta uma nomenclatura para os blocos estruturais de xiloglucano com base na cadeia principal Glucoses natildeo substituiacutedas satildeo
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denominadas G glucoses ramificadas com xilose satildeo denominadas X e se a galactose estaacute ligada agrave xilose o trissacariacutedeo eacute denominado L As proporccedilotildees entre estas unidades demonstraram a existecircncia de estruturas finas (distribuiccedilatildeo das ramificaccedilotildees de galactose) especiacuteficas entre as diferentes espeacutecies e entre populaccedilotildees de mesma espeacutecie crescidas em diferentes ambientes Apesar das diferenccedilas em estrutura fina todos os xiloglucanos de sementes examinados apresentam proporccedilatildeo de monossacariacutedeos muito proacutexima preservando desse modo o total de ramificaccedilotildees com galactose de forma independente da sua distribuiccedilatildeo Jaacute foram isoladas as quatro principais enzimas responsaacuteveis pela degradaccedilatildeo de xiloglucano em Tropaeolum majus sendo uma endo- -14-glucanase especiacutefica para xiloglucano ou xiloglucano endo-transglicosilase (XET)
- -xilosidase ou oligoxiloglucano exo-hidrolase especiacutefica para oligossacariacutedeos de
-glucosidase No modelo proposto por Crombie et al (1998) as quatro enzimas atacam o poliacutemero de um modo sincronizado produzindo galactose glucose e xilose livres Embora nenhuma evidecircncia direta indique ainda que os xiloglucanos de sementes tenham dupla funccedilatildeo esta proposiccedilatildeo pode ser feita com base no fato de que os xiloglucanos possuem propriedades hidrodinacircmicas muito semelhantes agraves encontradas em galactomananos isto eacute os xiloglucanos teriam funccedilotildees no controle da embebiccedilatildeo de aacutegua e xeroproteccedilatildeo Eacute interessante observar que as relaccedilotildees entre estrutura e funccedilatildeo em xiloglucano estatildeo nas mudanccedilas de estrutura fina que satildeo tambeacutem relacionadas com o posicionamento das galactoses na moleacutecula
O grau de ramificaccedilatildeo dos mananos define suas relaccedilotildees estrutura-funccedilatildeo Quanto menos ramificado maior a indicaccedilatildeo de que a funccedilatildeo bioloacutegica estaacute relacionada com a dureza e a proteccedilatildeo do embriatildeo Por outro lado quanto maior o grau de ramificaccedilatildeo mais soluacutevel o polissacariacutedeo e maior a participaccedilatildeo deste em funccedilotildees como as relaccedilotildees hiacutedricas
Mananos e galactomanos satildeo moleacuteculas multifuncionais desempenhando suas funccedilotildees durante fases distintas do crescimento e desenvolvimento das plantas
Mananos puros satildeo artificialmente definidos como contendo mais de 90 de
natildeo o restante estar ramificado com galactose Satildeo estruturalmente relacionados aos galactomananos apenas apresentando um grau menor de ramificaccedilatildeo com galactose Abaixo de 10 de ramificaccedilotildees os mananos tornam-se insoluacuteveis e precipitam rapidamente em soluccedilatildeo aquosa Assim os mananos satildeo estruturalmente relacionados aos galactomananos apenas apresentando um grau menor de ramificaccedilatildeo com galactose Os mananos portanto apresentam alto grau de interatividade intermolecular formando cristais na parede celular o que
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confere dureza e diminui sua solubilidade Satildeo encontrados em endospermas de sementes de espeacutecies como Phoenix dactylifera Phytelephas macrocarpa e Coffea arabica Aparentemente tem outras funccedilotildees aleacutem de reserva eles conferem dureza agraves sementes que os acumulam e isso pode ser associado com um sistema de proteccedilatildeo do embriatildeo contra danos mecacircnicos Sendo assim os mananos exerceriam as funccedilotildees de constritor e protetor mecacircnico do embriatildeo e tambeacutem de polissacariacutedeos de reserva
Galactomananos satildeo compostos por uma cadeia linear de resiacuteduos de manose -14 agrave qual resiacuteduos de galactose estatildeo unidos
em endospermas de sementes de leguminosas A razatildeo manosegalactose e a distribuiccedilatildeo dos resiacuteduos de galactose ao longo da cadeia de manose variam de espeacutecie para espeacutecie sendo importante para estudos quimiotaxonomicos e evolutivos As trecircs famiacutelias de Leguminosae podem ser distinguidas utilizando-se este paracircmetro A mobilizaccedilatildeo de galactomananos foi estudada em leguminosas
-galactosidase endo- --manosidase) confirmando que a mobilizaccedilatildeo do galactomanano
ocorre atraveacutes da hidroacutelise Em todos os casos estudados o polissacariacutedeo eacute desmontado ateacute seus monossacariacutedeos constituintes (manose e galactose) ao mesmo tempo em que haacute produccedilatildeo de sacarose Aleacutem do papel de reserva o galactomanano influencia no fluxo de aacutegua devido a sua maior solubilidade nos primeiros estaacutegios da germinaccedilatildeo Este polissacariacutedeo absorve grande quantidade de aacutegua e redistribui ao redor do embriatildeo O endosperma embebido protege o embriatildeo contra perda de aacutegua atraveacutes de um efeito conhecido como ldquotampatildeo de aacuteguardquo durante periacuteodos de seca poacutes-embebiccedilatildeo
5 FATORES ANTINUTRITIVOS DE NATUREZA GLUCIacuteDICA
a Linamarina carboidratos cianogecircnio encontrado em certas variedades
Mecanismo de detoxicaccedilatildeo da planta
CN + S2O3 = SCN
+ SO3 =
O tiocianato (SCNmacr) impede a captaccedilatildeo de iodo pela tireoacuteide causando o boacutecio
A intoxicaccedilatildeo crocircnica com cianeto (CNmacr) acarreta a Neuropatia Tropical que se caracteriza
por alteraccedilatildeo irreversiacuteveis das ceacutelulas nervosas provocando falta de coordenaccedilatildeo dos
movimentos e uma apatia generalizada A ocorrecircncia de boacutecio no litoral nordeste brasileiro
pode ser atribuiacutedo ao elevado consumo de produtos de mandioca
b Fatores causadores de flatulecircncia Muitos legumes ( feijatildeo soja etc ) apresenta os
oligossacariacutedios rafinose estaquiose e verbascose que escapam aacute digestatildeo por natildeo
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termos a enzima galactosidase natildeo sendo pois absorvidos ao niacutevel do intestino
delgado As bacteacuterias do intestino grosso metabolizam esses accedilucares produzindo CO2
H2e abaixando o ph Satildeo pois responsaacuteveis pela flatulecircncia quando daacute ingestatildeo de
legumes
c Glucosinolatos Substacircncias encontradas nas cruciacuteferas especialmente do gecircnero
Brassica que diminuem o valor bioloacutegico dos alimentos Manifestam atividades
bociacutegena acarretando hipertrofia das tireoacuteides Satildeo comumente encontradas em couve
repolho nabo mostarda colza etc
El potencial terapeacuteutico de algunas verduras
Por el Dr Heacutector E Soloacuterzano del Riacuteo
Coordinador de Medicina Ortomolecular del Centro de Estudios de Medicina
Integradora de la Universidad Autoacutenoma de Guadalajara y Presidente de la Sociedad
Meacutedica de Investigaciones Enzimaacuteticas AC
El indol-3-carbinol es un producto derivado de la glucobrasicina glucosinolato tambieacuten
conocido como indol-3-glucosinolato Los glucosinolatos se encuentran principalmente en los
vegetales cruciacuteferos (broacutecoli col col de Bruselas coliflor col rizada nabos etc)
Entre las recomendaciones que se dan para seguir una buena dieta estaacute el consumir
diariamente 5 raciones de verduras frescas y 5 raciones de frutas frescas
En un antiguo tratado Romano de medicina se afirma que si aparece una uacutelcera cancerosa en
las mamas apliacutequese una hoja de col machacada y se pondraacute bien Con el machacar una hoja
de col el indol-3-glucosinolato se convertiriacutea en indol-3-carbinol entre otras reacciones
(Albert-Puleo M Physiological effects of cabbage with reference to its potential as a dietary
cancer-inhibitor and its use in ancient medicine J Ethnopharm 1983 9261-272)
El propio I-3-C no es activo Cuando el I-3-C entra en contacto con el aacutecido gaacutestrico se
convierte en sus metabolitos activos el diindoilmetano y el indoilcarbazol Por eso el I-3-C
administrado parenteralmente no produce metabolitos activos
En la actualidad sabemos que el I-3-C puede modular el metabolismo de los estroacutegenos
Tambieacuten puede tener efectos anti-aterogeacutenicos antioxidantes y anticanceriacutegenos
El I-3-C puede estimular a las enzimas naturales desintoxicantes de nuestro cuerpo
Se ha demostrado que los metabolitos estrogeacutenicos 16 alfa-hidroxiestrona y 4-hidroxiestrona
son canceriacutegenos y se cree que son responsables los posibles efectos canceriacutegenos del
estroacutegeno Por otro lado se ha descubierto que el metabolito estrogeacutenico 2-hidroxiestrona es
protectora contra varios tipos de caacutencer incluyendo el caacutencer de mamaacute Se ha demostrado que
el I-3-C aumenta la relacioacuten de 2-hidroxiestrona a 16 alfa-hidroxiestrona y tambieacuten inhibe la
4-hidroxilacioacuten del estradiol (Bailey GS Hendricks JD Shelton DW et a Enhancement of
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carcinogenesis by the natural anti-carcinogen indole-3-carbinol J Natl Cancer Inst 1987
78931-934)
Algunos estudios han demostrado que el I-3-C restaura la funcioacuten del gen supresor p21
retrasa la propagacioacuten de ceacutelulas aberrantes de proacutestata y mama e induce la apoptosis de
ceacutelulas aberrantes
Como ya lo mencioneacute arriba el I-3-C induce la siacutentesis de 2-hidroxiestrona Se he descubierto
que la 2-hidroxiestrona inhibe la oxidacioacuten de la lipoproteiacutena de baja densidad Esto nos indica
que el I-3-C tiene un efecto antioxidante indirecto Parece que la 2-hidroxiestrona tambieacuten
tiene la capacidad de inhibir la proliferacioacuten del muacutesculo liso La inhibicioacuten de la proliferacioacuten
de muacutesculo liso y la inhibicioacuten de la oxidacioacuten de LDL son importantes para los efectos anti-
aterogeacutenicos del I-3-C
Algunas de nuestras investigaciones nos han demostrado que el I-3-C puede ser uacutetil para
inhibir la formacioacuten de quistes de papilomatosis causados por el virus del papiloma humano
incluyendo en la boca los pulmones y las cuerdas vocales
Parece que el tratamiento con I-3-C durante 12 semanas causa una regresioacuten completa de la
neoplasia intraepitelial cervical en el 50 de las pacientes con estadio II-III de la NIC (Bell
MC Crwoley Nowick P Bradlow HL et al Preliminary results of the use of indole-3-carbinol
in the treatment of CIN Gynecol Oncol 2000 78123-9)
Hay un estudio que reporta por primera vez que el I-3-C ejerce efectos anticancerosos en las
ceacutelulas tumorales pancreaacuteticas in vitro Se ha demostrado que el I-3-C inhibe el crecimiento de
varias liacuteneas de ceacutelulas cancerosas ovaacutericas lo mismo que sobre el caacutencer de mama y de
proacutestata
El ensayo mencionado se enfocoacute en los efectos anticanceriacutegenos en varios biomarcadores
moleculares y celulares del caacutencer de paacutencreas Se investigaron los efectos del I-3-C sobre la
proliferacioacuten celular la apoptosis la expresioacuten de la DT-diaforasa la expresioacuten de Cox-1 y 2
la expresioacuten de NFkappaB y sus efectos sobre la invasioacuten celular tumoral
Una de las claves acerca de la causa del envejecimiento es que los animales senectos
desarrollan autoinmunidad La autoinmunidad consiste en que el cuerpo se hace aleacutergico a sus
propias ceacutelulas y empieza a destruirlas Los autoanticuerpos provocan una respuesta
inflamatoria croacutenica Cuando los autoanticuerpos atacan por ejemplo a las articulaciones se
presenta la artritis reumatoide Se conocen aproximadamente 60 enfermedades autoinmunes
Entre eacutestas encontramos a la esclerosis muacuteltiple la alopecia areata el vitiacuteligo la espondilitis
anquilosante etc
El tratamiento convencional se basa en la administracioacuten de corticoides e inmunosupresores
lo cual causa graves efectos adversos (Alving CR Swartz GM Jr Antibodies to cholesterol
cholesterol conjugates and liposomes implications for atherosclerosis and autoimmunity Crit
Rev Immunol 199110(5)441-53
Varios estudios realizados en algunas universidades en ratones autoinmunes -- los cuales
usualmente desarrollan enfermedad renal mortal autoinmune-- mostraron buenos resultados
con el I-3-C
34
El I-3-C tiene un efecto importante protector contra la autoinmunidad Las pruebas
demostraron que este complemento alimenticio redujo draacutesticamente la enfermedad renal
autoinmune Despueacutes de un antildeo todos los animales que recibieron el complemento todaviacutea
estaban vivos comparado con solamente el 30 de los controles Dos meses maacutes tarde todos
los controles habiacutean muerto mientras que muchos de los ratones que recibieron el I-3-C
sobrevivieron otros 6 meses y unos pocos sobrevivieron durante maacutes de 20 meses casi el 50
maacutes que los ratones controles
Se ha notado en forma interesante que la restriccioacuten caloacuterica podriacutea tener los mismos efectos
en los ratones autoinmunes (Ogura M Ogura H Lorenz E Ikehara S Good RA
Undernutrition without malnutrition restricts the numbers and propor tions of Ly-1 B
lymphocytes in autoimmune (MRLI and BXSB) mice Proc Soc Exp Biol Med 1990
Jan193(1)6-12) La restriccioacuten caloacuterica revierte la autoinmunidad y extiende el periacuteodo de
vida
Pues bien se cree que el I-3-C puede imitar los efectos de la restriccioacuten caloacuterica y prolongar el
periacuteodo de vida (Howitz KT Bitterman KJ Cohen HY et al Small molecule activators of
sirtuins extend Saccharomyces cerevisiae life span Nature 2003 Sep 11425 (6954)191-6
Epub 2003 Aug 24) El I-3-C y la restriccioacuten caloacuterica afectan a un proceso conocido como
metilacioacuten (Morse MA LaGreca SD Amin SG Chung FL Effects of indole-3-carbinol on
lung tumorigenesis and DNA methylation induced by 4-(methylnitrosamino)-1-(3- pyridyl)-1-
butanone (NNK) and on the metabolism and disposition of NNK in AJ mice Cancer Res
1990 May 150(9)2613-7) Puedo mencionar que la metilacioacuten es una reaccioacuten bioquiacutemica
que sucede en forma natural dentro de nuestro cuerpo Este proceso disminuye con la edad y
se altera con la autoinmunidad (Yung R Ray D Eisenbraun JK et al Unexpected effects of
heterozygous dnmt1 null mutation on age-dependent DNA hypomethylation and
autoimmunity J Gerontol A Biol Sci Med Sci 2001 Jun56(6)B268-76)
Las uacuteltimas tendencias en la investigacioacuten nutricional y oncoloacutegica estaacuten examinando coacutemo
ciertos compuestos fitoterapeacuteuticos afectan a los genes utilizando microarreglos de ADN Los
microarreglos para el I-3-C muestran que esta substancia natural ejerce un potente efecto en
los genes relacionados con el caacutencer Entre otras cosas estas substancias activan a los genes
tumorales supresores a otros genes que destruyen a las ceacutelulas cancerosas y a los genes que
nos desintoxican de agentes quiacutemicos Tambieacuten el I-3-C suprime genes que capacitan a las
ceacutelulas cancerosas a comunicarse con otras ceacutelulas Esta capacidad para entrar en las ceacutelulas
cancerosas y activar o desactivar genes es una poderosa arma contra el crecimiento del caacutencer
Esta habilidad para ejercer estos efectos sin alguna toxicidad (como lo hace el I-3-C) lo
convierte en un agente quimiopreventivo extremadamente deseable
En pocas palabras el I-3-C se usa para la prevencioacuten y tratamiento del caacutencer de mama
caacutencer de colon y otros tipos de caacutencer Tambieacuten se usa oralmente para fibromialgia
papilomatosis lariacutengea displasia cervical y en varias enfermedades autoinmunes como el
lupus eritematoso sisteacutemico Varios estudios demuestran que es uacutetil para equilibrar los niveles
hormonales desintoxicar a los intestinos y el hiacutegado y para apoyar al sistema inmunoloacutegico
35
Couve-broacutecolo - potenciais efeitos anticanceriacutegenos Ana Sofia Rodrigues (1) Eduardo Rosa (2) (1)Escola Superior Agraacuteria de Ponte de
Lima Mosteiro de Refoios 4990-706 Ponte de Lima Portugal (2) Universidade
Traacutes-os-Montes e Alto Douro Dpt Fitoteacutecnia Apartado 202 5001-911 Vila Real
Portugal
Resumo
As plantas da famiacutelia Brassicaceae incluindo a couve-broacutecolo apresentam um
grupo de compostos secundaacuterios os glucosinolatos com reconhecidas
propriedades anticanceriacutegenas especialmente os hidrolisados do glucosinolato
glucorafanina e dos glucosinolatos indoacutelicos Contudo os potenciais benefiacutecios na
sauacutede dependem das concentraccedilotildees destes compostos que por sua vez dependem
das variedades consumidas e das condiccedilotildees de crescimento da cultura
Neste estudo avaliou-se a variaccedilatildeo do teor em glucosinolatos nas inflorescecircncias
primaacuterias e secundaacuterias de onze cultivares de couve-broacutecolo em duas estaccedilotildees de
crescimento Primavera-Veratildeo e Veratildeo-Inverno Os teores em glucosinolatos
foram significativamente superiores no Veratildeo-Inverno Nesta estaccedilatildeo os teores
mais elevados ocorreram nas inflorescecircncias secundaacuterias O grupo dos
glucosinolatos indoacutelicos representou entre 19 e 77 dos totais A glucorafanina foi
o glucosinolato que surgiu em maior concentraccedilatildeo (gt500 moles100 g-1 PS) em
todas as cultivares Considerando o potencial efeito anticanceriacutegeno do
isotiocianato derivado da glucorafanina sulforafano a cultivar Shogun destaca-se
das outras por apresentar maiores teores desse glucosinolato
3- Butenilglucosinolato (GLUCONAPINA)
36
37
38
39
2- Hidroacutexi ndash3- butenil glucosinolato (PROGOITRINA)
CH2 = CH ndash CH ndash CH2 ndash NCS + HSO
4 + C6H12O6 ( - glicose)
OH
2- Hidroacutexi ndash3- butenil isotiocianato
5- Vinil oxazolidina ndash2- tiona
(5-vinil-2-tioxazolidina)
(GOITRINA)
40
Lipiacutedios
1 CONCEITO
Os lipiacutedios constituem juntamente com os carboidratos e proteiacutenas outra classe de substacircncias
consideradas como alimento Os seus representantes satildeo compostos bastante heterogecircneos das
mais variadas funccedilotildees quiacutemicas que se caracterizam pela insolubilidade em aacutegua e
solubilidade em solventes orgacircnicos (eacuteter acetona aacutelcool clorofoacutermio etc) Essa natureza
hidrofoacutebica eacute consequumlecircncia da natureza quiacutemica da moleacutecula que possui extensas cadeias de
carbono e hidrogecircnio lembrando muito os hidrocarbonetos
Satildeo considerados os mais energeacuteticos dos alimentos devido a essas cadeias hidrocarbonetadas
apresentando o aacutetomo de carbono em estaacutegio bastante reduzido isto eacute com baixo nuacutemero de
oxidaccedilatildeo devido ao baixo teor de oxigecircnio na moleacutecula
Composiccedilatildeo quiacutemica elementar () K calg________
Classe C O H N____________________
Proteiacutena 53 23 7 16 4
Carboidratos 44 49 6 _ 4
Lipiacutedios 76 11 12 _ 9___________
Constituem portanto uma excelente opccedilatildeo para a ceacutelula viva ou organismo qualquer o
armazenamento de energia quiacutemica na forma de lipiacutedios
Do ponto de vista estrutural os lipiacutedios constituem as membranas de permeabilidade
diferencial como a membrana citoplasmaacutetica e as membranas que revestem as organelas e
outras entidades de atividade bioquiacutemica especializadas (como o retiacuteculo endoplasmaacutetico o
sistema lamelar dos cloroplastos etc) Alguns representantes dessa classe ainda
desempenham funccedilotildees altamente especializadas como algumas vitaminas e a clorofila
(pigmento receptor da energia radiante no processo fotossinteacutetico)
2 CLASSIFICACcedilAtildeO
Segundo suas propriedades quiacutemicas os lipiacutedios podem ser classificados em
21 Lipiacutedios neutros gliceriacutedios monogliceriacutedios
ceras digliceriacutedios
trigliceriacutedios
22 fosfatiacutedios
23 esfingolipiacutedios
24 glicolipiacutedios
25 lipoproteiacutenas
26 terpenoacuteides carotenoacuteides
esteroacuteides
41
3 TRIGLICERIacuteDIOS
Constituem a quase totalidade da fraccedilatildeo lipiacutedios de uma dieta alimentar ou uma reaccedilatildeo
animal Eacute tambeacutem a forma pela qual os organismos animais ou vegetais armazenam parte
significativa da energia quiacutemica
Quimicamente satildeo eacutesteres do glicerol e aacutecidos graxos produtos esses que satildeo obtidos
mediante hidroacutelise dos trigliceriacutedios
As propriedades fiacutesicondashquiacutemicas os trigliceriacutedios satildeo regidas pela natureza dos aacutecidos graxos
integrantes desde que o glicerol eacute comum a todos eles
31 Hidroacutelise dos trigliceriacutedios Existem 3 modalidades de se promover a hidroacutelise dos
trigliceriacutedios
1 hidroacutelise aacutecida (reversiacutevel)
2 hidroacutelise alcalina ou reaccedilatildeo de saponificaccedilatildeo (irreversiacutevel)
3 hidroacutelise enzimaacutetica (pela accedilatildeo das liacutepases)
Da hidroacutelise alcalina resulta um sal soacutedico ou potaacutessico (conforme se use NaOH ou
KOH para a hidroacutelise) do aacutecido graxo o qual eacute denominado de sabatildeo com propriedade
detergente Para que uma substacircncia manifeste propriedade detergente a mesma deve
apresentar em sua moleacutecula uma porccedilatildeo hidrofoacutebica (apolar) e outra hidrofiacutelica (polar) Os
detergentes estabelecendo uma ponte aproximando as moleacuteculas polares (aacutegua) das
moleacuteculas apolares (gordura) promove a solubilizaccedilatildeo ou emulsificaccedilatildeo das gorduras e dos
oacuteleos
32 Aacutecidos Graxos Satildeo aacutecidos carboxiacutelicos que apresentam um radical R de natureza
graxa ou apolar R ndash COOH onde R deve se apresentar com mais de 4 aacutetomos de carbono em
estaacutegio reduzido
De um modo geral aumentando-se o nuacutemero de aacutetomos de carbono na moleacutecula
aumenta-se o ponto de fusatildeo do aacutecido graxo (ateacute 8 aacutetomos de carbono os aacutecidos carboxiacutelicos
satildeo liacutequidos com 1 e 2 aacutetomos de C satildeo volaacuteteis)
A presenccedila da dupla ligaccedilatildeo na cadeia do aacutecido graxo diminui o ponto de fusatildeo do
mesmo
42
Aacutecidos graxos Estrutura Ponto de Fusatildeo
Saturados
Laacuteurico CH3(CH2)10COOH 44deg
Miriacutestico CH3(CH2)12COOH 54deg
Palmiacutetico CH3(CH2)14COOH 63deg
Esteaacuterico CH3(CH2)16COOH 70deg
Araquiacutedico CH3(CH2)18COOH 75deg
Beecircnico CH3(CH2)20COOH 80deg
Lignoceacuterico CH3(CH2)22COOH 84deg
Natildeo-saturados
Oleacuteico CH3(CH2)7CHCH(CH2)7COOH
Vaccecircnico CH3(CH2)5CHCH(CH2)9COOH
Ricinoleico CH3(CH2)5CHOHCH2CHCH(CH2)7COOH
Linoleico CH3(CH2)4(CHCHCH2)2(CH2)6COOH
Linolecircnico CH3CH2(CHCHCH2)3(CH2)6COOH
Araquidocircnico CH3(CH2)4(CHCHCH2)4(CH2)2COOH
Pouco comuns
-alaioesteaacuterico CH3(CH2)3CHCHCHCHCHCH
Taririco (CH2)7COOH
Isacircnico CH3(CH2)10CequivC(CH2)4COOH
CH2CH(CH2)4CCCC(CH2)7COOH
CH2
Lactobacilico
Vernoacutelico
43
Os oacuteleos de origem vegetal satildeo trigliceriacutedios que apresentam elevada proporccedilatildeo de
aacutecidos graxos poliinsaturados que possuem baixo ponto de fusatildeo conferindo a esses
trigliceriacutedios o estado liacutequido aacute temperatura ambiente (20-25degC) Jaacute as gorduras de origem
animal se apresentam no estado soacutelido aacute temperatura ambiente pelo fato de haver
predominacircncia de aacutecidos graxos saturados
Uma dieta rica oacuteleos vegetais eacute aconselhaacutevel aacutes pessoas com distuacuterbios cardiovasculares
possuidoras de elevados teores de colesterol no sangue Tais problemas satildeo manifestados pela
arteriosclerose (endurecimento das arteacuterias) eou ateroesclerose (diminuiccedilatildeo da luz arterial)
Sabe-se que o colesterol no inferior da ceacutelula se encontra livre ao passo que fora dela (no
sangue por exemplo) se encontra asterificado por aacutecidos graxos Dependendo da saturaccedilatildeo do
aacutecido graxo o mesmo pode propiciar a disposiccedilatildeo do eacutester do colesterol na parede interna das
arteacuterias diminuindo a luz das mesmas causando os citados distuacuterbios cardiovasculares
Eacutester do colesterol com aacutec graxo saturado
Eacutester do colesterol com aacutecido graxo poli-insaturado
44
45
A margarina obtida pela hidrogenaccedilatildeo cataliacutetica do oacuteleos vegetais com a finalidade
de dar aos mesmos a consistecircncia soacutelida da manteiga natildeo se constitui num
substituto adequado desta quando se pretende evitar os inconvenientes da gordura
animal Isto porque a caracteriacutestica desejaacutevel dos oacuteleos vegetais (presenccedila de
aacutecidos graxos poliinsaturados) eacute alterada quando se efetua a hidrogenaccedilatildeo dos
mesmos para se obter um produto de maior ponto de fusatildeo
4 CEcircRAS
Quimicamente satildeo eacutesteres de aacutecidos graxos de cadeia longa com alcoois monohidroxilados
tambeacutem de cadeia longa (16 a 36 aacutetomos de carbono)
A cecircra de abelha (palmitado de miricila)
B cecircra de carnaacuteuba (cerotato de miricila)
Devido aacute natureza das cadeias tanto do aacutecido graxo como do aacutelcool tais compostos
satildeo bastante hidrofoacutebicos altamente insoluacuteveis em aacutegua razatildeo pela qual plantas e
animais optaram por uma camada cerosa para proteccedilatildeo e impermeabilizaccedilatildeo
Assim certas plantas apresentam uma camada de cecircra (cutiacutecula) para proteccedilatildeo da
epiderme aves aquaacuteticas efetuam a impermeabilizaccedilatildeo das penas com auxiacutelio de
mateacuteria cerosa das glacircndulas cericiacutegenas
5 FOSFATIacuteDIOS
Satildeo derivados do aacutecido fosfatiacutedico Um representante desse grupo eacute a lecitina que estaacute
associada aacutes membranas de permeabilidade diferencial com funccedilatildeo ainda pouco conhecida
talvez regendo o transporte de substacircncias atraveacutes dessas membranas
46
6 GLICOLIPIacuteDIOS
Citamos os galactolipiacutedios e sulfolipiacutedios encontrados no tecido fotossintetizador das plantas
Suas funccedilotildees natildeo satildeo bem conhecidas
7 LIPOPROTEIacuteNAS
Satildeo associaccedilotildees entre proteiacutenas e lipiacutedios especialmente fosfolipiacutedios que se arranjam
segundo a polaridade das moleacuteculas sem envolvimento de ligaccedilatildeo covalentes As membranas
de permeabilidade diferencial (citoplasmaacutetica e aquelas que revestem as organelas celulares
bem como o retiacuteculo endoplasmaacutetico e o sistema lamelar dos cloroplastos) satildeo constituiacutedos de
lipoproteiacutenas
8 TERPENOacuteIDES CAROTENOacuteIDES E OUTROS COMPOSTOS DE NATUREZA
LIPIacuteDICA
Como os lipiacutedios congregam compostos da mais variada natureza quiacutemica encontramos
representantes desempenhando funccedilotildees altamente especializadas aleacutem daquelas jaacute
mencionadas (funccedilotildees energeacutetica e estrutural)
Assim algumas vitaminas bem como pigmentos receptores de energia radiante no processo
fotossinteacutetico satildeo exemplo de lipiacutedios desempenhando outras funccedilotildees
AMINOACIDOS E PROTEINAS
AMINOAacuteCIDOS
1 CONCEITO
Como o nome indica os aminoaacutecidos satildeo compostos que carregam em suas moleacuteculas um
grupo amino (de caraacuteter baacutesico) e um grupo carboxiacutelico (de caraacuteter aacutecido) Satildeo eles as
entidades que constituem as proteiacutenas e o conhecimento de suas estruturas se reveste de um
particular interesse pelas propriedades que conferem aacute moleacutecula proteacuteica que integram
47
Ademais os aminoaacutecidos desempenham outras funccedilotildees especiacuteficas quer participando de
processos bioloacutegicos (ciclo da ureacuteia por exemplo) ou se constituindo em substrato para muitos
constituintes celulares
Os aminoaacutecidos encontrados normalmente nas proteiacutenas satildeo identificados com sendo - L-
aminoaacutecido Alfa () porque o grupo amino (-NH2) se prende ao carbono de posiccedilatildeo
adjacente aacute carboxila (-COOH) e L devido a configuraccedilatildeo do grupo amino tendo como
referecircncia o D-gliceraldeido
2 TITULACcedilAtildeO DE AMINOAacuteCIDOS E EVIDEcircNCIA DE SEU CARAacuteTER IOcircNICO
Os aminoaacutecidos via de regra satildeo soluacuteveis em aacutegua e insoluacuteveis em solventes orgacircnicos
(clorofoacutermio acetona eacuteter aacutelcool etc) Tal propriedade natildeo coaduna com a estrutura geral
formulada (R-CHNH2-COOH) Como sabe os aacutecidos carboxiacutelicos e as aminas orgacircnicas satildeo
pouco ou quase insoluacuteveis em aacutegua especialmente os compostos de cadeia alifaacutetica ou
aromaacutetica com diversos aacutetomos de carbono Outra propriedade fiacutesica interessante eacute o alto
ponto fusatildeo dos aminoaacutecidos em situaccedilatildeo oposta aos aacutecidos carboxiacutelicos e aminas que
apresentam baixo ponto de fusatildeo e bem definido
A real estrutura dos aminoaacutecidos pode ser visualizada em soluccedilatildeo considerando o seu
comportamento como eletroacutelito Assim um aminoaacutecido pelo fato de conter um grupo
carboxiacutelico e um grupo amino pode reagir tanto como uma base como um aacutecido sendo
considerado uma substacircncia anfoacutetera Se o amino aacutecido estiver dissolvido em um meio aacutecido
ele se torna carregado positivamente (migra para o caacutetodo num campo eletroforeacutetico) e se o
meio for alcalino ele se torna carregado negativamente
Para se melhor compreender o caraacuteter iocircnico dos aminoaacutecidos eacute inicialmente necessaacuterio
conhecer algumas caracteriacutesticas dos diversos grupos ionizaacuteveis Para tal estudaremos as
ionizaccedilotildees da carboxila de um aacutecido e do grupo amino de uma amina orgacircnica
21 Titulaccedilatildeo da carboxila de um aacutecido (aceacutetico) O aacutecido aceacutetico se ioniza liberando
proacuteton (H+) conforme a equaccedilatildeo
A constante de dissociaccedilatildeo (K) do aacutecido aceacutetico eacute
Para esse valor de K podemos afirmar que o aacutecido aceacutetico eacute um aacutecido fraco pois apenas uma
pequena fraccedilatildeo das moleacuteculas eacute que se ionizam proacuteton
48
Aplicando-se logariacutetimos
Quando o ph do meio for numericamente igual ao ph
Teremos
Portanto
Isto eacute as concentraccedilotildees das formas protonizada e desprotonizada se equivalem
Podemos concluir portanto que o ph de um grupo ionizaacutevel corresponde a um valor de ph no
qual coexistem as formas protonizada e desprotonizada em idecircnticas concentraccedilotildees Em outras
palavras eacute o ph que corresponde aacute semi-titulaccedilatildeo ou semi-neutralizaccedilatildeo do referido grupo
ionizaacutevel
Curva de titulaccedilatildeo do aacutecido aceacutetico
22 Titulaccedilatildeo do Grupo Amino (-NH2)
Seja a amina metilina que pode ceder proacuteton conforme a equaccedilatildeo
49
Curva de Titulaccedilatildeo da Metilamina
23 Titulaccedilatildeo de um amino aacutecido neutro (alamina)
Formas Iocircnicas
Carga eletroforeacutetica +1
Curva de titulaccedilatildeo da alamina
Problema Quais as formas iocircnicas existentes bem como as proporccedilotildees das mesmas para
alamina no pH fisioloacutegico (70)
Resposta a forma iocircnica da alamina mais abundante no pH fisioloacutegico (70) eacute a forma
=99 81 desprovida de carga eletroforeacutetica
24 Titulaccedilatildeo de um minoaacutecido dicarboxiacutelico aacutecido aspaacutertico
50
Curva de Titulaccedilatildeo do Aacutecido Aspaacutertico
3 Curva de titulaccedilatildeo obtida quendo 20 ml de aacutecido aspaacutertico HCI01M satildeo titulados com
NaOH01M
Problema Calcular as proporccedilotildees das formas iocircnicas do aacutecido aspaacutertico existentes no pH
fisioloacutegico (Ph=70)
PH=Pk+log R
PH=70
PK=pK3=98 (o mais proacuteximo de 70) do grupo -amino
R= cone da forma protonizada em relaccedilatildeo ao grupo amino= IV
coc da forma protonizada em relaccedilatildeo ao grupo amino III
Substituindo
7 = 98 +log IV
III
7 = 98 + log R
log R = 7-98 = -28
log 1 = 28
R
1 =629 ou R = _1_ =
R 629
R = __1_ = IV
51
629 III
III = 629 IV
III + IV = 100 (1)
substituindo o valor de III em (1) temos
629 IV ldquo+ IV = 100
630 IV = 100
IV = _100_ = 016
630
[III] = 629 X 016 (01587301)
[III] = 9984
Resposta A forma mais abundante (9984) eacute a forma III carregada negativamente
25 Titulaccedilatildeo de um aminoaacutecido baacutesico (lisina)
Problema Qual eacute e em que proporccedilatildeo se apresenta a forma iocircnica mais abundante do
aminoaacutecido lisina no pH fisioloacutegico (70)
PH = pK + log R
PH = 70
PK = Pk2 = 90 ( o mais proacuteximo de 70 corresponde ao grupo -amino)
R = conc da forma desprotonizada em relaccedilatildeo ao grupo -amino = [III]
conc da forma protonizada em relaccedilatildeo ao grupo -amino [II]
Substituindo
52
70 = 90 + log R
log R=70 ndash 90 = -20
log 1 = 2
R
1= 100 ou R = _1__
R 100
Portanto R = __1__ = _[III]_ ou
100 [II]
[II] =100 [III]
[II] + [III] = 100 (1)
Substituindo o valor de [II] em (1)
100 [III] + [III] = 100
101 [III] = 100[III] = _100_ = 099
101
Logo [II] = 100 X 099 = 99
Resposta A forma iocircnica mais abundante eacute a forma II na proporccedilatildeo de 99
Resumindo o que se observou para os 3 aminoaacutecidos temos
Aminoaacutecido pI forma iocircnica predominante no pH fisioloacutegico (70)
Neutro 7 sem carga eletroforeacutetica
Aacutecido lt 7 carregado negativamente
Baacutesico gt 7 carregado positivamente
4 CLASSIFICACcedilAtildeO DOS AMINOAacuteCIDOS
Os aminoaacutecidos satildeo classificados segundo a natureza do radical R vaacuterios criteacuterios de
classificaccedilatildeo podem ser adotados Assim quanto aacute estrutura do radical R eles podem ser
classificados em
a aminoaacutecidos alifaacuteticos
b aminoaacutecidos aromaacuteticos
c aminoaacutecidos heterociacuteclicos
53
Mais significativa entretanto eacute a classificaccedilatildeo baseada na polaridade do radical R uma vez
que ela enfatiza o papel funcional que cada aminoaacutecido desempenha na proteiacutenaAssim os 20
aminoaacutecidos comumente encontrados nas proteiacutenas satildeo classificados em
31 Aminoaacutecidos com Radical R natildeo Polar ou Hidrofoacutebico
32 Aminoaacutecidos com Radical R Polar sem Carga no pH Fisioloacutegico
A maioria desses aminoaacutecidos tem um radical polar que pode participar de pontes de
hidrogecircnio alguns possuem o grupo hidroxila (-OH) outros a sulfidrila (-SH) enquanto
asparagina e glutamina possuem grupos amida A glicina embora desprovida de radical R eacute
considerada uma moleacutecula polar pelo fato dos grupos amino e carboxila representar grande
parte da massa da moleacutecula
33 Aminoaacutecidos com Radical R Polar Carregados Negativamente no pH Fisioloacutegico
Nesta classe estatildeo aminoaacutecidos dicarboxiacutelicos
33 Aminoaacutecidos com Radical R Polar Carregado Positivamente no pH Fisioloacutegico
Trecircs aminoaacutecidos satildeo incluiacutedos nesta categoria lisina (com grupo adicional E ndash amino com
pK = 105 arginina com o grupo guanidiacutenico de pK = 125 e a histidina com o grupo imidazol
com pK = 60)
54
Outros aminoaacutecidos aleacutem desses podem ser encontrados Assim L-hidroxilisina e L-
hidroxiprolina sccedilao abundantes no colaacutegeno apenas e por isso denominados de aminoaacutecidos
proteacuteicos raros
Muitos aminoaacutecidos natildeo satildeo encontrados em proteiacutenas mas ocorrem na forma livre Satildeo os
aminoaacutecidos natildeo proteacuteicos que atualmente satildeo em nuacutemero de aproximadamente 200
encontrados comumente no reino vegetal Alguns desempenham funccedilotildees conhecidas (como a
ornitina e citrulina que participam do ciclo da ureacuteia em plantas e animais e a beta ndash alanina
que faz parte da estrutura do aacutecido pantotecircnico) enquanto a maioria natildeo tem uma funccedilatildeo
fisioloacutegica definida Alguns deles se mostram toacutexicos para animais e humanos como o aacutecido
- diaminobutiacuterico encontrado nas sementes da Lathirus sativus o qual causa o
Neurolatirismo (fraqueza muscular a paralizia dos membros inferiores)
Citrulina encontrado pela 1ordf vez em Citrullus vulgaris melancia
PROTEIacuteNAS
1 CONCEITO
Satildeo poliacutemeros formados pela uniatildeo dos aminoaacutecidos unidos que satildeo pela ligaccedilatildeo peptyacutedica
Tais poliacutemeros apresentam peso molecular entre 10000 a alguns milhotildees de Daltons
A ligaccedilatildeo peptiacutedica eacute aquela que se estabelece entre a carboxila (-COOH) de aminoaacutecido com
o grupo amino (-NH2) de outro aminoaacutecido
55
A ligaccedilatildeo peptiacutedica eacute de natureza covalente Se une dois aminoaacutecidos teremos um dipeptiacutedio
se une trecircs um tripeptiacutedio e assim por diante As proteiacutenas podem ser consideradas
polipeptiacutedios
2 NIacuteVEIS ESTRUTURAIS BAacuteSICOS
A cadeia polipeptiacutedica busca um estado de maior estabilidade termodinacircmica que eacute atingido
apoacutes rearranjos levando a proteiacutena aacute niacuteveis estruturais complexos Tais niacuteveis podem ser
estendidas como as seguintes estruturas
3 Estrutura primaacuteria eacute a sequumlecircncia de aminoaacutecidos na cadeia polipeptiacutedica Eacute mantida
pela ligaccedilatildeo peptiacutedica
Com os 21 aminoaacutecidos normalmente encontrado nas proteiacutenas podemos arranja-los formando
polipeptiacutedios com 100 ateacute alguns milhares de aminoaacutecidos Tais arranjos permitem a formaccedilatildeo
de um nuacutemero extremamente grande de diferentes moleacuteculas protecircicas que possivelmente
possam existir
22 Estrutura Secundaacuteria a cadeia polipeptiacutedica pode adquirir a forma de uma espiral
voltada aacute direita estrutura essa chamada de - heacutelice eacute estabilizada por pontes de hidrogecircnio
que se estabelece entre o grupo carbonilo (=C=O) de uma ligaccedilatildeo peptiacutedica com o grupo
imido (=NH) da 3ordf ligaccedilatildeo peptiacutedica na sequumlecircncia regular da cadeia A estrutura secundaacuteria
tambeacutem pode se manifestar na forma de ldquofolha pregueadardquo
23 Estrutura Terciaacuteria diz respeito ao dobramento da cadeia polipeptiacutedica sobre se mesma
se enovelando e adquirindo uma chamada estrutura globular mais compacta A manutenccedilatildeo
de tal estrutura eacute atribuiacuteda aacutes diferentes reatividades dos radicais R dos aminoaacutecidos
componentes e tal estrutura estaacute intimamente relacionada com as propriedades cataliacuteticas das
proteiacutenas biologicamente ativas como as enzimas
Entre as ligaccedilotildees envolvendo os radicais R e responsaacuteveis pela estruturaccedilatildeo terciaacuteria
podemos observar
a ligaccedilotildees ou interaccedilotildees eletrostaacuteticas ndash entre a carboxila dissociada (-COO-) e grupos
protonizados (amino guanidino ou amidazol)
b pontes de hidrogecircnio
c interaccedilatildeo hidrofoacutebica
56
d interaccedilatildeo dipolo ndash dipolo com radicais de polarizaccedilatildeo semelhantes)
e ligaccedilatildeo ou ponte de dissulfeto (ligaccedilatildeo covalente que se estabelece entre 2 aacutetomos de S
de dois resiacuteduos de cisteiacutena)
Alguns tipos de ligaccedilotildees natildeo ndash covalentes que estabilizam a estrutura proteacuteica
a) interaccedilatildeo eletrostaacutetica b) ligaccedilatildeo de hidrogecircnio entre resiacuteduos de tirosina e
grupos carboxiacutelicos nas cadeias laterais c)interaccedilatildeo hidrofoacutebica de cadeias
laterais natildeo ndash polares causada pela muacutetua repulsatildeo de solventes d) interaccedilatildeo
dipolo ndash dipolo e) ligaccedilatildeo de dissulfeto uma ligaccedilatildeo covalente [De acordo
com C B Anfinsen The Molecular Basic of Evolution John Wiley and Sons
Nova Iorque p 1021959]
Representaccedilatildeo esquemaacutetica das cadeias polipeptiacutedicos de proteiacutenas bem definidas C indica o
carboxilo de aminoaacutecido terminal N grupo amino livre do aminoaacutecido terminal os nuacutemeros
em parecircnteses satildeo os radicais de aminoaacutecidos -S- ligaccedilotildees de dissulfeto
24 Estrutura Quaternaacuterias eacute apresentada por apenas algumas proteiacutenas e quase sempre
biologicamente ativas tal estruturaccedilatildeo pode ser definida como o grau de polimerizaccedilatildeo de
unidades proteacuteicas formando diacutemeros triacutemeros tetracircmeros etc As forccedilas que manteacutem a
estrutura quaternaacuteria satildeo as mesmas responsaacuteveis pela manutenccedilatildeo da estrutura terciaacuteria Em
alguns casos caacutetions metaacutelicos (Ca++
K+ Mg
++ Mn
++ etc) auxiliam a manutenccedilatildeo da
estrutura quaternaacuteria
Assim a fosforilase ldquoardquo (tetracircmero) eacute formada pela uniatildeo de 4 subunidade proteacuteicas e
manifesta atividades cataliacutetica Jaacute na forma de diacutemero (fosforilase ldquobrdquo) a mesma eacute inativa
Um tetracircmero de unidades proteacuteicas ilustrado quaternaacuteria de uma proteiacutena globular complexa
3 DESNATURACcedilAtildeO DAS PROTEIacuteNAS
Vem a ser qualquer desarranjo nas estruturas secundaacuterias terciaacuterias ou quaternaacuteria de uma
proteiacutena As enzimas assim que desnaturadas perdem a atividade cataliacutetica Os agentes
57
desnaturantes das proteiacutenas satildeo aacutecidos bases forccedila iocircnica elevada calor solventes orgacircnicos
(apolares) agitaccedilatildeo mecacircnica etc
4 HIDROacuteLISE DAS PROTEIacuteNAS
Eacute o rompimento das ligaccedilotildees peptiacutedicas que manteacutem a estrutura primaacuteria e pode ser efetuada
por aacutecidos bases ou enzimas (genericamente denominadas de proteases ou enzimas
proteoliacuteticas) Tal hidroacutelise liberta os aminoaacutecidos na forma livre os quais podem ser
identificados e quantificados conhecendo-se assim a composiccedilatildeo aminoaciacutedica das proteiacutenas
5 FUNCcedilOtildeES BIOLOacuteGICAS DAS PROTEIacuteNAS
Devido ao nuacutemero incriacutevelmente elevado de diferentes moleacuteculas proteacuteicas que podem ser
fabricadas pelos organismos cujas propriedades seratildeo reflexo direto da sequumlecircncia de
aminoaacutecidos na cadeia polipeptiacutedica a natureza aproveitando-se desta particularidade atribui
inuacutemeras funccedilotildees para as proteiacutenas Assim podemos identificar classes de proteiacutenas de acordo
com suas funccedilotildees bioloacutegicas
51 Enzimas proteiacutenas com atividade cataliacuteticas acelerando reaccedilotildees no interior da ceacutelula
52 Proteiacutenas de Transporte A Hemoglobina transporta oxigecircnio lipoproteiacutenas do
plasma transportam lipiacutedios A passagem de iacuteons e outras substacircncias atraveacutes das
membranas (de permeabilidade diferencial) eacute auxiliada por proteiacutenas de transporte
53 Proteiacutenas Nutritivas ovoalbumina caseiacutena ferritina (armazenadora de ferro) etc
54 Proteiacutenas Contraacutecteis Actina miosina tubulina (dos ciliados e flagelados)
55 Proteiacutenas Estruturais colaacutegeno elastina fibroinas queratina etc
56 Proteiacutenas de Defesa imunoglobulinas (anticorpos) fibrinogecircnio e trombina
57 Proteiacutenas Reguladoras hormocircnios e repressores (regulam a siacutentese de enzimas)
6 CLASSIFICACcedilAtildeO DAS PROTEIacuteNAS
Diversos criteacuterios podem ser adotadas para a classificaccedilatildeo das proteiacutenas todos eles algo
subjetivo
61 Quanto aacute composiccedilatildeo
a proteiacutenas simples - quando formadas apenas de aminoaacutecidos (albuminas globulinas)
b proteiacutenas conjugadas ndash quando apresentam uma porccedilatildeo natildeo proteacuteica (denominado de
grupo prosteacutetico) precircso aacute cadeia polipeptiacutedica
proteiacutena conjugada grupo prosteacutetico glicoproteiacutena carboidrato
lipoproteiacutena lipiacutedios
nucleoproteyacutena aacutecido nucleacuteico
metaloproteiacutena metal
______________________________________________
58
62 Quanto aacute conformaccedilatildeo
a proteiacutenas globulares ndash aqueles cuja cadeia polipeptiacutedica se dobrou
consideravelmente adquirindo a forma esfeacuterica ou globular geralmente com os
radicais polares dos aminoaacutecidos na superfiacutecie externa e os apolares voltados para o
interior Em consequumlecircncia essas proteiacutenas globulares satildeo soluacuteveis no sistemas aquosos
e se difundem facilmente Enzimas hormocircnios e anticorpos satildeo exemplos de proteiacutenas
globulares e para a manifestaccedilatildeo de suas atividades bioloacutegicas a solubilidade eacute uma
propriedade desejada
b Proteiacutena fibrosas ndash essas proteiacutenas podem ser subdivididas em 3
classes segundo a estrutura detalhada das mesmas
- - heacutelice de passo direito (queratina da pele pecirclo unhas)
- folha - pregueada (seda)
- heacutelice tripla (coleacutegeno)
Tais proteiacutenas satildeo altamente insoluacuteveis caracteriacutestica necessaacuteria para as suas funccedilotildees
bioloacutegicas
7 FATORES ANTINUTRICIONAIS DE NATUREZA PEPTIacuteDICA
Os gratildeos de algumas leguminosas como feijatildeo e soja apresentam peptiacutedios de baixo peso
molecular que possuem habilidade de inativar as enzimas digestivas - amilase e a tripsina
Tais peptiacutedios jaacute identificados satildeo denominados de fator ldquoanti-amilaserdquo e fator ldquoanti-tripsinardquo
e satildeo responsaacuteveis pelo menos em parte pelo efeito toacutexico observado quando da indigestatildeo de
feijatildeo cru especialmente em animais domeacutesticos felizmente esses fatores antinutricionais satildeo
desnaturados pelo calor de modo que o cozimento dos alimentos destroacutei essa atividade
antitriacuteptica e antiamilaacutesica de muitos gratildeos de legumes e de alguns cereais Em alguns
legumes esses fatores satildeo termoestaacuteveis
59
QUESTIONAacuteRIO
1 Qual eacute o objetivo da Bioquiacutemica
2 O que vem a ser metabolismo
3 O que eacute um carboidrato
4 O que eacute uma ligaccedilatildeo hemiacetal O que eacute uma ligaccedilatildeo glicosiacutedica
5 O que vem a ser um accediluacutecar redutor
6 Por que a sacarose natildeo eacute redutora
7 Por que a ceacutelula prefere armazenar como reserva energeacutetica
carboidrato na forma de polissacariacutedio
8 Quais os fatores antinutricionais de natureza gluciacutedica encontrados
na mandioca nas cruciacuteferas e nos legumes O que causam tais
substacircncias
9 Cite carboidratos desempenhado funccedilatildeo estrutural e energeacutetica em
animais e vegetais
10 O que eacute um lipiacutedio
11 Por que satildeo os mais energeacuteticos dos alimentos
12 O que resulta da hidroacutelise de um trigliceriacutedio
13 Qual a relaccedilatildeo entre a resistecircncia aacutes geadas e a proporccedilatildeo de
aacutecidos graxos poliinsaturados nas membranas dos vegetais
14 Por que os oacuteleos vegetais satildeo recomendados aqueles que
apresentam distuacuterbios cardiovasculares
15 Como se classificam os lipiacutedios
16 A margarina eacute boa substituta da manteiga quando se pretende
evitar os inconvenientes da gordura animal
17 Cite lipiacutedios desempenhando funccedilatildeo estrutural funccedilatildeo energeacutetica
e outra funccedilatildeo especiacutefica
18 Por que os aminoaacutecidos satildeo estruturas polares
19 Qual eacute o significado do pk de um grupo ionizaacutevel
20 Cite alguns aminoaacutecidos natildeo proteacuteicos
21 Cite um aminoaacutecido toacutexico onde eacute encontrado e qual o distuacuterbio
de sua ingestatildeo
22 O que eacute uma ligaccedilatildeo peptiacutedica e como pode ser rompida
23 O que vem a ser estrutura primaacuteria secundaacuteria e terciaacuteria de uma
proteiacutena e quais as ligaccedilotildees que as manteacutem
24 O que vem a ser desnaturaccedilatildeo de uma proteiacutena e quais os agentes
que efetuam tal desnaturaccedilatildeo
60
ENZIMAS
1 INTRODUCcedilAtildeO
Uma peculiaridade interessante da ceacutelula viva eacute a de permitir que em seu interior ocorram
reaccedilotildees complexas a uma velocidade razoaacutevel aacute temperatura do meio Tais reaccedilotildees natildeo
ocorreriam ou se processariam muito lentamente aquela temperatura se na ausecircncia da ceacutelula
Isso eacute possiacutevel devido a presenccedila de catalizadores bioloacutegicos as enzimas ou biocatalizadores
As enzimas satildeo proteiacutenas sintetizadas pela proacutepria ceacutelula que aceleram reaccedilotildees
termodinamicamente possiacuteveis natildeo alterando a constante de equiliacutebrio (k) e nem a variaccedilatildeo de
energia livre da reaccedilatildeo (G) Como catalizadores operam em concentraccedilotildees extremamente
baixas em relaccedilatildeo aacute quantidade de substrato transformada
Sendo uma proteiacutena a enzima perde a sua atividade cataliacutetica assim que desnaturada (a
enzima fica inativa) Outra propriedade das enzimas vem a ser a sua especificidade milhares
de diferentes enzimas ocorrem no interior da ceacutelula
2 MODALIDADE DE SE AUMENTAR A VELOCIDADE DE UMA
REACcedilAtildeO
21 Pelo Aumento da Temperatura o aumento de temperatura causa um aumento na energia
cineacutetica das moleacuteculas (Ec) tornando-as mais aptas a transpor a barreira energeacutetica
estabelecida pela energia de ativaccedilatildeo (Ea)
22 Pela Diminuiccedilatildeo da Energia de Ativaccedilatildeo A energia de ativaccedilatildeo eacute uma quantidade de
energia que deve ser fornecida aacutes moleacuteculas reagentes para atingir o estado excitado e se
iniciar a reaccedilatildeo Supotildee-se que as enzimas como os demais catalizadores diminuam a energia
de ativaccedilatildeo requerida para que a reaccedilatildeo ocorra
Hidroacutelise da ureacuteia
CO (NH2)2 + H2O __H+__ CO2 + 2 NH3 Ea= 24600 calmol
CO (NH2)2 + H2O _ureacutease CO2 + 2 NH3 Ea= 6800 calmol
Decomposiccedilatildeo da aacutegua oxidada
H2O2 __Fe + +__ H2O + 1 O2 Ea= 10100 calmol
2
H2O2 __catalase__ H2O + 1 02 Ea= 1700 calmol
2
61
3 EQUACcedilAtildeO DE MICHAELIS ndash MENTEN
No inicio da reaccedilatildeo (tempo zero) existe apenas enzima e substratoApoacutes um lapso de tempo
ocorre a formaccedilatildeo do complexo enzima-substrato e daiacute a dissociaccedilatildeo do mesmo para formar o
produto da reaccedilatildeo (P) Durante o transcurso da reaccedilatildeo o produto deve ser formado com uma
velocidade constante estando a reaccedilatildeo no seu estado de equiliacutebrio dinacircmico
Para que a velocidade de formaccedilatildeo de produto seja constante a concentraccedilatildeo do complexo
enzima-substrato (ES) igualmente deveraacute ser constante
Para que [ES] seja constante a velocidade de sua dissociaccedilatildeo (v2+v3)
Experimentalmente em laboratoacuterio podemos controlar a concentraccedilatildeo de substrato [S] e a
concentraccedilatildeo de enzima adicionada [E]
Seja portanto
[E] = concentraccedilatildeo de enzima adicionada
[S] = concentraccedilatildeo de substrato
[ES] = concentraccedilatildeo do complexo enzima-substrato no estado de equiliacutebrio dinacircmico
[E] = [ES] = concentraccedilatildeo de enzima livre
Sabemos que V1= V2+V3 (I) para que [ES] seja constante
V1 = K1 [E] ndash [ES][S]
V2 = K2 [ES]
V3-K3 [ES] = velocidade de formaccedilatildeo de produto = v (medida experimentalmente)
Substituindo em I
K1 [E] ndash [ES] [S] = K2 [ES] + K3 [ES]
K1 [E] [S] - K1 [ES] [S] = [ES] (K2 + K3)
Dividindo-se por K1
[E] [S] ndash [ES] [S] = [ES] K2 + K3
K1
K2 + K3 = Km (constante de Michaelis)
K1
[E] [S]ndash [ES] [S] = [ES] Km
[ES] Km + [ES] [S] = [E] [S]
[ES] (Km + [S]) = [E] [S]
[ES] = _[E] [S]_
Km + [S]
Multiplicando-se ambos os membros por K3 teremos
K3 [ES] = _K3 [E] [S]_
62
Km + [S]
Ora K3 [ES] = V (Velocidade de formaccedilatildeo de produto a qual eacute medida experimentalmente)
K3 [E] = Vm (Velocidade maacutexima de reaccedilatildeo quando toda enzima adicionada [E] estiver na
forma do complexo enzima-substrato bdquoES Nessa ocasiatildeo [ES] = [E] ou seja eacute a maacutexima
concentraccedilatildeo do complexo enzima-substrato que se pode conseguir)
Logo V = _Vm [S]_
Km + [S]
Esta eacute uma equaccedilatildeo de hipeacuterbole quadraacutetica que representa ou melhor que se ajusta bem ao
tipo de curva observada experimentalmente
Assim lim _Vm [S]_ = 00 (indeterminaccedilatildeo matemaacutetica)
S Km + [S] 00
Levantando-se indeterminaccedilatildeo (dividindo-se por [S])
Lim _____Vm_____ ____Vm____
_Km _+ __[S]__ = lim Vm
[S] [S] S 00 _Km_ + 1
[S]
Ou seja aacute medida que a concentraccedilatildeo de substrato tende para o infinito (00) a velocidade de
reaccedilatildeo tende para a velocidade maacutexima
Quando V= Vm teremos
2
Vm = __Vm [S]__
Km + [S]
2 [S] = Km + [S] ou Km = [S]
Donde se conclui que para uma velocidade de reaccedilatildeo igual metade da velocidade maacutexima
(_Vm_) a concentraccedilatildeo de substrato corresponde numericamente aacute constante de Michaelis
2
(Km) Concluiacutemos tambeacutem que Km eacute a concentraccedilatildeo de semi-saturaccedilatildeo dos siacutetios ativos da
enzima Portanto a constante de Michaelis pode ser bioquimicamente interpretada como
sendo
a concentraccedilatildeo de substrato que satura 50 dos siacutetios ativos da enzimas presentes
b Um valor cujo inverso mede a afinidade entre a enzima e o substrato
c Um valor muito proacuteximo da constante de dissociaccedilatildeo do complexo enzima-substrato
63
A velocidade maacutexima (Vm) eacute aquela atingida quando toda enzima (100) estiver na forma do
complexo enzima-substrato ou seja quando todos os siacutetios ativos possuiacuterem substrato alojado
em seu interior Dizendo que foi atingida a saturaccedilatildeo dos siacutetios ativos
RETIFICACcedilAtildeO DA HIPEacuteRBOLE = TRANSFORMACcedilAtildeO DE LINEWEAVER E BURK
Experimentalmente eacute muito mais simples trabalhar uma equaccedilatildeo de reta do que curva
hiperboacutelica Daiacute a retificaccedilatildeo da hipeacuterbole
V = _Vm [S]_
Km + [S]
Tornando-se o inverso
_1_ = _Km + [S]_
V Vm [S]
_1_ = ___Km___ + ___[S]___
V Vm [S] Vm [S]
_1_ = _Km_ _1_ + _1_ (I)
V Vm [S] Vm
_1_ = variaacutevel dependente
V
_1_ = variaacutevel independente
[S]
_Km_ = coeficiente angular
Vm
_1_ = coeficiente linear
Vm
Para _1_ = 0 teremos a intersecccedilatildeo no eixo de _1_
V [S]
_1_ = - _Km_ x0 + __1__ _1_ = __1__
Vm Vm Vm V Vm
Por intermeacutedio deste tipo de anaacutelise graacutefica determinamos experimentalmente os paracircmetros
Km para uma reaccedilatildeo enzimaacutetica
64
4 FATORES QUE AFETAM A VELOCIDADE DE UMA REACcedilAtildeO
ENZIMAacuteTICA
41 Efeito da Concentraccedilatildeo de Enzima
A velocidade maacutexima (Vm) eacute proporcional aacute concentraccedilatildeo de enzima [E] mas Km constante
que independe da concentraccedilatildeo de enzima
42 Efeito da Concentraccedilatildeo de Substrato foi estudado na equaccedilatildeo de Michaelis-Menten
43 Efeito da Concentraccedilatildeo Hidrogenioiocircnica (Ph) Em valores extremos de pH (maiores
que 10 e menores que 3) ocorre o efeito desnaturante do aacutecido ou da base sobre a enzima
igualmente o efeito da forccedila iocircnica elevada pode desnaturar a enzima
Jaacute em regiotildees proacuteximas ao pH oacutetimo pequenas alteraccedilotildees no pH acarretam alteraccedilotildees na
configuraccedilatildeo espacial dos siacutetios ativos facilitando ou dificultando a entrada do substrato no
mesmo
O pH no interior da ceacutelula estaacute ao redor da naturalidade (pH = 6 ou 7) sendo adequado para a
maioria das enzimas A ceacutelula regula o metabolismo exercendo um controle sobre o pH em
algumas regiotildees da ceacutelula Em algumas ocasiotildees as enzimas estatildeo adaptadas aacutes condiccedilotildees de
pH do meio nem sempre proacutexima aacute neutralidade
44 Efeito da Temperatura Sabe-se que a cada aumento de 10degC resulta numa duplicaccedilatildeo
da velocidade de uma reaccedilatildeo quiacutemica qualquer
Um aumento da temperatura aleacutem de aumentar a energia das moleacuteculas regentes promove a
termo-desnaturaccedilatildeo das enzimas tornando-as inativas Essa eacute a razatildeo existecircncia de uma
temperatura oacutetima onde a velocidade de reaccedilatildeo eacute maacutexima
65
A zero graus centiacutegrados podemos ter 100 das moleacuteculas enzimaacuteticas ativas aptas a
catalizarem a reaccedilatildeo mas as moleacuteculas possuem baixa energia cineacutetica e a reaccedilatildeo natildeo ocorre
Aumentando-se a temperatura aumenta-se a energia cineacutetica das moleacuteculas mas igualmente
aumenta-se proporccedilatildeo de enzimas desnaturada (inativa) Geralmente acima de 50C a
velocidade de reaccedilatildeo eacute nula pois que a despeito da elevada energia cineacutetica das moleacuteculas
reagentes todas as enzimas jaacute sofrem termodesnaturaccedilatildeo
Algumas enzimas satildeo particularmente resistentes aacute elevadas temperaturas como a
polifenoloxidase que manifesta atividade cataliacutetica mesmo a 80degC
45 Efeito de Inibidores Inibidores satildeo substacircncias da mais variada natureza quiacutemica que
penetram no siacutetio ativo das enzimas prejudicando a accedilatildeo da cataacutelise Tais substacircncias satildeo
geralmente estranhas ao metabolismo celular Dependendo do mecanismo de accedilatildeo eles podem
ser considerados inibidores competitivos ou inibidores natildeo competitivos
451 Inibidores Competitivos Tais inibidores apresentam semelhanccedila estrutural com o
substrato ocupando o siacutetio ativo sem sofrerem transformaccedilotildees Como exemplo desse tipo de
inibiccedilatildeo temos o aacutecido malocircnico inibindo a desidrogenase succiacutenica (enzima do ciclo de
Klebs) cuja cineacutetica de inibiccedilatildeo apresenta as seguintes caracteriacutesticas
A cineacutetica dessa inibiccedilatildeo demonstra que Vm eacute atingida mesmo na presenccedila do inibidor mas
Km eacute aumentada Concluiacutemos que o inibidor eacute deslocado do siacutetio ativo mediante aumento na
concentraccedilatildeo de substrato Tal tipo de inibiccedilatildeo eacute reversiacutevel
452 Inibidores natildeo Competitivos Esses inibidores se ligam de maneira irreversiacutevel no siacutetio
ativo mediante ligaccedilatildeo covalente natildeo sendo deslocados mediante aumento na concentraccedilatildeo
de substrato Tais conclusotildees satildeo obtidas da cineacutetica de inibiccedilatildeo que apresenta as seguintes
caracteriacutesticas
O fluoracetato (FCH2-COOH) encontrado em certas plantas toacutexicas do gecircnero Policourea os
metais pesados (Hg Pb Cd etc) o gaacutes de guerra (ou gaacutes dos nervos ou Lewisita) assim como
os inseticidas organo-fosforado satildeo potentes inibidores da acetil-colinesterase e de outras
66
enzimas que apresentam o grupo sulfidrila (-SH) no siacutetio ativo Tais inibidores se ligam de
maneira irreversiacutevel com a sulfidrila do siacutetio ativo
46 Efetores Alosteacutericos Satildeo substacircncias consideradas metaboacutelitos normais da ceacutelula que as
alojam no siacutetio alosteacuterico de algumas enzimas (que recebem a denominaccedilatildeo de enzima
alosteacutericas ou reguladoras) O efetor alosteacutetico entrando no siacutetio alosteacuterico causa uma
alteraccedilatildeo na conformaccedilatildeo espacial do siacutetio ativo podendo facilitar ou dificultar a entrada do
substrato no siacutetio ativo O seu efeito portanto eacute de acelerar ou retardar a velocidade de uma
reaccedilatildeo e o efetor eacute qualificado de positivo ou negativo respectivamente
A alosteria se constitui num mecanismo para a ceacutelula acelerar ou retardar a velocidade das
reaccedilotildees enzimaacuteticas com o propoacutesito de se controlar o metabolismo
Aumentando-se a concentraccedilatildeo do efetor alosteacuterico positivo aumenta-se a velocidade de
reaccedilatildeo
Aumentando-se a concentraccedilatildeo do efetor alosteacuterico negativo diminuiu-se a velocidade de
reaccedilatildeo
Um dentre os inuacutemeros exemplos de alosteria eacute o controle na arginina a partir de aacutecido
aspaacutertico
Tal mecanismo tambeacutem eacute denominado de retroinibiccedilatildeo inibiccedilatildeo pelo produto fina ou ldquofeed-
backrdquo Tem por objetivo evitar que o aacutecido aspaacutertico seja consumido desnecessariamente
(quando a siacutentese proteacuteica jaacute natildeo eacute necessaacuteria) visto que o mesmo tambeacutem eacute usado na siacutentese
de outros constituintes celulares
47 Cofatores Enzimaacuteticos Satildeo compostos da mais variada natureza quiacutemica que auxiliam a
cataacutelise Se subdividem em
a grupo prosteacutetico estrutura natildeo protecircica ligada covalentemente aacute proteiacutena enzimaacutetica
FMN = flavina-mononucleotiacutedio
FAD = flavina-adenina dinucleotiacutedio
67
A flavina eacute derivada da riboflavina (vitamina B2)
b coenzimas Satildeo estruturas natildeo proteacuteicas que natildeo estatildeo ligadas aacutes proteiacutenas enzimaacuteticas
NAD+ = nicotinamida-adenina-dinucleotiacutedio ou
DPN+ = difosforidina nucleotiacutedio
NADP+ = nicotinamida-adenina-dinucleotiacutedio fosfato ou
TPN+ = trifosfopiridina nucleotiacutedio
TPP = tiamina pirosfofato (vitamina B1)
Piridoxal fosfato (vitamina B6)
c Iocircnios ativadores muitas enzimas requerem ions para manifestar atividade cataliacutetica
Os mais frequumlentes satildeo Cl- K
+ Ca
++ Mg
++ Zn
++ Cu
++ Feacute
++ Mn
++ etc
As necessidades de algumas vitaminas (especialmente do complexo B) e sais minerais podem
ser explicadas em algumas situaccedilotildees pela funccedilatildeo dessas substacircncias de atuarem como
cofatores enzimaacuteticos
Exemplos de reaccedilotildees enzimaacuteticas com participaccedilatildeo de grupo prosteacutetico e coezima
respectivamente
O aacutecido succiacutenico se oxidou a aacutecido fumaacuterico para tal perdeu 2 eleacutetrons (e-) e 2 proacutetons (H
+)
O FAD recebeu os 2 e- e os 2 H
+ se reduzindo a FADH2
O aacutecido recebe 2H+ e 2 eleacutetrons provenientes do NAD
+ cedendo os H
+ e eleacutetrons
68
ENERGEacuteTICA BIOQUIacuteMICA
1 CICLO ENERGEacuteTICO CELULAR
Parte da energia quiacutemica liberada nos processos cataboacutelicos eacute utilizada para a siacutentese se ATP
(adenosina-trifosfato) O ATP eacuteposteriormente empregado na realizaccedilatildeo de trabalhos
fisioloacutegicos (excreccedilatildeo contraccedilatildeo muscular transporte ativo etc) e para atividades de
biossiacutentese de constituintes celulares (anabolismo)
2 CONCEITO DE ENERGIA LIVRE DE UMA REACcedilAtildeO
Seja uma reaccedilatildeo quiacutemica qualquer A B Os conteuacutedos de energia de A e B natildeo podem ser
medidos de modo absoluto mas eacute possiacutevel medir a variaccedilatildeo de energia quando A se
transforma em B
G = EB - EA
quando EA EB G eacute negativa e a reaccedilatildeo eacute exergocircnica
quando EBgt EA G eacute positiva e a reaccedilatildeo eacute endergocircnia
As reaccedilotildees espontacircneas satildeo espontacircneas satildeo exergocircnicas mas o valor de G natildeo se relaciona
com a velocidade de reaccedilatildeo a qual eacute funccedilatildeo da energia de ativaccedilatildeo (Ea)
Energia de ativaccedilatildeo eacute uma quantidade de energia necessaacuteria para que os reagentes adquiram o
estado excitado para que a reaccedilatildeo ocorra
Considere-se combustatildeo da glicose
C6-H2O6 + 6026C02 + 6H02 G= -686000 calmol
Numa reaccedilatildeo exergocircnica a variaccedilatildeo de energia livre eacute a quantidade maacutexima de energia que se
torna disponiacutevel a com a qual se pode realizar trabalho
69
A rigor H = G + TS ou G = H -TS onde
H= variaccedilatildeo de energia entalpia (variaccedilatildeo caloacuterica quando a reaccedilatildeo se processa sob pressatildeo
constante)
G= variaccedilatildeo de energia livre (utilizada para realizar trabalhos)
S= variaccedilatildeo de entropia (mede o grau de desordem de um sistema)
Os processos fiacutesicos e quiacutemicos se conduzem no sentido de se aumentar a entropia
Numa reaccedilatildeo em que A B podemos derivar a seguinte expressatildeo
G= G0 + RT1n B
A
onde G0 eacute a variaccedilatildeo de energia livre padratildeo R eacute a constante universal dos gases (1987
calmolgrau) T eacute a temperatura absoluta e B e A satildeo as concentraccedilotildees em molaridade
Para uma condiccedilatildeo de equiliacutebrio quiacutemico natildeo haacute conversatildeo liacutequida de A em B e portanto
G=O Igualmente a relaccedilatildeo B A corresponderaacute a constante de equiliacutebrio Keq Teremos
entatildeo
O=Go + RT 1n Keq
Go=-RT 1n Keq
Para uma condiccedilatildeo de 25oC portanto T= 273+25=2980K teremos
G0=-1987X298X1n Keq
Go= -1987x298x2303 log Keq=-1363 log Keq
A tabela abaixo relaciona Segundo a equaccedilatildeo acima a Keq com o correspondente valor de
Go
Relaccedilatildeo entre Keq e G0
Keq log1 0Keq G0= -1363 log1 0Keq (cal)
0001 -3 4089
001 -2 2726
01 -1 1363
10 0 0
10 1 -1363
100 2 -2726
1000 3 4089
Para uma situaccedilatildeo em que A=B = 1M temos
G=G0 + RT 1n 1
G=G0
70
ou seja G0 pode ser definida como a variaccedilatildeo de energia livre quando reagentes e produtos
estatildeo presentes em concentraccedilotildees unitaacuterias ou seja no ldquoestado padratildeordquo se H+ satildeo produzidos
ou utilizados na reaccedilatildeo a sua concentraccedilatildeo deve ser considerada 1M ou pH=O Como na ceacutelula
as reaccedilotildees natildeo ocorrem em pH=O mas sim ao redor de pH=70 o valor deGo eacute corrigido
para Go se a reaccedilatildeo em questatildeo envolver H+
Alguns metaboacutelitos e a variaccedilatildeo de energia livre de sua hidroacutelise satildeo apresentados na tabela
abaixo
____ Composto Goacute a pH 70 (calmol)___
fosfoenol piruvato -12800
13-difosfoglicerato -11800
ATP -8000
glicose-1-fosfato -5000
frutose-1-fosfato -3800
glicose-1-fosfato -3300
____________________________________________________
3 COMPOSTOS RICOS EM ENERGIA
Vem a ser qualquer composto que por hidroacutelise libere mais que 7000 calmol ou seja que
apresente G menor que ndash7000 calmol Entre tais compostos podemos identificar as
seguintes caracteriacutesticas
b compostos pirofosfatados (anidridos de aacutecido fosfoacuterico)
A repulsatildeo entre os aacutetomos de fosfoacuterico polarizados positivamente causa uma instabilidade
na moleacutecula que eacute aliviada pela hidroacutelise A hidroacutelise do primeiro radical fosfato eacute
acompanhada da liberaccedilatildeo de 8000 calmol
Estrutura do ATP
71
The Nature of ATP
Adenosine triphosphate (ATP) the energy currency or coin of the cell transfers
energy from chemical bonds to endergonic (energy absorbing) reactions within the
cell Structurally ATP consists of the adenine nucleotide (ribose sugar adenine
base and phosphate group PO4-2) plus two other phosphate groups
A 2-D stick view of the structure of ATP The above drawing of ATP is from EcoCyc at
httphapunaaisricom1555new-imagetype=COMPOUND-IN-PATHWAYampobject=ATP
A cartoon and space-filling view of ATP Image from Purves et al Life The Science of
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Energy is stored in the covalent bonds between phosphates with the greatest
amount of energy (approximately 7 kcalmole) in the bond between the second and
third phosphate groups This covalent bond is known as a pyrophosphate bond
We can write the chemical reaction for the formation of ATP as
a) in chemicalese ADP + Pi + energy ----gt ATP
b) in English Adenosine diphosphate + inorganic Phosphate + energy produces Adenosine
Triphosphate
The chemical formula for the expenditurerelease of ATP energy can be written as
a) in chemicalese ATP ----gt ADP + energy + Pi
72
b) in English Adenosine Triphosphate produces Adenosine diphosphate + energy + inorganic
Phosphate
An analogy between ATP and rechargeable batteries is appropriate The batteries
are used giving up their potential energy until it has all been converted into kinetic
energy and heatunusable energy Recharged batteries (into which energy has been
put) can be used only after the input of additional energy Thus ATP is the higher
energy form (the recharged battery) while ADP is the lower energy form (the used
battery) When the terminal (third) phosphate is cut loose ATP becomes ADP
(Adenosine diphosphate di= two) and the stored energy is released for some
biological process to utilize The input of additional energy (plus a phosphate
group) recharges ADP into ATP (as in my analogy the spent batteries are
recharged by the input of additional energy)
How to Make ATP | Back to Top
Two processes convert ADP into ATP 1) substrate-level phosphorylation and 2)
chemiosmosis Substrate-level phosphorylation occurs in the cytoplasm when an
enzyme attaches a third phosphate to the ADP (both ADP and the phosphates are
the substrates on which the enzyme acts)
73
Enzymes and the formation of NADH and ATP Images from Purves et al Life The
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Chemiosmosis involves more than the single enzyme of substrate-level
phosphorylation Enzymes in chemiosmotic synthesis are arranged in an electron
transport chain that is embedded in a membrane In eukaryotes this membrane is in
either the chloroplast or mitochondrion According to the chemiosmosis hypothesis
proposed by Peter Mitchell in 1961 a special ATP-synthesizing enzyme is also
located in the membranes Mitchell would later win the Nobel Prize for his work
74
75
A typical representation of an electron transport chain Images from Purves et al Life
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During chemiosmosis in eukaryotes H+ ions are pumped across an organelle
membrane into a confined space (bounded by membranes) that contains numerous
hydrogen ions The energy for the pumping comes from the coupled oxidation-
reduction reactions in the electron transport chain Electrons are passed from one
membrane-bound enzyme to another losing some energy with each tansfer (as per
the second law of thermodynamics) This lost energy allows for the pumping of
hydrogen ions against the concentration gradient (there are fewer hydrogen ions
outside the confined space than there are inside the confined space) The confined
hydrogens cannot pass back through the membrane Their only exit is through the
ATP synthesizing enzyme that is located in the confining membrane As the
hydrogen passes through the ATP synthesizing enzyme energy from the enzyme is
used to attach a third phosphate to ADP converting it to ATP
76
A generalized view of an electron transport system Image from Purves et al Life The
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Usually the terminal phosphate is not simply removed but instead is attached to
another molecule This process is known as phosphorylation
W + ATP -----gt W~P + ADP where W is any compound for example
glucose + ATP -----gt glucose~P + ADP
Glucose can be converted into Glucose-6-phosphate by the addition of the
phosphate group from ATP
ATP serves as the biological energy company releasing energy for both anabolic
and catabolic processes and being recharged by energy generated from other
catabolic reactions
Learning Objectives | Back to Top
These learning objectives are taken from my Biology for Nonmajors class (BIO
102) I have tried to add a link to each that will direct you to a part of this chapter or
another website that will facilitate your completion of the objective
1 Describe the components organization and functions of an electron transport
system
2 ATP is composed of ribose a five-carbon sugar three phosphate groups and
adenine a nitrogen-containing compound (also known as a nitrogenous
77
base) What class of organic macromolecules is composed of monomers
similar to ATP
3 ATP directly or indirectly delivers energy to almost all metabolic pathways
Explain the functioning of the ATPADP cycle
4 Adding a phosphate to a molecule is called phosphorylation What two
methods do cells use to phosphorylate ADP into ATP
httpwwwemcmaricopaedufacultyfarabeeBIOBKBioBookATPhtml
Hidroacutelise dos nucleotiacutedios de adenosina
ATP + H2O ADP + H3PO4 (Pi) G = -8000 calmol
ADP + H2O AMP + Pi G = -6500 calmol
AMP + H2O Adenosina + Pi G = -2200 calmol
c acil fosfato como no caso do 13-difosfoglicerato aleacutem da repulsatildeo entre foacutesforo e
carbono positivamente polarizados pode-se mencionar a tendecircncia dos produtos da
reaccedilatildeo de se dissociarem deslocando o equiliacutebrio favorecendo a hidroacutelise
d Tioeacutester o enxofre impede a possibilidade de ressonacircncia aumentando a tendecircncia de
hidroacutelise
e Fosfatos enoacutelicos eacute o caso da hidroacutelise do fosfoenolpiruvato (PEP) com formaccedilatildeo de
um enol instaacutevel que instantaneamente tautomeriza na forma certo mais estaacutevel
f Fosfatos guanidiacutenicos fosfocreatina e fosfoarginina nos quais os produtos da
hidroacutelise apresentam um maior nuacutemero de formas de ressonacircncia
78
4 G EM REACcedilOtildeES DE OacuteXIDO-REDUCcedilAtildeO
As reaccedilotildees com transferecircncia de eleacutetrons satildeo denominadas de oacutexido-reduccedilatildeo A tendecircncia de
um composto em fornecer eleacutetrons eacute quantificada pelo potencial de reduccedilatildeo (Eo) expresso em
volts tornando-se como referecircncia o H2 (com Eo = OV a pH=O) O valor do potencial de
reduccedilatildeo corrigindo para pH 70 seria E‟o=-0420 V Em relaccedilatildeo a este valor padratildeo eacute possiacutevel
determinar o potencial determinar o potencial de reduccedilatildeo de qualquer composto capaz de se
oxidar ou se reduzir com referecircncia ao hidrogecircnio Quanto maior o potencial de reduccedilatildeo maior
eacute a tendecircncia do composto em aceitar eleacutetrons reduzindo-se portanto sendo tais compostos
bons agentes oxidantes Por outro lado os compostos com baixo potencial de reduccedilatildeo satildeo
bons agentes redutores
A tabela a seguir mostra o potencial de reduccedilatildeo de algumas reaccedilotildees de importacircncia bioloacutegicas
Potenciais de reduccedilatildeo de alguns hemi - reaccedilatildeo redox de importacircncia bioloacutegica
Hemi ndash reaccedilatildeo (escrita com uma reduccedilatildeo) E‟0 em Ph 70 (V)
1 +2H + 2e
- H2O 082
2
Fe3 +
+ 1e Fe2+
077
Citocromo a-Fe3+
1e- Citocromo a-Fe
2+ 029
Citocromo c-Fe3 + + 1e
- Citocromo c-Fe
2+ 025
Ubiquinona + 2H + + 2e
- Ubiquinona 010
Aacutecido deidroascoacuterbico + 2H+ + 2e
- Aacutecido ascoacuterbico 006
Glutation oxidado + 2H + + 2e
- 2 Glutation reduzido 004
Fumarato + 2H + + 2e
- Succinato 003
Citocromo b-Fe3 +
+ 1e- Citocromo b-Fe
2 + -004
Oxalacetato +2H + + 2e
- Malato -010
Enzima amarela + 2H + +2e
- Enzima amarela reduzida -012
Acetaldeido + 2H + + 2e
- Etanol -016
Piruvato + 2H + + 2e
- Lactato -019
Riboflavina + 2H + + 2e
- Riboflavina ndash H2 -020
Aacutecido13-difosfogliceacuterico + 2H + +2e
- Gliceraldeido ndash 3 ndash fosfato + Pi -029
NAD + + 2H
+ +2e
- NADH + H
+ -032
Acetil ndash CoA + 2H + +2e
- Acetaldeido + CoA ndash SH -041
H + +1e
- 1 H
2 -042
2
Ferredoxina ndash Fe3 + + 1e
- Ferredoxina ndash Fe
2+ -043
Acetato + 2H + + 2e
- Acetaldeido + H2O -047
Para uma reaccedilatildeo de oacutexido ndash reduccedilatildeo podemos deduzir
G= - nFE‟O‟
79
onde n= ndeg de eleacutetrons transferidos na reaccedilatildeo
F= constante de Faraday = 23063 calvolt Equiv
E‟O= diferenccedila entre os potenciais de reduccedilatildeo do agente oxidante e agentes redutor
Consideremos a reduccedilatildeo do acetaldeido a etanol uacuteltima reaccedilatildeo da fermentaccedilatildeo alcooacutelica cujo
agente redutor eacute o NADH+H+
CHO CH2OH
+ NADH+H+
CH3 CH3 + NAD+
Acetaldeido etanol
E‟O= potencial de reduccedilatildeo do acetaldeido (agente oxidante)- potencial de reduccedilatildeo do
NADH+H+ (agente redutor)
E‟O= -0163 ndash (-0320) = + 0157 volts
Portanto
G= -nFE‟o
G= -2 x 23063 x 0157 = -7240 calmol
REACcedilAtildeO ACOPLADAS
O ATP ocupa uma posiccedilatildeo intermediaacuteria entre os diversos metaboacutelitos considerados existindo
compostos que aprisionam energia com maior eficiecircncia Essa posiccedilatildeo intermediaacuteria responde
pela grande importacircncia do APT visto que o mesmo pode ser formado quando da hidroacutelise de
um metaboacutelito com G menor que ndash8000 calmol Igualmente o ATP pode fornecer energia
para fosforilar a glicose durante o catabolismo da mesma
80
METABOLISMO
CELLULAR METABOLISM AND FERMENTATION
Glycolysis the Universal Process
Nine reactions each catalyzed by a specific enzyme makeup the process we call
glycolysis ALL organisms have glycolysis occurring in their cytoplasm
At steps 1 and 3 ATP is converted into ADP inputting energy into the reaction as
well as attaching a phosphate to the glucose At steps 6 and 9 ADP is converted into
the higher energy ATP At step 5 NAD+ is converted into NADH + H+
The process works on glucose a 6-C until step 4 splits the 6-C into two 3-C
compounds Glyceraldehyde phosphate (GAP also known as
phosphoglyceraldehyde PGAL) is the more readily used of the two
Dihydroxyacetone phosphate can be converted into GAP by the enzyme Isomerase
The end of the glycolysis process yields two pyruvic acid (3-C) molecules and a
net gain of 2 ATP and two NADH per glucose
Graphic summary of the glycolysis process Image from Purves et al Life The Science
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Anaerobic Pathways | Back to Top
Under anaerobic conditions the absence of oxygen pyruvic acid can be routed by
the organism into one of three pathways lactic acid fermentation alcohol
fermentation or cellular (anaerobic) respiration Humans cannot ferment alcohol in
81
their own bodies we lack the genetic information to do so These biochemical
pathways with their myriad reactions catalyzed by reaction-specific enzymes all
under genetic control are extremely complex We will only skim the surface at this
time and in this course
Alcohol fermentation is the formation of alcohol from sugar Yeast when under
anaerobic conditions convert glucose to pyruvic acid via the glycolysis pathways
then go one step farther converting pyruvic acid into ethanol a C-2 compound
Fermentation of ethanol Image from Purves et al Life The Science of Biology 4th
Edition by Sinauer Associates (wwwsinauercom) and WH Freeman (wwwwhfreemancom)
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Many organisms will also ferment pyruvic acid into other chemicals such as lactic
acid Humans ferment lactic acid in muscles where oxygen becomes depleted
resulting in localized anaerobic conditions This lactic acid causes the muscle
stiffness couch-potatoes feel after beginning exercise programs The stiffness goes
away after a few days since the cessation of strenuous activity allows aerobic
conditions to return to the muscle and the lactic acid can be converted into ATP via
the normal aerobic respiration pathways
82
Fermentation of lactate (lactic acid) Image from Purves et al Life The Science of
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Aerobic Respiration | Back to Top
When oxygen is present (aerobic conditions) most organisms will undergo two
more steps Krebs Cycle and Electron Transport to produce their ATP In
eukaryotes these processes occur in the mitochondria while in prokaryotes they
occur in the cytoplasm
83
Overview of the cellular respiration processes Image from Purves et al Life The
Science of Biology 4th Edition by Sinauer Associates (wwwsinauercom) and WH Freeman
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Acetyl Co-A The Transition Reaction
Pyruvic acid is first altered in the transition reaction by removal of a carbon and two
oxygens (which form carbon dioxide) When the carbon dioxide is removed energy
is given off and NAD+ is converted into the higher energy form NADH Coenzyme
A attaches to the remaining 2-C (acetyl) unit forming acetyl Co-A This process is
a prelude to the Krebs Cycle
Krebs Cycle (aka Citric Acid Cycle)
The Acetyl Co-A (2-C) is attached to a 4-C chemical (oxaloacetic acid) The Co-A
is released and returns to await another pyruvic acid The 2-C and 4-C make another
chemical known as Citric acid a 6-C Krebs Cycle is also known as the Citric Acid
Cycle The process after Citric Acid is essentially removing carbon dioxide getting
out energy in the form of ATP GTP NADH and FADH2 and lastly regenerating
the cycle Between Isocitric Acid and -Ketoglutaric Acid carbon dioxide is given
off and NAD+ is converted into NADH Between -Ketoglutaric Acid and Succinic
Acid the release of carbon dioxide and reduction of NAD+ into NADH happens
again resulting in a 4-C chemical succinic acid GTP (Guanine Triphosphate
which transfers its energy to ATP) is also formed here (GTP is formed by attaching
a phosphate to GDP)
The remaining energy carrier-generating steps involve the shifting of atomic
arrangements within the 4-C molecules Between Succinic Acid and Fumaric Acid
the molecular shifting releases not enough energy to make ATP or NADH outright
but instead this energy is captured by a new energy carrier Flavin adenine
dinucleotide (FAD) FAD is reduced by the addition of two Hs to become FADH2
FADH2 is not as rich an energy carrier as NADH yielding less ATP than the latter
The last step between Malic Acid and Oxaloacetic Acid reforms OA to complete
the cycle Energy is given off and trapped by the reduction of NAD+ to NADH The
carbon dioxide released by cells is generated by the Krebs Cycle as are the energy
carriers (NADH and FADH2) which play a role in the next step
84
Summary of the Krebs (or citric acid) cycle Image from Purves et al Life The Science
of Biology 4th Edition by Sinauer Associates (wwwsinauercom) and WH Freeman
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Electron Transport Phosphorylation
Whereas Krebs Cycle occurs in the matrix of the mitochondrion the Electron
Transport System (ETS) chemicals are embedded in the membranes known as the
cristae Krebs cycle completely oxidized the carbons in the pyruvic acids
producing a small amount of ATP and reducing NAD and FAD into higher energy
forms In the ETS those higher energy forms are cashed in producing ATP
Cytochromes are molecules that pass the hot potatoes (electrons) along the ETS
chain Energy released by the downhill passage of electrons is captured as ATP
by ADP molecules The ADP is reduced by the gain of electrons ATP formed in
this way is made by the process of oxidative phosphorylation The mechanism for
the oxidative phosphorylation process is the gradient of H+ ions discovered across
the inner mitochondrial membrane This mechanism is known as chemiosmotic
coupling This involves both chemical and transport processes Drops in the
potential energy of electrons moving down the ETS chain occur at three points
These points turn out to be where ADP + P are converted into ATP Potential
energy is captured by ADP and stored in the pyrophosphate bond NADH enters the
ETS chain at the beginning yielding 3 ATP per NADH FADH2 enters at Co-Q
producing only 2 ATP per FADH2
85
Electron transport system Images from Purves et al Life The Science of Biology 4th
Edition by Sinauer Associates (wwwsinauercom) and WH Freeman (wwwwhfreemancom)
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86
Catabolism and Anabolism
The above image is from httpwwwbiosciugaedualmanacbio_104notesjun_4html
REFERENCES
Biology Project Metabolism Problem Set (University of Arizona) Questions and
answers along with tutorials about metaboilism an excellent site
DIY Glycolysis (Leeds University UK) An excellent tutorial on the molecular shifts
needed to perform glycolysis
Introduction to Glycolysis (Leeds University UK) An introduction for those less
chemically skewed perhaps a nioce start before tackling DIY Glycolysis (also be the
same folks)
Step-by-Step Glycolysis (Leeds University UK) Browse fact sheets as well as view
short animations
Glycolysis (OUMA Graphics)
EcoCyc Glycolysis Pathway EcoCyc an electronic encyclopedia of E coli genes and
metabolism provides an interactive diagram of the glycolysis pathway
87
EcoCyc Fermentation Pathway EcoCyc an electronic encyclopedia of E coli genes
and metabolism provides an interactive diagram of alcohol (ethanolk) fermentation
Reconstructions of Metabolism Reconstructed metabolic pathways for bactreria
humans and other critters
Glycolysis Main Page You will need the Chime plugin to view interactive rotating
images of the molecules in the Glycolysis pathway VERY cool
TCA Cycle Main Page Similar to the above images and informastion about Krebs
Cycle
88
METABOLISMO DE CARBOIDRATOS
RESPIRACcedilAtildeO ANAEROBICA E AEROBICA
GLICOacuteLISE
1 CONCEITO
Eacute a degradaccedilatildeo anaeroacutebica dos carboidratos mediante uma sequumlecircncia de reaccedilotildees catalisadas
enzimaacuteticamente Eacute de ocorrecircncia generalizada entre os organismos vivos (animais e vegetais)
e ocorre predominantemente no citoplasma celular de tecidos que desempenham qualquer
atividade fisioloacutegica ou biossiacutentese ou seja onde houver demanda de energia (ATP)
A glicoacutelise tem por finalidade pois a raacutepida produccedilatildeo de energia (ATP) em condiccedilotildees de
anaerobiose bem ocorreraacute na mitococircndria
2 SEQUEcircNCIA DE REACcedilOtildeES
Substrato Iniciais
Quando a degradaccedilatildeo anaeroacutebica do carboidrato eacute efetuada por microorganismo o processo eacute
denominado de fermentaccedilatildeoAssim a produccedilatildeo de aacutecido laacutetico a partir de carboidrato pela
bcteacuteria Lactobacillus sp Saccharomyces sp
O tempo glicoacutelise embora geneacuterico eacute usado para denominar a degradaccedilatildeo anaeroacutebica dos
carboidratos ateacute aacutecido laacutetico efetuada pelos demais organismos como aquela processada pelos
tecidos musculares
89
GLICOacuteLISE
3 BALANCcedilO DE COEZIMAS
O processo eacute anaeroacutebico natildeo oxidativo portanto o que pode ser observado pela constacircncia do
nuacutemero de oxidaccedilatildeo do aacutetomo de carbono
Tanto a glicose (substrato inicial) como o aacutecido laacutetico igual a zero natildeo havendo oxidaccedilatildeo e
nem reduccedilatildeo nessa transformaccedilatildeo Jaacute na produccedilatildeo de etanol e CO2 observamos que uma
porccedilatildeo da moleacutecula de glicose correspondente a 4 aacutetomos de carbono sofre reduccedilatildeo
originando 2 moleacuteculas de etanol A outra porccedilatildeo (com 2 aacutetomos restantes) eacute oxidada ateacute gaacutes
carbocircnico O que ocorre entatildeo na fermentaccedilatildeo alcooacutelica eacute uma ruptura da moleacutecula de glicose
sendo que uma porccedilatildeo se reduz (recebendo 8 eleacutetrons) aacutes custas de outra que se oxida ateacute CO2
(cedendo 8 eleacutetrons) sem a necessidade de doadores ou receptores externos de eleacutetrons
As reaccedilotildees de oacutexido-reduccedilatildeo da glicoacutelise (catalisadas pelas desidrogenases de gliceraldeiacutedo-3-
fosfato e alcooacutelica ou laacutetica) utilizam-se do NAD+ ou NADH+H+ (nicotinamida-adenina-
dinucleotiacutedio) com a transferecircncia de 2 eleacutetrons
Na sequumlecircncia glicoliacutetica temos uma reaccedilatildeo em que o substrato eacute oxidado perdendo 2 eleacutetrons
(reaccedilatildeo catalisada pela desidrogenase de gliceraldeiacutedo-3-fosfato) e posteriormente ocorre uma
reduccedilatildeo de igual intensidade (recebimento de 2 eleacutetrons) para a formaccedilatildeo do aacutecido laacutetico (pela
desidrogenase laacutetica) ou para a formaccedilatildeo de etanol (pela desidrogenase alcooacutelica ) No
computo geral portanto o carbono Daiacute o processo ser anaeroacutebico isto eacute natildeo sendo oxidativo
natildeo exigiria a participaccedilatildeo do oxigecircnio (O2) como agente oxidante
4 RENDIMENTO ENERGEacuteTICO EM ANAEROBIOSE
Consideramos a degradaccedilatildeo anaeroacutebica processada pelas ceacutelulas do tecido muscular quando
transforma glicose em aacutecido laacutetico
C6H12O6 2C3H6O3 G = -47000calmol
ATP + H2O ADP +Pi G = -8000 calmol
Ndeg de ATP gastos 1 ATPglicose (pela hexoquinase)
1 ATP glicose (pela fosfofrutoquinase)
2 ATPglicose
90
ndeg de ATP formados 2 APTglicose (pela fosfogliceroquinase
2 ATPglicose (pela quinase piruacutevica)
3 ATPglicose
Ndeg de ATP liacutequido formado 4 ndash 2 = 2 ATPglicose
Caacutelculo de rendimento (R)
47000 ______ 100
2 X 8000____R
R = 100 X 2 X 8000 = 34
47000
O rendimento energeacutetico vem a ser o percentual da energia colocada em disponibilidade que eacute
utilizada para a siacutentese de ATP A energia restante eacute dissipada na forma de calor aquecendo o
meio onde se processa a reaccedilatildeo
100 47000 calorias (energia colocada em disponibilidade)
34 16000 calorias (energia utilizada para a siacutentese de ATP)
66 31000 calorias (energia dissipada como calor)
PROBLEMA Calcular o rendimento energeacutetico quando da degradaccedilatildeo anaeroacutebica do
glicogecircnio pela ceacutelula muscular Dados
(C6H1206)n (C6H1206) n-1 + 2C3H6O3 G = -52000 calmol
ATP ADP + Pi G = -8000 calmol
Ndeg de ATP gastos 1 ATPresiacuteduo de glicose (pela fosfofrutoquinase)
Ndeg de ATP formados 2 ATPresiacuteduo de glicose (pela fosfogliceroquinase)
2 ATPresiacuteduo de glicose (pela quinase piruacutevica)
4ATPresiacuteduo de glicose
ndeg de ATP formado = 4-1 = 3 ATPresiacuteduo de glicose do glicogecircnio
caacutelculo do rendimento (R)
100 _______ 52000 cal
R __________ 3 x 8000 cal
R = 100 x 3 x 8000 = 46
52000
O rendimento obtido pela ceacutelula quando degrada o glicogecircnio eacute maior que aquele obtido pela
degradaccedilatildeo de glicose Isto porque a fosforilase adiciona um radical fosfato aacute extremidade natildeo
redutora do glicogecircnio sem gastos de ATP (ver esquema da glicoacutelise - 1ordf reaccedilatildeo)
91
5 APLICACcedilOtildeES PRAacuteTICAS DA GLICOacuteLISE FERMENTACcedilAtildeO LAacuteTICA E
FERMENTACcedilAtildeO ALCOacuteOLICA
51 Produccedilatildeo de aacutelcool a partir de monossacariacutedios dissacariacutedios (especialmente
sacarose) e polissacariacutedios (amido de milho mandioca etc)
Quando se utiliza o amido como mateacuteria prima este deve inicialmente ser hidrolisado em
glicose ou maltose (num processo denominado sacarificaccedilatildeo do amido) accedilucares esses que
podem ser desdobrados pela levedura Saccharomyces sp A sacarificaccedilatildeo pode ser
a enzimaacutetica - amilase salivar (confecccedilatildeo do cauim pelos indiacutegenas)
- amilases de sementes em germinaccedilatildeo (malte para produccedilatildeo de whisky rum
etc
- amilases extrayacutedas de fungos e bacteacuterias
b tratamento quiacutemico (hidroacutelise cHCl)
- produccedilatildeo industrial de glicose de milho
52 Produccedilatildeo de Aacutecido Laacutetico com finalidade de conservaccedilatildeo de alimentos picles
ensilagem chucrutes iogurtes e coalhadas
53 Abate de Animais Descansados o que propicia uma carne de mais faacutecil conservaccedilatildeo
e mais macia (devido aacute formaccedilatildeo de lactato a partir do glicogecircnio muscular apoacutes o
abate)
METABOLISMO AEROacuteBICO
CICLO DE KREBS OU DOS AacuteCIDOS TRICARBOXIacuteLICOS
1 INTRODUCcedilAtildeO E ASPECTOS HISTOacuteRICOS
Fisiologistas observaram que muacutesculos estimulados a se contraiacuterem
acumulavam aacutecido laacutetico provenientes da glicoacutelise O acuacutemulo de aacutecido laacutetico o muacutesculo aacute
fadiga perdendo o mesmo a habilidade de contraccedilatildeo Tal habilidade poderia ser restaurada em
presenccedila de oxigecircnio molecular (aerobiose) quando entatildeo havia desaparecimento do aacutecido
laacutetico
Posteriormente demonstrou-se que homogeinados de muacutesculos eram capazes de catalisar a
oxidaccedilatildeo do lactato pelo O2 Isto demonstrava o processo como sendo de natureza enzimaacutetica
Outros aacutecidos podiam ser oxidados sendo piruvato citrato oxaloacetato fumarato malato os
mais rapidamente oxidados
Depois de elaborada a sequumlecircncia glicoliacutetica em muacutesculo e levedura observou-se que o
composto que era em suma oxidado ateacute CO2 vinha a ser o aacutecido piruacutevico como demonstrava
os experimentos de Gyorgi utilizando-se de homogeinados de muacutesculos de peito de pombo
Muitos pesquisadores contribuiacuteram para o entendimento do processo mas foi o bioquiacutemico
Inglecircs Sir Hans Krebs que em 1937 postulou um conjunto de reaccedilotildees de natureza ciacuteclica que
92
demonstrava a oxidaccedilatildeo do piruvato ateacute Co2 Devido aacute importacircncia de suas descobertas Krebs
recebeu em 1953 o Precircmio Nobel de Medicina
O ciclo de Krebs eacute de ocorrecircncia universal sendo encontrado em ceacutelulas animais e vegetais
tanto em organismos superiores como inferiores O equipamento enzimaacutetico responsaacutevel por
tais reaccedilotildees estaacute confinado na mitococircndria
2 SEQUEcircNCIA DE REACcedilOtildeES
3 IMPORTAcircNCIA ENERGEacuteTICA
Tal ciclo eacute de grande importacircncia na economia energeacutetica da ceacutelula visto que a energia
liberada no processo eacute enorme em relaccedilatildeo ao processo anaeroacutebico
100 C6H12O6 + 6O2 6CO2 + 6H2O G = -686000 calmol
7 C6H12O6 anaerobiose 2C3H6O3 G = -47000 calmol
93 C3H6O3 + 3O2 aerobiose 3CO2 + 3H2O G = -319500 calmol
Em anaerobiose apenas 7 (47000calmol) da energia contida na moleacutecula de glicose eacute
colocada em disponibilidade O restante dessa energia (93) contida no lactato eacute posta em
disponibilidade em condiccedilotildees de anaerobiose
4 INIBIDORES DO CICLO DE KREBS
41 Aacutecido Malocircnico Inibidor competitivo de desidrogenase succiacutenica Tal inibidor tem
semelhanccedila estrutural com o substrato natural (aacutecido succiacutenico) ocupando o siacutetio ativo da
enzima mas sendo desalojado mediante aumanto na concentraccedilatildeo de substrato Haacute acuacutemulo
de succiacutenato no sistema inibido Adicionando-se ao sistema fumarato malato ou
oxoloacetato haacute oxidaccedilatildeodo piruvato podendo ser adicionado em quantidades
estequiomeacutetricas equivalentes ao acetil ndash CoA a ser consumido A adiccedilatildeo de citrato isocitrato
ou - cetolglutarato natildeo permite a utilizaccedilatildeo do acetil-CoA pois que tais compostos estariam
aqueacutem da desidrogenase succiacutenica na sequumlecircncia ciacuteclica de reaccedilotildees Foi a utilizaccedilatildeodo aacutecido
malocircnico como inibidor que demonstrou o processo como sendo de natureza ciacuteclica
42 Fluoracetato (FCH2 ndash COOH) Certas plantas africanas e algumas encontradas no
Brasil especialmente do gecircnero Policourea possuem tal composto o qual se constitui no
principio toacutexico Tais plantas distantes dos centros consumidores
93
O fluoracetato aleacutem de inibir de maneira natildeo competitiva as enzimas dependentes de
sulfidrila (-SH) no siacutetio ativo (como a acetilcolinesterase) pode se transformar num inibidor
ativo (como de Krebs Para tal o fluoracetil ndash CoA Devido aacute falta de especificidade de
enzima de condensaccedilatildeo (1ordf enzima do Ciclo de Krebs) o potente inibidor da aconitase
acumulando-se aacutecido ciacutetrico no tecido envenenado
IICADEIA RESPIRATOacuteRIA
1 CONCEITO E FUNCcedilAtildeO
Vem a ser uma sequumlecircncia de reaccedilotildees de oacutexido ndash reduccedilatildeo em ordem estabelecida
segundo o potencial de reduccedilatildeo de seus componentes e que tem por finalidade transportar
para o oxigecircnio molecular (O2) os H+ e eleacutetrons das coenzimas reduzidas (NADH + H
+ e
FADH2)
Geradas no ciclo de Krebs Eacute tambeacutem chamada de cadeia de transporte de eleacutetrons
Durante esse transporte reaccedilotildees com ldquoqueda de potencial eletroquiacutemicordquo adequada
permitem a siacutentese de ATP a partir de ADP e Pi (foacutesforo inorgacircnico) pela chamada
ldquofosforilaccedilatildeo oxidativardquo A ldquoFosforilaccedilatildeo ao niacutevel de substratordquo se refere aacute siacutentese de ATP
em reaccedilotildees acopladas cuja energia eacute obtida da hidroacutelise de certas ligaccedilotildees ricas em energia
(como na glicoacutelise e no Ciclo de Krebs)
Na cadeia respiratoacuteria os eleacutetrons caminham a partir de um composto com baixo
potencial de reduccedilatildeo para outro com potencial de reduccedilatildeo maior isto eacute que tem maior
tendecircncia em aceitar esses eleacutetrons ocorrendo uma queda ldquocitocromosrdquo que satildeo
metaloproteiacutenas (ferroporfirinas) onde o aacutetomo de Feacute se oxida e se reduz transportando assim
os eleacutetrons
Feacute+3 + 1 e- ___reduccedilatildeo__
__oxidaccedilatildeo__
(oxidado) (reduzido)
O oxigecircnio molecular (O2) eacute o uacuteltimo aceptor dos eleacutetrons e H+ ocorrendo a biossiacutentese da
aacutegua Nesse processo formar-se 3 moles de ATP por mol NADH +H+ oxidado e 2 moles de
ATPmol de FADH2
3 VENENOS RESPIRATOacuteRIOS
Os citocromos especialmente o citocromo oxidase (ou ldquoa3rdquo) pode ter o seu aacutetomo de Feacute
complexado pelo CN- (cianeto) CO (monoacutexido de carbono) ou H2O (gaacutes sulfiacutedrico) o que
evita o mesmo de se oxidar ou se reduzir interrompendo assim o transporte de eleacutetrons Essa eacute
a razatildeo de tais compostos serem toacutexicos para plantas e animais ou seja organismos que
respirem possuidores portanto da cadeia respiratoacuteria O 24-DNP e a oligomicina promovem o
desacoplamento da fosforilaccedilatildeo oxidativa (consumo de O2 sem formaccedilatildeo de ATP)
94
4ESTRUTURA DA MITOCOcircNDRIA
Ela eacute considerada a casa de forccedila de uma ceacutelula Nela estatildeo contidas as enzimas do Ciclo de
Krebs bem como a Cadeia Respiratoacuteria Nela deve entrar piruvato ou acetil-CoA juntamente
com acetil-CoA
A parede interna da mitococircndria se apresenta enrugada para aumentar a superfiacutecie de contacto
com o estroma fazendo co que as coenzimas reduzidas geradas no Ciclo de Krebs sejam
prontamente oxidadas na Cadeia Respiratoacuteria
Quando portanto escrevemos a equaccedilatildeo geral da respiraccedilatildeo da glicose
C6H12O6 + 6O2 _respiraccedilatildeo_ + 6CO2 + 6H2O + 686000 calmol devemos considerar que esse
processo envolve dezenas de reaccedilotildees sendo o CO2 liberando principalmente pelo Ciclo de
Krebs e a aacutegua (H2O) gerada na cadeia respiratoacuteria Uma parte da energia liberada seraacute
utilizada para a siacutentese de ATP tanto pela fosforilaccedilatildeo ao niacutevel de substrato (glicoacutelise e Ciclo
de Krebs) como pela fosforilaccedilatildeo oxidativa (acoplada aacute cadeia respiratoacuteria)
1 RENDIMENTO ENERGEacuteTICO EM AEROBIOSE
Consideremos a oxidaccedilatildeo total o acetil-CoA pelo Ciclo de Krebs e cadeia respiratoacuteria
Cada mol de acetil-CoA oxidado completamente (ateacute CO2 e H2O) pelo Ciclo de Krebs e
Cadeia Respiratoacuteria propiacutecia a formaccedilatildeo de 12 moles de ATP
Podemos agora calcular o rendimento energeacutetico quando uma ceacutelula efetua a combustatildeo
completa (ateacute CO2 e H2O) da glicose Dados
95
443 da energia posta em disponibilidade eacute utilizada para a siacutentese de ATP O restante (100-
443 = 557) eacute dissipada na forma de calor servindo apenas para aquecer o meio onde a
reaccedilatildeo se processa
VIA PENTOSE FOSFATO
1 INTRODUCcedilAtildeO
A glicoacutelise natildeo eacute a uacutenica via degradativa da glicose e entre elas se destaca a via pentose
fosfato que ocorre no citossol de ceacutelulas animais e vegetais Tal via jaacute fora percebida em
tecidos que tinham capacidade de degradar a glicose mesmo na presenccedila dos inibidores
claacutessicos da glicoacutelise (fluoretos e iodoacetato) A descoberta do NADP+ por Warburg e a
oxidaccedilatildeo da glicose-6-fosfato em aacutecido 6-fosfoglucocircnico levada a moleacutecula de glucose para
vias metaboacutelicas desconhecidas O empregeo do C14 em pesquisas bioquiacutemicas e os estudos
de Lipmann Dickens Horecker e Racker resultaram no entendimento dos passos metaboacutelicos
conhecidos como o ldquodesvio das pentosesrdquo
2 SEQUEcircNCIA DAS REACcedilOtildeES
3 ESTEQUIOMETRIA DA VIA PENTOSE FOSFATO
Consideremos o processamento de 6 moleacuteculas de glicose pelas trecircs primeiras reaccedilotildees da via
pentose
6 hexosendashfosfato + 12 NADP+ 6H2O 6 pentosendashfosfato + 6CO2 + 12 NADPH + 12 H+
A seguir consideremos que 4 moleacuteculas de pentose fosfato reajam segundo as reaccedilotildees 6 e 7
produzindo 2 moleacuteculas de tetrose-fosfato e 2 moleacuteculas de hexosendashfosfato
2 pentose-fosfato 2 hexose-fosfato + 2 tetrose-fosfato
Pela accedilatildeo da transcetolase 2 moleacuteculas de tetrose-fosfato reagem com 2 moleacuteculas de pentose-
fosfato para formar 2 moleacuteculas de hexose-fosfato e 2 moleacuteculas de triose-fosfato
2 tetrose-fosfato + 2 pentose-fosfato 2 hexose-fosfato + 2 triose-P
Quanto aacutes 2 triose-fosfato uma delas pode por isomerizaccedilatildeo se tranformar em di-
hidroxiacetona-fosfato condensarem numa hexose-difosfato e se hidrolisar em hexose-fosfato
+ H3PO4
96
2 triose-fosfato 1 hexose-fosfato + H3PO4
A somatoacuteria dessas reaccedilotildees individuais resulta que
Hexose-fosfato + 12 NADP+ + 6H2O 6CO2 + NADPH + 12H+
O processo eacute oxidativo resultando em nucleotiacutedio reduzindo
4 SIGNIFICADO FISIOLOacuteGICO DA VIA PENTOSE FOSFATO
O NADH gerado em reaccedilotildees oxidativas da glicoacutelise e Ciclo de Krebs tem como importante
destino ser oxidado pela cadeia respiratoacuteria propiciando a formaccedilatildeo de ATP Jaacute o NADPH
natildeo eacute utilizado na cadeia respiratoacuteria mas sim empregado em inuacutemeros processos
biossinteacuteticos como na biossiacutentese e lipiacutedios esteroacuteides aminoaacutecidos etc A ribose gerada na
via pentose eacute utilizada na siacutentese dos aacutecidos nucleacuteicos enquanto a eritrose-fosfato eacute precursora
via aacutecido chiquiacutemico na produccedilatildeo de aminoaacutecidos reguladores compostos fenoacutelicos lignina
e outros especialmente em plantas
No que se refere a tecidos animais a via pentose eacute bastante ativa na glacircndulas mamaacuterias
tecidos adiposos coacutertex adrenal e fiacutegado onde o NADPH fornece o poder redutor para as
biossiacutenteses O muacutesculo esqueleacutetico com pouca atividade de biossiacutentese de lipiacutedios natildeo
apresenta a via pentose fosfato
Em tecidos vegetais jovens e meristemaacuteticos a atividade glicoliacutetica eacute mais intensa e a medida
que o tecido vai se tornando maduro a via pentose-fosfato se intensifica para propiciar a
disposiccedilatildeo de lignina e demais compostos secundaacuterios sintetizados com o concurso do
NADPH
Ainda em plantas a via pentose-fosfato supre o processo fotossinteacutetico com NADPH
necessaacuterio aacute assimilaccedilatildeo do CO2 bem como estaacute intimamente relacionada com a marcha do
carbono na fotossiacutentese
Outra funccedilatildeo da via pentose-fosfato seria estabelecer a possibilidade de conversatildeo de hexose
pentose tetroses e trioses entre si com bastante significado econocircmico nos processos
biossinteacuteticos
Utilizando-se de glicose-1-14
C e glicose-6-14
C podemos avaliar as intensidades das vias
glicoliacutetica e pentose-fosfato em um tecido qualquer A premissa eacute de que se apenas a glicose
estiver operando a evoluccedilatildeo de 14
CO2 seraacute idecircntica quer se utilizado de glicose-1-14
C ou de
glicose-6-14
C pois que ambas ao serem metabolizadas (em ensaios separados) produziratildeo
aacutecido piruacutevivo-metil-14
C Esse aacutecido seraacute oxidado no Ciclo de Krebs liberando 14
CO2
Por outro lado se apenas a via pentose estiver operando a evoluccedilatildeo de 14
Co2 seraacute
primeiramente detectada quando da utilizaccedilatildeo de glicose-1-14
C
97
METABOLISMO DOS TRIGLICERIacuteDIOS
1 INTRODUCcedilAtildeO
Os lipiacutedios armazenados por organismos animais ou vegetais quase que exclusivamente na
forma de trigliceriacutedios constituem importante reserva energeacutetica do ponto de vista
quantitativo Assim enquanto os carboidratos constituem reserva energeacutetica limitada
especialmente nos organismos animais (05do peso muscular e 5 do peso do fiacutegado) os
depoacutesitos de gordura subcutacircnea podem representar uma fraccedilatildeo bastante significativa do peso
corpoacutereo
Do ponto de vista qualitativo podemos afirmar que os lipiacutedios satildeo alimentos energeacuteticos Por
excelecircncia
A grande quantidade de energia liberada durante a combustatildeo dos lipiacutedios eacute devido ao aacutetomo
de carbono estar reduzido (com baixo nuacutemero de oxidaccedilatildeo) Isso pelo baixo conteuacutedo de
oxigecircnio e elevado teor de hidrogecircnio na moleacutecula
Os trigliceriacutedios constituem a quase totalidade da fraccedilatildeo lipiacutedica de nossa dieta ou de uma
reaccedilatildeo animal e vem a ser a forma pela qual os organismos armazenam a maior parte da
energia quiacutemica Daiacute um maior interesse pelos trigliceriacutedios Essas reservas lipiacutedicas (como a
gordura subcutacircnea dos animais e os oacuteleos armazenam nas sementes dos vegetais) podem ser
rapidamente mobilizadas para atender a demanda energeacutetica ou outras necessidades do
organismo em questatildeo
2 HIDROacuteLISE DOS TRIGLICERIacuteDIOS E DESTINO DE SEUS PRODUTOS
A degradaccedilatildeo dos trigliceriacutedios quer sejam eles provenientes de uma dieta ou reaccedilatildeo ou
aqueles armazenados inicia-se com a hidroacutelise enzimaacutetica (pelas liacutepases) dos mesmos
originando glicerol e aacutecidos graxos seus constituintes essenciais
O glicerol eacute degradado pela via glicoliacutetica se transformando em piruvato e posteriormente em
acetil-CoA
98
Os aacutecidos graxos resultantes dos trigliceriacutedios sofrem metabolizaccedilatildeo diferente seratildeo
transformados em acetil-CoA independente do nuacutemero de aacutetomos de carbono por um
processo bioquiacutemico denominado de beta-oxidaccedilatildeo e efetuado pela mitococircndria
LIPIacuteDIOS
-Oxidaccedilatildeo de Lipiacutedios amp Ciclo do Glioxilato
Segundo Harper et al (1982) os lipiacutedios formam um grupo heterogecircneo de
compostos relacionados real ou potencialmente com os aacutecidos graxos Tecircm a propriedade comum de serem relativamente insoluacuteveis na aacutegua e soluacuteveis nos
solventes natildeo polares como o eacuteter o clorofoacutermio o benzeno Os lipiacutedios assim compreendem as gorduras os oacuteleos as ceras e compostos relacionados
Os lipiacutedios satildeo constituintes importante da dieta natildeo soacute pelo elevado valor energeacutetico como tambeacutem pelas vitaminas lipossoluacuteveis e aacutecidos graxos essenciais encontrados na gordura dos alimentos naturais No organismo a gordura serve de fonte eficiente de energia tanto direta quanto potencialmente quando armazenada no tecido adiposo Serve como material isolante nos tecidos subcutacircneos e agrave volta de certos oacutergatildeos O teor de gordura do tecido nervoso eacute particularmente elevado As combinaccedilotildees de gordura e proteiacutena (lipoproteiacutena) satildeo constituintes celulares importantes encontrando-se nas membranas celulares e nas mitococircndrias no interior do citoplasma e servindo tambeacutem como meio de transporte dos lipiacutedios no sangue Muitos hormocircnios vitaminas e detergentes bioloacutegicos satildeo lipiacutedios (Harper et al 1982 Wannmacher e Dias 1988)
A grande maioria dos lipiacutedios possui em sua constituiccedilatildeo pelo menos uma moleacutecula de aacutecidos graxos que satildeo aacutecidos carboxiacutelicos saturados (sem ligas duplas) ou insaturados (com uma ou mais ligas duplas) com nuacutemero variaacutevel de aacutetomos de carbono geralmente aciacuteclicos havendo alguns ramificados e outros hidroxilados Os aacutecidos graxos satildeo obtidos pela hidroacutelise das gorduras Os aacutecidos graxos existentes em gorduras naturais encerram usualmente um nuacutemero par de aacutetomos de carbono (porque satildeo sintetizados a partir de dois carbonos) e satildeo derivados de cadeia retiliacutenea (Harper et al 1982 Wannmacher e Dias 1988)
Os aacutecidos graxos constituem importante fonte de energia para a maioria dos tecidos Os aacutecidos graxos circulam pelo sangue combinados com albumina ou sob forma de trigliceriacutedios incorporados em lipoproteiacutenas Os trigliceriacutedios eacutesteres do aacutelcool glicerol com aacutecidos graxos circulantes satildeo originaacuterios da dieta ou da biossiacutentese hepaacutetica e resultam da hidroacutelise dos trigliceriacutedios das lipoproteinas no
99
leito vascular dos tecidos ou da hidroacutelise dos trigliceriacutedios armazenados no tecido adiposo (Harper et al 1982 Wannmacher e Dias 1988)
Lehninger (1985) salienta que os triacilgliceroacuteis (trigliceriacutedios) desempenham um papel extremamente importante coma fornecedor de energia nos animais Entre os nutrientes principais eles possuem o maior conteuacutedo energeacutetico (mais de 9 kcalg) satildeo depositados nas ceacutelulas do tecido gorduroso como gotiacuteculas quase puras de gordura e podem ser estocadas em grandes quantidades neste tecido Nas populaccedilotildees dos paiacuteses desenvolvidos em meacutedia quase quarenta por cento das necessidades energeacuteticas diaacuterias satildeo fornecidas pelos triacilgliceroacuteis da dieta Eles fornecem mais da metade da energia consumida por alguns oacutergatildeos especialmente o fiacutegado o rim e o muacutesculo esqueleacutetico em repouso Nos animais que hibernam e nos paacutessaros em migraccedilatildeo os estoques de triacilgliceroacuteis satildeo praticamente a uacutenica fonte de energia
Cerca de noventa e cinco por cento da energia biologicamente obtida dos triacilgliceroacuteis reside nos seus trecircs aacutecidos graxos de cadeias longa apenas cinco por
cento desta energia eacute fornecida pelo glicerol Por vias metaboacutelicas como a -oxidaccedilatildeo esses aacutecidos graxos ricos em energia satildeo oxidados ateacute dioacutexido de carbono e aacutegua
DEGRADACcedilAtildeO OXIDATIVA DE AacuteCIDOS GRAXOS
- OXIDACcedilAtildeO
1 APRESENTACcedilAtildeO RESUMIDA DOS PRINCIPAIS EVENTOS METABOacuteLICOS
Conceito
Via cataboacutelica de degradaccedilatildeo de aacutecidos graxos para produccedilatildeo de energia
Ocorre na matriz mitocondrial apoacutes a ativaccedilatildeo e a entrada dos aacutecidos graxos na mitococircndria
Pode ser dividida em 3 fases
A ativaccedilatildeo do aacutecido graxo
A - oxidaccedilatildeo propriamente dita
A respiraccedilatildeo celular
Ativaccedilatildeo Dos Aacutecidos Graxos
A ativaccedilatildeo dos aacutecidos graxos consiste na entrada destes na mitococircndria na forma de ACIL-CoA
100
O processo depende
1 Da ligaccedilatildeo do aacutecido graxo com a Coenzima A formando o Acil-CoA no citosol A reaccedilatildeo eacute catalizada pela enzima Acil-CoA Sintetase localizada na membrana mitocondrial externa
CH3-(CH2)n-COOH + ATP + CoA-SH eacute CH3-(CH2)n-CO-S-CoA + AMP + PPi
2 Do transporte do radical acila atraveacutes da MMI do citosol para a matriz
mediado pelo carreador especiacutefico carnitina A transferecircncia do radical acila da CoA para a carnitina eacute catalizada pela enzima carnitina-Acil-Transferase I
Acil-S-CoA + Carnitina eacute Acil-Carnitina + CoA-SH 3 Do lado da matriz mitocondrial a carnitina doa novamente o radical acila para
a CoA regenerando o Acil-CoA no interior da mitococircndria A reaccedilatildeo eacute catalisada pela arnitina-Acil-Transferase II localizada na face interna da MMI e eacute exatamente o inverso da descrita acima
- Oxidaccedilatildeo do Aacutecido Graxo
Consiste na quebra por oxidaccedilatildeo do aacutecido graxo sempre em seu carbono b convertendo-o na nova carbonila de um aacutecido graxo agora 2
carbonos mais curto
O processo eacute repetitivo e libera agrave cada quebra
1 NADH+H+ 1 FADH2
1 Acetil CoA
Satildeo 4 as enzimas envolvidas em cada etapa de oxidaccedilatildeo da via
Exemplo
CH3-CH2-CH2-CH2-CH2-CH2-CH2-CH2-CH2-CO-S-CoA + CoA-SH
CH3-CH2-CH2-CH2-CH2-CH2-CH2-CO-S-CoA + Acetil-CoA
CH3-CH2-CH2-CH2-CH2-CO-S-CoA + Acetil-CoA
CH3-CH2-CH2-CO-S-CoA + Acetil-CoA
Acetil-CoA + Acetil-CoA
101
Respiraccedilatildeo Celular
A siacutentese de ATP acoplada agrave - oxidaccedilatildeo vem
Do transporte de eleacutetrons do NADH e do FADH2 formados no processo pela cadeia respiratoacuteria
Da oxidaccedilatildeo dos radicais acetil dos Acetil-CoAs no ciclo de Krebs
Exemplo A oxidaccedilatildeo de uma aacutecido graxo com 16 carbonos rende para a ceacutelula em ATPs
8 Acetil-CoA = 96 ATPs (12 1)
7 NADH + H+ = 21 ATPs (3 1)
7 FADH2 = 14 ATPs (2 1)
Total = 131 ATPs
Regulaccedilatildeo da - Oxidaccedilatildeo
A regulaccedilatildeo da via eacute feita pela enzima reguladora carnitina-acil-transferase I que regula a velocidade de entrada do aacutecido graxo na mitococircndria desta forma a velocidade de sua degradaccedilatildeo
Esta enzima eacute inibida por malonil-CoA um intermediaacuterio cuja concentraccedilatildeo aumenta na ceacutelula quando esta tem carboidrato disponiacutevel e que funciona como precursor na biossiacutentese de aacutecido graxo
Oxidaccedilatildeo de Aacutecidos Graxos Insaturados
Se o aacutecido graxo a ser oxidado for insaturado o processo tem dois passos enzimaacuteticos adicionais
A conversatildeo do isocircmero cis em trans
A saturaccedilatildeo da dupla ligaccedilatildeo pela adiccedilatildeo de aacutegua
Uma vez o aacutecido graxo saturado ele pode seguir com o processo normal de oxidaccedilatildeo
Oxidaccedilatildeo de Aacutecidos Graxos com Nuacutemero Iacutempar de Carbonos
A oxidaccedilatildeo de um aacutecido graxo com nuacutemero de carbonos iacutempar leva aacute formaccedilatildeo de um resiacuteduo de propionol-CoA que atraveacutes de uma sequumlecircncia de reaccedilotildees enzimaacuteticas e com gasto de energia (1 ATP eacute hidrolisado para cada propionil-CoA convertido) eacute convertido em succinil-CoA que entra no ciclo de Krebs para ser oxidado
102
Corpos Cetocircnicos
A oxidaccedilatildeo dos aacutecidos graxos no fiacutegado leva agrave formaccedilatildeo de grande quantidade de Acetil-CoA que pode ser oxidado no proacuteprio fiacutegado ou convertido nos CORPOS CETOcircNICOS
Satildeo 3 os corpos cetocircnicos formados a partir do Acetil-CoA
Acetoacetato
- Hidroxibutirato
Acetona
O objetivo da formaccedilatildeo dos corpos cetocircnicos eacute permitir o transporte da energia obtida pela oxidaccedilatildeo dos aacutecidos graxos aos tecido perifeacutericos para laacute serem utilizados na siacutentese de ATP
A formaccedilatildeo de corpos cetocircnicos eacute uma via de superabundacircncia atraveacutes da qual o fiacutegado distribui energia a todo o organismo Nos tecidos perifeacutericos os corpos cetocircnicos regeneram o Acetil-CoA que entra no ciclo de Krebs para produccedilatildeo de energia
Normalmente a quantidade de corpos cetocircnicos no sangue eacute baixa mas
em situaccedilotildees como o jejum prolongado ou o diabetes mellitus suas concentraccedilotildees seacutericas podem aumentar muito levando o indiviacuteduo a um estado de CETOSE caracterizada por uma ACIDOSE METABOacuteLICA que pode ser fatal
2) -OXIDACcedilAtildeO DE LIPIacuteDIOS
21 Os aacutecidos graxos variam no comprimento da suas cadeias e no grau de nsaturaccedilatildeo dos aacutecidos graxos
Os aacutecidos graxos em sistemas bioloacutegicos comumente conteacutem um mesmo nuacutemero de aacutetomos de carbonos Tipicamente entre 14 e 24 aacutetomos Os aacutecidos graxos que conteacutem de 16 a 18 carbonos satildeo mais comuns As cadeias de hidrocarbonetos satildeo quase invariaacutevel nos aacutecidos graxos natildeo ramificados de animais A configuraccedilatildeo de duplas ligaccedilotildees em muitos aacutecidos graxos insaturados eacute tipo bdquocis‟ As duplas ligaccedilotildees em aacutecidos graxos poli-insaturados satildeo separadas por pelo menos um grupo metileno
As propriedades dos aacutecidos graxos e lipiacutedios derivados deles satildeo marcadamente dependentes sobre o comprimento das cadeias deles e sobre o grau de saturaccedilatildeo Aacutecidos graxos saturados tem um menos ponto de derretimento do que os aacutecidos graxos saturados de cadeia com o mesmo comprimento Por exemplo os
103
ponto de derretimento do aacutecido esteaacuterico eacute 696 oC e o aacutecido oleico eacute 134 oC que conteacutem uma dupla ligaccedilatildeo bdquocis‟ O ponto de fusatildeo dos aacutecidos graxos poli-insaturados da seacuteria com 18 carbonos satildeo muito mais baixos O comprimento das cadeias tambeacutem afeta o ponto de derretimento Isto eacute ilustrado pelo fato que a temperatura de derretimento do aacutecido palmiacutetico (C16) ser igual a 65 oC menor que o aacutecido esteaacuterico (C18)
Diante disto aacutecidos graxos com comprimento de cadeias curtas e aumento da insaturaccedilatildeo e aumenta a fluidez dos aacutecidos graxos e dos derivados deles
22 Triacilgliceroacuteis satildeo estoques de energia altamente concentrada
Triacilgliceroacuteis satildeo estoques de energia metaboacutelica altamente concentradas devido elas serem quimicamente reduzidas e anidras O rendimento de uma oxidaccedilatildeo completa de aacutecidos graxos eacute de 9 kcalg em contraste com quase 4 kcalg dos carboidratos e proteiacutenas As bases desta grande diferenccedila no rendimento caloacuterico eacute que os aacutecidos graxos satildeo muito mais altamente reduzidos Entretanto os triacilgliceroacuteis satildeo muito apolares e assim eles satildeo armazenados em uma forma quase anidra jaacute as proteiacutenas e carboidratos satildeo muito mais polares e portanto mais altamente hidratados
De fato uma grama de glicogecircnio seco liga-se a quase duas gramas de aacutegua Consequentemente uma grama de gordura quase anidra armazena mais que seis vezes a energia do que uma grama de glicogecircnio hidratado esta eacute a razatildeo para que os trigliceroacuteis foram evolutivamente selecionados como maior reserva de energia que o glicogecircnio
Considerando o peso de um homem tiacutepico com 70 kg que tem uma reserva de combustiacutevel de 100000 kcal em triacilgliceroacuteis 25000 kcal em proteiacutenas (mais em muacutesculos) 600 kcal em glicogecircnio e 40 kcal em glicose Os triacilgliceroacuteis constituem quase 11 kg deste total do peso do corpo Esta quantidade de energia se fosse armazenada em glicogecircnio seu peso total do corpo seria 55 kg maior
Em mamiacuteferos o maior siacutetio de acuacutemulo de triacilgliceroacuteis eacute o citoplasma das ceacutelulas adiposas - bdquoceacutelulas gordas‟ Gotiacuteculas de triacilglicerol unem-se para formar um grande gloacutebulo o qual pode ser maio do que o volume da ceacutelula A ceacutelula adiposa eacute especializada para a siacutentese e armazenamento de triacilgliceroacuteis e para a mobilizaccedilatildeo interna de moleacuteculas de combustiacutevel que satildeo transportadas para outros tecidos pelo sangue
23 Triacilgliceroacuteis satildeo mobilizados por AMP ciacuteclico regulados pelas lipases
104
O evento inicial no uso das gorduras como fonte de energia eacute a hidroacutelise dos triacilgliceroacuteis pelas lipases (Figura 1)
A atividade das lipases em ceacutelulas adiposas eacute regulada por hormocircnios Epinefrinas noraepinefrinas glucagocircnio e hormocircnio adrenocorticotroacutepico estimulam a ciclase adenilato das ceacutelulas adiposas O aumento do niacutevel de AMP ciacuteclico (monofosfato ciacuteclio de adenosina entatildeo estimula a proteina quinase que por sua vez ativa a lipase pela fosforilaccedilatildeo do AMP
Figura 1 Esquema da degradaccedilatildeo do tiacilglicerol para aacutecidos graxos
Entatildeo a epinefrinas noraepinefrinas glucagocircnio e hormocircnio
adrenocorticotroacutepico causam a lipoacutelise O AMP ciacuteclico eacute o mensageiro secundaacuterio na ativaccedilatildeo da lipoacutelise em ceacutelulas adiposas Que eacute um processo anaacutelogo a este papel na ativaccedilatildeo de quebra do glicogecircnio E ao contraacuterio a insulina inibe a lipoacutelise O glicerol formado pela lipoacutelise eacute fosforilado e oxidado para dihidroxiacetona fostado o qual sofre izomerizaccedilatildeo para gliceroladido 3-fosfato Estes intermediaacuterios ambos vatildeo para as vias glicoliacutetica e gliconeogecircnica Daiacute glicerol pode ser convertido
em piruvato ou glicose no fiacutegado que conteacutem enzimas apropriadas O processo reverso pode ocorrer pela reduccedilatildeo do dihidroxiacetona fosfato para glicerol 3-fosfato A hidroacutelise por uma fosfatase daacute origem ao glicerol Entatildeo glicerol e intermediaacuterios glicoliacuteticos satildeo prontamente interconversiacuteveis
24 -Oxidaccedilatildeo de Lipiacutedios Os aacutecidos graxos satildeo degradados pela remoccedilatildeo sequencial de duas unidades de carbono Em 1904 Franz Knoop contribuiu de forma importante e decisiva para elucidar o mecanismo da oxidaccedilatildeo de aacutecidos graxos Ele alimentou cachorros com aacutecidos
graxos de cadeia reta na qual o aacutetomo de carbono estava unido ao grupo fenil Knoop encontrou que a urina deste cachorros continham um derivado do aacutecido
105
fenilaceacutetico quando eles se alimentavam de fenilbutirato Em contraste um derivado do aacutecido benzoacuteico foi formado quando eles forma alimentados com fenilpropionato De fato aacutecido fenilaceacutetico foi produzido sem aacutecido graxo contendo um mesmo nuacutemero de aacutetomos de carbono que forma os cachorros alimentados No entanto o aacutecido benzoacuteico foi formado contendo aacutecidos graxos de nuacutemero iacutemparestranho ao que forma alimentados Knoop deduziu destes achado eacute que os aacutecidos graxos satildeo
degradados pela oxidaccedilatildeo carbono beta -
Estes experimentos foram marcados mundo agrave fora na bioquiacutemica devido eles serem o primeiro a usar roacutetulo sinteacutetico para elucidar mecanismos de reaccedilatildeo O deuteacuterio e radioisoacutetopos foram usados em bioquiacutemica apenas uma seacuterie de anos mais tarde
25 Aacutecidos graxos satildeo ligados a Coenzima A (CoA) antes de serem oxidados Eugene Kennedy amp Lehninger (1949) mostraram que os aacutecidos graxos satildeo oxidados na mitococircndria O trabalho subsequente demonstrou que eles satildeo ativados ante de entrarem na matriz mitocondrial O ATP (trifosfato de adenosina) dirige a formaccedilatildeo da ligaccedilatildeo tioeacutester do grupo carboxila do aacutecido graxo com o grupo sulfidrila da CoA Esta reaccedilatildeo de ativaccedilatildeo ocorre sobre o lado de fora da membrana mitocondrial onde ela eacute catalisada pela enzima sintetase acil CoA (tambeacutem chamada de tioquinase de aacutecidos graxos)
Figura 2 Ativaccedilatildeo do aacutecido graxo ligando-o a CoA
Paul Berg mostrou que a ativaccedilatildeo de aacutecido graxo ocorre em dois passo primeiro o aacutecido graxo reage com ATP para formar um adenilato acil Nesta mistura anidirda o grupo carboxila do aacutecido graxo eacute ligado ao grupo fosfato do AMP Os outros dois grupos fosforilas do substrato ATP satildeo liberados como pirofosfato O grupo sulfidrila da CoA entatildeo anexa o adenilato acil o qual eacute fracamente ligado agraves
enzimas para formar acil CoA e AMP
106
Figura 3 entrada e saiacuteda da acil carintirna na matriz mitocondiral mediada pela
enzima translocase
Esta reaccedilatildeo parcial eacute livremente reversiacutevel De fato a constante de equiliacutebrio da soma desta reaccedilatildeo eacute exatamente um (1)
R - COO- + CoA + ATP acil CoA + AMP + PPi
Uma ligaccedilatildeo altamente energeacutetica eacute quebrada (entre pirofosfato inorgacircnico e AMP) e uma reaccedilatildeo altamente energeacutetica eacute formada (o tioeacutester em acil CoA) Como esta reaccedilatildeo eacute dirigida A resposta eacute que o pirofosfato inorgacircnico eacute rapidamente hidrolisado por uma pirofosfatase
R - COO- + CoA + ATP + aacutegua acil CoA + AMP + 2Pi + 2H+
Isto torna a reaccedilatildeo altamente irreversiacutevel devido ao consumo de duas ligaccedilotildees altamente energeacuteticas Jaacute que apenas uma eacute formada Outro exemplo de outro tema recorrente em bioquiacutemica eacute
Muitas reaccedilotildees biossinteacuteticas satildeo feitas irreversiacuteveis pela hidroacutelise de pirofosfato inorgacircnico
Outro motivo surge nesta reaccedilatildeo de ativaccedilatildeo O intermediaacuterio adenilato acil ligado agrave enzima natildeo eacute o uacutenico para a siacutentese de acil CoA O adenilato acil eacute frequentemente formado quando grupos carboxilas satildeo ativados em reaccedilotildees bioquiacutemicas Por exemplo aminoaacutecidos satildeo ativados para a siacutentese de porteiacutenas por um mecanismo semelhante
107
26 Carnitina promove a ativaccedilatildeo de aacutecidos graxos de cadeia longa dentro da matriz mitocondrial
Os aacutecidos graxos satildeo ativados sobre a superfiacutecie externa da membrana mitocondrial onde os aminoaacutecidos satildeo oxidados na matriz mitocondrial Moleacuteculas acil CoA de cadeia longa natildeo atravessam para o interior da membrana mitocondrial e assim eacute necessaacuterio um mecanismo especial de transporte Aacutecidos graxos de cadeia longa satildeo carregados para o interior da membrana mitocondrial pela carnitina que eacute um tampatildeo (cargas positivas e negativas) formado a partir da lisina
Os grupos acil satildeo transferidos do aacutetomo de enxofre do CoA para os grupos hidroxilas da carnitina vinda da acil carnitina Esta reaccedilatildeo eacute catalisada pela enzima carnitina aciltransferase 1 que esta localizada na face do lado do citossol e dentro da membrana mitocondrial
Figura 4 entrada e saiacuteda da acil carnitina na matriz mitocondrial mediada pela enzima translocase
A carnitina acil eacute entatildeo lanccedilada atraveacutes do interior da membrana mitocondrial por uma translocase (Fig p474 meio Stryer) O grupo acil eacute transferido de volta para a
108
CoA sobre o lado da matriz da membrana Esta reaccedilatildeo que eacute catalisada por carnitina aciltransferase 2 e eacute termodinamicamente viaacutevel por causa da ligaccedilatildeo O-acil na
carnitina tendo um alto potencial na transferecircncia de grupos
Finalmente a carnitina eacute retornada para o lado citossoacutelico pela translocase na troca por uma acilcarnitina incomum
Um defeito na transferase ou translocase ou uma deficiecircncia de carnitina pode prejudicar a oxidaccedilatildeo de aacutecidos graxos de cadeia longa Tal desordem tem de fato sido encontrada gecircmeos idecircnticos que tem tido catildeibras dores musculares desde a infacircncia As dores foram precipitadas por raacutepido exerciacutecios ou alta teor de gordura na dieta A oxidaccedilatildeo de aacutecidos graxo eacute o processo de maior rendimento energeacutetico nestes trecircs estados As enzimas da glicoacutelise e da glicogenoacutelise foram encontradas ser normal A lipoacutelise dos triacilgliceroacuteis foi normal evidenciado pelo aumento na concentraccedilatildeo dos aacutecidos graxos natildeo esterificados encontrado no plasma apoacutes a corrida O ensaio de bioacutepsia do muacutesculo mostrou que a sintetase acil CoA de cadeia longa estava sempre ativa
Entretanto cadeia de aacutecidos graxos com comprimento meacutedio (C8 e C10) foram normalmente metabolizada Isto mostra que a carnitina natildeo eacute requerida para a permeaccedilatildeo dos grupos acil CoA de cadeia meacutedia no interior da matriz mitocondiral Este caso demonstra que o fluxo prejudicado de um metaboacutelito de um compartimento da ceacutelula para outro pode causar esta doenccedila
27 Acetil CoA NADH e FADH2 satildeo gerados em cada volta do ciclo de oxidaccedilatildeo dos aacutecidos graxos
Um acil CoA saturado eacute degradado por uma sequecircncia recorrente de quatro reaccedilotildees
Oxidaccedilatildeo por FAD (flavina adenina dinucleotiacutedio)
Hidrataccedilatildeo
Oxidaccedilatildeo por NAD+
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Figura 5 Reaccedilatildeo de degradaccedilatildeo de aacutecidos graxos (oxidaccedilatildeo hidrataccedilatildeo oxidaccedilatildeo e finalmente tioacutelise resultando numa moleacutecula com dois carbonos a menos
A cadeia acil da gordura eacute encurtada por dois aacutetomos de carbono como um resultado destas reaccedilotildees e FADH2 NADH e acil CoA satildeo gerados David Green
110
Severo Ochoa e Feodor Lyenen contribuiacuteram de forma importante para a elucidaccedilatildeo
destas seacuterie de reaccedilotildees a qual chamaram de via da - oxidaccedilatildeo
A primeira reaccedilatildeo em cada volta da degradaccedilatildeo eacute a oxidaccedilatildeo do acil CoA por uma acil CoA desidrogenase para dar uma enoil CoA com uma duplas ligaccedilatildeo trans entre o C2 e C3
Acil CoA + E-FAD trans - 2 - enoil CoA + E-FADH2
Como na desidrogenaccedilatildeo do succinato no ciclo do aacutecido ciacutetrico FAD mais que
o NAD+ eacute o aceptor de eleacutetrons devido o G desta reaccedilatildeo ser insuficiente para dirigir a reduccedilatildeo do NAD+ Os eleacutetrons vindos do grupo prosteacutecido do FADH2 da desidrogenase acil CoA reduzida satildeo transferidos para a segunda flavoproteina chamada de flavoproteiacutena transferidora de eleacutetrons (ETF) Na volta a ETF doa eleacutetrons para a ETF-ubiquinona redutase uma proteiacutena Fe-S Ubiquinona eacute entatildeo reduzida para ubiquinol que entrega seu alto potencial de eleacutetrons ao siacutetio de bombeamento de proacutetons da cadeia respeiratoacuteria Consequentemente dois ATPs satildeo gerados do FADH2 formado neste passo de desidrogenaccedilatildeo como na oxidaccedilatildeo do succinato para fumarato
O proacuteximo passo eacute a hidrataccedilatildeo da dupla ligaccedilatildeo entre o C2 e C3 pela enoil CoA hidratase
trans - 2 - enoil CoA + H2O L-3-hidroxilacil CoA + E-FADH2
A hidrataccedilatildeo da enoil CoA eacute esteacuteroespeciacutefica como eacute a hidrataccedilatildeo do fumarato e aconitato Somente o L-isocircmero do 3-hidroxiacil CoA eacute formado quanado a ligaccedilatildeo
trans-2 eacute hidratada A enzima tambeacutem hidrata a dupla ligaccedilatildeo cis-2 mas o produto eacute
entatildeo do D-isocircmero
A hidrataccedilatildeo da enoil CoA eacute a preacutevia para reaccedilatildeo da segunda oxidaccedilatildeo que converte o grupo hidroxila para C3 dentro do grupo ceto e gera NADH Esta oxidaccedilatildeo eacute catalizada por L-3-hidroxiacil CoA desidrogenase a qual eacute absolutamente especiacutefica para o L-isocircmero do substrato hidroxiacil
L-3-hidroxilacil CoA + NAD+ 3-cetoacil CoA + NADH + H+
Estas trecircs reaccedilotildees em cada volta do ciclo de degradaccedilatildeo de aacutecidos graxos assemelha-se em pelo menos um passo ao ciclo do aacutecio ciacuteclico
111
Acil CoA enol CoA hidroxiacil CoA cetoacil CoA
succinato fumarato malato oxaloacetato
A reaccedilatildeo precedente tinha oxidado o grupo metileno no C3 para um grupo ceto O passo final eacute a clivagemquebra do 3-cetoacil CoA por um grupo tiol de uma segunda moleacutecula de CoA a qual rende acetil CoA e acil CoA encurtadas por 2
aacutetomos de carbono Esta clivagem tioliacutetica eacute catalizada por -cetotiolase
3-cetoacil CoA + HS-CoA aceil CoA + acil CoA (n -2 carbonos)
O acil CoA encurtado entatildeo sofre outro ciclo de oxidaccedilatildeo comeccedilando com a
reaccedilatildeo catalisada por acil CoA desidrogenase (Figura 6) -cetotiolase hidroxiacil desidrogenase e enoil CoA hidratase tem ampla especificidade com respeito ao comprimento do grupo acil
Figura 6 As trecircs primeiras reaccedilotildees de degradaccedilatildeo de aacutecido palmiacutetico pela remoccedilatildeo de dois aacutetomos de carbonos por ciclo de degradaccedilatildeo
112
Principais reaccedilotildees na oxidaccedilatildeo de aacutecidos graxos
1) aacutecido graxo + CoA + ATP acil CoA + AMP + Ppi
acil CoA sintetase (tioquinase de aacutecido graxoCoA ligase [AMP]
2) carnitina + acil CoA acil carnitina + CoA
carnitina aciltransferase
3) Acil CoA + E-FAD trans-2-enoil CoA + E-FADH2
acil CoA desidrogenases (vaacuterias)
4) trans-2-enoil Coa + H2O L-3-hidroxiacil CoA
enoil CoA hidratases (3-hidroxiacil CoA hidrolase)
5) L-3-hidroxiacil CoA + NAD+ 3-cetoacil CoA + NADH + H+
L-3-hidroxiacil CoA desidogenase
6) L-3-hidroxiacil CoA + CoA acetil CoA + acil CoA (encurtada por 2C)
-cetotiolase (tiolase)
O rendimento energeacutetico derivados da oxidaccedilatildeo de aacutecidos graxos pode ser calculada Em cada ciclo de reaccedilatildeo um acil CoA eacute encurtada por dois carbonos e um FADH2 e eacute formado NADH e acetil CoA
Cn-acil CoA + FAD + NAD+ + H2O + CoA Cn-2-acil CoA + FADH2 + NADH + acetil CoA + H+
A degradaccedilatildeo do palmitoil CoA (C16-acil CoA) requer sete ciclos de reaccedilotildees No seacutetimo ciclo o C4-ceotoacil CoA eacute tiolozado para duas moleacuteculas de acetil CoA Entatildeo a estequiometira da oxidaccedilatildeo do palmitoil CoA eacute
Palmitoil CoA + 7 FAD + 7 NAD+ + 7 H2O 8 acil CoA + 7 FADH2 + 7 NADH + 7 H+
Trecircs ATPs satildeo gerados quando cada destes NDAH eacute oxidado pela cadeira respiratoacuteria enquqnto 2 ATPs satildeo formados para cada FADH2 devido aos seus
113
eleacutetrons entram na cadeia ao niacutevel do ubiquinol Lembrando que a oxidaccedilatildeo do acetil CoA pelo ciacuteclo do aacutecido ciacutetrico rende 2 ATPs Considerando isto o nuacutemero de ATP formado na oxidaccedilatildeo do Palmitoil CoA eacute 21 e dos 7 FADH2 21 dos 7 NADH e 96 das 8 moleacuteculas de acetil CoA o que daacute um total de 131 ATPs Duas ligaccedilotildees fosfato de alta energia satildeo consumidas na ativaccedilatildeo do palmitato na qual o ATP eacute dividido AMP e 2 Pi Entatildeo o rendimento liacutequido da completa oxidaccedilatildeo do palmitato e 129 ATPs
A eficiecircncia da conservaccedilatildeo da energia na oxidaccedilatildeo de aacutecidos graxos pode ser estimada dado o nuacutemero de ATP formado e da energia de oxidaccedilatildeo do aacutecido palmiacutetico agrave CO2 e H2O
3) GERMINACcedilAtildeO DE SEMENTES amp -OXIDACcedilAtildeO DE LIPIacuteDIOS
No inicio da germinaccedilatildeo as proteiacutenas de armazenamento satildeo degradadas para aminoaacutecidos atraveacutes da siacutentese de enzimas requeridas para a mobilizaccedilatildeo de lipiacutedios
Estas enzimas incluem as lipases que catalisam a hidroacutelise de triacilgliceroacuteis para glicerol e aacutecidos graxos As lipases ligam-se agraves oleosinas do corpos de oacuteleo O glicerol formado pela hidroacutelise do triacilglicerol pode ser alimentado dentro da via da gliconeogecircnese apoacutes a fosforilaccedilatildeo do glicerol 3-fosfato e sua subsequente oxidaccedilatildeo para diidroxicetona fosfato A liberaccedilatildeo de aacutecidos graxos livres eacute primeiro ativado
como tioeacutesteres de CoA e entatildeo degradados para acetil CoA por -oxidaccedilatildeo Este processo ocorre em peroxiossomos especializados os quais satildeo chamados de
glioxiossomos A -oxidaccedilatildeo eacute um processo bioloacutegico importante para a germinaccedilatildeo das sementes em especial para as oleaginosas
Embora em princiacutepio -oxidaccedilatildeo represente uma forma invertida da siacutentese de aacutecidos graxos existe diferenccedilas distintas como habilidade de alto fluxo metaboacutelico entre estas duas vias metaboacutelicas que operam em direccedilotildees opostas
As principais diferenccedilas entre -oxidaccedilatildeo e a siacutentese de aacutecidos graxos satildeo
na desidrogenaccedilatildeo do acil CoA O hidrogecircnio eacute transferido via uma oxidase dependente de FAD para H2O2 A catalase irreversivelmente elimina a H2O2 no siacutetio de sua produccedilatildeo pela conversatildeo em aacutegua e O2
-L-hidroxiacil CoA eacute formada durante a hidrataccedilatildeo da enoil CoA in contrast para o correspondente D-enantioner durante a siacutentese
hidrogecircnio eacute transferido para o NAD durante o segundo passo da desidrogenaccedilatildeo Normalmente o sistema NAD na ceacutelula eacute altamente oxidado dirigindo a reaccedilatildeo em direccedilatildeo a oxidaccedilatildeo do hidroxiacil CoA Natildeo eacute conhecido qual reaccedilatildeo utiliza o NADH formado nos peroxiossomos
114
Em uma reaccedilatildeo irreversiacutevel de tioacutelises mediadas por CoASH que cliva -cetoacil CoA para formas uma moleacutecula de acetil CoA e uma de acil CoA encurtada para dois aacutetomos de carbono
Durante a degradaccedilatildeo de aacutecidos graxos insaturados produtos intermediaacuterios
satildeo formados e que natildeo podem ser metabolizados por reaccedilotildees de -oxidaccedilatildeo 3-cis-enoil CoA que eacute formado durante a degradaccedilatildeo do aacutecido oleico eacute convertido por uma
isomerase mudando a ligaccedilatildeo dupla para 2-trans-enoil CoA que eacute um intermediaacuterio
da -oxidaccedilatildeo Na -oxidaccedilatildeo dos aacutecidos linolecircnico e linoleico a segunda ligaccedilatildeo dupla no intermediaacuterio correspondente estaacute na posiccedilatildeo correta mas na configuraccedilatildeo cis com a consequecircncia que eacute a hidrataccedilatildeo pela hidratase enoil CoA resulta na
formaccedilatildeo de -D-hidroxiacil CoA Mais tarde eacute convertido por uma epimerase para L-
enantiomer o qual eacute um intermediaacuterio da -oxidaccedilatildeo
4) CICLO DO GLIOXILATO
Ao contraacuterio ao animais os quais satildeo haacutebeis para sintetizar glicose de acetil CoA As plantas e muitas bacteacuterias satildeo capazes de crescer sobre acetato ou outros componentes que lhe rendam acetil CoA As plantas podem fazer gliconeogecircnesis elas possuem as enzimas da gliconeogecircnesis para o ciclo do glioxilato
Nesta via metaboacutelica acetil com duas unidades de carbono satildeo convertidos para uma moleacutecula de quatro carbonos (succinato) Esta sequecircncia de reaccedilotildees eacute chamada de ciclo do glioxilato passagem livre para dois passos de descarboxilaccedilatildeo no cilco do aacutecido ciacutetrico Neste ciclo entram duas moleacuteculas de acetil CoA por cada ciclovolta do ciclo do glioxilato Uma ilustraccedilatildeo das principais reaccedilotildees do ciclo do glioxilato eacute apresentado na Figura 7
115
Figura 7 Ciclo do glioxilato e suas principais reaccedilotildees produtos e intermediaacuterios
O ciclo do glioxilato estaacute ligado ao ciclo do aacutecido ciacutetrico da seguinte maneira
acetil CoA condensa com oxaloacetato atraveacutes da enzima sintase do citrato e mais tarde eacute convertido para isocitrato pela aconitase
Isocitrato e dividido pela isocitrato liase em succinato e glioxilato
Glioxilato mais acetil CoA satildeo condensados pela sintase de malato para malato
Como no ciclo do citrato o malato eacute oxidado pela desidrogenase do malato para oxaloacetato complementando o ciclo
Uma moleacutecula de succinato gera duas de acetil CoA
succinato eacute transferido para mitococircndria e eacute convertido para oxaloacetato (por reaccedilatildeo parcial no ciclo do citrato)
116
oxaloacetato eacute transferido da mitococircndria por um transportador e no citossol eacute convertido para fosfoenolpiruvato (carboxiquinase do fosfoenolpiruvato)
fosfoenolpiruvato eacute precursor de hexoses na gliconeogecircnese e outras rotas metaboacutelicas
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Guanabara Koogan 1976 WANNMACHER CMD DIAS RD Bioquiacutemica fundamental 6 ed Porto Alegre
URGS 1988
3 BETA-OXIDACcedilAtildeO DOS AacuteCIDOS GRAXOS
31 Histoacuterico Em 1904 Knoop administrou para catildees derivados fenilados de aacutecidos
graxos com diferentes nuacutemeros de aacutetomos de carbono na cadeia Pelo fato do grupamento fenil
ser de difiacutecil transformaccedilatildeo pelo organismo animal poder-se-ia pesquisar na urina os produtos
de degradaccedilatildeo de tais derivados fenilados e assim melhor conhecer o catabolismo dos aacutecidos
graxos
Quando eram ministrados derivados fenilados de aacutecidos graxos com nuacutemero par de aacutetomos de
carbono havia excreccedilatildeo de aacutecido fenilaceacutetico Quando eram empregados derivados fenilados
117
de aacutecido dos graxos com nuacutemero impar de aacutetomo de carbono havia excreccedilatildeo de aacutecido
benzoacuteico
Knoop postulou que os aacutecidos graxos sofreriam oxidaccedilotildees sucessivas no carbono beta () que
se transformaria em carboxila removendo-se assim sucessivamente unidades contendo 2
aacutetomos de carbono (ldquoC2rdquo)
Entretanto a exata compreensatildeo do processo somente foi possiacutevel depois da identificaccedilatildeo da
unidade ldquoC2rdquo como sendo o acetil-CoA e dos estudos de Lynen e Green que isolaram de
mitococircndrias 5 enzimas que catalizavam a beta-oxidaccedilatildeo dos aacutecidos graxos
32 Esquema helicoidal da beta-oxidaccedilatildeo dos aacutecidos graxos
1 tioquinase 2 desidrogenase de acil 3 hidrase de enoil 4 desidrogenase de
hidroxiacil 5 tiolase
33 Caracteriacutestica da beta-oxidaccedilatildeo
a Somente uma moleacutecula de ATP eacute requerida na ativaccedilatildeo do aacutecido graxo para sua
completa transformaccedilatildeo em acetil-CoA independente do nuacutemero de aacutetomos de
carbono
b As enzimas responsaacuteveis pela beta-oxidaccedilatildeo estatildeo contidas na mitococircndria o
que facilita o aproveitamento da energia visto que o acetil-CoA formado eacute
prontamente oxidado pelo Ciclo de Krebs bem como as coenzimas formadas
satildeo oxidadas na Cadeia Respiratoacuteria
c O sistema oxidativo dos aacutecidos eacute de ocorrecircncia universal sendo encontrado em
plantas animais e bacteacuterias
4 RENDIMENTO ENERGEacuteTICO DA BETA-OXIDACcedilAtildeO
Consideremos a oxidaccedilatildeo bioloacutegica completa do aacutecido palmiacutetico
C16H32O2 + 23O2 16CO2 + 16H2O G= -2338000 calmol
O aacutecido palmiacutetico (com 16 aacutetomos de C) desdobrado pela beta-oxidaccedilatildeo daacute origem a 8
moleacuteculas de acetil-CoA cada uma carregando 2 aacutetomos de C da moleacutecula do aacutecido graxo
Essas 8 moleacuteculas de acetil-CoA satildeo geradas em 7 ldquovoltasrdquo da sequumlecircncia helicoidal de
118
reaccedilotildees pois que na uacuteltima volta se formam 2 moleacuteculas de acetil-CoA Os equivalentes em
ATP em cada etapa seriam
Rendimento energeacutetico (R)
2338000 100
130 X 8000 R R= 100 X 130 X 8000 = 445
2338000
Problema ndash Calcular o nuacutemero de moleacuteculas de ATP gerados Pela oxidaccedilatildeo bioloacutegica
completa do trigliceriacutedios abaixo estruturado
CH2-O-CO-(CH2)14CH3
CH-O-CO-(CH2)16CH3
CH2-O-CO-(CH2)16CH3
119
5 BIOSSIacuteNTESE DE AacuteCIDOS GRAXOS
Logo de iniacutecio pensou-se em uma beta-muacuteltipla condensaccedilatildeo das mesmas unidades ldquoC2rdquo
(acetil-CoA) que resultasse na siacutentese de aacutecidos graxos mediante o reverso das reaccedilotildees da
beta-oxidaccedilatildeo
Atualmente se sabe que a biossiacutentese de aacutecidos graxos eacute processada por um equipamento
enzimaacutetico distinto utilizado o acetil-CoA substrato
A dessaturaccedilatildeo dos aacutecidos graxos introduccedilatildeo de duplas ligaccedilotildees eacute processada por plantas e
animais ao niacutevel mitocondrial ou microssomal requerendo coenzimas reduzidas e oxigecircnio
molecular Entretanto somente as plantas superiores possuem a habilidade de introduzirem
mais que uma dupla ligaccedilatildeo sintetizando assim aacutecidos poliinsaturados Tais aacutecidos graxos satildeo
considerados assenciais aos organismos animais
Nesta reaccedilatildeo o O2 (oxigecircnio molecular) se constitui em um substrato Este pode ser um dos
fatores que levam plantas e animais (com os peixes) de regiotildees temperadas (mais frias) a
sintetizarem aacutecidos graxos poliinsaturados em maior proporccedilatildeo visto que quanto menor a
temperatura maior a concentraccedilatildeo de oxigecircnio dissolvido no suco celular Esse mecanismo
parece ser responsaacutevel pelo menos em parte pela resistecircncia ao frio manifestada por animais
e vegetais das regiotildees frias Explicaria tambeacutem porque o cacaueiro cultivado distante da linha
do equador formada um manteiga com menor ponto de fusatildeo ou seja maior iacutendice de iocircdo
120
METABOLISMO DEGRADATIVO DA PROTEIacuteNAS E AMINOAacuteCIDOS
1 CONSIDERACcedilOtildeES GERAIS
Os aminoaacutecidos devem constar na dieta dos animais devido agrave sua funccedilatildeo de constituintes das
proteiacutenas corporais Os estudos sobre a nutriccedilatildeo animal e humana mostram que os
aminoaacutecidos podem ser divididos em dois grupos dependendo do metabolismo dos mesmos
a aminoaacutecidos essenciais ou indispensaacuteveis ndash aqueles que o organismo natildeo
sintetiza ou se o faz em quantidades aqueacutem da requerida lisina triptofano
metionina valina leucina isoleucina fenilalanina e treonina satildeo essenciais ao
homem
b aminoaacutecidos natildeo essenciais ou dispensaacuteveis ndash aqueles que o organismo
sintetiza nas quantidades requeridas aacutecido aspaacutertico aacutecido glutacircmico alanina
serina etc
As proteiacutenas alimentares (presente nos alimentos) podem ser consideradas de boa qualidade
quando rica em aminoaacutecidos essenciais e de maacute qualidade se satildeo pobres em aminoaacutecidos
essenciais O milho opaco-2 melhorando geneticamente apresenta maior conteuacutedo das
proteiacutenas glutelina e zeiacutena que satildeo ricas em lisina De uma maneira geral os cereais satildeo pobres
em lisina ao passo que os gratildeos da leguminosas satildeo deficientes em metionina
As proteiacutenas que ingerimos como alimento satildeo hidrolisadas nos aminoaacutecidos constituintes
pelas enzimas digestivas do estocircmago (pepsina) suco pancreaacutetico (amino e carboxipeptidases)
e suco intestinal (d - e tripeptidases) Os aminoaacutecidos livres satildeo absorvidos pelo intestino e
atraveacutes do sistema porta se dirigem ao fiacutegado para a siacutentese das proteiacutenas corporais individuais
(estruturais ou de atividade bioloacutegica com enzimas e hormocircnios) ou sofrem reaccedilotildees
especiacuteficas para cada aminoaacutecido
Ateacute recentemente acreditava-se que as proteiacutenas em contraste com os carboidratos e lipiacutedios
fossem inertes metabolicamente Assim uma vez sintetizada a moleacutecula proteacuteica
permaneceria intacta ateacute a morte da planta ou animal quando entatildeo se iniciava a sua
degradaccedilatildeo Este conceito prevaleceu pois era observado que os teores de lipiacutedios (e
carboidratos) num organismo animal variavam dependendo da condiccedilatildeo nutritiva Assim eacute que
os depoacutesitos de gordura podem ser aumentados quando da ingestatildeo de uma dieta rica em
calorias Igualmente ocorre o consumo dos depoacutesitos de gordura em condiccedilotildees de deficiecircncia
caloacuterica Em contraste as proteiacutenas corporais natildeo satildeo utilizadas para a produccedilatildeo de energia
ateacute que outras reservas (carboidratos e lipiacutedios) tenham sido esgotadas em condiccedilotildees de fome
extrema
Entretanto os Schoenheimen alimentando ratos adultos (que estavam em equiliacutebrio
nitrogenado nulo) com aminoaacutecidos marcados com isoacutetopo 15
N demonstraram que o aacutetomo de
N passou a integrar moleacuteculas de outros aminoaacutecidos (mediante reaccedilotildees de transaminaccedilatildeo) e
igualmente foram encontrados integrando moleacuteculas proteacuteicas no fiacutegado (siacutentese de proteiacutenas)
Ficou estabelecendo entatildeo que em animais adultos onde natildeo haacute mais crescimento ocorre
siacutentese de proteiacutena com relativa velocidade a qual eacute contrabalanceada por uma degradaccedilatildeo
proteacuteica de mesma intensidade de modo que o teor global de proteiacutena corpoacuterea permanece
constate
121
Assim cada moleacutecula proteacuteica difere quanto aacute intensidade de reciclagem (turnover) a
hemoglobina possui uma meia vida de 30dias enquanto esses valores seriam de 180 e 1000
dias para a miosina e colaacutegeno respectivamente Para um humano adulto calcula-se que 12 g
de proteiacutena por dia sofram degradaccedilatildeo e siacutentese por cada quilograma de peso vivo Dessa
degradaccedilatildeo proteacuteica um quarto dos aminoaacutecidos resultantes seriam oxidados de modo que os
mesmos devem ser restituiacutedos pela proteiacutena da dieta Desde que cerca de metade dos
aminoaacutecidos oxidados satildeo ldquoindispensaacuteveisrdquo facilmente se compreende a necessidade desses
aminoaacutecidos essenciais estarem contidos na dieta e nas quantidades adequadas
Quando haacute ingestatildeo de proteiacutena ou que a dieta ou reaccedilatildeo seja deficiente em aminoaacutecidos
essenciais ou ainda na maioria dos casos patoloacutegicos o organismo degrada suas proacuteprias
proteiacutenas para conseguir os aminoaacutecidos essenciais aacute siacutentese de outras proteiacutenas necessaacuterias no
momento Ocorre entatildeo uma alteraccedilatildeo no balanccedilo nitrogenado que passa a ser negativo
O balanccedilo nitrogenado eacute a diferenccedila entre o N ingerido por dia (dos alimentos) e o excretado
(pelas fezes e urina) Um individuo ou organismo em fase de crescimento apresenta um
balanccedilo nitrogenado positivo isto eacute a quantidade de N ingerida eacute maior que a excretada Os
indiviacuteduos adultos apresentam balanccedilo (ou equiliacutebrio) nitrogenado nulo visto que os
organismos animais natildeo mais acumulam compostos nitrogenados depois de cessado o
crescimento Ao contrario do que ocorre com os carboidratos e lipiacutedios as proteiacutenas natildeo
podem ser armazenadas Daiacute uma maior excreccedilatildeo de N devido a uma dieta rica em proteiacutenas
O zootecnista ou nutricionista deve pois levar em consideraccedilatildeo no balanceamento de reaccedilotildees
ou dietas que os carboidratos e lipiacutedios devem satisfazer as exigecircncias energeacuteticas enquanto
que as proteiacutenas (a mais cara das trecircs classes de alimentos) devem constituir fonte de
aminoaacutecidos para a siacutentese das proteiacutenas do organismo
2 ESSENCIALIDADE DE AMINOACIDOS PARA OS RUMINANTES
A medida que os organismos evoluem perdem a habilidade de siacutentese de alguns compostos
que lhes satildeo essenciais os quais devem ser encontrados em sua alimentaccedilatildeo Assim enquanto
as plantas sintetizam todos os aminoaacutecidos presentes em suas proteiacutenas os organismos
animais em maior ou menor escala necessitam de alguns previamente elaborados
(heterotrofismo) A microflora (bacteacuterias) existentes no rumem dos ruminantes possui a
habilidade de sintetizar todos os aminoaacutecidos a partir de carboidratos e compostos
nitrogenados simples Tais aminoaacutecidos iratildeo integrar as proteiacutenas nas microbianas as quais
apoacutes a morte das bacteacuterias constituiratildeo alimentos para os ruminantes Nisto se fundamenta a
zootecnista ao alimentar bovinos com melaccedilo e ureacuteia (ou outros compostos nitrogenados
como esterco de galinha etc) Os vegetais e aiacute tambeacutem as bacteacuterias do rumem possuem a
enzima ureacutease que hidrolisa a ureacuteia em NH3 e CO2
CO(NH2)2 + H2O CO2 + 2NH3
A amocircnia (NH3) eacute assimilada pelas bacteacuterias formando aminoaacutecidos cujo esqueleto
carbocircnico eacute orindo do accediluacutecar do melaccedilo Tais aminoaacutecidos inclusive os essenciais ao bovino
iratildeo integrar a proteiacutena microbiana
122
3 REACcedilOtildeES ESPECIacuteFICAS PARA ALGUNS AMINOAacuteCIDOS
31 Desanimaccedilatildeo reaccedilatildeo em que um aminoaacutecido perde o grupamento amino (-NH2) na
forma de amocircnia (NH3) se transformando em no -cetoacuteaacutecido correspondente
A desidrogenase glutacircmica eacute uma enzima de ocorrecircncia universal encontrada em organismos
animais e vegetais A reaccedilatildeo eacute reversiacutevel de modo que pode operar no sentido de siacutentese ou de
degradaccedilatildeo do aacutecido glutacircmico conforme a conveniecircncia
32 Transaminaccedilatildeo reaccedilatildeo em que ocorre a transferecircncia do grupamento amino (geralmente
do aacutecido glutacircmico) para um ceto aacutecido (oxaloaceacutetico ou piruacutevico) formando outros
aminoaacutecidos Duas enzimas se destacam transaminase glutacircmico-oxaloaceacutetico (TGO) e
transaminase glutacircmico-piruacutevica (TGP) ambas exigindo piridoxina (vitamina B6) como
cofator
33 Descarboxilaccedilatildeo - o aminoaacutecido perde a carboxila na forma de CO2 se transformando
em uma amina geralmente exibindo efeitos fisioloacutegicos
A descarboxilase de histidina leva aacute produccedilatildeo de histamina amina esta que estimula a
secreccedilatildeo gaacutestrica e estaacute presente em todos os processos aleacutergico
O gama-aminobutiacuterico eacute formado no sistema nervoso sendo aiacute um componente essencial do
metabolismo dos neurocircnios A DOPAMINA eacute precursora da adrenalina que tem atividade
vasoconstritora As aminas putrescina e cadaverina satildeo formadas especialmente pela
decomposiccedilatildeo bacteriana dos materiais proteacuteicos (putrefaccedilatildeo) Putrescina se acumula
particularmente em plantas deficientes em potaacutessio alcanccedilando niacuteveis toacutexicos causando os
sintomas especiacuteficos que caracterizam a deficiecircncia mineral em questatildeo
123
4 REACcedilOtildeES DEGRADATIVAS DOS AMINOAacuteCIDOS
Cada um dos 20 aminoaacutecidos proteacuteicos sofrem diferentes reaccedilotildees originando como produtos
dependendo do esqueleto carbocircnico dos mesmos apenas acetil-CoA aacutecidos piruacutevico
oxaloaceacutetico ou alfa-cetoglutaacuterico
Os aminoaacutecidos que originam aacutecido piruacutevico oxaloaceacutetico ou alfa-cetoglutaacuterico satildeo chamados
de ldquoglicogecircnicosrdquo Aqueles que datildeo formaccedilatildeo a acetoacetil-CoA satildeo os ldquocetogecircnicosrdquo
124
INTEGRACcedilAtildeO DO METABOLISMO DOS CARBOIDRATOS
LIPIacuteDIOS E PROTEIacuteNAS
1 FASES DA PRODUCcedilAtildeO DE ENERGIA
Carboidratos lipiacutedios e proteiacutenas satildeo as 3 principais fontes de energia para a maioria dos
organismos vivos Krebs e Kormberg deram ecircnfase ao fato que apesar de muitos serem os
compostos que servem como alimentos o nuacutemero de reaccedilotildees pelas quais deles se obtem
energia eacute relativamente pequeno independente do organismo planta ou animal A natureza eacute
por conseguinte bastante econocircmica nos processos por ela desenvolvido para degradar esses
compostos que podem ser enquadrados em 3 fases principais
a Fase 1 Eacute a ldquodigestatildeo dos alimentosrdquo de natureza hidroliacutetica Assim os
polissacariacutedios satildeo hidrolizados em monossacariacutedios usulmente hexoses os
trigliceriacutedios que constituem a quase totalidade da fraccedilatildeo lipiacutedica de uma dieta
satildeo hidrolizados em glicerol e aacutecido graxos e as proteiacutenas degradadas nos
aminoaacutecidos constituintes A energia contida nessas ligaccedilotildees (glicosiacutedicas dos
oligo e polissacariacutedios eacutesteres dos trigliceriacutedios e peptiacutedicas das proteiacutenas) eacute
liberada na forma de calor aumentando a temperatura do meio (que eacute
observada durante a digestatildeo e mesmo em sementes durante a germinaccedilatildeo)
b Fase 2 Os monossacariacutedios glicerol aacutecidos graxos e aminoaacutecidos satildeo
posteriormente degradadas a 3 substacircncias apenas por processos que podem
resultar na formaccedilatildeo de algumas ligaccedilotildees fosfatadas ricas em energia (ATP) O
glicerol apoacutes ser convertido em piruvato pela sequumlecircncia glicoliacutetica daraacute origem
a acetil-CoA O mesmo ocorre com os carboidratos Os aacutecidos graxos pela
beta-oxidaccedilatildeo se transformam em acetil-CoA Os 20 aminoaacutecidos integrantes
das proteiacutenas dependendo do seu esqueleto carbocircnico podem dar formaccedilatildeo aacute
acetil-CoA aacutecido-cetoglutaacuterico e aacutecido oxaloaceacutetico
c Fase 3 Os 3 compostos chaves formados anteriormante (acetil-CoA aacutecido
alfa-cetoglutaacuterico e aacutecido oxaloaceacutetico) seratildeo oxidados pelo Ciclo de Krebs
mediante a reduccedilatildeo de apenas 2 tipos de coenzimas (DPNH + H+ e FADH2)
que o serem reoxidadas na Cadeia Respiratoacuterias aacutes custas do oxigecircnio
molecular propiciam a ldquofosforilaccedilatildeo oxidativardquo
125
2 CONVERSAtildeO DE CARBOIDRATOS LIPIacuteDIOS E PROTEIacuteNAS ENTRE SI
21Transformaccedilatildeo de carboidratos em lipiacutedios Pela formaccedilatildeo primeira dos aminoaacutecidos
(natildeo essenciais ao organismo em questatildeo)Mediante as reaccedilotildees de desaminaccedilatildeo e
transaminaccedilatildeo o NH3 pode ser incorporado em esqueletos carbocircnicos formando aacutecido
glutacircmico aspaacutertico alanina etc desde que haja os cetoaacutecidos disponiacuteveis muitas enzimas
podem formar cetoaacutecidos dicarboxiacutelicos a partir de intermediaacuterios da glicoacutelise
23 Transformaccedilatildeo de proteiacutenas em carboidratos ou lipiacutedios - Estima-se que mais da
metade dos aminoaacutecidos existentes nas proteiacutenas animais podem se transformar em
carboidratos (glicose) Isto eacute de suma importacircncia para o metabolismo animal pois que 50
de suas proteiacutenas satildeo potencialmente capazes de se transformar em accediluacutecar Para tal os
aminoaacutecidos ldquoglicogecircnicosrdquo se transformar em aacutecido piruacutevico oxaloaceacutetico ou alfa-
cetoglutaacuterico produtos esses que se transformar em aacutecido fosfoenolpiruacutevico (PEP) e mediante
o reverso da glicoacutelise iratildeo formar accediluacutecar (processo esse denominado gluconeogecircnese) A
gluconeogecircnese eacute a formaccedilatildeo de glicose a partir de substacircncias natildeo gluciacutedicas
Os aminoaacutecidos que ao serem degradados levam aacute produccedilatildeo de acetoacetil-CoA satildeo
chamados de ldquocetogecircnicosrdquo pois satildeo responsaacuteveis pelo aparecimento dos ldquocorpos cetocircnicosrdquo
(acetoacetato hidroxibutiratoe acetona)
Um animal quando submeto a um regime de fome e apoacutes esgotar suas reservas de
carboidratos (glicose do sangue e gligecircnio muscular e hepaacutetico) e de lipiacutedios (depoacutesito
subscutacircneos de gordura) passa a se utilizar de suas proteiacutenas corporais Neste processo o
organismo utiliza primeiramente as proteiacutenas de menor importacircncia fisioloacutegica de inicio as
proteiacutenas do sangue (albuminas e globulinas) depois as do tecido muscular do tecido oacutesseo e
finalmente as do tecido nervoso Neste estaacutegio o organismo natildeo tem mais recuperaccedilatildeo
24 Transformaccedilatildeo de lipiacutedios em carboidratos - Tal transformaccedilatildeo somente eacute possiacutevel em
plantas fungos e bacteacuterias organismos esses que possuem o ldquoCiclo do Glioxilatordquo em funccedilatildeo
de possuiacuterem duas enzimas especiais siacutentese maacutelica e isocitrase
Tais enzimas satildeo particularmente ativas durante a germinaccedilatildeo de sementes ricas em oacuteleos
Natildeo satildeo encontradas no tecido animal Daiacute a impossibilidade dos organismos animais
transformarem gordura em carboidrato uma vez que a oxidase piruacutevica catalisa
irreverssivelmente a transformaccedilatildeo de piruvato em acetil-CoA
126
EXCRECcedilAtildeO DO NITROGEcircNIO
1 CONSIDERECcedilAtildeO GERAIS
Do metabolismo degradativo dos compostos nitrogenados especialmente dos aminoaacutecidos
resulta a amocircnia (NH3) Devido a natureza dinacircmica dos processos metaboacutelicos parte da
amocircnia eacute reutilizada pela ceacutelula mediante o processo da assimilaccedilatildeo da amocircnia enquanto o
restante deve ser eliminada por excreccedilatildeo
Sabe-se que os animai excretam o nitrogecircnio em uma das trecircs seguintes formas nitrogenadas
de excreccedilatildeo amocircnia ureacuteia e aacutecido uacuterico Destas formas a amocircnia eacute a mais toacutexicas e altamente
soluacutevel em aacutegua a ureacuteia eacute bem menos toacutexicas mas igualmente soluacutevel ao passo que o aacutecido
uacuterico eacute bastante insoluacutevel e natildeo toacutexico
Um dos capiacutetulos mais interessantes da bioquiacutemica comparada vem a ser aquele referente aacute
excreccedilatildeo do nitrogecircnio Existe evidecircncias suficientes de que a forma nitrogenada excretada
por um organismo eacute geralmente determinada pela disponibilidade de aacutegua para esse
organismo
Assim os animais aquaacuteticos que vivem circundados pela aacutegua podem excretar a amocircnia a
qual a despeito de ser toacutexica natildeo acarreta nenhum inconveniente devido aacute diluiccedilatildeo
instantacircnea no meio ambiente Jaacute os animais terrestres que possuem um suprimento limitado
de aacutegua natildeo podem acumular a amocircnia excretando pois o nitrogecircnio na forma de ureacuteia ou
aacutecido uacuterico
A escolha entre ureacuteia ou aacutecido eacute estabelecida pelas condiccedilotildees do desenvolvimento
embrionaacuterio Assim os mamiacuteferos nos quais o feto se desenvolve em contato iacutentimo com o
corpo materno atraveacutes do sistema circulatoacuterio sintetizam ureacuteia a qual sendo soluacutevel pode ser
removida do embriatildeo e excretada pela matildee Jaacute os embriotildees de paacutessaros e rapteis que se
desenvolvem no interior de um sistema fechado o ovo com um conteuacutedo de aacutegua bastante
limitado natildeo podem utilizar a ureacuteia como forma de excreccedilatildeo devido aacute sua solubilidade e
toxidez Tais organismos optaram entatildeo pelo aacutecido uacuterico o qual sendo insoluacutevel depositar-se-
ia na forma de um soacutelido na parte interna da casca Essas caracteriacutesticas de excreccedilatildeo
nitrogenada tatildeo importante para o desenvolvimento do embriotildees seriam entatildeo mantidas no
organismo adulto
2 EXCRECcedilAtildeO DA AMOcircNIA (NH3)
Nos animais amonioteacutelicos ou seja aqueles que excretam predominantes a amocircnia (como a
maior parte dos vertebrados aquaacuteticos especialmente os peixes oacutesseos e as larvas de anfiacutebios)
o catabolismo dos aminoaacutecidos se inicia com uma transaminaccedilatildeo envolvendo -cetoglutarato
formando-se glutamato Glutamato igualmente pode ser formado pela desidrogenase glutacircmica
utilizando-se de amocircnia livre (NH3) Entretanto devido aacute carga negativa do glutamato no pH
fisioloacutegico (apresenta as carboxilas desprotonizadas) o mesmo natildeo atravessa as membranas
lipoproteacuteicas Para contornar tal problema o glutamato se combina enzimaticamente com mais
amocircnai pela accedilatildeo da glutamina sintetase formando glutamina uma moleacutecula neutra natildeo
toacutexica capaz de se translocar transportando o N na forma amiacutedica para o fiacutegado (no caso da
maioria dos animais terrestres) ou para as guelras das formas aquaacuteticas
127
Nas guelras a glutamina perde o nitrogecircnio amiacutedico pela accedilatildeo da glutaminase aiacute presente
liberando o nitrogecircnio na forma de amocircnia (NH3) que eacute excretada no meio exterior
3 EXCRECcedilAtildeO DA UREacuteIA
A ureacuteia eacute a principal forma nitrogenada de excreccedilatildeo dos ureoteacutelicos que compreende as maior
parte dos vertebrados terrestres
A formaccedilatildeo da ureacuteia foi estudada por KREBS e HENSELEIT utilizando-se de fatias de fiacutegado
de rato Tal tecido tinha habilidade de sintetizar ureacuteia a partir de CO2 e NH3 em um processo
endergocircnico ou seja exigente em energia (ATP)
Tais pesquisadores demonstravam que quantidades cataliacuteticas de arginina citrulina e ornitina
propiciavam a formaccedilatildeo de uma quantidade apreciaacutevel de ureacuteia Foi proposto entatildeo um ciclo
de reaccedilotildees que tinha por finalidade promover a desintoxicaccedilatildeo da amocircnia o qual eacute
mencionado com ciclo da ureacuteia ciclo da ornitina-ureia ou ciclo de Krebs-Henseleit
Tal ciclo opera em animais e em plantas Entretanto em plantas devido aacute presenccedila da ureacutease a
siacutentese da ureacuteia natildeo teria propoacutesito e a funccedilatildeo do ciclo seria unicamente de propiciar a siacutentese
de arginina
O previleacutegio de se excretar o nitrogecircnio na forma de ureacuteia tem um preccedilo energeacutetico 4
moleacuteculas de ATP satildeo grandes por moleacuteculas de ureacuteia formada computando-se apenas as
reaccedilotildees do ciclo propriamente dito
4 FORMACcedilAtildeO DO AacuteCIDO UacuteRICO
Os animais uricoteacutelicos paacutessaros e reacutepteis excretam o nitrogecircnio mormente na forma
insoluacutevel de aacutecido uacuterico Composto com 33 de nitrogecircnio
Entretanto o aacutecido uacuterico tambeacutem eacute o principal sub-produto da degradaccedilatildeo das purinas (adenina
e guanina) nos primatas paacutessaros e reacutepteis
128
Haacute um consideraacutevel gasto de energia para a fabricaccedilatildeo do aacutecido uacuterico que eacute realizada aacutes
custas de pequenas moleacuteculas Inicialmente o nitrogecircnio de alguns aminoaacutecidos juntamente
com o carbono de outras moleacuteculas doadoras satildeo empregados para se confeccionar as bases
adenina e guanina as quais em seguida satildeo transformadas em aacutecido uacuterico
129
FOTOSSIacuteNTESE
1 INTRODUCcedilAtildeO
A fotossiacutentese eacute um importante processo bioloacutegico que ocorre na biosfera e dele dependem
todas as formas viventes O sol fornece energia para todos os processos bioloacutegicos em nosso
planetaAleacutem de ser o responsaacutevel pelo movimento de ar e aacutegua na superfiacutecie terrestre a vida
se originou na terra de modo a depender exclusivamente de seu contiacutenuo fornecimento de
energia Os organismos pigmentados e com especial referecircncia as plantas verdes utilizam a
energia radiante e a armazena na forma de ligaccedilotildees quiacutemicas Este fenocircmeno eacute chamado de
fotossiacutentese cuja equaccedilatildeo geral eacute
2 CLOROPLASTOS E PIGMENTOS
O centro Bioloacutegicos da fotossiacutentese eacute uma organela inclusa no citoplasma celular denominada
de cloroplasto Dentro do cloroplasto estatildeo os compostos responsaacuteveis pela absorccedilatildeo da
energia radiante e a posterior transformaccedilatildeo em energia quiacutemica Os compostos que recebem
essas radiaccedilotildees satildeo as clorofilas a e b carotenoacuteides e ficobilinas A posterior reduccedilatildeo o CO2 ao
niacutevel de carboidratos eacute efetuada por um equipamento enzimaacutetico aiacute presente Esses pigmentos
ocorrem na forma de lipoproteiacutenas dentro dos cloroplastos Os cloroplastos se apresentam de
forma elipsoidal com 3-5 de comprimento por 2 de espessura cujo nuacutemero varia nas algas
A estrutura dos cloroplastos revelada pela microscopia eletrocircnica se mostrou altamente
organizada uma membrana dupla isola a organela do citoplasma Inclusa numa matriz
denominada de estroma estatildeo corpos em forma de disco (tilacoacuteides) dispostos em camadas e
que se chama de grana O tilacoacuteide eacute a unidade fotossinteacutetica formada de camadas alternadas
de proteiacutenas (enzimas) e lipiacutedios (pigmentos e fosfolipiacutedios)
Pesquisa-se constantemente os passos bioquiacutemicos da fotossiacutentese e ainda pouco se sabe o
fenocircmeno da conversatildeo quacircntica ou seja como a energia luminosa eacute transformada em energia
quiacutemica
As clorofilas ldquoardquo e ldquobrdquo logo se apresentaram como sendo pigmentos muito relacionados com a
fotossiacutentese quando se estudou os seus espectros de absorccedilatildeo e a eficiecircncia fotossinteacutetica para
os diversos comprimentos de onda
130
O fato existir fotossinteacutetica em comprimento de onda que natildeo satildeo absorvidos pelas clorofilas
(500 a 600nm) levou-se a acreditar que outros pigmentos (carotenoacuteides e ficobilinas)
absorvessem essa luz e transferissem a energia para a moleacutecula de clorofila Salienta-se ainda
o fato de que os carotenoacuteides evitam a fotoxidaccedilatildeo da clorofila Os carotenoacuteides apresentam
pico de absorccedilatildeo em 430nm enquanto a ficobilina azul os apresentam em 560e 570nm e
660nm A ficobilina vermelha exibe picos de absorccedilatildeo em 500 e 570nm
3 UTILIZACcedilAtildeO DA AacuteGUA NA FOTOSSIacuteNTESE
Segundo a reaccedilatildeo anterior a aacutegua eacute o agente que eacute oxidado a O2 O estudo com
microorganismo fotossintetizadores (bacteacuterias) fornecem dados para se poder especular a
respeito do papel da aacutegua na fotossiacutentese
Em sulfobacteacuteias a reaccedilatildeo pode ser assim representada
Van Niel observou a analogia dessa reaccedilatildeo com aquela das plantas verdes e escreveu uma
equaccedilatildeo geral da fotossiacutentese
No caso especiacutefico das plantas verdes notamos que haacute necessidade da cisatildeo da moleacutecula de
H2O como primeiro passo para a reduccedilatildeo do CO2 havendo pois evoluccedilatildeo de O2 e que
segundo Van Niel este seria provenientes da aacutegua Tal afirmativa foi comprovada com o uso
de H2O18
e a reaccedilatildeo correta seria
No processo da fotossiacutentese a aacutegua seria sintetizada e consumida
4 REACcedilAtildeO DE HILL
Em 1937 Hill na Inglaterra estudou as reaccedilotildees da fotossiacutentese trabalhando com cloroplastos
isolados de espinafre acreditando conseguir melhores resultados Natildeo conseguiu o seu intento
em promover a reduccedilatildeo do CO2 ao niacutevel de carboidratos mas conseguiu promover a fotoacutelise
da H2O na presenccedila de outro agente oxidante o ferrioxalato de K
Observou-se ainda que a evoluccedilatildeo de O2 se processava segundo uma estequiometria em
relaccedilatildeo ao agente oxidante adicionado
131
Posteriormente foram identificados substitutos do ferrioxalato benzoquinona 26-
diclorofenolindofenol etc Essas reaccedilotildees foram muito criticadas na eacutepoca pelo fato de tais
compostos natildeo serem de ocorrecircncia natural na ceacutelula natildeo tendo importacircncia fisioloacutegica ou
bioquiacutemica
Mas em 1952 nos EUA foi observado que TPN+ (NADP+) podia ser facilmente reduzido na
presenccedila de luz e cloroplastos de espinafre Tal fato se revestiu de particular interesse pois que
jaacute era conhecida a capacidade do TPNH em promover a reduccedilatildeo de uma seacuterie de substrato
orgacircnico
Um dos enigmas da fotossiacutentese havia sido descoberto a fotoreduccedilatildeo do TPN+
Faltava apenas o que em 1954 na Califoacuternia foi conseguido por ARNON a reduccedilatildeo do CO2 a
carboidrato pela accedilatildeo da luz com cloroplastos intactos sem exigir outros componentes
celulares O CO2 foi reduzido enquanto houve oxidaccedilatildeo da aacutegua
Neste trabalho ARNON demonstrou uma segunda funccedilatildeo do cloroplastos produzir ATP a
partir de ADP + Pi com auxilio da luz
O processo foi chamado de fotofosforilaccedilatildeo
Ainda mais iluminado-se cloroplastos em presenccedila de ADP Pi e TPN+ e na ausecircncia de CO2
acumulavam-se ATP e NADPH Esse material quando em presenccedila de CO2 promovia a
reduccedilatildeo do mesmo ao niacutevel de carboidrato mesmo na obscuridade Separam-se entatildeo duas
reaccedilotildees ldquoreaccedilatildeo luminosardquo e ldquoreaccedilatildeo no escurordquo
5 CICLO DE CALVIN
O ciclo de reduccedilatildeo do CO2 foi estabelecido por Calvin e seus colaboradores quando buscavam
as respostas para as seguintes perguntas qual o primeiro composto orgacircnico formado pela
fixaccedilatildeo ou reduccedilatildeo do CO2 durante a fotossiacutentese Como seria bioquimicamente essa
fixaccedilatildeo Calvin utilizou o 14
CO2 algas chlorella e teacutecnicas cromatograacuteficas para identificar o
primeiro composto formado na fotossiacutentese A consideraccedilatildeo baacutesica era que
Apoacutes exposiccedilatildeo ao 14CO2 durante 30 segundos apareceram marcados diversos aminoaacutecidos
aacutecidos orgacircnicos e accedilucares
Depois de 7 segundos de exposiccedilatildeo 12 compostos radioativos entre eles hexose trioses e
tetroses
132
Depois de 5 segundos o aacutecido 3-fosfogliceacuterico retinha a maior atividade especifica e a
radioatividade estava no carbono da carboxila
Acredita-se de iniacutecio que o composto que recebia o CO2 seria uma moleacutecula com 2 aacutetomos de
carbono mas a busca foi infrutiacutefera Segundo uma teacutecnica de interrupccedilatildeo brusca no
fornecimento de CO2 observou-se o acuacutemulo de Ribulose ndash15-difosfato o aceptor de CO2
Posteriormente a enzima carboxidismutase foi identificada Ao mesmo tempo os estudos dos
compostos radioativos suas atividades especiacuteficas e a posiccedilatildeo do 14
C na moleacutecula permitiram
a calvin estabelecer o caminho do carbono na fotossiacutentese
6 VIA C-4 DOS AacuteCIDOS DICARBOXIacuteLICOS
Jaacute era conhecido haacute mais de quinze anos que algumas gramiacuteneas tropicais e outras espeacutecies
de plantas adaptas ao clima aacuterido se distinguiam pela alta taxa de fotossiacutentese baixa perda de
CO2 na luz (fotorrespiraccedilatildeo) anatomia foliar caracteriacutestica e baixo consumo de aacutegua por
unidade de mateacuteria seca produzida Todas estas caracteriacutesticas identificadas isolada e
independentemente tecircm conexatildeo como processo de fixaccedilatildeo do CO2 que ocorre em vaacuterios
grupos de plantas que realizam a fotossiacutentese atraveacutes do ciclo ldquoC-4rdquo Esta fixaccedilatildeo do CO2
diferente daquela proposta pelo ciclo de calvin jaacute tinha sido identificada em milho e canandashde-
accediluacutecar atraveacutes de experimentos com14
CO2 e subsequumlente identificaccedilatildeo dos produtos
radioativos formados Os resultados mostravam que um composto com 4 aacutetomos de carbono
aparecia como primeira substacircncia marcada diferente do 3-PGA como as plantas ldquoC-3rdquo
Folhas de cana-de-accediluacutecar apoacutes 1 segundo de exposiccedilatildeo ao 14
CO2 apresentavam 80 da
radioatividade nos aacutecidos oxaloaceacutetico maacutelico aspaacutertico O mesmo era observado com milho
sorgo e outras plantas com elevada capacidade fotossinteacutetica ou de produccedilatildeo de massa verde
Em tais plantas observa-se um alto valor de Km para o CO2 frente aacute carboxi-dismutase
(Ribulose-15-difosfato carboxilase)
Foram Kortschak e colaboradores em 1965 que mostravam de maneira convincente que o
primeiro composto acumulado durante a fotossiacutentese de cana-de-accediluacutecar era o malato Hatch e
Slack durante 1966 a 1970 completaram os estudos e estabeleceram as bases para o
conhecimento do ciclo ldquoC-4rdquo embora muitas adiccedilotildees tenham sido feitas mais recentemente
133
Uma caracteriacutestica anatocircmica associada ao processo de fixaccedilatildeo do CO2 pelas folhas das
plantas ldquoC-4rdquo refere-se agrave presenccedila de um anel de ceacutelulas que circundam os feixes vasculares a
bainha vascular
A assimilaccedilatildeo do CO2 da atmosfera ocorre nas ceacutelulas do mesoacutefilo sendo incorporado na
moleacutecula do aacutecido fosfoenolpiruacutevico (PEP) produzindo aacutecido oxaloaceacutetico (AOA) e em
seguida malato ou aspartato dependendo do tipo de planta considerada O malato ou aspartato
eacute transportado para a bainha vascular onde eacute descarboxilado sendo o CO2 produzindo na
reaccedilatildeo imediatamente fixado atraveacutes do ciclo de calvin
As reaccedilotildees iniciais da fixaccedilatildeo do CO2 satildeo as seguintes
7 METABOLISMO AacuteCIDO DAS CRASSULAacuteCEAS (CAM)
Vaacuterias espeacutecies de plantas que habitam em ambientes aacuteridos e quentes apresentam um sistema
de fixaccedilatildeo do CO2 especializado destinado principalmente a manter um balanccedilo positivo de
carbono nos tecidos ao mesmo tempo que desenvolvem um eficiente mecanismo de economia
de aacutegua Estas espeacutecies satildeo geralmente suculentas e englobam os membros da famiacutelia das
crassulaacuteceas Entretanto vaacuterios outros grupos de plantas exibem comportamento fisioloacutegico
semelhante ao das crassulaacuteceas (cactos abacaxi orquiacutedeas) caracterizado por uma produccedilatildeo
ciacuteclica diaacuteria de aacutecidos orgacircnicos daiacute a denominaccedilatildeo de metabolismo aacutecido das crassulaacuteceas
(CAM) As plantas que assimilam o gaacutes carbocircnico atraveacutes do sistema CAM devido aacutes
restriccedilotildees na disponibilidade de aacutegua e grande pressatildeo ambiental que resulta em elevada
transpiraccedilatildeo fecham os estocircmatos durante o dia a fim de manter a hidrataccedilatildeo dos tecidos Aacute
noite os estocircmatos se abrem e permitem a entrada do CO2 que eacute assimilado atraveacutes da reaccedilatildeo
catalisada pela enzima PEP-carboxilase
134
O oxaloacetato produzido eacute transformaccedilatildeo em malato pela NADH-malato desidrogenase e se
acumula No periacuteodo seguinte de iluminaccedilatildeo o malato eacute descarboxilado na reaccedilatildeo catalisada
pela enzima do aacutecido maacutelico-NADP (em algumas espeacutecies pela PEP-carboxiquinase) sendo
que o piruvato formado reage com ATP e regenera o PEP na reaccedilatildeo da piruvato-diquinase O
CO2 liberado no processo eacute captado pela RuDP-carboxilase e pela operaccedilatildeo do ciclo de
calvin resulta na produccedilatildeo de amido Estas reaccedilotildees que ocorrem durante o dia satildeo restritas
aos cloroplastos enquanto o sistema que opera durante a noite ocorre no citoplasma O amido
que se acumula durante o dia eacute degradado na noite seguinte formando hexose-fosfato que satildeo
oxidadas nas reaccedilotildees glicoliacuteticas que resultam em aacutecido fosfoenolpiruacutevato (PEP)
O caraacuteter adaptativo da plantas CAM eacute altamente evoluiacutedo e permite sua sobrevivecircncia em
condiccedilotildees extremas de ambiente O fechamento dos estocircmatos durante o dia resulta em um
aumento da temperatura das folhas que pode atingir ateacute 50C Entretanto a temperatura
oacutetima para a atividade da enzima de descarboxilaccedilatildeo (enzima do aacutecido maacutelico) e tambeacutem
bastante alta permitindo que a liberaccedilatildeo interna do CO2 ocorra normalmente Em condiccedilotildees
climaacuteticas mais amenas com boa disponibilidade de aacutegua as plantas CAM comportam-se de
maneira semelhante aacutes espeacutecies de fotossiacutentese ldquoC-3rdquo e o CO2 eacute fixado durante o dia pelo
ciclo de calvin
8 FOTORRESPIRACcedilAtildeO
Umas das caracteriacutesticas fisioloacutegicas mais importantes que diferenciam as plantas ldquoC-4rdquo das
ldquoC-3rdquo eacute a ocorrecircncia de perdas de carbono pelas folhas simultaneamente com o processo de
absorccedilatildeo de gaacutes carbocircnico pela fotossiacutentese Este fenocircmeno de liberaccedilatildeo de CO2 na luz
funcional e metabolicamente ligado aacute fotossiacutentese eacute denominado fotorrespiraccedilatildeo O termo
fotorrespiraccedilatildeo inicialmente empregado por Decker no final da deacutecada de 50 significa que os
tecidos fotossintetizantes liberam CO2 com maior intensidade na luz do que na obscuridade
considerando que o processo da respiraccedilatildeo (glicoacutelise ciclo de Krebs e transporte eletrocircnico no
mitococircndrio) ocorre continuamente tanto no periacuteodo iluminado como no escuro
Uma das diferenccedilas baacutesicas entre o fenocircmeno de fotorrespiraccedilatildeo e respiraccedilatildeo refere-se ao
efeito do O2 sobre os dois sistemas A fotorrespiraccedilatildeo eacute aumentada com o aumento da
concentraccedilatildeo de oxigecircnio no meio a partir de 1-2 Em contraste a respiraccedilatildeo satura quando
o O2 atinge aproximadamente 2 e natildeo haacute e nenhum efeito da elevaccedilatildeo do conteuacutedo de
oxigecircnio ateacute aproximadamente 21 Esta influecircncia do oxigecircnio sobre a fotorrespiraccedilatildeo esta
intimamente associada com o efeito do oxigecircnio sobre a fotossiacutentese Jaacute em 1929 Warburg
descreveu uma diminuiccedilatildeo da fotossiacutentese com o aumento da concentraccedilatildeo de O2 Esta
inibiccedilatildeo denominada efeito de Warburg podia ser removida pelo aumento da concentratildeo de
CO2 sugerindo processos competitivos Mas foi com a interpretaccedilatildeo dada por Decker e Tio
(1959) na tentativa de explicar o brusco aumento da liberaccedilatildeo de CO2 que ocorre
imediatamente apoacutes a interrupccedilatildeo da iluminaccedilatildeo que os estudos do mecanismo da
fotorrespiraccedilatildeo foram intensificados Folhas iluminadas em condiccedilotildees de equiliacutebrio no que se
refere aacutes trocas de CO2 com o ambiente (ponto de compensaccedilatildeo de CO2) liberam alta
quantidade de gaacutes carbocircnico nos primeiros minutos que seguem ao iniacutecio do periacuteodo de
escuro Este ldquoaumento poacutes-iluminaccedilatildeordquo da liberaccedilatildeo de CO2 parecia significar que algum
composto sintetizado na luz se armazenaria e sua utilizaccedilatildeo continuaria a ocorrer no escuro
enquanto houvesse disponibilidade de substrato para o processo
135
A associaccedilatildeo entre fotossiacutentese e a fotorrespiraccedilatildeo foi definitivamente esclarecida com a
descriccedilatildeo do processo de oxidaccedilatildeo da ribulose difosfato atraveacutes da enzima RuDP-
carboxilaseoxigenase Em condiccedilotildees normais (003 CO2 21 O2) a enzima apresenta duas
atividades carboxilase e oxigenase A relaccedilatildeo entre as duas atividades eacute de aproximadamente
7030 dependendo da idade da folha condiccedilotildees climaacuteticas espeacutecies de planta etc Desta
competiccedilatildeo decorre uma diminuiccedilatildeo da assimilaccedilatildeo liacutequida do CO2 o que normalmente
resulta em um decreacutescimo da produtividade da planta
O processo de fotorrespiraccedilatildeo se inicia com a produccedilatildeo do aacutecido glicoacutelico a partir da queda da
moleacutecula de RuDP pela accedilatildeo do O2 sobre a enzima RuDP-carboxilase
O aacutecido fosfoglicoacutelico eacute transformado em aacutecido glicoacutelico atraveacutes da reaccedilatildeo catalisada pela
fosfatase e se configura com o principal substrato para a fotorrespiraccedilatildeo O metabolismo do
aacutecido glicoacutelico se daacute nos peroxissomos que satildeo organelas celulares presentes em todas as
ceacutelulas verdes em geral localizados proacuteximos dos cloroplastos frequumlentemente com os
envelopes externos justapostos a estes
Nos peroxissomos o aacutecido glicoacutelico eacute oxidado a aacutecido glioxiacutelico e em seguida eacute produzida a
glicina
A glicina formada no peroxissomo eacute transferida para o mitococircndrio onde se acumula e produz
serina Neste processo a condensaccedilatildeo de duas moleacuteculas de glicina resulta na formaccedilatildeo de
serina com a liberaccedilatildeo de CO2
O gaacutes carbocircnico formado eacute transportado para o meio externo constituindo-se em fonte de
perda de carbono pela fotorrespiraccedilatildeo
A serina volta ao peroxissomo eacute transformada em aacutecido hidroxipiruacutevico e em seguida em
aacutecido gliceacuterico
136
Com a transferecircncia do aacutecido gliceacuterico para o cloroplasto ocorre a produccedilatildeo de aacutecido
fosfogliceacuterico que em seguida eacute incorporado no ciclo de calvin
9 FISIOLOGIA COMPARA DAS PLANTAS ldquoC-3rdquo e ldquoC-4rdquo
Interna atividade de pesquisa desenvolvida nos uacuteltimos quinze anos mostrou que a atividade
fotossinteacutetica dos vaacuterios grupos de plantas difere em funccedilatildeo de caracteriacutestica especiacuteficas do
ponto de vista fisioloacutegico anatocircmico e bioquiacutemico
Um dos paracircmetros mais importantes na diferenciaccedilatildeo das plantas ldquoC-4rdquo das ldquoC-3rdquo refere-se aacute
capacidade dos tecidos das espeacutecies ldquoC-4 de concentrarem o CO2 atmosfeacuterico nos siacutetios de
produccedilatildeo de carboidratos ou seja nas ceacutelulas da bainha vascular Sabe-se que ambas as
plantas ldquoC-4rdquo e ldquoC-3rdquo apresentam o processo de fotorrespiraccedilatildeo ativo se bem com
intensidades diferentes mas as primeiras tecircm a capacidade de capturar o CO2 no seu caminho
em direccedilatildeo aacute atmosfera externa pela reaccedilatildeo da PEP-carboxilase que mostra grande afinidade
com o gaacutes carbocircnico (baixo valor do Km) Desta maneira as plantas ldquoC-4rdquo natildeo perdem CO2
para a atmosfera e o sistema de descarboxilaccedilatildeo do malato ou oxaloacetato que ocorre na
bainha vascular quantidade de gaacutes carbocircnico disponiacutevel no sitio da enzima RuDP-carboxilase
que funciona em concentraccedilatildeo de CO2 de 60 M ou mais (Hatch1976) Nestas condiccedilotildees a
RuDP-carboxilase apresenta maacutexima velocidade de reaccedilatildeo pois encontra-se em saturaccedilatildeo de
substrato considerando em Km de 20 microM (Hatch 1976)
A caracteriacutestica anatocircmica das plantas ldquoC-4rdquo representada pela siacutendrome de Kranz propicia
que os produtos da assimilaccedilatildeo do carbono principalmente os carboidratos aminoaacutecidos e
aacutecidos orgacircnicos sejam facilmente transferidos para o sistema vascular (floema) e
translocados para outras partes da planta com menor gasto de energia metaboacutelica
De maneira geral as plantas ldquoC-4rdquo apresentam elevada resistecircncia dos estocircmatos ao fluxo de
CO2 e de vapor d‟aacutegua que ocorre entre a folha e a atmosfera externa Entretanto devido aacute
grande afinidade da enzima PEP-carboxilase com o seu substrato o gaacutes carbocircnico as ceacutelulas
tecircm capacidade de assimilar o CO2
com bastante eficiecircncia ao mesmo tempo que restringem a perda de aacutegua atraveacutes da
transpiraccedilatildeo Assim as plantas ldquoC-4rdquo chegam a apresentar 50 mais eficiecircncia na utilizaccedilatildeo
da aacutegua para a produccedilatildeo de mateacuteria seca do que as plantas ldquoC-3rdquo
Outra importante caracteriacutestica fisioloacutegica que diferencia as plantas ldquoC-3rdquo e ldquoC-4rdquo refere-se aacute
eficiecircncia de utilizaccedilatildeo do nitrogecircnio nos processos de assimilaccedilatildeo Recentemente Black e
colaboradores (1977) demonstraram que as plantas ldquoC-4rdquo em comparaccedilatildeo com as ldquoC-3rdquo
produzem duas vezes mais mateacuteria seca por unidade de nitrogecircnio A localizaccedilatildeo da RuDP-
carboxilase quase que exclusivamente nas ceacutelulas de bainha vascular faz com que as
espeacutecies ldquoC-4rdquo utilizem de 10 a 25 da proteiacutena soluacutevel das folhas para a produccedilatildeo da
enzima enquanto as plantas ldquoC-3rdquo investem de 40 a 50 no mesmo processo Desta maneira
as plantas ldquoC-4rdquo tem a capacidade de sobreviver e produzir satisfatoriamente em solos pobres
em nitrogecircnio Estas plantas no qual os componentes satildeo separados temporal e espacialmente
Assim as enzimas que catalisam as reaccedilotildees de reduccedilatildeo do nitrato nas folhas especificamente
redutase de nitrato redutase de nitrato e glutamato desidrogenase localizam-se nas ceacutelulas do
mesoacutefilo como o sistema de assimilaccedilatildeo do nitrato requer aleacutem de esqueletos de carbono
(Magalhatildees 1978) alta quantidade de energia (ATP) e de compostos redutores (ferredoxina
NADPH) que tambeacutem satildeo necessaacuterios para o processo de assimilaccedilatildeo do CO2 eacute altamente
desejaacutevel que os dois sistemas (fixaccedilatildeo de CO2 e reduccedilatildeo de nitrato) estejam localizados em
137
compartimentos distintos como ocorre nas folhas das plantas ldquoC-4rdquo A competiccedilatildeo que se
estabelece entre os dois processos nas ceacutelulas das plantas ldquoC-3rdquo eacute parcialmente responsaacutevel
pela menor eficiecircncia de utilizaccedilatildeo do nitrogecircnio nestas plantas comparativamente com as
plantas ldquoC-4rdquo
Como decorrecircncia da economia de CO2 que eacute feita pelas espeacutecies ldquoC-4rdquo que natildeo perdem gaacutes
carbocircnico pela fotorrespiraccedilatildeo aquelas plantas apresentam ponto de compensaccedilatildeo ao redor de
5-10 ppm de CO2 enquanto as ldquoC-3rdquo mostram ponto de compensaccedilatildeo de 50 a 150 ppm de
CO2 Em funccedilatildeo das respostas das vaacuterias espeacutecies com relaccedilatildeo aacute concentraccedilatildeo do gaacutes
carbocircnico da atmosfera as plantas ldquoC-4rdquo tecircm maior capacidade de enfrentar a competiccedilatildeo que
se estabelece em comunidades vegetais muito densas nas quais poderaacute ocorrer limitaccedilatildeo de
CO2 para a fotossiacutentese
Estudos iniciais do ciclo ldquoC-4rdquo mostraram que a ocorrecircncia daquele processo prevalecia nas
plantas aclimatadas a ambiente tropical ou seja adaptadas aacute temperatura elevada e alta
intensidade luminosa Investigaccedilotildees mais recentes mostraram que vaacuterias espeacutecies ldquoC-3rdquo como
girassol mandioca e Camissonia que ocorrem em climas quentes e muito iluminados fazem
fotossiacutentese eficientemente em condiccedilotildees de stress (Mooney et al 1976)
Em geral as plantas ldquoC-4rdquo fazem fotossiacutentese tanto mais eficientemente quanto mais elevada
for a intensidade luminosa sem portanto apresentar uma saturaccedilatildeo na assimilaccedilatildeo do CO2
como ocorre nas plantas ldquoC-3rdquo em condiccedilotildees de iluminaccedilatildeo relativamente baixa (13 da
intensidade luminosa maacutexima)
Associada com a resposta aacute iluminaccedilatildeo as plantas ldquoC-4rdquo apresentam temperatura oacutetima para a
fotossiacutentese mais elevada do que as espeacutecies bdquoC-3rdquo Em soja (ldquoC-3rdquo) a fotossiacutentese liacutequida
decresce rapidamente com o aumento da temperatura elevada entre 30 e 40degC natildeo se mostra
inibitoacuteria para a assimilaccedilatildeo do CO2
138
CICLO DO NITROGEcircNIO
1 INTRODUCcedilAtildeO
Sob o aspecto agronocircmico ecoloacutegico e bioloacutegico em geral o CICLO DO NITROGEcircNIO eacute tatildeo
importante quanto o processo fotossinteacutetico Tal Ciclo vem a ser uma relaccedilatildeo de dependecircncia
entre todos os compostos nitrogenados quer orgacircnicos 9como aqueles encontrados na ceacutelula
viva aminoaacutecidos proteiacutenas aacutecidos nucleacuteicos alcaloacuteides vitaminas etc) todos eles
participantes deste fundamental processo que ocorre na biosfera
Na atmosfera se encontra a quase totalidade do nitrogecircnio na forma molecular (N2)
representando 78 das moleacuteculas aiacute existentes constituindo-se num reservatoacuterio praticamente
inesgotaacutevel de nitrogecircnio expotildee um berrante contraste com a carecircncia de proteiacutena para
humanos e animais bem como pela falta de nitrogecircnio em muitos solos cultivados
A quantidade de nitrogecircnio existentes nos solos eacute pequena com predominacircncia da forma
niacutetrica (NO3-) sobre a amoniacal (NH3) Nas rochas sedimentares o iacuteon amocircnio (NH4
+) pode
estar preso aacute rede cristalinas dos minerais silicatados e nas rochas iacutegneas o nitrogecircnio eacute mais
escasso ainda Por essa razatildeo ateacute a primeira metade do seacuteculoXIX acreditava-se que o ar
atmosfeacuterico contivesse amocircnia (NH3) em quantidade suficiente para atender as exigecircncias dos
vegetais De fato Liebig famoso quiacutemico alematildeo convenceu os demais cientistas da eacutepoca
de que a atmosfera era a principal fonte de nitrogecircnio para as plantas visto que plantas
deficientes em nitrogecircnio (cujas folhas se tornam amareladas) se tornavam de coloraccedilatildeo verde
escura saudaacutevel quando expostas em ambiente com pequena quantidade de NH3 na atmosfera
Ensaios cuidadosamente conduzidos tem demonstrados que a atmosfera realmente contribui
com algumas formas nitrogenadas Assim a quantidade de nitrogecircnio eacute proporcional aacute queda
pluviomeacutetrica Enquanto que o nitrato (NO3-) eacute formado pelas descartas eleacutetricas na atmosfera
a amocircnia (NH3) pode advir da atividade vulcacircnica queima de carvatildeo e outros materiais
orgacircnicos em fabricas bem como pelo fogo em florestas e pastagens
Traccedilos de nitrogecircnio podem tambeacutem ser carregadas do litoral para o interior devido aacute
atomizaccedilatildeo das aacuteguas oceacircnicas e subsequumlente arraste pelos ventos Mas enquanto o cloro
pode ser transportado centenas de quilocircmetros terra adentro o oceano natildeo parece ser
importante fonte de nitrogecircnio para as culturas Isto pelo fato da maior parte do nitrogecircnio do
placircncton estar na forma assimilada (orgacircnica) e predominante nas regiotildees mais profundas
O nitrogecircnio eacute encontrado em formas quiacutemicas com grande variabilidade no nuacutemero de
oxidaccedilatildeo
139
Como se vecirc o nitrogecircnio vem a se apresentar desde um estado altamente oxidado (NO-3) ateacute
um estado altamente reduzido (NH3)
2 FIXACcedilAtildeO DO NITROGEcircNIO
A fixaccedilatildeo do nitrogecircnio vem a ser a conversatildeo do nitrogecircnio molecular (N2) em qualquer uma
das formas anteriormente citadas A caracteriacutestica do processo eacute a separaccedilatildeo dos dois aacutetomos
da moleacutecula N2 mantidos por uma triacuteplice ligaccedilatildeo envolvendo 3 parte de eleacutetrons A
moleacutecula eacute bastante estaacutevel havendo necessidade de 24000 calmol para transformar N2 em
amocircnia
A fixaccedilatildeo do nitrogecircnio pode ser efetuada por vaacuterios processos
21 Fixaccedilatildeo Natildeo-Bioloacutegica eacute aquela efetuada sem o concurso dos organismos vivos
podendo ser conduzida por um processo industrial ou por um processo natural
211 Processo Industrial Tal processo tambeacutem denominado de processo Haber foi
desenvolvido na Alemanha durante a Primeira Guerra Mundial com o propoacutesito de
se obter explosivos
Atualmente esse processo estaacute acoplado aacutes refinarias de petroacuteleo para a produccedilatildeo de
fertilizantes nitrogenados
212 Processo Natural Durante as tempestades aacutes descargas eleacutetricas na atmosfera
por intermeacutedio das radiaccedilotildees ultra-violetas excitam o O2 e N2 que reagem
produzindo oacutexidos de nitrogecircnio (NO NO2 e outros) os quais hidratados datildeo
origem a nitrato e nitrato que se precipitam juntamente com a chuva
22 Fixaccedilatildeo Bioloacutegica Neste caso o processo eacute conduxido por diversos organismos tanto
de vida livre como em associaccedilotildees com outros organismos podendo portanto ser natildeo-
simbioacutetica e simbioacutetica respectivamente Neste processo o nitrogecircnio molecular (N2)
eacute reduzido a amocircnia (NH3)
A fixaccedilatildeo bioloacutegica natildeo simboacutetica pode ser processada por organismos autoacutetrofos
(Rnhodospirillum rubrum) ou heteroacutetrofos (Clostridium e Azotobacter)
A fixaccedilatildeo bioloacutegica simbioacutetica eacute encontrada em algumas associaccedilotildees como os liquens onde
ocorrem algas (do gecircnero Nostoc) e fungoa Do ponto de vista agronocircmico associaccedilatildeo entre o
Rhizobium e leguminosas eacute particularmente interessante embora outras associaccedilotildees entre
140
espeacutecies natildeo leguminosas tambeacutem podem fixar o nitrogecircnio entre elas gramiacuteneas como a
cana-de-accedilucar
Haacute duas deacutecadas foi estimada uma remoccedilatildeo de nitrogecircnio dos solos dos Estados Unidos
(pelas colheitas e lixiviaccedilatildeo) de 25 milhotildees de toneladas de N por ano Trecircs milhotildees de
toneladas de N por ano seriam adicionada na forma de fertilizantes Igual quantidade teria sido
resposta pelas chuvas A fixaccedilatildeo bioloacutegica depositaria 10 milhotildees de toneladas anuais
Clostridium e Azotobacter sendo heteroacutetrofos necessitam de uma fonte de carbono reduzido
(carboidrato geralmente) o qual quando oxidado forneceria hidrogecircnios iocircnicos (H+) e
eleacutetrons para a reduccedilatildeo do N2 a NH3 Jaacute a bacteacuteria Rhodospirillum rubrum utiliza a energia
radiante para a liberaccedilatildeo de eleacutetrons que seratildeo utilizados na reduccedilatildeo do N2 a NH3
As algas verdes-azuis (Nostoc) vivendo assimbioacuteticamente constituem-se no principal
fornecedor de N para os campos irrigados de arroz na Asia Geralmente satildeo organismos de
vida livre mas podem se associar a certos fungos formando liacutequens Eacute provaacutevel que nessas
algas os pigmentos fotossinteacuteticos captam a energia luminosa para a fotoacutelise da aacutegua cujos
eleacutetrons removidos satildeo utilizados para reduzir tanto o CO2 como o N2
O Rhizobium infecta as raiacutezes das leguminosas formando uma estrutura globular o noacutedulo A
leguminosa fornece carboidratos que seratildeo oxidados pelo microorganismo e os eleacutetrons
restantes seratildeo utilizados para reduccedilatildeo do N2 a NH3 O mecanismo de fixaccedilatildeo a despeito de
sua importacircncia ainda natildeo eacute bem compreendido havendo necessidade de leg-hemoglobina
(proteiacutena que conteacutem Feacute) molibdecircnio (como cofator) cobalto (constituinte da vitamina B12
envolvida na siacutentese de leg-hemoglobina) aleacutem de logicamente uma fonte de carbono
biologicamente oxidaacutevel
Estudos co N2 enriquecido com o isoacutetopo N15 demonstraram que o primeiro composto
formando foi a amocircnia (NH3) e que o aacutecido glutacircmico era o primeiro composto orgacircnico e se
apresenta com o referido isoacutetopo
A amocircnia (NH3) formada natildeo se acumula no organismo fixador mas sim eacute utilizada nas
siacutenteses de proteiacutenas aacutecidos nucleacuteicos etc O excesso de NH3 fixada eacute excretada no meio
raiacutezes de leguminosas excretam NH3 aminoaacutecidos e peptiacutedios Tais plantas sintetizam
tambeacutem grande quantidade de glutamina e asparagina muito possivelmente como reserva de
nitrogecircnio
Quando os organismos fixadores morrem suas proteiacutenas satildeo hidrolisadas e os aminoaacutecidos
resultantes satildeo degradados pela accedilatildeo das aminoaacutecido-oxidases transaminases e desidrogenase
da microflora existentes no solo liberando NH3 no mesmo Assim a fertilidade do solo eacute
construiacuteda pela aquisiccedilatildeo de NH3 diretamente dos organismos fixadores e indiretamente apoacutes
o aacutetomo de N pertencer aos aminoaacutecidos e proteiacutenas dos organismos natildeo fixadores
3 NITRIFICACcedilAtildeO
141
Embora a amocircnia seja a forma na qual o nitrogecircnio eacute adicionado no solo o teor da mesma eacute
baixo Isto porque ela eacute rapidamente transformada em nitrato (NO-3) sendo esta a principal
fonte de nitrogecircnio para os organismos natildeo fixadores
Essa oxidaccedilatildeo da amocircnia ateacute nitrato eacute efetuada por dois tipos de bacteacuterias denominadas de
bacteacuterias nitrificantes
a Bacteacuterias do gecircnero Nitrosomonas que transformam amocircnia em nitrito (NO-2)
segundo a equaccedilatildeo
b Bacteacuterias do gecircnero Nitrobacter que transformam o nitrito em nitrato (NO-3)
Esses organismos satildeo autoacutetrofos mais precisamente quimioautoacutetrofos reduzindo o CO2 ao
niacutevel de carboidrato com a energia obtida nessas reaccedilotildees de oxidaccedilatildeo
4 REDUCcedilAtildeO DO NITRATO
Como o nitrato eacute geralmente a forma nitrogenada mais abundante as plantas eacute demais
organismos desenvolveram a habilidade de aproveitar esse acircnion como fonte de nitrogecircnio
para o seu desenvolvimento
Entretanto o nitrogecircnio constituinte dos diversos compostos orgacircnicos se apresenta em niacutevel
bastante reduzido e logicamente uma primeira etapa na utilizaccedilatildeo do nitrato seria a sua
transformaccedilatildeo em amocircnia
A transformaccedilatildeo do nitrato em amocircnia um processo redutivo portanto eacute efetuada por um
equipamento enzimaacutetico com necessidades de NADH como coenzimas e de ferro em
molibidecircnio como metais ativadores
A redutase de nitrato eacute uma flavoproteiacutena que exige molibdecircnio como iocircnio ativador A sua
atividade eacute influenciada pela intensidade luminosa Em condiccedilotildees de baixa luminosidade haacute
baixa atividade enzimaacutetica e consequumlente acuacutemulo de nitrato nos tecidos vegetais
A redutase de nitrito eacute bastante ativa em condiccedilotildees de aerobiose natildeo permitindo acuacutemulo de
nitrito (altamente toacutexico) durante a reduccedilatildeo do nitrato A redutase de nitrito geralmente
presente em maior quantidade que a redutase de nitrito eacute uma ferroporfirina cujo
agrupamento siro-heme eacute capaz de transferir 6 eleacutetrons permitindo a reduccedilatildeo do nitrito (NO-
2) ateacute amocircnia (NH3) sem nenhum intermediaacuterio
Para a reduccedilatildeo do nitrito a amocircnia o agente redutor (doador de eleacutetrons e H+) seria o NADPH
+ H+ o qual nos tecidos verdes seria formado na fase luminosa da fotossiacutentese enquanto que
nos tecidos aclorofilados (como raiacutezes) seria produzido pela vista pentose fosfato)
Existem razotildees ecoloacutegicas para a amocircnia do solo ser rapidamente transformada em nitrato
(nitrificaccedilatildeo) e este novamente reduzido aacute amocircnia antes do nitrogecircnio integrar as moleacuteculas
orgacircnicas Como amocircnia pode se perder por volatilizaccedilatildeo nos solos alcalinos r ainda pelo fato
142
da mesma ser muito mais toacutexica do que o nitrato natildeo podendo se acumular nos tecidos
vegetais percebe-se as vantagens dessas transformaccedilotildees anteriormente citadas Tanto assim
que em relaccedilatildeo aacute amocircnia o nitrato eacute a forma mais abundante tanto no solo quanto nos tecidos
vegetais
5 ASSIMILACcedilAtildeO DA AMOcircNIA
A amocircnia (NH3) eacute a forma utilizada na siacutentese dos diversos constituintes celulares
nitrogenados como proteiacutenas adidos nucleacuteicos aminoaacutecidos aminas vitaminas etc
A assimilaccedilatildeo da amocircnia ou seja a transformaccedilatildeo de uma forma nitrogenada orgacircnica
(composto aminado) eacute processada por umas poucas vias metaboacutelicas Tais vias denominadas
pelas enzimas responsaacuteveis e de grande significado na nutriccedilatildeo nitrogenada dos vegetais
seriam
51 Desidrogenase Glutacircmica Enzima largamente distribuiacuteda na natureza cataliza a
aminaccedilatildeo do -cetoglutarato
O aacutecido glutacircmico assim formado doa por reaccedilotildees de transaminaccedilatildeo o grupo amino (-NH2)
para a siacutentese de outros aminoaacutecidos
52 Sintetase de Glutamina
A glutamina pode dar o seu grupo amido para o aacutecido aspaacutertico se transformar em asparagina
aspartato + glutamina + ATP asparagina + glutamato + AMP + PPi
A glutamina e sparagina satildeo amidas armazenadoras de nitrogecircnio especialmente nas
leguminosas
A glutamina contribui com o nitrogecircnio amiacutedico para a siacutentese se outros compostos
nitrogenados como as bases puacuteblicas e pirimiacutedicas dos aacutecidos nucleacuteicos
53Carbamil-quiacutenase
143
O carbomil-fosfato doa o seu nitrogecircnio amiacutedico para a siacutentese das bases pirimiacutedicas
Igualmente o grupo carbamil eacute utilizado na formaccedilatildeo do aminoaacutecido citrulina e posteriormente
arginina
6 DESNITRIFICACcedilAtildeO
O nitrato no solo que natildeo eacute absorvido pelos vegetais eacute lixiviado e nas regiotildees mais profundas
do mesmo fora do alcance das raiacutezes eacute metabolizado em parte por bacteacuterias do gecircnero
Pseudomonas Essas bacteacuterias vivendo em condiccedilotildees de amaerobiose provem a chamada
ldquorespiraccedilatildeo do nitratordquo reduzindo-o a N2 que retorna aacute atmosfera
Ao que parece esses organismos utilizam o NO-3 como aceptor de H+ e eleacutetrons em suas
oxidaccedilotildees bioloacutegicas
7 O CICLO DO NITROGEcircNIO
As transformaccedilotildees anteriores estudadas isoladamente podem ser resumidas no quadro que se
segue obtendo-se assim uma visatildeo global dos processos envolvendo os compostos
nitrogenados
144
AacuteCIDOS NUCLEacuteICOS
1 INTRODUCcedilAtildeO
Os aacutecidos nucleacuteicos tornaram-se objetos de investigaccedilotildees cientiacuteficas assim foram
primeiramente isolados do nuacutecleo celular haacute quase 100 anos Assim como as proteiacutenas tais
compostos demonstraram elevado peso molecular estruturalmente definidos como
biopoliacutemeros em que a unidade repetitiva vem a ser o nucleotiacutedio
Os aacutecidos nucleacuteicos satildeo encontrados em todas as ceacutelulas vivas atribuindo-se aos mesmos as
importantes funccedilotildees de conter transmitir e traduzir as informaccedilotildees geneacuteticas de um
determinado organismo
Existem dois tipos de aacutecidos nucleacuteicos
b o aacutecido desoxi-ribonuclecircico (DNA) encontrado no nuacutecleo dos eucarioacuteticos (que
armazenam as informaccedilotildees geneacuteticas e se mostram integrando nucleoproteiacutenas que
constituem os cromossomos)
c o aacutecido ribonucleacuteicos (RNA) encontrado predominantemente no citoplasma celular
existem diferentes tipos de RNA (m-RNA ou RNA mensageiro s-RNA soluacutevel e r-
RNA ribossocircmico)
2 CONSTITUINTES DOS AacuteCIDOS NUCLEcircICOS
O estudo quiacutemico dos aacutecidos nucleacuteicos revelou que tais compostos satildeo macromoleacuteculas
estruturadas pela polimerizaccedilatildeo de unidades que se repetem unidades essas denominadas de
nucleotiacutedios
Os nucleotiacutedios por sua vez podem ser desdobrados em entidades mais simples uma base
nitrogenada um accediluacutecar (pentose) e um radical fosfoacuterico
As bases nitrogenadas satildeo divididas em dois grupos
21 Bases Puacutericas adenina e guanina
22 Bases Pirimiacutedicas uracila (encontrada apenas no RNA)
Timina (encontrada apenas no DNA)
Citosina
As pentoses podem ser a ribose (encontrada no RNA) ou a desoxi-ribose (encontrada no
DNA)
145
O radical fosfoacuterico eacute oriundo do aacutecido ortofosfoacuterico (H3PO4) que apresenta 3 hidrogecircnios
ionizaacuteveis com pk1=21 pk2=72 e pk3=127
0
ǁ
HO˿ P˿ OH
ǀ
OH
NUCLEOSIacuteDIO as bases nitrogenadas satildeo capazes de se ligar aacutes pentoses para
formar os nucleosiacutedios Tal ligaccedilatildeo semelhante aacute glicosiacutedica se forma mediante uma desidrataccedilatildeo entre o nitrogecircnio 9 das bases puacutericas ou o nitrogecircnio 1 das bases pirimiacutedicas com o carbono 1rsquo da pentose Se a pentose for a desoxi-ribose tem-se o desoxi-ribonucleosiacutedio NUCLEOTIacuteDIO satildeo obtidos quando o aacutecido ortofosfoacuterico esterifica a hidroxila de posiccedilatildeo 5rsquo da pentose de um nucleosiacutedio _____________________________________________nucleotiacutedio_____________ base nitrogenada nucleosiacutedio monofosfatado difosfatado trifosfatado_______ adenina (A) adenosina AMP ADP ATP guanina (G) guanosina GMP GDP GTP uracila (U) uridina UMP UDP UTP timina (T) timidina TMP TDP TTP citosina (C) citidina CMP CDP CTP
146
Quando a pentose for a desoxi-ribose teremos os respectivos desoxi-ribonucleotiacutedios desoxiadeadenosina monofosfato (dAMP) dADP dATP e assim por diante ateacute dCTP
AMP= adenosina monofosfato ADP= adenosinadifosfato e ATP= adenosina trifosfato
3 POLINUCLEOTIacuteDIOS
Quimicamente os aacutecidos nucleacuteicos satildeo polinucleotiacutedios ou seja estruturas formadas pela
uniatildeo de muitos nucleotiacutedios Esses nucleotiacutedios satildeo unidos mediante a ligaccedilatildeo nucleotiacutedica
uma ligaccedilatildeo eacutester que se estabelece entre a hidroxila fosfoacuterica de um nucleotiacutedio com a
hidroxila de posiccedilatildeo 3‟ de outro nucleotiacutedio e assim por diante (fig 7) Resulta entatildeo uma
cadeia polinucleotiacutedica que busca uma configuraccedilatildeo mais estaacutevel do ponto de vista
termodinacircmico atribuindo-se aacute mesma quatro niacuteveis estruturais baacutesicos
4 ESTRUTURAS BAacuteSICAS DOS AacuteCIDOS NUCLEacuteICOS
Os niacuteveis estruturais baacutesicos dos aacutecidos nucleacuteicos satildeo semelhantes aqueles descritos
anteriormente para as proteiacutenas
41 Estruturas Primaacuterias vem a ser a sequumlecircncia da nucleotiacutedios e eacute mantida pela ligaccedilatildeo
nucleotiacutedica Com nos nucleotidios de um determinado a estrutura primaacuteria pode ser
simplificadamente representada pela sequumlecircncia de bases A-U-G-C-A-A-U
42 Estrutura Secundaacuteria eacute encontrada especialmente no DNA que se apresenta com
duas cadeias em espiral dupla unidas entre si por pontes de hidrogecircnio envolvendo as
bases nitrogenadas Adenina e timina permitem a formaccedilatildeo de duas pontes de
hidrogecircnio ao passo que citosina e guanina permitem trecircs
147
Tais bases satildeo ditas de complementares assim com as cadeias polinucleotiacutedicas (tambeacutem
referidas como cadeias antiparalelas) O pareamento de bases pode ocorrer tambeacutem no RNA
43 Estrutura Terciaacuteria pode ser entendida com a disposiccedilatildeo tridimensional da dupla
heacutelice do DNA Pode ser tambeacutem a forma preferencial que uma uacutenica cadeia
nucleotiacutedica adquire estabilizada por pontes de hidrogecircnio entre bases
complementares da mesma cadeia com eacute o caso do t-RNA (RNA de transporte) que
apresenta uma estrutura de ldquofolha-de-trevordquo
44 Estrutura Quaternaacuteria vem a ser aquela estabelecida pela uniatildeo de moleacuteculas
individuais denominadas de unidades ou sub-unidades Assim o r-RNA (RNA
ribossocircmico) eacute constituiacutedo de duas unidades uma com peso molecular de 1 milhaotildea e
outra de 18 milhotildees
5 HIDROacuteLISE DOS AacuteCIDOS NUCLEacuteICOS
As ligaccedilotildees nucleotiacutedicas (eacutester) podem ser hidrolizadas mediante
a aacutecido ndash hidroacutelise aacutecida
b base ndash hidroacutelise alcalina
c enzimas ndash hidroacutelise enzimaacutetica
As enzimas que hidrolizam os aacutecidos nucleacuteicos satildeo denominados genericamente de nucleases
Rnse O veneno de certas serpentes apresenta atividade de nuclease e tem sido utilizado
assim como outras nucleases para desvendar as estruturas dos aacutecidos nucleacuteicos
FIM
ESTA APOSTILA ESTA EM FASE DE CONSTRUCcedilAtildeO
POR FAVOR DESCULPE NOSSOS ERROS
OBRIGADO
148
2
IacuteNDICE
Conceitos se objetivos1
Carboidratos 3
Lipiacutedios 13
Aminoaacutecidos 22
Proteiacutenas 35
Aacutecidos Nucleacuteicos 44
Energeacutetica Bioquiacutemica 52
Enzimas 60
Glicoacutelise 76
Ciclo de Krebs 82
Cadeia Respiratoacuteria 86
Via Pentose Fosfato 90
Metabolismo dos Trigliceriacutedios 93
Metabolismo Degradativo das Proteiacutenas e Aminoaacutecidos 99
Integraccedilatildeo do Metabolismo 106
Excreccedilatildeo do Nitrogecircnio 111
Fotossiacutentese 116
Ciclo do Nitrogecircnio 135
Biossiacutentese de Proteiacutenas 157
3
BIOQUIacuteMICA ELEMENTAR
CONCEITO E OBJETIVOS
A Bioquiacutemica eacute o ramo da quiacutemica que se preocupa com as transformaccedilotildees moleculares
dos constituintes celulares Ao conjunto dessas transformaccedilotildees denominamos ldquoMetabolismordquo
Dependendo da organizaccedilatildeo estrutural atingida pelas moleacuteculas o metabolismo pode ser
dirigido no sentido de siacutentese (anabolismo) ou de degradaccedilatildeo (catabolismo) Durante o
metabolismo degradativo moleacuteculas estruturalmente complexas satildeo demolidas em entidades
mais simples ao passo que a fase anaboacutelica se caracteriza pela formaccedilatildeo de estruturas
moleculares mais complicadas a partir dessas entidades mais simples O anabolismo e o
catabolismo ocorrem concomitantemente numa ceacutelula viva
Esses constituintes celulares tambeacutem denominados de biomoleacuteculas se apresentam em
elevado nuacutemero nas diferentes espeacutecies Assim estima ndash se que em uma ceacutelula da bacteacuteria E
coli existam 3000 diferentes proteiacutenas e nenhuma delas semelhantes agraves 100000 diferentes
proteiacutenas encontras na ceacutelula humana Levando ndash se em consideraccedilatildeo o nuacutemero de espeacutecies
animais e vegetais calcula ndash se em 1010
ou 1012
o nuacutemero de diferentes proteiacutenas
Embora as macro biomoleacuteculas sejam extremamente numerosas elas satildeo formadas de
um nuacutemero relativamente pequeno de algumas moleacuteculas simples (os blocos construtivos)
Assim todas as inuacutemeras proteiacutenas satildeo formadas pela uniatildeo de 20 diferentes
aminoaacutecidos Os aacutecidos nucleacuteicos satildeo formados por 8 diferentes nucleotiacutedeos Os aacutecidos
nucleacuteicos satildeo formados de glicerol e alguns aacutecidos graxos e os polissacariacutedios por uns poucos
monossacariacutedios
Todas as moleacuteculas encontradas na ceacutelula desempenham uma ou mais funccedilotildees dentre as
quais podemos mencionar
a funccedilatildeo estrutural constituem o arcabouccedilo ou envoacutelucro como as membranas
limitando mateacuteria viva (protoplasma) e as vezes compartimentalizando os processos
bioquiacutemicos ou quer como esqueleto sustentando e dando forma ao organismo
b Funccedilatildeo energeacutetica quando atraveacutes da degradaccedilatildeo de tais compostos a energia quiacutemica
encerrada nas ligaccedilotildees covalentes (C-C C-H e C-OH) eacute de alguma forma utilizada para a
siacutentese de ATP (adenosina ndash Trifosfato) O ATP eacute posteriormente empregado na realizaccedilatildeo
4
dos diversos trabalhos fisioloacutegicos (contraccedilatildeo muscular excreccedilatildeo transporte ativo etc) bem
como nas atividades de biossiacutentese ou anabolismo
A bioquiacutemica embora uma ciecircncia recente natildeo pode ser considerada uma extensatildeo da
Quiacutemica Orgacircnica se reduzindo agrave uma coleccedilatildeo dos compostos orgacircnicos encontrados na
ceacutelula e suas propriedades Atualmente assentada em seus proacuteprios princiacutepios fundamentados
na Loacutegica molecular da vida a Bioquiacutemica eacute a ciecircncia que tem por objetivo estudar no seu
maior grau de intimidade ou seja ao niacutevel molecular a natureza dos diversos processos
bioloacutegicos (respiraccedilatildeo crescimento transmissatildeo da hereditariedade fotossiacutentese etc) que
ocorrem nos organismos vivos quer animais ou vegetal superiores ou inferiores
FUNDAMENTOS DE QUIMICA ORGANICA
FUNCcedilOtildeES
Como se forma o nome do composto
Com base na estrutura ou cadeia fundamental vamos indicar as caracteriacutesticas especiais do
composto Estas caracteriacutesticas satildeo indicadas por meio de prefixos e sufixos e por meio de
nuacutemeros (para as localizar) Quando existe mais do que um tipo de substituinte aplicam-se as
regras de prioridade indicadas na tabela seguinte O grupo principal eacute indicado pelo sufixo
correspondente Os outros grupos funcionais eventualmente presentes na moleacutecula seratildeo
indicados por prefixos
Priori
dade Classe Grupo Sufixo Prefixo
1 Catiotildees -oacutenio
2 aacutecidos carboxiacutelicos -COOH
-(C)OOH
aacutecido carboxiacutelico
aacutecido oacuteico Carboxi-
3 aacutecidos sulfoacutenicos -SO2OH aacutecido sulfoacutenico Sulfo-
4 Sais -COOM
-(C)OOM
carboxilato de M
-(o)ato de M
Carboxilato de
M
5 eacutesteres -COOR
-(C)OOR
carboxilato de R
-(o)ato de R R-oxicarbonil
6 Halogenetos de aacutecidos -COX
-(C)OX
halogeneto de
carbonilo
halogeneto de (o)ilo
Haloformil-
7 Amidas -CONH2
-(C)ONH2
-carboxamida
-amida Carbamoil-
8 Amidinas -C(=NH)NH2 -carboxamidina Amidino-
5
-
(C)(=NH)NH2
-amidina
9 Nitrilos -CN
-(C)N
-carbonitrilo
-nitrilo Ciano-
10 Isocianetos -NC -isonitrilo Isociano-
11 Aldeiacutedos -CHO
-(C)HO
-carbaldeiacutedo
-al
Formil-
Oxo-
12 Cetonas -(C)O -ona Oxo-
13 Alcooacuteis -OH -ol Hidroxi-
14 Fenoacuteis -OH -ol Hidroxi-
15 Tioacuteis -SH -tiol Mercapto-
16 Aminas -NH2 -amina Amino-
17 Iminas =NH -imina Imino-
(Os aacutetomos de carbono entre parecircntesis fazem parte da cadeia (ou estrutura) do composto
primitivo pelo que satildeo incluiacutedos no nome do composto primitivo e natildeo no sufixo)
Nombres de grupos Funcionales en orden de prioridad
El grupo funcional que se encuentre maacutes abajo de la tabla seraacute el de mayor orden de prioridad y se usaraacute como sufijo Si mas de un grupo funcional se encuentra presente el que tenga mayor prioridad se usaraacute como sufijo y los otros como prefijos
Modelo Sufixo Prefixo
- NH2 -amina Amino
- SH -tiol mercapto
- OH -ol Hidroxi
-tiona Tiol
-ona oxo
-al Oxo
6
-nitrilo ciano
-amida -
Haleto de -anoila -
Ac -sulfonico Sulfo
Acido -oico carboxi
-oato -
Estos prefijos el nombre incluye el carbono del grupo funcional Cuando se cuente no debe de contarse este carbono
1- Efeito Indutivo na cadeia carbocircnica
Analise o esquema abaixo
Na ligaccedilatildeo C - C numa sucessatildeo soacute de aacutetomos de carbono os eleacutetrons da
ligaccedilatildeo estatildeo equidistantes de cada aacutetomo Jaacute numa sucessatildeo de carbonos
terminada por um elemento muito eletronegativo como o cloro por exemplo
ocorre uma deslocalizaccedilatildeo de eleacutetrons das ligaccedilotildees C - C por causa do efeito da
ligaccedilatildeo C - Cl Esse efeito eacute chamado efeito indutivo O cloro funciona com um
ponto de atraccedilatildeo eletrocircnica puxando para si os eleacutetrons da ligaccedilatildeo com o
carbono ligado a ele Eacute como uma trilha de dominoacute em que as peccedilas caem umas
sobre as outras o cloro atrai para si os eleacutetrons da ligaccedilatildeo com o carbono ligado a
7
ele este por sua vez fica com uma certa deficiecircncia eletrocircnica e por isso
atrai para si os eleacutetrons da ligaccedilatildeo com o carbono seguinte tentando compensar
essa deficiecircncia e assim sucessivamente Isso acaba gerando uma polarizaccedilatildeo na
cadeia carbocircnica
Do ponto de vista do efeito indutivo existem duas espeacutecies de grupos que
podem se ligar a uma cadeia carbocircnica
Grupos eleacutetron-atraentes (efeito indutivo -I) Satildeo aqueles que atraem os
eleacutetrons das ligaccedilotildees em sua direccedilatildeo Os mais importantes grupos eleacutetron-
atraentes satildeo aqueles que possuem elementos muito eletronegativos em relaccedilatildeo
ao carbono (F O N Cl Br I etc) ou radicais insaturados Os radicais
insaturados possuem ligaccedilotildees pi que por efeito de ressonacircncia iratildeo atrair os
eleacutetrons das ligaccedilotildees em sua direccedilatildeo
Grupos eleacutetron-repelentes (efeito indutivo +I) Satildeo aqueles que
empurram os eleacutetrons das ligaccedilotildees em direccedilatildeo oposta a eles Os mais
importantes grupos eleacutetron-repelentes satildeo os radicais saturados (alquila) e os que
possuem carga eleacutetrica negativa Nos radicais alquila quanto mais aacutetomos de C e
H (com simples ligaccedilotildees) tiver o radical mais eleacutetron-repelente ele seraacute
2- Algumas consequecircncias do Efeito Indutivo
21) A estabilidade dos carbocaacutetions
Uma consequecircncia importantiacutessima do efeito indutivo relaciona-se com a
estabilidade do carbocaacutetion numa reaccedilatildeo quiacutemica em que haacute formaccedilatildeo desta
espeacutecie como intermediaacuteria no processo O tipo de carbocaacutetion formado pode
determinar que produtos seratildeo formados e em que proporccedilotildees relativas O
carbocaacutetion eacute um iacuteon que possui um carbono com apenas trecircs ligaccedilotildees (sp2) isto eacute
possui uma carga positiva Experimentalmente verifica-se uma grande facilidade
de se formarem carbocaacutetions terciaacuterios (cuja carga positiva estaacute num carbono
terciaacuterio) em relaccedilatildeo a carbocaacutetions secundaacuterios ou primaacuterios Essa estabilidade
diminui do carbocaacutetion terciaacuterio para o secundaacuterio e deste para o primaacuterio Veja
abaixo a possiacutevel explicaccedilatildeo para esse fato
8
Nesse caso a carga positiva funciona como o centro de atraccedilatildeo eletrocircnica
na cadeia Perceba que no carbocaacutetion primaacuterio apenas um sentido de corrente
eletrocircnica estaacute disponiacutevel para compensar a deficiecircncia de eleacutetrons do carbono
sp2 Jaacute no secundaacuterio existem dois sentidos de corrente e no terciaacuterio trecircs
sentidos Logicamente quanto maior a disponibilidade eletrocircnica para compensar
a carga positiva maior a facilidade do carbocaacutetion e maior a facilidade de ser
formado Muitas vezes devido agrave alta instabilidade os carbocaacutetions primaacuterios nem
chegam a se formar A natildeo ser que as condiccedilotildees do meio em que ocorre a reaccedilatildeo
sejam favoraacuteveis agrave sua formaccedilatildeo Maiores detalhes seratildeo vistos adiante nas
reaccedilotildees quiacutemicas que passam por carbocaacutetions
22) Forccedila de aacutecidos e bases
Outra consequumlecircncia interessante do efeito indutivo relaciona-se com a
forccedila de aacutecidos e bases orgacircnicos
Caraacuteter aacutecido - Vejamos um aacutecido carboxiacutelico que possui um grupo de
induccedilatildeo ligado agrave cadeia Esse grupo pode ser eleacutetron-atraente ou eleacutetron-
repelente
No primeiro caso (a) o grupo X eacute eleacutetron-atraente O efeito indutivo eacute -I
e portanto deixa a carbonila com deacuteficit eletrocircnico o que leva a um
9
enfraquecimento da ligaccedilatildeo com o hidrogecircnio aacutecido Logo seraacute mais faacutecil a
liberaccedilatildeo do proacuteton Assim o caraacuteter aacutecido aumenta
No segundo caso (b) o grupo X eacute eleacutetron-repelente O efeito indutivo eacute +I
e portanto deixa a carbonila com superaacutevit eletrocircnico o que leva a um aumento
da forccedila de ligaccedilatildeo com o hidrogecircnio aacutecido Logo seraacute mais difiacutecil a liberaccedilatildeo do
proacuteton Assim o caraacuteter aacutecido diminui
Caraacuteter baacutesico - Vejamos agora o que ocorre com uma amina (base
orgacircnica)
Segundo a teoria de Lewis base eacute uma espeacutecie quiacutemica que possui um ou
mais pares eletrocircnicos natildeo-ligantes ou seja eacute capaz de coordenar pares
eletrocircnicos Dessa forma assim como a forccedila de um aacutecido estaacute relacionada com a
sua capacidade de receber eleacutetrons a forccedila de uma base relaciona-se com sua
capacidade de coordenar eleacutetrons Logo quanto maior a disponibilidade eletrocircnica
em uma espeacutecie quiacutemica maior seraacute seu caraacuteter baacutesico
No primeiro caso (a) o grupo X eacute eleacutetron-atraente O efeito indutivo eacute -I
e portanto deixa o grupo amino com deacuteficit eletrocircnico o que leva a uma
diminuiccedilatildeo do seu caraacuteter baacutesico
No segundo caso (b) o grupo X eacute eleacutetron-repelente O efeito indutivo eacute +I
e portanto deixa o grupo amino com superaacutevit eletrocircnico o que leva a um
aumento do seu caraacuteter baacutesico
10
CARBOIDRATOS
1 CONCEITO
Quimicamente podem ser definidos como aldeiacutedos ou cetonas poliidroxilados ou
substacircncias que mediante hidroacutelise liberem tais compostos Apresentam uma formulaccedilatildeo geral
Cx (H2O) Y com raras exceccedilotildees Assim a desoxirribose (encontrada no DNA) apresenta
foacutermula C5H1004 onde a relaccedilatildeo HO natildeo eacute de 21 Igualmente pode nos encontrar
carboidratos com outros elementos aleacutem do C H eacute O Embora natildeo muito frequumlente N S e P
podem integrar moleacuteculas de carboidratos Outras denominaccedilotildees hidratos de carbono
accediluacutecares gluciacutedios e gluacutecides
2 ESTEREOISOMERIA OacuteTICA
Eacute um fenocircmeno muito difundido entre os carboidratos e vem a ser decorrecircncia do composto
apresentar um ou mais aacutetomos de carbono assimeacutetrico na moleacutecula Aacutetomo de carbono
assimeacutetrico eacute aquele que se liga a 4 radicais diferentes e resulta geralmente que os
compostos que os apresentam se mostram oticamente ativos ou seja desviam o plano da luz
polarizada Se o desvio for para a direita o composto eacute dito de ldquodextrorrotatoacuteriordquo (+) e se
para a esquerda ldquolevorrotatoacuteriordquo (-) Como referecircncia utilizando o gliceraldeido que
apresenta 2 isocircmeros oacuteticos
11
As configuraccedilotildees D e L estatildeo relacionadas com o posicionamento da hidroxila (OH) do
carbono assimeacutetrico mais distante do grupo funcional (aldeiacutedo ou cetona) e necessariamente
nada tem com as propriedades dextro ou levorrotatoacuteria desses compostos exceto para o
gliceraldeiacutedo
3 CICLIZACcedilAtildeO DE PENTOSES E HEXOSES
Dependendo do comprimento da cadeia carbocircnica os carboidratos podem adquirir uma
estrutura ciacuteclica mantida pela ligaccedilatildeo hemiacetal Esta ligaccedilatildeo explica a baixa reatividade dos
grupamentos aldeiacutedos e cetonas de alguns accediluacutecares
Assim a moleacutecula de glicose pode se dobrar de modo a permitir uma aproximaccedilatildeo entre o
grupo aldeiacutedo do carbono 1 com a hidroxila do carbono 5 estabelecendo a ligaccedilatildeo hemiacetal
Configuraccedilotildees e conformaccedilotildees
Aacutelcools reagem com grupos carbonilas de aldeiacutedos e cetonas formando um hemiacetal ou um
hemicetal respectivamente (figura 4) Da mesma forma a hidroxila e o grupo aldeiacutedo ou
grupo cetona de um monossacariacutedeo podem reagir intramolecularmente para formar
hemiacetais ou hemicetais ciacuteclicos Tais configuraccedilotildees podem ser representadas atraveacutes da
projeccedilatildeo de Haworth
Um monossacariacutedeo composto por um anel de seis membros eacute chamado de piranose enquanto
um monossacariacutedeo formado por uma anel de cinco membros eacute chamado de furanose (figura
5)
12
13
4 CLASSIFICACcedilAtildeO DOS CARBOIDRATOS
Segundo uma complexidade satildeo estrutural os carboidratos podem ser classificados em
monossacariacutedios oligossacariacutedios e polissacariacutedios
41 Monossacariacutedios Satildeo os mais simples dos accediluacutecares natildeo sofrem hidroacutelise possuem
baixo peso molecular e satildeo soluacuteveis em aacutegua Apresentam sabor doce satildeo cristalinos
quando no estado soacutelido Satildeo todos considerados ldquoaccediluacutecares redutoresrdquo
Os monossacariacutedios se subdividem segundo o nuacutemero de aacutetomos de carbono na moleacutecula
Ndeg de aacutetomos de C Nome geneacuterico Representantes de importacircncia
fisioloacutegica
2 diose glicaldeido
3 triose gliceraldeido dihidroxiacetona
4 tetrose eritrose treose
5 pentose xilose xilulose ribose
6 hexose glicose frutose manose galactose
7 heptose sedoheptulose
8 octose _ _
9 nonose _ _
14
15
42 Oligossacariacutedios Satildeo accedilucares compostos que hidrolisados originam
monossacariacutedios satildeo classificados de acordo com o nuacutemero de monossacariacutedios que
16
satildeo liberados por moleacuteculas dissacariacutedios trissacariacutedios tetrassacariacutedios
pentassacariacutedios e hexassacariacutedios Estudaremos apenas alguns dissacariacutedios
sacarose - glicose - 12 rarr - frutose
maltose - glicose - 14 rarr - glicose
lactose - galactose ndash 14 rarr glicose
celobiose glicose ndash 14 rarr glicose
trehalose glicose ndash 11 rarr glicose
Maltose
celobiose
17
Os dissacariacutedeos satildeo formados por dois monossacariacutedeos unidos por ligaccedilatildeo covalente
Existem vaacuterios dissacariacutedeos presentes na alimentaccedilatildeo como por exemplo
Trealose = glicose + glicose a (1-1)
Celobiose = b-glicose + b-glicose (1- 4)
Maltose(1 - 4) e a Iso-maltose (1 - 6) duas moleacuteculas de glicose e estatildeo presente
no malte (maltose) e satildeo subproduto da digestatildeo do amido e glicogecircnio (iso-maltose)
Lactose glicose + galactose (1- 4) eacute o principal carboidrato do leite
Sacarose glicose + frutose (1 - 2) sendo a forma mais comum de accediluacutecar obtida da
cana-de-accediluacutecar
Accediluacutecar redutor eacute aquele que apresenta um grupo aldeiacutedo ou um grupo cetocircnico livre isto eacute
natildeo participante de ligaccedilatildeo glicosiacutedica A ligaccedilatildeo hemiacetal responsaacutevel pela estrutura
ciacuteclica de alguns accedilucares natildeo compromete o caraacuteter redutor Os accedilucares redutores satildeo assim
chamados por poderem reduzir o iacuteon Cu++
em meio alcalino
18
reativo detecta coloraccedilatildeo
1 - Tese de Fehling sol
Cupro alcalina
accedilredutores vermelho
2 - Teste de Benedict glicose azul
3 - Reaccedilatildeo de Molish geral AR anel puacuterpura
4 - ldquo de Bial pentoses azul
5 - ldquo de Tollens pentoses rosa
6 - ldquo de Seliwanoff frutose vermelho
43 Polissacariacutedios Satildeo compostos que por hidroacutelise liberam grande nuacutemero de
monossacariacutedios Satildeo insiacutepidos insoluacuteveis em aacutegua e amorfos no estado soacutelido Apresentam
elevado peso molecular Diversos representantes desempenham funccedilotildees estrutural e energeacutetica
nos diversos organismos
a Amido reserva energeacutetica dos organismos vegetais constituiacutedo de amilose e
amilopectina
A amilose eacute constituiacuteda de - glicose mantida pela ligaccedilatildeo - 14 glicosiacutedica apresentando
peso molecular entre 4000 e 150000
A amilopectina eacute formada de - glicose mantida por ligaccedilotildees - 14 e - 16 com peso
molecular de ateacute 500000
19
b Glicogecircnio Reserva energeacutetica dos organismos animais estruturalmente semelhantes
agrave amilopectina poreacutem mais ramificado isto eacute com maior proporccedilatildeo de ligaccedilotildees -
16 o que torna a moleacutecula mais compacta Apresenta peso molecular de ateacute
2000000
c Celulose Formada de - glucose unidas pela ligaccedilatildeo - 14 constitui a parede celular
das ceacutelulas vegetais
20
d Quitina Constitui a carapaccedila (exoesqueleto) dos insetos e crustaacuteceos Eacute um poliacutemero
de N ndashacetil - - glicosamina altamente insoluacutevel
Sob o mar
Descobrindo a rentabilidade que existe nos desperdicios marinhos
Por Nancy Garcia
A quitina eacute um polissacariacutedeo formadora da carapaccedila dos insetos e crustaacuteceos Eacute um
produto do processamento industrial de camarotildees siris lagostas e tem novas e prometedoras
aplicaccedilotildees industriais
A quitina eacute um polissacariacutedeos formado pela polimerizaccedilatildeo de resiacuteduos de N-acetil
glicosamina Eacute o segundo produto orgacircnico mais abundante que existe na natureza depois da
celulose Eacute o principal componente da cutiacutecula dos artropodos crustaacuteceos e insetos estando
presente em moluscos e forma parte das paredes celulares de alguns microorganismos como
fungos e leveduras Entre suas principaius caracteriacutesticas esta a abundancia ser biodegradaacutevel
e natildeo toacutexica
A carapaccedila dos crustaceos e camarotildees representam a primeira fonte para se obter quitina As
carapaccedilas alem de conter quitina tambeacutem contem pigmentos vermelhos e proteiacutenas com a
mesma qualidade da carne do crustaacuteceo
A quitina e um poliacutemero muito grande parecido com a celuilose Por natildeo ser degradaacutevel em
aacutegua e necessariose modificar a estrutura do poliacutemero para se obter seus derivos soluacuteveis
Dentre estes derivados estatildeo a qutinase empregada como biocida como bactericida
fungicida e herbicida e o quitosam que serve para o tratamento de aacuteguas industriais e como
um ingrediente nutritivo pois ajuda a eliminar o colesterol ajuda previnir doenccedilas
cardiovasculares e tem efeito anti gaacutestrico e anti atritico
21
O quitosan aplicado em industrias papeleiras permite que a polpa tenha maior forccedila para fixar
as tintas e os corantes dostecidos Na industria de alimentos eacute empregado como espumante e
emulsificante
A traveacutes de dicho poliacutemero se encapsulan medicamentos de liberacioacuten prolongada Se
emplea como biomaterial para hacer lentes de contacto hilos de sotura y proacutetesis ya que tiene la propiedad de ayudar a la regeneracioacuten de huesos En el aacuterea de la cirugiacutea plaacutestica ayuda al reestablecimiento de los tejidos evita la mala cicatrizacioacuten sirve para la fabricacioacuten de piel sinteacutetica y es un agente que inhibe las infecciones en heridas
Es material para la creacioacuten de peliacuteculas envolventes que prolongan la vida de los alimentos perecederos como envases biodegradables (Para ahondar en este tema consulte la seccioacuten Marketing de esta edicioacuten y considere los beneficios de emplear estos envases en su negocio)
Las oportunidades Meacutexico es uno de los paiacuteses con mayor produccioacuten de camarones al ocupar el seacuteptimo lugar a nivel mundial (casi 100 mil toneladas de peso vivo durante 2001 seguacuten datos de Sagarpa)
Tambieacuten se producen en promedio 20 mil toneladas anuales de jaiba tres mil 500 de langostino y casi tres mil toneladas de langosta (todos en peso vivo) Es posible capturar estas especies en la regioacuten comprendida del Atlaacutentico la peniacutensula de Yucataacuten y el Golfo de Meacutexico
En la regioacuten al Este de la Repuacuteblica se ha reportado la produccioacuten de una langostilla que debido a su tamantildeo pequentildeo no sirve para consumo y se considera maacutes una plaga al ser capturada junto con el camaroacuten y causar un sobrepeso que rompe las redes Esta langostilla no se ha aprovechado ampliamente (soacutelo se le utiliza para la creacioacuten de harina para granjas camaroneras) sin embargo se ha calculado que tiene una produccioacuten anual de 250 mil toneladas que se queda varada en las costas originando un
verdadero problema ambiental Seriacutea ideal utilizarla para producir quitina
En la captura de crustaacuteceos soacutelo se aprovecha su carne quedando los caparazones como desperdicios Escudero expresa que a partir de este desperdicio se puede comenzar toda una industria dedicada a la produccioacuten de quitina y sus diferentes derivados Por su parte Patricia Miranda comenta que el costo de una empresa dedicada a la produccioacuten de quitina se calcula alrededor de dos millones de pesos por el tipo de instalaciones y equipo
que se usa en el proceso
Escudero comenta que para instalarla se necesita baacutesicamente un reactor de desmineralizacioacuten otro de desproteinizador molino secador y fermentador Los productos pueden ser refinados lo cual aumenta su valor por lo que se debe contar con espectrofotoacutemetro centrifugadora balanza autoclave y agitadora La inversioacuten en maquinaria es de alrededor de un milloacuten de pesos El precio de la materia prima las
cutiacuteculas de los crustaacuteceos no se ha establecido al ser un desperdicio por lo mismo
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ambas investigadoras afirman que se puede llegar a un acuerdo con las cooperativas camaroneras para determinar un valor
La quitina en el mercado tiene un costo aproximado de US$20 por kilo la quitinasa refinada con alto grado de desacetilacioacuten tiene un precio de US$300 diez gramos mientras que el quitosaacuten de baja calidad llega a US$70 por kilo
Una de las ventajas es que no se necesita personal especializado soacutelo capacitado para poder operar los reactores y conocer el proceso afirma Miranda
Los mercados De acuerdo con Escudero la quitina y sus derivados tienen uso potencial en diferentes paiacuteses principalmente Japoacuten China y Estados Unidos En todos ellos ya existe una industria consolidada alrededor de este poliacutemero siendo China el principal productor y exportador de quitina Chile y Espantildea estaacuten en una fase incipiente a la par de Ameacuterica
Latina
En Meacutexico es praacutecticamente un tema nuevo no obstante ya existe una empresa que comienza a abrirse camino en este campo Neptuno ubicada en Sonora
Representantes de Neptuno comentaron que junto con un grupo de investigadores llevan a cabo una serie de actividades como participar en exposiciones o en conferencias para promover sus productos a pesar de que mundialmente el uso de la quitina y sus derivados va en aumento De hecho hay amplias posibilidades de exportarlo a la Unioacuten Americana y algunos paiacuteses latinoamericanos
Recoleccioacuten de caparazones Una posibilidad para poder entrar en el negocio sin tener que realizar una inversioacuten tan importante al inicio consiste en recolectar los caparazones limpiarlos y molerlos que es el proceso primario para la elaboracioacuten de la quitina El caparazoacuten molido se puede vender a las empresas que elaboran el compuesto y de ahiacute capitalizar para adquirir el equipo necesario para la fabricacioacuten del polisacaacuterido De hecho empresas como Neptuno y otras en Estados Unidos estaacuten dispuestas a comprar los caparazones limpios sin necesidad de molerlos
Para ello soacutelo se necesita establecer las formas de recoleccioacuten sin dejar de considerar que entre maacutes joacutevenes sean los crustaacuteceos mayor seraacute la cantidad y calidad de las sales de calcio contar con secadoras y grandes cantidades de agua
En caso de no contarse con los secadores se pude secar al sol en un terreno amplio y colocar limpios los caparazones
Existen institutos y empresas dedicadas al disentildeo de envase y embalaje (Instituto Mexicano de Profesionales en Envase y Embalaje) que en estos casos dan asesoriacutea para enviar el producto con costos reducidos
El ejemplo de la quitina es uno de los tantos avances cientiacuteficos que ha tenido una aplicacioacuten praacutectica en la industria y por ende abre brecha para desarrollar maacutes de uno de los tantos negocio del futuro
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Cientos de posibilidades El quitosaacuten sirve para
En tratamiento de aguas residuales En la elaboracioacuten de pulpa para papel estaacutendar fotograacutefico y carboacuten En el campo meacutedico y de salud se le emplea en la creacioacuten de vasos sanguiacuteneos
artificiales como antinflamatorio inhibidor de tumores y de placa dental antiviral y procesos de cicatrizacioacuten Tambieacuten se usa en la formacioacuten de esponjas y vendas para
heridas asiacute como en la confeccioacuten de ropa esteacuteril para personas convalecientes Es un material que protege contra la radiacioacuten En el sector de alimentos es un aditivo para la estabilizacioacuten del color conservadores y remocioacuten de soacutelidos En el aacuterea cosmeacutetica se usa para fabricar polvo para maquillaje barniz de untildeas humectante fijadores para el cabello crema humectante pasta de dientes En la agricultura se utiliza para el recubrimiento de semillas y hojas fertilizantes y
liberacioacuten de controlada de agroquiacutemicos
La quitina y su potencial industrial
Como un escudo de alta eficiencia construido con pura
quiacutemica una sustancia que forma parte del carapazoacuten defiende
a insectos crustaacuteceos moluscos y otros seres vivos de su
contacto con lo externo La poseen en diversa cantidad jaibas
camarones langostas arantildeas y cucarachas Incluso algunos
hongos y algas Se llama quitina y es un compuesto natural
con variados beneficios para el ser humano uacutetil en las industrias farmaceacuteutica de alimentos
cosmeacutetica y de empaques
De basura a materia prima que filtra agua contaminada ofrece consistencia a alimentos
procesados atrapa grasa es antibactericida y sirve como envoltura biodegradable entre otros
beneficios la quitina estaacute involucrada en la proteccioacuten de varias especies Su nombre
derivado del griego kiacutetos significa cavidad o boacuteveda y el sitio en que se encuentra el
caparazoacuten de muchos artroacutepodos tambieacuten refiere su capacidad para enfrentar a diversos
agentes externos
Despueacutes de la celulosa es el segundo poliacutemero maacutes abundante en el planeta por lo que su
utilizacioacuten a gran escala en Meacutexico es muy prometedora como lo ha sido en Japoacuten en donde
alrededor de 250 empresas explotan la quitina
Una investigadora de la Universidad Nacional Autoacutenoma de Meacutexico (UNAM) la maestra en
ciencias Patricia Miranda Castro estudia desde hace siete antildeos la quitina y su principal
derivado el quitosaacuten En el Laboratorio de Biotecnologiacutea de la Facultad de Estudios
Superiores Cuautitlaacuten (FES-C) esta quiacutemica farmacobioacuteloga ha logrado una metodologiacutea
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propia para extraer la quitina y el quitosaacuten del camaroacuten utilizando caparazones y cabezas de
los crustaacuteceos que para la industria pesquera son desechos
Meacutexico es el seacuteptimo productor de camaroacuten en el mundo asiacute que muchas toneladas de
cabezas del crustaacuteceo regresan al mar cada antildeo y grandes cantidades de caparazones se t iran
diacutea a diacutea en las marisqueriacuteas de todo el paiacutes Nos parece interesante sumarnos a un proceso en
donde la sustancia que buscamos estaacute en lo que otros consideran basura explica la maestra
Miranda quien en su laboratorio ha ensayado durante varios antildeos una forma eficiente para
obtener la quitina
La patente de esta metodologiacutea para la extraccioacuten obtencioacuten y purificacioacuten de la quitina y el
quitosaacuten estaacute en traacutemite ante el Instituto Mexicano de Propiedad Industrial y de otorgarse la
UNAM podraacute realizar transferencias tecnoloacutegicas con este producto de origen natural
De la marisqueriacutea al laboratorio
La quitina es un poliacutemero es decir una moleacutecula de gran tamantildeo constituida esencialmente de
azuacutecares (es un polisacaacuterido) y oxiacutegeno Sus moleacuteculas son fibrosas y logran un material de
gran resistencia quiacutemica y mecaacutenica
Las caracteriacutesticas maacutes uacutetiles para la industria estaacuten en el quitosaacuten un derivado de la quitina
Asiacute que lo primero que hicimos fue conseguir en las marisqueriacuteas caparazones de diversos
animales estudiar en donde existe la sustancia en mayor cantidad y desarrollar un meacutetodo
propio para extraer la quitina y transformarla en quitosaacuten Encontramos que los caparazones
de jaibas y langostas tienen maacutes calcio y menos quitina mientras que las de camaroacuten maacutes
blandas contienen mayor cantidad de la sustancia explica la especialista
Ya en el laboratorio los caparazones se limpian se muelen hasta pulverizarse y se someten a
un proceso de hidroacutelisis aacutecida utilizando aacutecido clorhiacutedrico el cual convierte a los carbonatos
en cloruros y solubiliza los minerales baacutesicamente el calcio
Ya desmineralizado se aplica una hidroacutelisis alcalina pues el aacutelcali que se usa rompe la
estructura de la matriz y hace solubles las proteiacutenas las cuales arrastran consigo grasas y
pigmentos componentes todos que constituyen el caparazoacuten Los pigmentos ya separados (de
colores rosa y anaranjado) son un subproducto del proceso que pueden utilizarse para
alimentar flamingos y salmones especies a las que les ayuda a mantener su color
caracteriacutestico
Despueacutes de ambas etapas se obtiene la quitina en polvo que no es soluble en agua lo que lo
hace poco praacutectica para su aplicacioacuten Asiacute que se somete a un proceso llamado desacetilar
que significa quitar de la sustancia una parte de su estructura el grupo acetilo Con esto se
obtiene como derivado el quitosaacuten presente en el 70 por ciento de la quitosina pero ahora ya
aislado y purificadoEsta metodologiacutea es una innovacioacuten tecnoloacutegica de la maestra Patricia
Miranda Castro
Las cualidades del quitosaacuten
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El quitosaacuten es soluble en agua acidificada Esta solubilidad y su viscosidad (que puede hacerse
maacutes espesa o maacutes ligera seguacuten se requiera) son caracteriacutesticas que lo hacen aplicable a usos
variados asiacute como su accioacuten de imaacuten bioquiacutemico capaz de detectar sustancias nocivas Por
ejemplo en el estoacutemago humano atrapa grasas como el colesterol y los trigliceacuteridos a los que
conduce por el intestino capturados hasta evacuarlos Asiacute que una aplicacioacuten farmaceacuteutica lo
utiliza como regulador del peso corporal mientras que tambieacuten sirve como regulador de la
presioacuten arterial consecuente a la disminucioacuten de grasas
En la industria de alimentos este derivado de la quitosina se utiliza para dar consistencia y
viscosidad a los aderezos para ensaladas y mayonesas mientras que en las frutas y verduras
frescas sirve como un protector antimicrobiano
Otras aplicaciones estaacuten en la industria de los cosmeacuteticos en donde el quitosaacuten se introduce en
cremas humectantes pues es una moleacutecula que absorbe el agua Algunos fabricantes de
shampoo lo utilizan como ingrediente ya que desarrolla una peliacutecula que da proteccioacuten y
brillo al cabello
En la industria papelera donde el principal insumo es la celulosa el quitosaacuten sirve para fijar y
dar resistencia al papel mientras que una de sus maacutes prometedoras aplicaciones podriacutea ser
como plaacutestico biodegradable sustituyendo al plaacutestico tradicional derivado del petroacuteleo uno de
los materiales maacutes utilizados en el mundo y maacutes difiacuteciles de degradarse lo que genera mucha
contaminacioacuten
Como material plaacutestico alternativo el quitosaacuten ya ha sido sometido a pruebas en el
Laboratorio de Biotecnologiacutea de la maestra Patricia Miranda Castro quien desarrolloacute una
especie de celofaacuten a partir de esta sustancia natural una envoltura que incluso podriacutea
comerse finaliza la especialista universitaria
e Outros polissacariacutedios estruturais e de reserva
Entre os principais polissacariacutedeos de reserva em plantas estatildeo o amido os frutanos e os
polissacariacutedeos de reserva de parede celular (PRPC)
Como compostos de reserva o amido e os frutanos possuem as vantagens de serem formados
por glucose e frutose respectivamente Esses accediluacutecares satildeo prontamente utilizados pelo
metabolismo de geraccedilatildeo de energia e tambeacutem fornecem carbono para a biossiacutentese da maioria
das biomoleacuteculas presentes em ceacutelulas vegetais
Cada um dos principais polissacariacutedeos de reserva apresenta caracteriacutesticas que fazem com
que eles sejam mais convenientes para o metabolismo em certas situaccedilotildees Uma dessas
caracteriacutesticas eacute o fato que nenhum deles possui radicais livres Esta eacute uma vantagem quando
comparada ao acuacutemulo de monossacariacutedeos uma vez que a presenccedila de tais compostos
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poderia levar agrave glicosilaccedilatildeo inespeciacutefica de elementos celulares Outra vantagem eacute a relativa
inatividade osmoacutetica dos poliacutemeros
A tabela a seguir resume as principais caracteriacutesticas dos trecircs tipos de grupos mais
importantes de polissacariacutedeos de reserva de plantas Estas evidenciam diferentes funccedilotildees
considerando como eles satildeo degradados e seus locais de deposiccedilatildeo na ceacutelula e na planta
Composto de
reserva
Biossiacutentese Mobilizaccedilatildeo Localizaccedilatildeo
celular
Localizaccedilatildeo na planta
Amido A partir de ADP-
glucose
Hidroacutelise por
fosforilaccedilatildeo
Plastiacutedeos e
gracircnulos no
citossol
Sementes caule
folhas frutos e oacutergatildeos
Frutanos A partir de
sacarose por
transglicosilaccedilatildeo
Hidroacutelise Vacuacuteolos e
fluido
apoplaacutestico
Folhas raiacutezes caules e
oacutergatildeos subterracircneos
PRPC A partir de
UDPGDP accediluacutecares
no complexo de
Golgi
Hidroacutelise e
transglicosila
ccedilatildeo
Parede celular Sementes e oacutergatildeos
subterracircneos
Dextrana ndash polissacariacutedios elaborado pelo Leuconostoc mesenteroides a partir de sacarose
Causa viscosidade no caldo de cana bem como diminui o rendimento da cristalizaccedilatildeo da
sacarose
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POLISSACARIacuteDEOS DE PAREDE CELULAR (PRPC)
Os polissacariacutedeos de reserva de parede celular (PRPC) satildeo relativamente inertes no que concerne agrave sua reatividade quiacutemica e apresentam diferentes graus de solubilidade em aacutegua Essas caracteriacutesticas conferem alta compactaccedilatildeo e baixa reatividade e tornam possiacutevel a existencia de um compartimento celular ( a parede celular) que permite o fluxo de aacutegua com um grau de liberdade consideraacutevel
O custo para produzir tais poliacutemeros eacute alto pois tais compostos necessitam de um complexo sistema de biossiacutentese secreccedilatildeo e montagem no meio extracelular A biossiacutentese dos polissacariacutedeos de parede celular requer nucleotiacutedeo-accediluacutecares como doadores de monossacariacutedeos Na tabela a seguir estatildeo relacionados alguns dos polissacariacutedeos de parede e seus respectivos nucleotiacutedeo-accediluacutecares doadores
Polissacariacutedeos Nucleotiacutedeos-accediluacutecares
Celulose UDP-glucose Calose UDP-glucose Glucanos de cadeia mista UDP-glucose Xiloglucano UDP-glucose UDP-galactose UDP-
xilose e GDP-fucose Galactomanano GDP-manose UDP-galactose Glucoronoarabinoxilanos UDP-arabinose UDP-xilose UDP-aacutedico
galacturocircnico Ramnogalacturonano GDP-ramnose UDP-aacutedico galacturocircnico
FRUTANOS
Os frutanos encontram-se entre os carboidratos alternativos de reserva mais amplamente distribuiacutedos entre as plantas superiores sendo encontrados em aproximadamente 15 das angiospermas A presenccedila de frutanos em Asteraceae foi amplamente documentada para a flora de regiotildees temperadas e para a flora tropical e subtropical em regiatildeo restrita do cerrado brasileiro A maioria das espeacutecies ricas em frutanos encontra-se fora da regiatildeo tropical sendo mais abundantes em aacutereas onde o crescimento eacute sazonal Vaacuterios autores sugerem que o acuacutemulo de altas concentraccedilotildees de frutanos e de accediluacutecares soluacuteveis pode contribuir para o aumento do potencial osmoacutetico das ceacutelulas e por conseguinte promover toleracircncia agrave seca e ao congelamento Os frutanos satildeo acumulados em oacutergatildeos fotossintetizantes como folhas e caules em oacutergatildeos subterracircneos de reserva como raiacutezes tuberosas tubeacuterculos e bulbos e em inflorescecircncia e sementes Nas ceacutelulas os frutanos e as enzimas envolvidas em seu
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metabolismo satildeo encontrados nos vacuacuteolos embora recentemente sua presenccedila e a da enzima frutaexohidrolase tenham sido detectadas no fluido apoplaacutestico
Frutanos consistem de seacuteries homoacutelogas de oligo e polissacariacutedeos natildeo redutores onde cada membro da seacuterie conteacutem um resiacuteduo a mais de frutose do que o membro anterior Esses poliacutemeros de D - frutose carregam um resiacuteduo de D - glucose
geralmente localizado na extremidade da cadeia unido por uma ligaccedilatildeo do tipo 12 como na sacarose sendo assim o frutano mais simples eacute um monofrutosil sacarose um trissacariacutedeo O trissacariacutedeo que daacute origem agrave seacuterie da inulina a 1- cestose ou 1-
cestotriose (1 - F - frutosil sacarose -glu-12--fru-12-fru) foi o primeiro a ser caracterizado por Bell e colaboradores (Pollock et al 1996 e referecircncias ali contidas) A 1-cestose eacute encontrada em todas as espeacutecies que acumulam frutanos mesmo naquelas onde a seacuterie predominante apresenta outro tipo de ligaccedilatildeo entre os resiacuteduos de frutose Cinco classes estruturais de frutanos foram identificadas (figura 11) a)
frutano baseado em 1-cestose com ligaccedilotildees - 21 (inulina) encontrado principalmente em Asterales (ex tubeacuterculos de Helianthus tuberosus) b) frutano
baseado em 6-cestose com ligaccedilotildees - 26 (levano) caracteriacutestico de Poales (ex folhas de Phleum pratense) c) frutano com ligaccedilotildees mistas e ramificados com glucose na extremidade da cadeia tambeacutem encontrado em Poales ( ex Triticum) d) frutano
baseado em neocestose com ligaccedilotildees - 21 encontrado em Liliaceae ( ex Asparagus
) e e) frutano baseado em neocestose com ligaccedilotildees -26 presente em alguns membros de Poales ( ex Avena )
Pectinas A pectina eacute o maior constituinte da parede celular primaacuteria e tambeacutem estaacute presente na lamela meacutedia entra as ceacutelulas de todos os tipos Contecircm uma alta concentraccedilatildeo de resiacuteduos de aacutecido D- -4) Dentre as pectinas encontrados Homogalacturonanos que apresentam predominante ou exclusivamente esta
estrutura (aacutecido galacturocircnico e resiacuteduos metilgalacturonados) como mostrado na figura 15
ramnogalactoruronanos conteacutem resiacuteduos de L-ramnose Neste caso o aacutecido galacturocircnico se li -2) e a ramnose ao outro resiacuteduo
-4) Os resiacuteduos de ramnose servem como pontos de ancoragem para cadeias laterais se unirem ramificando o poliacutemero
(figura 16) Galactanos Existem dois t -13-
-14 e o outro mais frequente eacute composto (figura 17) -14 com ramificaccedilotildees de L-arabinofuranose a cada 16-21 resiacuteduos
da cadeia principal Apoacutes a germinaccedilatildeo maior parte da galactose e arabinose eacute
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removida da parede deixando um material residual enriquecido em ramnose aacutecido urocircnico e glucose Matheson e Saini (1977) reportaram a presenccedila de duas
- -galactosidases em cotilecircdones de Lupinus luteus estas enzimas aumentaram apoacutes a germinaccedilatildeo e os autores levantaram a possibilidade do galactano estar envolvido no controle da expansatildeo celular aleacutem de ser um polissacariacutedeo de reserva
Hemicelulose Alguns autores consideram hemicelulose o material extraiacutedo da parede por extraccedilatildeo alcalina Para outros trata-se de um poliacutemero da parede celular com um tipo particular de estrutura molecular e com provaacutevel funccedilatildeo de mobilidade Dentre as hemiceluloses encontramos
Galactoglucomananos (figura 18) moleacutecula linear cadeia cam resiacuteduos de D-glucopiranose e D- -4) Difere da celulose pela presenccedila dos resiacuteduos de manose A razatildeo manosilglucosil eacute geralmente 3 A cadeia de glucomanano apresenta curtas ramificaccedilotildees resiacuteduos de D-
-6) aos resiacuteduos de manose Arabino-4-O-metilglucuronoxilano poliacutemero linear de D-xilose unidos por
-4) com cadeias laterais de dois tipos resiacuteduos de 4-O-metil D-glucurocircnico unidos agrave xilose po -2) ou resiacuteduos de L-arabinose unidos
-3) () 4-O-metilglucuronoxilano cadeia de resiacuteduos de D-xilopiranose unidos por
-4) e substituiacutedo por resiacuteduos de 4-O-metil-D-glucurocircnico unidos por ligaccedilatildeo -2) na cadeia de xilose
Glucomananos semelhantes agrave estrutura de galactoglucomananos com a glucose e -4)
Xilanos de parede secundaacuteria de gramiacuteneas () aparece grande variedade de cadeias laterais curtas1-4) D-xilano) incluindo
L-arabinofuranose no carbono 2 ou 3 da xilose - D -glucosano e -O-metil-D-glucuronopiranose no carbono 2 da xilose
cadeias laterais mais complexa contendo galactose e xilose Glucanos de cadeias mistas (1-3) e (1-4) -D-14-glucano
-16 por resiacuteduos de D- -D-galactopiranosiacutedeos-(12)-D-xilopiranosiacutedeos (figura 22) Exceto pela ausecircncia de terminais fucosil -L- -D-galactosiacutedeos existe uma grande semelhanccedila entre xiloglucanos de reserva (em sementes) e xiloglucanos estruturais de paredes primaacuterias Teriam funccedilotildees no controle da embebiccedilatildeo de aacutegua e xeroproteccedilatildeo Foi proposta uma nomenclatura para os blocos estruturais de xiloglucano com base na cadeia principal Glucoses natildeo substituiacutedas satildeo
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denominadas G glucoses ramificadas com xilose satildeo denominadas X e se a galactose estaacute ligada agrave xilose o trissacariacutedeo eacute denominado L As proporccedilotildees entre estas unidades demonstraram a existecircncia de estruturas finas (distribuiccedilatildeo das ramificaccedilotildees de galactose) especiacuteficas entre as diferentes espeacutecies e entre populaccedilotildees de mesma espeacutecie crescidas em diferentes ambientes Apesar das diferenccedilas em estrutura fina todos os xiloglucanos de sementes examinados apresentam proporccedilatildeo de monossacariacutedeos muito proacutexima preservando desse modo o total de ramificaccedilotildees com galactose de forma independente da sua distribuiccedilatildeo Jaacute foram isoladas as quatro principais enzimas responsaacuteveis pela degradaccedilatildeo de xiloglucano em Tropaeolum majus sendo uma endo- -14-glucanase especiacutefica para xiloglucano ou xiloglucano endo-transglicosilase (XET)
- -xilosidase ou oligoxiloglucano exo-hidrolase especiacutefica para oligossacariacutedeos de
-glucosidase No modelo proposto por Crombie et al (1998) as quatro enzimas atacam o poliacutemero de um modo sincronizado produzindo galactose glucose e xilose livres Embora nenhuma evidecircncia direta indique ainda que os xiloglucanos de sementes tenham dupla funccedilatildeo esta proposiccedilatildeo pode ser feita com base no fato de que os xiloglucanos possuem propriedades hidrodinacircmicas muito semelhantes agraves encontradas em galactomananos isto eacute os xiloglucanos teriam funccedilotildees no controle da embebiccedilatildeo de aacutegua e xeroproteccedilatildeo Eacute interessante observar que as relaccedilotildees entre estrutura e funccedilatildeo em xiloglucano estatildeo nas mudanccedilas de estrutura fina que satildeo tambeacutem relacionadas com o posicionamento das galactoses na moleacutecula
O grau de ramificaccedilatildeo dos mananos define suas relaccedilotildees estrutura-funccedilatildeo Quanto menos ramificado maior a indicaccedilatildeo de que a funccedilatildeo bioloacutegica estaacute relacionada com a dureza e a proteccedilatildeo do embriatildeo Por outro lado quanto maior o grau de ramificaccedilatildeo mais soluacutevel o polissacariacutedeo e maior a participaccedilatildeo deste em funccedilotildees como as relaccedilotildees hiacutedricas
Mananos e galactomanos satildeo moleacuteculas multifuncionais desempenhando suas funccedilotildees durante fases distintas do crescimento e desenvolvimento das plantas
Mananos puros satildeo artificialmente definidos como contendo mais de 90 de
natildeo o restante estar ramificado com galactose Satildeo estruturalmente relacionados aos galactomananos apenas apresentando um grau menor de ramificaccedilatildeo com galactose Abaixo de 10 de ramificaccedilotildees os mananos tornam-se insoluacuteveis e precipitam rapidamente em soluccedilatildeo aquosa Assim os mananos satildeo estruturalmente relacionados aos galactomananos apenas apresentando um grau menor de ramificaccedilatildeo com galactose Os mananos portanto apresentam alto grau de interatividade intermolecular formando cristais na parede celular o que
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confere dureza e diminui sua solubilidade Satildeo encontrados em endospermas de sementes de espeacutecies como Phoenix dactylifera Phytelephas macrocarpa e Coffea arabica Aparentemente tem outras funccedilotildees aleacutem de reserva eles conferem dureza agraves sementes que os acumulam e isso pode ser associado com um sistema de proteccedilatildeo do embriatildeo contra danos mecacircnicos Sendo assim os mananos exerceriam as funccedilotildees de constritor e protetor mecacircnico do embriatildeo e tambeacutem de polissacariacutedeos de reserva
Galactomananos satildeo compostos por uma cadeia linear de resiacuteduos de manose -14 agrave qual resiacuteduos de galactose estatildeo unidos
em endospermas de sementes de leguminosas A razatildeo manosegalactose e a distribuiccedilatildeo dos resiacuteduos de galactose ao longo da cadeia de manose variam de espeacutecie para espeacutecie sendo importante para estudos quimiotaxonomicos e evolutivos As trecircs famiacutelias de Leguminosae podem ser distinguidas utilizando-se este paracircmetro A mobilizaccedilatildeo de galactomananos foi estudada em leguminosas
-galactosidase endo- --manosidase) confirmando que a mobilizaccedilatildeo do galactomanano
ocorre atraveacutes da hidroacutelise Em todos os casos estudados o polissacariacutedeo eacute desmontado ateacute seus monossacariacutedeos constituintes (manose e galactose) ao mesmo tempo em que haacute produccedilatildeo de sacarose Aleacutem do papel de reserva o galactomanano influencia no fluxo de aacutegua devido a sua maior solubilidade nos primeiros estaacutegios da germinaccedilatildeo Este polissacariacutedeo absorve grande quantidade de aacutegua e redistribui ao redor do embriatildeo O endosperma embebido protege o embriatildeo contra perda de aacutegua atraveacutes de um efeito conhecido como ldquotampatildeo de aacuteguardquo durante periacuteodos de seca poacutes-embebiccedilatildeo
5 FATORES ANTINUTRITIVOS DE NATUREZA GLUCIacuteDICA
a Linamarina carboidratos cianogecircnio encontrado em certas variedades
Mecanismo de detoxicaccedilatildeo da planta
CN + S2O3 = SCN
+ SO3 =
O tiocianato (SCNmacr) impede a captaccedilatildeo de iodo pela tireoacuteide causando o boacutecio
A intoxicaccedilatildeo crocircnica com cianeto (CNmacr) acarreta a Neuropatia Tropical que se caracteriza
por alteraccedilatildeo irreversiacuteveis das ceacutelulas nervosas provocando falta de coordenaccedilatildeo dos
movimentos e uma apatia generalizada A ocorrecircncia de boacutecio no litoral nordeste brasileiro
pode ser atribuiacutedo ao elevado consumo de produtos de mandioca
b Fatores causadores de flatulecircncia Muitos legumes ( feijatildeo soja etc ) apresenta os
oligossacariacutedios rafinose estaquiose e verbascose que escapam aacute digestatildeo por natildeo
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termos a enzima galactosidase natildeo sendo pois absorvidos ao niacutevel do intestino
delgado As bacteacuterias do intestino grosso metabolizam esses accedilucares produzindo CO2
H2e abaixando o ph Satildeo pois responsaacuteveis pela flatulecircncia quando daacute ingestatildeo de
legumes
c Glucosinolatos Substacircncias encontradas nas cruciacuteferas especialmente do gecircnero
Brassica que diminuem o valor bioloacutegico dos alimentos Manifestam atividades
bociacutegena acarretando hipertrofia das tireoacuteides Satildeo comumente encontradas em couve
repolho nabo mostarda colza etc
El potencial terapeacuteutico de algunas verduras
Por el Dr Heacutector E Soloacuterzano del Riacuteo
Coordinador de Medicina Ortomolecular del Centro de Estudios de Medicina
Integradora de la Universidad Autoacutenoma de Guadalajara y Presidente de la Sociedad
Meacutedica de Investigaciones Enzimaacuteticas AC
El indol-3-carbinol es un producto derivado de la glucobrasicina glucosinolato tambieacuten
conocido como indol-3-glucosinolato Los glucosinolatos se encuentran principalmente en los
vegetales cruciacuteferos (broacutecoli col col de Bruselas coliflor col rizada nabos etc)
Entre las recomendaciones que se dan para seguir una buena dieta estaacute el consumir
diariamente 5 raciones de verduras frescas y 5 raciones de frutas frescas
En un antiguo tratado Romano de medicina se afirma que si aparece una uacutelcera cancerosa en
las mamas apliacutequese una hoja de col machacada y se pondraacute bien Con el machacar una hoja
de col el indol-3-glucosinolato se convertiriacutea en indol-3-carbinol entre otras reacciones
(Albert-Puleo M Physiological effects of cabbage with reference to its potential as a dietary
cancer-inhibitor and its use in ancient medicine J Ethnopharm 1983 9261-272)
El propio I-3-C no es activo Cuando el I-3-C entra en contacto con el aacutecido gaacutestrico se
convierte en sus metabolitos activos el diindoilmetano y el indoilcarbazol Por eso el I-3-C
administrado parenteralmente no produce metabolitos activos
En la actualidad sabemos que el I-3-C puede modular el metabolismo de los estroacutegenos
Tambieacuten puede tener efectos anti-aterogeacutenicos antioxidantes y anticanceriacutegenos
El I-3-C puede estimular a las enzimas naturales desintoxicantes de nuestro cuerpo
Se ha demostrado que los metabolitos estrogeacutenicos 16 alfa-hidroxiestrona y 4-hidroxiestrona
son canceriacutegenos y se cree que son responsables los posibles efectos canceriacutegenos del
estroacutegeno Por otro lado se ha descubierto que el metabolito estrogeacutenico 2-hidroxiestrona es
protectora contra varios tipos de caacutencer incluyendo el caacutencer de mamaacute Se ha demostrado que
el I-3-C aumenta la relacioacuten de 2-hidroxiestrona a 16 alfa-hidroxiestrona y tambieacuten inhibe la
4-hidroxilacioacuten del estradiol (Bailey GS Hendricks JD Shelton DW et a Enhancement of
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carcinogenesis by the natural anti-carcinogen indole-3-carbinol J Natl Cancer Inst 1987
78931-934)
Algunos estudios han demostrado que el I-3-C restaura la funcioacuten del gen supresor p21
retrasa la propagacioacuten de ceacutelulas aberrantes de proacutestata y mama e induce la apoptosis de
ceacutelulas aberrantes
Como ya lo mencioneacute arriba el I-3-C induce la siacutentesis de 2-hidroxiestrona Se he descubierto
que la 2-hidroxiestrona inhibe la oxidacioacuten de la lipoproteiacutena de baja densidad Esto nos indica
que el I-3-C tiene un efecto antioxidante indirecto Parece que la 2-hidroxiestrona tambieacuten
tiene la capacidad de inhibir la proliferacioacuten del muacutesculo liso La inhibicioacuten de la proliferacioacuten
de muacutesculo liso y la inhibicioacuten de la oxidacioacuten de LDL son importantes para los efectos anti-
aterogeacutenicos del I-3-C
Algunas de nuestras investigaciones nos han demostrado que el I-3-C puede ser uacutetil para
inhibir la formacioacuten de quistes de papilomatosis causados por el virus del papiloma humano
incluyendo en la boca los pulmones y las cuerdas vocales
Parece que el tratamiento con I-3-C durante 12 semanas causa una regresioacuten completa de la
neoplasia intraepitelial cervical en el 50 de las pacientes con estadio II-III de la NIC (Bell
MC Crwoley Nowick P Bradlow HL et al Preliminary results of the use of indole-3-carbinol
in the treatment of CIN Gynecol Oncol 2000 78123-9)
Hay un estudio que reporta por primera vez que el I-3-C ejerce efectos anticancerosos en las
ceacutelulas tumorales pancreaacuteticas in vitro Se ha demostrado que el I-3-C inhibe el crecimiento de
varias liacuteneas de ceacutelulas cancerosas ovaacutericas lo mismo que sobre el caacutencer de mama y de
proacutestata
El ensayo mencionado se enfocoacute en los efectos anticanceriacutegenos en varios biomarcadores
moleculares y celulares del caacutencer de paacutencreas Se investigaron los efectos del I-3-C sobre la
proliferacioacuten celular la apoptosis la expresioacuten de la DT-diaforasa la expresioacuten de Cox-1 y 2
la expresioacuten de NFkappaB y sus efectos sobre la invasioacuten celular tumoral
Una de las claves acerca de la causa del envejecimiento es que los animales senectos
desarrollan autoinmunidad La autoinmunidad consiste en que el cuerpo se hace aleacutergico a sus
propias ceacutelulas y empieza a destruirlas Los autoanticuerpos provocan una respuesta
inflamatoria croacutenica Cuando los autoanticuerpos atacan por ejemplo a las articulaciones se
presenta la artritis reumatoide Se conocen aproximadamente 60 enfermedades autoinmunes
Entre eacutestas encontramos a la esclerosis muacuteltiple la alopecia areata el vitiacuteligo la espondilitis
anquilosante etc
El tratamiento convencional se basa en la administracioacuten de corticoides e inmunosupresores
lo cual causa graves efectos adversos (Alving CR Swartz GM Jr Antibodies to cholesterol
cholesterol conjugates and liposomes implications for atherosclerosis and autoimmunity Crit
Rev Immunol 199110(5)441-53
Varios estudios realizados en algunas universidades en ratones autoinmunes -- los cuales
usualmente desarrollan enfermedad renal mortal autoinmune-- mostraron buenos resultados
con el I-3-C
34
El I-3-C tiene un efecto importante protector contra la autoinmunidad Las pruebas
demostraron que este complemento alimenticio redujo draacutesticamente la enfermedad renal
autoinmune Despueacutes de un antildeo todos los animales que recibieron el complemento todaviacutea
estaban vivos comparado con solamente el 30 de los controles Dos meses maacutes tarde todos
los controles habiacutean muerto mientras que muchos de los ratones que recibieron el I-3-C
sobrevivieron otros 6 meses y unos pocos sobrevivieron durante maacutes de 20 meses casi el 50
maacutes que los ratones controles
Se ha notado en forma interesante que la restriccioacuten caloacuterica podriacutea tener los mismos efectos
en los ratones autoinmunes (Ogura M Ogura H Lorenz E Ikehara S Good RA
Undernutrition without malnutrition restricts the numbers and propor tions of Ly-1 B
lymphocytes in autoimmune (MRLI and BXSB) mice Proc Soc Exp Biol Med 1990
Jan193(1)6-12) La restriccioacuten caloacuterica revierte la autoinmunidad y extiende el periacuteodo de
vida
Pues bien se cree que el I-3-C puede imitar los efectos de la restriccioacuten caloacuterica y prolongar el
periacuteodo de vida (Howitz KT Bitterman KJ Cohen HY et al Small molecule activators of
sirtuins extend Saccharomyces cerevisiae life span Nature 2003 Sep 11425 (6954)191-6
Epub 2003 Aug 24) El I-3-C y la restriccioacuten caloacuterica afectan a un proceso conocido como
metilacioacuten (Morse MA LaGreca SD Amin SG Chung FL Effects of indole-3-carbinol on
lung tumorigenesis and DNA methylation induced by 4-(methylnitrosamino)-1-(3- pyridyl)-1-
butanone (NNK) and on the metabolism and disposition of NNK in AJ mice Cancer Res
1990 May 150(9)2613-7) Puedo mencionar que la metilacioacuten es una reaccioacuten bioquiacutemica
que sucede en forma natural dentro de nuestro cuerpo Este proceso disminuye con la edad y
se altera con la autoinmunidad (Yung R Ray D Eisenbraun JK et al Unexpected effects of
heterozygous dnmt1 null mutation on age-dependent DNA hypomethylation and
autoimmunity J Gerontol A Biol Sci Med Sci 2001 Jun56(6)B268-76)
Las uacuteltimas tendencias en la investigacioacuten nutricional y oncoloacutegica estaacuten examinando coacutemo
ciertos compuestos fitoterapeacuteuticos afectan a los genes utilizando microarreglos de ADN Los
microarreglos para el I-3-C muestran que esta substancia natural ejerce un potente efecto en
los genes relacionados con el caacutencer Entre otras cosas estas substancias activan a los genes
tumorales supresores a otros genes que destruyen a las ceacutelulas cancerosas y a los genes que
nos desintoxican de agentes quiacutemicos Tambieacuten el I-3-C suprime genes que capacitan a las
ceacutelulas cancerosas a comunicarse con otras ceacutelulas Esta capacidad para entrar en las ceacutelulas
cancerosas y activar o desactivar genes es una poderosa arma contra el crecimiento del caacutencer
Esta habilidad para ejercer estos efectos sin alguna toxicidad (como lo hace el I-3-C) lo
convierte en un agente quimiopreventivo extremadamente deseable
En pocas palabras el I-3-C se usa para la prevencioacuten y tratamiento del caacutencer de mama
caacutencer de colon y otros tipos de caacutencer Tambieacuten se usa oralmente para fibromialgia
papilomatosis lariacutengea displasia cervical y en varias enfermedades autoinmunes como el
lupus eritematoso sisteacutemico Varios estudios demuestran que es uacutetil para equilibrar los niveles
hormonales desintoxicar a los intestinos y el hiacutegado y para apoyar al sistema inmunoloacutegico
35
Couve-broacutecolo - potenciais efeitos anticanceriacutegenos Ana Sofia Rodrigues (1) Eduardo Rosa (2) (1)Escola Superior Agraacuteria de Ponte de
Lima Mosteiro de Refoios 4990-706 Ponte de Lima Portugal (2) Universidade
Traacutes-os-Montes e Alto Douro Dpt Fitoteacutecnia Apartado 202 5001-911 Vila Real
Portugal
Resumo
As plantas da famiacutelia Brassicaceae incluindo a couve-broacutecolo apresentam um
grupo de compostos secundaacuterios os glucosinolatos com reconhecidas
propriedades anticanceriacutegenas especialmente os hidrolisados do glucosinolato
glucorafanina e dos glucosinolatos indoacutelicos Contudo os potenciais benefiacutecios na
sauacutede dependem das concentraccedilotildees destes compostos que por sua vez dependem
das variedades consumidas e das condiccedilotildees de crescimento da cultura
Neste estudo avaliou-se a variaccedilatildeo do teor em glucosinolatos nas inflorescecircncias
primaacuterias e secundaacuterias de onze cultivares de couve-broacutecolo em duas estaccedilotildees de
crescimento Primavera-Veratildeo e Veratildeo-Inverno Os teores em glucosinolatos
foram significativamente superiores no Veratildeo-Inverno Nesta estaccedilatildeo os teores
mais elevados ocorreram nas inflorescecircncias secundaacuterias O grupo dos
glucosinolatos indoacutelicos representou entre 19 e 77 dos totais A glucorafanina foi
o glucosinolato que surgiu em maior concentraccedilatildeo (gt500 moles100 g-1 PS) em
todas as cultivares Considerando o potencial efeito anticanceriacutegeno do
isotiocianato derivado da glucorafanina sulforafano a cultivar Shogun destaca-se
das outras por apresentar maiores teores desse glucosinolato
3- Butenilglucosinolato (GLUCONAPINA)
36
37
38
39
2- Hidroacutexi ndash3- butenil glucosinolato (PROGOITRINA)
CH2 = CH ndash CH ndash CH2 ndash NCS + HSO
4 + C6H12O6 ( - glicose)
OH
2- Hidroacutexi ndash3- butenil isotiocianato
5- Vinil oxazolidina ndash2- tiona
(5-vinil-2-tioxazolidina)
(GOITRINA)
40
Lipiacutedios
1 CONCEITO
Os lipiacutedios constituem juntamente com os carboidratos e proteiacutenas outra classe de substacircncias
consideradas como alimento Os seus representantes satildeo compostos bastante heterogecircneos das
mais variadas funccedilotildees quiacutemicas que se caracterizam pela insolubilidade em aacutegua e
solubilidade em solventes orgacircnicos (eacuteter acetona aacutelcool clorofoacutermio etc) Essa natureza
hidrofoacutebica eacute consequumlecircncia da natureza quiacutemica da moleacutecula que possui extensas cadeias de
carbono e hidrogecircnio lembrando muito os hidrocarbonetos
Satildeo considerados os mais energeacuteticos dos alimentos devido a essas cadeias hidrocarbonetadas
apresentando o aacutetomo de carbono em estaacutegio bastante reduzido isto eacute com baixo nuacutemero de
oxidaccedilatildeo devido ao baixo teor de oxigecircnio na moleacutecula
Composiccedilatildeo quiacutemica elementar () K calg________
Classe C O H N____________________
Proteiacutena 53 23 7 16 4
Carboidratos 44 49 6 _ 4
Lipiacutedios 76 11 12 _ 9___________
Constituem portanto uma excelente opccedilatildeo para a ceacutelula viva ou organismo qualquer o
armazenamento de energia quiacutemica na forma de lipiacutedios
Do ponto de vista estrutural os lipiacutedios constituem as membranas de permeabilidade
diferencial como a membrana citoplasmaacutetica e as membranas que revestem as organelas e
outras entidades de atividade bioquiacutemica especializadas (como o retiacuteculo endoplasmaacutetico o
sistema lamelar dos cloroplastos etc) Alguns representantes dessa classe ainda
desempenham funccedilotildees altamente especializadas como algumas vitaminas e a clorofila
(pigmento receptor da energia radiante no processo fotossinteacutetico)
2 CLASSIFICACcedilAtildeO
Segundo suas propriedades quiacutemicas os lipiacutedios podem ser classificados em
21 Lipiacutedios neutros gliceriacutedios monogliceriacutedios
ceras digliceriacutedios
trigliceriacutedios
22 fosfatiacutedios
23 esfingolipiacutedios
24 glicolipiacutedios
25 lipoproteiacutenas
26 terpenoacuteides carotenoacuteides
esteroacuteides
41
3 TRIGLICERIacuteDIOS
Constituem a quase totalidade da fraccedilatildeo lipiacutedios de uma dieta alimentar ou uma reaccedilatildeo
animal Eacute tambeacutem a forma pela qual os organismos animais ou vegetais armazenam parte
significativa da energia quiacutemica
Quimicamente satildeo eacutesteres do glicerol e aacutecidos graxos produtos esses que satildeo obtidos
mediante hidroacutelise dos trigliceriacutedios
As propriedades fiacutesicondashquiacutemicas os trigliceriacutedios satildeo regidas pela natureza dos aacutecidos graxos
integrantes desde que o glicerol eacute comum a todos eles
31 Hidroacutelise dos trigliceriacutedios Existem 3 modalidades de se promover a hidroacutelise dos
trigliceriacutedios
1 hidroacutelise aacutecida (reversiacutevel)
2 hidroacutelise alcalina ou reaccedilatildeo de saponificaccedilatildeo (irreversiacutevel)
3 hidroacutelise enzimaacutetica (pela accedilatildeo das liacutepases)
Da hidroacutelise alcalina resulta um sal soacutedico ou potaacutessico (conforme se use NaOH ou
KOH para a hidroacutelise) do aacutecido graxo o qual eacute denominado de sabatildeo com propriedade
detergente Para que uma substacircncia manifeste propriedade detergente a mesma deve
apresentar em sua moleacutecula uma porccedilatildeo hidrofoacutebica (apolar) e outra hidrofiacutelica (polar) Os
detergentes estabelecendo uma ponte aproximando as moleacuteculas polares (aacutegua) das
moleacuteculas apolares (gordura) promove a solubilizaccedilatildeo ou emulsificaccedilatildeo das gorduras e dos
oacuteleos
32 Aacutecidos Graxos Satildeo aacutecidos carboxiacutelicos que apresentam um radical R de natureza
graxa ou apolar R ndash COOH onde R deve se apresentar com mais de 4 aacutetomos de carbono em
estaacutegio reduzido
De um modo geral aumentando-se o nuacutemero de aacutetomos de carbono na moleacutecula
aumenta-se o ponto de fusatildeo do aacutecido graxo (ateacute 8 aacutetomos de carbono os aacutecidos carboxiacutelicos
satildeo liacutequidos com 1 e 2 aacutetomos de C satildeo volaacuteteis)
A presenccedila da dupla ligaccedilatildeo na cadeia do aacutecido graxo diminui o ponto de fusatildeo do
mesmo
42
Aacutecidos graxos Estrutura Ponto de Fusatildeo
Saturados
Laacuteurico CH3(CH2)10COOH 44deg
Miriacutestico CH3(CH2)12COOH 54deg
Palmiacutetico CH3(CH2)14COOH 63deg
Esteaacuterico CH3(CH2)16COOH 70deg
Araquiacutedico CH3(CH2)18COOH 75deg
Beecircnico CH3(CH2)20COOH 80deg
Lignoceacuterico CH3(CH2)22COOH 84deg
Natildeo-saturados
Oleacuteico CH3(CH2)7CHCH(CH2)7COOH
Vaccecircnico CH3(CH2)5CHCH(CH2)9COOH
Ricinoleico CH3(CH2)5CHOHCH2CHCH(CH2)7COOH
Linoleico CH3(CH2)4(CHCHCH2)2(CH2)6COOH
Linolecircnico CH3CH2(CHCHCH2)3(CH2)6COOH
Araquidocircnico CH3(CH2)4(CHCHCH2)4(CH2)2COOH
Pouco comuns
-alaioesteaacuterico CH3(CH2)3CHCHCHCHCHCH
Taririco (CH2)7COOH
Isacircnico CH3(CH2)10CequivC(CH2)4COOH
CH2CH(CH2)4CCCC(CH2)7COOH
CH2
Lactobacilico
Vernoacutelico
43
Os oacuteleos de origem vegetal satildeo trigliceriacutedios que apresentam elevada proporccedilatildeo de
aacutecidos graxos poliinsaturados que possuem baixo ponto de fusatildeo conferindo a esses
trigliceriacutedios o estado liacutequido aacute temperatura ambiente (20-25degC) Jaacute as gorduras de origem
animal se apresentam no estado soacutelido aacute temperatura ambiente pelo fato de haver
predominacircncia de aacutecidos graxos saturados
Uma dieta rica oacuteleos vegetais eacute aconselhaacutevel aacutes pessoas com distuacuterbios cardiovasculares
possuidoras de elevados teores de colesterol no sangue Tais problemas satildeo manifestados pela
arteriosclerose (endurecimento das arteacuterias) eou ateroesclerose (diminuiccedilatildeo da luz arterial)
Sabe-se que o colesterol no inferior da ceacutelula se encontra livre ao passo que fora dela (no
sangue por exemplo) se encontra asterificado por aacutecidos graxos Dependendo da saturaccedilatildeo do
aacutecido graxo o mesmo pode propiciar a disposiccedilatildeo do eacutester do colesterol na parede interna das
arteacuterias diminuindo a luz das mesmas causando os citados distuacuterbios cardiovasculares
Eacutester do colesterol com aacutec graxo saturado
Eacutester do colesterol com aacutecido graxo poli-insaturado
44
45
A margarina obtida pela hidrogenaccedilatildeo cataliacutetica do oacuteleos vegetais com a finalidade
de dar aos mesmos a consistecircncia soacutelida da manteiga natildeo se constitui num
substituto adequado desta quando se pretende evitar os inconvenientes da gordura
animal Isto porque a caracteriacutestica desejaacutevel dos oacuteleos vegetais (presenccedila de
aacutecidos graxos poliinsaturados) eacute alterada quando se efetua a hidrogenaccedilatildeo dos
mesmos para se obter um produto de maior ponto de fusatildeo
4 CEcircRAS
Quimicamente satildeo eacutesteres de aacutecidos graxos de cadeia longa com alcoois monohidroxilados
tambeacutem de cadeia longa (16 a 36 aacutetomos de carbono)
A cecircra de abelha (palmitado de miricila)
B cecircra de carnaacuteuba (cerotato de miricila)
Devido aacute natureza das cadeias tanto do aacutecido graxo como do aacutelcool tais compostos
satildeo bastante hidrofoacutebicos altamente insoluacuteveis em aacutegua razatildeo pela qual plantas e
animais optaram por uma camada cerosa para proteccedilatildeo e impermeabilizaccedilatildeo
Assim certas plantas apresentam uma camada de cecircra (cutiacutecula) para proteccedilatildeo da
epiderme aves aquaacuteticas efetuam a impermeabilizaccedilatildeo das penas com auxiacutelio de
mateacuteria cerosa das glacircndulas cericiacutegenas
5 FOSFATIacuteDIOS
Satildeo derivados do aacutecido fosfatiacutedico Um representante desse grupo eacute a lecitina que estaacute
associada aacutes membranas de permeabilidade diferencial com funccedilatildeo ainda pouco conhecida
talvez regendo o transporte de substacircncias atraveacutes dessas membranas
46
6 GLICOLIPIacuteDIOS
Citamos os galactolipiacutedios e sulfolipiacutedios encontrados no tecido fotossintetizador das plantas
Suas funccedilotildees natildeo satildeo bem conhecidas
7 LIPOPROTEIacuteNAS
Satildeo associaccedilotildees entre proteiacutenas e lipiacutedios especialmente fosfolipiacutedios que se arranjam
segundo a polaridade das moleacuteculas sem envolvimento de ligaccedilatildeo covalentes As membranas
de permeabilidade diferencial (citoplasmaacutetica e aquelas que revestem as organelas celulares
bem como o retiacuteculo endoplasmaacutetico e o sistema lamelar dos cloroplastos) satildeo constituiacutedos de
lipoproteiacutenas
8 TERPENOacuteIDES CAROTENOacuteIDES E OUTROS COMPOSTOS DE NATUREZA
LIPIacuteDICA
Como os lipiacutedios congregam compostos da mais variada natureza quiacutemica encontramos
representantes desempenhando funccedilotildees altamente especializadas aleacutem daquelas jaacute
mencionadas (funccedilotildees energeacutetica e estrutural)
Assim algumas vitaminas bem como pigmentos receptores de energia radiante no processo
fotossinteacutetico satildeo exemplo de lipiacutedios desempenhando outras funccedilotildees
AMINOACIDOS E PROTEINAS
AMINOAacuteCIDOS
1 CONCEITO
Como o nome indica os aminoaacutecidos satildeo compostos que carregam em suas moleacuteculas um
grupo amino (de caraacuteter baacutesico) e um grupo carboxiacutelico (de caraacuteter aacutecido) Satildeo eles as
entidades que constituem as proteiacutenas e o conhecimento de suas estruturas se reveste de um
particular interesse pelas propriedades que conferem aacute moleacutecula proteacuteica que integram
47
Ademais os aminoaacutecidos desempenham outras funccedilotildees especiacuteficas quer participando de
processos bioloacutegicos (ciclo da ureacuteia por exemplo) ou se constituindo em substrato para muitos
constituintes celulares
Os aminoaacutecidos encontrados normalmente nas proteiacutenas satildeo identificados com sendo - L-
aminoaacutecido Alfa () porque o grupo amino (-NH2) se prende ao carbono de posiccedilatildeo
adjacente aacute carboxila (-COOH) e L devido a configuraccedilatildeo do grupo amino tendo como
referecircncia o D-gliceraldeido
2 TITULACcedilAtildeO DE AMINOAacuteCIDOS E EVIDEcircNCIA DE SEU CARAacuteTER IOcircNICO
Os aminoaacutecidos via de regra satildeo soluacuteveis em aacutegua e insoluacuteveis em solventes orgacircnicos
(clorofoacutermio acetona eacuteter aacutelcool etc) Tal propriedade natildeo coaduna com a estrutura geral
formulada (R-CHNH2-COOH) Como sabe os aacutecidos carboxiacutelicos e as aminas orgacircnicas satildeo
pouco ou quase insoluacuteveis em aacutegua especialmente os compostos de cadeia alifaacutetica ou
aromaacutetica com diversos aacutetomos de carbono Outra propriedade fiacutesica interessante eacute o alto
ponto fusatildeo dos aminoaacutecidos em situaccedilatildeo oposta aos aacutecidos carboxiacutelicos e aminas que
apresentam baixo ponto de fusatildeo e bem definido
A real estrutura dos aminoaacutecidos pode ser visualizada em soluccedilatildeo considerando o seu
comportamento como eletroacutelito Assim um aminoaacutecido pelo fato de conter um grupo
carboxiacutelico e um grupo amino pode reagir tanto como uma base como um aacutecido sendo
considerado uma substacircncia anfoacutetera Se o amino aacutecido estiver dissolvido em um meio aacutecido
ele se torna carregado positivamente (migra para o caacutetodo num campo eletroforeacutetico) e se o
meio for alcalino ele se torna carregado negativamente
Para se melhor compreender o caraacuteter iocircnico dos aminoaacutecidos eacute inicialmente necessaacuterio
conhecer algumas caracteriacutesticas dos diversos grupos ionizaacuteveis Para tal estudaremos as
ionizaccedilotildees da carboxila de um aacutecido e do grupo amino de uma amina orgacircnica
21 Titulaccedilatildeo da carboxila de um aacutecido (aceacutetico) O aacutecido aceacutetico se ioniza liberando
proacuteton (H+) conforme a equaccedilatildeo
A constante de dissociaccedilatildeo (K) do aacutecido aceacutetico eacute
Para esse valor de K podemos afirmar que o aacutecido aceacutetico eacute um aacutecido fraco pois apenas uma
pequena fraccedilatildeo das moleacuteculas eacute que se ionizam proacuteton
48
Aplicando-se logariacutetimos
Quando o ph do meio for numericamente igual ao ph
Teremos
Portanto
Isto eacute as concentraccedilotildees das formas protonizada e desprotonizada se equivalem
Podemos concluir portanto que o ph de um grupo ionizaacutevel corresponde a um valor de ph no
qual coexistem as formas protonizada e desprotonizada em idecircnticas concentraccedilotildees Em outras
palavras eacute o ph que corresponde aacute semi-titulaccedilatildeo ou semi-neutralizaccedilatildeo do referido grupo
ionizaacutevel
Curva de titulaccedilatildeo do aacutecido aceacutetico
22 Titulaccedilatildeo do Grupo Amino (-NH2)
Seja a amina metilina que pode ceder proacuteton conforme a equaccedilatildeo
49
Curva de Titulaccedilatildeo da Metilamina
23 Titulaccedilatildeo de um amino aacutecido neutro (alamina)
Formas Iocircnicas
Carga eletroforeacutetica +1
Curva de titulaccedilatildeo da alamina
Problema Quais as formas iocircnicas existentes bem como as proporccedilotildees das mesmas para
alamina no pH fisioloacutegico (70)
Resposta a forma iocircnica da alamina mais abundante no pH fisioloacutegico (70) eacute a forma
=99 81 desprovida de carga eletroforeacutetica
24 Titulaccedilatildeo de um minoaacutecido dicarboxiacutelico aacutecido aspaacutertico
50
Curva de Titulaccedilatildeo do Aacutecido Aspaacutertico
3 Curva de titulaccedilatildeo obtida quendo 20 ml de aacutecido aspaacutertico HCI01M satildeo titulados com
NaOH01M
Problema Calcular as proporccedilotildees das formas iocircnicas do aacutecido aspaacutertico existentes no pH
fisioloacutegico (Ph=70)
PH=Pk+log R
PH=70
PK=pK3=98 (o mais proacuteximo de 70) do grupo -amino
R= cone da forma protonizada em relaccedilatildeo ao grupo amino= IV
coc da forma protonizada em relaccedilatildeo ao grupo amino III
Substituindo
7 = 98 +log IV
III
7 = 98 + log R
log R = 7-98 = -28
log 1 = 28
R
1 =629 ou R = _1_ =
R 629
R = __1_ = IV
51
629 III
III = 629 IV
III + IV = 100 (1)
substituindo o valor de III em (1) temos
629 IV ldquo+ IV = 100
630 IV = 100
IV = _100_ = 016
630
[III] = 629 X 016 (01587301)
[III] = 9984
Resposta A forma mais abundante (9984) eacute a forma III carregada negativamente
25 Titulaccedilatildeo de um aminoaacutecido baacutesico (lisina)
Problema Qual eacute e em que proporccedilatildeo se apresenta a forma iocircnica mais abundante do
aminoaacutecido lisina no pH fisioloacutegico (70)
PH = pK + log R
PH = 70
PK = Pk2 = 90 ( o mais proacuteximo de 70 corresponde ao grupo -amino)
R = conc da forma desprotonizada em relaccedilatildeo ao grupo -amino = [III]
conc da forma protonizada em relaccedilatildeo ao grupo -amino [II]
Substituindo
52
70 = 90 + log R
log R=70 ndash 90 = -20
log 1 = 2
R
1= 100 ou R = _1__
R 100
Portanto R = __1__ = _[III]_ ou
100 [II]
[II] =100 [III]
[II] + [III] = 100 (1)
Substituindo o valor de [II] em (1)
100 [III] + [III] = 100
101 [III] = 100[III] = _100_ = 099
101
Logo [II] = 100 X 099 = 99
Resposta A forma iocircnica mais abundante eacute a forma II na proporccedilatildeo de 99
Resumindo o que se observou para os 3 aminoaacutecidos temos
Aminoaacutecido pI forma iocircnica predominante no pH fisioloacutegico (70)
Neutro 7 sem carga eletroforeacutetica
Aacutecido lt 7 carregado negativamente
Baacutesico gt 7 carregado positivamente
4 CLASSIFICACcedilAtildeO DOS AMINOAacuteCIDOS
Os aminoaacutecidos satildeo classificados segundo a natureza do radical R vaacuterios criteacuterios de
classificaccedilatildeo podem ser adotados Assim quanto aacute estrutura do radical R eles podem ser
classificados em
a aminoaacutecidos alifaacuteticos
b aminoaacutecidos aromaacuteticos
c aminoaacutecidos heterociacuteclicos
53
Mais significativa entretanto eacute a classificaccedilatildeo baseada na polaridade do radical R uma vez
que ela enfatiza o papel funcional que cada aminoaacutecido desempenha na proteiacutenaAssim os 20
aminoaacutecidos comumente encontrados nas proteiacutenas satildeo classificados em
31 Aminoaacutecidos com Radical R natildeo Polar ou Hidrofoacutebico
32 Aminoaacutecidos com Radical R Polar sem Carga no pH Fisioloacutegico
A maioria desses aminoaacutecidos tem um radical polar que pode participar de pontes de
hidrogecircnio alguns possuem o grupo hidroxila (-OH) outros a sulfidrila (-SH) enquanto
asparagina e glutamina possuem grupos amida A glicina embora desprovida de radical R eacute
considerada uma moleacutecula polar pelo fato dos grupos amino e carboxila representar grande
parte da massa da moleacutecula
33 Aminoaacutecidos com Radical R Polar Carregados Negativamente no pH Fisioloacutegico
Nesta classe estatildeo aminoaacutecidos dicarboxiacutelicos
33 Aminoaacutecidos com Radical R Polar Carregado Positivamente no pH Fisioloacutegico
Trecircs aminoaacutecidos satildeo incluiacutedos nesta categoria lisina (com grupo adicional E ndash amino com
pK = 105 arginina com o grupo guanidiacutenico de pK = 125 e a histidina com o grupo imidazol
com pK = 60)
54
Outros aminoaacutecidos aleacutem desses podem ser encontrados Assim L-hidroxilisina e L-
hidroxiprolina sccedilao abundantes no colaacutegeno apenas e por isso denominados de aminoaacutecidos
proteacuteicos raros
Muitos aminoaacutecidos natildeo satildeo encontrados em proteiacutenas mas ocorrem na forma livre Satildeo os
aminoaacutecidos natildeo proteacuteicos que atualmente satildeo em nuacutemero de aproximadamente 200
encontrados comumente no reino vegetal Alguns desempenham funccedilotildees conhecidas (como a
ornitina e citrulina que participam do ciclo da ureacuteia em plantas e animais e a beta ndash alanina
que faz parte da estrutura do aacutecido pantotecircnico) enquanto a maioria natildeo tem uma funccedilatildeo
fisioloacutegica definida Alguns deles se mostram toacutexicos para animais e humanos como o aacutecido
- diaminobutiacuterico encontrado nas sementes da Lathirus sativus o qual causa o
Neurolatirismo (fraqueza muscular a paralizia dos membros inferiores)
Citrulina encontrado pela 1ordf vez em Citrullus vulgaris melancia
PROTEIacuteNAS
1 CONCEITO
Satildeo poliacutemeros formados pela uniatildeo dos aminoaacutecidos unidos que satildeo pela ligaccedilatildeo peptyacutedica
Tais poliacutemeros apresentam peso molecular entre 10000 a alguns milhotildees de Daltons
A ligaccedilatildeo peptiacutedica eacute aquela que se estabelece entre a carboxila (-COOH) de aminoaacutecido com
o grupo amino (-NH2) de outro aminoaacutecido
55
A ligaccedilatildeo peptiacutedica eacute de natureza covalente Se une dois aminoaacutecidos teremos um dipeptiacutedio
se une trecircs um tripeptiacutedio e assim por diante As proteiacutenas podem ser consideradas
polipeptiacutedios
2 NIacuteVEIS ESTRUTURAIS BAacuteSICOS
A cadeia polipeptiacutedica busca um estado de maior estabilidade termodinacircmica que eacute atingido
apoacutes rearranjos levando a proteiacutena aacute niacuteveis estruturais complexos Tais niacuteveis podem ser
estendidas como as seguintes estruturas
3 Estrutura primaacuteria eacute a sequumlecircncia de aminoaacutecidos na cadeia polipeptiacutedica Eacute mantida
pela ligaccedilatildeo peptiacutedica
Com os 21 aminoaacutecidos normalmente encontrado nas proteiacutenas podemos arranja-los formando
polipeptiacutedios com 100 ateacute alguns milhares de aminoaacutecidos Tais arranjos permitem a formaccedilatildeo
de um nuacutemero extremamente grande de diferentes moleacuteculas protecircicas que possivelmente
possam existir
22 Estrutura Secundaacuteria a cadeia polipeptiacutedica pode adquirir a forma de uma espiral
voltada aacute direita estrutura essa chamada de - heacutelice eacute estabilizada por pontes de hidrogecircnio
que se estabelece entre o grupo carbonilo (=C=O) de uma ligaccedilatildeo peptiacutedica com o grupo
imido (=NH) da 3ordf ligaccedilatildeo peptiacutedica na sequumlecircncia regular da cadeia A estrutura secundaacuteria
tambeacutem pode se manifestar na forma de ldquofolha pregueadardquo
23 Estrutura Terciaacuteria diz respeito ao dobramento da cadeia polipeptiacutedica sobre se mesma
se enovelando e adquirindo uma chamada estrutura globular mais compacta A manutenccedilatildeo
de tal estrutura eacute atribuiacuteda aacutes diferentes reatividades dos radicais R dos aminoaacutecidos
componentes e tal estrutura estaacute intimamente relacionada com as propriedades cataliacuteticas das
proteiacutenas biologicamente ativas como as enzimas
Entre as ligaccedilotildees envolvendo os radicais R e responsaacuteveis pela estruturaccedilatildeo terciaacuteria
podemos observar
a ligaccedilotildees ou interaccedilotildees eletrostaacuteticas ndash entre a carboxila dissociada (-COO-) e grupos
protonizados (amino guanidino ou amidazol)
b pontes de hidrogecircnio
c interaccedilatildeo hidrofoacutebica
56
d interaccedilatildeo dipolo ndash dipolo com radicais de polarizaccedilatildeo semelhantes)
e ligaccedilatildeo ou ponte de dissulfeto (ligaccedilatildeo covalente que se estabelece entre 2 aacutetomos de S
de dois resiacuteduos de cisteiacutena)
Alguns tipos de ligaccedilotildees natildeo ndash covalentes que estabilizam a estrutura proteacuteica
a) interaccedilatildeo eletrostaacutetica b) ligaccedilatildeo de hidrogecircnio entre resiacuteduos de tirosina e
grupos carboxiacutelicos nas cadeias laterais c)interaccedilatildeo hidrofoacutebica de cadeias
laterais natildeo ndash polares causada pela muacutetua repulsatildeo de solventes d) interaccedilatildeo
dipolo ndash dipolo e) ligaccedilatildeo de dissulfeto uma ligaccedilatildeo covalente [De acordo
com C B Anfinsen The Molecular Basic of Evolution John Wiley and Sons
Nova Iorque p 1021959]
Representaccedilatildeo esquemaacutetica das cadeias polipeptiacutedicos de proteiacutenas bem definidas C indica o
carboxilo de aminoaacutecido terminal N grupo amino livre do aminoaacutecido terminal os nuacutemeros
em parecircnteses satildeo os radicais de aminoaacutecidos -S- ligaccedilotildees de dissulfeto
24 Estrutura Quaternaacuterias eacute apresentada por apenas algumas proteiacutenas e quase sempre
biologicamente ativas tal estruturaccedilatildeo pode ser definida como o grau de polimerizaccedilatildeo de
unidades proteacuteicas formando diacutemeros triacutemeros tetracircmeros etc As forccedilas que manteacutem a
estrutura quaternaacuteria satildeo as mesmas responsaacuteveis pela manutenccedilatildeo da estrutura terciaacuteria Em
alguns casos caacutetions metaacutelicos (Ca++
K+ Mg
++ Mn
++ etc) auxiliam a manutenccedilatildeo da
estrutura quaternaacuteria
Assim a fosforilase ldquoardquo (tetracircmero) eacute formada pela uniatildeo de 4 subunidade proteacuteicas e
manifesta atividades cataliacutetica Jaacute na forma de diacutemero (fosforilase ldquobrdquo) a mesma eacute inativa
Um tetracircmero de unidades proteacuteicas ilustrado quaternaacuteria de uma proteiacutena globular complexa
3 DESNATURACcedilAtildeO DAS PROTEIacuteNAS
Vem a ser qualquer desarranjo nas estruturas secundaacuterias terciaacuterias ou quaternaacuteria de uma
proteiacutena As enzimas assim que desnaturadas perdem a atividade cataliacutetica Os agentes
57
desnaturantes das proteiacutenas satildeo aacutecidos bases forccedila iocircnica elevada calor solventes orgacircnicos
(apolares) agitaccedilatildeo mecacircnica etc
4 HIDROacuteLISE DAS PROTEIacuteNAS
Eacute o rompimento das ligaccedilotildees peptiacutedicas que manteacutem a estrutura primaacuteria e pode ser efetuada
por aacutecidos bases ou enzimas (genericamente denominadas de proteases ou enzimas
proteoliacuteticas) Tal hidroacutelise liberta os aminoaacutecidos na forma livre os quais podem ser
identificados e quantificados conhecendo-se assim a composiccedilatildeo aminoaciacutedica das proteiacutenas
5 FUNCcedilOtildeES BIOLOacuteGICAS DAS PROTEIacuteNAS
Devido ao nuacutemero incriacutevelmente elevado de diferentes moleacuteculas proteacuteicas que podem ser
fabricadas pelos organismos cujas propriedades seratildeo reflexo direto da sequumlecircncia de
aminoaacutecidos na cadeia polipeptiacutedica a natureza aproveitando-se desta particularidade atribui
inuacutemeras funccedilotildees para as proteiacutenas Assim podemos identificar classes de proteiacutenas de acordo
com suas funccedilotildees bioloacutegicas
51 Enzimas proteiacutenas com atividade cataliacuteticas acelerando reaccedilotildees no interior da ceacutelula
52 Proteiacutenas de Transporte A Hemoglobina transporta oxigecircnio lipoproteiacutenas do
plasma transportam lipiacutedios A passagem de iacuteons e outras substacircncias atraveacutes das
membranas (de permeabilidade diferencial) eacute auxiliada por proteiacutenas de transporte
53 Proteiacutenas Nutritivas ovoalbumina caseiacutena ferritina (armazenadora de ferro) etc
54 Proteiacutenas Contraacutecteis Actina miosina tubulina (dos ciliados e flagelados)
55 Proteiacutenas Estruturais colaacutegeno elastina fibroinas queratina etc
56 Proteiacutenas de Defesa imunoglobulinas (anticorpos) fibrinogecircnio e trombina
57 Proteiacutenas Reguladoras hormocircnios e repressores (regulam a siacutentese de enzimas)
6 CLASSIFICACcedilAtildeO DAS PROTEIacuteNAS
Diversos criteacuterios podem ser adotadas para a classificaccedilatildeo das proteiacutenas todos eles algo
subjetivo
61 Quanto aacute composiccedilatildeo
a proteiacutenas simples - quando formadas apenas de aminoaacutecidos (albuminas globulinas)
b proteiacutenas conjugadas ndash quando apresentam uma porccedilatildeo natildeo proteacuteica (denominado de
grupo prosteacutetico) precircso aacute cadeia polipeptiacutedica
proteiacutena conjugada grupo prosteacutetico glicoproteiacutena carboidrato
lipoproteiacutena lipiacutedios
nucleoproteyacutena aacutecido nucleacuteico
metaloproteiacutena metal
______________________________________________
58
62 Quanto aacute conformaccedilatildeo
a proteiacutenas globulares ndash aqueles cuja cadeia polipeptiacutedica se dobrou
consideravelmente adquirindo a forma esfeacuterica ou globular geralmente com os
radicais polares dos aminoaacutecidos na superfiacutecie externa e os apolares voltados para o
interior Em consequumlecircncia essas proteiacutenas globulares satildeo soluacuteveis no sistemas aquosos
e se difundem facilmente Enzimas hormocircnios e anticorpos satildeo exemplos de proteiacutenas
globulares e para a manifestaccedilatildeo de suas atividades bioloacutegicas a solubilidade eacute uma
propriedade desejada
b Proteiacutena fibrosas ndash essas proteiacutenas podem ser subdivididas em 3
classes segundo a estrutura detalhada das mesmas
- - heacutelice de passo direito (queratina da pele pecirclo unhas)
- folha - pregueada (seda)
- heacutelice tripla (coleacutegeno)
Tais proteiacutenas satildeo altamente insoluacuteveis caracteriacutestica necessaacuteria para as suas funccedilotildees
bioloacutegicas
7 FATORES ANTINUTRICIONAIS DE NATUREZA PEPTIacuteDICA
Os gratildeos de algumas leguminosas como feijatildeo e soja apresentam peptiacutedios de baixo peso
molecular que possuem habilidade de inativar as enzimas digestivas - amilase e a tripsina
Tais peptiacutedios jaacute identificados satildeo denominados de fator ldquoanti-amilaserdquo e fator ldquoanti-tripsinardquo
e satildeo responsaacuteveis pelo menos em parte pelo efeito toacutexico observado quando da indigestatildeo de
feijatildeo cru especialmente em animais domeacutesticos felizmente esses fatores antinutricionais satildeo
desnaturados pelo calor de modo que o cozimento dos alimentos destroacutei essa atividade
antitriacuteptica e antiamilaacutesica de muitos gratildeos de legumes e de alguns cereais Em alguns
legumes esses fatores satildeo termoestaacuteveis
59
QUESTIONAacuteRIO
1 Qual eacute o objetivo da Bioquiacutemica
2 O que vem a ser metabolismo
3 O que eacute um carboidrato
4 O que eacute uma ligaccedilatildeo hemiacetal O que eacute uma ligaccedilatildeo glicosiacutedica
5 O que vem a ser um accediluacutecar redutor
6 Por que a sacarose natildeo eacute redutora
7 Por que a ceacutelula prefere armazenar como reserva energeacutetica
carboidrato na forma de polissacariacutedio
8 Quais os fatores antinutricionais de natureza gluciacutedica encontrados
na mandioca nas cruciacuteferas e nos legumes O que causam tais
substacircncias
9 Cite carboidratos desempenhado funccedilatildeo estrutural e energeacutetica em
animais e vegetais
10 O que eacute um lipiacutedio
11 Por que satildeo os mais energeacuteticos dos alimentos
12 O que resulta da hidroacutelise de um trigliceriacutedio
13 Qual a relaccedilatildeo entre a resistecircncia aacutes geadas e a proporccedilatildeo de
aacutecidos graxos poliinsaturados nas membranas dos vegetais
14 Por que os oacuteleos vegetais satildeo recomendados aqueles que
apresentam distuacuterbios cardiovasculares
15 Como se classificam os lipiacutedios
16 A margarina eacute boa substituta da manteiga quando se pretende
evitar os inconvenientes da gordura animal
17 Cite lipiacutedios desempenhando funccedilatildeo estrutural funccedilatildeo energeacutetica
e outra funccedilatildeo especiacutefica
18 Por que os aminoaacutecidos satildeo estruturas polares
19 Qual eacute o significado do pk de um grupo ionizaacutevel
20 Cite alguns aminoaacutecidos natildeo proteacuteicos
21 Cite um aminoaacutecido toacutexico onde eacute encontrado e qual o distuacuterbio
de sua ingestatildeo
22 O que eacute uma ligaccedilatildeo peptiacutedica e como pode ser rompida
23 O que vem a ser estrutura primaacuteria secundaacuteria e terciaacuteria de uma
proteiacutena e quais as ligaccedilotildees que as manteacutem
24 O que vem a ser desnaturaccedilatildeo de uma proteiacutena e quais os agentes
que efetuam tal desnaturaccedilatildeo
60
ENZIMAS
1 INTRODUCcedilAtildeO
Uma peculiaridade interessante da ceacutelula viva eacute a de permitir que em seu interior ocorram
reaccedilotildees complexas a uma velocidade razoaacutevel aacute temperatura do meio Tais reaccedilotildees natildeo
ocorreriam ou se processariam muito lentamente aquela temperatura se na ausecircncia da ceacutelula
Isso eacute possiacutevel devido a presenccedila de catalizadores bioloacutegicos as enzimas ou biocatalizadores
As enzimas satildeo proteiacutenas sintetizadas pela proacutepria ceacutelula que aceleram reaccedilotildees
termodinamicamente possiacuteveis natildeo alterando a constante de equiliacutebrio (k) e nem a variaccedilatildeo de
energia livre da reaccedilatildeo (G) Como catalizadores operam em concentraccedilotildees extremamente
baixas em relaccedilatildeo aacute quantidade de substrato transformada
Sendo uma proteiacutena a enzima perde a sua atividade cataliacutetica assim que desnaturada (a
enzima fica inativa) Outra propriedade das enzimas vem a ser a sua especificidade milhares
de diferentes enzimas ocorrem no interior da ceacutelula
2 MODALIDADE DE SE AUMENTAR A VELOCIDADE DE UMA
REACcedilAtildeO
21 Pelo Aumento da Temperatura o aumento de temperatura causa um aumento na energia
cineacutetica das moleacuteculas (Ec) tornando-as mais aptas a transpor a barreira energeacutetica
estabelecida pela energia de ativaccedilatildeo (Ea)
22 Pela Diminuiccedilatildeo da Energia de Ativaccedilatildeo A energia de ativaccedilatildeo eacute uma quantidade de
energia que deve ser fornecida aacutes moleacuteculas reagentes para atingir o estado excitado e se
iniciar a reaccedilatildeo Supotildee-se que as enzimas como os demais catalizadores diminuam a energia
de ativaccedilatildeo requerida para que a reaccedilatildeo ocorra
Hidroacutelise da ureacuteia
CO (NH2)2 + H2O __H+__ CO2 + 2 NH3 Ea= 24600 calmol
CO (NH2)2 + H2O _ureacutease CO2 + 2 NH3 Ea= 6800 calmol
Decomposiccedilatildeo da aacutegua oxidada
H2O2 __Fe + +__ H2O + 1 O2 Ea= 10100 calmol
2
H2O2 __catalase__ H2O + 1 02 Ea= 1700 calmol
2
61
3 EQUACcedilAtildeO DE MICHAELIS ndash MENTEN
No inicio da reaccedilatildeo (tempo zero) existe apenas enzima e substratoApoacutes um lapso de tempo
ocorre a formaccedilatildeo do complexo enzima-substrato e daiacute a dissociaccedilatildeo do mesmo para formar o
produto da reaccedilatildeo (P) Durante o transcurso da reaccedilatildeo o produto deve ser formado com uma
velocidade constante estando a reaccedilatildeo no seu estado de equiliacutebrio dinacircmico
Para que a velocidade de formaccedilatildeo de produto seja constante a concentraccedilatildeo do complexo
enzima-substrato (ES) igualmente deveraacute ser constante
Para que [ES] seja constante a velocidade de sua dissociaccedilatildeo (v2+v3)
Experimentalmente em laboratoacuterio podemos controlar a concentraccedilatildeo de substrato [S] e a
concentraccedilatildeo de enzima adicionada [E]
Seja portanto
[E] = concentraccedilatildeo de enzima adicionada
[S] = concentraccedilatildeo de substrato
[ES] = concentraccedilatildeo do complexo enzima-substrato no estado de equiliacutebrio dinacircmico
[E] = [ES] = concentraccedilatildeo de enzima livre
Sabemos que V1= V2+V3 (I) para que [ES] seja constante
V1 = K1 [E] ndash [ES][S]
V2 = K2 [ES]
V3-K3 [ES] = velocidade de formaccedilatildeo de produto = v (medida experimentalmente)
Substituindo em I
K1 [E] ndash [ES] [S] = K2 [ES] + K3 [ES]
K1 [E] [S] - K1 [ES] [S] = [ES] (K2 + K3)
Dividindo-se por K1
[E] [S] ndash [ES] [S] = [ES] K2 + K3
K1
K2 + K3 = Km (constante de Michaelis)
K1
[E] [S]ndash [ES] [S] = [ES] Km
[ES] Km + [ES] [S] = [E] [S]
[ES] (Km + [S]) = [E] [S]
[ES] = _[E] [S]_
Km + [S]
Multiplicando-se ambos os membros por K3 teremos
K3 [ES] = _K3 [E] [S]_
62
Km + [S]
Ora K3 [ES] = V (Velocidade de formaccedilatildeo de produto a qual eacute medida experimentalmente)
K3 [E] = Vm (Velocidade maacutexima de reaccedilatildeo quando toda enzima adicionada [E] estiver na
forma do complexo enzima-substrato bdquoES Nessa ocasiatildeo [ES] = [E] ou seja eacute a maacutexima
concentraccedilatildeo do complexo enzima-substrato que se pode conseguir)
Logo V = _Vm [S]_
Km + [S]
Esta eacute uma equaccedilatildeo de hipeacuterbole quadraacutetica que representa ou melhor que se ajusta bem ao
tipo de curva observada experimentalmente
Assim lim _Vm [S]_ = 00 (indeterminaccedilatildeo matemaacutetica)
S Km + [S] 00
Levantando-se indeterminaccedilatildeo (dividindo-se por [S])
Lim _____Vm_____ ____Vm____
_Km _+ __[S]__ = lim Vm
[S] [S] S 00 _Km_ + 1
[S]
Ou seja aacute medida que a concentraccedilatildeo de substrato tende para o infinito (00) a velocidade de
reaccedilatildeo tende para a velocidade maacutexima
Quando V= Vm teremos
2
Vm = __Vm [S]__
Km + [S]
2 [S] = Km + [S] ou Km = [S]
Donde se conclui que para uma velocidade de reaccedilatildeo igual metade da velocidade maacutexima
(_Vm_) a concentraccedilatildeo de substrato corresponde numericamente aacute constante de Michaelis
2
(Km) Concluiacutemos tambeacutem que Km eacute a concentraccedilatildeo de semi-saturaccedilatildeo dos siacutetios ativos da
enzima Portanto a constante de Michaelis pode ser bioquimicamente interpretada como
sendo
a concentraccedilatildeo de substrato que satura 50 dos siacutetios ativos da enzimas presentes
b Um valor cujo inverso mede a afinidade entre a enzima e o substrato
c Um valor muito proacuteximo da constante de dissociaccedilatildeo do complexo enzima-substrato
63
A velocidade maacutexima (Vm) eacute aquela atingida quando toda enzima (100) estiver na forma do
complexo enzima-substrato ou seja quando todos os siacutetios ativos possuiacuterem substrato alojado
em seu interior Dizendo que foi atingida a saturaccedilatildeo dos siacutetios ativos
RETIFICACcedilAtildeO DA HIPEacuteRBOLE = TRANSFORMACcedilAtildeO DE LINEWEAVER E BURK
Experimentalmente eacute muito mais simples trabalhar uma equaccedilatildeo de reta do que curva
hiperboacutelica Daiacute a retificaccedilatildeo da hipeacuterbole
V = _Vm [S]_
Km + [S]
Tornando-se o inverso
_1_ = _Km + [S]_
V Vm [S]
_1_ = ___Km___ + ___[S]___
V Vm [S] Vm [S]
_1_ = _Km_ _1_ + _1_ (I)
V Vm [S] Vm
_1_ = variaacutevel dependente
V
_1_ = variaacutevel independente
[S]
_Km_ = coeficiente angular
Vm
_1_ = coeficiente linear
Vm
Para _1_ = 0 teremos a intersecccedilatildeo no eixo de _1_
V [S]
_1_ = - _Km_ x0 + __1__ _1_ = __1__
Vm Vm Vm V Vm
Por intermeacutedio deste tipo de anaacutelise graacutefica determinamos experimentalmente os paracircmetros
Km para uma reaccedilatildeo enzimaacutetica
64
4 FATORES QUE AFETAM A VELOCIDADE DE UMA REACcedilAtildeO
ENZIMAacuteTICA
41 Efeito da Concentraccedilatildeo de Enzima
A velocidade maacutexima (Vm) eacute proporcional aacute concentraccedilatildeo de enzima [E] mas Km constante
que independe da concentraccedilatildeo de enzima
42 Efeito da Concentraccedilatildeo de Substrato foi estudado na equaccedilatildeo de Michaelis-Menten
43 Efeito da Concentraccedilatildeo Hidrogenioiocircnica (Ph) Em valores extremos de pH (maiores
que 10 e menores que 3) ocorre o efeito desnaturante do aacutecido ou da base sobre a enzima
igualmente o efeito da forccedila iocircnica elevada pode desnaturar a enzima
Jaacute em regiotildees proacuteximas ao pH oacutetimo pequenas alteraccedilotildees no pH acarretam alteraccedilotildees na
configuraccedilatildeo espacial dos siacutetios ativos facilitando ou dificultando a entrada do substrato no
mesmo
O pH no interior da ceacutelula estaacute ao redor da naturalidade (pH = 6 ou 7) sendo adequado para a
maioria das enzimas A ceacutelula regula o metabolismo exercendo um controle sobre o pH em
algumas regiotildees da ceacutelula Em algumas ocasiotildees as enzimas estatildeo adaptadas aacutes condiccedilotildees de
pH do meio nem sempre proacutexima aacute neutralidade
44 Efeito da Temperatura Sabe-se que a cada aumento de 10degC resulta numa duplicaccedilatildeo
da velocidade de uma reaccedilatildeo quiacutemica qualquer
Um aumento da temperatura aleacutem de aumentar a energia das moleacuteculas regentes promove a
termo-desnaturaccedilatildeo das enzimas tornando-as inativas Essa eacute a razatildeo existecircncia de uma
temperatura oacutetima onde a velocidade de reaccedilatildeo eacute maacutexima
65
A zero graus centiacutegrados podemos ter 100 das moleacuteculas enzimaacuteticas ativas aptas a
catalizarem a reaccedilatildeo mas as moleacuteculas possuem baixa energia cineacutetica e a reaccedilatildeo natildeo ocorre
Aumentando-se a temperatura aumenta-se a energia cineacutetica das moleacuteculas mas igualmente
aumenta-se proporccedilatildeo de enzimas desnaturada (inativa) Geralmente acima de 50C a
velocidade de reaccedilatildeo eacute nula pois que a despeito da elevada energia cineacutetica das moleacuteculas
reagentes todas as enzimas jaacute sofrem termodesnaturaccedilatildeo
Algumas enzimas satildeo particularmente resistentes aacute elevadas temperaturas como a
polifenoloxidase que manifesta atividade cataliacutetica mesmo a 80degC
45 Efeito de Inibidores Inibidores satildeo substacircncias da mais variada natureza quiacutemica que
penetram no siacutetio ativo das enzimas prejudicando a accedilatildeo da cataacutelise Tais substacircncias satildeo
geralmente estranhas ao metabolismo celular Dependendo do mecanismo de accedilatildeo eles podem
ser considerados inibidores competitivos ou inibidores natildeo competitivos
451 Inibidores Competitivos Tais inibidores apresentam semelhanccedila estrutural com o
substrato ocupando o siacutetio ativo sem sofrerem transformaccedilotildees Como exemplo desse tipo de
inibiccedilatildeo temos o aacutecido malocircnico inibindo a desidrogenase succiacutenica (enzima do ciclo de
Klebs) cuja cineacutetica de inibiccedilatildeo apresenta as seguintes caracteriacutesticas
A cineacutetica dessa inibiccedilatildeo demonstra que Vm eacute atingida mesmo na presenccedila do inibidor mas
Km eacute aumentada Concluiacutemos que o inibidor eacute deslocado do siacutetio ativo mediante aumento na
concentraccedilatildeo de substrato Tal tipo de inibiccedilatildeo eacute reversiacutevel
452 Inibidores natildeo Competitivos Esses inibidores se ligam de maneira irreversiacutevel no siacutetio
ativo mediante ligaccedilatildeo covalente natildeo sendo deslocados mediante aumento na concentraccedilatildeo
de substrato Tais conclusotildees satildeo obtidas da cineacutetica de inibiccedilatildeo que apresenta as seguintes
caracteriacutesticas
O fluoracetato (FCH2-COOH) encontrado em certas plantas toacutexicas do gecircnero Policourea os
metais pesados (Hg Pb Cd etc) o gaacutes de guerra (ou gaacutes dos nervos ou Lewisita) assim como
os inseticidas organo-fosforado satildeo potentes inibidores da acetil-colinesterase e de outras
66
enzimas que apresentam o grupo sulfidrila (-SH) no siacutetio ativo Tais inibidores se ligam de
maneira irreversiacutevel com a sulfidrila do siacutetio ativo
46 Efetores Alosteacutericos Satildeo substacircncias consideradas metaboacutelitos normais da ceacutelula que as
alojam no siacutetio alosteacuterico de algumas enzimas (que recebem a denominaccedilatildeo de enzima
alosteacutericas ou reguladoras) O efetor alosteacutetico entrando no siacutetio alosteacuterico causa uma
alteraccedilatildeo na conformaccedilatildeo espacial do siacutetio ativo podendo facilitar ou dificultar a entrada do
substrato no siacutetio ativo O seu efeito portanto eacute de acelerar ou retardar a velocidade de uma
reaccedilatildeo e o efetor eacute qualificado de positivo ou negativo respectivamente
A alosteria se constitui num mecanismo para a ceacutelula acelerar ou retardar a velocidade das
reaccedilotildees enzimaacuteticas com o propoacutesito de se controlar o metabolismo
Aumentando-se a concentraccedilatildeo do efetor alosteacuterico positivo aumenta-se a velocidade de
reaccedilatildeo
Aumentando-se a concentraccedilatildeo do efetor alosteacuterico negativo diminuiu-se a velocidade de
reaccedilatildeo
Um dentre os inuacutemeros exemplos de alosteria eacute o controle na arginina a partir de aacutecido
aspaacutertico
Tal mecanismo tambeacutem eacute denominado de retroinibiccedilatildeo inibiccedilatildeo pelo produto fina ou ldquofeed-
backrdquo Tem por objetivo evitar que o aacutecido aspaacutertico seja consumido desnecessariamente
(quando a siacutentese proteacuteica jaacute natildeo eacute necessaacuteria) visto que o mesmo tambeacutem eacute usado na siacutentese
de outros constituintes celulares
47 Cofatores Enzimaacuteticos Satildeo compostos da mais variada natureza quiacutemica que auxiliam a
cataacutelise Se subdividem em
a grupo prosteacutetico estrutura natildeo protecircica ligada covalentemente aacute proteiacutena enzimaacutetica
FMN = flavina-mononucleotiacutedio
FAD = flavina-adenina dinucleotiacutedio
67
A flavina eacute derivada da riboflavina (vitamina B2)
b coenzimas Satildeo estruturas natildeo proteacuteicas que natildeo estatildeo ligadas aacutes proteiacutenas enzimaacuteticas
NAD+ = nicotinamida-adenina-dinucleotiacutedio ou
DPN+ = difosforidina nucleotiacutedio
NADP+ = nicotinamida-adenina-dinucleotiacutedio fosfato ou
TPN+ = trifosfopiridina nucleotiacutedio
TPP = tiamina pirosfofato (vitamina B1)
Piridoxal fosfato (vitamina B6)
c Iocircnios ativadores muitas enzimas requerem ions para manifestar atividade cataliacutetica
Os mais frequumlentes satildeo Cl- K
+ Ca
++ Mg
++ Zn
++ Cu
++ Feacute
++ Mn
++ etc
As necessidades de algumas vitaminas (especialmente do complexo B) e sais minerais podem
ser explicadas em algumas situaccedilotildees pela funccedilatildeo dessas substacircncias de atuarem como
cofatores enzimaacuteticos
Exemplos de reaccedilotildees enzimaacuteticas com participaccedilatildeo de grupo prosteacutetico e coezima
respectivamente
O aacutecido succiacutenico se oxidou a aacutecido fumaacuterico para tal perdeu 2 eleacutetrons (e-) e 2 proacutetons (H
+)
O FAD recebeu os 2 e- e os 2 H
+ se reduzindo a FADH2
O aacutecido recebe 2H+ e 2 eleacutetrons provenientes do NAD
+ cedendo os H
+ e eleacutetrons
68
ENERGEacuteTICA BIOQUIacuteMICA
1 CICLO ENERGEacuteTICO CELULAR
Parte da energia quiacutemica liberada nos processos cataboacutelicos eacute utilizada para a siacutentese se ATP
(adenosina-trifosfato) O ATP eacuteposteriormente empregado na realizaccedilatildeo de trabalhos
fisioloacutegicos (excreccedilatildeo contraccedilatildeo muscular transporte ativo etc) e para atividades de
biossiacutentese de constituintes celulares (anabolismo)
2 CONCEITO DE ENERGIA LIVRE DE UMA REACcedilAtildeO
Seja uma reaccedilatildeo quiacutemica qualquer A B Os conteuacutedos de energia de A e B natildeo podem ser
medidos de modo absoluto mas eacute possiacutevel medir a variaccedilatildeo de energia quando A se
transforma em B
G = EB - EA
quando EA EB G eacute negativa e a reaccedilatildeo eacute exergocircnica
quando EBgt EA G eacute positiva e a reaccedilatildeo eacute endergocircnia
As reaccedilotildees espontacircneas satildeo espontacircneas satildeo exergocircnicas mas o valor de G natildeo se relaciona
com a velocidade de reaccedilatildeo a qual eacute funccedilatildeo da energia de ativaccedilatildeo (Ea)
Energia de ativaccedilatildeo eacute uma quantidade de energia necessaacuteria para que os reagentes adquiram o
estado excitado para que a reaccedilatildeo ocorra
Considere-se combustatildeo da glicose
C6-H2O6 + 6026C02 + 6H02 G= -686000 calmol
Numa reaccedilatildeo exergocircnica a variaccedilatildeo de energia livre eacute a quantidade maacutexima de energia que se
torna disponiacutevel a com a qual se pode realizar trabalho
69
A rigor H = G + TS ou G = H -TS onde
H= variaccedilatildeo de energia entalpia (variaccedilatildeo caloacuterica quando a reaccedilatildeo se processa sob pressatildeo
constante)
G= variaccedilatildeo de energia livre (utilizada para realizar trabalhos)
S= variaccedilatildeo de entropia (mede o grau de desordem de um sistema)
Os processos fiacutesicos e quiacutemicos se conduzem no sentido de se aumentar a entropia
Numa reaccedilatildeo em que A B podemos derivar a seguinte expressatildeo
G= G0 + RT1n B
A
onde G0 eacute a variaccedilatildeo de energia livre padratildeo R eacute a constante universal dos gases (1987
calmolgrau) T eacute a temperatura absoluta e B e A satildeo as concentraccedilotildees em molaridade
Para uma condiccedilatildeo de equiliacutebrio quiacutemico natildeo haacute conversatildeo liacutequida de A em B e portanto
G=O Igualmente a relaccedilatildeo B A corresponderaacute a constante de equiliacutebrio Keq Teremos
entatildeo
O=Go + RT 1n Keq
Go=-RT 1n Keq
Para uma condiccedilatildeo de 25oC portanto T= 273+25=2980K teremos
G0=-1987X298X1n Keq
Go= -1987x298x2303 log Keq=-1363 log Keq
A tabela abaixo relaciona Segundo a equaccedilatildeo acima a Keq com o correspondente valor de
Go
Relaccedilatildeo entre Keq e G0
Keq log1 0Keq G0= -1363 log1 0Keq (cal)
0001 -3 4089
001 -2 2726
01 -1 1363
10 0 0
10 1 -1363
100 2 -2726
1000 3 4089
Para uma situaccedilatildeo em que A=B = 1M temos
G=G0 + RT 1n 1
G=G0
70
ou seja G0 pode ser definida como a variaccedilatildeo de energia livre quando reagentes e produtos
estatildeo presentes em concentraccedilotildees unitaacuterias ou seja no ldquoestado padratildeordquo se H+ satildeo produzidos
ou utilizados na reaccedilatildeo a sua concentraccedilatildeo deve ser considerada 1M ou pH=O Como na ceacutelula
as reaccedilotildees natildeo ocorrem em pH=O mas sim ao redor de pH=70 o valor deGo eacute corrigido
para Go se a reaccedilatildeo em questatildeo envolver H+
Alguns metaboacutelitos e a variaccedilatildeo de energia livre de sua hidroacutelise satildeo apresentados na tabela
abaixo
____ Composto Goacute a pH 70 (calmol)___
fosfoenol piruvato -12800
13-difosfoglicerato -11800
ATP -8000
glicose-1-fosfato -5000
frutose-1-fosfato -3800
glicose-1-fosfato -3300
____________________________________________________
3 COMPOSTOS RICOS EM ENERGIA
Vem a ser qualquer composto que por hidroacutelise libere mais que 7000 calmol ou seja que
apresente G menor que ndash7000 calmol Entre tais compostos podemos identificar as
seguintes caracteriacutesticas
b compostos pirofosfatados (anidridos de aacutecido fosfoacuterico)
A repulsatildeo entre os aacutetomos de fosfoacuterico polarizados positivamente causa uma instabilidade
na moleacutecula que eacute aliviada pela hidroacutelise A hidroacutelise do primeiro radical fosfato eacute
acompanhada da liberaccedilatildeo de 8000 calmol
Estrutura do ATP
71
The Nature of ATP
Adenosine triphosphate (ATP) the energy currency or coin of the cell transfers
energy from chemical bonds to endergonic (energy absorbing) reactions within the
cell Structurally ATP consists of the adenine nucleotide (ribose sugar adenine
base and phosphate group PO4-2) plus two other phosphate groups
A 2-D stick view of the structure of ATP The above drawing of ATP is from EcoCyc at
httphapunaaisricom1555new-imagetype=COMPOUND-IN-PATHWAYampobject=ATP
A cartoon and space-filling view of ATP Image from Purves et al Life The Science of
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Energy is stored in the covalent bonds between phosphates with the greatest
amount of energy (approximately 7 kcalmole) in the bond between the second and
third phosphate groups This covalent bond is known as a pyrophosphate bond
We can write the chemical reaction for the formation of ATP as
a) in chemicalese ADP + Pi + energy ----gt ATP
b) in English Adenosine diphosphate + inorganic Phosphate + energy produces Adenosine
Triphosphate
The chemical formula for the expenditurerelease of ATP energy can be written as
a) in chemicalese ATP ----gt ADP + energy + Pi
72
b) in English Adenosine Triphosphate produces Adenosine diphosphate + energy + inorganic
Phosphate
An analogy between ATP and rechargeable batteries is appropriate The batteries
are used giving up their potential energy until it has all been converted into kinetic
energy and heatunusable energy Recharged batteries (into which energy has been
put) can be used only after the input of additional energy Thus ATP is the higher
energy form (the recharged battery) while ADP is the lower energy form (the used
battery) When the terminal (third) phosphate is cut loose ATP becomes ADP
(Adenosine diphosphate di= two) and the stored energy is released for some
biological process to utilize The input of additional energy (plus a phosphate
group) recharges ADP into ATP (as in my analogy the spent batteries are
recharged by the input of additional energy)
How to Make ATP | Back to Top
Two processes convert ADP into ATP 1) substrate-level phosphorylation and 2)
chemiosmosis Substrate-level phosphorylation occurs in the cytoplasm when an
enzyme attaches a third phosphate to the ADP (both ADP and the phosphates are
the substrates on which the enzyme acts)
73
Enzymes and the formation of NADH and ATP Images from Purves et al Life The
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Chemiosmosis involves more than the single enzyme of substrate-level
phosphorylation Enzymes in chemiosmotic synthesis are arranged in an electron
transport chain that is embedded in a membrane In eukaryotes this membrane is in
either the chloroplast or mitochondrion According to the chemiosmosis hypothesis
proposed by Peter Mitchell in 1961 a special ATP-synthesizing enzyme is also
located in the membranes Mitchell would later win the Nobel Prize for his work
74
75
A typical representation of an electron transport chain Images from Purves et al Life
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During chemiosmosis in eukaryotes H+ ions are pumped across an organelle
membrane into a confined space (bounded by membranes) that contains numerous
hydrogen ions The energy for the pumping comes from the coupled oxidation-
reduction reactions in the electron transport chain Electrons are passed from one
membrane-bound enzyme to another losing some energy with each tansfer (as per
the second law of thermodynamics) This lost energy allows for the pumping of
hydrogen ions against the concentration gradient (there are fewer hydrogen ions
outside the confined space than there are inside the confined space) The confined
hydrogens cannot pass back through the membrane Their only exit is through the
ATP synthesizing enzyme that is located in the confining membrane As the
hydrogen passes through the ATP synthesizing enzyme energy from the enzyme is
used to attach a third phosphate to ADP converting it to ATP
76
A generalized view of an electron transport system Image from Purves et al Life The
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Usually the terminal phosphate is not simply removed but instead is attached to
another molecule This process is known as phosphorylation
W + ATP -----gt W~P + ADP where W is any compound for example
glucose + ATP -----gt glucose~P + ADP
Glucose can be converted into Glucose-6-phosphate by the addition of the
phosphate group from ATP
ATP serves as the biological energy company releasing energy for both anabolic
and catabolic processes and being recharged by energy generated from other
catabolic reactions
Learning Objectives | Back to Top
These learning objectives are taken from my Biology for Nonmajors class (BIO
102) I have tried to add a link to each that will direct you to a part of this chapter or
another website that will facilitate your completion of the objective
1 Describe the components organization and functions of an electron transport
system
2 ATP is composed of ribose a five-carbon sugar three phosphate groups and
adenine a nitrogen-containing compound (also known as a nitrogenous
77
base) What class of organic macromolecules is composed of monomers
similar to ATP
3 ATP directly or indirectly delivers energy to almost all metabolic pathways
Explain the functioning of the ATPADP cycle
4 Adding a phosphate to a molecule is called phosphorylation What two
methods do cells use to phosphorylate ADP into ATP
httpwwwemcmaricopaedufacultyfarabeeBIOBKBioBookATPhtml
Hidroacutelise dos nucleotiacutedios de adenosina
ATP + H2O ADP + H3PO4 (Pi) G = -8000 calmol
ADP + H2O AMP + Pi G = -6500 calmol
AMP + H2O Adenosina + Pi G = -2200 calmol
c acil fosfato como no caso do 13-difosfoglicerato aleacutem da repulsatildeo entre foacutesforo e
carbono positivamente polarizados pode-se mencionar a tendecircncia dos produtos da
reaccedilatildeo de se dissociarem deslocando o equiliacutebrio favorecendo a hidroacutelise
d Tioeacutester o enxofre impede a possibilidade de ressonacircncia aumentando a tendecircncia de
hidroacutelise
e Fosfatos enoacutelicos eacute o caso da hidroacutelise do fosfoenolpiruvato (PEP) com formaccedilatildeo de
um enol instaacutevel que instantaneamente tautomeriza na forma certo mais estaacutevel
f Fosfatos guanidiacutenicos fosfocreatina e fosfoarginina nos quais os produtos da
hidroacutelise apresentam um maior nuacutemero de formas de ressonacircncia
78
4 G EM REACcedilOtildeES DE OacuteXIDO-REDUCcedilAtildeO
As reaccedilotildees com transferecircncia de eleacutetrons satildeo denominadas de oacutexido-reduccedilatildeo A tendecircncia de
um composto em fornecer eleacutetrons eacute quantificada pelo potencial de reduccedilatildeo (Eo) expresso em
volts tornando-se como referecircncia o H2 (com Eo = OV a pH=O) O valor do potencial de
reduccedilatildeo corrigindo para pH 70 seria E‟o=-0420 V Em relaccedilatildeo a este valor padratildeo eacute possiacutevel
determinar o potencial determinar o potencial de reduccedilatildeo de qualquer composto capaz de se
oxidar ou se reduzir com referecircncia ao hidrogecircnio Quanto maior o potencial de reduccedilatildeo maior
eacute a tendecircncia do composto em aceitar eleacutetrons reduzindo-se portanto sendo tais compostos
bons agentes oxidantes Por outro lado os compostos com baixo potencial de reduccedilatildeo satildeo
bons agentes redutores
A tabela a seguir mostra o potencial de reduccedilatildeo de algumas reaccedilotildees de importacircncia bioloacutegicas
Potenciais de reduccedilatildeo de alguns hemi - reaccedilatildeo redox de importacircncia bioloacutegica
Hemi ndash reaccedilatildeo (escrita com uma reduccedilatildeo) E‟0 em Ph 70 (V)
1 +2H + 2e
- H2O 082
2
Fe3 +
+ 1e Fe2+
077
Citocromo a-Fe3+
1e- Citocromo a-Fe
2+ 029
Citocromo c-Fe3 + + 1e
- Citocromo c-Fe
2+ 025
Ubiquinona + 2H + + 2e
- Ubiquinona 010
Aacutecido deidroascoacuterbico + 2H+ + 2e
- Aacutecido ascoacuterbico 006
Glutation oxidado + 2H + + 2e
- 2 Glutation reduzido 004
Fumarato + 2H + + 2e
- Succinato 003
Citocromo b-Fe3 +
+ 1e- Citocromo b-Fe
2 + -004
Oxalacetato +2H + + 2e
- Malato -010
Enzima amarela + 2H + +2e
- Enzima amarela reduzida -012
Acetaldeido + 2H + + 2e
- Etanol -016
Piruvato + 2H + + 2e
- Lactato -019
Riboflavina + 2H + + 2e
- Riboflavina ndash H2 -020
Aacutecido13-difosfogliceacuterico + 2H + +2e
- Gliceraldeido ndash 3 ndash fosfato + Pi -029
NAD + + 2H
+ +2e
- NADH + H
+ -032
Acetil ndash CoA + 2H + +2e
- Acetaldeido + CoA ndash SH -041
H + +1e
- 1 H
2 -042
2
Ferredoxina ndash Fe3 + + 1e
- Ferredoxina ndash Fe
2+ -043
Acetato + 2H + + 2e
- Acetaldeido + H2O -047
Para uma reaccedilatildeo de oacutexido ndash reduccedilatildeo podemos deduzir
G= - nFE‟O‟
79
onde n= ndeg de eleacutetrons transferidos na reaccedilatildeo
F= constante de Faraday = 23063 calvolt Equiv
E‟O= diferenccedila entre os potenciais de reduccedilatildeo do agente oxidante e agentes redutor
Consideremos a reduccedilatildeo do acetaldeido a etanol uacuteltima reaccedilatildeo da fermentaccedilatildeo alcooacutelica cujo
agente redutor eacute o NADH+H+
CHO CH2OH
+ NADH+H+
CH3 CH3 + NAD+
Acetaldeido etanol
E‟O= potencial de reduccedilatildeo do acetaldeido (agente oxidante)- potencial de reduccedilatildeo do
NADH+H+ (agente redutor)
E‟O= -0163 ndash (-0320) = + 0157 volts
Portanto
G= -nFE‟o
G= -2 x 23063 x 0157 = -7240 calmol
REACcedilAtildeO ACOPLADAS
O ATP ocupa uma posiccedilatildeo intermediaacuteria entre os diversos metaboacutelitos considerados existindo
compostos que aprisionam energia com maior eficiecircncia Essa posiccedilatildeo intermediaacuteria responde
pela grande importacircncia do APT visto que o mesmo pode ser formado quando da hidroacutelise de
um metaboacutelito com G menor que ndash8000 calmol Igualmente o ATP pode fornecer energia
para fosforilar a glicose durante o catabolismo da mesma
80
METABOLISMO
CELLULAR METABOLISM AND FERMENTATION
Glycolysis the Universal Process
Nine reactions each catalyzed by a specific enzyme makeup the process we call
glycolysis ALL organisms have glycolysis occurring in their cytoplasm
At steps 1 and 3 ATP is converted into ADP inputting energy into the reaction as
well as attaching a phosphate to the glucose At steps 6 and 9 ADP is converted into
the higher energy ATP At step 5 NAD+ is converted into NADH + H+
The process works on glucose a 6-C until step 4 splits the 6-C into two 3-C
compounds Glyceraldehyde phosphate (GAP also known as
phosphoglyceraldehyde PGAL) is the more readily used of the two
Dihydroxyacetone phosphate can be converted into GAP by the enzyme Isomerase
The end of the glycolysis process yields two pyruvic acid (3-C) molecules and a
net gain of 2 ATP and two NADH per glucose
Graphic summary of the glycolysis process Image from Purves et al Life The Science
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Anaerobic Pathways | Back to Top
Under anaerobic conditions the absence of oxygen pyruvic acid can be routed by
the organism into one of three pathways lactic acid fermentation alcohol
fermentation or cellular (anaerobic) respiration Humans cannot ferment alcohol in
81
their own bodies we lack the genetic information to do so These biochemical
pathways with their myriad reactions catalyzed by reaction-specific enzymes all
under genetic control are extremely complex We will only skim the surface at this
time and in this course
Alcohol fermentation is the formation of alcohol from sugar Yeast when under
anaerobic conditions convert glucose to pyruvic acid via the glycolysis pathways
then go one step farther converting pyruvic acid into ethanol a C-2 compound
Fermentation of ethanol Image from Purves et al Life The Science of Biology 4th
Edition by Sinauer Associates (wwwsinauercom) and WH Freeman (wwwwhfreemancom)
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Many organisms will also ferment pyruvic acid into other chemicals such as lactic
acid Humans ferment lactic acid in muscles where oxygen becomes depleted
resulting in localized anaerobic conditions This lactic acid causes the muscle
stiffness couch-potatoes feel after beginning exercise programs The stiffness goes
away after a few days since the cessation of strenuous activity allows aerobic
conditions to return to the muscle and the lactic acid can be converted into ATP via
the normal aerobic respiration pathways
82
Fermentation of lactate (lactic acid) Image from Purves et al Life The Science of
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Aerobic Respiration | Back to Top
When oxygen is present (aerobic conditions) most organisms will undergo two
more steps Krebs Cycle and Electron Transport to produce their ATP In
eukaryotes these processes occur in the mitochondria while in prokaryotes they
occur in the cytoplasm
83
Overview of the cellular respiration processes Image from Purves et al Life The
Science of Biology 4th Edition by Sinauer Associates (wwwsinauercom) and WH Freeman
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Acetyl Co-A The Transition Reaction
Pyruvic acid is first altered in the transition reaction by removal of a carbon and two
oxygens (which form carbon dioxide) When the carbon dioxide is removed energy
is given off and NAD+ is converted into the higher energy form NADH Coenzyme
A attaches to the remaining 2-C (acetyl) unit forming acetyl Co-A This process is
a prelude to the Krebs Cycle
Krebs Cycle (aka Citric Acid Cycle)
The Acetyl Co-A (2-C) is attached to a 4-C chemical (oxaloacetic acid) The Co-A
is released and returns to await another pyruvic acid The 2-C and 4-C make another
chemical known as Citric acid a 6-C Krebs Cycle is also known as the Citric Acid
Cycle The process after Citric Acid is essentially removing carbon dioxide getting
out energy in the form of ATP GTP NADH and FADH2 and lastly regenerating
the cycle Between Isocitric Acid and -Ketoglutaric Acid carbon dioxide is given
off and NAD+ is converted into NADH Between -Ketoglutaric Acid and Succinic
Acid the release of carbon dioxide and reduction of NAD+ into NADH happens
again resulting in a 4-C chemical succinic acid GTP (Guanine Triphosphate
which transfers its energy to ATP) is also formed here (GTP is formed by attaching
a phosphate to GDP)
The remaining energy carrier-generating steps involve the shifting of atomic
arrangements within the 4-C molecules Between Succinic Acid and Fumaric Acid
the molecular shifting releases not enough energy to make ATP or NADH outright
but instead this energy is captured by a new energy carrier Flavin adenine
dinucleotide (FAD) FAD is reduced by the addition of two Hs to become FADH2
FADH2 is not as rich an energy carrier as NADH yielding less ATP than the latter
The last step between Malic Acid and Oxaloacetic Acid reforms OA to complete
the cycle Energy is given off and trapped by the reduction of NAD+ to NADH The
carbon dioxide released by cells is generated by the Krebs Cycle as are the energy
carriers (NADH and FADH2) which play a role in the next step
84
Summary of the Krebs (or citric acid) cycle Image from Purves et al Life The Science
of Biology 4th Edition by Sinauer Associates (wwwsinauercom) and WH Freeman
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Electron Transport Phosphorylation
Whereas Krebs Cycle occurs in the matrix of the mitochondrion the Electron
Transport System (ETS) chemicals are embedded in the membranes known as the
cristae Krebs cycle completely oxidized the carbons in the pyruvic acids
producing a small amount of ATP and reducing NAD and FAD into higher energy
forms In the ETS those higher energy forms are cashed in producing ATP
Cytochromes are molecules that pass the hot potatoes (electrons) along the ETS
chain Energy released by the downhill passage of electrons is captured as ATP
by ADP molecules The ADP is reduced by the gain of electrons ATP formed in
this way is made by the process of oxidative phosphorylation The mechanism for
the oxidative phosphorylation process is the gradient of H+ ions discovered across
the inner mitochondrial membrane This mechanism is known as chemiosmotic
coupling This involves both chemical and transport processes Drops in the
potential energy of electrons moving down the ETS chain occur at three points
These points turn out to be where ADP + P are converted into ATP Potential
energy is captured by ADP and stored in the pyrophosphate bond NADH enters the
ETS chain at the beginning yielding 3 ATP per NADH FADH2 enters at Co-Q
producing only 2 ATP per FADH2
85
Electron transport system Images from Purves et al Life The Science of Biology 4th
Edition by Sinauer Associates (wwwsinauercom) and WH Freeman (wwwwhfreemancom)
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86
Catabolism and Anabolism
The above image is from httpwwwbiosciugaedualmanacbio_104notesjun_4html
REFERENCES
Biology Project Metabolism Problem Set (University of Arizona) Questions and
answers along with tutorials about metaboilism an excellent site
DIY Glycolysis (Leeds University UK) An excellent tutorial on the molecular shifts
needed to perform glycolysis
Introduction to Glycolysis (Leeds University UK) An introduction for those less
chemically skewed perhaps a nioce start before tackling DIY Glycolysis (also be the
same folks)
Step-by-Step Glycolysis (Leeds University UK) Browse fact sheets as well as view
short animations
Glycolysis (OUMA Graphics)
EcoCyc Glycolysis Pathway EcoCyc an electronic encyclopedia of E coli genes and
metabolism provides an interactive diagram of the glycolysis pathway
87
EcoCyc Fermentation Pathway EcoCyc an electronic encyclopedia of E coli genes
and metabolism provides an interactive diagram of alcohol (ethanolk) fermentation
Reconstructions of Metabolism Reconstructed metabolic pathways for bactreria
humans and other critters
Glycolysis Main Page You will need the Chime plugin to view interactive rotating
images of the molecules in the Glycolysis pathway VERY cool
TCA Cycle Main Page Similar to the above images and informastion about Krebs
Cycle
88
METABOLISMO DE CARBOIDRATOS
RESPIRACcedilAtildeO ANAEROBICA E AEROBICA
GLICOacuteLISE
1 CONCEITO
Eacute a degradaccedilatildeo anaeroacutebica dos carboidratos mediante uma sequumlecircncia de reaccedilotildees catalisadas
enzimaacuteticamente Eacute de ocorrecircncia generalizada entre os organismos vivos (animais e vegetais)
e ocorre predominantemente no citoplasma celular de tecidos que desempenham qualquer
atividade fisioloacutegica ou biossiacutentese ou seja onde houver demanda de energia (ATP)
A glicoacutelise tem por finalidade pois a raacutepida produccedilatildeo de energia (ATP) em condiccedilotildees de
anaerobiose bem ocorreraacute na mitococircndria
2 SEQUEcircNCIA DE REACcedilOtildeES
Substrato Iniciais
Quando a degradaccedilatildeo anaeroacutebica do carboidrato eacute efetuada por microorganismo o processo eacute
denominado de fermentaccedilatildeoAssim a produccedilatildeo de aacutecido laacutetico a partir de carboidrato pela
bcteacuteria Lactobacillus sp Saccharomyces sp
O tempo glicoacutelise embora geneacuterico eacute usado para denominar a degradaccedilatildeo anaeroacutebica dos
carboidratos ateacute aacutecido laacutetico efetuada pelos demais organismos como aquela processada pelos
tecidos musculares
89
GLICOacuteLISE
3 BALANCcedilO DE COEZIMAS
O processo eacute anaeroacutebico natildeo oxidativo portanto o que pode ser observado pela constacircncia do
nuacutemero de oxidaccedilatildeo do aacutetomo de carbono
Tanto a glicose (substrato inicial) como o aacutecido laacutetico igual a zero natildeo havendo oxidaccedilatildeo e
nem reduccedilatildeo nessa transformaccedilatildeo Jaacute na produccedilatildeo de etanol e CO2 observamos que uma
porccedilatildeo da moleacutecula de glicose correspondente a 4 aacutetomos de carbono sofre reduccedilatildeo
originando 2 moleacuteculas de etanol A outra porccedilatildeo (com 2 aacutetomos restantes) eacute oxidada ateacute gaacutes
carbocircnico O que ocorre entatildeo na fermentaccedilatildeo alcooacutelica eacute uma ruptura da moleacutecula de glicose
sendo que uma porccedilatildeo se reduz (recebendo 8 eleacutetrons) aacutes custas de outra que se oxida ateacute CO2
(cedendo 8 eleacutetrons) sem a necessidade de doadores ou receptores externos de eleacutetrons
As reaccedilotildees de oacutexido-reduccedilatildeo da glicoacutelise (catalisadas pelas desidrogenases de gliceraldeiacutedo-3-
fosfato e alcooacutelica ou laacutetica) utilizam-se do NAD+ ou NADH+H+ (nicotinamida-adenina-
dinucleotiacutedio) com a transferecircncia de 2 eleacutetrons
Na sequumlecircncia glicoliacutetica temos uma reaccedilatildeo em que o substrato eacute oxidado perdendo 2 eleacutetrons
(reaccedilatildeo catalisada pela desidrogenase de gliceraldeiacutedo-3-fosfato) e posteriormente ocorre uma
reduccedilatildeo de igual intensidade (recebimento de 2 eleacutetrons) para a formaccedilatildeo do aacutecido laacutetico (pela
desidrogenase laacutetica) ou para a formaccedilatildeo de etanol (pela desidrogenase alcooacutelica ) No
computo geral portanto o carbono Daiacute o processo ser anaeroacutebico isto eacute natildeo sendo oxidativo
natildeo exigiria a participaccedilatildeo do oxigecircnio (O2) como agente oxidante
4 RENDIMENTO ENERGEacuteTICO EM ANAEROBIOSE
Consideramos a degradaccedilatildeo anaeroacutebica processada pelas ceacutelulas do tecido muscular quando
transforma glicose em aacutecido laacutetico
C6H12O6 2C3H6O3 G = -47000calmol
ATP + H2O ADP +Pi G = -8000 calmol
Ndeg de ATP gastos 1 ATPglicose (pela hexoquinase)
1 ATP glicose (pela fosfofrutoquinase)
2 ATPglicose
90
ndeg de ATP formados 2 APTglicose (pela fosfogliceroquinase
2 ATPglicose (pela quinase piruacutevica)
3 ATPglicose
Ndeg de ATP liacutequido formado 4 ndash 2 = 2 ATPglicose
Caacutelculo de rendimento (R)
47000 ______ 100
2 X 8000____R
R = 100 X 2 X 8000 = 34
47000
O rendimento energeacutetico vem a ser o percentual da energia colocada em disponibilidade que eacute
utilizada para a siacutentese de ATP A energia restante eacute dissipada na forma de calor aquecendo o
meio onde se processa a reaccedilatildeo
100 47000 calorias (energia colocada em disponibilidade)
34 16000 calorias (energia utilizada para a siacutentese de ATP)
66 31000 calorias (energia dissipada como calor)
PROBLEMA Calcular o rendimento energeacutetico quando da degradaccedilatildeo anaeroacutebica do
glicogecircnio pela ceacutelula muscular Dados
(C6H1206)n (C6H1206) n-1 + 2C3H6O3 G = -52000 calmol
ATP ADP + Pi G = -8000 calmol
Ndeg de ATP gastos 1 ATPresiacuteduo de glicose (pela fosfofrutoquinase)
Ndeg de ATP formados 2 ATPresiacuteduo de glicose (pela fosfogliceroquinase)
2 ATPresiacuteduo de glicose (pela quinase piruacutevica)
4ATPresiacuteduo de glicose
ndeg de ATP formado = 4-1 = 3 ATPresiacuteduo de glicose do glicogecircnio
caacutelculo do rendimento (R)
100 _______ 52000 cal
R __________ 3 x 8000 cal
R = 100 x 3 x 8000 = 46
52000
O rendimento obtido pela ceacutelula quando degrada o glicogecircnio eacute maior que aquele obtido pela
degradaccedilatildeo de glicose Isto porque a fosforilase adiciona um radical fosfato aacute extremidade natildeo
redutora do glicogecircnio sem gastos de ATP (ver esquema da glicoacutelise - 1ordf reaccedilatildeo)
91
5 APLICACcedilOtildeES PRAacuteTICAS DA GLICOacuteLISE FERMENTACcedilAtildeO LAacuteTICA E
FERMENTACcedilAtildeO ALCOacuteOLICA
51 Produccedilatildeo de aacutelcool a partir de monossacariacutedios dissacariacutedios (especialmente
sacarose) e polissacariacutedios (amido de milho mandioca etc)
Quando se utiliza o amido como mateacuteria prima este deve inicialmente ser hidrolisado em
glicose ou maltose (num processo denominado sacarificaccedilatildeo do amido) accedilucares esses que
podem ser desdobrados pela levedura Saccharomyces sp A sacarificaccedilatildeo pode ser
a enzimaacutetica - amilase salivar (confecccedilatildeo do cauim pelos indiacutegenas)
- amilases de sementes em germinaccedilatildeo (malte para produccedilatildeo de whisky rum
etc
- amilases extrayacutedas de fungos e bacteacuterias
b tratamento quiacutemico (hidroacutelise cHCl)
- produccedilatildeo industrial de glicose de milho
52 Produccedilatildeo de Aacutecido Laacutetico com finalidade de conservaccedilatildeo de alimentos picles
ensilagem chucrutes iogurtes e coalhadas
53 Abate de Animais Descansados o que propicia uma carne de mais faacutecil conservaccedilatildeo
e mais macia (devido aacute formaccedilatildeo de lactato a partir do glicogecircnio muscular apoacutes o
abate)
METABOLISMO AEROacuteBICO
CICLO DE KREBS OU DOS AacuteCIDOS TRICARBOXIacuteLICOS
1 INTRODUCcedilAtildeO E ASPECTOS HISTOacuteRICOS
Fisiologistas observaram que muacutesculos estimulados a se contraiacuterem
acumulavam aacutecido laacutetico provenientes da glicoacutelise O acuacutemulo de aacutecido laacutetico o muacutesculo aacute
fadiga perdendo o mesmo a habilidade de contraccedilatildeo Tal habilidade poderia ser restaurada em
presenccedila de oxigecircnio molecular (aerobiose) quando entatildeo havia desaparecimento do aacutecido
laacutetico
Posteriormente demonstrou-se que homogeinados de muacutesculos eram capazes de catalisar a
oxidaccedilatildeo do lactato pelo O2 Isto demonstrava o processo como sendo de natureza enzimaacutetica
Outros aacutecidos podiam ser oxidados sendo piruvato citrato oxaloacetato fumarato malato os
mais rapidamente oxidados
Depois de elaborada a sequumlecircncia glicoliacutetica em muacutesculo e levedura observou-se que o
composto que era em suma oxidado ateacute CO2 vinha a ser o aacutecido piruacutevico como demonstrava
os experimentos de Gyorgi utilizando-se de homogeinados de muacutesculos de peito de pombo
Muitos pesquisadores contribuiacuteram para o entendimento do processo mas foi o bioquiacutemico
Inglecircs Sir Hans Krebs que em 1937 postulou um conjunto de reaccedilotildees de natureza ciacuteclica que
92
demonstrava a oxidaccedilatildeo do piruvato ateacute Co2 Devido aacute importacircncia de suas descobertas Krebs
recebeu em 1953 o Precircmio Nobel de Medicina
O ciclo de Krebs eacute de ocorrecircncia universal sendo encontrado em ceacutelulas animais e vegetais
tanto em organismos superiores como inferiores O equipamento enzimaacutetico responsaacutevel por
tais reaccedilotildees estaacute confinado na mitococircndria
2 SEQUEcircNCIA DE REACcedilOtildeES
3 IMPORTAcircNCIA ENERGEacuteTICA
Tal ciclo eacute de grande importacircncia na economia energeacutetica da ceacutelula visto que a energia
liberada no processo eacute enorme em relaccedilatildeo ao processo anaeroacutebico
100 C6H12O6 + 6O2 6CO2 + 6H2O G = -686000 calmol
7 C6H12O6 anaerobiose 2C3H6O3 G = -47000 calmol
93 C3H6O3 + 3O2 aerobiose 3CO2 + 3H2O G = -319500 calmol
Em anaerobiose apenas 7 (47000calmol) da energia contida na moleacutecula de glicose eacute
colocada em disponibilidade O restante dessa energia (93) contida no lactato eacute posta em
disponibilidade em condiccedilotildees de anaerobiose
4 INIBIDORES DO CICLO DE KREBS
41 Aacutecido Malocircnico Inibidor competitivo de desidrogenase succiacutenica Tal inibidor tem
semelhanccedila estrutural com o substrato natural (aacutecido succiacutenico) ocupando o siacutetio ativo da
enzima mas sendo desalojado mediante aumanto na concentraccedilatildeo de substrato Haacute acuacutemulo
de succiacutenato no sistema inibido Adicionando-se ao sistema fumarato malato ou
oxoloacetato haacute oxidaccedilatildeodo piruvato podendo ser adicionado em quantidades
estequiomeacutetricas equivalentes ao acetil ndash CoA a ser consumido A adiccedilatildeo de citrato isocitrato
ou - cetolglutarato natildeo permite a utilizaccedilatildeo do acetil-CoA pois que tais compostos estariam
aqueacutem da desidrogenase succiacutenica na sequumlecircncia ciacuteclica de reaccedilotildees Foi a utilizaccedilatildeodo aacutecido
malocircnico como inibidor que demonstrou o processo como sendo de natureza ciacuteclica
42 Fluoracetato (FCH2 ndash COOH) Certas plantas africanas e algumas encontradas no
Brasil especialmente do gecircnero Policourea possuem tal composto o qual se constitui no
principio toacutexico Tais plantas distantes dos centros consumidores
93
O fluoracetato aleacutem de inibir de maneira natildeo competitiva as enzimas dependentes de
sulfidrila (-SH) no siacutetio ativo (como a acetilcolinesterase) pode se transformar num inibidor
ativo (como de Krebs Para tal o fluoracetil ndash CoA Devido aacute falta de especificidade de
enzima de condensaccedilatildeo (1ordf enzima do Ciclo de Krebs) o potente inibidor da aconitase
acumulando-se aacutecido ciacutetrico no tecido envenenado
IICADEIA RESPIRATOacuteRIA
1 CONCEITO E FUNCcedilAtildeO
Vem a ser uma sequumlecircncia de reaccedilotildees de oacutexido ndash reduccedilatildeo em ordem estabelecida
segundo o potencial de reduccedilatildeo de seus componentes e que tem por finalidade transportar
para o oxigecircnio molecular (O2) os H+ e eleacutetrons das coenzimas reduzidas (NADH + H
+ e
FADH2)
Geradas no ciclo de Krebs Eacute tambeacutem chamada de cadeia de transporte de eleacutetrons
Durante esse transporte reaccedilotildees com ldquoqueda de potencial eletroquiacutemicordquo adequada
permitem a siacutentese de ATP a partir de ADP e Pi (foacutesforo inorgacircnico) pela chamada
ldquofosforilaccedilatildeo oxidativardquo A ldquoFosforilaccedilatildeo ao niacutevel de substratordquo se refere aacute siacutentese de ATP
em reaccedilotildees acopladas cuja energia eacute obtida da hidroacutelise de certas ligaccedilotildees ricas em energia
(como na glicoacutelise e no Ciclo de Krebs)
Na cadeia respiratoacuteria os eleacutetrons caminham a partir de um composto com baixo
potencial de reduccedilatildeo para outro com potencial de reduccedilatildeo maior isto eacute que tem maior
tendecircncia em aceitar esses eleacutetrons ocorrendo uma queda ldquocitocromosrdquo que satildeo
metaloproteiacutenas (ferroporfirinas) onde o aacutetomo de Feacute se oxida e se reduz transportando assim
os eleacutetrons
Feacute+3 + 1 e- ___reduccedilatildeo__
__oxidaccedilatildeo__
(oxidado) (reduzido)
O oxigecircnio molecular (O2) eacute o uacuteltimo aceptor dos eleacutetrons e H+ ocorrendo a biossiacutentese da
aacutegua Nesse processo formar-se 3 moles de ATP por mol NADH +H+ oxidado e 2 moles de
ATPmol de FADH2
3 VENENOS RESPIRATOacuteRIOS
Os citocromos especialmente o citocromo oxidase (ou ldquoa3rdquo) pode ter o seu aacutetomo de Feacute
complexado pelo CN- (cianeto) CO (monoacutexido de carbono) ou H2O (gaacutes sulfiacutedrico) o que
evita o mesmo de se oxidar ou se reduzir interrompendo assim o transporte de eleacutetrons Essa eacute
a razatildeo de tais compostos serem toacutexicos para plantas e animais ou seja organismos que
respirem possuidores portanto da cadeia respiratoacuteria O 24-DNP e a oligomicina promovem o
desacoplamento da fosforilaccedilatildeo oxidativa (consumo de O2 sem formaccedilatildeo de ATP)
94
4ESTRUTURA DA MITOCOcircNDRIA
Ela eacute considerada a casa de forccedila de uma ceacutelula Nela estatildeo contidas as enzimas do Ciclo de
Krebs bem como a Cadeia Respiratoacuteria Nela deve entrar piruvato ou acetil-CoA juntamente
com acetil-CoA
A parede interna da mitococircndria se apresenta enrugada para aumentar a superfiacutecie de contacto
com o estroma fazendo co que as coenzimas reduzidas geradas no Ciclo de Krebs sejam
prontamente oxidadas na Cadeia Respiratoacuteria
Quando portanto escrevemos a equaccedilatildeo geral da respiraccedilatildeo da glicose
C6H12O6 + 6O2 _respiraccedilatildeo_ + 6CO2 + 6H2O + 686000 calmol devemos considerar que esse
processo envolve dezenas de reaccedilotildees sendo o CO2 liberando principalmente pelo Ciclo de
Krebs e a aacutegua (H2O) gerada na cadeia respiratoacuteria Uma parte da energia liberada seraacute
utilizada para a siacutentese de ATP tanto pela fosforilaccedilatildeo ao niacutevel de substrato (glicoacutelise e Ciclo
de Krebs) como pela fosforilaccedilatildeo oxidativa (acoplada aacute cadeia respiratoacuteria)
1 RENDIMENTO ENERGEacuteTICO EM AEROBIOSE
Consideremos a oxidaccedilatildeo total o acetil-CoA pelo Ciclo de Krebs e cadeia respiratoacuteria
Cada mol de acetil-CoA oxidado completamente (ateacute CO2 e H2O) pelo Ciclo de Krebs e
Cadeia Respiratoacuteria propiacutecia a formaccedilatildeo de 12 moles de ATP
Podemos agora calcular o rendimento energeacutetico quando uma ceacutelula efetua a combustatildeo
completa (ateacute CO2 e H2O) da glicose Dados
95
443 da energia posta em disponibilidade eacute utilizada para a siacutentese de ATP O restante (100-
443 = 557) eacute dissipada na forma de calor servindo apenas para aquecer o meio onde a
reaccedilatildeo se processa
VIA PENTOSE FOSFATO
1 INTRODUCcedilAtildeO
A glicoacutelise natildeo eacute a uacutenica via degradativa da glicose e entre elas se destaca a via pentose
fosfato que ocorre no citossol de ceacutelulas animais e vegetais Tal via jaacute fora percebida em
tecidos que tinham capacidade de degradar a glicose mesmo na presenccedila dos inibidores
claacutessicos da glicoacutelise (fluoretos e iodoacetato) A descoberta do NADP+ por Warburg e a
oxidaccedilatildeo da glicose-6-fosfato em aacutecido 6-fosfoglucocircnico levada a moleacutecula de glucose para
vias metaboacutelicas desconhecidas O empregeo do C14 em pesquisas bioquiacutemicas e os estudos
de Lipmann Dickens Horecker e Racker resultaram no entendimento dos passos metaboacutelicos
conhecidos como o ldquodesvio das pentosesrdquo
2 SEQUEcircNCIA DAS REACcedilOtildeES
3 ESTEQUIOMETRIA DA VIA PENTOSE FOSFATO
Consideremos o processamento de 6 moleacuteculas de glicose pelas trecircs primeiras reaccedilotildees da via
pentose
6 hexosendashfosfato + 12 NADP+ 6H2O 6 pentosendashfosfato + 6CO2 + 12 NADPH + 12 H+
A seguir consideremos que 4 moleacuteculas de pentose fosfato reajam segundo as reaccedilotildees 6 e 7
produzindo 2 moleacuteculas de tetrose-fosfato e 2 moleacuteculas de hexosendashfosfato
2 pentose-fosfato 2 hexose-fosfato + 2 tetrose-fosfato
Pela accedilatildeo da transcetolase 2 moleacuteculas de tetrose-fosfato reagem com 2 moleacuteculas de pentose-
fosfato para formar 2 moleacuteculas de hexose-fosfato e 2 moleacuteculas de triose-fosfato
2 tetrose-fosfato + 2 pentose-fosfato 2 hexose-fosfato + 2 triose-P
Quanto aacutes 2 triose-fosfato uma delas pode por isomerizaccedilatildeo se tranformar em di-
hidroxiacetona-fosfato condensarem numa hexose-difosfato e se hidrolisar em hexose-fosfato
+ H3PO4
96
2 triose-fosfato 1 hexose-fosfato + H3PO4
A somatoacuteria dessas reaccedilotildees individuais resulta que
Hexose-fosfato + 12 NADP+ + 6H2O 6CO2 + NADPH + 12H+
O processo eacute oxidativo resultando em nucleotiacutedio reduzindo
4 SIGNIFICADO FISIOLOacuteGICO DA VIA PENTOSE FOSFATO
O NADH gerado em reaccedilotildees oxidativas da glicoacutelise e Ciclo de Krebs tem como importante
destino ser oxidado pela cadeia respiratoacuteria propiciando a formaccedilatildeo de ATP Jaacute o NADPH
natildeo eacute utilizado na cadeia respiratoacuteria mas sim empregado em inuacutemeros processos
biossinteacuteticos como na biossiacutentese e lipiacutedios esteroacuteides aminoaacutecidos etc A ribose gerada na
via pentose eacute utilizada na siacutentese dos aacutecidos nucleacuteicos enquanto a eritrose-fosfato eacute precursora
via aacutecido chiquiacutemico na produccedilatildeo de aminoaacutecidos reguladores compostos fenoacutelicos lignina
e outros especialmente em plantas
No que se refere a tecidos animais a via pentose eacute bastante ativa na glacircndulas mamaacuterias
tecidos adiposos coacutertex adrenal e fiacutegado onde o NADPH fornece o poder redutor para as
biossiacutenteses O muacutesculo esqueleacutetico com pouca atividade de biossiacutentese de lipiacutedios natildeo
apresenta a via pentose fosfato
Em tecidos vegetais jovens e meristemaacuteticos a atividade glicoliacutetica eacute mais intensa e a medida
que o tecido vai se tornando maduro a via pentose-fosfato se intensifica para propiciar a
disposiccedilatildeo de lignina e demais compostos secundaacuterios sintetizados com o concurso do
NADPH
Ainda em plantas a via pentose-fosfato supre o processo fotossinteacutetico com NADPH
necessaacuterio aacute assimilaccedilatildeo do CO2 bem como estaacute intimamente relacionada com a marcha do
carbono na fotossiacutentese
Outra funccedilatildeo da via pentose-fosfato seria estabelecer a possibilidade de conversatildeo de hexose
pentose tetroses e trioses entre si com bastante significado econocircmico nos processos
biossinteacuteticos
Utilizando-se de glicose-1-14
C e glicose-6-14
C podemos avaliar as intensidades das vias
glicoliacutetica e pentose-fosfato em um tecido qualquer A premissa eacute de que se apenas a glicose
estiver operando a evoluccedilatildeo de 14
CO2 seraacute idecircntica quer se utilizado de glicose-1-14
C ou de
glicose-6-14
C pois que ambas ao serem metabolizadas (em ensaios separados) produziratildeo
aacutecido piruacutevivo-metil-14
C Esse aacutecido seraacute oxidado no Ciclo de Krebs liberando 14
CO2
Por outro lado se apenas a via pentose estiver operando a evoluccedilatildeo de 14
Co2 seraacute
primeiramente detectada quando da utilizaccedilatildeo de glicose-1-14
C
97
METABOLISMO DOS TRIGLICERIacuteDIOS
1 INTRODUCcedilAtildeO
Os lipiacutedios armazenados por organismos animais ou vegetais quase que exclusivamente na
forma de trigliceriacutedios constituem importante reserva energeacutetica do ponto de vista
quantitativo Assim enquanto os carboidratos constituem reserva energeacutetica limitada
especialmente nos organismos animais (05do peso muscular e 5 do peso do fiacutegado) os
depoacutesitos de gordura subcutacircnea podem representar uma fraccedilatildeo bastante significativa do peso
corpoacutereo
Do ponto de vista qualitativo podemos afirmar que os lipiacutedios satildeo alimentos energeacuteticos Por
excelecircncia
A grande quantidade de energia liberada durante a combustatildeo dos lipiacutedios eacute devido ao aacutetomo
de carbono estar reduzido (com baixo nuacutemero de oxidaccedilatildeo) Isso pelo baixo conteuacutedo de
oxigecircnio e elevado teor de hidrogecircnio na moleacutecula
Os trigliceriacutedios constituem a quase totalidade da fraccedilatildeo lipiacutedica de nossa dieta ou de uma
reaccedilatildeo animal e vem a ser a forma pela qual os organismos armazenam a maior parte da
energia quiacutemica Daiacute um maior interesse pelos trigliceriacutedios Essas reservas lipiacutedicas (como a
gordura subcutacircnea dos animais e os oacuteleos armazenam nas sementes dos vegetais) podem ser
rapidamente mobilizadas para atender a demanda energeacutetica ou outras necessidades do
organismo em questatildeo
2 HIDROacuteLISE DOS TRIGLICERIacuteDIOS E DESTINO DE SEUS PRODUTOS
A degradaccedilatildeo dos trigliceriacutedios quer sejam eles provenientes de uma dieta ou reaccedilatildeo ou
aqueles armazenados inicia-se com a hidroacutelise enzimaacutetica (pelas liacutepases) dos mesmos
originando glicerol e aacutecidos graxos seus constituintes essenciais
O glicerol eacute degradado pela via glicoliacutetica se transformando em piruvato e posteriormente em
acetil-CoA
98
Os aacutecidos graxos resultantes dos trigliceriacutedios sofrem metabolizaccedilatildeo diferente seratildeo
transformados em acetil-CoA independente do nuacutemero de aacutetomos de carbono por um
processo bioquiacutemico denominado de beta-oxidaccedilatildeo e efetuado pela mitococircndria
LIPIacuteDIOS
-Oxidaccedilatildeo de Lipiacutedios amp Ciclo do Glioxilato
Segundo Harper et al (1982) os lipiacutedios formam um grupo heterogecircneo de
compostos relacionados real ou potencialmente com os aacutecidos graxos Tecircm a propriedade comum de serem relativamente insoluacuteveis na aacutegua e soluacuteveis nos
solventes natildeo polares como o eacuteter o clorofoacutermio o benzeno Os lipiacutedios assim compreendem as gorduras os oacuteleos as ceras e compostos relacionados
Os lipiacutedios satildeo constituintes importante da dieta natildeo soacute pelo elevado valor energeacutetico como tambeacutem pelas vitaminas lipossoluacuteveis e aacutecidos graxos essenciais encontrados na gordura dos alimentos naturais No organismo a gordura serve de fonte eficiente de energia tanto direta quanto potencialmente quando armazenada no tecido adiposo Serve como material isolante nos tecidos subcutacircneos e agrave volta de certos oacutergatildeos O teor de gordura do tecido nervoso eacute particularmente elevado As combinaccedilotildees de gordura e proteiacutena (lipoproteiacutena) satildeo constituintes celulares importantes encontrando-se nas membranas celulares e nas mitococircndrias no interior do citoplasma e servindo tambeacutem como meio de transporte dos lipiacutedios no sangue Muitos hormocircnios vitaminas e detergentes bioloacutegicos satildeo lipiacutedios (Harper et al 1982 Wannmacher e Dias 1988)
A grande maioria dos lipiacutedios possui em sua constituiccedilatildeo pelo menos uma moleacutecula de aacutecidos graxos que satildeo aacutecidos carboxiacutelicos saturados (sem ligas duplas) ou insaturados (com uma ou mais ligas duplas) com nuacutemero variaacutevel de aacutetomos de carbono geralmente aciacuteclicos havendo alguns ramificados e outros hidroxilados Os aacutecidos graxos satildeo obtidos pela hidroacutelise das gorduras Os aacutecidos graxos existentes em gorduras naturais encerram usualmente um nuacutemero par de aacutetomos de carbono (porque satildeo sintetizados a partir de dois carbonos) e satildeo derivados de cadeia retiliacutenea (Harper et al 1982 Wannmacher e Dias 1988)
Os aacutecidos graxos constituem importante fonte de energia para a maioria dos tecidos Os aacutecidos graxos circulam pelo sangue combinados com albumina ou sob forma de trigliceriacutedios incorporados em lipoproteiacutenas Os trigliceriacutedios eacutesteres do aacutelcool glicerol com aacutecidos graxos circulantes satildeo originaacuterios da dieta ou da biossiacutentese hepaacutetica e resultam da hidroacutelise dos trigliceriacutedios das lipoproteinas no
99
leito vascular dos tecidos ou da hidroacutelise dos trigliceriacutedios armazenados no tecido adiposo (Harper et al 1982 Wannmacher e Dias 1988)
Lehninger (1985) salienta que os triacilgliceroacuteis (trigliceriacutedios) desempenham um papel extremamente importante coma fornecedor de energia nos animais Entre os nutrientes principais eles possuem o maior conteuacutedo energeacutetico (mais de 9 kcalg) satildeo depositados nas ceacutelulas do tecido gorduroso como gotiacuteculas quase puras de gordura e podem ser estocadas em grandes quantidades neste tecido Nas populaccedilotildees dos paiacuteses desenvolvidos em meacutedia quase quarenta por cento das necessidades energeacuteticas diaacuterias satildeo fornecidas pelos triacilgliceroacuteis da dieta Eles fornecem mais da metade da energia consumida por alguns oacutergatildeos especialmente o fiacutegado o rim e o muacutesculo esqueleacutetico em repouso Nos animais que hibernam e nos paacutessaros em migraccedilatildeo os estoques de triacilgliceroacuteis satildeo praticamente a uacutenica fonte de energia
Cerca de noventa e cinco por cento da energia biologicamente obtida dos triacilgliceroacuteis reside nos seus trecircs aacutecidos graxos de cadeias longa apenas cinco por
cento desta energia eacute fornecida pelo glicerol Por vias metaboacutelicas como a -oxidaccedilatildeo esses aacutecidos graxos ricos em energia satildeo oxidados ateacute dioacutexido de carbono e aacutegua
DEGRADACcedilAtildeO OXIDATIVA DE AacuteCIDOS GRAXOS
- OXIDACcedilAtildeO
1 APRESENTACcedilAtildeO RESUMIDA DOS PRINCIPAIS EVENTOS METABOacuteLICOS
Conceito
Via cataboacutelica de degradaccedilatildeo de aacutecidos graxos para produccedilatildeo de energia
Ocorre na matriz mitocondrial apoacutes a ativaccedilatildeo e a entrada dos aacutecidos graxos na mitococircndria
Pode ser dividida em 3 fases
A ativaccedilatildeo do aacutecido graxo
A - oxidaccedilatildeo propriamente dita
A respiraccedilatildeo celular
Ativaccedilatildeo Dos Aacutecidos Graxos
A ativaccedilatildeo dos aacutecidos graxos consiste na entrada destes na mitococircndria na forma de ACIL-CoA
100
O processo depende
1 Da ligaccedilatildeo do aacutecido graxo com a Coenzima A formando o Acil-CoA no citosol A reaccedilatildeo eacute catalizada pela enzima Acil-CoA Sintetase localizada na membrana mitocondrial externa
CH3-(CH2)n-COOH + ATP + CoA-SH eacute CH3-(CH2)n-CO-S-CoA + AMP + PPi
2 Do transporte do radical acila atraveacutes da MMI do citosol para a matriz
mediado pelo carreador especiacutefico carnitina A transferecircncia do radical acila da CoA para a carnitina eacute catalizada pela enzima carnitina-Acil-Transferase I
Acil-S-CoA + Carnitina eacute Acil-Carnitina + CoA-SH 3 Do lado da matriz mitocondrial a carnitina doa novamente o radical acila para
a CoA regenerando o Acil-CoA no interior da mitococircndria A reaccedilatildeo eacute catalisada pela arnitina-Acil-Transferase II localizada na face interna da MMI e eacute exatamente o inverso da descrita acima
- Oxidaccedilatildeo do Aacutecido Graxo
Consiste na quebra por oxidaccedilatildeo do aacutecido graxo sempre em seu carbono b convertendo-o na nova carbonila de um aacutecido graxo agora 2
carbonos mais curto
O processo eacute repetitivo e libera agrave cada quebra
1 NADH+H+ 1 FADH2
1 Acetil CoA
Satildeo 4 as enzimas envolvidas em cada etapa de oxidaccedilatildeo da via
Exemplo
CH3-CH2-CH2-CH2-CH2-CH2-CH2-CH2-CH2-CO-S-CoA + CoA-SH
CH3-CH2-CH2-CH2-CH2-CH2-CH2-CO-S-CoA + Acetil-CoA
CH3-CH2-CH2-CH2-CH2-CO-S-CoA + Acetil-CoA
CH3-CH2-CH2-CO-S-CoA + Acetil-CoA
Acetil-CoA + Acetil-CoA
101
Respiraccedilatildeo Celular
A siacutentese de ATP acoplada agrave - oxidaccedilatildeo vem
Do transporte de eleacutetrons do NADH e do FADH2 formados no processo pela cadeia respiratoacuteria
Da oxidaccedilatildeo dos radicais acetil dos Acetil-CoAs no ciclo de Krebs
Exemplo A oxidaccedilatildeo de uma aacutecido graxo com 16 carbonos rende para a ceacutelula em ATPs
8 Acetil-CoA = 96 ATPs (12 1)
7 NADH + H+ = 21 ATPs (3 1)
7 FADH2 = 14 ATPs (2 1)
Total = 131 ATPs
Regulaccedilatildeo da - Oxidaccedilatildeo
A regulaccedilatildeo da via eacute feita pela enzima reguladora carnitina-acil-transferase I que regula a velocidade de entrada do aacutecido graxo na mitococircndria desta forma a velocidade de sua degradaccedilatildeo
Esta enzima eacute inibida por malonil-CoA um intermediaacuterio cuja concentraccedilatildeo aumenta na ceacutelula quando esta tem carboidrato disponiacutevel e que funciona como precursor na biossiacutentese de aacutecido graxo
Oxidaccedilatildeo de Aacutecidos Graxos Insaturados
Se o aacutecido graxo a ser oxidado for insaturado o processo tem dois passos enzimaacuteticos adicionais
A conversatildeo do isocircmero cis em trans
A saturaccedilatildeo da dupla ligaccedilatildeo pela adiccedilatildeo de aacutegua
Uma vez o aacutecido graxo saturado ele pode seguir com o processo normal de oxidaccedilatildeo
Oxidaccedilatildeo de Aacutecidos Graxos com Nuacutemero Iacutempar de Carbonos
A oxidaccedilatildeo de um aacutecido graxo com nuacutemero de carbonos iacutempar leva aacute formaccedilatildeo de um resiacuteduo de propionol-CoA que atraveacutes de uma sequumlecircncia de reaccedilotildees enzimaacuteticas e com gasto de energia (1 ATP eacute hidrolisado para cada propionil-CoA convertido) eacute convertido em succinil-CoA que entra no ciclo de Krebs para ser oxidado
102
Corpos Cetocircnicos
A oxidaccedilatildeo dos aacutecidos graxos no fiacutegado leva agrave formaccedilatildeo de grande quantidade de Acetil-CoA que pode ser oxidado no proacuteprio fiacutegado ou convertido nos CORPOS CETOcircNICOS
Satildeo 3 os corpos cetocircnicos formados a partir do Acetil-CoA
Acetoacetato
- Hidroxibutirato
Acetona
O objetivo da formaccedilatildeo dos corpos cetocircnicos eacute permitir o transporte da energia obtida pela oxidaccedilatildeo dos aacutecidos graxos aos tecido perifeacutericos para laacute serem utilizados na siacutentese de ATP
A formaccedilatildeo de corpos cetocircnicos eacute uma via de superabundacircncia atraveacutes da qual o fiacutegado distribui energia a todo o organismo Nos tecidos perifeacutericos os corpos cetocircnicos regeneram o Acetil-CoA que entra no ciclo de Krebs para produccedilatildeo de energia
Normalmente a quantidade de corpos cetocircnicos no sangue eacute baixa mas
em situaccedilotildees como o jejum prolongado ou o diabetes mellitus suas concentraccedilotildees seacutericas podem aumentar muito levando o indiviacuteduo a um estado de CETOSE caracterizada por uma ACIDOSE METABOacuteLICA que pode ser fatal
2) -OXIDACcedilAtildeO DE LIPIacuteDIOS
21 Os aacutecidos graxos variam no comprimento da suas cadeias e no grau de nsaturaccedilatildeo dos aacutecidos graxos
Os aacutecidos graxos em sistemas bioloacutegicos comumente conteacutem um mesmo nuacutemero de aacutetomos de carbonos Tipicamente entre 14 e 24 aacutetomos Os aacutecidos graxos que conteacutem de 16 a 18 carbonos satildeo mais comuns As cadeias de hidrocarbonetos satildeo quase invariaacutevel nos aacutecidos graxos natildeo ramificados de animais A configuraccedilatildeo de duplas ligaccedilotildees em muitos aacutecidos graxos insaturados eacute tipo bdquocis‟ As duplas ligaccedilotildees em aacutecidos graxos poli-insaturados satildeo separadas por pelo menos um grupo metileno
As propriedades dos aacutecidos graxos e lipiacutedios derivados deles satildeo marcadamente dependentes sobre o comprimento das cadeias deles e sobre o grau de saturaccedilatildeo Aacutecidos graxos saturados tem um menos ponto de derretimento do que os aacutecidos graxos saturados de cadeia com o mesmo comprimento Por exemplo os
103
ponto de derretimento do aacutecido esteaacuterico eacute 696 oC e o aacutecido oleico eacute 134 oC que conteacutem uma dupla ligaccedilatildeo bdquocis‟ O ponto de fusatildeo dos aacutecidos graxos poli-insaturados da seacuteria com 18 carbonos satildeo muito mais baixos O comprimento das cadeias tambeacutem afeta o ponto de derretimento Isto eacute ilustrado pelo fato que a temperatura de derretimento do aacutecido palmiacutetico (C16) ser igual a 65 oC menor que o aacutecido esteaacuterico (C18)
Diante disto aacutecidos graxos com comprimento de cadeias curtas e aumento da insaturaccedilatildeo e aumenta a fluidez dos aacutecidos graxos e dos derivados deles
22 Triacilgliceroacuteis satildeo estoques de energia altamente concentrada
Triacilgliceroacuteis satildeo estoques de energia metaboacutelica altamente concentradas devido elas serem quimicamente reduzidas e anidras O rendimento de uma oxidaccedilatildeo completa de aacutecidos graxos eacute de 9 kcalg em contraste com quase 4 kcalg dos carboidratos e proteiacutenas As bases desta grande diferenccedila no rendimento caloacuterico eacute que os aacutecidos graxos satildeo muito mais altamente reduzidos Entretanto os triacilgliceroacuteis satildeo muito apolares e assim eles satildeo armazenados em uma forma quase anidra jaacute as proteiacutenas e carboidratos satildeo muito mais polares e portanto mais altamente hidratados
De fato uma grama de glicogecircnio seco liga-se a quase duas gramas de aacutegua Consequentemente uma grama de gordura quase anidra armazena mais que seis vezes a energia do que uma grama de glicogecircnio hidratado esta eacute a razatildeo para que os trigliceroacuteis foram evolutivamente selecionados como maior reserva de energia que o glicogecircnio
Considerando o peso de um homem tiacutepico com 70 kg que tem uma reserva de combustiacutevel de 100000 kcal em triacilgliceroacuteis 25000 kcal em proteiacutenas (mais em muacutesculos) 600 kcal em glicogecircnio e 40 kcal em glicose Os triacilgliceroacuteis constituem quase 11 kg deste total do peso do corpo Esta quantidade de energia se fosse armazenada em glicogecircnio seu peso total do corpo seria 55 kg maior
Em mamiacuteferos o maior siacutetio de acuacutemulo de triacilgliceroacuteis eacute o citoplasma das ceacutelulas adiposas - bdquoceacutelulas gordas‟ Gotiacuteculas de triacilglicerol unem-se para formar um grande gloacutebulo o qual pode ser maio do que o volume da ceacutelula A ceacutelula adiposa eacute especializada para a siacutentese e armazenamento de triacilgliceroacuteis e para a mobilizaccedilatildeo interna de moleacuteculas de combustiacutevel que satildeo transportadas para outros tecidos pelo sangue
23 Triacilgliceroacuteis satildeo mobilizados por AMP ciacuteclico regulados pelas lipases
104
O evento inicial no uso das gorduras como fonte de energia eacute a hidroacutelise dos triacilgliceroacuteis pelas lipases (Figura 1)
A atividade das lipases em ceacutelulas adiposas eacute regulada por hormocircnios Epinefrinas noraepinefrinas glucagocircnio e hormocircnio adrenocorticotroacutepico estimulam a ciclase adenilato das ceacutelulas adiposas O aumento do niacutevel de AMP ciacuteclico (monofosfato ciacuteclio de adenosina entatildeo estimula a proteina quinase que por sua vez ativa a lipase pela fosforilaccedilatildeo do AMP
Figura 1 Esquema da degradaccedilatildeo do tiacilglicerol para aacutecidos graxos
Entatildeo a epinefrinas noraepinefrinas glucagocircnio e hormocircnio
adrenocorticotroacutepico causam a lipoacutelise O AMP ciacuteclico eacute o mensageiro secundaacuterio na ativaccedilatildeo da lipoacutelise em ceacutelulas adiposas Que eacute um processo anaacutelogo a este papel na ativaccedilatildeo de quebra do glicogecircnio E ao contraacuterio a insulina inibe a lipoacutelise O glicerol formado pela lipoacutelise eacute fosforilado e oxidado para dihidroxiacetona fostado o qual sofre izomerizaccedilatildeo para gliceroladido 3-fosfato Estes intermediaacuterios ambos vatildeo para as vias glicoliacutetica e gliconeogecircnica Daiacute glicerol pode ser convertido
em piruvato ou glicose no fiacutegado que conteacutem enzimas apropriadas O processo reverso pode ocorrer pela reduccedilatildeo do dihidroxiacetona fosfato para glicerol 3-fosfato A hidroacutelise por uma fosfatase daacute origem ao glicerol Entatildeo glicerol e intermediaacuterios glicoliacuteticos satildeo prontamente interconversiacuteveis
24 -Oxidaccedilatildeo de Lipiacutedios Os aacutecidos graxos satildeo degradados pela remoccedilatildeo sequencial de duas unidades de carbono Em 1904 Franz Knoop contribuiu de forma importante e decisiva para elucidar o mecanismo da oxidaccedilatildeo de aacutecidos graxos Ele alimentou cachorros com aacutecidos
graxos de cadeia reta na qual o aacutetomo de carbono estava unido ao grupo fenil Knoop encontrou que a urina deste cachorros continham um derivado do aacutecido
105
fenilaceacutetico quando eles se alimentavam de fenilbutirato Em contraste um derivado do aacutecido benzoacuteico foi formado quando eles forma alimentados com fenilpropionato De fato aacutecido fenilaceacutetico foi produzido sem aacutecido graxo contendo um mesmo nuacutemero de aacutetomos de carbono que forma os cachorros alimentados No entanto o aacutecido benzoacuteico foi formado contendo aacutecidos graxos de nuacutemero iacutemparestranho ao que forma alimentados Knoop deduziu destes achado eacute que os aacutecidos graxos satildeo
degradados pela oxidaccedilatildeo carbono beta -
Estes experimentos foram marcados mundo agrave fora na bioquiacutemica devido eles serem o primeiro a usar roacutetulo sinteacutetico para elucidar mecanismos de reaccedilatildeo O deuteacuterio e radioisoacutetopos foram usados em bioquiacutemica apenas uma seacuterie de anos mais tarde
25 Aacutecidos graxos satildeo ligados a Coenzima A (CoA) antes de serem oxidados Eugene Kennedy amp Lehninger (1949) mostraram que os aacutecidos graxos satildeo oxidados na mitococircndria O trabalho subsequente demonstrou que eles satildeo ativados ante de entrarem na matriz mitocondrial O ATP (trifosfato de adenosina) dirige a formaccedilatildeo da ligaccedilatildeo tioeacutester do grupo carboxila do aacutecido graxo com o grupo sulfidrila da CoA Esta reaccedilatildeo de ativaccedilatildeo ocorre sobre o lado de fora da membrana mitocondrial onde ela eacute catalisada pela enzima sintetase acil CoA (tambeacutem chamada de tioquinase de aacutecidos graxos)
Figura 2 Ativaccedilatildeo do aacutecido graxo ligando-o a CoA
Paul Berg mostrou que a ativaccedilatildeo de aacutecido graxo ocorre em dois passo primeiro o aacutecido graxo reage com ATP para formar um adenilato acil Nesta mistura anidirda o grupo carboxila do aacutecido graxo eacute ligado ao grupo fosfato do AMP Os outros dois grupos fosforilas do substrato ATP satildeo liberados como pirofosfato O grupo sulfidrila da CoA entatildeo anexa o adenilato acil o qual eacute fracamente ligado agraves
enzimas para formar acil CoA e AMP
106
Figura 3 entrada e saiacuteda da acil carintirna na matriz mitocondiral mediada pela
enzima translocase
Esta reaccedilatildeo parcial eacute livremente reversiacutevel De fato a constante de equiliacutebrio da soma desta reaccedilatildeo eacute exatamente um (1)
R - COO- + CoA + ATP acil CoA + AMP + PPi
Uma ligaccedilatildeo altamente energeacutetica eacute quebrada (entre pirofosfato inorgacircnico e AMP) e uma reaccedilatildeo altamente energeacutetica eacute formada (o tioeacutester em acil CoA) Como esta reaccedilatildeo eacute dirigida A resposta eacute que o pirofosfato inorgacircnico eacute rapidamente hidrolisado por uma pirofosfatase
R - COO- + CoA + ATP + aacutegua acil CoA + AMP + 2Pi + 2H+
Isto torna a reaccedilatildeo altamente irreversiacutevel devido ao consumo de duas ligaccedilotildees altamente energeacuteticas Jaacute que apenas uma eacute formada Outro exemplo de outro tema recorrente em bioquiacutemica eacute
Muitas reaccedilotildees biossinteacuteticas satildeo feitas irreversiacuteveis pela hidroacutelise de pirofosfato inorgacircnico
Outro motivo surge nesta reaccedilatildeo de ativaccedilatildeo O intermediaacuterio adenilato acil ligado agrave enzima natildeo eacute o uacutenico para a siacutentese de acil CoA O adenilato acil eacute frequentemente formado quando grupos carboxilas satildeo ativados em reaccedilotildees bioquiacutemicas Por exemplo aminoaacutecidos satildeo ativados para a siacutentese de porteiacutenas por um mecanismo semelhante
107
26 Carnitina promove a ativaccedilatildeo de aacutecidos graxos de cadeia longa dentro da matriz mitocondrial
Os aacutecidos graxos satildeo ativados sobre a superfiacutecie externa da membrana mitocondrial onde os aminoaacutecidos satildeo oxidados na matriz mitocondrial Moleacuteculas acil CoA de cadeia longa natildeo atravessam para o interior da membrana mitocondrial e assim eacute necessaacuterio um mecanismo especial de transporte Aacutecidos graxos de cadeia longa satildeo carregados para o interior da membrana mitocondrial pela carnitina que eacute um tampatildeo (cargas positivas e negativas) formado a partir da lisina
Os grupos acil satildeo transferidos do aacutetomo de enxofre do CoA para os grupos hidroxilas da carnitina vinda da acil carnitina Esta reaccedilatildeo eacute catalisada pela enzima carnitina aciltransferase 1 que esta localizada na face do lado do citossol e dentro da membrana mitocondrial
Figura 4 entrada e saiacuteda da acil carnitina na matriz mitocondrial mediada pela enzima translocase
A carnitina acil eacute entatildeo lanccedilada atraveacutes do interior da membrana mitocondrial por uma translocase (Fig p474 meio Stryer) O grupo acil eacute transferido de volta para a
108
CoA sobre o lado da matriz da membrana Esta reaccedilatildeo que eacute catalisada por carnitina aciltransferase 2 e eacute termodinamicamente viaacutevel por causa da ligaccedilatildeo O-acil na
carnitina tendo um alto potencial na transferecircncia de grupos
Finalmente a carnitina eacute retornada para o lado citossoacutelico pela translocase na troca por uma acilcarnitina incomum
Um defeito na transferase ou translocase ou uma deficiecircncia de carnitina pode prejudicar a oxidaccedilatildeo de aacutecidos graxos de cadeia longa Tal desordem tem de fato sido encontrada gecircmeos idecircnticos que tem tido catildeibras dores musculares desde a infacircncia As dores foram precipitadas por raacutepido exerciacutecios ou alta teor de gordura na dieta A oxidaccedilatildeo de aacutecidos graxo eacute o processo de maior rendimento energeacutetico nestes trecircs estados As enzimas da glicoacutelise e da glicogenoacutelise foram encontradas ser normal A lipoacutelise dos triacilgliceroacuteis foi normal evidenciado pelo aumento na concentraccedilatildeo dos aacutecidos graxos natildeo esterificados encontrado no plasma apoacutes a corrida O ensaio de bioacutepsia do muacutesculo mostrou que a sintetase acil CoA de cadeia longa estava sempre ativa
Entretanto cadeia de aacutecidos graxos com comprimento meacutedio (C8 e C10) foram normalmente metabolizada Isto mostra que a carnitina natildeo eacute requerida para a permeaccedilatildeo dos grupos acil CoA de cadeia meacutedia no interior da matriz mitocondiral Este caso demonstra que o fluxo prejudicado de um metaboacutelito de um compartimento da ceacutelula para outro pode causar esta doenccedila
27 Acetil CoA NADH e FADH2 satildeo gerados em cada volta do ciclo de oxidaccedilatildeo dos aacutecidos graxos
Um acil CoA saturado eacute degradado por uma sequecircncia recorrente de quatro reaccedilotildees
Oxidaccedilatildeo por FAD (flavina adenina dinucleotiacutedio)
Hidrataccedilatildeo
Oxidaccedilatildeo por NAD+
109
Figura 5 Reaccedilatildeo de degradaccedilatildeo de aacutecidos graxos (oxidaccedilatildeo hidrataccedilatildeo oxidaccedilatildeo e finalmente tioacutelise resultando numa moleacutecula com dois carbonos a menos
A cadeia acil da gordura eacute encurtada por dois aacutetomos de carbono como um resultado destas reaccedilotildees e FADH2 NADH e acil CoA satildeo gerados David Green
110
Severo Ochoa e Feodor Lyenen contribuiacuteram de forma importante para a elucidaccedilatildeo
destas seacuterie de reaccedilotildees a qual chamaram de via da - oxidaccedilatildeo
A primeira reaccedilatildeo em cada volta da degradaccedilatildeo eacute a oxidaccedilatildeo do acil CoA por uma acil CoA desidrogenase para dar uma enoil CoA com uma duplas ligaccedilatildeo trans entre o C2 e C3
Acil CoA + E-FAD trans - 2 - enoil CoA + E-FADH2
Como na desidrogenaccedilatildeo do succinato no ciclo do aacutecido ciacutetrico FAD mais que
o NAD+ eacute o aceptor de eleacutetrons devido o G desta reaccedilatildeo ser insuficiente para dirigir a reduccedilatildeo do NAD+ Os eleacutetrons vindos do grupo prosteacutecido do FADH2 da desidrogenase acil CoA reduzida satildeo transferidos para a segunda flavoproteina chamada de flavoproteiacutena transferidora de eleacutetrons (ETF) Na volta a ETF doa eleacutetrons para a ETF-ubiquinona redutase uma proteiacutena Fe-S Ubiquinona eacute entatildeo reduzida para ubiquinol que entrega seu alto potencial de eleacutetrons ao siacutetio de bombeamento de proacutetons da cadeia respeiratoacuteria Consequentemente dois ATPs satildeo gerados do FADH2 formado neste passo de desidrogenaccedilatildeo como na oxidaccedilatildeo do succinato para fumarato
O proacuteximo passo eacute a hidrataccedilatildeo da dupla ligaccedilatildeo entre o C2 e C3 pela enoil CoA hidratase
trans - 2 - enoil CoA + H2O L-3-hidroxilacil CoA + E-FADH2
A hidrataccedilatildeo da enoil CoA eacute esteacuteroespeciacutefica como eacute a hidrataccedilatildeo do fumarato e aconitato Somente o L-isocircmero do 3-hidroxiacil CoA eacute formado quanado a ligaccedilatildeo
trans-2 eacute hidratada A enzima tambeacutem hidrata a dupla ligaccedilatildeo cis-2 mas o produto eacute
entatildeo do D-isocircmero
A hidrataccedilatildeo da enoil CoA eacute a preacutevia para reaccedilatildeo da segunda oxidaccedilatildeo que converte o grupo hidroxila para C3 dentro do grupo ceto e gera NADH Esta oxidaccedilatildeo eacute catalizada por L-3-hidroxiacil CoA desidrogenase a qual eacute absolutamente especiacutefica para o L-isocircmero do substrato hidroxiacil
L-3-hidroxilacil CoA + NAD+ 3-cetoacil CoA + NADH + H+
Estas trecircs reaccedilotildees em cada volta do ciclo de degradaccedilatildeo de aacutecidos graxos assemelha-se em pelo menos um passo ao ciclo do aacutecio ciacuteclico
111
Acil CoA enol CoA hidroxiacil CoA cetoacil CoA
succinato fumarato malato oxaloacetato
A reaccedilatildeo precedente tinha oxidado o grupo metileno no C3 para um grupo ceto O passo final eacute a clivagemquebra do 3-cetoacil CoA por um grupo tiol de uma segunda moleacutecula de CoA a qual rende acetil CoA e acil CoA encurtadas por 2
aacutetomos de carbono Esta clivagem tioliacutetica eacute catalizada por -cetotiolase
3-cetoacil CoA + HS-CoA aceil CoA + acil CoA (n -2 carbonos)
O acil CoA encurtado entatildeo sofre outro ciclo de oxidaccedilatildeo comeccedilando com a
reaccedilatildeo catalisada por acil CoA desidrogenase (Figura 6) -cetotiolase hidroxiacil desidrogenase e enoil CoA hidratase tem ampla especificidade com respeito ao comprimento do grupo acil
Figura 6 As trecircs primeiras reaccedilotildees de degradaccedilatildeo de aacutecido palmiacutetico pela remoccedilatildeo de dois aacutetomos de carbonos por ciclo de degradaccedilatildeo
112
Principais reaccedilotildees na oxidaccedilatildeo de aacutecidos graxos
1) aacutecido graxo + CoA + ATP acil CoA + AMP + Ppi
acil CoA sintetase (tioquinase de aacutecido graxoCoA ligase [AMP]
2) carnitina + acil CoA acil carnitina + CoA
carnitina aciltransferase
3) Acil CoA + E-FAD trans-2-enoil CoA + E-FADH2
acil CoA desidrogenases (vaacuterias)
4) trans-2-enoil Coa + H2O L-3-hidroxiacil CoA
enoil CoA hidratases (3-hidroxiacil CoA hidrolase)
5) L-3-hidroxiacil CoA + NAD+ 3-cetoacil CoA + NADH + H+
L-3-hidroxiacil CoA desidogenase
6) L-3-hidroxiacil CoA + CoA acetil CoA + acil CoA (encurtada por 2C)
-cetotiolase (tiolase)
O rendimento energeacutetico derivados da oxidaccedilatildeo de aacutecidos graxos pode ser calculada Em cada ciclo de reaccedilatildeo um acil CoA eacute encurtada por dois carbonos e um FADH2 e eacute formado NADH e acetil CoA
Cn-acil CoA + FAD + NAD+ + H2O + CoA Cn-2-acil CoA + FADH2 + NADH + acetil CoA + H+
A degradaccedilatildeo do palmitoil CoA (C16-acil CoA) requer sete ciclos de reaccedilotildees No seacutetimo ciclo o C4-ceotoacil CoA eacute tiolozado para duas moleacuteculas de acetil CoA Entatildeo a estequiometira da oxidaccedilatildeo do palmitoil CoA eacute
Palmitoil CoA + 7 FAD + 7 NAD+ + 7 H2O 8 acil CoA + 7 FADH2 + 7 NADH + 7 H+
Trecircs ATPs satildeo gerados quando cada destes NDAH eacute oxidado pela cadeira respiratoacuteria enquqnto 2 ATPs satildeo formados para cada FADH2 devido aos seus
113
eleacutetrons entram na cadeia ao niacutevel do ubiquinol Lembrando que a oxidaccedilatildeo do acetil CoA pelo ciacuteclo do aacutecido ciacutetrico rende 2 ATPs Considerando isto o nuacutemero de ATP formado na oxidaccedilatildeo do Palmitoil CoA eacute 21 e dos 7 FADH2 21 dos 7 NADH e 96 das 8 moleacuteculas de acetil CoA o que daacute um total de 131 ATPs Duas ligaccedilotildees fosfato de alta energia satildeo consumidas na ativaccedilatildeo do palmitato na qual o ATP eacute dividido AMP e 2 Pi Entatildeo o rendimento liacutequido da completa oxidaccedilatildeo do palmitato e 129 ATPs
A eficiecircncia da conservaccedilatildeo da energia na oxidaccedilatildeo de aacutecidos graxos pode ser estimada dado o nuacutemero de ATP formado e da energia de oxidaccedilatildeo do aacutecido palmiacutetico agrave CO2 e H2O
3) GERMINACcedilAtildeO DE SEMENTES amp -OXIDACcedilAtildeO DE LIPIacuteDIOS
No inicio da germinaccedilatildeo as proteiacutenas de armazenamento satildeo degradadas para aminoaacutecidos atraveacutes da siacutentese de enzimas requeridas para a mobilizaccedilatildeo de lipiacutedios
Estas enzimas incluem as lipases que catalisam a hidroacutelise de triacilgliceroacuteis para glicerol e aacutecidos graxos As lipases ligam-se agraves oleosinas do corpos de oacuteleo O glicerol formado pela hidroacutelise do triacilglicerol pode ser alimentado dentro da via da gliconeogecircnese apoacutes a fosforilaccedilatildeo do glicerol 3-fosfato e sua subsequente oxidaccedilatildeo para diidroxicetona fosfato A liberaccedilatildeo de aacutecidos graxos livres eacute primeiro ativado
como tioeacutesteres de CoA e entatildeo degradados para acetil CoA por -oxidaccedilatildeo Este processo ocorre em peroxiossomos especializados os quais satildeo chamados de
glioxiossomos A -oxidaccedilatildeo eacute um processo bioloacutegico importante para a germinaccedilatildeo das sementes em especial para as oleaginosas
Embora em princiacutepio -oxidaccedilatildeo represente uma forma invertida da siacutentese de aacutecidos graxos existe diferenccedilas distintas como habilidade de alto fluxo metaboacutelico entre estas duas vias metaboacutelicas que operam em direccedilotildees opostas
As principais diferenccedilas entre -oxidaccedilatildeo e a siacutentese de aacutecidos graxos satildeo
na desidrogenaccedilatildeo do acil CoA O hidrogecircnio eacute transferido via uma oxidase dependente de FAD para H2O2 A catalase irreversivelmente elimina a H2O2 no siacutetio de sua produccedilatildeo pela conversatildeo em aacutegua e O2
-L-hidroxiacil CoA eacute formada durante a hidrataccedilatildeo da enoil CoA in contrast para o correspondente D-enantioner durante a siacutentese
hidrogecircnio eacute transferido para o NAD durante o segundo passo da desidrogenaccedilatildeo Normalmente o sistema NAD na ceacutelula eacute altamente oxidado dirigindo a reaccedilatildeo em direccedilatildeo a oxidaccedilatildeo do hidroxiacil CoA Natildeo eacute conhecido qual reaccedilatildeo utiliza o NADH formado nos peroxiossomos
114
Em uma reaccedilatildeo irreversiacutevel de tioacutelises mediadas por CoASH que cliva -cetoacil CoA para formas uma moleacutecula de acetil CoA e uma de acil CoA encurtada para dois aacutetomos de carbono
Durante a degradaccedilatildeo de aacutecidos graxos insaturados produtos intermediaacuterios
satildeo formados e que natildeo podem ser metabolizados por reaccedilotildees de -oxidaccedilatildeo 3-cis-enoil CoA que eacute formado durante a degradaccedilatildeo do aacutecido oleico eacute convertido por uma
isomerase mudando a ligaccedilatildeo dupla para 2-trans-enoil CoA que eacute um intermediaacuterio
da -oxidaccedilatildeo Na -oxidaccedilatildeo dos aacutecidos linolecircnico e linoleico a segunda ligaccedilatildeo dupla no intermediaacuterio correspondente estaacute na posiccedilatildeo correta mas na configuraccedilatildeo cis com a consequecircncia que eacute a hidrataccedilatildeo pela hidratase enoil CoA resulta na
formaccedilatildeo de -D-hidroxiacil CoA Mais tarde eacute convertido por uma epimerase para L-
enantiomer o qual eacute um intermediaacuterio da -oxidaccedilatildeo
4) CICLO DO GLIOXILATO
Ao contraacuterio ao animais os quais satildeo haacutebeis para sintetizar glicose de acetil CoA As plantas e muitas bacteacuterias satildeo capazes de crescer sobre acetato ou outros componentes que lhe rendam acetil CoA As plantas podem fazer gliconeogecircnesis elas possuem as enzimas da gliconeogecircnesis para o ciclo do glioxilato
Nesta via metaboacutelica acetil com duas unidades de carbono satildeo convertidos para uma moleacutecula de quatro carbonos (succinato) Esta sequecircncia de reaccedilotildees eacute chamada de ciclo do glioxilato passagem livre para dois passos de descarboxilaccedilatildeo no cilco do aacutecido ciacutetrico Neste ciclo entram duas moleacuteculas de acetil CoA por cada ciclovolta do ciclo do glioxilato Uma ilustraccedilatildeo das principais reaccedilotildees do ciclo do glioxilato eacute apresentado na Figura 7
115
Figura 7 Ciclo do glioxilato e suas principais reaccedilotildees produtos e intermediaacuterios
O ciclo do glioxilato estaacute ligado ao ciclo do aacutecido ciacutetrico da seguinte maneira
acetil CoA condensa com oxaloacetato atraveacutes da enzima sintase do citrato e mais tarde eacute convertido para isocitrato pela aconitase
Isocitrato e dividido pela isocitrato liase em succinato e glioxilato
Glioxilato mais acetil CoA satildeo condensados pela sintase de malato para malato
Como no ciclo do citrato o malato eacute oxidado pela desidrogenase do malato para oxaloacetato complementando o ciclo
Uma moleacutecula de succinato gera duas de acetil CoA
succinato eacute transferido para mitococircndria e eacute convertido para oxaloacetato (por reaccedilatildeo parcial no ciclo do citrato)
116
oxaloacetato eacute transferido da mitococircndria por um transportador e no citossol eacute convertido para fosfoenolpiruvato (carboxiquinase do fosfoenolpiruvato)
fosfoenolpiruvato eacute precursor de hexoses na gliconeogecircnese e outras rotas metaboacutelicas
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URGS 1988
3 BETA-OXIDACcedilAtildeO DOS AacuteCIDOS GRAXOS
31 Histoacuterico Em 1904 Knoop administrou para catildees derivados fenilados de aacutecidos
graxos com diferentes nuacutemeros de aacutetomos de carbono na cadeia Pelo fato do grupamento fenil
ser de difiacutecil transformaccedilatildeo pelo organismo animal poder-se-ia pesquisar na urina os produtos
de degradaccedilatildeo de tais derivados fenilados e assim melhor conhecer o catabolismo dos aacutecidos
graxos
Quando eram ministrados derivados fenilados de aacutecidos graxos com nuacutemero par de aacutetomos de
carbono havia excreccedilatildeo de aacutecido fenilaceacutetico Quando eram empregados derivados fenilados
117
de aacutecido dos graxos com nuacutemero impar de aacutetomo de carbono havia excreccedilatildeo de aacutecido
benzoacuteico
Knoop postulou que os aacutecidos graxos sofreriam oxidaccedilotildees sucessivas no carbono beta () que
se transformaria em carboxila removendo-se assim sucessivamente unidades contendo 2
aacutetomos de carbono (ldquoC2rdquo)
Entretanto a exata compreensatildeo do processo somente foi possiacutevel depois da identificaccedilatildeo da
unidade ldquoC2rdquo como sendo o acetil-CoA e dos estudos de Lynen e Green que isolaram de
mitococircndrias 5 enzimas que catalizavam a beta-oxidaccedilatildeo dos aacutecidos graxos
32 Esquema helicoidal da beta-oxidaccedilatildeo dos aacutecidos graxos
1 tioquinase 2 desidrogenase de acil 3 hidrase de enoil 4 desidrogenase de
hidroxiacil 5 tiolase
33 Caracteriacutestica da beta-oxidaccedilatildeo
a Somente uma moleacutecula de ATP eacute requerida na ativaccedilatildeo do aacutecido graxo para sua
completa transformaccedilatildeo em acetil-CoA independente do nuacutemero de aacutetomos de
carbono
b As enzimas responsaacuteveis pela beta-oxidaccedilatildeo estatildeo contidas na mitococircndria o
que facilita o aproveitamento da energia visto que o acetil-CoA formado eacute
prontamente oxidado pelo Ciclo de Krebs bem como as coenzimas formadas
satildeo oxidadas na Cadeia Respiratoacuteria
c O sistema oxidativo dos aacutecidos eacute de ocorrecircncia universal sendo encontrado em
plantas animais e bacteacuterias
4 RENDIMENTO ENERGEacuteTICO DA BETA-OXIDACcedilAtildeO
Consideremos a oxidaccedilatildeo bioloacutegica completa do aacutecido palmiacutetico
C16H32O2 + 23O2 16CO2 + 16H2O G= -2338000 calmol
O aacutecido palmiacutetico (com 16 aacutetomos de C) desdobrado pela beta-oxidaccedilatildeo daacute origem a 8
moleacuteculas de acetil-CoA cada uma carregando 2 aacutetomos de C da moleacutecula do aacutecido graxo
Essas 8 moleacuteculas de acetil-CoA satildeo geradas em 7 ldquovoltasrdquo da sequumlecircncia helicoidal de
118
reaccedilotildees pois que na uacuteltima volta se formam 2 moleacuteculas de acetil-CoA Os equivalentes em
ATP em cada etapa seriam
Rendimento energeacutetico (R)
2338000 100
130 X 8000 R R= 100 X 130 X 8000 = 445
2338000
Problema ndash Calcular o nuacutemero de moleacuteculas de ATP gerados Pela oxidaccedilatildeo bioloacutegica
completa do trigliceriacutedios abaixo estruturado
CH2-O-CO-(CH2)14CH3
CH-O-CO-(CH2)16CH3
CH2-O-CO-(CH2)16CH3
119
5 BIOSSIacuteNTESE DE AacuteCIDOS GRAXOS
Logo de iniacutecio pensou-se em uma beta-muacuteltipla condensaccedilatildeo das mesmas unidades ldquoC2rdquo
(acetil-CoA) que resultasse na siacutentese de aacutecidos graxos mediante o reverso das reaccedilotildees da
beta-oxidaccedilatildeo
Atualmente se sabe que a biossiacutentese de aacutecidos graxos eacute processada por um equipamento
enzimaacutetico distinto utilizado o acetil-CoA substrato
A dessaturaccedilatildeo dos aacutecidos graxos introduccedilatildeo de duplas ligaccedilotildees eacute processada por plantas e
animais ao niacutevel mitocondrial ou microssomal requerendo coenzimas reduzidas e oxigecircnio
molecular Entretanto somente as plantas superiores possuem a habilidade de introduzirem
mais que uma dupla ligaccedilatildeo sintetizando assim aacutecidos poliinsaturados Tais aacutecidos graxos satildeo
considerados assenciais aos organismos animais
Nesta reaccedilatildeo o O2 (oxigecircnio molecular) se constitui em um substrato Este pode ser um dos
fatores que levam plantas e animais (com os peixes) de regiotildees temperadas (mais frias) a
sintetizarem aacutecidos graxos poliinsaturados em maior proporccedilatildeo visto que quanto menor a
temperatura maior a concentraccedilatildeo de oxigecircnio dissolvido no suco celular Esse mecanismo
parece ser responsaacutevel pelo menos em parte pela resistecircncia ao frio manifestada por animais
e vegetais das regiotildees frias Explicaria tambeacutem porque o cacaueiro cultivado distante da linha
do equador formada um manteiga com menor ponto de fusatildeo ou seja maior iacutendice de iocircdo
120
METABOLISMO DEGRADATIVO DA PROTEIacuteNAS E AMINOAacuteCIDOS
1 CONSIDERACcedilOtildeES GERAIS
Os aminoaacutecidos devem constar na dieta dos animais devido agrave sua funccedilatildeo de constituintes das
proteiacutenas corporais Os estudos sobre a nutriccedilatildeo animal e humana mostram que os
aminoaacutecidos podem ser divididos em dois grupos dependendo do metabolismo dos mesmos
a aminoaacutecidos essenciais ou indispensaacuteveis ndash aqueles que o organismo natildeo
sintetiza ou se o faz em quantidades aqueacutem da requerida lisina triptofano
metionina valina leucina isoleucina fenilalanina e treonina satildeo essenciais ao
homem
b aminoaacutecidos natildeo essenciais ou dispensaacuteveis ndash aqueles que o organismo
sintetiza nas quantidades requeridas aacutecido aspaacutertico aacutecido glutacircmico alanina
serina etc
As proteiacutenas alimentares (presente nos alimentos) podem ser consideradas de boa qualidade
quando rica em aminoaacutecidos essenciais e de maacute qualidade se satildeo pobres em aminoaacutecidos
essenciais O milho opaco-2 melhorando geneticamente apresenta maior conteuacutedo das
proteiacutenas glutelina e zeiacutena que satildeo ricas em lisina De uma maneira geral os cereais satildeo pobres
em lisina ao passo que os gratildeos da leguminosas satildeo deficientes em metionina
As proteiacutenas que ingerimos como alimento satildeo hidrolisadas nos aminoaacutecidos constituintes
pelas enzimas digestivas do estocircmago (pepsina) suco pancreaacutetico (amino e carboxipeptidases)
e suco intestinal (d - e tripeptidases) Os aminoaacutecidos livres satildeo absorvidos pelo intestino e
atraveacutes do sistema porta se dirigem ao fiacutegado para a siacutentese das proteiacutenas corporais individuais
(estruturais ou de atividade bioloacutegica com enzimas e hormocircnios) ou sofrem reaccedilotildees
especiacuteficas para cada aminoaacutecido
Ateacute recentemente acreditava-se que as proteiacutenas em contraste com os carboidratos e lipiacutedios
fossem inertes metabolicamente Assim uma vez sintetizada a moleacutecula proteacuteica
permaneceria intacta ateacute a morte da planta ou animal quando entatildeo se iniciava a sua
degradaccedilatildeo Este conceito prevaleceu pois era observado que os teores de lipiacutedios (e
carboidratos) num organismo animal variavam dependendo da condiccedilatildeo nutritiva Assim eacute que
os depoacutesitos de gordura podem ser aumentados quando da ingestatildeo de uma dieta rica em
calorias Igualmente ocorre o consumo dos depoacutesitos de gordura em condiccedilotildees de deficiecircncia
caloacuterica Em contraste as proteiacutenas corporais natildeo satildeo utilizadas para a produccedilatildeo de energia
ateacute que outras reservas (carboidratos e lipiacutedios) tenham sido esgotadas em condiccedilotildees de fome
extrema
Entretanto os Schoenheimen alimentando ratos adultos (que estavam em equiliacutebrio
nitrogenado nulo) com aminoaacutecidos marcados com isoacutetopo 15
N demonstraram que o aacutetomo de
N passou a integrar moleacuteculas de outros aminoaacutecidos (mediante reaccedilotildees de transaminaccedilatildeo) e
igualmente foram encontrados integrando moleacuteculas proteacuteicas no fiacutegado (siacutentese de proteiacutenas)
Ficou estabelecendo entatildeo que em animais adultos onde natildeo haacute mais crescimento ocorre
siacutentese de proteiacutena com relativa velocidade a qual eacute contrabalanceada por uma degradaccedilatildeo
proteacuteica de mesma intensidade de modo que o teor global de proteiacutena corpoacuterea permanece
constate
121
Assim cada moleacutecula proteacuteica difere quanto aacute intensidade de reciclagem (turnover) a
hemoglobina possui uma meia vida de 30dias enquanto esses valores seriam de 180 e 1000
dias para a miosina e colaacutegeno respectivamente Para um humano adulto calcula-se que 12 g
de proteiacutena por dia sofram degradaccedilatildeo e siacutentese por cada quilograma de peso vivo Dessa
degradaccedilatildeo proteacuteica um quarto dos aminoaacutecidos resultantes seriam oxidados de modo que os
mesmos devem ser restituiacutedos pela proteiacutena da dieta Desde que cerca de metade dos
aminoaacutecidos oxidados satildeo ldquoindispensaacuteveisrdquo facilmente se compreende a necessidade desses
aminoaacutecidos essenciais estarem contidos na dieta e nas quantidades adequadas
Quando haacute ingestatildeo de proteiacutena ou que a dieta ou reaccedilatildeo seja deficiente em aminoaacutecidos
essenciais ou ainda na maioria dos casos patoloacutegicos o organismo degrada suas proacuteprias
proteiacutenas para conseguir os aminoaacutecidos essenciais aacute siacutentese de outras proteiacutenas necessaacuterias no
momento Ocorre entatildeo uma alteraccedilatildeo no balanccedilo nitrogenado que passa a ser negativo
O balanccedilo nitrogenado eacute a diferenccedila entre o N ingerido por dia (dos alimentos) e o excretado
(pelas fezes e urina) Um individuo ou organismo em fase de crescimento apresenta um
balanccedilo nitrogenado positivo isto eacute a quantidade de N ingerida eacute maior que a excretada Os
indiviacuteduos adultos apresentam balanccedilo (ou equiliacutebrio) nitrogenado nulo visto que os
organismos animais natildeo mais acumulam compostos nitrogenados depois de cessado o
crescimento Ao contrario do que ocorre com os carboidratos e lipiacutedios as proteiacutenas natildeo
podem ser armazenadas Daiacute uma maior excreccedilatildeo de N devido a uma dieta rica em proteiacutenas
O zootecnista ou nutricionista deve pois levar em consideraccedilatildeo no balanceamento de reaccedilotildees
ou dietas que os carboidratos e lipiacutedios devem satisfazer as exigecircncias energeacuteticas enquanto
que as proteiacutenas (a mais cara das trecircs classes de alimentos) devem constituir fonte de
aminoaacutecidos para a siacutentese das proteiacutenas do organismo
2 ESSENCIALIDADE DE AMINOACIDOS PARA OS RUMINANTES
A medida que os organismos evoluem perdem a habilidade de siacutentese de alguns compostos
que lhes satildeo essenciais os quais devem ser encontrados em sua alimentaccedilatildeo Assim enquanto
as plantas sintetizam todos os aminoaacutecidos presentes em suas proteiacutenas os organismos
animais em maior ou menor escala necessitam de alguns previamente elaborados
(heterotrofismo) A microflora (bacteacuterias) existentes no rumem dos ruminantes possui a
habilidade de sintetizar todos os aminoaacutecidos a partir de carboidratos e compostos
nitrogenados simples Tais aminoaacutecidos iratildeo integrar as proteiacutenas nas microbianas as quais
apoacutes a morte das bacteacuterias constituiratildeo alimentos para os ruminantes Nisto se fundamenta a
zootecnista ao alimentar bovinos com melaccedilo e ureacuteia (ou outros compostos nitrogenados
como esterco de galinha etc) Os vegetais e aiacute tambeacutem as bacteacuterias do rumem possuem a
enzima ureacutease que hidrolisa a ureacuteia em NH3 e CO2
CO(NH2)2 + H2O CO2 + 2NH3
A amocircnia (NH3) eacute assimilada pelas bacteacuterias formando aminoaacutecidos cujo esqueleto
carbocircnico eacute orindo do accediluacutecar do melaccedilo Tais aminoaacutecidos inclusive os essenciais ao bovino
iratildeo integrar a proteiacutena microbiana
122
3 REACcedilOtildeES ESPECIacuteFICAS PARA ALGUNS AMINOAacuteCIDOS
31 Desanimaccedilatildeo reaccedilatildeo em que um aminoaacutecido perde o grupamento amino (-NH2) na
forma de amocircnia (NH3) se transformando em no -cetoacuteaacutecido correspondente
A desidrogenase glutacircmica eacute uma enzima de ocorrecircncia universal encontrada em organismos
animais e vegetais A reaccedilatildeo eacute reversiacutevel de modo que pode operar no sentido de siacutentese ou de
degradaccedilatildeo do aacutecido glutacircmico conforme a conveniecircncia
32 Transaminaccedilatildeo reaccedilatildeo em que ocorre a transferecircncia do grupamento amino (geralmente
do aacutecido glutacircmico) para um ceto aacutecido (oxaloaceacutetico ou piruacutevico) formando outros
aminoaacutecidos Duas enzimas se destacam transaminase glutacircmico-oxaloaceacutetico (TGO) e
transaminase glutacircmico-piruacutevica (TGP) ambas exigindo piridoxina (vitamina B6) como
cofator
33 Descarboxilaccedilatildeo - o aminoaacutecido perde a carboxila na forma de CO2 se transformando
em uma amina geralmente exibindo efeitos fisioloacutegicos
A descarboxilase de histidina leva aacute produccedilatildeo de histamina amina esta que estimula a
secreccedilatildeo gaacutestrica e estaacute presente em todos os processos aleacutergico
O gama-aminobutiacuterico eacute formado no sistema nervoso sendo aiacute um componente essencial do
metabolismo dos neurocircnios A DOPAMINA eacute precursora da adrenalina que tem atividade
vasoconstritora As aminas putrescina e cadaverina satildeo formadas especialmente pela
decomposiccedilatildeo bacteriana dos materiais proteacuteicos (putrefaccedilatildeo) Putrescina se acumula
particularmente em plantas deficientes em potaacutessio alcanccedilando niacuteveis toacutexicos causando os
sintomas especiacuteficos que caracterizam a deficiecircncia mineral em questatildeo
123
4 REACcedilOtildeES DEGRADATIVAS DOS AMINOAacuteCIDOS
Cada um dos 20 aminoaacutecidos proteacuteicos sofrem diferentes reaccedilotildees originando como produtos
dependendo do esqueleto carbocircnico dos mesmos apenas acetil-CoA aacutecidos piruacutevico
oxaloaceacutetico ou alfa-cetoglutaacuterico
Os aminoaacutecidos que originam aacutecido piruacutevico oxaloaceacutetico ou alfa-cetoglutaacuterico satildeo chamados
de ldquoglicogecircnicosrdquo Aqueles que datildeo formaccedilatildeo a acetoacetil-CoA satildeo os ldquocetogecircnicosrdquo
124
INTEGRACcedilAtildeO DO METABOLISMO DOS CARBOIDRATOS
LIPIacuteDIOS E PROTEIacuteNAS
1 FASES DA PRODUCcedilAtildeO DE ENERGIA
Carboidratos lipiacutedios e proteiacutenas satildeo as 3 principais fontes de energia para a maioria dos
organismos vivos Krebs e Kormberg deram ecircnfase ao fato que apesar de muitos serem os
compostos que servem como alimentos o nuacutemero de reaccedilotildees pelas quais deles se obtem
energia eacute relativamente pequeno independente do organismo planta ou animal A natureza eacute
por conseguinte bastante econocircmica nos processos por ela desenvolvido para degradar esses
compostos que podem ser enquadrados em 3 fases principais
a Fase 1 Eacute a ldquodigestatildeo dos alimentosrdquo de natureza hidroliacutetica Assim os
polissacariacutedios satildeo hidrolizados em monossacariacutedios usulmente hexoses os
trigliceriacutedios que constituem a quase totalidade da fraccedilatildeo lipiacutedica de uma dieta
satildeo hidrolizados em glicerol e aacutecido graxos e as proteiacutenas degradadas nos
aminoaacutecidos constituintes A energia contida nessas ligaccedilotildees (glicosiacutedicas dos
oligo e polissacariacutedios eacutesteres dos trigliceriacutedios e peptiacutedicas das proteiacutenas) eacute
liberada na forma de calor aumentando a temperatura do meio (que eacute
observada durante a digestatildeo e mesmo em sementes durante a germinaccedilatildeo)
b Fase 2 Os monossacariacutedios glicerol aacutecidos graxos e aminoaacutecidos satildeo
posteriormente degradadas a 3 substacircncias apenas por processos que podem
resultar na formaccedilatildeo de algumas ligaccedilotildees fosfatadas ricas em energia (ATP) O
glicerol apoacutes ser convertido em piruvato pela sequumlecircncia glicoliacutetica daraacute origem
a acetil-CoA O mesmo ocorre com os carboidratos Os aacutecidos graxos pela
beta-oxidaccedilatildeo se transformam em acetil-CoA Os 20 aminoaacutecidos integrantes
das proteiacutenas dependendo do seu esqueleto carbocircnico podem dar formaccedilatildeo aacute
acetil-CoA aacutecido-cetoglutaacuterico e aacutecido oxaloaceacutetico
c Fase 3 Os 3 compostos chaves formados anteriormante (acetil-CoA aacutecido
alfa-cetoglutaacuterico e aacutecido oxaloaceacutetico) seratildeo oxidados pelo Ciclo de Krebs
mediante a reduccedilatildeo de apenas 2 tipos de coenzimas (DPNH + H+ e FADH2)
que o serem reoxidadas na Cadeia Respiratoacuterias aacutes custas do oxigecircnio
molecular propiciam a ldquofosforilaccedilatildeo oxidativardquo
125
2 CONVERSAtildeO DE CARBOIDRATOS LIPIacuteDIOS E PROTEIacuteNAS ENTRE SI
21Transformaccedilatildeo de carboidratos em lipiacutedios Pela formaccedilatildeo primeira dos aminoaacutecidos
(natildeo essenciais ao organismo em questatildeo)Mediante as reaccedilotildees de desaminaccedilatildeo e
transaminaccedilatildeo o NH3 pode ser incorporado em esqueletos carbocircnicos formando aacutecido
glutacircmico aspaacutertico alanina etc desde que haja os cetoaacutecidos disponiacuteveis muitas enzimas
podem formar cetoaacutecidos dicarboxiacutelicos a partir de intermediaacuterios da glicoacutelise
23 Transformaccedilatildeo de proteiacutenas em carboidratos ou lipiacutedios - Estima-se que mais da
metade dos aminoaacutecidos existentes nas proteiacutenas animais podem se transformar em
carboidratos (glicose) Isto eacute de suma importacircncia para o metabolismo animal pois que 50
de suas proteiacutenas satildeo potencialmente capazes de se transformar em accediluacutecar Para tal os
aminoaacutecidos ldquoglicogecircnicosrdquo se transformar em aacutecido piruacutevico oxaloaceacutetico ou alfa-
cetoglutaacuterico produtos esses que se transformar em aacutecido fosfoenolpiruacutevico (PEP) e mediante
o reverso da glicoacutelise iratildeo formar accediluacutecar (processo esse denominado gluconeogecircnese) A
gluconeogecircnese eacute a formaccedilatildeo de glicose a partir de substacircncias natildeo gluciacutedicas
Os aminoaacutecidos que ao serem degradados levam aacute produccedilatildeo de acetoacetil-CoA satildeo
chamados de ldquocetogecircnicosrdquo pois satildeo responsaacuteveis pelo aparecimento dos ldquocorpos cetocircnicosrdquo
(acetoacetato hidroxibutiratoe acetona)
Um animal quando submeto a um regime de fome e apoacutes esgotar suas reservas de
carboidratos (glicose do sangue e gligecircnio muscular e hepaacutetico) e de lipiacutedios (depoacutesito
subscutacircneos de gordura) passa a se utilizar de suas proteiacutenas corporais Neste processo o
organismo utiliza primeiramente as proteiacutenas de menor importacircncia fisioloacutegica de inicio as
proteiacutenas do sangue (albuminas e globulinas) depois as do tecido muscular do tecido oacutesseo e
finalmente as do tecido nervoso Neste estaacutegio o organismo natildeo tem mais recuperaccedilatildeo
24 Transformaccedilatildeo de lipiacutedios em carboidratos - Tal transformaccedilatildeo somente eacute possiacutevel em
plantas fungos e bacteacuterias organismos esses que possuem o ldquoCiclo do Glioxilatordquo em funccedilatildeo
de possuiacuterem duas enzimas especiais siacutentese maacutelica e isocitrase
Tais enzimas satildeo particularmente ativas durante a germinaccedilatildeo de sementes ricas em oacuteleos
Natildeo satildeo encontradas no tecido animal Daiacute a impossibilidade dos organismos animais
transformarem gordura em carboidrato uma vez que a oxidase piruacutevica catalisa
irreverssivelmente a transformaccedilatildeo de piruvato em acetil-CoA
126
EXCRECcedilAtildeO DO NITROGEcircNIO
1 CONSIDERECcedilAtildeO GERAIS
Do metabolismo degradativo dos compostos nitrogenados especialmente dos aminoaacutecidos
resulta a amocircnia (NH3) Devido a natureza dinacircmica dos processos metaboacutelicos parte da
amocircnia eacute reutilizada pela ceacutelula mediante o processo da assimilaccedilatildeo da amocircnia enquanto o
restante deve ser eliminada por excreccedilatildeo
Sabe-se que os animai excretam o nitrogecircnio em uma das trecircs seguintes formas nitrogenadas
de excreccedilatildeo amocircnia ureacuteia e aacutecido uacuterico Destas formas a amocircnia eacute a mais toacutexicas e altamente
soluacutevel em aacutegua a ureacuteia eacute bem menos toacutexicas mas igualmente soluacutevel ao passo que o aacutecido
uacuterico eacute bastante insoluacutevel e natildeo toacutexico
Um dos capiacutetulos mais interessantes da bioquiacutemica comparada vem a ser aquele referente aacute
excreccedilatildeo do nitrogecircnio Existe evidecircncias suficientes de que a forma nitrogenada excretada
por um organismo eacute geralmente determinada pela disponibilidade de aacutegua para esse
organismo
Assim os animais aquaacuteticos que vivem circundados pela aacutegua podem excretar a amocircnia a
qual a despeito de ser toacutexica natildeo acarreta nenhum inconveniente devido aacute diluiccedilatildeo
instantacircnea no meio ambiente Jaacute os animais terrestres que possuem um suprimento limitado
de aacutegua natildeo podem acumular a amocircnia excretando pois o nitrogecircnio na forma de ureacuteia ou
aacutecido uacuterico
A escolha entre ureacuteia ou aacutecido eacute estabelecida pelas condiccedilotildees do desenvolvimento
embrionaacuterio Assim os mamiacuteferos nos quais o feto se desenvolve em contato iacutentimo com o
corpo materno atraveacutes do sistema circulatoacuterio sintetizam ureacuteia a qual sendo soluacutevel pode ser
removida do embriatildeo e excretada pela matildee Jaacute os embriotildees de paacutessaros e rapteis que se
desenvolvem no interior de um sistema fechado o ovo com um conteuacutedo de aacutegua bastante
limitado natildeo podem utilizar a ureacuteia como forma de excreccedilatildeo devido aacute sua solubilidade e
toxidez Tais organismos optaram entatildeo pelo aacutecido uacuterico o qual sendo insoluacutevel depositar-se-
ia na forma de um soacutelido na parte interna da casca Essas caracteriacutesticas de excreccedilatildeo
nitrogenada tatildeo importante para o desenvolvimento do embriotildees seriam entatildeo mantidas no
organismo adulto
2 EXCRECcedilAtildeO DA AMOcircNIA (NH3)
Nos animais amonioteacutelicos ou seja aqueles que excretam predominantes a amocircnia (como a
maior parte dos vertebrados aquaacuteticos especialmente os peixes oacutesseos e as larvas de anfiacutebios)
o catabolismo dos aminoaacutecidos se inicia com uma transaminaccedilatildeo envolvendo -cetoglutarato
formando-se glutamato Glutamato igualmente pode ser formado pela desidrogenase glutacircmica
utilizando-se de amocircnia livre (NH3) Entretanto devido aacute carga negativa do glutamato no pH
fisioloacutegico (apresenta as carboxilas desprotonizadas) o mesmo natildeo atravessa as membranas
lipoproteacuteicas Para contornar tal problema o glutamato se combina enzimaticamente com mais
amocircnai pela accedilatildeo da glutamina sintetase formando glutamina uma moleacutecula neutra natildeo
toacutexica capaz de se translocar transportando o N na forma amiacutedica para o fiacutegado (no caso da
maioria dos animais terrestres) ou para as guelras das formas aquaacuteticas
127
Nas guelras a glutamina perde o nitrogecircnio amiacutedico pela accedilatildeo da glutaminase aiacute presente
liberando o nitrogecircnio na forma de amocircnia (NH3) que eacute excretada no meio exterior
3 EXCRECcedilAtildeO DA UREacuteIA
A ureacuteia eacute a principal forma nitrogenada de excreccedilatildeo dos ureoteacutelicos que compreende as maior
parte dos vertebrados terrestres
A formaccedilatildeo da ureacuteia foi estudada por KREBS e HENSELEIT utilizando-se de fatias de fiacutegado
de rato Tal tecido tinha habilidade de sintetizar ureacuteia a partir de CO2 e NH3 em um processo
endergocircnico ou seja exigente em energia (ATP)
Tais pesquisadores demonstravam que quantidades cataliacuteticas de arginina citrulina e ornitina
propiciavam a formaccedilatildeo de uma quantidade apreciaacutevel de ureacuteia Foi proposto entatildeo um ciclo
de reaccedilotildees que tinha por finalidade promover a desintoxicaccedilatildeo da amocircnia o qual eacute
mencionado com ciclo da ureacuteia ciclo da ornitina-ureia ou ciclo de Krebs-Henseleit
Tal ciclo opera em animais e em plantas Entretanto em plantas devido aacute presenccedila da ureacutease a
siacutentese da ureacuteia natildeo teria propoacutesito e a funccedilatildeo do ciclo seria unicamente de propiciar a siacutentese
de arginina
O previleacutegio de se excretar o nitrogecircnio na forma de ureacuteia tem um preccedilo energeacutetico 4
moleacuteculas de ATP satildeo grandes por moleacuteculas de ureacuteia formada computando-se apenas as
reaccedilotildees do ciclo propriamente dito
4 FORMACcedilAtildeO DO AacuteCIDO UacuteRICO
Os animais uricoteacutelicos paacutessaros e reacutepteis excretam o nitrogecircnio mormente na forma
insoluacutevel de aacutecido uacuterico Composto com 33 de nitrogecircnio
Entretanto o aacutecido uacuterico tambeacutem eacute o principal sub-produto da degradaccedilatildeo das purinas (adenina
e guanina) nos primatas paacutessaros e reacutepteis
128
Haacute um consideraacutevel gasto de energia para a fabricaccedilatildeo do aacutecido uacuterico que eacute realizada aacutes
custas de pequenas moleacuteculas Inicialmente o nitrogecircnio de alguns aminoaacutecidos juntamente
com o carbono de outras moleacuteculas doadoras satildeo empregados para se confeccionar as bases
adenina e guanina as quais em seguida satildeo transformadas em aacutecido uacuterico
129
FOTOSSIacuteNTESE
1 INTRODUCcedilAtildeO
A fotossiacutentese eacute um importante processo bioloacutegico que ocorre na biosfera e dele dependem
todas as formas viventes O sol fornece energia para todos os processos bioloacutegicos em nosso
planetaAleacutem de ser o responsaacutevel pelo movimento de ar e aacutegua na superfiacutecie terrestre a vida
se originou na terra de modo a depender exclusivamente de seu contiacutenuo fornecimento de
energia Os organismos pigmentados e com especial referecircncia as plantas verdes utilizam a
energia radiante e a armazena na forma de ligaccedilotildees quiacutemicas Este fenocircmeno eacute chamado de
fotossiacutentese cuja equaccedilatildeo geral eacute
2 CLOROPLASTOS E PIGMENTOS
O centro Bioloacutegicos da fotossiacutentese eacute uma organela inclusa no citoplasma celular denominada
de cloroplasto Dentro do cloroplasto estatildeo os compostos responsaacuteveis pela absorccedilatildeo da
energia radiante e a posterior transformaccedilatildeo em energia quiacutemica Os compostos que recebem
essas radiaccedilotildees satildeo as clorofilas a e b carotenoacuteides e ficobilinas A posterior reduccedilatildeo o CO2 ao
niacutevel de carboidratos eacute efetuada por um equipamento enzimaacutetico aiacute presente Esses pigmentos
ocorrem na forma de lipoproteiacutenas dentro dos cloroplastos Os cloroplastos se apresentam de
forma elipsoidal com 3-5 de comprimento por 2 de espessura cujo nuacutemero varia nas algas
A estrutura dos cloroplastos revelada pela microscopia eletrocircnica se mostrou altamente
organizada uma membrana dupla isola a organela do citoplasma Inclusa numa matriz
denominada de estroma estatildeo corpos em forma de disco (tilacoacuteides) dispostos em camadas e
que se chama de grana O tilacoacuteide eacute a unidade fotossinteacutetica formada de camadas alternadas
de proteiacutenas (enzimas) e lipiacutedios (pigmentos e fosfolipiacutedios)
Pesquisa-se constantemente os passos bioquiacutemicos da fotossiacutentese e ainda pouco se sabe o
fenocircmeno da conversatildeo quacircntica ou seja como a energia luminosa eacute transformada em energia
quiacutemica
As clorofilas ldquoardquo e ldquobrdquo logo se apresentaram como sendo pigmentos muito relacionados com a
fotossiacutentese quando se estudou os seus espectros de absorccedilatildeo e a eficiecircncia fotossinteacutetica para
os diversos comprimentos de onda
130
O fato existir fotossinteacutetica em comprimento de onda que natildeo satildeo absorvidos pelas clorofilas
(500 a 600nm) levou-se a acreditar que outros pigmentos (carotenoacuteides e ficobilinas)
absorvessem essa luz e transferissem a energia para a moleacutecula de clorofila Salienta-se ainda
o fato de que os carotenoacuteides evitam a fotoxidaccedilatildeo da clorofila Os carotenoacuteides apresentam
pico de absorccedilatildeo em 430nm enquanto a ficobilina azul os apresentam em 560e 570nm e
660nm A ficobilina vermelha exibe picos de absorccedilatildeo em 500 e 570nm
3 UTILIZACcedilAtildeO DA AacuteGUA NA FOTOSSIacuteNTESE
Segundo a reaccedilatildeo anterior a aacutegua eacute o agente que eacute oxidado a O2 O estudo com
microorganismo fotossintetizadores (bacteacuterias) fornecem dados para se poder especular a
respeito do papel da aacutegua na fotossiacutentese
Em sulfobacteacuteias a reaccedilatildeo pode ser assim representada
Van Niel observou a analogia dessa reaccedilatildeo com aquela das plantas verdes e escreveu uma
equaccedilatildeo geral da fotossiacutentese
No caso especiacutefico das plantas verdes notamos que haacute necessidade da cisatildeo da moleacutecula de
H2O como primeiro passo para a reduccedilatildeo do CO2 havendo pois evoluccedilatildeo de O2 e que
segundo Van Niel este seria provenientes da aacutegua Tal afirmativa foi comprovada com o uso
de H2O18
e a reaccedilatildeo correta seria
No processo da fotossiacutentese a aacutegua seria sintetizada e consumida
4 REACcedilAtildeO DE HILL
Em 1937 Hill na Inglaterra estudou as reaccedilotildees da fotossiacutentese trabalhando com cloroplastos
isolados de espinafre acreditando conseguir melhores resultados Natildeo conseguiu o seu intento
em promover a reduccedilatildeo do CO2 ao niacutevel de carboidratos mas conseguiu promover a fotoacutelise
da H2O na presenccedila de outro agente oxidante o ferrioxalato de K
Observou-se ainda que a evoluccedilatildeo de O2 se processava segundo uma estequiometria em
relaccedilatildeo ao agente oxidante adicionado
131
Posteriormente foram identificados substitutos do ferrioxalato benzoquinona 26-
diclorofenolindofenol etc Essas reaccedilotildees foram muito criticadas na eacutepoca pelo fato de tais
compostos natildeo serem de ocorrecircncia natural na ceacutelula natildeo tendo importacircncia fisioloacutegica ou
bioquiacutemica
Mas em 1952 nos EUA foi observado que TPN+ (NADP+) podia ser facilmente reduzido na
presenccedila de luz e cloroplastos de espinafre Tal fato se revestiu de particular interesse pois que
jaacute era conhecida a capacidade do TPNH em promover a reduccedilatildeo de uma seacuterie de substrato
orgacircnico
Um dos enigmas da fotossiacutentese havia sido descoberto a fotoreduccedilatildeo do TPN+
Faltava apenas o que em 1954 na Califoacuternia foi conseguido por ARNON a reduccedilatildeo do CO2 a
carboidrato pela accedilatildeo da luz com cloroplastos intactos sem exigir outros componentes
celulares O CO2 foi reduzido enquanto houve oxidaccedilatildeo da aacutegua
Neste trabalho ARNON demonstrou uma segunda funccedilatildeo do cloroplastos produzir ATP a
partir de ADP + Pi com auxilio da luz
O processo foi chamado de fotofosforilaccedilatildeo
Ainda mais iluminado-se cloroplastos em presenccedila de ADP Pi e TPN+ e na ausecircncia de CO2
acumulavam-se ATP e NADPH Esse material quando em presenccedila de CO2 promovia a
reduccedilatildeo do mesmo ao niacutevel de carboidrato mesmo na obscuridade Separam-se entatildeo duas
reaccedilotildees ldquoreaccedilatildeo luminosardquo e ldquoreaccedilatildeo no escurordquo
5 CICLO DE CALVIN
O ciclo de reduccedilatildeo do CO2 foi estabelecido por Calvin e seus colaboradores quando buscavam
as respostas para as seguintes perguntas qual o primeiro composto orgacircnico formado pela
fixaccedilatildeo ou reduccedilatildeo do CO2 durante a fotossiacutentese Como seria bioquimicamente essa
fixaccedilatildeo Calvin utilizou o 14
CO2 algas chlorella e teacutecnicas cromatograacuteficas para identificar o
primeiro composto formado na fotossiacutentese A consideraccedilatildeo baacutesica era que
Apoacutes exposiccedilatildeo ao 14CO2 durante 30 segundos apareceram marcados diversos aminoaacutecidos
aacutecidos orgacircnicos e accedilucares
Depois de 7 segundos de exposiccedilatildeo 12 compostos radioativos entre eles hexose trioses e
tetroses
132
Depois de 5 segundos o aacutecido 3-fosfogliceacuterico retinha a maior atividade especifica e a
radioatividade estava no carbono da carboxila
Acredita-se de iniacutecio que o composto que recebia o CO2 seria uma moleacutecula com 2 aacutetomos de
carbono mas a busca foi infrutiacutefera Segundo uma teacutecnica de interrupccedilatildeo brusca no
fornecimento de CO2 observou-se o acuacutemulo de Ribulose ndash15-difosfato o aceptor de CO2
Posteriormente a enzima carboxidismutase foi identificada Ao mesmo tempo os estudos dos
compostos radioativos suas atividades especiacuteficas e a posiccedilatildeo do 14
C na moleacutecula permitiram
a calvin estabelecer o caminho do carbono na fotossiacutentese
6 VIA C-4 DOS AacuteCIDOS DICARBOXIacuteLICOS
Jaacute era conhecido haacute mais de quinze anos que algumas gramiacuteneas tropicais e outras espeacutecies
de plantas adaptas ao clima aacuterido se distinguiam pela alta taxa de fotossiacutentese baixa perda de
CO2 na luz (fotorrespiraccedilatildeo) anatomia foliar caracteriacutestica e baixo consumo de aacutegua por
unidade de mateacuteria seca produzida Todas estas caracteriacutesticas identificadas isolada e
independentemente tecircm conexatildeo como processo de fixaccedilatildeo do CO2 que ocorre em vaacuterios
grupos de plantas que realizam a fotossiacutentese atraveacutes do ciclo ldquoC-4rdquo Esta fixaccedilatildeo do CO2
diferente daquela proposta pelo ciclo de calvin jaacute tinha sido identificada em milho e canandashde-
accediluacutecar atraveacutes de experimentos com14
CO2 e subsequumlente identificaccedilatildeo dos produtos
radioativos formados Os resultados mostravam que um composto com 4 aacutetomos de carbono
aparecia como primeira substacircncia marcada diferente do 3-PGA como as plantas ldquoC-3rdquo
Folhas de cana-de-accediluacutecar apoacutes 1 segundo de exposiccedilatildeo ao 14
CO2 apresentavam 80 da
radioatividade nos aacutecidos oxaloaceacutetico maacutelico aspaacutertico O mesmo era observado com milho
sorgo e outras plantas com elevada capacidade fotossinteacutetica ou de produccedilatildeo de massa verde
Em tais plantas observa-se um alto valor de Km para o CO2 frente aacute carboxi-dismutase
(Ribulose-15-difosfato carboxilase)
Foram Kortschak e colaboradores em 1965 que mostravam de maneira convincente que o
primeiro composto acumulado durante a fotossiacutentese de cana-de-accediluacutecar era o malato Hatch e
Slack durante 1966 a 1970 completaram os estudos e estabeleceram as bases para o
conhecimento do ciclo ldquoC-4rdquo embora muitas adiccedilotildees tenham sido feitas mais recentemente
133
Uma caracteriacutestica anatocircmica associada ao processo de fixaccedilatildeo do CO2 pelas folhas das
plantas ldquoC-4rdquo refere-se agrave presenccedila de um anel de ceacutelulas que circundam os feixes vasculares a
bainha vascular
A assimilaccedilatildeo do CO2 da atmosfera ocorre nas ceacutelulas do mesoacutefilo sendo incorporado na
moleacutecula do aacutecido fosfoenolpiruacutevico (PEP) produzindo aacutecido oxaloaceacutetico (AOA) e em
seguida malato ou aspartato dependendo do tipo de planta considerada O malato ou aspartato
eacute transportado para a bainha vascular onde eacute descarboxilado sendo o CO2 produzindo na
reaccedilatildeo imediatamente fixado atraveacutes do ciclo de calvin
As reaccedilotildees iniciais da fixaccedilatildeo do CO2 satildeo as seguintes
7 METABOLISMO AacuteCIDO DAS CRASSULAacuteCEAS (CAM)
Vaacuterias espeacutecies de plantas que habitam em ambientes aacuteridos e quentes apresentam um sistema
de fixaccedilatildeo do CO2 especializado destinado principalmente a manter um balanccedilo positivo de
carbono nos tecidos ao mesmo tempo que desenvolvem um eficiente mecanismo de economia
de aacutegua Estas espeacutecies satildeo geralmente suculentas e englobam os membros da famiacutelia das
crassulaacuteceas Entretanto vaacuterios outros grupos de plantas exibem comportamento fisioloacutegico
semelhante ao das crassulaacuteceas (cactos abacaxi orquiacutedeas) caracterizado por uma produccedilatildeo
ciacuteclica diaacuteria de aacutecidos orgacircnicos daiacute a denominaccedilatildeo de metabolismo aacutecido das crassulaacuteceas
(CAM) As plantas que assimilam o gaacutes carbocircnico atraveacutes do sistema CAM devido aacutes
restriccedilotildees na disponibilidade de aacutegua e grande pressatildeo ambiental que resulta em elevada
transpiraccedilatildeo fecham os estocircmatos durante o dia a fim de manter a hidrataccedilatildeo dos tecidos Aacute
noite os estocircmatos se abrem e permitem a entrada do CO2 que eacute assimilado atraveacutes da reaccedilatildeo
catalisada pela enzima PEP-carboxilase
134
O oxaloacetato produzido eacute transformaccedilatildeo em malato pela NADH-malato desidrogenase e se
acumula No periacuteodo seguinte de iluminaccedilatildeo o malato eacute descarboxilado na reaccedilatildeo catalisada
pela enzima do aacutecido maacutelico-NADP (em algumas espeacutecies pela PEP-carboxiquinase) sendo
que o piruvato formado reage com ATP e regenera o PEP na reaccedilatildeo da piruvato-diquinase O
CO2 liberado no processo eacute captado pela RuDP-carboxilase e pela operaccedilatildeo do ciclo de
calvin resulta na produccedilatildeo de amido Estas reaccedilotildees que ocorrem durante o dia satildeo restritas
aos cloroplastos enquanto o sistema que opera durante a noite ocorre no citoplasma O amido
que se acumula durante o dia eacute degradado na noite seguinte formando hexose-fosfato que satildeo
oxidadas nas reaccedilotildees glicoliacuteticas que resultam em aacutecido fosfoenolpiruacutevato (PEP)
O caraacuteter adaptativo da plantas CAM eacute altamente evoluiacutedo e permite sua sobrevivecircncia em
condiccedilotildees extremas de ambiente O fechamento dos estocircmatos durante o dia resulta em um
aumento da temperatura das folhas que pode atingir ateacute 50C Entretanto a temperatura
oacutetima para a atividade da enzima de descarboxilaccedilatildeo (enzima do aacutecido maacutelico) e tambeacutem
bastante alta permitindo que a liberaccedilatildeo interna do CO2 ocorra normalmente Em condiccedilotildees
climaacuteticas mais amenas com boa disponibilidade de aacutegua as plantas CAM comportam-se de
maneira semelhante aacutes espeacutecies de fotossiacutentese ldquoC-3rdquo e o CO2 eacute fixado durante o dia pelo
ciclo de calvin
8 FOTORRESPIRACcedilAtildeO
Umas das caracteriacutesticas fisioloacutegicas mais importantes que diferenciam as plantas ldquoC-4rdquo das
ldquoC-3rdquo eacute a ocorrecircncia de perdas de carbono pelas folhas simultaneamente com o processo de
absorccedilatildeo de gaacutes carbocircnico pela fotossiacutentese Este fenocircmeno de liberaccedilatildeo de CO2 na luz
funcional e metabolicamente ligado aacute fotossiacutentese eacute denominado fotorrespiraccedilatildeo O termo
fotorrespiraccedilatildeo inicialmente empregado por Decker no final da deacutecada de 50 significa que os
tecidos fotossintetizantes liberam CO2 com maior intensidade na luz do que na obscuridade
considerando que o processo da respiraccedilatildeo (glicoacutelise ciclo de Krebs e transporte eletrocircnico no
mitococircndrio) ocorre continuamente tanto no periacuteodo iluminado como no escuro
Uma das diferenccedilas baacutesicas entre o fenocircmeno de fotorrespiraccedilatildeo e respiraccedilatildeo refere-se ao
efeito do O2 sobre os dois sistemas A fotorrespiraccedilatildeo eacute aumentada com o aumento da
concentraccedilatildeo de oxigecircnio no meio a partir de 1-2 Em contraste a respiraccedilatildeo satura quando
o O2 atinge aproximadamente 2 e natildeo haacute e nenhum efeito da elevaccedilatildeo do conteuacutedo de
oxigecircnio ateacute aproximadamente 21 Esta influecircncia do oxigecircnio sobre a fotorrespiraccedilatildeo esta
intimamente associada com o efeito do oxigecircnio sobre a fotossiacutentese Jaacute em 1929 Warburg
descreveu uma diminuiccedilatildeo da fotossiacutentese com o aumento da concentraccedilatildeo de O2 Esta
inibiccedilatildeo denominada efeito de Warburg podia ser removida pelo aumento da concentratildeo de
CO2 sugerindo processos competitivos Mas foi com a interpretaccedilatildeo dada por Decker e Tio
(1959) na tentativa de explicar o brusco aumento da liberaccedilatildeo de CO2 que ocorre
imediatamente apoacutes a interrupccedilatildeo da iluminaccedilatildeo que os estudos do mecanismo da
fotorrespiraccedilatildeo foram intensificados Folhas iluminadas em condiccedilotildees de equiliacutebrio no que se
refere aacutes trocas de CO2 com o ambiente (ponto de compensaccedilatildeo de CO2) liberam alta
quantidade de gaacutes carbocircnico nos primeiros minutos que seguem ao iniacutecio do periacuteodo de
escuro Este ldquoaumento poacutes-iluminaccedilatildeordquo da liberaccedilatildeo de CO2 parecia significar que algum
composto sintetizado na luz se armazenaria e sua utilizaccedilatildeo continuaria a ocorrer no escuro
enquanto houvesse disponibilidade de substrato para o processo
135
A associaccedilatildeo entre fotossiacutentese e a fotorrespiraccedilatildeo foi definitivamente esclarecida com a
descriccedilatildeo do processo de oxidaccedilatildeo da ribulose difosfato atraveacutes da enzima RuDP-
carboxilaseoxigenase Em condiccedilotildees normais (003 CO2 21 O2) a enzima apresenta duas
atividades carboxilase e oxigenase A relaccedilatildeo entre as duas atividades eacute de aproximadamente
7030 dependendo da idade da folha condiccedilotildees climaacuteticas espeacutecies de planta etc Desta
competiccedilatildeo decorre uma diminuiccedilatildeo da assimilaccedilatildeo liacutequida do CO2 o que normalmente
resulta em um decreacutescimo da produtividade da planta
O processo de fotorrespiraccedilatildeo se inicia com a produccedilatildeo do aacutecido glicoacutelico a partir da queda da
moleacutecula de RuDP pela accedilatildeo do O2 sobre a enzima RuDP-carboxilase
O aacutecido fosfoglicoacutelico eacute transformado em aacutecido glicoacutelico atraveacutes da reaccedilatildeo catalisada pela
fosfatase e se configura com o principal substrato para a fotorrespiraccedilatildeo O metabolismo do
aacutecido glicoacutelico se daacute nos peroxissomos que satildeo organelas celulares presentes em todas as
ceacutelulas verdes em geral localizados proacuteximos dos cloroplastos frequumlentemente com os
envelopes externos justapostos a estes
Nos peroxissomos o aacutecido glicoacutelico eacute oxidado a aacutecido glioxiacutelico e em seguida eacute produzida a
glicina
A glicina formada no peroxissomo eacute transferida para o mitococircndrio onde se acumula e produz
serina Neste processo a condensaccedilatildeo de duas moleacuteculas de glicina resulta na formaccedilatildeo de
serina com a liberaccedilatildeo de CO2
O gaacutes carbocircnico formado eacute transportado para o meio externo constituindo-se em fonte de
perda de carbono pela fotorrespiraccedilatildeo
A serina volta ao peroxissomo eacute transformada em aacutecido hidroxipiruacutevico e em seguida em
aacutecido gliceacuterico
136
Com a transferecircncia do aacutecido gliceacuterico para o cloroplasto ocorre a produccedilatildeo de aacutecido
fosfogliceacuterico que em seguida eacute incorporado no ciclo de calvin
9 FISIOLOGIA COMPARA DAS PLANTAS ldquoC-3rdquo e ldquoC-4rdquo
Interna atividade de pesquisa desenvolvida nos uacuteltimos quinze anos mostrou que a atividade
fotossinteacutetica dos vaacuterios grupos de plantas difere em funccedilatildeo de caracteriacutestica especiacuteficas do
ponto de vista fisioloacutegico anatocircmico e bioquiacutemico
Um dos paracircmetros mais importantes na diferenciaccedilatildeo das plantas ldquoC-4rdquo das ldquoC-3rdquo refere-se aacute
capacidade dos tecidos das espeacutecies ldquoC-4 de concentrarem o CO2 atmosfeacuterico nos siacutetios de
produccedilatildeo de carboidratos ou seja nas ceacutelulas da bainha vascular Sabe-se que ambas as
plantas ldquoC-4rdquo e ldquoC-3rdquo apresentam o processo de fotorrespiraccedilatildeo ativo se bem com
intensidades diferentes mas as primeiras tecircm a capacidade de capturar o CO2 no seu caminho
em direccedilatildeo aacute atmosfera externa pela reaccedilatildeo da PEP-carboxilase que mostra grande afinidade
com o gaacutes carbocircnico (baixo valor do Km) Desta maneira as plantas ldquoC-4rdquo natildeo perdem CO2
para a atmosfera e o sistema de descarboxilaccedilatildeo do malato ou oxaloacetato que ocorre na
bainha vascular quantidade de gaacutes carbocircnico disponiacutevel no sitio da enzima RuDP-carboxilase
que funciona em concentraccedilatildeo de CO2 de 60 M ou mais (Hatch1976) Nestas condiccedilotildees a
RuDP-carboxilase apresenta maacutexima velocidade de reaccedilatildeo pois encontra-se em saturaccedilatildeo de
substrato considerando em Km de 20 microM (Hatch 1976)
A caracteriacutestica anatocircmica das plantas ldquoC-4rdquo representada pela siacutendrome de Kranz propicia
que os produtos da assimilaccedilatildeo do carbono principalmente os carboidratos aminoaacutecidos e
aacutecidos orgacircnicos sejam facilmente transferidos para o sistema vascular (floema) e
translocados para outras partes da planta com menor gasto de energia metaboacutelica
De maneira geral as plantas ldquoC-4rdquo apresentam elevada resistecircncia dos estocircmatos ao fluxo de
CO2 e de vapor d‟aacutegua que ocorre entre a folha e a atmosfera externa Entretanto devido aacute
grande afinidade da enzima PEP-carboxilase com o seu substrato o gaacutes carbocircnico as ceacutelulas
tecircm capacidade de assimilar o CO2
com bastante eficiecircncia ao mesmo tempo que restringem a perda de aacutegua atraveacutes da
transpiraccedilatildeo Assim as plantas ldquoC-4rdquo chegam a apresentar 50 mais eficiecircncia na utilizaccedilatildeo
da aacutegua para a produccedilatildeo de mateacuteria seca do que as plantas ldquoC-3rdquo
Outra importante caracteriacutestica fisioloacutegica que diferencia as plantas ldquoC-3rdquo e ldquoC-4rdquo refere-se aacute
eficiecircncia de utilizaccedilatildeo do nitrogecircnio nos processos de assimilaccedilatildeo Recentemente Black e
colaboradores (1977) demonstraram que as plantas ldquoC-4rdquo em comparaccedilatildeo com as ldquoC-3rdquo
produzem duas vezes mais mateacuteria seca por unidade de nitrogecircnio A localizaccedilatildeo da RuDP-
carboxilase quase que exclusivamente nas ceacutelulas de bainha vascular faz com que as
espeacutecies ldquoC-4rdquo utilizem de 10 a 25 da proteiacutena soluacutevel das folhas para a produccedilatildeo da
enzima enquanto as plantas ldquoC-3rdquo investem de 40 a 50 no mesmo processo Desta maneira
as plantas ldquoC-4rdquo tem a capacidade de sobreviver e produzir satisfatoriamente em solos pobres
em nitrogecircnio Estas plantas no qual os componentes satildeo separados temporal e espacialmente
Assim as enzimas que catalisam as reaccedilotildees de reduccedilatildeo do nitrato nas folhas especificamente
redutase de nitrato redutase de nitrato e glutamato desidrogenase localizam-se nas ceacutelulas do
mesoacutefilo como o sistema de assimilaccedilatildeo do nitrato requer aleacutem de esqueletos de carbono
(Magalhatildees 1978) alta quantidade de energia (ATP) e de compostos redutores (ferredoxina
NADPH) que tambeacutem satildeo necessaacuterios para o processo de assimilaccedilatildeo do CO2 eacute altamente
desejaacutevel que os dois sistemas (fixaccedilatildeo de CO2 e reduccedilatildeo de nitrato) estejam localizados em
137
compartimentos distintos como ocorre nas folhas das plantas ldquoC-4rdquo A competiccedilatildeo que se
estabelece entre os dois processos nas ceacutelulas das plantas ldquoC-3rdquo eacute parcialmente responsaacutevel
pela menor eficiecircncia de utilizaccedilatildeo do nitrogecircnio nestas plantas comparativamente com as
plantas ldquoC-4rdquo
Como decorrecircncia da economia de CO2 que eacute feita pelas espeacutecies ldquoC-4rdquo que natildeo perdem gaacutes
carbocircnico pela fotorrespiraccedilatildeo aquelas plantas apresentam ponto de compensaccedilatildeo ao redor de
5-10 ppm de CO2 enquanto as ldquoC-3rdquo mostram ponto de compensaccedilatildeo de 50 a 150 ppm de
CO2 Em funccedilatildeo das respostas das vaacuterias espeacutecies com relaccedilatildeo aacute concentraccedilatildeo do gaacutes
carbocircnico da atmosfera as plantas ldquoC-4rdquo tecircm maior capacidade de enfrentar a competiccedilatildeo que
se estabelece em comunidades vegetais muito densas nas quais poderaacute ocorrer limitaccedilatildeo de
CO2 para a fotossiacutentese
Estudos iniciais do ciclo ldquoC-4rdquo mostraram que a ocorrecircncia daquele processo prevalecia nas
plantas aclimatadas a ambiente tropical ou seja adaptadas aacute temperatura elevada e alta
intensidade luminosa Investigaccedilotildees mais recentes mostraram que vaacuterias espeacutecies ldquoC-3rdquo como
girassol mandioca e Camissonia que ocorrem em climas quentes e muito iluminados fazem
fotossiacutentese eficientemente em condiccedilotildees de stress (Mooney et al 1976)
Em geral as plantas ldquoC-4rdquo fazem fotossiacutentese tanto mais eficientemente quanto mais elevada
for a intensidade luminosa sem portanto apresentar uma saturaccedilatildeo na assimilaccedilatildeo do CO2
como ocorre nas plantas ldquoC-3rdquo em condiccedilotildees de iluminaccedilatildeo relativamente baixa (13 da
intensidade luminosa maacutexima)
Associada com a resposta aacute iluminaccedilatildeo as plantas ldquoC-4rdquo apresentam temperatura oacutetima para a
fotossiacutentese mais elevada do que as espeacutecies bdquoC-3rdquo Em soja (ldquoC-3rdquo) a fotossiacutentese liacutequida
decresce rapidamente com o aumento da temperatura elevada entre 30 e 40degC natildeo se mostra
inibitoacuteria para a assimilaccedilatildeo do CO2
138
CICLO DO NITROGEcircNIO
1 INTRODUCcedilAtildeO
Sob o aspecto agronocircmico ecoloacutegico e bioloacutegico em geral o CICLO DO NITROGEcircNIO eacute tatildeo
importante quanto o processo fotossinteacutetico Tal Ciclo vem a ser uma relaccedilatildeo de dependecircncia
entre todos os compostos nitrogenados quer orgacircnicos 9como aqueles encontrados na ceacutelula
viva aminoaacutecidos proteiacutenas aacutecidos nucleacuteicos alcaloacuteides vitaminas etc) todos eles
participantes deste fundamental processo que ocorre na biosfera
Na atmosfera se encontra a quase totalidade do nitrogecircnio na forma molecular (N2)
representando 78 das moleacuteculas aiacute existentes constituindo-se num reservatoacuterio praticamente
inesgotaacutevel de nitrogecircnio expotildee um berrante contraste com a carecircncia de proteiacutena para
humanos e animais bem como pela falta de nitrogecircnio em muitos solos cultivados
A quantidade de nitrogecircnio existentes nos solos eacute pequena com predominacircncia da forma
niacutetrica (NO3-) sobre a amoniacal (NH3) Nas rochas sedimentares o iacuteon amocircnio (NH4
+) pode
estar preso aacute rede cristalinas dos minerais silicatados e nas rochas iacutegneas o nitrogecircnio eacute mais
escasso ainda Por essa razatildeo ateacute a primeira metade do seacuteculoXIX acreditava-se que o ar
atmosfeacuterico contivesse amocircnia (NH3) em quantidade suficiente para atender as exigecircncias dos
vegetais De fato Liebig famoso quiacutemico alematildeo convenceu os demais cientistas da eacutepoca
de que a atmosfera era a principal fonte de nitrogecircnio para as plantas visto que plantas
deficientes em nitrogecircnio (cujas folhas se tornam amareladas) se tornavam de coloraccedilatildeo verde
escura saudaacutevel quando expostas em ambiente com pequena quantidade de NH3 na atmosfera
Ensaios cuidadosamente conduzidos tem demonstrados que a atmosfera realmente contribui
com algumas formas nitrogenadas Assim a quantidade de nitrogecircnio eacute proporcional aacute queda
pluviomeacutetrica Enquanto que o nitrato (NO3-) eacute formado pelas descartas eleacutetricas na atmosfera
a amocircnia (NH3) pode advir da atividade vulcacircnica queima de carvatildeo e outros materiais
orgacircnicos em fabricas bem como pelo fogo em florestas e pastagens
Traccedilos de nitrogecircnio podem tambeacutem ser carregadas do litoral para o interior devido aacute
atomizaccedilatildeo das aacuteguas oceacircnicas e subsequumlente arraste pelos ventos Mas enquanto o cloro
pode ser transportado centenas de quilocircmetros terra adentro o oceano natildeo parece ser
importante fonte de nitrogecircnio para as culturas Isto pelo fato da maior parte do nitrogecircnio do
placircncton estar na forma assimilada (orgacircnica) e predominante nas regiotildees mais profundas
O nitrogecircnio eacute encontrado em formas quiacutemicas com grande variabilidade no nuacutemero de
oxidaccedilatildeo
139
Como se vecirc o nitrogecircnio vem a se apresentar desde um estado altamente oxidado (NO-3) ateacute
um estado altamente reduzido (NH3)
2 FIXACcedilAtildeO DO NITROGEcircNIO
A fixaccedilatildeo do nitrogecircnio vem a ser a conversatildeo do nitrogecircnio molecular (N2) em qualquer uma
das formas anteriormente citadas A caracteriacutestica do processo eacute a separaccedilatildeo dos dois aacutetomos
da moleacutecula N2 mantidos por uma triacuteplice ligaccedilatildeo envolvendo 3 parte de eleacutetrons A
moleacutecula eacute bastante estaacutevel havendo necessidade de 24000 calmol para transformar N2 em
amocircnia
A fixaccedilatildeo do nitrogecircnio pode ser efetuada por vaacuterios processos
21 Fixaccedilatildeo Natildeo-Bioloacutegica eacute aquela efetuada sem o concurso dos organismos vivos
podendo ser conduzida por um processo industrial ou por um processo natural
211 Processo Industrial Tal processo tambeacutem denominado de processo Haber foi
desenvolvido na Alemanha durante a Primeira Guerra Mundial com o propoacutesito de
se obter explosivos
Atualmente esse processo estaacute acoplado aacutes refinarias de petroacuteleo para a produccedilatildeo de
fertilizantes nitrogenados
212 Processo Natural Durante as tempestades aacutes descargas eleacutetricas na atmosfera
por intermeacutedio das radiaccedilotildees ultra-violetas excitam o O2 e N2 que reagem
produzindo oacutexidos de nitrogecircnio (NO NO2 e outros) os quais hidratados datildeo
origem a nitrato e nitrato que se precipitam juntamente com a chuva
22 Fixaccedilatildeo Bioloacutegica Neste caso o processo eacute conduxido por diversos organismos tanto
de vida livre como em associaccedilotildees com outros organismos podendo portanto ser natildeo-
simbioacutetica e simbioacutetica respectivamente Neste processo o nitrogecircnio molecular (N2)
eacute reduzido a amocircnia (NH3)
A fixaccedilatildeo bioloacutegica natildeo simboacutetica pode ser processada por organismos autoacutetrofos
(Rnhodospirillum rubrum) ou heteroacutetrofos (Clostridium e Azotobacter)
A fixaccedilatildeo bioloacutegica simbioacutetica eacute encontrada em algumas associaccedilotildees como os liquens onde
ocorrem algas (do gecircnero Nostoc) e fungoa Do ponto de vista agronocircmico associaccedilatildeo entre o
Rhizobium e leguminosas eacute particularmente interessante embora outras associaccedilotildees entre
140
espeacutecies natildeo leguminosas tambeacutem podem fixar o nitrogecircnio entre elas gramiacuteneas como a
cana-de-accedilucar
Haacute duas deacutecadas foi estimada uma remoccedilatildeo de nitrogecircnio dos solos dos Estados Unidos
(pelas colheitas e lixiviaccedilatildeo) de 25 milhotildees de toneladas de N por ano Trecircs milhotildees de
toneladas de N por ano seriam adicionada na forma de fertilizantes Igual quantidade teria sido
resposta pelas chuvas A fixaccedilatildeo bioloacutegica depositaria 10 milhotildees de toneladas anuais
Clostridium e Azotobacter sendo heteroacutetrofos necessitam de uma fonte de carbono reduzido
(carboidrato geralmente) o qual quando oxidado forneceria hidrogecircnios iocircnicos (H+) e
eleacutetrons para a reduccedilatildeo do N2 a NH3 Jaacute a bacteacuteria Rhodospirillum rubrum utiliza a energia
radiante para a liberaccedilatildeo de eleacutetrons que seratildeo utilizados na reduccedilatildeo do N2 a NH3
As algas verdes-azuis (Nostoc) vivendo assimbioacuteticamente constituem-se no principal
fornecedor de N para os campos irrigados de arroz na Asia Geralmente satildeo organismos de
vida livre mas podem se associar a certos fungos formando liacutequens Eacute provaacutevel que nessas
algas os pigmentos fotossinteacuteticos captam a energia luminosa para a fotoacutelise da aacutegua cujos
eleacutetrons removidos satildeo utilizados para reduzir tanto o CO2 como o N2
O Rhizobium infecta as raiacutezes das leguminosas formando uma estrutura globular o noacutedulo A
leguminosa fornece carboidratos que seratildeo oxidados pelo microorganismo e os eleacutetrons
restantes seratildeo utilizados para reduccedilatildeo do N2 a NH3 O mecanismo de fixaccedilatildeo a despeito de
sua importacircncia ainda natildeo eacute bem compreendido havendo necessidade de leg-hemoglobina
(proteiacutena que conteacutem Feacute) molibdecircnio (como cofator) cobalto (constituinte da vitamina B12
envolvida na siacutentese de leg-hemoglobina) aleacutem de logicamente uma fonte de carbono
biologicamente oxidaacutevel
Estudos co N2 enriquecido com o isoacutetopo N15 demonstraram que o primeiro composto
formando foi a amocircnia (NH3) e que o aacutecido glutacircmico era o primeiro composto orgacircnico e se
apresenta com o referido isoacutetopo
A amocircnia (NH3) formada natildeo se acumula no organismo fixador mas sim eacute utilizada nas
siacutenteses de proteiacutenas aacutecidos nucleacuteicos etc O excesso de NH3 fixada eacute excretada no meio
raiacutezes de leguminosas excretam NH3 aminoaacutecidos e peptiacutedios Tais plantas sintetizam
tambeacutem grande quantidade de glutamina e asparagina muito possivelmente como reserva de
nitrogecircnio
Quando os organismos fixadores morrem suas proteiacutenas satildeo hidrolisadas e os aminoaacutecidos
resultantes satildeo degradados pela accedilatildeo das aminoaacutecido-oxidases transaminases e desidrogenase
da microflora existentes no solo liberando NH3 no mesmo Assim a fertilidade do solo eacute
construiacuteda pela aquisiccedilatildeo de NH3 diretamente dos organismos fixadores e indiretamente apoacutes
o aacutetomo de N pertencer aos aminoaacutecidos e proteiacutenas dos organismos natildeo fixadores
3 NITRIFICACcedilAtildeO
141
Embora a amocircnia seja a forma na qual o nitrogecircnio eacute adicionado no solo o teor da mesma eacute
baixo Isto porque ela eacute rapidamente transformada em nitrato (NO-3) sendo esta a principal
fonte de nitrogecircnio para os organismos natildeo fixadores
Essa oxidaccedilatildeo da amocircnia ateacute nitrato eacute efetuada por dois tipos de bacteacuterias denominadas de
bacteacuterias nitrificantes
a Bacteacuterias do gecircnero Nitrosomonas que transformam amocircnia em nitrito (NO-2)
segundo a equaccedilatildeo
b Bacteacuterias do gecircnero Nitrobacter que transformam o nitrito em nitrato (NO-3)
Esses organismos satildeo autoacutetrofos mais precisamente quimioautoacutetrofos reduzindo o CO2 ao
niacutevel de carboidrato com a energia obtida nessas reaccedilotildees de oxidaccedilatildeo
4 REDUCcedilAtildeO DO NITRATO
Como o nitrato eacute geralmente a forma nitrogenada mais abundante as plantas eacute demais
organismos desenvolveram a habilidade de aproveitar esse acircnion como fonte de nitrogecircnio
para o seu desenvolvimento
Entretanto o nitrogecircnio constituinte dos diversos compostos orgacircnicos se apresenta em niacutevel
bastante reduzido e logicamente uma primeira etapa na utilizaccedilatildeo do nitrato seria a sua
transformaccedilatildeo em amocircnia
A transformaccedilatildeo do nitrato em amocircnia um processo redutivo portanto eacute efetuada por um
equipamento enzimaacutetico com necessidades de NADH como coenzimas e de ferro em
molibidecircnio como metais ativadores
A redutase de nitrato eacute uma flavoproteiacutena que exige molibdecircnio como iocircnio ativador A sua
atividade eacute influenciada pela intensidade luminosa Em condiccedilotildees de baixa luminosidade haacute
baixa atividade enzimaacutetica e consequumlente acuacutemulo de nitrato nos tecidos vegetais
A redutase de nitrito eacute bastante ativa em condiccedilotildees de aerobiose natildeo permitindo acuacutemulo de
nitrito (altamente toacutexico) durante a reduccedilatildeo do nitrato A redutase de nitrito geralmente
presente em maior quantidade que a redutase de nitrito eacute uma ferroporfirina cujo
agrupamento siro-heme eacute capaz de transferir 6 eleacutetrons permitindo a reduccedilatildeo do nitrito (NO-
2) ateacute amocircnia (NH3) sem nenhum intermediaacuterio
Para a reduccedilatildeo do nitrito a amocircnia o agente redutor (doador de eleacutetrons e H+) seria o NADPH
+ H+ o qual nos tecidos verdes seria formado na fase luminosa da fotossiacutentese enquanto que
nos tecidos aclorofilados (como raiacutezes) seria produzido pela vista pentose fosfato)
Existem razotildees ecoloacutegicas para a amocircnia do solo ser rapidamente transformada em nitrato
(nitrificaccedilatildeo) e este novamente reduzido aacute amocircnia antes do nitrogecircnio integrar as moleacuteculas
orgacircnicas Como amocircnia pode se perder por volatilizaccedilatildeo nos solos alcalinos r ainda pelo fato
142
da mesma ser muito mais toacutexica do que o nitrato natildeo podendo se acumular nos tecidos
vegetais percebe-se as vantagens dessas transformaccedilotildees anteriormente citadas Tanto assim
que em relaccedilatildeo aacute amocircnia o nitrato eacute a forma mais abundante tanto no solo quanto nos tecidos
vegetais
5 ASSIMILACcedilAtildeO DA AMOcircNIA
A amocircnia (NH3) eacute a forma utilizada na siacutentese dos diversos constituintes celulares
nitrogenados como proteiacutenas adidos nucleacuteicos aminoaacutecidos aminas vitaminas etc
A assimilaccedilatildeo da amocircnia ou seja a transformaccedilatildeo de uma forma nitrogenada orgacircnica
(composto aminado) eacute processada por umas poucas vias metaboacutelicas Tais vias denominadas
pelas enzimas responsaacuteveis e de grande significado na nutriccedilatildeo nitrogenada dos vegetais
seriam
51 Desidrogenase Glutacircmica Enzima largamente distribuiacuteda na natureza cataliza a
aminaccedilatildeo do -cetoglutarato
O aacutecido glutacircmico assim formado doa por reaccedilotildees de transaminaccedilatildeo o grupo amino (-NH2)
para a siacutentese de outros aminoaacutecidos
52 Sintetase de Glutamina
A glutamina pode dar o seu grupo amido para o aacutecido aspaacutertico se transformar em asparagina
aspartato + glutamina + ATP asparagina + glutamato + AMP + PPi
A glutamina e sparagina satildeo amidas armazenadoras de nitrogecircnio especialmente nas
leguminosas
A glutamina contribui com o nitrogecircnio amiacutedico para a siacutentese se outros compostos
nitrogenados como as bases puacuteblicas e pirimiacutedicas dos aacutecidos nucleacuteicos
53Carbamil-quiacutenase
143
O carbomil-fosfato doa o seu nitrogecircnio amiacutedico para a siacutentese das bases pirimiacutedicas
Igualmente o grupo carbamil eacute utilizado na formaccedilatildeo do aminoaacutecido citrulina e posteriormente
arginina
6 DESNITRIFICACcedilAtildeO
O nitrato no solo que natildeo eacute absorvido pelos vegetais eacute lixiviado e nas regiotildees mais profundas
do mesmo fora do alcance das raiacutezes eacute metabolizado em parte por bacteacuterias do gecircnero
Pseudomonas Essas bacteacuterias vivendo em condiccedilotildees de amaerobiose provem a chamada
ldquorespiraccedilatildeo do nitratordquo reduzindo-o a N2 que retorna aacute atmosfera
Ao que parece esses organismos utilizam o NO-3 como aceptor de H+ e eleacutetrons em suas
oxidaccedilotildees bioloacutegicas
7 O CICLO DO NITROGEcircNIO
As transformaccedilotildees anteriores estudadas isoladamente podem ser resumidas no quadro que se
segue obtendo-se assim uma visatildeo global dos processos envolvendo os compostos
nitrogenados
144
AacuteCIDOS NUCLEacuteICOS
1 INTRODUCcedilAtildeO
Os aacutecidos nucleacuteicos tornaram-se objetos de investigaccedilotildees cientiacuteficas assim foram
primeiramente isolados do nuacutecleo celular haacute quase 100 anos Assim como as proteiacutenas tais
compostos demonstraram elevado peso molecular estruturalmente definidos como
biopoliacutemeros em que a unidade repetitiva vem a ser o nucleotiacutedio
Os aacutecidos nucleacuteicos satildeo encontrados em todas as ceacutelulas vivas atribuindo-se aos mesmos as
importantes funccedilotildees de conter transmitir e traduzir as informaccedilotildees geneacuteticas de um
determinado organismo
Existem dois tipos de aacutecidos nucleacuteicos
b o aacutecido desoxi-ribonuclecircico (DNA) encontrado no nuacutecleo dos eucarioacuteticos (que
armazenam as informaccedilotildees geneacuteticas e se mostram integrando nucleoproteiacutenas que
constituem os cromossomos)
c o aacutecido ribonucleacuteicos (RNA) encontrado predominantemente no citoplasma celular
existem diferentes tipos de RNA (m-RNA ou RNA mensageiro s-RNA soluacutevel e r-
RNA ribossocircmico)
2 CONSTITUINTES DOS AacuteCIDOS NUCLEcircICOS
O estudo quiacutemico dos aacutecidos nucleacuteicos revelou que tais compostos satildeo macromoleacuteculas
estruturadas pela polimerizaccedilatildeo de unidades que se repetem unidades essas denominadas de
nucleotiacutedios
Os nucleotiacutedios por sua vez podem ser desdobrados em entidades mais simples uma base
nitrogenada um accediluacutecar (pentose) e um radical fosfoacuterico
As bases nitrogenadas satildeo divididas em dois grupos
21 Bases Puacutericas adenina e guanina
22 Bases Pirimiacutedicas uracila (encontrada apenas no RNA)
Timina (encontrada apenas no DNA)
Citosina
As pentoses podem ser a ribose (encontrada no RNA) ou a desoxi-ribose (encontrada no
DNA)
145
O radical fosfoacuterico eacute oriundo do aacutecido ortofosfoacuterico (H3PO4) que apresenta 3 hidrogecircnios
ionizaacuteveis com pk1=21 pk2=72 e pk3=127
0
ǁ
HO˿ P˿ OH
ǀ
OH
NUCLEOSIacuteDIO as bases nitrogenadas satildeo capazes de se ligar aacutes pentoses para
formar os nucleosiacutedios Tal ligaccedilatildeo semelhante aacute glicosiacutedica se forma mediante uma desidrataccedilatildeo entre o nitrogecircnio 9 das bases puacutericas ou o nitrogecircnio 1 das bases pirimiacutedicas com o carbono 1rsquo da pentose Se a pentose for a desoxi-ribose tem-se o desoxi-ribonucleosiacutedio NUCLEOTIacuteDIO satildeo obtidos quando o aacutecido ortofosfoacuterico esterifica a hidroxila de posiccedilatildeo 5rsquo da pentose de um nucleosiacutedio _____________________________________________nucleotiacutedio_____________ base nitrogenada nucleosiacutedio monofosfatado difosfatado trifosfatado_______ adenina (A) adenosina AMP ADP ATP guanina (G) guanosina GMP GDP GTP uracila (U) uridina UMP UDP UTP timina (T) timidina TMP TDP TTP citosina (C) citidina CMP CDP CTP
146
Quando a pentose for a desoxi-ribose teremos os respectivos desoxi-ribonucleotiacutedios desoxiadeadenosina monofosfato (dAMP) dADP dATP e assim por diante ateacute dCTP
AMP= adenosina monofosfato ADP= adenosinadifosfato e ATP= adenosina trifosfato
3 POLINUCLEOTIacuteDIOS
Quimicamente os aacutecidos nucleacuteicos satildeo polinucleotiacutedios ou seja estruturas formadas pela
uniatildeo de muitos nucleotiacutedios Esses nucleotiacutedios satildeo unidos mediante a ligaccedilatildeo nucleotiacutedica
uma ligaccedilatildeo eacutester que se estabelece entre a hidroxila fosfoacuterica de um nucleotiacutedio com a
hidroxila de posiccedilatildeo 3‟ de outro nucleotiacutedio e assim por diante (fig 7) Resulta entatildeo uma
cadeia polinucleotiacutedica que busca uma configuraccedilatildeo mais estaacutevel do ponto de vista
termodinacircmico atribuindo-se aacute mesma quatro niacuteveis estruturais baacutesicos
4 ESTRUTURAS BAacuteSICAS DOS AacuteCIDOS NUCLEacuteICOS
Os niacuteveis estruturais baacutesicos dos aacutecidos nucleacuteicos satildeo semelhantes aqueles descritos
anteriormente para as proteiacutenas
41 Estruturas Primaacuterias vem a ser a sequumlecircncia da nucleotiacutedios e eacute mantida pela ligaccedilatildeo
nucleotiacutedica Com nos nucleotidios de um determinado a estrutura primaacuteria pode ser
simplificadamente representada pela sequumlecircncia de bases A-U-G-C-A-A-U
42 Estrutura Secundaacuteria eacute encontrada especialmente no DNA que se apresenta com
duas cadeias em espiral dupla unidas entre si por pontes de hidrogecircnio envolvendo as
bases nitrogenadas Adenina e timina permitem a formaccedilatildeo de duas pontes de
hidrogecircnio ao passo que citosina e guanina permitem trecircs
147
Tais bases satildeo ditas de complementares assim com as cadeias polinucleotiacutedicas (tambeacutem
referidas como cadeias antiparalelas) O pareamento de bases pode ocorrer tambeacutem no RNA
43 Estrutura Terciaacuteria pode ser entendida com a disposiccedilatildeo tridimensional da dupla
heacutelice do DNA Pode ser tambeacutem a forma preferencial que uma uacutenica cadeia
nucleotiacutedica adquire estabilizada por pontes de hidrogecircnio entre bases
complementares da mesma cadeia com eacute o caso do t-RNA (RNA de transporte) que
apresenta uma estrutura de ldquofolha-de-trevordquo
44 Estrutura Quaternaacuteria vem a ser aquela estabelecida pela uniatildeo de moleacuteculas
individuais denominadas de unidades ou sub-unidades Assim o r-RNA (RNA
ribossocircmico) eacute constituiacutedo de duas unidades uma com peso molecular de 1 milhaotildea e
outra de 18 milhotildees
5 HIDROacuteLISE DOS AacuteCIDOS NUCLEacuteICOS
As ligaccedilotildees nucleotiacutedicas (eacutester) podem ser hidrolizadas mediante
a aacutecido ndash hidroacutelise aacutecida
b base ndash hidroacutelise alcalina
c enzimas ndash hidroacutelise enzimaacutetica
As enzimas que hidrolizam os aacutecidos nucleacuteicos satildeo denominados genericamente de nucleases
Rnse O veneno de certas serpentes apresenta atividade de nuclease e tem sido utilizado
assim como outras nucleases para desvendar as estruturas dos aacutecidos nucleacuteicos
FIM
ESTA APOSTILA ESTA EM FASE DE CONSTRUCcedilAtildeO
POR FAVOR DESCULPE NOSSOS ERROS
OBRIGADO
148
3
BIOQUIacuteMICA ELEMENTAR
CONCEITO E OBJETIVOS
A Bioquiacutemica eacute o ramo da quiacutemica que se preocupa com as transformaccedilotildees moleculares
dos constituintes celulares Ao conjunto dessas transformaccedilotildees denominamos ldquoMetabolismordquo
Dependendo da organizaccedilatildeo estrutural atingida pelas moleacuteculas o metabolismo pode ser
dirigido no sentido de siacutentese (anabolismo) ou de degradaccedilatildeo (catabolismo) Durante o
metabolismo degradativo moleacuteculas estruturalmente complexas satildeo demolidas em entidades
mais simples ao passo que a fase anaboacutelica se caracteriza pela formaccedilatildeo de estruturas
moleculares mais complicadas a partir dessas entidades mais simples O anabolismo e o
catabolismo ocorrem concomitantemente numa ceacutelula viva
Esses constituintes celulares tambeacutem denominados de biomoleacuteculas se apresentam em
elevado nuacutemero nas diferentes espeacutecies Assim estima ndash se que em uma ceacutelula da bacteacuteria E
coli existam 3000 diferentes proteiacutenas e nenhuma delas semelhantes agraves 100000 diferentes
proteiacutenas encontras na ceacutelula humana Levando ndash se em consideraccedilatildeo o nuacutemero de espeacutecies
animais e vegetais calcula ndash se em 1010
ou 1012
o nuacutemero de diferentes proteiacutenas
Embora as macro biomoleacuteculas sejam extremamente numerosas elas satildeo formadas de
um nuacutemero relativamente pequeno de algumas moleacuteculas simples (os blocos construtivos)
Assim todas as inuacutemeras proteiacutenas satildeo formadas pela uniatildeo de 20 diferentes
aminoaacutecidos Os aacutecidos nucleacuteicos satildeo formados por 8 diferentes nucleotiacutedeos Os aacutecidos
nucleacuteicos satildeo formados de glicerol e alguns aacutecidos graxos e os polissacariacutedios por uns poucos
monossacariacutedios
Todas as moleacuteculas encontradas na ceacutelula desempenham uma ou mais funccedilotildees dentre as
quais podemos mencionar
a funccedilatildeo estrutural constituem o arcabouccedilo ou envoacutelucro como as membranas
limitando mateacuteria viva (protoplasma) e as vezes compartimentalizando os processos
bioquiacutemicos ou quer como esqueleto sustentando e dando forma ao organismo
b Funccedilatildeo energeacutetica quando atraveacutes da degradaccedilatildeo de tais compostos a energia quiacutemica
encerrada nas ligaccedilotildees covalentes (C-C C-H e C-OH) eacute de alguma forma utilizada para a
siacutentese de ATP (adenosina ndash Trifosfato) O ATP eacute posteriormente empregado na realizaccedilatildeo
4
dos diversos trabalhos fisioloacutegicos (contraccedilatildeo muscular excreccedilatildeo transporte ativo etc) bem
como nas atividades de biossiacutentese ou anabolismo
A bioquiacutemica embora uma ciecircncia recente natildeo pode ser considerada uma extensatildeo da
Quiacutemica Orgacircnica se reduzindo agrave uma coleccedilatildeo dos compostos orgacircnicos encontrados na
ceacutelula e suas propriedades Atualmente assentada em seus proacuteprios princiacutepios fundamentados
na Loacutegica molecular da vida a Bioquiacutemica eacute a ciecircncia que tem por objetivo estudar no seu
maior grau de intimidade ou seja ao niacutevel molecular a natureza dos diversos processos
bioloacutegicos (respiraccedilatildeo crescimento transmissatildeo da hereditariedade fotossiacutentese etc) que
ocorrem nos organismos vivos quer animais ou vegetal superiores ou inferiores
FUNDAMENTOS DE QUIMICA ORGANICA
FUNCcedilOtildeES
Como se forma o nome do composto
Com base na estrutura ou cadeia fundamental vamos indicar as caracteriacutesticas especiais do
composto Estas caracteriacutesticas satildeo indicadas por meio de prefixos e sufixos e por meio de
nuacutemeros (para as localizar) Quando existe mais do que um tipo de substituinte aplicam-se as
regras de prioridade indicadas na tabela seguinte O grupo principal eacute indicado pelo sufixo
correspondente Os outros grupos funcionais eventualmente presentes na moleacutecula seratildeo
indicados por prefixos
Priori
dade Classe Grupo Sufixo Prefixo
1 Catiotildees -oacutenio
2 aacutecidos carboxiacutelicos -COOH
-(C)OOH
aacutecido carboxiacutelico
aacutecido oacuteico Carboxi-
3 aacutecidos sulfoacutenicos -SO2OH aacutecido sulfoacutenico Sulfo-
4 Sais -COOM
-(C)OOM
carboxilato de M
-(o)ato de M
Carboxilato de
M
5 eacutesteres -COOR
-(C)OOR
carboxilato de R
-(o)ato de R R-oxicarbonil
6 Halogenetos de aacutecidos -COX
-(C)OX
halogeneto de
carbonilo
halogeneto de (o)ilo
Haloformil-
7 Amidas -CONH2
-(C)ONH2
-carboxamida
-amida Carbamoil-
8 Amidinas -C(=NH)NH2 -carboxamidina Amidino-
5
-
(C)(=NH)NH2
-amidina
9 Nitrilos -CN
-(C)N
-carbonitrilo
-nitrilo Ciano-
10 Isocianetos -NC -isonitrilo Isociano-
11 Aldeiacutedos -CHO
-(C)HO
-carbaldeiacutedo
-al
Formil-
Oxo-
12 Cetonas -(C)O -ona Oxo-
13 Alcooacuteis -OH -ol Hidroxi-
14 Fenoacuteis -OH -ol Hidroxi-
15 Tioacuteis -SH -tiol Mercapto-
16 Aminas -NH2 -amina Amino-
17 Iminas =NH -imina Imino-
(Os aacutetomos de carbono entre parecircntesis fazem parte da cadeia (ou estrutura) do composto
primitivo pelo que satildeo incluiacutedos no nome do composto primitivo e natildeo no sufixo)
Nombres de grupos Funcionales en orden de prioridad
El grupo funcional que se encuentre maacutes abajo de la tabla seraacute el de mayor orden de prioridad y se usaraacute como sufijo Si mas de un grupo funcional se encuentra presente el que tenga mayor prioridad se usaraacute como sufijo y los otros como prefijos
Modelo Sufixo Prefixo
- NH2 -amina Amino
- SH -tiol mercapto
- OH -ol Hidroxi
-tiona Tiol
-ona oxo
-al Oxo
6
-nitrilo ciano
-amida -
Haleto de -anoila -
Ac -sulfonico Sulfo
Acido -oico carboxi
-oato -
Estos prefijos el nombre incluye el carbono del grupo funcional Cuando se cuente no debe de contarse este carbono
1- Efeito Indutivo na cadeia carbocircnica
Analise o esquema abaixo
Na ligaccedilatildeo C - C numa sucessatildeo soacute de aacutetomos de carbono os eleacutetrons da
ligaccedilatildeo estatildeo equidistantes de cada aacutetomo Jaacute numa sucessatildeo de carbonos
terminada por um elemento muito eletronegativo como o cloro por exemplo
ocorre uma deslocalizaccedilatildeo de eleacutetrons das ligaccedilotildees C - C por causa do efeito da
ligaccedilatildeo C - Cl Esse efeito eacute chamado efeito indutivo O cloro funciona com um
ponto de atraccedilatildeo eletrocircnica puxando para si os eleacutetrons da ligaccedilatildeo com o
carbono ligado a ele Eacute como uma trilha de dominoacute em que as peccedilas caem umas
sobre as outras o cloro atrai para si os eleacutetrons da ligaccedilatildeo com o carbono ligado a
7
ele este por sua vez fica com uma certa deficiecircncia eletrocircnica e por isso
atrai para si os eleacutetrons da ligaccedilatildeo com o carbono seguinte tentando compensar
essa deficiecircncia e assim sucessivamente Isso acaba gerando uma polarizaccedilatildeo na
cadeia carbocircnica
Do ponto de vista do efeito indutivo existem duas espeacutecies de grupos que
podem se ligar a uma cadeia carbocircnica
Grupos eleacutetron-atraentes (efeito indutivo -I) Satildeo aqueles que atraem os
eleacutetrons das ligaccedilotildees em sua direccedilatildeo Os mais importantes grupos eleacutetron-
atraentes satildeo aqueles que possuem elementos muito eletronegativos em relaccedilatildeo
ao carbono (F O N Cl Br I etc) ou radicais insaturados Os radicais
insaturados possuem ligaccedilotildees pi que por efeito de ressonacircncia iratildeo atrair os
eleacutetrons das ligaccedilotildees em sua direccedilatildeo
Grupos eleacutetron-repelentes (efeito indutivo +I) Satildeo aqueles que
empurram os eleacutetrons das ligaccedilotildees em direccedilatildeo oposta a eles Os mais
importantes grupos eleacutetron-repelentes satildeo os radicais saturados (alquila) e os que
possuem carga eleacutetrica negativa Nos radicais alquila quanto mais aacutetomos de C e
H (com simples ligaccedilotildees) tiver o radical mais eleacutetron-repelente ele seraacute
2- Algumas consequecircncias do Efeito Indutivo
21) A estabilidade dos carbocaacutetions
Uma consequecircncia importantiacutessima do efeito indutivo relaciona-se com a
estabilidade do carbocaacutetion numa reaccedilatildeo quiacutemica em que haacute formaccedilatildeo desta
espeacutecie como intermediaacuteria no processo O tipo de carbocaacutetion formado pode
determinar que produtos seratildeo formados e em que proporccedilotildees relativas O
carbocaacutetion eacute um iacuteon que possui um carbono com apenas trecircs ligaccedilotildees (sp2) isto eacute
possui uma carga positiva Experimentalmente verifica-se uma grande facilidade
de se formarem carbocaacutetions terciaacuterios (cuja carga positiva estaacute num carbono
terciaacuterio) em relaccedilatildeo a carbocaacutetions secundaacuterios ou primaacuterios Essa estabilidade
diminui do carbocaacutetion terciaacuterio para o secundaacuterio e deste para o primaacuterio Veja
abaixo a possiacutevel explicaccedilatildeo para esse fato
8
Nesse caso a carga positiva funciona como o centro de atraccedilatildeo eletrocircnica
na cadeia Perceba que no carbocaacutetion primaacuterio apenas um sentido de corrente
eletrocircnica estaacute disponiacutevel para compensar a deficiecircncia de eleacutetrons do carbono
sp2 Jaacute no secundaacuterio existem dois sentidos de corrente e no terciaacuterio trecircs
sentidos Logicamente quanto maior a disponibilidade eletrocircnica para compensar
a carga positiva maior a facilidade do carbocaacutetion e maior a facilidade de ser
formado Muitas vezes devido agrave alta instabilidade os carbocaacutetions primaacuterios nem
chegam a se formar A natildeo ser que as condiccedilotildees do meio em que ocorre a reaccedilatildeo
sejam favoraacuteveis agrave sua formaccedilatildeo Maiores detalhes seratildeo vistos adiante nas
reaccedilotildees quiacutemicas que passam por carbocaacutetions
22) Forccedila de aacutecidos e bases
Outra consequumlecircncia interessante do efeito indutivo relaciona-se com a
forccedila de aacutecidos e bases orgacircnicos
Caraacuteter aacutecido - Vejamos um aacutecido carboxiacutelico que possui um grupo de
induccedilatildeo ligado agrave cadeia Esse grupo pode ser eleacutetron-atraente ou eleacutetron-
repelente
No primeiro caso (a) o grupo X eacute eleacutetron-atraente O efeito indutivo eacute -I
e portanto deixa a carbonila com deacuteficit eletrocircnico o que leva a um
9
enfraquecimento da ligaccedilatildeo com o hidrogecircnio aacutecido Logo seraacute mais faacutecil a
liberaccedilatildeo do proacuteton Assim o caraacuteter aacutecido aumenta
No segundo caso (b) o grupo X eacute eleacutetron-repelente O efeito indutivo eacute +I
e portanto deixa a carbonila com superaacutevit eletrocircnico o que leva a um aumento
da forccedila de ligaccedilatildeo com o hidrogecircnio aacutecido Logo seraacute mais difiacutecil a liberaccedilatildeo do
proacuteton Assim o caraacuteter aacutecido diminui
Caraacuteter baacutesico - Vejamos agora o que ocorre com uma amina (base
orgacircnica)
Segundo a teoria de Lewis base eacute uma espeacutecie quiacutemica que possui um ou
mais pares eletrocircnicos natildeo-ligantes ou seja eacute capaz de coordenar pares
eletrocircnicos Dessa forma assim como a forccedila de um aacutecido estaacute relacionada com a
sua capacidade de receber eleacutetrons a forccedila de uma base relaciona-se com sua
capacidade de coordenar eleacutetrons Logo quanto maior a disponibilidade eletrocircnica
em uma espeacutecie quiacutemica maior seraacute seu caraacuteter baacutesico
No primeiro caso (a) o grupo X eacute eleacutetron-atraente O efeito indutivo eacute -I
e portanto deixa o grupo amino com deacuteficit eletrocircnico o que leva a uma
diminuiccedilatildeo do seu caraacuteter baacutesico
No segundo caso (b) o grupo X eacute eleacutetron-repelente O efeito indutivo eacute +I
e portanto deixa o grupo amino com superaacutevit eletrocircnico o que leva a um
aumento do seu caraacuteter baacutesico
10
CARBOIDRATOS
1 CONCEITO
Quimicamente podem ser definidos como aldeiacutedos ou cetonas poliidroxilados ou
substacircncias que mediante hidroacutelise liberem tais compostos Apresentam uma formulaccedilatildeo geral
Cx (H2O) Y com raras exceccedilotildees Assim a desoxirribose (encontrada no DNA) apresenta
foacutermula C5H1004 onde a relaccedilatildeo HO natildeo eacute de 21 Igualmente pode nos encontrar
carboidratos com outros elementos aleacutem do C H eacute O Embora natildeo muito frequumlente N S e P
podem integrar moleacuteculas de carboidratos Outras denominaccedilotildees hidratos de carbono
accediluacutecares gluciacutedios e gluacutecides
2 ESTEREOISOMERIA OacuteTICA
Eacute um fenocircmeno muito difundido entre os carboidratos e vem a ser decorrecircncia do composto
apresentar um ou mais aacutetomos de carbono assimeacutetrico na moleacutecula Aacutetomo de carbono
assimeacutetrico eacute aquele que se liga a 4 radicais diferentes e resulta geralmente que os
compostos que os apresentam se mostram oticamente ativos ou seja desviam o plano da luz
polarizada Se o desvio for para a direita o composto eacute dito de ldquodextrorrotatoacuteriordquo (+) e se
para a esquerda ldquolevorrotatoacuteriordquo (-) Como referecircncia utilizando o gliceraldeido que
apresenta 2 isocircmeros oacuteticos
11
As configuraccedilotildees D e L estatildeo relacionadas com o posicionamento da hidroxila (OH) do
carbono assimeacutetrico mais distante do grupo funcional (aldeiacutedo ou cetona) e necessariamente
nada tem com as propriedades dextro ou levorrotatoacuteria desses compostos exceto para o
gliceraldeiacutedo
3 CICLIZACcedilAtildeO DE PENTOSES E HEXOSES
Dependendo do comprimento da cadeia carbocircnica os carboidratos podem adquirir uma
estrutura ciacuteclica mantida pela ligaccedilatildeo hemiacetal Esta ligaccedilatildeo explica a baixa reatividade dos
grupamentos aldeiacutedos e cetonas de alguns accediluacutecares
Assim a moleacutecula de glicose pode se dobrar de modo a permitir uma aproximaccedilatildeo entre o
grupo aldeiacutedo do carbono 1 com a hidroxila do carbono 5 estabelecendo a ligaccedilatildeo hemiacetal
Configuraccedilotildees e conformaccedilotildees
Aacutelcools reagem com grupos carbonilas de aldeiacutedos e cetonas formando um hemiacetal ou um
hemicetal respectivamente (figura 4) Da mesma forma a hidroxila e o grupo aldeiacutedo ou
grupo cetona de um monossacariacutedeo podem reagir intramolecularmente para formar
hemiacetais ou hemicetais ciacuteclicos Tais configuraccedilotildees podem ser representadas atraveacutes da
projeccedilatildeo de Haworth
Um monossacariacutedeo composto por um anel de seis membros eacute chamado de piranose enquanto
um monossacariacutedeo formado por uma anel de cinco membros eacute chamado de furanose (figura
5)
12
13
4 CLASSIFICACcedilAtildeO DOS CARBOIDRATOS
Segundo uma complexidade satildeo estrutural os carboidratos podem ser classificados em
monossacariacutedios oligossacariacutedios e polissacariacutedios
41 Monossacariacutedios Satildeo os mais simples dos accediluacutecares natildeo sofrem hidroacutelise possuem
baixo peso molecular e satildeo soluacuteveis em aacutegua Apresentam sabor doce satildeo cristalinos
quando no estado soacutelido Satildeo todos considerados ldquoaccediluacutecares redutoresrdquo
Os monossacariacutedios se subdividem segundo o nuacutemero de aacutetomos de carbono na moleacutecula
Ndeg de aacutetomos de C Nome geneacuterico Representantes de importacircncia
fisioloacutegica
2 diose glicaldeido
3 triose gliceraldeido dihidroxiacetona
4 tetrose eritrose treose
5 pentose xilose xilulose ribose
6 hexose glicose frutose manose galactose
7 heptose sedoheptulose
8 octose _ _
9 nonose _ _
14
15
42 Oligossacariacutedios Satildeo accedilucares compostos que hidrolisados originam
monossacariacutedios satildeo classificados de acordo com o nuacutemero de monossacariacutedios que
16
satildeo liberados por moleacuteculas dissacariacutedios trissacariacutedios tetrassacariacutedios
pentassacariacutedios e hexassacariacutedios Estudaremos apenas alguns dissacariacutedios
sacarose - glicose - 12 rarr - frutose
maltose - glicose - 14 rarr - glicose
lactose - galactose ndash 14 rarr glicose
celobiose glicose ndash 14 rarr glicose
trehalose glicose ndash 11 rarr glicose
Maltose
celobiose
17
Os dissacariacutedeos satildeo formados por dois monossacariacutedeos unidos por ligaccedilatildeo covalente
Existem vaacuterios dissacariacutedeos presentes na alimentaccedilatildeo como por exemplo
Trealose = glicose + glicose a (1-1)
Celobiose = b-glicose + b-glicose (1- 4)
Maltose(1 - 4) e a Iso-maltose (1 - 6) duas moleacuteculas de glicose e estatildeo presente
no malte (maltose) e satildeo subproduto da digestatildeo do amido e glicogecircnio (iso-maltose)
Lactose glicose + galactose (1- 4) eacute o principal carboidrato do leite
Sacarose glicose + frutose (1 - 2) sendo a forma mais comum de accediluacutecar obtida da
cana-de-accediluacutecar
Accediluacutecar redutor eacute aquele que apresenta um grupo aldeiacutedo ou um grupo cetocircnico livre isto eacute
natildeo participante de ligaccedilatildeo glicosiacutedica A ligaccedilatildeo hemiacetal responsaacutevel pela estrutura
ciacuteclica de alguns accedilucares natildeo compromete o caraacuteter redutor Os accedilucares redutores satildeo assim
chamados por poderem reduzir o iacuteon Cu++
em meio alcalino
18
reativo detecta coloraccedilatildeo
1 - Tese de Fehling sol
Cupro alcalina
accedilredutores vermelho
2 - Teste de Benedict glicose azul
3 - Reaccedilatildeo de Molish geral AR anel puacuterpura
4 - ldquo de Bial pentoses azul
5 - ldquo de Tollens pentoses rosa
6 - ldquo de Seliwanoff frutose vermelho
43 Polissacariacutedios Satildeo compostos que por hidroacutelise liberam grande nuacutemero de
monossacariacutedios Satildeo insiacutepidos insoluacuteveis em aacutegua e amorfos no estado soacutelido Apresentam
elevado peso molecular Diversos representantes desempenham funccedilotildees estrutural e energeacutetica
nos diversos organismos
a Amido reserva energeacutetica dos organismos vegetais constituiacutedo de amilose e
amilopectina
A amilose eacute constituiacuteda de - glicose mantida pela ligaccedilatildeo - 14 glicosiacutedica apresentando
peso molecular entre 4000 e 150000
A amilopectina eacute formada de - glicose mantida por ligaccedilotildees - 14 e - 16 com peso
molecular de ateacute 500000
19
b Glicogecircnio Reserva energeacutetica dos organismos animais estruturalmente semelhantes
agrave amilopectina poreacutem mais ramificado isto eacute com maior proporccedilatildeo de ligaccedilotildees -
16 o que torna a moleacutecula mais compacta Apresenta peso molecular de ateacute
2000000
c Celulose Formada de - glucose unidas pela ligaccedilatildeo - 14 constitui a parede celular
das ceacutelulas vegetais
20
d Quitina Constitui a carapaccedila (exoesqueleto) dos insetos e crustaacuteceos Eacute um poliacutemero
de N ndashacetil - - glicosamina altamente insoluacutevel
Sob o mar
Descobrindo a rentabilidade que existe nos desperdicios marinhos
Por Nancy Garcia
A quitina eacute um polissacariacutedeo formadora da carapaccedila dos insetos e crustaacuteceos Eacute um
produto do processamento industrial de camarotildees siris lagostas e tem novas e prometedoras
aplicaccedilotildees industriais
A quitina eacute um polissacariacutedeos formado pela polimerizaccedilatildeo de resiacuteduos de N-acetil
glicosamina Eacute o segundo produto orgacircnico mais abundante que existe na natureza depois da
celulose Eacute o principal componente da cutiacutecula dos artropodos crustaacuteceos e insetos estando
presente em moluscos e forma parte das paredes celulares de alguns microorganismos como
fungos e leveduras Entre suas principaius caracteriacutesticas esta a abundancia ser biodegradaacutevel
e natildeo toacutexica
A carapaccedila dos crustaceos e camarotildees representam a primeira fonte para se obter quitina As
carapaccedilas alem de conter quitina tambeacutem contem pigmentos vermelhos e proteiacutenas com a
mesma qualidade da carne do crustaacuteceo
A quitina e um poliacutemero muito grande parecido com a celuilose Por natildeo ser degradaacutevel em
aacutegua e necessariose modificar a estrutura do poliacutemero para se obter seus derivos soluacuteveis
Dentre estes derivados estatildeo a qutinase empregada como biocida como bactericida
fungicida e herbicida e o quitosam que serve para o tratamento de aacuteguas industriais e como
um ingrediente nutritivo pois ajuda a eliminar o colesterol ajuda previnir doenccedilas
cardiovasculares e tem efeito anti gaacutestrico e anti atritico
21
O quitosan aplicado em industrias papeleiras permite que a polpa tenha maior forccedila para fixar
as tintas e os corantes dostecidos Na industria de alimentos eacute empregado como espumante e
emulsificante
A traveacutes de dicho poliacutemero se encapsulan medicamentos de liberacioacuten prolongada Se
emplea como biomaterial para hacer lentes de contacto hilos de sotura y proacutetesis ya que tiene la propiedad de ayudar a la regeneracioacuten de huesos En el aacuterea de la cirugiacutea plaacutestica ayuda al reestablecimiento de los tejidos evita la mala cicatrizacioacuten sirve para la fabricacioacuten de piel sinteacutetica y es un agente que inhibe las infecciones en heridas
Es material para la creacioacuten de peliacuteculas envolventes que prolongan la vida de los alimentos perecederos como envases biodegradables (Para ahondar en este tema consulte la seccioacuten Marketing de esta edicioacuten y considere los beneficios de emplear estos envases en su negocio)
Las oportunidades Meacutexico es uno de los paiacuteses con mayor produccioacuten de camarones al ocupar el seacuteptimo lugar a nivel mundial (casi 100 mil toneladas de peso vivo durante 2001 seguacuten datos de Sagarpa)
Tambieacuten se producen en promedio 20 mil toneladas anuales de jaiba tres mil 500 de langostino y casi tres mil toneladas de langosta (todos en peso vivo) Es posible capturar estas especies en la regioacuten comprendida del Atlaacutentico la peniacutensula de Yucataacuten y el Golfo de Meacutexico
En la regioacuten al Este de la Repuacuteblica se ha reportado la produccioacuten de una langostilla que debido a su tamantildeo pequentildeo no sirve para consumo y se considera maacutes una plaga al ser capturada junto con el camaroacuten y causar un sobrepeso que rompe las redes Esta langostilla no se ha aprovechado ampliamente (soacutelo se le utiliza para la creacioacuten de harina para granjas camaroneras) sin embargo se ha calculado que tiene una produccioacuten anual de 250 mil toneladas que se queda varada en las costas originando un
verdadero problema ambiental Seriacutea ideal utilizarla para producir quitina
En la captura de crustaacuteceos soacutelo se aprovecha su carne quedando los caparazones como desperdicios Escudero expresa que a partir de este desperdicio se puede comenzar toda una industria dedicada a la produccioacuten de quitina y sus diferentes derivados Por su parte Patricia Miranda comenta que el costo de una empresa dedicada a la produccioacuten de quitina se calcula alrededor de dos millones de pesos por el tipo de instalaciones y equipo
que se usa en el proceso
Escudero comenta que para instalarla se necesita baacutesicamente un reactor de desmineralizacioacuten otro de desproteinizador molino secador y fermentador Los productos pueden ser refinados lo cual aumenta su valor por lo que se debe contar con espectrofotoacutemetro centrifugadora balanza autoclave y agitadora La inversioacuten en maquinaria es de alrededor de un milloacuten de pesos El precio de la materia prima las
cutiacuteculas de los crustaacuteceos no se ha establecido al ser un desperdicio por lo mismo
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ambas investigadoras afirman que se puede llegar a un acuerdo con las cooperativas camaroneras para determinar un valor
La quitina en el mercado tiene un costo aproximado de US$20 por kilo la quitinasa refinada con alto grado de desacetilacioacuten tiene un precio de US$300 diez gramos mientras que el quitosaacuten de baja calidad llega a US$70 por kilo
Una de las ventajas es que no se necesita personal especializado soacutelo capacitado para poder operar los reactores y conocer el proceso afirma Miranda
Los mercados De acuerdo con Escudero la quitina y sus derivados tienen uso potencial en diferentes paiacuteses principalmente Japoacuten China y Estados Unidos En todos ellos ya existe una industria consolidada alrededor de este poliacutemero siendo China el principal productor y exportador de quitina Chile y Espantildea estaacuten en una fase incipiente a la par de Ameacuterica
Latina
En Meacutexico es praacutecticamente un tema nuevo no obstante ya existe una empresa que comienza a abrirse camino en este campo Neptuno ubicada en Sonora
Representantes de Neptuno comentaron que junto con un grupo de investigadores llevan a cabo una serie de actividades como participar en exposiciones o en conferencias para promover sus productos a pesar de que mundialmente el uso de la quitina y sus derivados va en aumento De hecho hay amplias posibilidades de exportarlo a la Unioacuten Americana y algunos paiacuteses latinoamericanos
Recoleccioacuten de caparazones Una posibilidad para poder entrar en el negocio sin tener que realizar una inversioacuten tan importante al inicio consiste en recolectar los caparazones limpiarlos y molerlos que es el proceso primario para la elaboracioacuten de la quitina El caparazoacuten molido se puede vender a las empresas que elaboran el compuesto y de ahiacute capitalizar para adquirir el equipo necesario para la fabricacioacuten del polisacaacuterido De hecho empresas como Neptuno y otras en Estados Unidos estaacuten dispuestas a comprar los caparazones limpios sin necesidad de molerlos
Para ello soacutelo se necesita establecer las formas de recoleccioacuten sin dejar de considerar que entre maacutes joacutevenes sean los crustaacuteceos mayor seraacute la cantidad y calidad de las sales de calcio contar con secadoras y grandes cantidades de agua
En caso de no contarse con los secadores se pude secar al sol en un terreno amplio y colocar limpios los caparazones
Existen institutos y empresas dedicadas al disentildeo de envase y embalaje (Instituto Mexicano de Profesionales en Envase y Embalaje) que en estos casos dan asesoriacutea para enviar el producto con costos reducidos
El ejemplo de la quitina es uno de los tantos avances cientiacuteficos que ha tenido una aplicacioacuten praacutectica en la industria y por ende abre brecha para desarrollar maacutes de uno de los tantos negocio del futuro
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Cientos de posibilidades El quitosaacuten sirve para
En tratamiento de aguas residuales En la elaboracioacuten de pulpa para papel estaacutendar fotograacutefico y carboacuten En el campo meacutedico y de salud se le emplea en la creacioacuten de vasos sanguiacuteneos
artificiales como antinflamatorio inhibidor de tumores y de placa dental antiviral y procesos de cicatrizacioacuten Tambieacuten se usa en la formacioacuten de esponjas y vendas para
heridas asiacute como en la confeccioacuten de ropa esteacuteril para personas convalecientes Es un material que protege contra la radiacioacuten En el sector de alimentos es un aditivo para la estabilizacioacuten del color conservadores y remocioacuten de soacutelidos En el aacuterea cosmeacutetica se usa para fabricar polvo para maquillaje barniz de untildeas humectante fijadores para el cabello crema humectante pasta de dientes En la agricultura se utiliza para el recubrimiento de semillas y hojas fertilizantes y
liberacioacuten de controlada de agroquiacutemicos
La quitina y su potencial industrial
Como un escudo de alta eficiencia construido con pura
quiacutemica una sustancia que forma parte del carapazoacuten defiende
a insectos crustaacuteceos moluscos y otros seres vivos de su
contacto con lo externo La poseen en diversa cantidad jaibas
camarones langostas arantildeas y cucarachas Incluso algunos
hongos y algas Se llama quitina y es un compuesto natural
con variados beneficios para el ser humano uacutetil en las industrias farmaceacuteutica de alimentos
cosmeacutetica y de empaques
De basura a materia prima que filtra agua contaminada ofrece consistencia a alimentos
procesados atrapa grasa es antibactericida y sirve como envoltura biodegradable entre otros
beneficios la quitina estaacute involucrada en la proteccioacuten de varias especies Su nombre
derivado del griego kiacutetos significa cavidad o boacuteveda y el sitio en que se encuentra el
caparazoacuten de muchos artroacutepodos tambieacuten refiere su capacidad para enfrentar a diversos
agentes externos
Despueacutes de la celulosa es el segundo poliacutemero maacutes abundante en el planeta por lo que su
utilizacioacuten a gran escala en Meacutexico es muy prometedora como lo ha sido en Japoacuten en donde
alrededor de 250 empresas explotan la quitina
Una investigadora de la Universidad Nacional Autoacutenoma de Meacutexico (UNAM) la maestra en
ciencias Patricia Miranda Castro estudia desde hace siete antildeos la quitina y su principal
derivado el quitosaacuten En el Laboratorio de Biotecnologiacutea de la Facultad de Estudios
Superiores Cuautitlaacuten (FES-C) esta quiacutemica farmacobioacuteloga ha logrado una metodologiacutea
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propia para extraer la quitina y el quitosaacuten del camaroacuten utilizando caparazones y cabezas de
los crustaacuteceos que para la industria pesquera son desechos
Meacutexico es el seacuteptimo productor de camaroacuten en el mundo asiacute que muchas toneladas de
cabezas del crustaacuteceo regresan al mar cada antildeo y grandes cantidades de caparazones se t iran
diacutea a diacutea en las marisqueriacuteas de todo el paiacutes Nos parece interesante sumarnos a un proceso en
donde la sustancia que buscamos estaacute en lo que otros consideran basura explica la maestra
Miranda quien en su laboratorio ha ensayado durante varios antildeos una forma eficiente para
obtener la quitina
La patente de esta metodologiacutea para la extraccioacuten obtencioacuten y purificacioacuten de la quitina y el
quitosaacuten estaacute en traacutemite ante el Instituto Mexicano de Propiedad Industrial y de otorgarse la
UNAM podraacute realizar transferencias tecnoloacutegicas con este producto de origen natural
De la marisqueriacutea al laboratorio
La quitina es un poliacutemero es decir una moleacutecula de gran tamantildeo constituida esencialmente de
azuacutecares (es un polisacaacuterido) y oxiacutegeno Sus moleacuteculas son fibrosas y logran un material de
gran resistencia quiacutemica y mecaacutenica
Las caracteriacutesticas maacutes uacutetiles para la industria estaacuten en el quitosaacuten un derivado de la quitina
Asiacute que lo primero que hicimos fue conseguir en las marisqueriacuteas caparazones de diversos
animales estudiar en donde existe la sustancia en mayor cantidad y desarrollar un meacutetodo
propio para extraer la quitina y transformarla en quitosaacuten Encontramos que los caparazones
de jaibas y langostas tienen maacutes calcio y menos quitina mientras que las de camaroacuten maacutes
blandas contienen mayor cantidad de la sustancia explica la especialista
Ya en el laboratorio los caparazones se limpian se muelen hasta pulverizarse y se someten a
un proceso de hidroacutelisis aacutecida utilizando aacutecido clorhiacutedrico el cual convierte a los carbonatos
en cloruros y solubiliza los minerales baacutesicamente el calcio
Ya desmineralizado se aplica una hidroacutelisis alcalina pues el aacutelcali que se usa rompe la
estructura de la matriz y hace solubles las proteiacutenas las cuales arrastran consigo grasas y
pigmentos componentes todos que constituyen el caparazoacuten Los pigmentos ya separados (de
colores rosa y anaranjado) son un subproducto del proceso que pueden utilizarse para
alimentar flamingos y salmones especies a las que les ayuda a mantener su color
caracteriacutestico
Despueacutes de ambas etapas se obtiene la quitina en polvo que no es soluble en agua lo que lo
hace poco praacutectica para su aplicacioacuten Asiacute que se somete a un proceso llamado desacetilar
que significa quitar de la sustancia una parte de su estructura el grupo acetilo Con esto se
obtiene como derivado el quitosaacuten presente en el 70 por ciento de la quitosina pero ahora ya
aislado y purificadoEsta metodologiacutea es una innovacioacuten tecnoloacutegica de la maestra Patricia
Miranda Castro
Las cualidades del quitosaacuten
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El quitosaacuten es soluble en agua acidificada Esta solubilidad y su viscosidad (que puede hacerse
maacutes espesa o maacutes ligera seguacuten se requiera) son caracteriacutesticas que lo hacen aplicable a usos
variados asiacute como su accioacuten de imaacuten bioquiacutemico capaz de detectar sustancias nocivas Por
ejemplo en el estoacutemago humano atrapa grasas como el colesterol y los trigliceacuteridos a los que
conduce por el intestino capturados hasta evacuarlos Asiacute que una aplicacioacuten farmaceacuteutica lo
utiliza como regulador del peso corporal mientras que tambieacuten sirve como regulador de la
presioacuten arterial consecuente a la disminucioacuten de grasas
En la industria de alimentos este derivado de la quitosina se utiliza para dar consistencia y
viscosidad a los aderezos para ensaladas y mayonesas mientras que en las frutas y verduras
frescas sirve como un protector antimicrobiano
Otras aplicaciones estaacuten en la industria de los cosmeacuteticos en donde el quitosaacuten se introduce en
cremas humectantes pues es una moleacutecula que absorbe el agua Algunos fabricantes de
shampoo lo utilizan como ingrediente ya que desarrolla una peliacutecula que da proteccioacuten y
brillo al cabello
En la industria papelera donde el principal insumo es la celulosa el quitosaacuten sirve para fijar y
dar resistencia al papel mientras que una de sus maacutes prometedoras aplicaciones podriacutea ser
como plaacutestico biodegradable sustituyendo al plaacutestico tradicional derivado del petroacuteleo uno de
los materiales maacutes utilizados en el mundo y maacutes difiacuteciles de degradarse lo que genera mucha
contaminacioacuten
Como material plaacutestico alternativo el quitosaacuten ya ha sido sometido a pruebas en el
Laboratorio de Biotecnologiacutea de la maestra Patricia Miranda Castro quien desarrolloacute una
especie de celofaacuten a partir de esta sustancia natural una envoltura que incluso podriacutea
comerse finaliza la especialista universitaria
e Outros polissacariacutedios estruturais e de reserva
Entre os principais polissacariacutedeos de reserva em plantas estatildeo o amido os frutanos e os
polissacariacutedeos de reserva de parede celular (PRPC)
Como compostos de reserva o amido e os frutanos possuem as vantagens de serem formados
por glucose e frutose respectivamente Esses accediluacutecares satildeo prontamente utilizados pelo
metabolismo de geraccedilatildeo de energia e tambeacutem fornecem carbono para a biossiacutentese da maioria
das biomoleacuteculas presentes em ceacutelulas vegetais
Cada um dos principais polissacariacutedeos de reserva apresenta caracteriacutesticas que fazem com
que eles sejam mais convenientes para o metabolismo em certas situaccedilotildees Uma dessas
caracteriacutesticas eacute o fato que nenhum deles possui radicais livres Esta eacute uma vantagem quando
comparada ao acuacutemulo de monossacariacutedeos uma vez que a presenccedila de tais compostos
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poderia levar agrave glicosilaccedilatildeo inespeciacutefica de elementos celulares Outra vantagem eacute a relativa
inatividade osmoacutetica dos poliacutemeros
A tabela a seguir resume as principais caracteriacutesticas dos trecircs tipos de grupos mais
importantes de polissacariacutedeos de reserva de plantas Estas evidenciam diferentes funccedilotildees
considerando como eles satildeo degradados e seus locais de deposiccedilatildeo na ceacutelula e na planta
Composto de
reserva
Biossiacutentese Mobilizaccedilatildeo Localizaccedilatildeo
celular
Localizaccedilatildeo na planta
Amido A partir de ADP-
glucose
Hidroacutelise por
fosforilaccedilatildeo
Plastiacutedeos e
gracircnulos no
citossol
Sementes caule
folhas frutos e oacutergatildeos
Frutanos A partir de
sacarose por
transglicosilaccedilatildeo
Hidroacutelise Vacuacuteolos e
fluido
apoplaacutestico
Folhas raiacutezes caules e
oacutergatildeos subterracircneos
PRPC A partir de
UDPGDP accediluacutecares
no complexo de
Golgi
Hidroacutelise e
transglicosila
ccedilatildeo
Parede celular Sementes e oacutergatildeos
subterracircneos
Dextrana ndash polissacariacutedios elaborado pelo Leuconostoc mesenteroides a partir de sacarose
Causa viscosidade no caldo de cana bem como diminui o rendimento da cristalizaccedilatildeo da
sacarose
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POLISSACARIacuteDEOS DE PAREDE CELULAR (PRPC)
Os polissacariacutedeos de reserva de parede celular (PRPC) satildeo relativamente inertes no que concerne agrave sua reatividade quiacutemica e apresentam diferentes graus de solubilidade em aacutegua Essas caracteriacutesticas conferem alta compactaccedilatildeo e baixa reatividade e tornam possiacutevel a existencia de um compartimento celular ( a parede celular) que permite o fluxo de aacutegua com um grau de liberdade consideraacutevel
O custo para produzir tais poliacutemeros eacute alto pois tais compostos necessitam de um complexo sistema de biossiacutentese secreccedilatildeo e montagem no meio extracelular A biossiacutentese dos polissacariacutedeos de parede celular requer nucleotiacutedeo-accediluacutecares como doadores de monossacariacutedeos Na tabela a seguir estatildeo relacionados alguns dos polissacariacutedeos de parede e seus respectivos nucleotiacutedeo-accediluacutecares doadores
Polissacariacutedeos Nucleotiacutedeos-accediluacutecares
Celulose UDP-glucose Calose UDP-glucose Glucanos de cadeia mista UDP-glucose Xiloglucano UDP-glucose UDP-galactose UDP-
xilose e GDP-fucose Galactomanano GDP-manose UDP-galactose Glucoronoarabinoxilanos UDP-arabinose UDP-xilose UDP-aacutedico
galacturocircnico Ramnogalacturonano GDP-ramnose UDP-aacutedico galacturocircnico
FRUTANOS
Os frutanos encontram-se entre os carboidratos alternativos de reserva mais amplamente distribuiacutedos entre as plantas superiores sendo encontrados em aproximadamente 15 das angiospermas A presenccedila de frutanos em Asteraceae foi amplamente documentada para a flora de regiotildees temperadas e para a flora tropical e subtropical em regiatildeo restrita do cerrado brasileiro A maioria das espeacutecies ricas em frutanos encontra-se fora da regiatildeo tropical sendo mais abundantes em aacutereas onde o crescimento eacute sazonal Vaacuterios autores sugerem que o acuacutemulo de altas concentraccedilotildees de frutanos e de accediluacutecares soluacuteveis pode contribuir para o aumento do potencial osmoacutetico das ceacutelulas e por conseguinte promover toleracircncia agrave seca e ao congelamento Os frutanos satildeo acumulados em oacutergatildeos fotossintetizantes como folhas e caules em oacutergatildeos subterracircneos de reserva como raiacutezes tuberosas tubeacuterculos e bulbos e em inflorescecircncia e sementes Nas ceacutelulas os frutanos e as enzimas envolvidas em seu
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metabolismo satildeo encontrados nos vacuacuteolos embora recentemente sua presenccedila e a da enzima frutaexohidrolase tenham sido detectadas no fluido apoplaacutestico
Frutanos consistem de seacuteries homoacutelogas de oligo e polissacariacutedeos natildeo redutores onde cada membro da seacuterie conteacutem um resiacuteduo a mais de frutose do que o membro anterior Esses poliacutemeros de D - frutose carregam um resiacuteduo de D - glucose
geralmente localizado na extremidade da cadeia unido por uma ligaccedilatildeo do tipo 12 como na sacarose sendo assim o frutano mais simples eacute um monofrutosil sacarose um trissacariacutedeo O trissacariacutedeo que daacute origem agrave seacuterie da inulina a 1- cestose ou 1-
cestotriose (1 - F - frutosil sacarose -glu-12--fru-12-fru) foi o primeiro a ser caracterizado por Bell e colaboradores (Pollock et al 1996 e referecircncias ali contidas) A 1-cestose eacute encontrada em todas as espeacutecies que acumulam frutanos mesmo naquelas onde a seacuterie predominante apresenta outro tipo de ligaccedilatildeo entre os resiacuteduos de frutose Cinco classes estruturais de frutanos foram identificadas (figura 11) a)
frutano baseado em 1-cestose com ligaccedilotildees - 21 (inulina) encontrado principalmente em Asterales (ex tubeacuterculos de Helianthus tuberosus) b) frutano
baseado em 6-cestose com ligaccedilotildees - 26 (levano) caracteriacutestico de Poales (ex folhas de Phleum pratense) c) frutano com ligaccedilotildees mistas e ramificados com glucose na extremidade da cadeia tambeacutem encontrado em Poales ( ex Triticum) d) frutano
baseado em neocestose com ligaccedilotildees - 21 encontrado em Liliaceae ( ex Asparagus
) e e) frutano baseado em neocestose com ligaccedilotildees -26 presente em alguns membros de Poales ( ex Avena )
Pectinas A pectina eacute o maior constituinte da parede celular primaacuteria e tambeacutem estaacute presente na lamela meacutedia entra as ceacutelulas de todos os tipos Contecircm uma alta concentraccedilatildeo de resiacuteduos de aacutecido D- -4) Dentre as pectinas encontrados Homogalacturonanos que apresentam predominante ou exclusivamente esta
estrutura (aacutecido galacturocircnico e resiacuteduos metilgalacturonados) como mostrado na figura 15
ramnogalactoruronanos conteacutem resiacuteduos de L-ramnose Neste caso o aacutecido galacturocircnico se li -2) e a ramnose ao outro resiacuteduo
-4) Os resiacuteduos de ramnose servem como pontos de ancoragem para cadeias laterais se unirem ramificando o poliacutemero
(figura 16) Galactanos Existem dois t -13-
-14 e o outro mais frequente eacute composto (figura 17) -14 com ramificaccedilotildees de L-arabinofuranose a cada 16-21 resiacuteduos
da cadeia principal Apoacutes a germinaccedilatildeo maior parte da galactose e arabinose eacute
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removida da parede deixando um material residual enriquecido em ramnose aacutecido urocircnico e glucose Matheson e Saini (1977) reportaram a presenccedila de duas
- -galactosidases em cotilecircdones de Lupinus luteus estas enzimas aumentaram apoacutes a germinaccedilatildeo e os autores levantaram a possibilidade do galactano estar envolvido no controle da expansatildeo celular aleacutem de ser um polissacariacutedeo de reserva
Hemicelulose Alguns autores consideram hemicelulose o material extraiacutedo da parede por extraccedilatildeo alcalina Para outros trata-se de um poliacutemero da parede celular com um tipo particular de estrutura molecular e com provaacutevel funccedilatildeo de mobilidade Dentre as hemiceluloses encontramos
Galactoglucomananos (figura 18) moleacutecula linear cadeia cam resiacuteduos de D-glucopiranose e D- -4) Difere da celulose pela presenccedila dos resiacuteduos de manose A razatildeo manosilglucosil eacute geralmente 3 A cadeia de glucomanano apresenta curtas ramificaccedilotildees resiacuteduos de D-
-6) aos resiacuteduos de manose Arabino-4-O-metilglucuronoxilano poliacutemero linear de D-xilose unidos por
-4) com cadeias laterais de dois tipos resiacuteduos de 4-O-metil D-glucurocircnico unidos agrave xilose po -2) ou resiacuteduos de L-arabinose unidos
-3) () 4-O-metilglucuronoxilano cadeia de resiacuteduos de D-xilopiranose unidos por
-4) e substituiacutedo por resiacuteduos de 4-O-metil-D-glucurocircnico unidos por ligaccedilatildeo -2) na cadeia de xilose
Glucomananos semelhantes agrave estrutura de galactoglucomananos com a glucose e -4)
Xilanos de parede secundaacuteria de gramiacuteneas () aparece grande variedade de cadeias laterais curtas1-4) D-xilano) incluindo
L-arabinofuranose no carbono 2 ou 3 da xilose - D -glucosano e -O-metil-D-glucuronopiranose no carbono 2 da xilose
cadeias laterais mais complexa contendo galactose e xilose Glucanos de cadeias mistas (1-3) e (1-4) -D-14-glucano
-16 por resiacuteduos de D- -D-galactopiranosiacutedeos-(12)-D-xilopiranosiacutedeos (figura 22) Exceto pela ausecircncia de terminais fucosil -L- -D-galactosiacutedeos existe uma grande semelhanccedila entre xiloglucanos de reserva (em sementes) e xiloglucanos estruturais de paredes primaacuterias Teriam funccedilotildees no controle da embebiccedilatildeo de aacutegua e xeroproteccedilatildeo Foi proposta uma nomenclatura para os blocos estruturais de xiloglucano com base na cadeia principal Glucoses natildeo substituiacutedas satildeo
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denominadas G glucoses ramificadas com xilose satildeo denominadas X e se a galactose estaacute ligada agrave xilose o trissacariacutedeo eacute denominado L As proporccedilotildees entre estas unidades demonstraram a existecircncia de estruturas finas (distribuiccedilatildeo das ramificaccedilotildees de galactose) especiacuteficas entre as diferentes espeacutecies e entre populaccedilotildees de mesma espeacutecie crescidas em diferentes ambientes Apesar das diferenccedilas em estrutura fina todos os xiloglucanos de sementes examinados apresentam proporccedilatildeo de monossacariacutedeos muito proacutexima preservando desse modo o total de ramificaccedilotildees com galactose de forma independente da sua distribuiccedilatildeo Jaacute foram isoladas as quatro principais enzimas responsaacuteveis pela degradaccedilatildeo de xiloglucano em Tropaeolum majus sendo uma endo- -14-glucanase especiacutefica para xiloglucano ou xiloglucano endo-transglicosilase (XET)
- -xilosidase ou oligoxiloglucano exo-hidrolase especiacutefica para oligossacariacutedeos de
-glucosidase No modelo proposto por Crombie et al (1998) as quatro enzimas atacam o poliacutemero de um modo sincronizado produzindo galactose glucose e xilose livres Embora nenhuma evidecircncia direta indique ainda que os xiloglucanos de sementes tenham dupla funccedilatildeo esta proposiccedilatildeo pode ser feita com base no fato de que os xiloglucanos possuem propriedades hidrodinacircmicas muito semelhantes agraves encontradas em galactomananos isto eacute os xiloglucanos teriam funccedilotildees no controle da embebiccedilatildeo de aacutegua e xeroproteccedilatildeo Eacute interessante observar que as relaccedilotildees entre estrutura e funccedilatildeo em xiloglucano estatildeo nas mudanccedilas de estrutura fina que satildeo tambeacutem relacionadas com o posicionamento das galactoses na moleacutecula
O grau de ramificaccedilatildeo dos mananos define suas relaccedilotildees estrutura-funccedilatildeo Quanto menos ramificado maior a indicaccedilatildeo de que a funccedilatildeo bioloacutegica estaacute relacionada com a dureza e a proteccedilatildeo do embriatildeo Por outro lado quanto maior o grau de ramificaccedilatildeo mais soluacutevel o polissacariacutedeo e maior a participaccedilatildeo deste em funccedilotildees como as relaccedilotildees hiacutedricas
Mananos e galactomanos satildeo moleacuteculas multifuncionais desempenhando suas funccedilotildees durante fases distintas do crescimento e desenvolvimento das plantas
Mananos puros satildeo artificialmente definidos como contendo mais de 90 de
natildeo o restante estar ramificado com galactose Satildeo estruturalmente relacionados aos galactomananos apenas apresentando um grau menor de ramificaccedilatildeo com galactose Abaixo de 10 de ramificaccedilotildees os mananos tornam-se insoluacuteveis e precipitam rapidamente em soluccedilatildeo aquosa Assim os mananos satildeo estruturalmente relacionados aos galactomananos apenas apresentando um grau menor de ramificaccedilatildeo com galactose Os mananos portanto apresentam alto grau de interatividade intermolecular formando cristais na parede celular o que
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confere dureza e diminui sua solubilidade Satildeo encontrados em endospermas de sementes de espeacutecies como Phoenix dactylifera Phytelephas macrocarpa e Coffea arabica Aparentemente tem outras funccedilotildees aleacutem de reserva eles conferem dureza agraves sementes que os acumulam e isso pode ser associado com um sistema de proteccedilatildeo do embriatildeo contra danos mecacircnicos Sendo assim os mananos exerceriam as funccedilotildees de constritor e protetor mecacircnico do embriatildeo e tambeacutem de polissacariacutedeos de reserva
Galactomananos satildeo compostos por uma cadeia linear de resiacuteduos de manose -14 agrave qual resiacuteduos de galactose estatildeo unidos
em endospermas de sementes de leguminosas A razatildeo manosegalactose e a distribuiccedilatildeo dos resiacuteduos de galactose ao longo da cadeia de manose variam de espeacutecie para espeacutecie sendo importante para estudos quimiotaxonomicos e evolutivos As trecircs famiacutelias de Leguminosae podem ser distinguidas utilizando-se este paracircmetro A mobilizaccedilatildeo de galactomananos foi estudada em leguminosas
-galactosidase endo- --manosidase) confirmando que a mobilizaccedilatildeo do galactomanano
ocorre atraveacutes da hidroacutelise Em todos os casos estudados o polissacariacutedeo eacute desmontado ateacute seus monossacariacutedeos constituintes (manose e galactose) ao mesmo tempo em que haacute produccedilatildeo de sacarose Aleacutem do papel de reserva o galactomanano influencia no fluxo de aacutegua devido a sua maior solubilidade nos primeiros estaacutegios da germinaccedilatildeo Este polissacariacutedeo absorve grande quantidade de aacutegua e redistribui ao redor do embriatildeo O endosperma embebido protege o embriatildeo contra perda de aacutegua atraveacutes de um efeito conhecido como ldquotampatildeo de aacuteguardquo durante periacuteodos de seca poacutes-embebiccedilatildeo
5 FATORES ANTINUTRITIVOS DE NATUREZA GLUCIacuteDICA
a Linamarina carboidratos cianogecircnio encontrado em certas variedades
Mecanismo de detoxicaccedilatildeo da planta
CN + S2O3 = SCN
+ SO3 =
O tiocianato (SCNmacr) impede a captaccedilatildeo de iodo pela tireoacuteide causando o boacutecio
A intoxicaccedilatildeo crocircnica com cianeto (CNmacr) acarreta a Neuropatia Tropical que se caracteriza
por alteraccedilatildeo irreversiacuteveis das ceacutelulas nervosas provocando falta de coordenaccedilatildeo dos
movimentos e uma apatia generalizada A ocorrecircncia de boacutecio no litoral nordeste brasileiro
pode ser atribuiacutedo ao elevado consumo de produtos de mandioca
b Fatores causadores de flatulecircncia Muitos legumes ( feijatildeo soja etc ) apresenta os
oligossacariacutedios rafinose estaquiose e verbascose que escapam aacute digestatildeo por natildeo
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termos a enzima galactosidase natildeo sendo pois absorvidos ao niacutevel do intestino
delgado As bacteacuterias do intestino grosso metabolizam esses accedilucares produzindo CO2
H2e abaixando o ph Satildeo pois responsaacuteveis pela flatulecircncia quando daacute ingestatildeo de
legumes
c Glucosinolatos Substacircncias encontradas nas cruciacuteferas especialmente do gecircnero
Brassica que diminuem o valor bioloacutegico dos alimentos Manifestam atividades
bociacutegena acarretando hipertrofia das tireoacuteides Satildeo comumente encontradas em couve
repolho nabo mostarda colza etc
El potencial terapeacuteutico de algunas verduras
Por el Dr Heacutector E Soloacuterzano del Riacuteo
Coordinador de Medicina Ortomolecular del Centro de Estudios de Medicina
Integradora de la Universidad Autoacutenoma de Guadalajara y Presidente de la Sociedad
Meacutedica de Investigaciones Enzimaacuteticas AC
El indol-3-carbinol es un producto derivado de la glucobrasicina glucosinolato tambieacuten
conocido como indol-3-glucosinolato Los glucosinolatos se encuentran principalmente en los
vegetales cruciacuteferos (broacutecoli col col de Bruselas coliflor col rizada nabos etc)
Entre las recomendaciones que se dan para seguir una buena dieta estaacute el consumir
diariamente 5 raciones de verduras frescas y 5 raciones de frutas frescas
En un antiguo tratado Romano de medicina se afirma que si aparece una uacutelcera cancerosa en
las mamas apliacutequese una hoja de col machacada y se pondraacute bien Con el machacar una hoja
de col el indol-3-glucosinolato se convertiriacutea en indol-3-carbinol entre otras reacciones
(Albert-Puleo M Physiological effects of cabbage with reference to its potential as a dietary
cancer-inhibitor and its use in ancient medicine J Ethnopharm 1983 9261-272)
El propio I-3-C no es activo Cuando el I-3-C entra en contacto con el aacutecido gaacutestrico se
convierte en sus metabolitos activos el diindoilmetano y el indoilcarbazol Por eso el I-3-C
administrado parenteralmente no produce metabolitos activos
En la actualidad sabemos que el I-3-C puede modular el metabolismo de los estroacutegenos
Tambieacuten puede tener efectos anti-aterogeacutenicos antioxidantes y anticanceriacutegenos
El I-3-C puede estimular a las enzimas naturales desintoxicantes de nuestro cuerpo
Se ha demostrado que los metabolitos estrogeacutenicos 16 alfa-hidroxiestrona y 4-hidroxiestrona
son canceriacutegenos y se cree que son responsables los posibles efectos canceriacutegenos del
estroacutegeno Por otro lado se ha descubierto que el metabolito estrogeacutenico 2-hidroxiestrona es
protectora contra varios tipos de caacutencer incluyendo el caacutencer de mamaacute Se ha demostrado que
el I-3-C aumenta la relacioacuten de 2-hidroxiestrona a 16 alfa-hidroxiestrona y tambieacuten inhibe la
4-hidroxilacioacuten del estradiol (Bailey GS Hendricks JD Shelton DW et a Enhancement of
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carcinogenesis by the natural anti-carcinogen indole-3-carbinol J Natl Cancer Inst 1987
78931-934)
Algunos estudios han demostrado que el I-3-C restaura la funcioacuten del gen supresor p21
retrasa la propagacioacuten de ceacutelulas aberrantes de proacutestata y mama e induce la apoptosis de
ceacutelulas aberrantes
Como ya lo mencioneacute arriba el I-3-C induce la siacutentesis de 2-hidroxiestrona Se he descubierto
que la 2-hidroxiestrona inhibe la oxidacioacuten de la lipoproteiacutena de baja densidad Esto nos indica
que el I-3-C tiene un efecto antioxidante indirecto Parece que la 2-hidroxiestrona tambieacuten
tiene la capacidad de inhibir la proliferacioacuten del muacutesculo liso La inhibicioacuten de la proliferacioacuten
de muacutesculo liso y la inhibicioacuten de la oxidacioacuten de LDL son importantes para los efectos anti-
aterogeacutenicos del I-3-C
Algunas de nuestras investigaciones nos han demostrado que el I-3-C puede ser uacutetil para
inhibir la formacioacuten de quistes de papilomatosis causados por el virus del papiloma humano
incluyendo en la boca los pulmones y las cuerdas vocales
Parece que el tratamiento con I-3-C durante 12 semanas causa una regresioacuten completa de la
neoplasia intraepitelial cervical en el 50 de las pacientes con estadio II-III de la NIC (Bell
MC Crwoley Nowick P Bradlow HL et al Preliminary results of the use of indole-3-carbinol
in the treatment of CIN Gynecol Oncol 2000 78123-9)
Hay un estudio que reporta por primera vez que el I-3-C ejerce efectos anticancerosos en las
ceacutelulas tumorales pancreaacuteticas in vitro Se ha demostrado que el I-3-C inhibe el crecimiento de
varias liacuteneas de ceacutelulas cancerosas ovaacutericas lo mismo que sobre el caacutencer de mama y de
proacutestata
El ensayo mencionado se enfocoacute en los efectos anticanceriacutegenos en varios biomarcadores
moleculares y celulares del caacutencer de paacutencreas Se investigaron los efectos del I-3-C sobre la
proliferacioacuten celular la apoptosis la expresioacuten de la DT-diaforasa la expresioacuten de Cox-1 y 2
la expresioacuten de NFkappaB y sus efectos sobre la invasioacuten celular tumoral
Una de las claves acerca de la causa del envejecimiento es que los animales senectos
desarrollan autoinmunidad La autoinmunidad consiste en que el cuerpo se hace aleacutergico a sus
propias ceacutelulas y empieza a destruirlas Los autoanticuerpos provocan una respuesta
inflamatoria croacutenica Cuando los autoanticuerpos atacan por ejemplo a las articulaciones se
presenta la artritis reumatoide Se conocen aproximadamente 60 enfermedades autoinmunes
Entre eacutestas encontramos a la esclerosis muacuteltiple la alopecia areata el vitiacuteligo la espondilitis
anquilosante etc
El tratamiento convencional se basa en la administracioacuten de corticoides e inmunosupresores
lo cual causa graves efectos adversos (Alving CR Swartz GM Jr Antibodies to cholesterol
cholesterol conjugates and liposomes implications for atherosclerosis and autoimmunity Crit
Rev Immunol 199110(5)441-53
Varios estudios realizados en algunas universidades en ratones autoinmunes -- los cuales
usualmente desarrollan enfermedad renal mortal autoinmune-- mostraron buenos resultados
con el I-3-C
34
El I-3-C tiene un efecto importante protector contra la autoinmunidad Las pruebas
demostraron que este complemento alimenticio redujo draacutesticamente la enfermedad renal
autoinmune Despueacutes de un antildeo todos los animales que recibieron el complemento todaviacutea
estaban vivos comparado con solamente el 30 de los controles Dos meses maacutes tarde todos
los controles habiacutean muerto mientras que muchos de los ratones que recibieron el I-3-C
sobrevivieron otros 6 meses y unos pocos sobrevivieron durante maacutes de 20 meses casi el 50
maacutes que los ratones controles
Se ha notado en forma interesante que la restriccioacuten caloacuterica podriacutea tener los mismos efectos
en los ratones autoinmunes (Ogura M Ogura H Lorenz E Ikehara S Good RA
Undernutrition without malnutrition restricts the numbers and propor tions of Ly-1 B
lymphocytes in autoimmune (MRLI and BXSB) mice Proc Soc Exp Biol Med 1990
Jan193(1)6-12) La restriccioacuten caloacuterica revierte la autoinmunidad y extiende el periacuteodo de
vida
Pues bien se cree que el I-3-C puede imitar los efectos de la restriccioacuten caloacuterica y prolongar el
periacuteodo de vida (Howitz KT Bitterman KJ Cohen HY et al Small molecule activators of
sirtuins extend Saccharomyces cerevisiae life span Nature 2003 Sep 11425 (6954)191-6
Epub 2003 Aug 24) El I-3-C y la restriccioacuten caloacuterica afectan a un proceso conocido como
metilacioacuten (Morse MA LaGreca SD Amin SG Chung FL Effects of indole-3-carbinol on
lung tumorigenesis and DNA methylation induced by 4-(methylnitrosamino)-1-(3- pyridyl)-1-
butanone (NNK) and on the metabolism and disposition of NNK in AJ mice Cancer Res
1990 May 150(9)2613-7) Puedo mencionar que la metilacioacuten es una reaccioacuten bioquiacutemica
que sucede en forma natural dentro de nuestro cuerpo Este proceso disminuye con la edad y
se altera con la autoinmunidad (Yung R Ray D Eisenbraun JK et al Unexpected effects of
heterozygous dnmt1 null mutation on age-dependent DNA hypomethylation and
autoimmunity J Gerontol A Biol Sci Med Sci 2001 Jun56(6)B268-76)
Las uacuteltimas tendencias en la investigacioacuten nutricional y oncoloacutegica estaacuten examinando coacutemo
ciertos compuestos fitoterapeacuteuticos afectan a los genes utilizando microarreglos de ADN Los
microarreglos para el I-3-C muestran que esta substancia natural ejerce un potente efecto en
los genes relacionados con el caacutencer Entre otras cosas estas substancias activan a los genes
tumorales supresores a otros genes que destruyen a las ceacutelulas cancerosas y a los genes que
nos desintoxican de agentes quiacutemicos Tambieacuten el I-3-C suprime genes que capacitan a las
ceacutelulas cancerosas a comunicarse con otras ceacutelulas Esta capacidad para entrar en las ceacutelulas
cancerosas y activar o desactivar genes es una poderosa arma contra el crecimiento del caacutencer
Esta habilidad para ejercer estos efectos sin alguna toxicidad (como lo hace el I-3-C) lo
convierte en un agente quimiopreventivo extremadamente deseable
En pocas palabras el I-3-C se usa para la prevencioacuten y tratamiento del caacutencer de mama
caacutencer de colon y otros tipos de caacutencer Tambieacuten se usa oralmente para fibromialgia
papilomatosis lariacutengea displasia cervical y en varias enfermedades autoinmunes como el
lupus eritematoso sisteacutemico Varios estudios demuestran que es uacutetil para equilibrar los niveles
hormonales desintoxicar a los intestinos y el hiacutegado y para apoyar al sistema inmunoloacutegico
35
Couve-broacutecolo - potenciais efeitos anticanceriacutegenos Ana Sofia Rodrigues (1) Eduardo Rosa (2) (1)Escola Superior Agraacuteria de Ponte de
Lima Mosteiro de Refoios 4990-706 Ponte de Lima Portugal (2) Universidade
Traacutes-os-Montes e Alto Douro Dpt Fitoteacutecnia Apartado 202 5001-911 Vila Real
Portugal
Resumo
As plantas da famiacutelia Brassicaceae incluindo a couve-broacutecolo apresentam um
grupo de compostos secundaacuterios os glucosinolatos com reconhecidas
propriedades anticanceriacutegenas especialmente os hidrolisados do glucosinolato
glucorafanina e dos glucosinolatos indoacutelicos Contudo os potenciais benefiacutecios na
sauacutede dependem das concentraccedilotildees destes compostos que por sua vez dependem
das variedades consumidas e das condiccedilotildees de crescimento da cultura
Neste estudo avaliou-se a variaccedilatildeo do teor em glucosinolatos nas inflorescecircncias
primaacuterias e secundaacuterias de onze cultivares de couve-broacutecolo em duas estaccedilotildees de
crescimento Primavera-Veratildeo e Veratildeo-Inverno Os teores em glucosinolatos
foram significativamente superiores no Veratildeo-Inverno Nesta estaccedilatildeo os teores
mais elevados ocorreram nas inflorescecircncias secundaacuterias O grupo dos
glucosinolatos indoacutelicos representou entre 19 e 77 dos totais A glucorafanina foi
o glucosinolato que surgiu em maior concentraccedilatildeo (gt500 moles100 g-1 PS) em
todas as cultivares Considerando o potencial efeito anticanceriacutegeno do
isotiocianato derivado da glucorafanina sulforafano a cultivar Shogun destaca-se
das outras por apresentar maiores teores desse glucosinolato
3- Butenilglucosinolato (GLUCONAPINA)
36
37
38
39
2- Hidroacutexi ndash3- butenil glucosinolato (PROGOITRINA)
CH2 = CH ndash CH ndash CH2 ndash NCS + HSO
4 + C6H12O6 ( - glicose)
OH
2- Hidroacutexi ndash3- butenil isotiocianato
5- Vinil oxazolidina ndash2- tiona
(5-vinil-2-tioxazolidina)
(GOITRINA)
40
Lipiacutedios
1 CONCEITO
Os lipiacutedios constituem juntamente com os carboidratos e proteiacutenas outra classe de substacircncias
consideradas como alimento Os seus representantes satildeo compostos bastante heterogecircneos das
mais variadas funccedilotildees quiacutemicas que se caracterizam pela insolubilidade em aacutegua e
solubilidade em solventes orgacircnicos (eacuteter acetona aacutelcool clorofoacutermio etc) Essa natureza
hidrofoacutebica eacute consequumlecircncia da natureza quiacutemica da moleacutecula que possui extensas cadeias de
carbono e hidrogecircnio lembrando muito os hidrocarbonetos
Satildeo considerados os mais energeacuteticos dos alimentos devido a essas cadeias hidrocarbonetadas
apresentando o aacutetomo de carbono em estaacutegio bastante reduzido isto eacute com baixo nuacutemero de
oxidaccedilatildeo devido ao baixo teor de oxigecircnio na moleacutecula
Composiccedilatildeo quiacutemica elementar () K calg________
Classe C O H N____________________
Proteiacutena 53 23 7 16 4
Carboidratos 44 49 6 _ 4
Lipiacutedios 76 11 12 _ 9___________
Constituem portanto uma excelente opccedilatildeo para a ceacutelula viva ou organismo qualquer o
armazenamento de energia quiacutemica na forma de lipiacutedios
Do ponto de vista estrutural os lipiacutedios constituem as membranas de permeabilidade
diferencial como a membrana citoplasmaacutetica e as membranas que revestem as organelas e
outras entidades de atividade bioquiacutemica especializadas (como o retiacuteculo endoplasmaacutetico o
sistema lamelar dos cloroplastos etc) Alguns representantes dessa classe ainda
desempenham funccedilotildees altamente especializadas como algumas vitaminas e a clorofila
(pigmento receptor da energia radiante no processo fotossinteacutetico)
2 CLASSIFICACcedilAtildeO
Segundo suas propriedades quiacutemicas os lipiacutedios podem ser classificados em
21 Lipiacutedios neutros gliceriacutedios monogliceriacutedios
ceras digliceriacutedios
trigliceriacutedios
22 fosfatiacutedios
23 esfingolipiacutedios
24 glicolipiacutedios
25 lipoproteiacutenas
26 terpenoacuteides carotenoacuteides
esteroacuteides
41
3 TRIGLICERIacuteDIOS
Constituem a quase totalidade da fraccedilatildeo lipiacutedios de uma dieta alimentar ou uma reaccedilatildeo
animal Eacute tambeacutem a forma pela qual os organismos animais ou vegetais armazenam parte
significativa da energia quiacutemica
Quimicamente satildeo eacutesteres do glicerol e aacutecidos graxos produtos esses que satildeo obtidos
mediante hidroacutelise dos trigliceriacutedios
As propriedades fiacutesicondashquiacutemicas os trigliceriacutedios satildeo regidas pela natureza dos aacutecidos graxos
integrantes desde que o glicerol eacute comum a todos eles
31 Hidroacutelise dos trigliceriacutedios Existem 3 modalidades de se promover a hidroacutelise dos
trigliceriacutedios
1 hidroacutelise aacutecida (reversiacutevel)
2 hidroacutelise alcalina ou reaccedilatildeo de saponificaccedilatildeo (irreversiacutevel)
3 hidroacutelise enzimaacutetica (pela accedilatildeo das liacutepases)
Da hidroacutelise alcalina resulta um sal soacutedico ou potaacutessico (conforme se use NaOH ou
KOH para a hidroacutelise) do aacutecido graxo o qual eacute denominado de sabatildeo com propriedade
detergente Para que uma substacircncia manifeste propriedade detergente a mesma deve
apresentar em sua moleacutecula uma porccedilatildeo hidrofoacutebica (apolar) e outra hidrofiacutelica (polar) Os
detergentes estabelecendo uma ponte aproximando as moleacuteculas polares (aacutegua) das
moleacuteculas apolares (gordura) promove a solubilizaccedilatildeo ou emulsificaccedilatildeo das gorduras e dos
oacuteleos
32 Aacutecidos Graxos Satildeo aacutecidos carboxiacutelicos que apresentam um radical R de natureza
graxa ou apolar R ndash COOH onde R deve se apresentar com mais de 4 aacutetomos de carbono em
estaacutegio reduzido
De um modo geral aumentando-se o nuacutemero de aacutetomos de carbono na moleacutecula
aumenta-se o ponto de fusatildeo do aacutecido graxo (ateacute 8 aacutetomos de carbono os aacutecidos carboxiacutelicos
satildeo liacutequidos com 1 e 2 aacutetomos de C satildeo volaacuteteis)
A presenccedila da dupla ligaccedilatildeo na cadeia do aacutecido graxo diminui o ponto de fusatildeo do
mesmo
42
Aacutecidos graxos Estrutura Ponto de Fusatildeo
Saturados
Laacuteurico CH3(CH2)10COOH 44deg
Miriacutestico CH3(CH2)12COOH 54deg
Palmiacutetico CH3(CH2)14COOH 63deg
Esteaacuterico CH3(CH2)16COOH 70deg
Araquiacutedico CH3(CH2)18COOH 75deg
Beecircnico CH3(CH2)20COOH 80deg
Lignoceacuterico CH3(CH2)22COOH 84deg
Natildeo-saturados
Oleacuteico CH3(CH2)7CHCH(CH2)7COOH
Vaccecircnico CH3(CH2)5CHCH(CH2)9COOH
Ricinoleico CH3(CH2)5CHOHCH2CHCH(CH2)7COOH
Linoleico CH3(CH2)4(CHCHCH2)2(CH2)6COOH
Linolecircnico CH3CH2(CHCHCH2)3(CH2)6COOH
Araquidocircnico CH3(CH2)4(CHCHCH2)4(CH2)2COOH
Pouco comuns
-alaioesteaacuterico CH3(CH2)3CHCHCHCHCHCH
Taririco (CH2)7COOH
Isacircnico CH3(CH2)10CequivC(CH2)4COOH
CH2CH(CH2)4CCCC(CH2)7COOH
CH2
Lactobacilico
Vernoacutelico
43
Os oacuteleos de origem vegetal satildeo trigliceriacutedios que apresentam elevada proporccedilatildeo de
aacutecidos graxos poliinsaturados que possuem baixo ponto de fusatildeo conferindo a esses
trigliceriacutedios o estado liacutequido aacute temperatura ambiente (20-25degC) Jaacute as gorduras de origem
animal se apresentam no estado soacutelido aacute temperatura ambiente pelo fato de haver
predominacircncia de aacutecidos graxos saturados
Uma dieta rica oacuteleos vegetais eacute aconselhaacutevel aacutes pessoas com distuacuterbios cardiovasculares
possuidoras de elevados teores de colesterol no sangue Tais problemas satildeo manifestados pela
arteriosclerose (endurecimento das arteacuterias) eou ateroesclerose (diminuiccedilatildeo da luz arterial)
Sabe-se que o colesterol no inferior da ceacutelula se encontra livre ao passo que fora dela (no
sangue por exemplo) se encontra asterificado por aacutecidos graxos Dependendo da saturaccedilatildeo do
aacutecido graxo o mesmo pode propiciar a disposiccedilatildeo do eacutester do colesterol na parede interna das
arteacuterias diminuindo a luz das mesmas causando os citados distuacuterbios cardiovasculares
Eacutester do colesterol com aacutec graxo saturado
Eacutester do colesterol com aacutecido graxo poli-insaturado
44
45
A margarina obtida pela hidrogenaccedilatildeo cataliacutetica do oacuteleos vegetais com a finalidade
de dar aos mesmos a consistecircncia soacutelida da manteiga natildeo se constitui num
substituto adequado desta quando se pretende evitar os inconvenientes da gordura
animal Isto porque a caracteriacutestica desejaacutevel dos oacuteleos vegetais (presenccedila de
aacutecidos graxos poliinsaturados) eacute alterada quando se efetua a hidrogenaccedilatildeo dos
mesmos para se obter um produto de maior ponto de fusatildeo
4 CEcircRAS
Quimicamente satildeo eacutesteres de aacutecidos graxos de cadeia longa com alcoois monohidroxilados
tambeacutem de cadeia longa (16 a 36 aacutetomos de carbono)
A cecircra de abelha (palmitado de miricila)
B cecircra de carnaacuteuba (cerotato de miricila)
Devido aacute natureza das cadeias tanto do aacutecido graxo como do aacutelcool tais compostos
satildeo bastante hidrofoacutebicos altamente insoluacuteveis em aacutegua razatildeo pela qual plantas e
animais optaram por uma camada cerosa para proteccedilatildeo e impermeabilizaccedilatildeo
Assim certas plantas apresentam uma camada de cecircra (cutiacutecula) para proteccedilatildeo da
epiderme aves aquaacuteticas efetuam a impermeabilizaccedilatildeo das penas com auxiacutelio de
mateacuteria cerosa das glacircndulas cericiacutegenas
5 FOSFATIacuteDIOS
Satildeo derivados do aacutecido fosfatiacutedico Um representante desse grupo eacute a lecitina que estaacute
associada aacutes membranas de permeabilidade diferencial com funccedilatildeo ainda pouco conhecida
talvez regendo o transporte de substacircncias atraveacutes dessas membranas
46
6 GLICOLIPIacuteDIOS
Citamos os galactolipiacutedios e sulfolipiacutedios encontrados no tecido fotossintetizador das plantas
Suas funccedilotildees natildeo satildeo bem conhecidas
7 LIPOPROTEIacuteNAS
Satildeo associaccedilotildees entre proteiacutenas e lipiacutedios especialmente fosfolipiacutedios que se arranjam
segundo a polaridade das moleacuteculas sem envolvimento de ligaccedilatildeo covalentes As membranas
de permeabilidade diferencial (citoplasmaacutetica e aquelas que revestem as organelas celulares
bem como o retiacuteculo endoplasmaacutetico e o sistema lamelar dos cloroplastos) satildeo constituiacutedos de
lipoproteiacutenas
8 TERPENOacuteIDES CAROTENOacuteIDES E OUTROS COMPOSTOS DE NATUREZA
LIPIacuteDICA
Como os lipiacutedios congregam compostos da mais variada natureza quiacutemica encontramos
representantes desempenhando funccedilotildees altamente especializadas aleacutem daquelas jaacute
mencionadas (funccedilotildees energeacutetica e estrutural)
Assim algumas vitaminas bem como pigmentos receptores de energia radiante no processo
fotossinteacutetico satildeo exemplo de lipiacutedios desempenhando outras funccedilotildees
AMINOACIDOS E PROTEINAS
AMINOAacuteCIDOS
1 CONCEITO
Como o nome indica os aminoaacutecidos satildeo compostos que carregam em suas moleacuteculas um
grupo amino (de caraacuteter baacutesico) e um grupo carboxiacutelico (de caraacuteter aacutecido) Satildeo eles as
entidades que constituem as proteiacutenas e o conhecimento de suas estruturas se reveste de um
particular interesse pelas propriedades que conferem aacute moleacutecula proteacuteica que integram
47
Ademais os aminoaacutecidos desempenham outras funccedilotildees especiacuteficas quer participando de
processos bioloacutegicos (ciclo da ureacuteia por exemplo) ou se constituindo em substrato para muitos
constituintes celulares
Os aminoaacutecidos encontrados normalmente nas proteiacutenas satildeo identificados com sendo - L-
aminoaacutecido Alfa () porque o grupo amino (-NH2) se prende ao carbono de posiccedilatildeo
adjacente aacute carboxila (-COOH) e L devido a configuraccedilatildeo do grupo amino tendo como
referecircncia o D-gliceraldeido
2 TITULACcedilAtildeO DE AMINOAacuteCIDOS E EVIDEcircNCIA DE SEU CARAacuteTER IOcircNICO
Os aminoaacutecidos via de regra satildeo soluacuteveis em aacutegua e insoluacuteveis em solventes orgacircnicos
(clorofoacutermio acetona eacuteter aacutelcool etc) Tal propriedade natildeo coaduna com a estrutura geral
formulada (R-CHNH2-COOH) Como sabe os aacutecidos carboxiacutelicos e as aminas orgacircnicas satildeo
pouco ou quase insoluacuteveis em aacutegua especialmente os compostos de cadeia alifaacutetica ou
aromaacutetica com diversos aacutetomos de carbono Outra propriedade fiacutesica interessante eacute o alto
ponto fusatildeo dos aminoaacutecidos em situaccedilatildeo oposta aos aacutecidos carboxiacutelicos e aminas que
apresentam baixo ponto de fusatildeo e bem definido
A real estrutura dos aminoaacutecidos pode ser visualizada em soluccedilatildeo considerando o seu
comportamento como eletroacutelito Assim um aminoaacutecido pelo fato de conter um grupo
carboxiacutelico e um grupo amino pode reagir tanto como uma base como um aacutecido sendo
considerado uma substacircncia anfoacutetera Se o amino aacutecido estiver dissolvido em um meio aacutecido
ele se torna carregado positivamente (migra para o caacutetodo num campo eletroforeacutetico) e se o
meio for alcalino ele se torna carregado negativamente
Para se melhor compreender o caraacuteter iocircnico dos aminoaacutecidos eacute inicialmente necessaacuterio
conhecer algumas caracteriacutesticas dos diversos grupos ionizaacuteveis Para tal estudaremos as
ionizaccedilotildees da carboxila de um aacutecido e do grupo amino de uma amina orgacircnica
21 Titulaccedilatildeo da carboxila de um aacutecido (aceacutetico) O aacutecido aceacutetico se ioniza liberando
proacuteton (H+) conforme a equaccedilatildeo
A constante de dissociaccedilatildeo (K) do aacutecido aceacutetico eacute
Para esse valor de K podemos afirmar que o aacutecido aceacutetico eacute um aacutecido fraco pois apenas uma
pequena fraccedilatildeo das moleacuteculas eacute que se ionizam proacuteton
48
Aplicando-se logariacutetimos
Quando o ph do meio for numericamente igual ao ph
Teremos
Portanto
Isto eacute as concentraccedilotildees das formas protonizada e desprotonizada se equivalem
Podemos concluir portanto que o ph de um grupo ionizaacutevel corresponde a um valor de ph no
qual coexistem as formas protonizada e desprotonizada em idecircnticas concentraccedilotildees Em outras
palavras eacute o ph que corresponde aacute semi-titulaccedilatildeo ou semi-neutralizaccedilatildeo do referido grupo
ionizaacutevel
Curva de titulaccedilatildeo do aacutecido aceacutetico
22 Titulaccedilatildeo do Grupo Amino (-NH2)
Seja a amina metilina que pode ceder proacuteton conforme a equaccedilatildeo
49
Curva de Titulaccedilatildeo da Metilamina
23 Titulaccedilatildeo de um amino aacutecido neutro (alamina)
Formas Iocircnicas
Carga eletroforeacutetica +1
Curva de titulaccedilatildeo da alamina
Problema Quais as formas iocircnicas existentes bem como as proporccedilotildees das mesmas para
alamina no pH fisioloacutegico (70)
Resposta a forma iocircnica da alamina mais abundante no pH fisioloacutegico (70) eacute a forma
=99 81 desprovida de carga eletroforeacutetica
24 Titulaccedilatildeo de um minoaacutecido dicarboxiacutelico aacutecido aspaacutertico
50
Curva de Titulaccedilatildeo do Aacutecido Aspaacutertico
3 Curva de titulaccedilatildeo obtida quendo 20 ml de aacutecido aspaacutertico HCI01M satildeo titulados com
NaOH01M
Problema Calcular as proporccedilotildees das formas iocircnicas do aacutecido aspaacutertico existentes no pH
fisioloacutegico (Ph=70)
PH=Pk+log R
PH=70
PK=pK3=98 (o mais proacuteximo de 70) do grupo -amino
R= cone da forma protonizada em relaccedilatildeo ao grupo amino= IV
coc da forma protonizada em relaccedilatildeo ao grupo amino III
Substituindo
7 = 98 +log IV
III
7 = 98 + log R
log R = 7-98 = -28
log 1 = 28
R
1 =629 ou R = _1_ =
R 629
R = __1_ = IV
51
629 III
III = 629 IV
III + IV = 100 (1)
substituindo o valor de III em (1) temos
629 IV ldquo+ IV = 100
630 IV = 100
IV = _100_ = 016
630
[III] = 629 X 016 (01587301)
[III] = 9984
Resposta A forma mais abundante (9984) eacute a forma III carregada negativamente
25 Titulaccedilatildeo de um aminoaacutecido baacutesico (lisina)
Problema Qual eacute e em que proporccedilatildeo se apresenta a forma iocircnica mais abundante do
aminoaacutecido lisina no pH fisioloacutegico (70)
PH = pK + log R
PH = 70
PK = Pk2 = 90 ( o mais proacuteximo de 70 corresponde ao grupo -amino)
R = conc da forma desprotonizada em relaccedilatildeo ao grupo -amino = [III]
conc da forma protonizada em relaccedilatildeo ao grupo -amino [II]
Substituindo
52
70 = 90 + log R
log R=70 ndash 90 = -20
log 1 = 2
R
1= 100 ou R = _1__
R 100
Portanto R = __1__ = _[III]_ ou
100 [II]
[II] =100 [III]
[II] + [III] = 100 (1)
Substituindo o valor de [II] em (1)
100 [III] + [III] = 100
101 [III] = 100[III] = _100_ = 099
101
Logo [II] = 100 X 099 = 99
Resposta A forma iocircnica mais abundante eacute a forma II na proporccedilatildeo de 99
Resumindo o que se observou para os 3 aminoaacutecidos temos
Aminoaacutecido pI forma iocircnica predominante no pH fisioloacutegico (70)
Neutro 7 sem carga eletroforeacutetica
Aacutecido lt 7 carregado negativamente
Baacutesico gt 7 carregado positivamente
4 CLASSIFICACcedilAtildeO DOS AMINOAacuteCIDOS
Os aminoaacutecidos satildeo classificados segundo a natureza do radical R vaacuterios criteacuterios de
classificaccedilatildeo podem ser adotados Assim quanto aacute estrutura do radical R eles podem ser
classificados em
a aminoaacutecidos alifaacuteticos
b aminoaacutecidos aromaacuteticos
c aminoaacutecidos heterociacuteclicos
53
Mais significativa entretanto eacute a classificaccedilatildeo baseada na polaridade do radical R uma vez
que ela enfatiza o papel funcional que cada aminoaacutecido desempenha na proteiacutenaAssim os 20
aminoaacutecidos comumente encontrados nas proteiacutenas satildeo classificados em
31 Aminoaacutecidos com Radical R natildeo Polar ou Hidrofoacutebico
32 Aminoaacutecidos com Radical R Polar sem Carga no pH Fisioloacutegico
A maioria desses aminoaacutecidos tem um radical polar que pode participar de pontes de
hidrogecircnio alguns possuem o grupo hidroxila (-OH) outros a sulfidrila (-SH) enquanto
asparagina e glutamina possuem grupos amida A glicina embora desprovida de radical R eacute
considerada uma moleacutecula polar pelo fato dos grupos amino e carboxila representar grande
parte da massa da moleacutecula
33 Aminoaacutecidos com Radical R Polar Carregados Negativamente no pH Fisioloacutegico
Nesta classe estatildeo aminoaacutecidos dicarboxiacutelicos
33 Aminoaacutecidos com Radical R Polar Carregado Positivamente no pH Fisioloacutegico
Trecircs aminoaacutecidos satildeo incluiacutedos nesta categoria lisina (com grupo adicional E ndash amino com
pK = 105 arginina com o grupo guanidiacutenico de pK = 125 e a histidina com o grupo imidazol
com pK = 60)
54
Outros aminoaacutecidos aleacutem desses podem ser encontrados Assim L-hidroxilisina e L-
hidroxiprolina sccedilao abundantes no colaacutegeno apenas e por isso denominados de aminoaacutecidos
proteacuteicos raros
Muitos aminoaacutecidos natildeo satildeo encontrados em proteiacutenas mas ocorrem na forma livre Satildeo os
aminoaacutecidos natildeo proteacuteicos que atualmente satildeo em nuacutemero de aproximadamente 200
encontrados comumente no reino vegetal Alguns desempenham funccedilotildees conhecidas (como a
ornitina e citrulina que participam do ciclo da ureacuteia em plantas e animais e a beta ndash alanina
que faz parte da estrutura do aacutecido pantotecircnico) enquanto a maioria natildeo tem uma funccedilatildeo
fisioloacutegica definida Alguns deles se mostram toacutexicos para animais e humanos como o aacutecido
- diaminobutiacuterico encontrado nas sementes da Lathirus sativus o qual causa o
Neurolatirismo (fraqueza muscular a paralizia dos membros inferiores)
Citrulina encontrado pela 1ordf vez em Citrullus vulgaris melancia
PROTEIacuteNAS
1 CONCEITO
Satildeo poliacutemeros formados pela uniatildeo dos aminoaacutecidos unidos que satildeo pela ligaccedilatildeo peptyacutedica
Tais poliacutemeros apresentam peso molecular entre 10000 a alguns milhotildees de Daltons
A ligaccedilatildeo peptiacutedica eacute aquela que se estabelece entre a carboxila (-COOH) de aminoaacutecido com
o grupo amino (-NH2) de outro aminoaacutecido
55
A ligaccedilatildeo peptiacutedica eacute de natureza covalente Se une dois aminoaacutecidos teremos um dipeptiacutedio
se une trecircs um tripeptiacutedio e assim por diante As proteiacutenas podem ser consideradas
polipeptiacutedios
2 NIacuteVEIS ESTRUTURAIS BAacuteSICOS
A cadeia polipeptiacutedica busca um estado de maior estabilidade termodinacircmica que eacute atingido
apoacutes rearranjos levando a proteiacutena aacute niacuteveis estruturais complexos Tais niacuteveis podem ser
estendidas como as seguintes estruturas
3 Estrutura primaacuteria eacute a sequumlecircncia de aminoaacutecidos na cadeia polipeptiacutedica Eacute mantida
pela ligaccedilatildeo peptiacutedica
Com os 21 aminoaacutecidos normalmente encontrado nas proteiacutenas podemos arranja-los formando
polipeptiacutedios com 100 ateacute alguns milhares de aminoaacutecidos Tais arranjos permitem a formaccedilatildeo
de um nuacutemero extremamente grande de diferentes moleacuteculas protecircicas que possivelmente
possam existir
22 Estrutura Secundaacuteria a cadeia polipeptiacutedica pode adquirir a forma de uma espiral
voltada aacute direita estrutura essa chamada de - heacutelice eacute estabilizada por pontes de hidrogecircnio
que se estabelece entre o grupo carbonilo (=C=O) de uma ligaccedilatildeo peptiacutedica com o grupo
imido (=NH) da 3ordf ligaccedilatildeo peptiacutedica na sequumlecircncia regular da cadeia A estrutura secundaacuteria
tambeacutem pode se manifestar na forma de ldquofolha pregueadardquo
23 Estrutura Terciaacuteria diz respeito ao dobramento da cadeia polipeptiacutedica sobre se mesma
se enovelando e adquirindo uma chamada estrutura globular mais compacta A manutenccedilatildeo
de tal estrutura eacute atribuiacuteda aacutes diferentes reatividades dos radicais R dos aminoaacutecidos
componentes e tal estrutura estaacute intimamente relacionada com as propriedades cataliacuteticas das
proteiacutenas biologicamente ativas como as enzimas
Entre as ligaccedilotildees envolvendo os radicais R e responsaacuteveis pela estruturaccedilatildeo terciaacuteria
podemos observar
a ligaccedilotildees ou interaccedilotildees eletrostaacuteticas ndash entre a carboxila dissociada (-COO-) e grupos
protonizados (amino guanidino ou amidazol)
b pontes de hidrogecircnio
c interaccedilatildeo hidrofoacutebica
56
d interaccedilatildeo dipolo ndash dipolo com radicais de polarizaccedilatildeo semelhantes)
e ligaccedilatildeo ou ponte de dissulfeto (ligaccedilatildeo covalente que se estabelece entre 2 aacutetomos de S
de dois resiacuteduos de cisteiacutena)
Alguns tipos de ligaccedilotildees natildeo ndash covalentes que estabilizam a estrutura proteacuteica
a) interaccedilatildeo eletrostaacutetica b) ligaccedilatildeo de hidrogecircnio entre resiacuteduos de tirosina e
grupos carboxiacutelicos nas cadeias laterais c)interaccedilatildeo hidrofoacutebica de cadeias
laterais natildeo ndash polares causada pela muacutetua repulsatildeo de solventes d) interaccedilatildeo
dipolo ndash dipolo e) ligaccedilatildeo de dissulfeto uma ligaccedilatildeo covalente [De acordo
com C B Anfinsen The Molecular Basic of Evolution John Wiley and Sons
Nova Iorque p 1021959]
Representaccedilatildeo esquemaacutetica das cadeias polipeptiacutedicos de proteiacutenas bem definidas C indica o
carboxilo de aminoaacutecido terminal N grupo amino livre do aminoaacutecido terminal os nuacutemeros
em parecircnteses satildeo os radicais de aminoaacutecidos -S- ligaccedilotildees de dissulfeto
24 Estrutura Quaternaacuterias eacute apresentada por apenas algumas proteiacutenas e quase sempre
biologicamente ativas tal estruturaccedilatildeo pode ser definida como o grau de polimerizaccedilatildeo de
unidades proteacuteicas formando diacutemeros triacutemeros tetracircmeros etc As forccedilas que manteacutem a
estrutura quaternaacuteria satildeo as mesmas responsaacuteveis pela manutenccedilatildeo da estrutura terciaacuteria Em
alguns casos caacutetions metaacutelicos (Ca++
K+ Mg
++ Mn
++ etc) auxiliam a manutenccedilatildeo da
estrutura quaternaacuteria
Assim a fosforilase ldquoardquo (tetracircmero) eacute formada pela uniatildeo de 4 subunidade proteacuteicas e
manifesta atividades cataliacutetica Jaacute na forma de diacutemero (fosforilase ldquobrdquo) a mesma eacute inativa
Um tetracircmero de unidades proteacuteicas ilustrado quaternaacuteria de uma proteiacutena globular complexa
3 DESNATURACcedilAtildeO DAS PROTEIacuteNAS
Vem a ser qualquer desarranjo nas estruturas secundaacuterias terciaacuterias ou quaternaacuteria de uma
proteiacutena As enzimas assim que desnaturadas perdem a atividade cataliacutetica Os agentes
57
desnaturantes das proteiacutenas satildeo aacutecidos bases forccedila iocircnica elevada calor solventes orgacircnicos
(apolares) agitaccedilatildeo mecacircnica etc
4 HIDROacuteLISE DAS PROTEIacuteNAS
Eacute o rompimento das ligaccedilotildees peptiacutedicas que manteacutem a estrutura primaacuteria e pode ser efetuada
por aacutecidos bases ou enzimas (genericamente denominadas de proteases ou enzimas
proteoliacuteticas) Tal hidroacutelise liberta os aminoaacutecidos na forma livre os quais podem ser
identificados e quantificados conhecendo-se assim a composiccedilatildeo aminoaciacutedica das proteiacutenas
5 FUNCcedilOtildeES BIOLOacuteGICAS DAS PROTEIacuteNAS
Devido ao nuacutemero incriacutevelmente elevado de diferentes moleacuteculas proteacuteicas que podem ser
fabricadas pelos organismos cujas propriedades seratildeo reflexo direto da sequumlecircncia de
aminoaacutecidos na cadeia polipeptiacutedica a natureza aproveitando-se desta particularidade atribui
inuacutemeras funccedilotildees para as proteiacutenas Assim podemos identificar classes de proteiacutenas de acordo
com suas funccedilotildees bioloacutegicas
51 Enzimas proteiacutenas com atividade cataliacuteticas acelerando reaccedilotildees no interior da ceacutelula
52 Proteiacutenas de Transporte A Hemoglobina transporta oxigecircnio lipoproteiacutenas do
plasma transportam lipiacutedios A passagem de iacuteons e outras substacircncias atraveacutes das
membranas (de permeabilidade diferencial) eacute auxiliada por proteiacutenas de transporte
53 Proteiacutenas Nutritivas ovoalbumina caseiacutena ferritina (armazenadora de ferro) etc
54 Proteiacutenas Contraacutecteis Actina miosina tubulina (dos ciliados e flagelados)
55 Proteiacutenas Estruturais colaacutegeno elastina fibroinas queratina etc
56 Proteiacutenas de Defesa imunoglobulinas (anticorpos) fibrinogecircnio e trombina
57 Proteiacutenas Reguladoras hormocircnios e repressores (regulam a siacutentese de enzimas)
6 CLASSIFICACcedilAtildeO DAS PROTEIacuteNAS
Diversos criteacuterios podem ser adotadas para a classificaccedilatildeo das proteiacutenas todos eles algo
subjetivo
61 Quanto aacute composiccedilatildeo
a proteiacutenas simples - quando formadas apenas de aminoaacutecidos (albuminas globulinas)
b proteiacutenas conjugadas ndash quando apresentam uma porccedilatildeo natildeo proteacuteica (denominado de
grupo prosteacutetico) precircso aacute cadeia polipeptiacutedica
proteiacutena conjugada grupo prosteacutetico glicoproteiacutena carboidrato
lipoproteiacutena lipiacutedios
nucleoproteyacutena aacutecido nucleacuteico
metaloproteiacutena metal
______________________________________________
58
62 Quanto aacute conformaccedilatildeo
a proteiacutenas globulares ndash aqueles cuja cadeia polipeptiacutedica se dobrou
consideravelmente adquirindo a forma esfeacuterica ou globular geralmente com os
radicais polares dos aminoaacutecidos na superfiacutecie externa e os apolares voltados para o
interior Em consequumlecircncia essas proteiacutenas globulares satildeo soluacuteveis no sistemas aquosos
e se difundem facilmente Enzimas hormocircnios e anticorpos satildeo exemplos de proteiacutenas
globulares e para a manifestaccedilatildeo de suas atividades bioloacutegicas a solubilidade eacute uma
propriedade desejada
b Proteiacutena fibrosas ndash essas proteiacutenas podem ser subdivididas em 3
classes segundo a estrutura detalhada das mesmas
- - heacutelice de passo direito (queratina da pele pecirclo unhas)
- folha - pregueada (seda)
- heacutelice tripla (coleacutegeno)
Tais proteiacutenas satildeo altamente insoluacuteveis caracteriacutestica necessaacuteria para as suas funccedilotildees
bioloacutegicas
7 FATORES ANTINUTRICIONAIS DE NATUREZA PEPTIacuteDICA
Os gratildeos de algumas leguminosas como feijatildeo e soja apresentam peptiacutedios de baixo peso
molecular que possuem habilidade de inativar as enzimas digestivas - amilase e a tripsina
Tais peptiacutedios jaacute identificados satildeo denominados de fator ldquoanti-amilaserdquo e fator ldquoanti-tripsinardquo
e satildeo responsaacuteveis pelo menos em parte pelo efeito toacutexico observado quando da indigestatildeo de
feijatildeo cru especialmente em animais domeacutesticos felizmente esses fatores antinutricionais satildeo
desnaturados pelo calor de modo que o cozimento dos alimentos destroacutei essa atividade
antitriacuteptica e antiamilaacutesica de muitos gratildeos de legumes e de alguns cereais Em alguns
legumes esses fatores satildeo termoestaacuteveis
59
QUESTIONAacuteRIO
1 Qual eacute o objetivo da Bioquiacutemica
2 O que vem a ser metabolismo
3 O que eacute um carboidrato
4 O que eacute uma ligaccedilatildeo hemiacetal O que eacute uma ligaccedilatildeo glicosiacutedica
5 O que vem a ser um accediluacutecar redutor
6 Por que a sacarose natildeo eacute redutora
7 Por que a ceacutelula prefere armazenar como reserva energeacutetica
carboidrato na forma de polissacariacutedio
8 Quais os fatores antinutricionais de natureza gluciacutedica encontrados
na mandioca nas cruciacuteferas e nos legumes O que causam tais
substacircncias
9 Cite carboidratos desempenhado funccedilatildeo estrutural e energeacutetica em
animais e vegetais
10 O que eacute um lipiacutedio
11 Por que satildeo os mais energeacuteticos dos alimentos
12 O que resulta da hidroacutelise de um trigliceriacutedio
13 Qual a relaccedilatildeo entre a resistecircncia aacutes geadas e a proporccedilatildeo de
aacutecidos graxos poliinsaturados nas membranas dos vegetais
14 Por que os oacuteleos vegetais satildeo recomendados aqueles que
apresentam distuacuterbios cardiovasculares
15 Como se classificam os lipiacutedios
16 A margarina eacute boa substituta da manteiga quando se pretende
evitar os inconvenientes da gordura animal
17 Cite lipiacutedios desempenhando funccedilatildeo estrutural funccedilatildeo energeacutetica
e outra funccedilatildeo especiacutefica
18 Por que os aminoaacutecidos satildeo estruturas polares
19 Qual eacute o significado do pk de um grupo ionizaacutevel
20 Cite alguns aminoaacutecidos natildeo proteacuteicos
21 Cite um aminoaacutecido toacutexico onde eacute encontrado e qual o distuacuterbio
de sua ingestatildeo
22 O que eacute uma ligaccedilatildeo peptiacutedica e como pode ser rompida
23 O que vem a ser estrutura primaacuteria secundaacuteria e terciaacuteria de uma
proteiacutena e quais as ligaccedilotildees que as manteacutem
24 O que vem a ser desnaturaccedilatildeo de uma proteiacutena e quais os agentes
que efetuam tal desnaturaccedilatildeo
60
ENZIMAS
1 INTRODUCcedilAtildeO
Uma peculiaridade interessante da ceacutelula viva eacute a de permitir que em seu interior ocorram
reaccedilotildees complexas a uma velocidade razoaacutevel aacute temperatura do meio Tais reaccedilotildees natildeo
ocorreriam ou se processariam muito lentamente aquela temperatura se na ausecircncia da ceacutelula
Isso eacute possiacutevel devido a presenccedila de catalizadores bioloacutegicos as enzimas ou biocatalizadores
As enzimas satildeo proteiacutenas sintetizadas pela proacutepria ceacutelula que aceleram reaccedilotildees
termodinamicamente possiacuteveis natildeo alterando a constante de equiliacutebrio (k) e nem a variaccedilatildeo de
energia livre da reaccedilatildeo (G) Como catalizadores operam em concentraccedilotildees extremamente
baixas em relaccedilatildeo aacute quantidade de substrato transformada
Sendo uma proteiacutena a enzima perde a sua atividade cataliacutetica assim que desnaturada (a
enzima fica inativa) Outra propriedade das enzimas vem a ser a sua especificidade milhares
de diferentes enzimas ocorrem no interior da ceacutelula
2 MODALIDADE DE SE AUMENTAR A VELOCIDADE DE UMA
REACcedilAtildeO
21 Pelo Aumento da Temperatura o aumento de temperatura causa um aumento na energia
cineacutetica das moleacuteculas (Ec) tornando-as mais aptas a transpor a barreira energeacutetica
estabelecida pela energia de ativaccedilatildeo (Ea)
22 Pela Diminuiccedilatildeo da Energia de Ativaccedilatildeo A energia de ativaccedilatildeo eacute uma quantidade de
energia que deve ser fornecida aacutes moleacuteculas reagentes para atingir o estado excitado e se
iniciar a reaccedilatildeo Supotildee-se que as enzimas como os demais catalizadores diminuam a energia
de ativaccedilatildeo requerida para que a reaccedilatildeo ocorra
Hidroacutelise da ureacuteia
CO (NH2)2 + H2O __H+__ CO2 + 2 NH3 Ea= 24600 calmol
CO (NH2)2 + H2O _ureacutease CO2 + 2 NH3 Ea= 6800 calmol
Decomposiccedilatildeo da aacutegua oxidada
H2O2 __Fe + +__ H2O + 1 O2 Ea= 10100 calmol
2
H2O2 __catalase__ H2O + 1 02 Ea= 1700 calmol
2
61
3 EQUACcedilAtildeO DE MICHAELIS ndash MENTEN
No inicio da reaccedilatildeo (tempo zero) existe apenas enzima e substratoApoacutes um lapso de tempo
ocorre a formaccedilatildeo do complexo enzima-substrato e daiacute a dissociaccedilatildeo do mesmo para formar o
produto da reaccedilatildeo (P) Durante o transcurso da reaccedilatildeo o produto deve ser formado com uma
velocidade constante estando a reaccedilatildeo no seu estado de equiliacutebrio dinacircmico
Para que a velocidade de formaccedilatildeo de produto seja constante a concentraccedilatildeo do complexo
enzima-substrato (ES) igualmente deveraacute ser constante
Para que [ES] seja constante a velocidade de sua dissociaccedilatildeo (v2+v3)
Experimentalmente em laboratoacuterio podemos controlar a concentraccedilatildeo de substrato [S] e a
concentraccedilatildeo de enzima adicionada [E]
Seja portanto
[E] = concentraccedilatildeo de enzima adicionada
[S] = concentraccedilatildeo de substrato
[ES] = concentraccedilatildeo do complexo enzima-substrato no estado de equiliacutebrio dinacircmico
[E] = [ES] = concentraccedilatildeo de enzima livre
Sabemos que V1= V2+V3 (I) para que [ES] seja constante
V1 = K1 [E] ndash [ES][S]
V2 = K2 [ES]
V3-K3 [ES] = velocidade de formaccedilatildeo de produto = v (medida experimentalmente)
Substituindo em I
K1 [E] ndash [ES] [S] = K2 [ES] + K3 [ES]
K1 [E] [S] - K1 [ES] [S] = [ES] (K2 + K3)
Dividindo-se por K1
[E] [S] ndash [ES] [S] = [ES] K2 + K3
K1
K2 + K3 = Km (constante de Michaelis)
K1
[E] [S]ndash [ES] [S] = [ES] Km
[ES] Km + [ES] [S] = [E] [S]
[ES] (Km + [S]) = [E] [S]
[ES] = _[E] [S]_
Km + [S]
Multiplicando-se ambos os membros por K3 teremos
K3 [ES] = _K3 [E] [S]_
62
Km + [S]
Ora K3 [ES] = V (Velocidade de formaccedilatildeo de produto a qual eacute medida experimentalmente)
K3 [E] = Vm (Velocidade maacutexima de reaccedilatildeo quando toda enzima adicionada [E] estiver na
forma do complexo enzima-substrato bdquoES Nessa ocasiatildeo [ES] = [E] ou seja eacute a maacutexima
concentraccedilatildeo do complexo enzima-substrato que se pode conseguir)
Logo V = _Vm [S]_
Km + [S]
Esta eacute uma equaccedilatildeo de hipeacuterbole quadraacutetica que representa ou melhor que se ajusta bem ao
tipo de curva observada experimentalmente
Assim lim _Vm [S]_ = 00 (indeterminaccedilatildeo matemaacutetica)
S Km + [S] 00
Levantando-se indeterminaccedilatildeo (dividindo-se por [S])
Lim _____Vm_____ ____Vm____
_Km _+ __[S]__ = lim Vm
[S] [S] S 00 _Km_ + 1
[S]
Ou seja aacute medida que a concentraccedilatildeo de substrato tende para o infinito (00) a velocidade de
reaccedilatildeo tende para a velocidade maacutexima
Quando V= Vm teremos
2
Vm = __Vm [S]__
Km + [S]
2 [S] = Km + [S] ou Km = [S]
Donde se conclui que para uma velocidade de reaccedilatildeo igual metade da velocidade maacutexima
(_Vm_) a concentraccedilatildeo de substrato corresponde numericamente aacute constante de Michaelis
2
(Km) Concluiacutemos tambeacutem que Km eacute a concentraccedilatildeo de semi-saturaccedilatildeo dos siacutetios ativos da
enzima Portanto a constante de Michaelis pode ser bioquimicamente interpretada como
sendo
a concentraccedilatildeo de substrato que satura 50 dos siacutetios ativos da enzimas presentes
b Um valor cujo inverso mede a afinidade entre a enzima e o substrato
c Um valor muito proacuteximo da constante de dissociaccedilatildeo do complexo enzima-substrato
63
A velocidade maacutexima (Vm) eacute aquela atingida quando toda enzima (100) estiver na forma do
complexo enzima-substrato ou seja quando todos os siacutetios ativos possuiacuterem substrato alojado
em seu interior Dizendo que foi atingida a saturaccedilatildeo dos siacutetios ativos
RETIFICACcedilAtildeO DA HIPEacuteRBOLE = TRANSFORMACcedilAtildeO DE LINEWEAVER E BURK
Experimentalmente eacute muito mais simples trabalhar uma equaccedilatildeo de reta do que curva
hiperboacutelica Daiacute a retificaccedilatildeo da hipeacuterbole
V = _Vm [S]_
Km + [S]
Tornando-se o inverso
_1_ = _Km + [S]_
V Vm [S]
_1_ = ___Km___ + ___[S]___
V Vm [S] Vm [S]
_1_ = _Km_ _1_ + _1_ (I)
V Vm [S] Vm
_1_ = variaacutevel dependente
V
_1_ = variaacutevel independente
[S]
_Km_ = coeficiente angular
Vm
_1_ = coeficiente linear
Vm
Para _1_ = 0 teremos a intersecccedilatildeo no eixo de _1_
V [S]
_1_ = - _Km_ x0 + __1__ _1_ = __1__
Vm Vm Vm V Vm
Por intermeacutedio deste tipo de anaacutelise graacutefica determinamos experimentalmente os paracircmetros
Km para uma reaccedilatildeo enzimaacutetica
64
4 FATORES QUE AFETAM A VELOCIDADE DE UMA REACcedilAtildeO
ENZIMAacuteTICA
41 Efeito da Concentraccedilatildeo de Enzima
A velocidade maacutexima (Vm) eacute proporcional aacute concentraccedilatildeo de enzima [E] mas Km constante
que independe da concentraccedilatildeo de enzima
42 Efeito da Concentraccedilatildeo de Substrato foi estudado na equaccedilatildeo de Michaelis-Menten
43 Efeito da Concentraccedilatildeo Hidrogenioiocircnica (Ph) Em valores extremos de pH (maiores
que 10 e menores que 3) ocorre o efeito desnaturante do aacutecido ou da base sobre a enzima
igualmente o efeito da forccedila iocircnica elevada pode desnaturar a enzima
Jaacute em regiotildees proacuteximas ao pH oacutetimo pequenas alteraccedilotildees no pH acarretam alteraccedilotildees na
configuraccedilatildeo espacial dos siacutetios ativos facilitando ou dificultando a entrada do substrato no
mesmo
O pH no interior da ceacutelula estaacute ao redor da naturalidade (pH = 6 ou 7) sendo adequado para a
maioria das enzimas A ceacutelula regula o metabolismo exercendo um controle sobre o pH em
algumas regiotildees da ceacutelula Em algumas ocasiotildees as enzimas estatildeo adaptadas aacutes condiccedilotildees de
pH do meio nem sempre proacutexima aacute neutralidade
44 Efeito da Temperatura Sabe-se que a cada aumento de 10degC resulta numa duplicaccedilatildeo
da velocidade de uma reaccedilatildeo quiacutemica qualquer
Um aumento da temperatura aleacutem de aumentar a energia das moleacuteculas regentes promove a
termo-desnaturaccedilatildeo das enzimas tornando-as inativas Essa eacute a razatildeo existecircncia de uma
temperatura oacutetima onde a velocidade de reaccedilatildeo eacute maacutexima
65
A zero graus centiacutegrados podemos ter 100 das moleacuteculas enzimaacuteticas ativas aptas a
catalizarem a reaccedilatildeo mas as moleacuteculas possuem baixa energia cineacutetica e a reaccedilatildeo natildeo ocorre
Aumentando-se a temperatura aumenta-se a energia cineacutetica das moleacuteculas mas igualmente
aumenta-se proporccedilatildeo de enzimas desnaturada (inativa) Geralmente acima de 50C a
velocidade de reaccedilatildeo eacute nula pois que a despeito da elevada energia cineacutetica das moleacuteculas
reagentes todas as enzimas jaacute sofrem termodesnaturaccedilatildeo
Algumas enzimas satildeo particularmente resistentes aacute elevadas temperaturas como a
polifenoloxidase que manifesta atividade cataliacutetica mesmo a 80degC
45 Efeito de Inibidores Inibidores satildeo substacircncias da mais variada natureza quiacutemica que
penetram no siacutetio ativo das enzimas prejudicando a accedilatildeo da cataacutelise Tais substacircncias satildeo
geralmente estranhas ao metabolismo celular Dependendo do mecanismo de accedilatildeo eles podem
ser considerados inibidores competitivos ou inibidores natildeo competitivos
451 Inibidores Competitivos Tais inibidores apresentam semelhanccedila estrutural com o
substrato ocupando o siacutetio ativo sem sofrerem transformaccedilotildees Como exemplo desse tipo de
inibiccedilatildeo temos o aacutecido malocircnico inibindo a desidrogenase succiacutenica (enzima do ciclo de
Klebs) cuja cineacutetica de inibiccedilatildeo apresenta as seguintes caracteriacutesticas
A cineacutetica dessa inibiccedilatildeo demonstra que Vm eacute atingida mesmo na presenccedila do inibidor mas
Km eacute aumentada Concluiacutemos que o inibidor eacute deslocado do siacutetio ativo mediante aumento na
concentraccedilatildeo de substrato Tal tipo de inibiccedilatildeo eacute reversiacutevel
452 Inibidores natildeo Competitivos Esses inibidores se ligam de maneira irreversiacutevel no siacutetio
ativo mediante ligaccedilatildeo covalente natildeo sendo deslocados mediante aumento na concentraccedilatildeo
de substrato Tais conclusotildees satildeo obtidas da cineacutetica de inibiccedilatildeo que apresenta as seguintes
caracteriacutesticas
O fluoracetato (FCH2-COOH) encontrado em certas plantas toacutexicas do gecircnero Policourea os
metais pesados (Hg Pb Cd etc) o gaacutes de guerra (ou gaacutes dos nervos ou Lewisita) assim como
os inseticidas organo-fosforado satildeo potentes inibidores da acetil-colinesterase e de outras
66
enzimas que apresentam o grupo sulfidrila (-SH) no siacutetio ativo Tais inibidores se ligam de
maneira irreversiacutevel com a sulfidrila do siacutetio ativo
46 Efetores Alosteacutericos Satildeo substacircncias consideradas metaboacutelitos normais da ceacutelula que as
alojam no siacutetio alosteacuterico de algumas enzimas (que recebem a denominaccedilatildeo de enzima
alosteacutericas ou reguladoras) O efetor alosteacutetico entrando no siacutetio alosteacuterico causa uma
alteraccedilatildeo na conformaccedilatildeo espacial do siacutetio ativo podendo facilitar ou dificultar a entrada do
substrato no siacutetio ativo O seu efeito portanto eacute de acelerar ou retardar a velocidade de uma
reaccedilatildeo e o efetor eacute qualificado de positivo ou negativo respectivamente
A alosteria se constitui num mecanismo para a ceacutelula acelerar ou retardar a velocidade das
reaccedilotildees enzimaacuteticas com o propoacutesito de se controlar o metabolismo
Aumentando-se a concentraccedilatildeo do efetor alosteacuterico positivo aumenta-se a velocidade de
reaccedilatildeo
Aumentando-se a concentraccedilatildeo do efetor alosteacuterico negativo diminuiu-se a velocidade de
reaccedilatildeo
Um dentre os inuacutemeros exemplos de alosteria eacute o controle na arginina a partir de aacutecido
aspaacutertico
Tal mecanismo tambeacutem eacute denominado de retroinibiccedilatildeo inibiccedilatildeo pelo produto fina ou ldquofeed-
backrdquo Tem por objetivo evitar que o aacutecido aspaacutertico seja consumido desnecessariamente
(quando a siacutentese proteacuteica jaacute natildeo eacute necessaacuteria) visto que o mesmo tambeacutem eacute usado na siacutentese
de outros constituintes celulares
47 Cofatores Enzimaacuteticos Satildeo compostos da mais variada natureza quiacutemica que auxiliam a
cataacutelise Se subdividem em
a grupo prosteacutetico estrutura natildeo protecircica ligada covalentemente aacute proteiacutena enzimaacutetica
FMN = flavina-mononucleotiacutedio
FAD = flavina-adenina dinucleotiacutedio
67
A flavina eacute derivada da riboflavina (vitamina B2)
b coenzimas Satildeo estruturas natildeo proteacuteicas que natildeo estatildeo ligadas aacutes proteiacutenas enzimaacuteticas
NAD+ = nicotinamida-adenina-dinucleotiacutedio ou
DPN+ = difosforidina nucleotiacutedio
NADP+ = nicotinamida-adenina-dinucleotiacutedio fosfato ou
TPN+ = trifosfopiridina nucleotiacutedio
TPP = tiamina pirosfofato (vitamina B1)
Piridoxal fosfato (vitamina B6)
c Iocircnios ativadores muitas enzimas requerem ions para manifestar atividade cataliacutetica
Os mais frequumlentes satildeo Cl- K
+ Ca
++ Mg
++ Zn
++ Cu
++ Feacute
++ Mn
++ etc
As necessidades de algumas vitaminas (especialmente do complexo B) e sais minerais podem
ser explicadas em algumas situaccedilotildees pela funccedilatildeo dessas substacircncias de atuarem como
cofatores enzimaacuteticos
Exemplos de reaccedilotildees enzimaacuteticas com participaccedilatildeo de grupo prosteacutetico e coezima
respectivamente
O aacutecido succiacutenico se oxidou a aacutecido fumaacuterico para tal perdeu 2 eleacutetrons (e-) e 2 proacutetons (H
+)
O FAD recebeu os 2 e- e os 2 H
+ se reduzindo a FADH2
O aacutecido recebe 2H+ e 2 eleacutetrons provenientes do NAD
+ cedendo os H
+ e eleacutetrons
68
ENERGEacuteTICA BIOQUIacuteMICA
1 CICLO ENERGEacuteTICO CELULAR
Parte da energia quiacutemica liberada nos processos cataboacutelicos eacute utilizada para a siacutentese se ATP
(adenosina-trifosfato) O ATP eacuteposteriormente empregado na realizaccedilatildeo de trabalhos
fisioloacutegicos (excreccedilatildeo contraccedilatildeo muscular transporte ativo etc) e para atividades de
biossiacutentese de constituintes celulares (anabolismo)
2 CONCEITO DE ENERGIA LIVRE DE UMA REACcedilAtildeO
Seja uma reaccedilatildeo quiacutemica qualquer A B Os conteuacutedos de energia de A e B natildeo podem ser
medidos de modo absoluto mas eacute possiacutevel medir a variaccedilatildeo de energia quando A se
transforma em B
G = EB - EA
quando EA EB G eacute negativa e a reaccedilatildeo eacute exergocircnica
quando EBgt EA G eacute positiva e a reaccedilatildeo eacute endergocircnia
As reaccedilotildees espontacircneas satildeo espontacircneas satildeo exergocircnicas mas o valor de G natildeo se relaciona
com a velocidade de reaccedilatildeo a qual eacute funccedilatildeo da energia de ativaccedilatildeo (Ea)
Energia de ativaccedilatildeo eacute uma quantidade de energia necessaacuteria para que os reagentes adquiram o
estado excitado para que a reaccedilatildeo ocorra
Considere-se combustatildeo da glicose
C6-H2O6 + 6026C02 + 6H02 G= -686000 calmol
Numa reaccedilatildeo exergocircnica a variaccedilatildeo de energia livre eacute a quantidade maacutexima de energia que se
torna disponiacutevel a com a qual se pode realizar trabalho
69
A rigor H = G + TS ou G = H -TS onde
H= variaccedilatildeo de energia entalpia (variaccedilatildeo caloacuterica quando a reaccedilatildeo se processa sob pressatildeo
constante)
G= variaccedilatildeo de energia livre (utilizada para realizar trabalhos)
S= variaccedilatildeo de entropia (mede o grau de desordem de um sistema)
Os processos fiacutesicos e quiacutemicos se conduzem no sentido de se aumentar a entropia
Numa reaccedilatildeo em que A B podemos derivar a seguinte expressatildeo
G= G0 + RT1n B
A
onde G0 eacute a variaccedilatildeo de energia livre padratildeo R eacute a constante universal dos gases (1987
calmolgrau) T eacute a temperatura absoluta e B e A satildeo as concentraccedilotildees em molaridade
Para uma condiccedilatildeo de equiliacutebrio quiacutemico natildeo haacute conversatildeo liacutequida de A em B e portanto
G=O Igualmente a relaccedilatildeo B A corresponderaacute a constante de equiliacutebrio Keq Teremos
entatildeo
O=Go + RT 1n Keq
Go=-RT 1n Keq
Para uma condiccedilatildeo de 25oC portanto T= 273+25=2980K teremos
G0=-1987X298X1n Keq
Go= -1987x298x2303 log Keq=-1363 log Keq
A tabela abaixo relaciona Segundo a equaccedilatildeo acima a Keq com o correspondente valor de
Go
Relaccedilatildeo entre Keq e G0
Keq log1 0Keq G0= -1363 log1 0Keq (cal)
0001 -3 4089
001 -2 2726
01 -1 1363
10 0 0
10 1 -1363
100 2 -2726
1000 3 4089
Para uma situaccedilatildeo em que A=B = 1M temos
G=G0 + RT 1n 1
G=G0
70
ou seja G0 pode ser definida como a variaccedilatildeo de energia livre quando reagentes e produtos
estatildeo presentes em concentraccedilotildees unitaacuterias ou seja no ldquoestado padratildeordquo se H+ satildeo produzidos
ou utilizados na reaccedilatildeo a sua concentraccedilatildeo deve ser considerada 1M ou pH=O Como na ceacutelula
as reaccedilotildees natildeo ocorrem em pH=O mas sim ao redor de pH=70 o valor deGo eacute corrigido
para Go se a reaccedilatildeo em questatildeo envolver H+
Alguns metaboacutelitos e a variaccedilatildeo de energia livre de sua hidroacutelise satildeo apresentados na tabela
abaixo
____ Composto Goacute a pH 70 (calmol)___
fosfoenol piruvato -12800
13-difosfoglicerato -11800
ATP -8000
glicose-1-fosfato -5000
frutose-1-fosfato -3800
glicose-1-fosfato -3300
____________________________________________________
3 COMPOSTOS RICOS EM ENERGIA
Vem a ser qualquer composto que por hidroacutelise libere mais que 7000 calmol ou seja que
apresente G menor que ndash7000 calmol Entre tais compostos podemos identificar as
seguintes caracteriacutesticas
b compostos pirofosfatados (anidridos de aacutecido fosfoacuterico)
A repulsatildeo entre os aacutetomos de fosfoacuterico polarizados positivamente causa uma instabilidade
na moleacutecula que eacute aliviada pela hidroacutelise A hidroacutelise do primeiro radical fosfato eacute
acompanhada da liberaccedilatildeo de 8000 calmol
Estrutura do ATP
71
The Nature of ATP
Adenosine triphosphate (ATP) the energy currency or coin of the cell transfers
energy from chemical bonds to endergonic (energy absorbing) reactions within the
cell Structurally ATP consists of the adenine nucleotide (ribose sugar adenine
base and phosphate group PO4-2) plus two other phosphate groups
A 2-D stick view of the structure of ATP The above drawing of ATP is from EcoCyc at
httphapunaaisricom1555new-imagetype=COMPOUND-IN-PATHWAYampobject=ATP
A cartoon and space-filling view of ATP Image from Purves et al Life The Science of
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Energy is stored in the covalent bonds between phosphates with the greatest
amount of energy (approximately 7 kcalmole) in the bond between the second and
third phosphate groups This covalent bond is known as a pyrophosphate bond
We can write the chemical reaction for the formation of ATP as
a) in chemicalese ADP + Pi + energy ----gt ATP
b) in English Adenosine diphosphate + inorganic Phosphate + energy produces Adenosine
Triphosphate
The chemical formula for the expenditurerelease of ATP energy can be written as
a) in chemicalese ATP ----gt ADP + energy + Pi
72
b) in English Adenosine Triphosphate produces Adenosine diphosphate + energy + inorganic
Phosphate
An analogy between ATP and rechargeable batteries is appropriate The batteries
are used giving up their potential energy until it has all been converted into kinetic
energy and heatunusable energy Recharged batteries (into which energy has been
put) can be used only after the input of additional energy Thus ATP is the higher
energy form (the recharged battery) while ADP is the lower energy form (the used
battery) When the terminal (third) phosphate is cut loose ATP becomes ADP
(Adenosine diphosphate di= two) and the stored energy is released for some
biological process to utilize The input of additional energy (plus a phosphate
group) recharges ADP into ATP (as in my analogy the spent batteries are
recharged by the input of additional energy)
How to Make ATP | Back to Top
Two processes convert ADP into ATP 1) substrate-level phosphorylation and 2)
chemiosmosis Substrate-level phosphorylation occurs in the cytoplasm when an
enzyme attaches a third phosphate to the ADP (both ADP and the phosphates are
the substrates on which the enzyme acts)
73
Enzymes and the formation of NADH and ATP Images from Purves et al Life The
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Chemiosmosis involves more than the single enzyme of substrate-level
phosphorylation Enzymes in chemiosmotic synthesis are arranged in an electron
transport chain that is embedded in a membrane In eukaryotes this membrane is in
either the chloroplast or mitochondrion According to the chemiosmosis hypothesis
proposed by Peter Mitchell in 1961 a special ATP-synthesizing enzyme is also
located in the membranes Mitchell would later win the Nobel Prize for his work
74
75
A typical representation of an electron transport chain Images from Purves et al Life
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During chemiosmosis in eukaryotes H+ ions are pumped across an organelle
membrane into a confined space (bounded by membranes) that contains numerous
hydrogen ions The energy for the pumping comes from the coupled oxidation-
reduction reactions in the electron transport chain Electrons are passed from one
membrane-bound enzyme to another losing some energy with each tansfer (as per
the second law of thermodynamics) This lost energy allows for the pumping of
hydrogen ions against the concentration gradient (there are fewer hydrogen ions
outside the confined space than there are inside the confined space) The confined
hydrogens cannot pass back through the membrane Their only exit is through the
ATP synthesizing enzyme that is located in the confining membrane As the
hydrogen passes through the ATP synthesizing enzyme energy from the enzyme is
used to attach a third phosphate to ADP converting it to ATP
76
A generalized view of an electron transport system Image from Purves et al Life The
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Usually the terminal phosphate is not simply removed but instead is attached to
another molecule This process is known as phosphorylation
W + ATP -----gt W~P + ADP where W is any compound for example
glucose + ATP -----gt glucose~P + ADP
Glucose can be converted into Glucose-6-phosphate by the addition of the
phosphate group from ATP
ATP serves as the biological energy company releasing energy for both anabolic
and catabolic processes and being recharged by energy generated from other
catabolic reactions
Learning Objectives | Back to Top
These learning objectives are taken from my Biology for Nonmajors class (BIO
102) I have tried to add a link to each that will direct you to a part of this chapter or
another website that will facilitate your completion of the objective
1 Describe the components organization and functions of an electron transport
system
2 ATP is composed of ribose a five-carbon sugar three phosphate groups and
adenine a nitrogen-containing compound (also known as a nitrogenous
77
base) What class of organic macromolecules is composed of monomers
similar to ATP
3 ATP directly or indirectly delivers energy to almost all metabolic pathways
Explain the functioning of the ATPADP cycle
4 Adding a phosphate to a molecule is called phosphorylation What two
methods do cells use to phosphorylate ADP into ATP
httpwwwemcmaricopaedufacultyfarabeeBIOBKBioBookATPhtml
Hidroacutelise dos nucleotiacutedios de adenosina
ATP + H2O ADP + H3PO4 (Pi) G = -8000 calmol
ADP + H2O AMP + Pi G = -6500 calmol
AMP + H2O Adenosina + Pi G = -2200 calmol
c acil fosfato como no caso do 13-difosfoglicerato aleacutem da repulsatildeo entre foacutesforo e
carbono positivamente polarizados pode-se mencionar a tendecircncia dos produtos da
reaccedilatildeo de se dissociarem deslocando o equiliacutebrio favorecendo a hidroacutelise
d Tioeacutester o enxofre impede a possibilidade de ressonacircncia aumentando a tendecircncia de
hidroacutelise
e Fosfatos enoacutelicos eacute o caso da hidroacutelise do fosfoenolpiruvato (PEP) com formaccedilatildeo de
um enol instaacutevel que instantaneamente tautomeriza na forma certo mais estaacutevel
f Fosfatos guanidiacutenicos fosfocreatina e fosfoarginina nos quais os produtos da
hidroacutelise apresentam um maior nuacutemero de formas de ressonacircncia
78
4 G EM REACcedilOtildeES DE OacuteXIDO-REDUCcedilAtildeO
As reaccedilotildees com transferecircncia de eleacutetrons satildeo denominadas de oacutexido-reduccedilatildeo A tendecircncia de
um composto em fornecer eleacutetrons eacute quantificada pelo potencial de reduccedilatildeo (Eo) expresso em
volts tornando-se como referecircncia o H2 (com Eo = OV a pH=O) O valor do potencial de
reduccedilatildeo corrigindo para pH 70 seria E‟o=-0420 V Em relaccedilatildeo a este valor padratildeo eacute possiacutevel
determinar o potencial determinar o potencial de reduccedilatildeo de qualquer composto capaz de se
oxidar ou se reduzir com referecircncia ao hidrogecircnio Quanto maior o potencial de reduccedilatildeo maior
eacute a tendecircncia do composto em aceitar eleacutetrons reduzindo-se portanto sendo tais compostos
bons agentes oxidantes Por outro lado os compostos com baixo potencial de reduccedilatildeo satildeo
bons agentes redutores
A tabela a seguir mostra o potencial de reduccedilatildeo de algumas reaccedilotildees de importacircncia bioloacutegicas
Potenciais de reduccedilatildeo de alguns hemi - reaccedilatildeo redox de importacircncia bioloacutegica
Hemi ndash reaccedilatildeo (escrita com uma reduccedilatildeo) E‟0 em Ph 70 (V)
1 +2H + 2e
- H2O 082
2
Fe3 +
+ 1e Fe2+
077
Citocromo a-Fe3+
1e- Citocromo a-Fe
2+ 029
Citocromo c-Fe3 + + 1e
- Citocromo c-Fe
2+ 025
Ubiquinona + 2H + + 2e
- Ubiquinona 010
Aacutecido deidroascoacuterbico + 2H+ + 2e
- Aacutecido ascoacuterbico 006
Glutation oxidado + 2H + + 2e
- 2 Glutation reduzido 004
Fumarato + 2H + + 2e
- Succinato 003
Citocromo b-Fe3 +
+ 1e- Citocromo b-Fe
2 + -004
Oxalacetato +2H + + 2e
- Malato -010
Enzima amarela + 2H + +2e
- Enzima amarela reduzida -012
Acetaldeido + 2H + + 2e
- Etanol -016
Piruvato + 2H + + 2e
- Lactato -019
Riboflavina + 2H + + 2e
- Riboflavina ndash H2 -020
Aacutecido13-difosfogliceacuterico + 2H + +2e
- Gliceraldeido ndash 3 ndash fosfato + Pi -029
NAD + + 2H
+ +2e
- NADH + H
+ -032
Acetil ndash CoA + 2H + +2e
- Acetaldeido + CoA ndash SH -041
H + +1e
- 1 H
2 -042
2
Ferredoxina ndash Fe3 + + 1e
- Ferredoxina ndash Fe
2+ -043
Acetato + 2H + + 2e
- Acetaldeido + H2O -047
Para uma reaccedilatildeo de oacutexido ndash reduccedilatildeo podemos deduzir
G= - nFE‟O‟
79
onde n= ndeg de eleacutetrons transferidos na reaccedilatildeo
F= constante de Faraday = 23063 calvolt Equiv
E‟O= diferenccedila entre os potenciais de reduccedilatildeo do agente oxidante e agentes redutor
Consideremos a reduccedilatildeo do acetaldeido a etanol uacuteltima reaccedilatildeo da fermentaccedilatildeo alcooacutelica cujo
agente redutor eacute o NADH+H+
CHO CH2OH
+ NADH+H+
CH3 CH3 + NAD+
Acetaldeido etanol
E‟O= potencial de reduccedilatildeo do acetaldeido (agente oxidante)- potencial de reduccedilatildeo do
NADH+H+ (agente redutor)
E‟O= -0163 ndash (-0320) = + 0157 volts
Portanto
G= -nFE‟o
G= -2 x 23063 x 0157 = -7240 calmol
REACcedilAtildeO ACOPLADAS
O ATP ocupa uma posiccedilatildeo intermediaacuteria entre os diversos metaboacutelitos considerados existindo
compostos que aprisionam energia com maior eficiecircncia Essa posiccedilatildeo intermediaacuteria responde
pela grande importacircncia do APT visto que o mesmo pode ser formado quando da hidroacutelise de
um metaboacutelito com G menor que ndash8000 calmol Igualmente o ATP pode fornecer energia
para fosforilar a glicose durante o catabolismo da mesma
80
METABOLISMO
CELLULAR METABOLISM AND FERMENTATION
Glycolysis the Universal Process
Nine reactions each catalyzed by a specific enzyme makeup the process we call
glycolysis ALL organisms have glycolysis occurring in their cytoplasm
At steps 1 and 3 ATP is converted into ADP inputting energy into the reaction as
well as attaching a phosphate to the glucose At steps 6 and 9 ADP is converted into
the higher energy ATP At step 5 NAD+ is converted into NADH + H+
The process works on glucose a 6-C until step 4 splits the 6-C into two 3-C
compounds Glyceraldehyde phosphate (GAP also known as
phosphoglyceraldehyde PGAL) is the more readily used of the two
Dihydroxyacetone phosphate can be converted into GAP by the enzyme Isomerase
The end of the glycolysis process yields two pyruvic acid (3-C) molecules and a
net gain of 2 ATP and two NADH per glucose
Graphic summary of the glycolysis process Image from Purves et al Life The Science
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Anaerobic Pathways | Back to Top
Under anaerobic conditions the absence of oxygen pyruvic acid can be routed by
the organism into one of three pathways lactic acid fermentation alcohol
fermentation or cellular (anaerobic) respiration Humans cannot ferment alcohol in
81
their own bodies we lack the genetic information to do so These biochemical
pathways with their myriad reactions catalyzed by reaction-specific enzymes all
under genetic control are extremely complex We will only skim the surface at this
time and in this course
Alcohol fermentation is the formation of alcohol from sugar Yeast when under
anaerobic conditions convert glucose to pyruvic acid via the glycolysis pathways
then go one step farther converting pyruvic acid into ethanol a C-2 compound
Fermentation of ethanol Image from Purves et al Life The Science of Biology 4th
Edition by Sinauer Associates (wwwsinauercom) and WH Freeman (wwwwhfreemancom)
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Many organisms will also ferment pyruvic acid into other chemicals such as lactic
acid Humans ferment lactic acid in muscles where oxygen becomes depleted
resulting in localized anaerobic conditions This lactic acid causes the muscle
stiffness couch-potatoes feel after beginning exercise programs The stiffness goes
away after a few days since the cessation of strenuous activity allows aerobic
conditions to return to the muscle and the lactic acid can be converted into ATP via
the normal aerobic respiration pathways
82
Fermentation of lactate (lactic acid) Image from Purves et al Life The Science of
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Aerobic Respiration | Back to Top
When oxygen is present (aerobic conditions) most organisms will undergo two
more steps Krebs Cycle and Electron Transport to produce their ATP In
eukaryotes these processes occur in the mitochondria while in prokaryotes they
occur in the cytoplasm
83
Overview of the cellular respiration processes Image from Purves et al Life The
Science of Biology 4th Edition by Sinauer Associates (wwwsinauercom) and WH Freeman
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Acetyl Co-A The Transition Reaction
Pyruvic acid is first altered in the transition reaction by removal of a carbon and two
oxygens (which form carbon dioxide) When the carbon dioxide is removed energy
is given off and NAD+ is converted into the higher energy form NADH Coenzyme
A attaches to the remaining 2-C (acetyl) unit forming acetyl Co-A This process is
a prelude to the Krebs Cycle
Krebs Cycle (aka Citric Acid Cycle)
The Acetyl Co-A (2-C) is attached to a 4-C chemical (oxaloacetic acid) The Co-A
is released and returns to await another pyruvic acid The 2-C and 4-C make another
chemical known as Citric acid a 6-C Krebs Cycle is also known as the Citric Acid
Cycle The process after Citric Acid is essentially removing carbon dioxide getting
out energy in the form of ATP GTP NADH and FADH2 and lastly regenerating
the cycle Between Isocitric Acid and -Ketoglutaric Acid carbon dioxide is given
off and NAD+ is converted into NADH Between -Ketoglutaric Acid and Succinic
Acid the release of carbon dioxide and reduction of NAD+ into NADH happens
again resulting in a 4-C chemical succinic acid GTP (Guanine Triphosphate
which transfers its energy to ATP) is also formed here (GTP is formed by attaching
a phosphate to GDP)
The remaining energy carrier-generating steps involve the shifting of atomic
arrangements within the 4-C molecules Between Succinic Acid and Fumaric Acid
the molecular shifting releases not enough energy to make ATP or NADH outright
but instead this energy is captured by a new energy carrier Flavin adenine
dinucleotide (FAD) FAD is reduced by the addition of two Hs to become FADH2
FADH2 is not as rich an energy carrier as NADH yielding less ATP than the latter
The last step between Malic Acid and Oxaloacetic Acid reforms OA to complete
the cycle Energy is given off and trapped by the reduction of NAD+ to NADH The
carbon dioxide released by cells is generated by the Krebs Cycle as are the energy
carriers (NADH and FADH2) which play a role in the next step
84
Summary of the Krebs (or citric acid) cycle Image from Purves et al Life The Science
of Biology 4th Edition by Sinauer Associates (wwwsinauercom) and WH Freeman
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Electron Transport Phosphorylation
Whereas Krebs Cycle occurs in the matrix of the mitochondrion the Electron
Transport System (ETS) chemicals are embedded in the membranes known as the
cristae Krebs cycle completely oxidized the carbons in the pyruvic acids
producing a small amount of ATP and reducing NAD and FAD into higher energy
forms In the ETS those higher energy forms are cashed in producing ATP
Cytochromes are molecules that pass the hot potatoes (electrons) along the ETS
chain Energy released by the downhill passage of electrons is captured as ATP
by ADP molecules The ADP is reduced by the gain of electrons ATP formed in
this way is made by the process of oxidative phosphorylation The mechanism for
the oxidative phosphorylation process is the gradient of H+ ions discovered across
the inner mitochondrial membrane This mechanism is known as chemiosmotic
coupling This involves both chemical and transport processes Drops in the
potential energy of electrons moving down the ETS chain occur at three points
These points turn out to be where ADP + P are converted into ATP Potential
energy is captured by ADP and stored in the pyrophosphate bond NADH enters the
ETS chain at the beginning yielding 3 ATP per NADH FADH2 enters at Co-Q
producing only 2 ATP per FADH2
85
Electron transport system Images from Purves et al Life The Science of Biology 4th
Edition by Sinauer Associates (wwwsinauercom) and WH Freeman (wwwwhfreemancom)
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86
Catabolism and Anabolism
The above image is from httpwwwbiosciugaedualmanacbio_104notesjun_4html
REFERENCES
Biology Project Metabolism Problem Set (University of Arizona) Questions and
answers along with tutorials about metaboilism an excellent site
DIY Glycolysis (Leeds University UK) An excellent tutorial on the molecular shifts
needed to perform glycolysis
Introduction to Glycolysis (Leeds University UK) An introduction for those less
chemically skewed perhaps a nioce start before tackling DIY Glycolysis (also be the
same folks)
Step-by-Step Glycolysis (Leeds University UK) Browse fact sheets as well as view
short animations
Glycolysis (OUMA Graphics)
EcoCyc Glycolysis Pathway EcoCyc an electronic encyclopedia of E coli genes and
metabolism provides an interactive diagram of the glycolysis pathway
87
EcoCyc Fermentation Pathway EcoCyc an electronic encyclopedia of E coli genes
and metabolism provides an interactive diagram of alcohol (ethanolk) fermentation
Reconstructions of Metabolism Reconstructed metabolic pathways for bactreria
humans and other critters
Glycolysis Main Page You will need the Chime plugin to view interactive rotating
images of the molecules in the Glycolysis pathway VERY cool
TCA Cycle Main Page Similar to the above images and informastion about Krebs
Cycle
88
METABOLISMO DE CARBOIDRATOS
RESPIRACcedilAtildeO ANAEROBICA E AEROBICA
GLICOacuteLISE
1 CONCEITO
Eacute a degradaccedilatildeo anaeroacutebica dos carboidratos mediante uma sequumlecircncia de reaccedilotildees catalisadas
enzimaacuteticamente Eacute de ocorrecircncia generalizada entre os organismos vivos (animais e vegetais)
e ocorre predominantemente no citoplasma celular de tecidos que desempenham qualquer
atividade fisioloacutegica ou biossiacutentese ou seja onde houver demanda de energia (ATP)
A glicoacutelise tem por finalidade pois a raacutepida produccedilatildeo de energia (ATP) em condiccedilotildees de
anaerobiose bem ocorreraacute na mitococircndria
2 SEQUEcircNCIA DE REACcedilOtildeES
Substrato Iniciais
Quando a degradaccedilatildeo anaeroacutebica do carboidrato eacute efetuada por microorganismo o processo eacute
denominado de fermentaccedilatildeoAssim a produccedilatildeo de aacutecido laacutetico a partir de carboidrato pela
bcteacuteria Lactobacillus sp Saccharomyces sp
O tempo glicoacutelise embora geneacuterico eacute usado para denominar a degradaccedilatildeo anaeroacutebica dos
carboidratos ateacute aacutecido laacutetico efetuada pelos demais organismos como aquela processada pelos
tecidos musculares
89
GLICOacuteLISE
3 BALANCcedilO DE COEZIMAS
O processo eacute anaeroacutebico natildeo oxidativo portanto o que pode ser observado pela constacircncia do
nuacutemero de oxidaccedilatildeo do aacutetomo de carbono
Tanto a glicose (substrato inicial) como o aacutecido laacutetico igual a zero natildeo havendo oxidaccedilatildeo e
nem reduccedilatildeo nessa transformaccedilatildeo Jaacute na produccedilatildeo de etanol e CO2 observamos que uma
porccedilatildeo da moleacutecula de glicose correspondente a 4 aacutetomos de carbono sofre reduccedilatildeo
originando 2 moleacuteculas de etanol A outra porccedilatildeo (com 2 aacutetomos restantes) eacute oxidada ateacute gaacutes
carbocircnico O que ocorre entatildeo na fermentaccedilatildeo alcooacutelica eacute uma ruptura da moleacutecula de glicose
sendo que uma porccedilatildeo se reduz (recebendo 8 eleacutetrons) aacutes custas de outra que se oxida ateacute CO2
(cedendo 8 eleacutetrons) sem a necessidade de doadores ou receptores externos de eleacutetrons
As reaccedilotildees de oacutexido-reduccedilatildeo da glicoacutelise (catalisadas pelas desidrogenases de gliceraldeiacutedo-3-
fosfato e alcooacutelica ou laacutetica) utilizam-se do NAD+ ou NADH+H+ (nicotinamida-adenina-
dinucleotiacutedio) com a transferecircncia de 2 eleacutetrons
Na sequumlecircncia glicoliacutetica temos uma reaccedilatildeo em que o substrato eacute oxidado perdendo 2 eleacutetrons
(reaccedilatildeo catalisada pela desidrogenase de gliceraldeiacutedo-3-fosfato) e posteriormente ocorre uma
reduccedilatildeo de igual intensidade (recebimento de 2 eleacutetrons) para a formaccedilatildeo do aacutecido laacutetico (pela
desidrogenase laacutetica) ou para a formaccedilatildeo de etanol (pela desidrogenase alcooacutelica ) No
computo geral portanto o carbono Daiacute o processo ser anaeroacutebico isto eacute natildeo sendo oxidativo
natildeo exigiria a participaccedilatildeo do oxigecircnio (O2) como agente oxidante
4 RENDIMENTO ENERGEacuteTICO EM ANAEROBIOSE
Consideramos a degradaccedilatildeo anaeroacutebica processada pelas ceacutelulas do tecido muscular quando
transforma glicose em aacutecido laacutetico
C6H12O6 2C3H6O3 G = -47000calmol
ATP + H2O ADP +Pi G = -8000 calmol
Ndeg de ATP gastos 1 ATPglicose (pela hexoquinase)
1 ATP glicose (pela fosfofrutoquinase)
2 ATPglicose
90
ndeg de ATP formados 2 APTglicose (pela fosfogliceroquinase
2 ATPglicose (pela quinase piruacutevica)
3 ATPglicose
Ndeg de ATP liacutequido formado 4 ndash 2 = 2 ATPglicose
Caacutelculo de rendimento (R)
47000 ______ 100
2 X 8000____R
R = 100 X 2 X 8000 = 34
47000
O rendimento energeacutetico vem a ser o percentual da energia colocada em disponibilidade que eacute
utilizada para a siacutentese de ATP A energia restante eacute dissipada na forma de calor aquecendo o
meio onde se processa a reaccedilatildeo
100 47000 calorias (energia colocada em disponibilidade)
34 16000 calorias (energia utilizada para a siacutentese de ATP)
66 31000 calorias (energia dissipada como calor)
PROBLEMA Calcular o rendimento energeacutetico quando da degradaccedilatildeo anaeroacutebica do
glicogecircnio pela ceacutelula muscular Dados
(C6H1206)n (C6H1206) n-1 + 2C3H6O3 G = -52000 calmol
ATP ADP + Pi G = -8000 calmol
Ndeg de ATP gastos 1 ATPresiacuteduo de glicose (pela fosfofrutoquinase)
Ndeg de ATP formados 2 ATPresiacuteduo de glicose (pela fosfogliceroquinase)
2 ATPresiacuteduo de glicose (pela quinase piruacutevica)
4ATPresiacuteduo de glicose
ndeg de ATP formado = 4-1 = 3 ATPresiacuteduo de glicose do glicogecircnio
caacutelculo do rendimento (R)
100 _______ 52000 cal
R __________ 3 x 8000 cal
R = 100 x 3 x 8000 = 46
52000
O rendimento obtido pela ceacutelula quando degrada o glicogecircnio eacute maior que aquele obtido pela
degradaccedilatildeo de glicose Isto porque a fosforilase adiciona um radical fosfato aacute extremidade natildeo
redutora do glicogecircnio sem gastos de ATP (ver esquema da glicoacutelise - 1ordf reaccedilatildeo)
91
5 APLICACcedilOtildeES PRAacuteTICAS DA GLICOacuteLISE FERMENTACcedilAtildeO LAacuteTICA E
FERMENTACcedilAtildeO ALCOacuteOLICA
51 Produccedilatildeo de aacutelcool a partir de monossacariacutedios dissacariacutedios (especialmente
sacarose) e polissacariacutedios (amido de milho mandioca etc)
Quando se utiliza o amido como mateacuteria prima este deve inicialmente ser hidrolisado em
glicose ou maltose (num processo denominado sacarificaccedilatildeo do amido) accedilucares esses que
podem ser desdobrados pela levedura Saccharomyces sp A sacarificaccedilatildeo pode ser
a enzimaacutetica - amilase salivar (confecccedilatildeo do cauim pelos indiacutegenas)
- amilases de sementes em germinaccedilatildeo (malte para produccedilatildeo de whisky rum
etc
- amilases extrayacutedas de fungos e bacteacuterias
b tratamento quiacutemico (hidroacutelise cHCl)
- produccedilatildeo industrial de glicose de milho
52 Produccedilatildeo de Aacutecido Laacutetico com finalidade de conservaccedilatildeo de alimentos picles
ensilagem chucrutes iogurtes e coalhadas
53 Abate de Animais Descansados o que propicia uma carne de mais faacutecil conservaccedilatildeo
e mais macia (devido aacute formaccedilatildeo de lactato a partir do glicogecircnio muscular apoacutes o
abate)
METABOLISMO AEROacuteBICO
CICLO DE KREBS OU DOS AacuteCIDOS TRICARBOXIacuteLICOS
1 INTRODUCcedilAtildeO E ASPECTOS HISTOacuteRICOS
Fisiologistas observaram que muacutesculos estimulados a se contraiacuterem
acumulavam aacutecido laacutetico provenientes da glicoacutelise O acuacutemulo de aacutecido laacutetico o muacutesculo aacute
fadiga perdendo o mesmo a habilidade de contraccedilatildeo Tal habilidade poderia ser restaurada em
presenccedila de oxigecircnio molecular (aerobiose) quando entatildeo havia desaparecimento do aacutecido
laacutetico
Posteriormente demonstrou-se que homogeinados de muacutesculos eram capazes de catalisar a
oxidaccedilatildeo do lactato pelo O2 Isto demonstrava o processo como sendo de natureza enzimaacutetica
Outros aacutecidos podiam ser oxidados sendo piruvato citrato oxaloacetato fumarato malato os
mais rapidamente oxidados
Depois de elaborada a sequumlecircncia glicoliacutetica em muacutesculo e levedura observou-se que o
composto que era em suma oxidado ateacute CO2 vinha a ser o aacutecido piruacutevico como demonstrava
os experimentos de Gyorgi utilizando-se de homogeinados de muacutesculos de peito de pombo
Muitos pesquisadores contribuiacuteram para o entendimento do processo mas foi o bioquiacutemico
Inglecircs Sir Hans Krebs que em 1937 postulou um conjunto de reaccedilotildees de natureza ciacuteclica que
92
demonstrava a oxidaccedilatildeo do piruvato ateacute Co2 Devido aacute importacircncia de suas descobertas Krebs
recebeu em 1953 o Precircmio Nobel de Medicina
O ciclo de Krebs eacute de ocorrecircncia universal sendo encontrado em ceacutelulas animais e vegetais
tanto em organismos superiores como inferiores O equipamento enzimaacutetico responsaacutevel por
tais reaccedilotildees estaacute confinado na mitococircndria
2 SEQUEcircNCIA DE REACcedilOtildeES
3 IMPORTAcircNCIA ENERGEacuteTICA
Tal ciclo eacute de grande importacircncia na economia energeacutetica da ceacutelula visto que a energia
liberada no processo eacute enorme em relaccedilatildeo ao processo anaeroacutebico
100 C6H12O6 + 6O2 6CO2 + 6H2O G = -686000 calmol
7 C6H12O6 anaerobiose 2C3H6O3 G = -47000 calmol
93 C3H6O3 + 3O2 aerobiose 3CO2 + 3H2O G = -319500 calmol
Em anaerobiose apenas 7 (47000calmol) da energia contida na moleacutecula de glicose eacute
colocada em disponibilidade O restante dessa energia (93) contida no lactato eacute posta em
disponibilidade em condiccedilotildees de anaerobiose
4 INIBIDORES DO CICLO DE KREBS
41 Aacutecido Malocircnico Inibidor competitivo de desidrogenase succiacutenica Tal inibidor tem
semelhanccedila estrutural com o substrato natural (aacutecido succiacutenico) ocupando o siacutetio ativo da
enzima mas sendo desalojado mediante aumanto na concentraccedilatildeo de substrato Haacute acuacutemulo
de succiacutenato no sistema inibido Adicionando-se ao sistema fumarato malato ou
oxoloacetato haacute oxidaccedilatildeodo piruvato podendo ser adicionado em quantidades
estequiomeacutetricas equivalentes ao acetil ndash CoA a ser consumido A adiccedilatildeo de citrato isocitrato
ou - cetolglutarato natildeo permite a utilizaccedilatildeo do acetil-CoA pois que tais compostos estariam
aqueacutem da desidrogenase succiacutenica na sequumlecircncia ciacuteclica de reaccedilotildees Foi a utilizaccedilatildeodo aacutecido
malocircnico como inibidor que demonstrou o processo como sendo de natureza ciacuteclica
42 Fluoracetato (FCH2 ndash COOH) Certas plantas africanas e algumas encontradas no
Brasil especialmente do gecircnero Policourea possuem tal composto o qual se constitui no
principio toacutexico Tais plantas distantes dos centros consumidores
93
O fluoracetato aleacutem de inibir de maneira natildeo competitiva as enzimas dependentes de
sulfidrila (-SH) no siacutetio ativo (como a acetilcolinesterase) pode se transformar num inibidor
ativo (como de Krebs Para tal o fluoracetil ndash CoA Devido aacute falta de especificidade de
enzima de condensaccedilatildeo (1ordf enzima do Ciclo de Krebs) o potente inibidor da aconitase
acumulando-se aacutecido ciacutetrico no tecido envenenado
IICADEIA RESPIRATOacuteRIA
1 CONCEITO E FUNCcedilAtildeO
Vem a ser uma sequumlecircncia de reaccedilotildees de oacutexido ndash reduccedilatildeo em ordem estabelecida
segundo o potencial de reduccedilatildeo de seus componentes e que tem por finalidade transportar
para o oxigecircnio molecular (O2) os H+ e eleacutetrons das coenzimas reduzidas (NADH + H
+ e
FADH2)
Geradas no ciclo de Krebs Eacute tambeacutem chamada de cadeia de transporte de eleacutetrons
Durante esse transporte reaccedilotildees com ldquoqueda de potencial eletroquiacutemicordquo adequada
permitem a siacutentese de ATP a partir de ADP e Pi (foacutesforo inorgacircnico) pela chamada
ldquofosforilaccedilatildeo oxidativardquo A ldquoFosforilaccedilatildeo ao niacutevel de substratordquo se refere aacute siacutentese de ATP
em reaccedilotildees acopladas cuja energia eacute obtida da hidroacutelise de certas ligaccedilotildees ricas em energia
(como na glicoacutelise e no Ciclo de Krebs)
Na cadeia respiratoacuteria os eleacutetrons caminham a partir de um composto com baixo
potencial de reduccedilatildeo para outro com potencial de reduccedilatildeo maior isto eacute que tem maior
tendecircncia em aceitar esses eleacutetrons ocorrendo uma queda ldquocitocromosrdquo que satildeo
metaloproteiacutenas (ferroporfirinas) onde o aacutetomo de Feacute se oxida e se reduz transportando assim
os eleacutetrons
Feacute+3 + 1 e- ___reduccedilatildeo__
__oxidaccedilatildeo__
(oxidado) (reduzido)
O oxigecircnio molecular (O2) eacute o uacuteltimo aceptor dos eleacutetrons e H+ ocorrendo a biossiacutentese da
aacutegua Nesse processo formar-se 3 moles de ATP por mol NADH +H+ oxidado e 2 moles de
ATPmol de FADH2
3 VENENOS RESPIRATOacuteRIOS
Os citocromos especialmente o citocromo oxidase (ou ldquoa3rdquo) pode ter o seu aacutetomo de Feacute
complexado pelo CN- (cianeto) CO (monoacutexido de carbono) ou H2O (gaacutes sulfiacutedrico) o que
evita o mesmo de se oxidar ou se reduzir interrompendo assim o transporte de eleacutetrons Essa eacute
a razatildeo de tais compostos serem toacutexicos para plantas e animais ou seja organismos que
respirem possuidores portanto da cadeia respiratoacuteria O 24-DNP e a oligomicina promovem o
desacoplamento da fosforilaccedilatildeo oxidativa (consumo de O2 sem formaccedilatildeo de ATP)
94
4ESTRUTURA DA MITOCOcircNDRIA
Ela eacute considerada a casa de forccedila de uma ceacutelula Nela estatildeo contidas as enzimas do Ciclo de
Krebs bem como a Cadeia Respiratoacuteria Nela deve entrar piruvato ou acetil-CoA juntamente
com acetil-CoA
A parede interna da mitococircndria se apresenta enrugada para aumentar a superfiacutecie de contacto
com o estroma fazendo co que as coenzimas reduzidas geradas no Ciclo de Krebs sejam
prontamente oxidadas na Cadeia Respiratoacuteria
Quando portanto escrevemos a equaccedilatildeo geral da respiraccedilatildeo da glicose
C6H12O6 + 6O2 _respiraccedilatildeo_ + 6CO2 + 6H2O + 686000 calmol devemos considerar que esse
processo envolve dezenas de reaccedilotildees sendo o CO2 liberando principalmente pelo Ciclo de
Krebs e a aacutegua (H2O) gerada na cadeia respiratoacuteria Uma parte da energia liberada seraacute
utilizada para a siacutentese de ATP tanto pela fosforilaccedilatildeo ao niacutevel de substrato (glicoacutelise e Ciclo
de Krebs) como pela fosforilaccedilatildeo oxidativa (acoplada aacute cadeia respiratoacuteria)
1 RENDIMENTO ENERGEacuteTICO EM AEROBIOSE
Consideremos a oxidaccedilatildeo total o acetil-CoA pelo Ciclo de Krebs e cadeia respiratoacuteria
Cada mol de acetil-CoA oxidado completamente (ateacute CO2 e H2O) pelo Ciclo de Krebs e
Cadeia Respiratoacuteria propiacutecia a formaccedilatildeo de 12 moles de ATP
Podemos agora calcular o rendimento energeacutetico quando uma ceacutelula efetua a combustatildeo
completa (ateacute CO2 e H2O) da glicose Dados
95
443 da energia posta em disponibilidade eacute utilizada para a siacutentese de ATP O restante (100-
443 = 557) eacute dissipada na forma de calor servindo apenas para aquecer o meio onde a
reaccedilatildeo se processa
VIA PENTOSE FOSFATO
1 INTRODUCcedilAtildeO
A glicoacutelise natildeo eacute a uacutenica via degradativa da glicose e entre elas se destaca a via pentose
fosfato que ocorre no citossol de ceacutelulas animais e vegetais Tal via jaacute fora percebida em
tecidos que tinham capacidade de degradar a glicose mesmo na presenccedila dos inibidores
claacutessicos da glicoacutelise (fluoretos e iodoacetato) A descoberta do NADP+ por Warburg e a
oxidaccedilatildeo da glicose-6-fosfato em aacutecido 6-fosfoglucocircnico levada a moleacutecula de glucose para
vias metaboacutelicas desconhecidas O empregeo do C14 em pesquisas bioquiacutemicas e os estudos
de Lipmann Dickens Horecker e Racker resultaram no entendimento dos passos metaboacutelicos
conhecidos como o ldquodesvio das pentosesrdquo
2 SEQUEcircNCIA DAS REACcedilOtildeES
3 ESTEQUIOMETRIA DA VIA PENTOSE FOSFATO
Consideremos o processamento de 6 moleacuteculas de glicose pelas trecircs primeiras reaccedilotildees da via
pentose
6 hexosendashfosfato + 12 NADP+ 6H2O 6 pentosendashfosfato + 6CO2 + 12 NADPH + 12 H+
A seguir consideremos que 4 moleacuteculas de pentose fosfato reajam segundo as reaccedilotildees 6 e 7
produzindo 2 moleacuteculas de tetrose-fosfato e 2 moleacuteculas de hexosendashfosfato
2 pentose-fosfato 2 hexose-fosfato + 2 tetrose-fosfato
Pela accedilatildeo da transcetolase 2 moleacuteculas de tetrose-fosfato reagem com 2 moleacuteculas de pentose-
fosfato para formar 2 moleacuteculas de hexose-fosfato e 2 moleacuteculas de triose-fosfato
2 tetrose-fosfato + 2 pentose-fosfato 2 hexose-fosfato + 2 triose-P
Quanto aacutes 2 triose-fosfato uma delas pode por isomerizaccedilatildeo se tranformar em di-
hidroxiacetona-fosfato condensarem numa hexose-difosfato e se hidrolisar em hexose-fosfato
+ H3PO4
96
2 triose-fosfato 1 hexose-fosfato + H3PO4
A somatoacuteria dessas reaccedilotildees individuais resulta que
Hexose-fosfato + 12 NADP+ + 6H2O 6CO2 + NADPH + 12H+
O processo eacute oxidativo resultando em nucleotiacutedio reduzindo
4 SIGNIFICADO FISIOLOacuteGICO DA VIA PENTOSE FOSFATO
O NADH gerado em reaccedilotildees oxidativas da glicoacutelise e Ciclo de Krebs tem como importante
destino ser oxidado pela cadeia respiratoacuteria propiciando a formaccedilatildeo de ATP Jaacute o NADPH
natildeo eacute utilizado na cadeia respiratoacuteria mas sim empregado em inuacutemeros processos
biossinteacuteticos como na biossiacutentese e lipiacutedios esteroacuteides aminoaacutecidos etc A ribose gerada na
via pentose eacute utilizada na siacutentese dos aacutecidos nucleacuteicos enquanto a eritrose-fosfato eacute precursora
via aacutecido chiquiacutemico na produccedilatildeo de aminoaacutecidos reguladores compostos fenoacutelicos lignina
e outros especialmente em plantas
No que se refere a tecidos animais a via pentose eacute bastante ativa na glacircndulas mamaacuterias
tecidos adiposos coacutertex adrenal e fiacutegado onde o NADPH fornece o poder redutor para as
biossiacutenteses O muacutesculo esqueleacutetico com pouca atividade de biossiacutentese de lipiacutedios natildeo
apresenta a via pentose fosfato
Em tecidos vegetais jovens e meristemaacuteticos a atividade glicoliacutetica eacute mais intensa e a medida
que o tecido vai se tornando maduro a via pentose-fosfato se intensifica para propiciar a
disposiccedilatildeo de lignina e demais compostos secundaacuterios sintetizados com o concurso do
NADPH
Ainda em plantas a via pentose-fosfato supre o processo fotossinteacutetico com NADPH
necessaacuterio aacute assimilaccedilatildeo do CO2 bem como estaacute intimamente relacionada com a marcha do
carbono na fotossiacutentese
Outra funccedilatildeo da via pentose-fosfato seria estabelecer a possibilidade de conversatildeo de hexose
pentose tetroses e trioses entre si com bastante significado econocircmico nos processos
biossinteacuteticos
Utilizando-se de glicose-1-14
C e glicose-6-14
C podemos avaliar as intensidades das vias
glicoliacutetica e pentose-fosfato em um tecido qualquer A premissa eacute de que se apenas a glicose
estiver operando a evoluccedilatildeo de 14
CO2 seraacute idecircntica quer se utilizado de glicose-1-14
C ou de
glicose-6-14
C pois que ambas ao serem metabolizadas (em ensaios separados) produziratildeo
aacutecido piruacutevivo-metil-14
C Esse aacutecido seraacute oxidado no Ciclo de Krebs liberando 14
CO2
Por outro lado se apenas a via pentose estiver operando a evoluccedilatildeo de 14
Co2 seraacute
primeiramente detectada quando da utilizaccedilatildeo de glicose-1-14
C
97
METABOLISMO DOS TRIGLICERIacuteDIOS
1 INTRODUCcedilAtildeO
Os lipiacutedios armazenados por organismos animais ou vegetais quase que exclusivamente na
forma de trigliceriacutedios constituem importante reserva energeacutetica do ponto de vista
quantitativo Assim enquanto os carboidratos constituem reserva energeacutetica limitada
especialmente nos organismos animais (05do peso muscular e 5 do peso do fiacutegado) os
depoacutesitos de gordura subcutacircnea podem representar uma fraccedilatildeo bastante significativa do peso
corpoacutereo
Do ponto de vista qualitativo podemos afirmar que os lipiacutedios satildeo alimentos energeacuteticos Por
excelecircncia
A grande quantidade de energia liberada durante a combustatildeo dos lipiacutedios eacute devido ao aacutetomo
de carbono estar reduzido (com baixo nuacutemero de oxidaccedilatildeo) Isso pelo baixo conteuacutedo de
oxigecircnio e elevado teor de hidrogecircnio na moleacutecula
Os trigliceriacutedios constituem a quase totalidade da fraccedilatildeo lipiacutedica de nossa dieta ou de uma
reaccedilatildeo animal e vem a ser a forma pela qual os organismos armazenam a maior parte da
energia quiacutemica Daiacute um maior interesse pelos trigliceriacutedios Essas reservas lipiacutedicas (como a
gordura subcutacircnea dos animais e os oacuteleos armazenam nas sementes dos vegetais) podem ser
rapidamente mobilizadas para atender a demanda energeacutetica ou outras necessidades do
organismo em questatildeo
2 HIDROacuteLISE DOS TRIGLICERIacuteDIOS E DESTINO DE SEUS PRODUTOS
A degradaccedilatildeo dos trigliceriacutedios quer sejam eles provenientes de uma dieta ou reaccedilatildeo ou
aqueles armazenados inicia-se com a hidroacutelise enzimaacutetica (pelas liacutepases) dos mesmos
originando glicerol e aacutecidos graxos seus constituintes essenciais
O glicerol eacute degradado pela via glicoliacutetica se transformando em piruvato e posteriormente em
acetil-CoA
98
Os aacutecidos graxos resultantes dos trigliceriacutedios sofrem metabolizaccedilatildeo diferente seratildeo
transformados em acetil-CoA independente do nuacutemero de aacutetomos de carbono por um
processo bioquiacutemico denominado de beta-oxidaccedilatildeo e efetuado pela mitococircndria
LIPIacuteDIOS
-Oxidaccedilatildeo de Lipiacutedios amp Ciclo do Glioxilato
Segundo Harper et al (1982) os lipiacutedios formam um grupo heterogecircneo de
compostos relacionados real ou potencialmente com os aacutecidos graxos Tecircm a propriedade comum de serem relativamente insoluacuteveis na aacutegua e soluacuteveis nos
solventes natildeo polares como o eacuteter o clorofoacutermio o benzeno Os lipiacutedios assim compreendem as gorduras os oacuteleos as ceras e compostos relacionados
Os lipiacutedios satildeo constituintes importante da dieta natildeo soacute pelo elevado valor energeacutetico como tambeacutem pelas vitaminas lipossoluacuteveis e aacutecidos graxos essenciais encontrados na gordura dos alimentos naturais No organismo a gordura serve de fonte eficiente de energia tanto direta quanto potencialmente quando armazenada no tecido adiposo Serve como material isolante nos tecidos subcutacircneos e agrave volta de certos oacutergatildeos O teor de gordura do tecido nervoso eacute particularmente elevado As combinaccedilotildees de gordura e proteiacutena (lipoproteiacutena) satildeo constituintes celulares importantes encontrando-se nas membranas celulares e nas mitococircndrias no interior do citoplasma e servindo tambeacutem como meio de transporte dos lipiacutedios no sangue Muitos hormocircnios vitaminas e detergentes bioloacutegicos satildeo lipiacutedios (Harper et al 1982 Wannmacher e Dias 1988)
A grande maioria dos lipiacutedios possui em sua constituiccedilatildeo pelo menos uma moleacutecula de aacutecidos graxos que satildeo aacutecidos carboxiacutelicos saturados (sem ligas duplas) ou insaturados (com uma ou mais ligas duplas) com nuacutemero variaacutevel de aacutetomos de carbono geralmente aciacuteclicos havendo alguns ramificados e outros hidroxilados Os aacutecidos graxos satildeo obtidos pela hidroacutelise das gorduras Os aacutecidos graxos existentes em gorduras naturais encerram usualmente um nuacutemero par de aacutetomos de carbono (porque satildeo sintetizados a partir de dois carbonos) e satildeo derivados de cadeia retiliacutenea (Harper et al 1982 Wannmacher e Dias 1988)
Os aacutecidos graxos constituem importante fonte de energia para a maioria dos tecidos Os aacutecidos graxos circulam pelo sangue combinados com albumina ou sob forma de trigliceriacutedios incorporados em lipoproteiacutenas Os trigliceriacutedios eacutesteres do aacutelcool glicerol com aacutecidos graxos circulantes satildeo originaacuterios da dieta ou da biossiacutentese hepaacutetica e resultam da hidroacutelise dos trigliceriacutedios das lipoproteinas no
99
leito vascular dos tecidos ou da hidroacutelise dos trigliceriacutedios armazenados no tecido adiposo (Harper et al 1982 Wannmacher e Dias 1988)
Lehninger (1985) salienta que os triacilgliceroacuteis (trigliceriacutedios) desempenham um papel extremamente importante coma fornecedor de energia nos animais Entre os nutrientes principais eles possuem o maior conteuacutedo energeacutetico (mais de 9 kcalg) satildeo depositados nas ceacutelulas do tecido gorduroso como gotiacuteculas quase puras de gordura e podem ser estocadas em grandes quantidades neste tecido Nas populaccedilotildees dos paiacuteses desenvolvidos em meacutedia quase quarenta por cento das necessidades energeacuteticas diaacuterias satildeo fornecidas pelos triacilgliceroacuteis da dieta Eles fornecem mais da metade da energia consumida por alguns oacutergatildeos especialmente o fiacutegado o rim e o muacutesculo esqueleacutetico em repouso Nos animais que hibernam e nos paacutessaros em migraccedilatildeo os estoques de triacilgliceroacuteis satildeo praticamente a uacutenica fonte de energia
Cerca de noventa e cinco por cento da energia biologicamente obtida dos triacilgliceroacuteis reside nos seus trecircs aacutecidos graxos de cadeias longa apenas cinco por
cento desta energia eacute fornecida pelo glicerol Por vias metaboacutelicas como a -oxidaccedilatildeo esses aacutecidos graxos ricos em energia satildeo oxidados ateacute dioacutexido de carbono e aacutegua
DEGRADACcedilAtildeO OXIDATIVA DE AacuteCIDOS GRAXOS
- OXIDACcedilAtildeO
1 APRESENTACcedilAtildeO RESUMIDA DOS PRINCIPAIS EVENTOS METABOacuteLICOS
Conceito
Via cataboacutelica de degradaccedilatildeo de aacutecidos graxos para produccedilatildeo de energia
Ocorre na matriz mitocondrial apoacutes a ativaccedilatildeo e a entrada dos aacutecidos graxos na mitococircndria
Pode ser dividida em 3 fases
A ativaccedilatildeo do aacutecido graxo
A - oxidaccedilatildeo propriamente dita
A respiraccedilatildeo celular
Ativaccedilatildeo Dos Aacutecidos Graxos
A ativaccedilatildeo dos aacutecidos graxos consiste na entrada destes na mitococircndria na forma de ACIL-CoA
100
O processo depende
1 Da ligaccedilatildeo do aacutecido graxo com a Coenzima A formando o Acil-CoA no citosol A reaccedilatildeo eacute catalizada pela enzima Acil-CoA Sintetase localizada na membrana mitocondrial externa
CH3-(CH2)n-COOH + ATP + CoA-SH eacute CH3-(CH2)n-CO-S-CoA + AMP + PPi
2 Do transporte do radical acila atraveacutes da MMI do citosol para a matriz
mediado pelo carreador especiacutefico carnitina A transferecircncia do radical acila da CoA para a carnitina eacute catalizada pela enzima carnitina-Acil-Transferase I
Acil-S-CoA + Carnitina eacute Acil-Carnitina + CoA-SH 3 Do lado da matriz mitocondrial a carnitina doa novamente o radical acila para
a CoA regenerando o Acil-CoA no interior da mitococircndria A reaccedilatildeo eacute catalisada pela arnitina-Acil-Transferase II localizada na face interna da MMI e eacute exatamente o inverso da descrita acima
- Oxidaccedilatildeo do Aacutecido Graxo
Consiste na quebra por oxidaccedilatildeo do aacutecido graxo sempre em seu carbono b convertendo-o na nova carbonila de um aacutecido graxo agora 2
carbonos mais curto
O processo eacute repetitivo e libera agrave cada quebra
1 NADH+H+ 1 FADH2
1 Acetil CoA
Satildeo 4 as enzimas envolvidas em cada etapa de oxidaccedilatildeo da via
Exemplo
CH3-CH2-CH2-CH2-CH2-CH2-CH2-CH2-CH2-CO-S-CoA + CoA-SH
CH3-CH2-CH2-CH2-CH2-CH2-CH2-CO-S-CoA + Acetil-CoA
CH3-CH2-CH2-CH2-CH2-CO-S-CoA + Acetil-CoA
CH3-CH2-CH2-CO-S-CoA + Acetil-CoA
Acetil-CoA + Acetil-CoA
101
Respiraccedilatildeo Celular
A siacutentese de ATP acoplada agrave - oxidaccedilatildeo vem
Do transporte de eleacutetrons do NADH e do FADH2 formados no processo pela cadeia respiratoacuteria
Da oxidaccedilatildeo dos radicais acetil dos Acetil-CoAs no ciclo de Krebs
Exemplo A oxidaccedilatildeo de uma aacutecido graxo com 16 carbonos rende para a ceacutelula em ATPs
8 Acetil-CoA = 96 ATPs (12 1)
7 NADH + H+ = 21 ATPs (3 1)
7 FADH2 = 14 ATPs (2 1)
Total = 131 ATPs
Regulaccedilatildeo da - Oxidaccedilatildeo
A regulaccedilatildeo da via eacute feita pela enzima reguladora carnitina-acil-transferase I que regula a velocidade de entrada do aacutecido graxo na mitococircndria desta forma a velocidade de sua degradaccedilatildeo
Esta enzima eacute inibida por malonil-CoA um intermediaacuterio cuja concentraccedilatildeo aumenta na ceacutelula quando esta tem carboidrato disponiacutevel e que funciona como precursor na biossiacutentese de aacutecido graxo
Oxidaccedilatildeo de Aacutecidos Graxos Insaturados
Se o aacutecido graxo a ser oxidado for insaturado o processo tem dois passos enzimaacuteticos adicionais
A conversatildeo do isocircmero cis em trans
A saturaccedilatildeo da dupla ligaccedilatildeo pela adiccedilatildeo de aacutegua
Uma vez o aacutecido graxo saturado ele pode seguir com o processo normal de oxidaccedilatildeo
Oxidaccedilatildeo de Aacutecidos Graxos com Nuacutemero Iacutempar de Carbonos
A oxidaccedilatildeo de um aacutecido graxo com nuacutemero de carbonos iacutempar leva aacute formaccedilatildeo de um resiacuteduo de propionol-CoA que atraveacutes de uma sequumlecircncia de reaccedilotildees enzimaacuteticas e com gasto de energia (1 ATP eacute hidrolisado para cada propionil-CoA convertido) eacute convertido em succinil-CoA que entra no ciclo de Krebs para ser oxidado
102
Corpos Cetocircnicos
A oxidaccedilatildeo dos aacutecidos graxos no fiacutegado leva agrave formaccedilatildeo de grande quantidade de Acetil-CoA que pode ser oxidado no proacuteprio fiacutegado ou convertido nos CORPOS CETOcircNICOS
Satildeo 3 os corpos cetocircnicos formados a partir do Acetil-CoA
Acetoacetato
- Hidroxibutirato
Acetona
O objetivo da formaccedilatildeo dos corpos cetocircnicos eacute permitir o transporte da energia obtida pela oxidaccedilatildeo dos aacutecidos graxos aos tecido perifeacutericos para laacute serem utilizados na siacutentese de ATP
A formaccedilatildeo de corpos cetocircnicos eacute uma via de superabundacircncia atraveacutes da qual o fiacutegado distribui energia a todo o organismo Nos tecidos perifeacutericos os corpos cetocircnicos regeneram o Acetil-CoA que entra no ciclo de Krebs para produccedilatildeo de energia
Normalmente a quantidade de corpos cetocircnicos no sangue eacute baixa mas
em situaccedilotildees como o jejum prolongado ou o diabetes mellitus suas concentraccedilotildees seacutericas podem aumentar muito levando o indiviacuteduo a um estado de CETOSE caracterizada por uma ACIDOSE METABOacuteLICA que pode ser fatal
2) -OXIDACcedilAtildeO DE LIPIacuteDIOS
21 Os aacutecidos graxos variam no comprimento da suas cadeias e no grau de nsaturaccedilatildeo dos aacutecidos graxos
Os aacutecidos graxos em sistemas bioloacutegicos comumente conteacutem um mesmo nuacutemero de aacutetomos de carbonos Tipicamente entre 14 e 24 aacutetomos Os aacutecidos graxos que conteacutem de 16 a 18 carbonos satildeo mais comuns As cadeias de hidrocarbonetos satildeo quase invariaacutevel nos aacutecidos graxos natildeo ramificados de animais A configuraccedilatildeo de duplas ligaccedilotildees em muitos aacutecidos graxos insaturados eacute tipo bdquocis‟ As duplas ligaccedilotildees em aacutecidos graxos poli-insaturados satildeo separadas por pelo menos um grupo metileno
As propriedades dos aacutecidos graxos e lipiacutedios derivados deles satildeo marcadamente dependentes sobre o comprimento das cadeias deles e sobre o grau de saturaccedilatildeo Aacutecidos graxos saturados tem um menos ponto de derretimento do que os aacutecidos graxos saturados de cadeia com o mesmo comprimento Por exemplo os
103
ponto de derretimento do aacutecido esteaacuterico eacute 696 oC e o aacutecido oleico eacute 134 oC que conteacutem uma dupla ligaccedilatildeo bdquocis‟ O ponto de fusatildeo dos aacutecidos graxos poli-insaturados da seacuteria com 18 carbonos satildeo muito mais baixos O comprimento das cadeias tambeacutem afeta o ponto de derretimento Isto eacute ilustrado pelo fato que a temperatura de derretimento do aacutecido palmiacutetico (C16) ser igual a 65 oC menor que o aacutecido esteaacuterico (C18)
Diante disto aacutecidos graxos com comprimento de cadeias curtas e aumento da insaturaccedilatildeo e aumenta a fluidez dos aacutecidos graxos e dos derivados deles
22 Triacilgliceroacuteis satildeo estoques de energia altamente concentrada
Triacilgliceroacuteis satildeo estoques de energia metaboacutelica altamente concentradas devido elas serem quimicamente reduzidas e anidras O rendimento de uma oxidaccedilatildeo completa de aacutecidos graxos eacute de 9 kcalg em contraste com quase 4 kcalg dos carboidratos e proteiacutenas As bases desta grande diferenccedila no rendimento caloacuterico eacute que os aacutecidos graxos satildeo muito mais altamente reduzidos Entretanto os triacilgliceroacuteis satildeo muito apolares e assim eles satildeo armazenados em uma forma quase anidra jaacute as proteiacutenas e carboidratos satildeo muito mais polares e portanto mais altamente hidratados
De fato uma grama de glicogecircnio seco liga-se a quase duas gramas de aacutegua Consequentemente uma grama de gordura quase anidra armazena mais que seis vezes a energia do que uma grama de glicogecircnio hidratado esta eacute a razatildeo para que os trigliceroacuteis foram evolutivamente selecionados como maior reserva de energia que o glicogecircnio
Considerando o peso de um homem tiacutepico com 70 kg que tem uma reserva de combustiacutevel de 100000 kcal em triacilgliceroacuteis 25000 kcal em proteiacutenas (mais em muacutesculos) 600 kcal em glicogecircnio e 40 kcal em glicose Os triacilgliceroacuteis constituem quase 11 kg deste total do peso do corpo Esta quantidade de energia se fosse armazenada em glicogecircnio seu peso total do corpo seria 55 kg maior
Em mamiacuteferos o maior siacutetio de acuacutemulo de triacilgliceroacuteis eacute o citoplasma das ceacutelulas adiposas - bdquoceacutelulas gordas‟ Gotiacuteculas de triacilglicerol unem-se para formar um grande gloacutebulo o qual pode ser maio do que o volume da ceacutelula A ceacutelula adiposa eacute especializada para a siacutentese e armazenamento de triacilgliceroacuteis e para a mobilizaccedilatildeo interna de moleacuteculas de combustiacutevel que satildeo transportadas para outros tecidos pelo sangue
23 Triacilgliceroacuteis satildeo mobilizados por AMP ciacuteclico regulados pelas lipases
104
O evento inicial no uso das gorduras como fonte de energia eacute a hidroacutelise dos triacilgliceroacuteis pelas lipases (Figura 1)
A atividade das lipases em ceacutelulas adiposas eacute regulada por hormocircnios Epinefrinas noraepinefrinas glucagocircnio e hormocircnio adrenocorticotroacutepico estimulam a ciclase adenilato das ceacutelulas adiposas O aumento do niacutevel de AMP ciacuteclico (monofosfato ciacuteclio de adenosina entatildeo estimula a proteina quinase que por sua vez ativa a lipase pela fosforilaccedilatildeo do AMP
Figura 1 Esquema da degradaccedilatildeo do tiacilglicerol para aacutecidos graxos
Entatildeo a epinefrinas noraepinefrinas glucagocircnio e hormocircnio
adrenocorticotroacutepico causam a lipoacutelise O AMP ciacuteclico eacute o mensageiro secundaacuterio na ativaccedilatildeo da lipoacutelise em ceacutelulas adiposas Que eacute um processo anaacutelogo a este papel na ativaccedilatildeo de quebra do glicogecircnio E ao contraacuterio a insulina inibe a lipoacutelise O glicerol formado pela lipoacutelise eacute fosforilado e oxidado para dihidroxiacetona fostado o qual sofre izomerizaccedilatildeo para gliceroladido 3-fosfato Estes intermediaacuterios ambos vatildeo para as vias glicoliacutetica e gliconeogecircnica Daiacute glicerol pode ser convertido
em piruvato ou glicose no fiacutegado que conteacutem enzimas apropriadas O processo reverso pode ocorrer pela reduccedilatildeo do dihidroxiacetona fosfato para glicerol 3-fosfato A hidroacutelise por uma fosfatase daacute origem ao glicerol Entatildeo glicerol e intermediaacuterios glicoliacuteticos satildeo prontamente interconversiacuteveis
24 -Oxidaccedilatildeo de Lipiacutedios Os aacutecidos graxos satildeo degradados pela remoccedilatildeo sequencial de duas unidades de carbono Em 1904 Franz Knoop contribuiu de forma importante e decisiva para elucidar o mecanismo da oxidaccedilatildeo de aacutecidos graxos Ele alimentou cachorros com aacutecidos
graxos de cadeia reta na qual o aacutetomo de carbono estava unido ao grupo fenil Knoop encontrou que a urina deste cachorros continham um derivado do aacutecido
105
fenilaceacutetico quando eles se alimentavam de fenilbutirato Em contraste um derivado do aacutecido benzoacuteico foi formado quando eles forma alimentados com fenilpropionato De fato aacutecido fenilaceacutetico foi produzido sem aacutecido graxo contendo um mesmo nuacutemero de aacutetomos de carbono que forma os cachorros alimentados No entanto o aacutecido benzoacuteico foi formado contendo aacutecidos graxos de nuacutemero iacutemparestranho ao que forma alimentados Knoop deduziu destes achado eacute que os aacutecidos graxos satildeo
degradados pela oxidaccedilatildeo carbono beta -
Estes experimentos foram marcados mundo agrave fora na bioquiacutemica devido eles serem o primeiro a usar roacutetulo sinteacutetico para elucidar mecanismos de reaccedilatildeo O deuteacuterio e radioisoacutetopos foram usados em bioquiacutemica apenas uma seacuterie de anos mais tarde
25 Aacutecidos graxos satildeo ligados a Coenzima A (CoA) antes de serem oxidados Eugene Kennedy amp Lehninger (1949) mostraram que os aacutecidos graxos satildeo oxidados na mitococircndria O trabalho subsequente demonstrou que eles satildeo ativados ante de entrarem na matriz mitocondrial O ATP (trifosfato de adenosina) dirige a formaccedilatildeo da ligaccedilatildeo tioeacutester do grupo carboxila do aacutecido graxo com o grupo sulfidrila da CoA Esta reaccedilatildeo de ativaccedilatildeo ocorre sobre o lado de fora da membrana mitocondrial onde ela eacute catalisada pela enzima sintetase acil CoA (tambeacutem chamada de tioquinase de aacutecidos graxos)
Figura 2 Ativaccedilatildeo do aacutecido graxo ligando-o a CoA
Paul Berg mostrou que a ativaccedilatildeo de aacutecido graxo ocorre em dois passo primeiro o aacutecido graxo reage com ATP para formar um adenilato acil Nesta mistura anidirda o grupo carboxila do aacutecido graxo eacute ligado ao grupo fosfato do AMP Os outros dois grupos fosforilas do substrato ATP satildeo liberados como pirofosfato O grupo sulfidrila da CoA entatildeo anexa o adenilato acil o qual eacute fracamente ligado agraves
enzimas para formar acil CoA e AMP
106
Figura 3 entrada e saiacuteda da acil carintirna na matriz mitocondiral mediada pela
enzima translocase
Esta reaccedilatildeo parcial eacute livremente reversiacutevel De fato a constante de equiliacutebrio da soma desta reaccedilatildeo eacute exatamente um (1)
R - COO- + CoA + ATP acil CoA + AMP + PPi
Uma ligaccedilatildeo altamente energeacutetica eacute quebrada (entre pirofosfato inorgacircnico e AMP) e uma reaccedilatildeo altamente energeacutetica eacute formada (o tioeacutester em acil CoA) Como esta reaccedilatildeo eacute dirigida A resposta eacute que o pirofosfato inorgacircnico eacute rapidamente hidrolisado por uma pirofosfatase
R - COO- + CoA + ATP + aacutegua acil CoA + AMP + 2Pi + 2H+
Isto torna a reaccedilatildeo altamente irreversiacutevel devido ao consumo de duas ligaccedilotildees altamente energeacuteticas Jaacute que apenas uma eacute formada Outro exemplo de outro tema recorrente em bioquiacutemica eacute
Muitas reaccedilotildees biossinteacuteticas satildeo feitas irreversiacuteveis pela hidroacutelise de pirofosfato inorgacircnico
Outro motivo surge nesta reaccedilatildeo de ativaccedilatildeo O intermediaacuterio adenilato acil ligado agrave enzima natildeo eacute o uacutenico para a siacutentese de acil CoA O adenilato acil eacute frequentemente formado quando grupos carboxilas satildeo ativados em reaccedilotildees bioquiacutemicas Por exemplo aminoaacutecidos satildeo ativados para a siacutentese de porteiacutenas por um mecanismo semelhante
107
26 Carnitina promove a ativaccedilatildeo de aacutecidos graxos de cadeia longa dentro da matriz mitocondrial
Os aacutecidos graxos satildeo ativados sobre a superfiacutecie externa da membrana mitocondrial onde os aminoaacutecidos satildeo oxidados na matriz mitocondrial Moleacuteculas acil CoA de cadeia longa natildeo atravessam para o interior da membrana mitocondrial e assim eacute necessaacuterio um mecanismo especial de transporte Aacutecidos graxos de cadeia longa satildeo carregados para o interior da membrana mitocondrial pela carnitina que eacute um tampatildeo (cargas positivas e negativas) formado a partir da lisina
Os grupos acil satildeo transferidos do aacutetomo de enxofre do CoA para os grupos hidroxilas da carnitina vinda da acil carnitina Esta reaccedilatildeo eacute catalisada pela enzima carnitina aciltransferase 1 que esta localizada na face do lado do citossol e dentro da membrana mitocondrial
Figura 4 entrada e saiacuteda da acil carnitina na matriz mitocondrial mediada pela enzima translocase
A carnitina acil eacute entatildeo lanccedilada atraveacutes do interior da membrana mitocondrial por uma translocase (Fig p474 meio Stryer) O grupo acil eacute transferido de volta para a
108
CoA sobre o lado da matriz da membrana Esta reaccedilatildeo que eacute catalisada por carnitina aciltransferase 2 e eacute termodinamicamente viaacutevel por causa da ligaccedilatildeo O-acil na
carnitina tendo um alto potencial na transferecircncia de grupos
Finalmente a carnitina eacute retornada para o lado citossoacutelico pela translocase na troca por uma acilcarnitina incomum
Um defeito na transferase ou translocase ou uma deficiecircncia de carnitina pode prejudicar a oxidaccedilatildeo de aacutecidos graxos de cadeia longa Tal desordem tem de fato sido encontrada gecircmeos idecircnticos que tem tido catildeibras dores musculares desde a infacircncia As dores foram precipitadas por raacutepido exerciacutecios ou alta teor de gordura na dieta A oxidaccedilatildeo de aacutecidos graxo eacute o processo de maior rendimento energeacutetico nestes trecircs estados As enzimas da glicoacutelise e da glicogenoacutelise foram encontradas ser normal A lipoacutelise dos triacilgliceroacuteis foi normal evidenciado pelo aumento na concentraccedilatildeo dos aacutecidos graxos natildeo esterificados encontrado no plasma apoacutes a corrida O ensaio de bioacutepsia do muacutesculo mostrou que a sintetase acil CoA de cadeia longa estava sempre ativa
Entretanto cadeia de aacutecidos graxos com comprimento meacutedio (C8 e C10) foram normalmente metabolizada Isto mostra que a carnitina natildeo eacute requerida para a permeaccedilatildeo dos grupos acil CoA de cadeia meacutedia no interior da matriz mitocondiral Este caso demonstra que o fluxo prejudicado de um metaboacutelito de um compartimento da ceacutelula para outro pode causar esta doenccedila
27 Acetil CoA NADH e FADH2 satildeo gerados em cada volta do ciclo de oxidaccedilatildeo dos aacutecidos graxos
Um acil CoA saturado eacute degradado por uma sequecircncia recorrente de quatro reaccedilotildees
Oxidaccedilatildeo por FAD (flavina adenina dinucleotiacutedio)
Hidrataccedilatildeo
Oxidaccedilatildeo por NAD+
109
Figura 5 Reaccedilatildeo de degradaccedilatildeo de aacutecidos graxos (oxidaccedilatildeo hidrataccedilatildeo oxidaccedilatildeo e finalmente tioacutelise resultando numa moleacutecula com dois carbonos a menos
A cadeia acil da gordura eacute encurtada por dois aacutetomos de carbono como um resultado destas reaccedilotildees e FADH2 NADH e acil CoA satildeo gerados David Green
110
Severo Ochoa e Feodor Lyenen contribuiacuteram de forma importante para a elucidaccedilatildeo
destas seacuterie de reaccedilotildees a qual chamaram de via da - oxidaccedilatildeo
A primeira reaccedilatildeo em cada volta da degradaccedilatildeo eacute a oxidaccedilatildeo do acil CoA por uma acil CoA desidrogenase para dar uma enoil CoA com uma duplas ligaccedilatildeo trans entre o C2 e C3
Acil CoA + E-FAD trans - 2 - enoil CoA + E-FADH2
Como na desidrogenaccedilatildeo do succinato no ciclo do aacutecido ciacutetrico FAD mais que
o NAD+ eacute o aceptor de eleacutetrons devido o G desta reaccedilatildeo ser insuficiente para dirigir a reduccedilatildeo do NAD+ Os eleacutetrons vindos do grupo prosteacutecido do FADH2 da desidrogenase acil CoA reduzida satildeo transferidos para a segunda flavoproteina chamada de flavoproteiacutena transferidora de eleacutetrons (ETF) Na volta a ETF doa eleacutetrons para a ETF-ubiquinona redutase uma proteiacutena Fe-S Ubiquinona eacute entatildeo reduzida para ubiquinol que entrega seu alto potencial de eleacutetrons ao siacutetio de bombeamento de proacutetons da cadeia respeiratoacuteria Consequentemente dois ATPs satildeo gerados do FADH2 formado neste passo de desidrogenaccedilatildeo como na oxidaccedilatildeo do succinato para fumarato
O proacuteximo passo eacute a hidrataccedilatildeo da dupla ligaccedilatildeo entre o C2 e C3 pela enoil CoA hidratase
trans - 2 - enoil CoA + H2O L-3-hidroxilacil CoA + E-FADH2
A hidrataccedilatildeo da enoil CoA eacute esteacuteroespeciacutefica como eacute a hidrataccedilatildeo do fumarato e aconitato Somente o L-isocircmero do 3-hidroxiacil CoA eacute formado quanado a ligaccedilatildeo
trans-2 eacute hidratada A enzima tambeacutem hidrata a dupla ligaccedilatildeo cis-2 mas o produto eacute
entatildeo do D-isocircmero
A hidrataccedilatildeo da enoil CoA eacute a preacutevia para reaccedilatildeo da segunda oxidaccedilatildeo que converte o grupo hidroxila para C3 dentro do grupo ceto e gera NADH Esta oxidaccedilatildeo eacute catalizada por L-3-hidroxiacil CoA desidrogenase a qual eacute absolutamente especiacutefica para o L-isocircmero do substrato hidroxiacil
L-3-hidroxilacil CoA + NAD+ 3-cetoacil CoA + NADH + H+
Estas trecircs reaccedilotildees em cada volta do ciclo de degradaccedilatildeo de aacutecidos graxos assemelha-se em pelo menos um passo ao ciclo do aacutecio ciacuteclico
111
Acil CoA enol CoA hidroxiacil CoA cetoacil CoA
succinato fumarato malato oxaloacetato
A reaccedilatildeo precedente tinha oxidado o grupo metileno no C3 para um grupo ceto O passo final eacute a clivagemquebra do 3-cetoacil CoA por um grupo tiol de uma segunda moleacutecula de CoA a qual rende acetil CoA e acil CoA encurtadas por 2
aacutetomos de carbono Esta clivagem tioliacutetica eacute catalizada por -cetotiolase
3-cetoacil CoA + HS-CoA aceil CoA + acil CoA (n -2 carbonos)
O acil CoA encurtado entatildeo sofre outro ciclo de oxidaccedilatildeo comeccedilando com a
reaccedilatildeo catalisada por acil CoA desidrogenase (Figura 6) -cetotiolase hidroxiacil desidrogenase e enoil CoA hidratase tem ampla especificidade com respeito ao comprimento do grupo acil
Figura 6 As trecircs primeiras reaccedilotildees de degradaccedilatildeo de aacutecido palmiacutetico pela remoccedilatildeo de dois aacutetomos de carbonos por ciclo de degradaccedilatildeo
112
Principais reaccedilotildees na oxidaccedilatildeo de aacutecidos graxos
1) aacutecido graxo + CoA + ATP acil CoA + AMP + Ppi
acil CoA sintetase (tioquinase de aacutecido graxoCoA ligase [AMP]
2) carnitina + acil CoA acil carnitina + CoA
carnitina aciltransferase
3) Acil CoA + E-FAD trans-2-enoil CoA + E-FADH2
acil CoA desidrogenases (vaacuterias)
4) trans-2-enoil Coa + H2O L-3-hidroxiacil CoA
enoil CoA hidratases (3-hidroxiacil CoA hidrolase)
5) L-3-hidroxiacil CoA + NAD+ 3-cetoacil CoA + NADH + H+
L-3-hidroxiacil CoA desidogenase
6) L-3-hidroxiacil CoA + CoA acetil CoA + acil CoA (encurtada por 2C)
-cetotiolase (tiolase)
O rendimento energeacutetico derivados da oxidaccedilatildeo de aacutecidos graxos pode ser calculada Em cada ciclo de reaccedilatildeo um acil CoA eacute encurtada por dois carbonos e um FADH2 e eacute formado NADH e acetil CoA
Cn-acil CoA + FAD + NAD+ + H2O + CoA Cn-2-acil CoA + FADH2 + NADH + acetil CoA + H+
A degradaccedilatildeo do palmitoil CoA (C16-acil CoA) requer sete ciclos de reaccedilotildees No seacutetimo ciclo o C4-ceotoacil CoA eacute tiolozado para duas moleacuteculas de acetil CoA Entatildeo a estequiometira da oxidaccedilatildeo do palmitoil CoA eacute
Palmitoil CoA + 7 FAD + 7 NAD+ + 7 H2O 8 acil CoA + 7 FADH2 + 7 NADH + 7 H+
Trecircs ATPs satildeo gerados quando cada destes NDAH eacute oxidado pela cadeira respiratoacuteria enquqnto 2 ATPs satildeo formados para cada FADH2 devido aos seus
113
eleacutetrons entram na cadeia ao niacutevel do ubiquinol Lembrando que a oxidaccedilatildeo do acetil CoA pelo ciacuteclo do aacutecido ciacutetrico rende 2 ATPs Considerando isto o nuacutemero de ATP formado na oxidaccedilatildeo do Palmitoil CoA eacute 21 e dos 7 FADH2 21 dos 7 NADH e 96 das 8 moleacuteculas de acetil CoA o que daacute um total de 131 ATPs Duas ligaccedilotildees fosfato de alta energia satildeo consumidas na ativaccedilatildeo do palmitato na qual o ATP eacute dividido AMP e 2 Pi Entatildeo o rendimento liacutequido da completa oxidaccedilatildeo do palmitato e 129 ATPs
A eficiecircncia da conservaccedilatildeo da energia na oxidaccedilatildeo de aacutecidos graxos pode ser estimada dado o nuacutemero de ATP formado e da energia de oxidaccedilatildeo do aacutecido palmiacutetico agrave CO2 e H2O
3) GERMINACcedilAtildeO DE SEMENTES amp -OXIDACcedilAtildeO DE LIPIacuteDIOS
No inicio da germinaccedilatildeo as proteiacutenas de armazenamento satildeo degradadas para aminoaacutecidos atraveacutes da siacutentese de enzimas requeridas para a mobilizaccedilatildeo de lipiacutedios
Estas enzimas incluem as lipases que catalisam a hidroacutelise de triacilgliceroacuteis para glicerol e aacutecidos graxos As lipases ligam-se agraves oleosinas do corpos de oacuteleo O glicerol formado pela hidroacutelise do triacilglicerol pode ser alimentado dentro da via da gliconeogecircnese apoacutes a fosforilaccedilatildeo do glicerol 3-fosfato e sua subsequente oxidaccedilatildeo para diidroxicetona fosfato A liberaccedilatildeo de aacutecidos graxos livres eacute primeiro ativado
como tioeacutesteres de CoA e entatildeo degradados para acetil CoA por -oxidaccedilatildeo Este processo ocorre em peroxiossomos especializados os quais satildeo chamados de
glioxiossomos A -oxidaccedilatildeo eacute um processo bioloacutegico importante para a germinaccedilatildeo das sementes em especial para as oleaginosas
Embora em princiacutepio -oxidaccedilatildeo represente uma forma invertida da siacutentese de aacutecidos graxos existe diferenccedilas distintas como habilidade de alto fluxo metaboacutelico entre estas duas vias metaboacutelicas que operam em direccedilotildees opostas
As principais diferenccedilas entre -oxidaccedilatildeo e a siacutentese de aacutecidos graxos satildeo
na desidrogenaccedilatildeo do acil CoA O hidrogecircnio eacute transferido via uma oxidase dependente de FAD para H2O2 A catalase irreversivelmente elimina a H2O2 no siacutetio de sua produccedilatildeo pela conversatildeo em aacutegua e O2
-L-hidroxiacil CoA eacute formada durante a hidrataccedilatildeo da enoil CoA in contrast para o correspondente D-enantioner durante a siacutentese
hidrogecircnio eacute transferido para o NAD durante o segundo passo da desidrogenaccedilatildeo Normalmente o sistema NAD na ceacutelula eacute altamente oxidado dirigindo a reaccedilatildeo em direccedilatildeo a oxidaccedilatildeo do hidroxiacil CoA Natildeo eacute conhecido qual reaccedilatildeo utiliza o NADH formado nos peroxiossomos
114
Em uma reaccedilatildeo irreversiacutevel de tioacutelises mediadas por CoASH que cliva -cetoacil CoA para formas uma moleacutecula de acetil CoA e uma de acil CoA encurtada para dois aacutetomos de carbono
Durante a degradaccedilatildeo de aacutecidos graxos insaturados produtos intermediaacuterios
satildeo formados e que natildeo podem ser metabolizados por reaccedilotildees de -oxidaccedilatildeo 3-cis-enoil CoA que eacute formado durante a degradaccedilatildeo do aacutecido oleico eacute convertido por uma
isomerase mudando a ligaccedilatildeo dupla para 2-trans-enoil CoA que eacute um intermediaacuterio
da -oxidaccedilatildeo Na -oxidaccedilatildeo dos aacutecidos linolecircnico e linoleico a segunda ligaccedilatildeo dupla no intermediaacuterio correspondente estaacute na posiccedilatildeo correta mas na configuraccedilatildeo cis com a consequecircncia que eacute a hidrataccedilatildeo pela hidratase enoil CoA resulta na
formaccedilatildeo de -D-hidroxiacil CoA Mais tarde eacute convertido por uma epimerase para L-
enantiomer o qual eacute um intermediaacuterio da -oxidaccedilatildeo
4) CICLO DO GLIOXILATO
Ao contraacuterio ao animais os quais satildeo haacutebeis para sintetizar glicose de acetil CoA As plantas e muitas bacteacuterias satildeo capazes de crescer sobre acetato ou outros componentes que lhe rendam acetil CoA As plantas podem fazer gliconeogecircnesis elas possuem as enzimas da gliconeogecircnesis para o ciclo do glioxilato
Nesta via metaboacutelica acetil com duas unidades de carbono satildeo convertidos para uma moleacutecula de quatro carbonos (succinato) Esta sequecircncia de reaccedilotildees eacute chamada de ciclo do glioxilato passagem livre para dois passos de descarboxilaccedilatildeo no cilco do aacutecido ciacutetrico Neste ciclo entram duas moleacuteculas de acetil CoA por cada ciclovolta do ciclo do glioxilato Uma ilustraccedilatildeo das principais reaccedilotildees do ciclo do glioxilato eacute apresentado na Figura 7
115
Figura 7 Ciclo do glioxilato e suas principais reaccedilotildees produtos e intermediaacuterios
O ciclo do glioxilato estaacute ligado ao ciclo do aacutecido ciacutetrico da seguinte maneira
acetil CoA condensa com oxaloacetato atraveacutes da enzima sintase do citrato e mais tarde eacute convertido para isocitrato pela aconitase
Isocitrato e dividido pela isocitrato liase em succinato e glioxilato
Glioxilato mais acetil CoA satildeo condensados pela sintase de malato para malato
Como no ciclo do citrato o malato eacute oxidado pela desidrogenase do malato para oxaloacetato complementando o ciclo
Uma moleacutecula de succinato gera duas de acetil CoA
succinato eacute transferido para mitococircndria e eacute convertido para oxaloacetato (por reaccedilatildeo parcial no ciclo do citrato)
116
oxaloacetato eacute transferido da mitococircndria por um transportador e no citossol eacute convertido para fosfoenolpiruvato (carboxiquinase do fosfoenolpiruvato)
fosfoenolpiruvato eacute precursor de hexoses na gliconeogecircnese e outras rotas metaboacutelicas
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URGS 1988
3 BETA-OXIDACcedilAtildeO DOS AacuteCIDOS GRAXOS
31 Histoacuterico Em 1904 Knoop administrou para catildees derivados fenilados de aacutecidos
graxos com diferentes nuacutemeros de aacutetomos de carbono na cadeia Pelo fato do grupamento fenil
ser de difiacutecil transformaccedilatildeo pelo organismo animal poder-se-ia pesquisar na urina os produtos
de degradaccedilatildeo de tais derivados fenilados e assim melhor conhecer o catabolismo dos aacutecidos
graxos
Quando eram ministrados derivados fenilados de aacutecidos graxos com nuacutemero par de aacutetomos de
carbono havia excreccedilatildeo de aacutecido fenilaceacutetico Quando eram empregados derivados fenilados
117
de aacutecido dos graxos com nuacutemero impar de aacutetomo de carbono havia excreccedilatildeo de aacutecido
benzoacuteico
Knoop postulou que os aacutecidos graxos sofreriam oxidaccedilotildees sucessivas no carbono beta () que
se transformaria em carboxila removendo-se assim sucessivamente unidades contendo 2
aacutetomos de carbono (ldquoC2rdquo)
Entretanto a exata compreensatildeo do processo somente foi possiacutevel depois da identificaccedilatildeo da
unidade ldquoC2rdquo como sendo o acetil-CoA e dos estudos de Lynen e Green que isolaram de
mitococircndrias 5 enzimas que catalizavam a beta-oxidaccedilatildeo dos aacutecidos graxos
32 Esquema helicoidal da beta-oxidaccedilatildeo dos aacutecidos graxos
1 tioquinase 2 desidrogenase de acil 3 hidrase de enoil 4 desidrogenase de
hidroxiacil 5 tiolase
33 Caracteriacutestica da beta-oxidaccedilatildeo
a Somente uma moleacutecula de ATP eacute requerida na ativaccedilatildeo do aacutecido graxo para sua
completa transformaccedilatildeo em acetil-CoA independente do nuacutemero de aacutetomos de
carbono
b As enzimas responsaacuteveis pela beta-oxidaccedilatildeo estatildeo contidas na mitococircndria o
que facilita o aproveitamento da energia visto que o acetil-CoA formado eacute
prontamente oxidado pelo Ciclo de Krebs bem como as coenzimas formadas
satildeo oxidadas na Cadeia Respiratoacuteria
c O sistema oxidativo dos aacutecidos eacute de ocorrecircncia universal sendo encontrado em
plantas animais e bacteacuterias
4 RENDIMENTO ENERGEacuteTICO DA BETA-OXIDACcedilAtildeO
Consideremos a oxidaccedilatildeo bioloacutegica completa do aacutecido palmiacutetico
C16H32O2 + 23O2 16CO2 + 16H2O G= -2338000 calmol
O aacutecido palmiacutetico (com 16 aacutetomos de C) desdobrado pela beta-oxidaccedilatildeo daacute origem a 8
moleacuteculas de acetil-CoA cada uma carregando 2 aacutetomos de C da moleacutecula do aacutecido graxo
Essas 8 moleacuteculas de acetil-CoA satildeo geradas em 7 ldquovoltasrdquo da sequumlecircncia helicoidal de
118
reaccedilotildees pois que na uacuteltima volta se formam 2 moleacuteculas de acetil-CoA Os equivalentes em
ATP em cada etapa seriam
Rendimento energeacutetico (R)
2338000 100
130 X 8000 R R= 100 X 130 X 8000 = 445
2338000
Problema ndash Calcular o nuacutemero de moleacuteculas de ATP gerados Pela oxidaccedilatildeo bioloacutegica
completa do trigliceriacutedios abaixo estruturado
CH2-O-CO-(CH2)14CH3
CH-O-CO-(CH2)16CH3
CH2-O-CO-(CH2)16CH3
119
5 BIOSSIacuteNTESE DE AacuteCIDOS GRAXOS
Logo de iniacutecio pensou-se em uma beta-muacuteltipla condensaccedilatildeo das mesmas unidades ldquoC2rdquo
(acetil-CoA) que resultasse na siacutentese de aacutecidos graxos mediante o reverso das reaccedilotildees da
beta-oxidaccedilatildeo
Atualmente se sabe que a biossiacutentese de aacutecidos graxos eacute processada por um equipamento
enzimaacutetico distinto utilizado o acetil-CoA substrato
A dessaturaccedilatildeo dos aacutecidos graxos introduccedilatildeo de duplas ligaccedilotildees eacute processada por plantas e
animais ao niacutevel mitocondrial ou microssomal requerendo coenzimas reduzidas e oxigecircnio
molecular Entretanto somente as plantas superiores possuem a habilidade de introduzirem
mais que uma dupla ligaccedilatildeo sintetizando assim aacutecidos poliinsaturados Tais aacutecidos graxos satildeo
considerados assenciais aos organismos animais
Nesta reaccedilatildeo o O2 (oxigecircnio molecular) se constitui em um substrato Este pode ser um dos
fatores que levam plantas e animais (com os peixes) de regiotildees temperadas (mais frias) a
sintetizarem aacutecidos graxos poliinsaturados em maior proporccedilatildeo visto que quanto menor a
temperatura maior a concentraccedilatildeo de oxigecircnio dissolvido no suco celular Esse mecanismo
parece ser responsaacutevel pelo menos em parte pela resistecircncia ao frio manifestada por animais
e vegetais das regiotildees frias Explicaria tambeacutem porque o cacaueiro cultivado distante da linha
do equador formada um manteiga com menor ponto de fusatildeo ou seja maior iacutendice de iocircdo
120
METABOLISMO DEGRADATIVO DA PROTEIacuteNAS E AMINOAacuteCIDOS
1 CONSIDERACcedilOtildeES GERAIS
Os aminoaacutecidos devem constar na dieta dos animais devido agrave sua funccedilatildeo de constituintes das
proteiacutenas corporais Os estudos sobre a nutriccedilatildeo animal e humana mostram que os
aminoaacutecidos podem ser divididos em dois grupos dependendo do metabolismo dos mesmos
a aminoaacutecidos essenciais ou indispensaacuteveis ndash aqueles que o organismo natildeo
sintetiza ou se o faz em quantidades aqueacutem da requerida lisina triptofano
metionina valina leucina isoleucina fenilalanina e treonina satildeo essenciais ao
homem
b aminoaacutecidos natildeo essenciais ou dispensaacuteveis ndash aqueles que o organismo
sintetiza nas quantidades requeridas aacutecido aspaacutertico aacutecido glutacircmico alanina
serina etc
As proteiacutenas alimentares (presente nos alimentos) podem ser consideradas de boa qualidade
quando rica em aminoaacutecidos essenciais e de maacute qualidade se satildeo pobres em aminoaacutecidos
essenciais O milho opaco-2 melhorando geneticamente apresenta maior conteuacutedo das
proteiacutenas glutelina e zeiacutena que satildeo ricas em lisina De uma maneira geral os cereais satildeo pobres
em lisina ao passo que os gratildeos da leguminosas satildeo deficientes em metionina
As proteiacutenas que ingerimos como alimento satildeo hidrolisadas nos aminoaacutecidos constituintes
pelas enzimas digestivas do estocircmago (pepsina) suco pancreaacutetico (amino e carboxipeptidases)
e suco intestinal (d - e tripeptidases) Os aminoaacutecidos livres satildeo absorvidos pelo intestino e
atraveacutes do sistema porta se dirigem ao fiacutegado para a siacutentese das proteiacutenas corporais individuais
(estruturais ou de atividade bioloacutegica com enzimas e hormocircnios) ou sofrem reaccedilotildees
especiacuteficas para cada aminoaacutecido
Ateacute recentemente acreditava-se que as proteiacutenas em contraste com os carboidratos e lipiacutedios
fossem inertes metabolicamente Assim uma vez sintetizada a moleacutecula proteacuteica
permaneceria intacta ateacute a morte da planta ou animal quando entatildeo se iniciava a sua
degradaccedilatildeo Este conceito prevaleceu pois era observado que os teores de lipiacutedios (e
carboidratos) num organismo animal variavam dependendo da condiccedilatildeo nutritiva Assim eacute que
os depoacutesitos de gordura podem ser aumentados quando da ingestatildeo de uma dieta rica em
calorias Igualmente ocorre o consumo dos depoacutesitos de gordura em condiccedilotildees de deficiecircncia
caloacuterica Em contraste as proteiacutenas corporais natildeo satildeo utilizadas para a produccedilatildeo de energia
ateacute que outras reservas (carboidratos e lipiacutedios) tenham sido esgotadas em condiccedilotildees de fome
extrema
Entretanto os Schoenheimen alimentando ratos adultos (que estavam em equiliacutebrio
nitrogenado nulo) com aminoaacutecidos marcados com isoacutetopo 15
N demonstraram que o aacutetomo de
N passou a integrar moleacuteculas de outros aminoaacutecidos (mediante reaccedilotildees de transaminaccedilatildeo) e
igualmente foram encontrados integrando moleacuteculas proteacuteicas no fiacutegado (siacutentese de proteiacutenas)
Ficou estabelecendo entatildeo que em animais adultos onde natildeo haacute mais crescimento ocorre
siacutentese de proteiacutena com relativa velocidade a qual eacute contrabalanceada por uma degradaccedilatildeo
proteacuteica de mesma intensidade de modo que o teor global de proteiacutena corpoacuterea permanece
constate
121
Assim cada moleacutecula proteacuteica difere quanto aacute intensidade de reciclagem (turnover) a
hemoglobina possui uma meia vida de 30dias enquanto esses valores seriam de 180 e 1000
dias para a miosina e colaacutegeno respectivamente Para um humano adulto calcula-se que 12 g
de proteiacutena por dia sofram degradaccedilatildeo e siacutentese por cada quilograma de peso vivo Dessa
degradaccedilatildeo proteacuteica um quarto dos aminoaacutecidos resultantes seriam oxidados de modo que os
mesmos devem ser restituiacutedos pela proteiacutena da dieta Desde que cerca de metade dos
aminoaacutecidos oxidados satildeo ldquoindispensaacuteveisrdquo facilmente se compreende a necessidade desses
aminoaacutecidos essenciais estarem contidos na dieta e nas quantidades adequadas
Quando haacute ingestatildeo de proteiacutena ou que a dieta ou reaccedilatildeo seja deficiente em aminoaacutecidos
essenciais ou ainda na maioria dos casos patoloacutegicos o organismo degrada suas proacuteprias
proteiacutenas para conseguir os aminoaacutecidos essenciais aacute siacutentese de outras proteiacutenas necessaacuterias no
momento Ocorre entatildeo uma alteraccedilatildeo no balanccedilo nitrogenado que passa a ser negativo
O balanccedilo nitrogenado eacute a diferenccedila entre o N ingerido por dia (dos alimentos) e o excretado
(pelas fezes e urina) Um individuo ou organismo em fase de crescimento apresenta um
balanccedilo nitrogenado positivo isto eacute a quantidade de N ingerida eacute maior que a excretada Os
indiviacuteduos adultos apresentam balanccedilo (ou equiliacutebrio) nitrogenado nulo visto que os
organismos animais natildeo mais acumulam compostos nitrogenados depois de cessado o
crescimento Ao contrario do que ocorre com os carboidratos e lipiacutedios as proteiacutenas natildeo
podem ser armazenadas Daiacute uma maior excreccedilatildeo de N devido a uma dieta rica em proteiacutenas
O zootecnista ou nutricionista deve pois levar em consideraccedilatildeo no balanceamento de reaccedilotildees
ou dietas que os carboidratos e lipiacutedios devem satisfazer as exigecircncias energeacuteticas enquanto
que as proteiacutenas (a mais cara das trecircs classes de alimentos) devem constituir fonte de
aminoaacutecidos para a siacutentese das proteiacutenas do organismo
2 ESSENCIALIDADE DE AMINOACIDOS PARA OS RUMINANTES
A medida que os organismos evoluem perdem a habilidade de siacutentese de alguns compostos
que lhes satildeo essenciais os quais devem ser encontrados em sua alimentaccedilatildeo Assim enquanto
as plantas sintetizam todos os aminoaacutecidos presentes em suas proteiacutenas os organismos
animais em maior ou menor escala necessitam de alguns previamente elaborados
(heterotrofismo) A microflora (bacteacuterias) existentes no rumem dos ruminantes possui a
habilidade de sintetizar todos os aminoaacutecidos a partir de carboidratos e compostos
nitrogenados simples Tais aminoaacutecidos iratildeo integrar as proteiacutenas nas microbianas as quais
apoacutes a morte das bacteacuterias constituiratildeo alimentos para os ruminantes Nisto se fundamenta a
zootecnista ao alimentar bovinos com melaccedilo e ureacuteia (ou outros compostos nitrogenados
como esterco de galinha etc) Os vegetais e aiacute tambeacutem as bacteacuterias do rumem possuem a
enzima ureacutease que hidrolisa a ureacuteia em NH3 e CO2
CO(NH2)2 + H2O CO2 + 2NH3
A amocircnia (NH3) eacute assimilada pelas bacteacuterias formando aminoaacutecidos cujo esqueleto
carbocircnico eacute orindo do accediluacutecar do melaccedilo Tais aminoaacutecidos inclusive os essenciais ao bovino
iratildeo integrar a proteiacutena microbiana
122
3 REACcedilOtildeES ESPECIacuteFICAS PARA ALGUNS AMINOAacuteCIDOS
31 Desanimaccedilatildeo reaccedilatildeo em que um aminoaacutecido perde o grupamento amino (-NH2) na
forma de amocircnia (NH3) se transformando em no -cetoacuteaacutecido correspondente
A desidrogenase glutacircmica eacute uma enzima de ocorrecircncia universal encontrada em organismos
animais e vegetais A reaccedilatildeo eacute reversiacutevel de modo que pode operar no sentido de siacutentese ou de
degradaccedilatildeo do aacutecido glutacircmico conforme a conveniecircncia
32 Transaminaccedilatildeo reaccedilatildeo em que ocorre a transferecircncia do grupamento amino (geralmente
do aacutecido glutacircmico) para um ceto aacutecido (oxaloaceacutetico ou piruacutevico) formando outros
aminoaacutecidos Duas enzimas se destacam transaminase glutacircmico-oxaloaceacutetico (TGO) e
transaminase glutacircmico-piruacutevica (TGP) ambas exigindo piridoxina (vitamina B6) como
cofator
33 Descarboxilaccedilatildeo - o aminoaacutecido perde a carboxila na forma de CO2 se transformando
em uma amina geralmente exibindo efeitos fisioloacutegicos
A descarboxilase de histidina leva aacute produccedilatildeo de histamina amina esta que estimula a
secreccedilatildeo gaacutestrica e estaacute presente em todos os processos aleacutergico
O gama-aminobutiacuterico eacute formado no sistema nervoso sendo aiacute um componente essencial do
metabolismo dos neurocircnios A DOPAMINA eacute precursora da adrenalina que tem atividade
vasoconstritora As aminas putrescina e cadaverina satildeo formadas especialmente pela
decomposiccedilatildeo bacteriana dos materiais proteacuteicos (putrefaccedilatildeo) Putrescina se acumula
particularmente em plantas deficientes em potaacutessio alcanccedilando niacuteveis toacutexicos causando os
sintomas especiacuteficos que caracterizam a deficiecircncia mineral em questatildeo
123
4 REACcedilOtildeES DEGRADATIVAS DOS AMINOAacuteCIDOS
Cada um dos 20 aminoaacutecidos proteacuteicos sofrem diferentes reaccedilotildees originando como produtos
dependendo do esqueleto carbocircnico dos mesmos apenas acetil-CoA aacutecidos piruacutevico
oxaloaceacutetico ou alfa-cetoglutaacuterico
Os aminoaacutecidos que originam aacutecido piruacutevico oxaloaceacutetico ou alfa-cetoglutaacuterico satildeo chamados
de ldquoglicogecircnicosrdquo Aqueles que datildeo formaccedilatildeo a acetoacetil-CoA satildeo os ldquocetogecircnicosrdquo
124
INTEGRACcedilAtildeO DO METABOLISMO DOS CARBOIDRATOS
LIPIacuteDIOS E PROTEIacuteNAS
1 FASES DA PRODUCcedilAtildeO DE ENERGIA
Carboidratos lipiacutedios e proteiacutenas satildeo as 3 principais fontes de energia para a maioria dos
organismos vivos Krebs e Kormberg deram ecircnfase ao fato que apesar de muitos serem os
compostos que servem como alimentos o nuacutemero de reaccedilotildees pelas quais deles se obtem
energia eacute relativamente pequeno independente do organismo planta ou animal A natureza eacute
por conseguinte bastante econocircmica nos processos por ela desenvolvido para degradar esses
compostos que podem ser enquadrados em 3 fases principais
a Fase 1 Eacute a ldquodigestatildeo dos alimentosrdquo de natureza hidroliacutetica Assim os
polissacariacutedios satildeo hidrolizados em monossacariacutedios usulmente hexoses os
trigliceriacutedios que constituem a quase totalidade da fraccedilatildeo lipiacutedica de uma dieta
satildeo hidrolizados em glicerol e aacutecido graxos e as proteiacutenas degradadas nos
aminoaacutecidos constituintes A energia contida nessas ligaccedilotildees (glicosiacutedicas dos
oligo e polissacariacutedios eacutesteres dos trigliceriacutedios e peptiacutedicas das proteiacutenas) eacute
liberada na forma de calor aumentando a temperatura do meio (que eacute
observada durante a digestatildeo e mesmo em sementes durante a germinaccedilatildeo)
b Fase 2 Os monossacariacutedios glicerol aacutecidos graxos e aminoaacutecidos satildeo
posteriormente degradadas a 3 substacircncias apenas por processos que podem
resultar na formaccedilatildeo de algumas ligaccedilotildees fosfatadas ricas em energia (ATP) O
glicerol apoacutes ser convertido em piruvato pela sequumlecircncia glicoliacutetica daraacute origem
a acetil-CoA O mesmo ocorre com os carboidratos Os aacutecidos graxos pela
beta-oxidaccedilatildeo se transformam em acetil-CoA Os 20 aminoaacutecidos integrantes
das proteiacutenas dependendo do seu esqueleto carbocircnico podem dar formaccedilatildeo aacute
acetil-CoA aacutecido-cetoglutaacuterico e aacutecido oxaloaceacutetico
c Fase 3 Os 3 compostos chaves formados anteriormante (acetil-CoA aacutecido
alfa-cetoglutaacuterico e aacutecido oxaloaceacutetico) seratildeo oxidados pelo Ciclo de Krebs
mediante a reduccedilatildeo de apenas 2 tipos de coenzimas (DPNH + H+ e FADH2)
que o serem reoxidadas na Cadeia Respiratoacuterias aacutes custas do oxigecircnio
molecular propiciam a ldquofosforilaccedilatildeo oxidativardquo
125
2 CONVERSAtildeO DE CARBOIDRATOS LIPIacuteDIOS E PROTEIacuteNAS ENTRE SI
21Transformaccedilatildeo de carboidratos em lipiacutedios Pela formaccedilatildeo primeira dos aminoaacutecidos
(natildeo essenciais ao organismo em questatildeo)Mediante as reaccedilotildees de desaminaccedilatildeo e
transaminaccedilatildeo o NH3 pode ser incorporado em esqueletos carbocircnicos formando aacutecido
glutacircmico aspaacutertico alanina etc desde que haja os cetoaacutecidos disponiacuteveis muitas enzimas
podem formar cetoaacutecidos dicarboxiacutelicos a partir de intermediaacuterios da glicoacutelise
23 Transformaccedilatildeo de proteiacutenas em carboidratos ou lipiacutedios - Estima-se que mais da
metade dos aminoaacutecidos existentes nas proteiacutenas animais podem se transformar em
carboidratos (glicose) Isto eacute de suma importacircncia para o metabolismo animal pois que 50
de suas proteiacutenas satildeo potencialmente capazes de se transformar em accediluacutecar Para tal os
aminoaacutecidos ldquoglicogecircnicosrdquo se transformar em aacutecido piruacutevico oxaloaceacutetico ou alfa-
cetoglutaacuterico produtos esses que se transformar em aacutecido fosfoenolpiruacutevico (PEP) e mediante
o reverso da glicoacutelise iratildeo formar accediluacutecar (processo esse denominado gluconeogecircnese) A
gluconeogecircnese eacute a formaccedilatildeo de glicose a partir de substacircncias natildeo gluciacutedicas
Os aminoaacutecidos que ao serem degradados levam aacute produccedilatildeo de acetoacetil-CoA satildeo
chamados de ldquocetogecircnicosrdquo pois satildeo responsaacuteveis pelo aparecimento dos ldquocorpos cetocircnicosrdquo
(acetoacetato hidroxibutiratoe acetona)
Um animal quando submeto a um regime de fome e apoacutes esgotar suas reservas de
carboidratos (glicose do sangue e gligecircnio muscular e hepaacutetico) e de lipiacutedios (depoacutesito
subscutacircneos de gordura) passa a se utilizar de suas proteiacutenas corporais Neste processo o
organismo utiliza primeiramente as proteiacutenas de menor importacircncia fisioloacutegica de inicio as
proteiacutenas do sangue (albuminas e globulinas) depois as do tecido muscular do tecido oacutesseo e
finalmente as do tecido nervoso Neste estaacutegio o organismo natildeo tem mais recuperaccedilatildeo
24 Transformaccedilatildeo de lipiacutedios em carboidratos - Tal transformaccedilatildeo somente eacute possiacutevel em
plantas fungos e bacteacuterias organismos esses que possuem o ldquoCiclo do Glioxilatordquo em funccedilatildeo
de possuiacuterem duas enzimas especiais siacutentese maacutelica e isocitrase
Tais enzimas satildeo particularmente ativas durante a germinaccedilatildeo de sementes ricas em oacuteleos
Natildeo satildeo encontradas no tecido animal Daiacute a impossibilidade dos organismos animais
transformarem gordura em carboidrato uma vez que a oxidase piruacutevica catalisa
irreverssivelmente a transformaccedilatildeo de piruvato em acetil-CoA
126
EXCRECcedilAtildeO DO NITROGEcircNIO
1 CONSIDERECcedilAtildeO GERAIS
Do metabolismo degradativo dos compostos nitrogenados especialmente dos aminoaacutecidos
resulta a amocircnia (NH3) Devido a natureza dinacircmica dos processos metaboacutelicos parte da
amocircnia eacute reutilizada pela ceacutelula mediante o processo da assimilaccedilatildeo da amocircnia enquanto o
restante deve ser eliminada por excreccedilatildeo
Sabe-se que os animai excretam o nitrogecircnio em uma das trecircs seguintes formas nitrogenadas
de excreccedilatildeo amocircnia ureacuteia e aacutecido uacuterico Destas formas a amocircnia eacute a mais toacutexicas e altamente
soluacutevel em aacutegua a ureacuteia eacute bem menos toacutexicas mas igualmente soluacutevel ao passo que o aacutecido
uacuterico eacute bastante insoluacutevel e natildeo toacutexico
Um dos capiacutetulos mais interessantes da bioquiacutemica comparada vem a ser aquele referente aacute
excreccedilatildeo do nitrogecircnio Existe evidecircncias suficientes de que a forma nitrogenada excretada
por um organismo eacute geralmente determinada pela disponibilidade de aacutegua para esse
organismo
Assim os animais aquaacuteticos que vivem circundados pela aacutegua podem excretar a amocircnia a
qual a despeito de ser toacutexica natildeo acarreta nenhum inconveniente devido aacute diluiccedilatildeo
instantacircnea no meio ambiente Jaacute os animais terrestres que possuem um suprimento limitado
de aacutegua natildeo podem acumular a amocircnia excretando pois o nitrogecircnio na forma de ureacuteia ou
aacutecido uacuterico
A escolha entre ureacuteia ou aacutecido eacute estabelecida pelas condiccedilotildees do desenvolvimento
embrionaacuterio Assim os mamiacuteferos nos quais o feto se desenvolve em contato iacutentimo com o
corpo materno atraveacutes do sistema circulatoacuterio sintetizam ureacuteia a qual sendo soluacutevel pode ser
removida do embriatildeo e excretada pela matildee Jaacute os embriotildees de paacutessaros e rapteis que se
desenvolvem no interior de um sistema fechado o ovo com um conteuacutedo de aacutegua bastante
limitado natildeo podem utilizar a ureacuteia como forma de excreccedilatildeo devido aacute sua solubilidade e
toxidez Tais organismos optaram entatildeo pelo aacutecido uacuterico o qual sendo insoluacutevel depositar-se-
ia na forma de um soacutelido na parte interna da casca Essas caracteriacutesticas de excreccedilatildeo
nitrogenada tatildeo importante para o desenvolvimento do embriotildees seriam entatildeo mantidas no
organismo adulto
2 EXCRECcedilAtildeO DA AMOcircNIA (NH3)
Nos animais amonioteacutelicos ou seja aqueles que excretam predominantes a amocircnia (como a
maior parte dos vertebrados aquaacuteticos especialmente os peixes oacutesseos e as larvas de anfiacutebios)
o catabolismo dos aminoaacutecidos se inicia com uma transaminaccedilatildeo envolvendo -cetoglutarato
formando-se glutamato Glutamato igualmente pode ser formado pela desidrogenase glutacircmica
utilizando-se de amocircnia livre (NH3) Entretanto devido aacute carga negativa do glutamato no pH
fisioloacutegico (apresenta as carboxilas desprotonizadas) o mesmo natildeo atravessa as membranas
lipoproteacuteicas Para contornar tal problema o glutamato se combina enzimaticamente com mais
amocircnai pela accedilatildeo da glutamina sintetase formando glutamina uma moleacutecula neutra natildeo
toacutexica capaz de se translocar transportando o N na forma amiacutedica para o fiacutegado (no caso da
maioria dos animais terrestres) ou para as guelras das formas aquaacuteticas
127
Nas guelras a glutamina perde o nitrogecircnio amiacutedico pela accedilatildeo da glutaminase aiacute presente
liberando o nitrogecircnio na forma de amocircnia (NH3) que eacute excretada no meio exterior
3 EXCRECcedilAtildeO DA UREacuteIA
A ureacuteia eacute a principal forma nitrogenada de excreccedilatildeo dos ureoteacutelicos que compreende as maior
parte dos vertebrados terrestres
A formaccedilatildeo da ureacuteia foi estudada por KREBS e HENSELEIT utilizando-se de fatias de fiacutegado
de rato Tal tecido tinha habilidade de sintetizar ureacuteia a partir de CO2 e NH3 em um processo
endergocircnico ou seja exigente em energia (ATP)
Tais pesquisadores demonstravam que quantidades cataliacuteticas de arginina citrulina e ornitina
propiciavam a formaccedilatildeo de uma quantidade apreciaacutevel de ureacuteia Foi proposto entatildeo um ciclo
de reaccedilotildees que tinha por finalidade promover a desintoxicaccedilatildeo da amocircnia o qual eacute
mencionado com ciclo da ureacuteia ciclo da ornitina-ureia ou ciclo de Krebs-Henseleit
Tal ciclo opera em animais e em plantas Entretanto em plantas devido aacute presenccedila da ureacutease a
siacutentese da ureacuteia natildeo teria propoacutesito e a funccedilatildeo do ciclo seria unicamente de propiciar a siacutentese
de arginina
O previleacutegio de se excretar o nitrogecircnio na forma de ureacuteia tem um preccedilo energeacutetico 4
moleacuteculas de ATP satildeo grandes por moleacuteculas de ureacuteia formada computando-se apenas as
reaccedilotildees do ciclo propriamente dito
4 FORMACcedilAtildeO DO AacuteCIDO UacuteRICO
Os animais uricoteacutelicos paacutessaros e reacutepteis excretam o nitrogecircnio mormente na forma
insoluacutevel de aacutecido uacuterico Composto com 33 de nitrogecircnio
Entretanto o aacutecido uacuterico tambeacutem eacute o principal sub-produto da degradaccedilatildeo das purinas (adenina
e guanina) nos primatas paacutessaros e reacutepteis
128
Haacute um consideraacutevel gasto de energia para a fabricaccedilatildeo do aacutecido uacuterico que eacute realizada aacutes
custas de pequenas moleacuteculas Inicialmente o nitrogecircnio de alguns aminoaacutecidos juntamente
com o carbono de outras moleacuteculas doadoras satildeo empregados para se confeccionar as bases
adenina e guanina as quais em seguida satildeo transformadas em aacutecido uacuterico
129
FOTOSSIacuteNTESE
1 INTRODUCcedilAtildeO
A fotossiacutentese eacute um importante processo bioloacutegico que ocorre na biosfera e dele dependem
todas as formas viventes O sol fornece energia para todos os processos bioloacutegicos em nosso
planetaAleacutem de ser o responsaacutevel pelo movimento de ar e aacutegua na superfiacutecie terrestre a vida
se originou na terra de modo a depender exclusivamente de seu contiacutenuo fornecimento de
energia Os organismos pigmentados e com especial referecircncia as plantas verdes utilizam a
energia radiante e a armazena na forma de ligaccedilotildees quiacutemicas Este fenocircmeno eacute chamado de
fotossiacutentese cuja equaccedilatildeo geral eacute
2 CLOROPLASTOS E PIGMENTOS
O centro Bioloacutegicos da fotossiacutentese eacute uma organela inclusa no citoplasma celular denominada
de cloroplasto Dentro do cloroplasto estatildeo os compostos responsaacuteveis pela absorccedilatildeo da
energia radiante e a posterior transformaccedilatildeo em energia quiacutemica Os compostos que recebem
essas radiaccedilotildees satildeo as clorofilas a e b carotenoacuteides e ficobilinas A posterior reduccedilatildeo o CO2 ao
niacutevel de carboidratos eacute efetuada por um equipamento enzimaacutetico aiacute presente Esses pigmentos
ocorrem na forma de lipoproteiacutenas dentro dos cloroplastos Os cloroplastos se apresentam de
forma elipsoidal com 3-5 de comprimento por 2 de espessura cujo nuacutemero varia nas algas
A estrutura dos cloroplastos revelada pela microscopia eletrocircnica se mostrou altamente
organizada uma membrana dupla isola a organela do citoplasma Inclusa numa matriz
denominada de estroma estatildeo corpos em forma de disco (tilacoacuteides) dispostos em camadas e
que se chama de grana O tilacoacuteide eacute a unidade fotossinteacutetica formada de camadas alternadas
de proteiacutenas (enzimas) e lipiacutedios (pigmentos e fosfolipiacutedios)
Pesquisa-se constantemente os passos bioquiacutemicos da fotossiacutentese e ainda pouco se sabe o
fenocircmeno da conversatildeo quacircntica ou seja como a energia luminosa eacute transformada em energia
quiacutemica
As clorofilas ldquoardquo e ldquobrdquo logo se apresentaram como sendo pigmentos muito relacionados com a
fotossiacutentese quando se estudou os seus espectros de absorccedilatildeo e a eficiecircncia fotossinteacutetica para
os diversos comprimentos de onda
130
O fato existir fotossinteacutetica em comprimento de onda que natildeo satildeo absorvidos pelas clorofilas
(500 a 600nm) levou-se a acreditar que outros pigmentos (carotenoacuteides e ficobilinas)
absorvessem essa luz e transferissem a energia para a moleacutecula de clorofila Salienta-se ainda
o fato de que os carotenoacuteides evitam a fotoxidaccedilatildeo da clorofila Os carotenoacuteides apresentam
pico de absorccedilatildeo em 430nm enquanto a ficobilina azul os apresentam em 560e 570nm e
660nm A ficobilina vermelha exibe picos de absorccedilatildeo em 500 e 570nm
3 UTILIZACcedilAtildeO DA AacuteGUA NA FOTOSSIacuteNTESE
Segundo a reaccedilatildeo anterior a aacutegua eacute o agente que eacute oxidado a O2 O estudo com
microorganismo fotossintetizadores (bacteacuterias) fornecem dados para se poder especular a
respeito do papel da aacutegua na fotossiacutentese
Em sulfobacteacuteias a reaccedilatildeo pode ser assim representada
Van Niel observou a analogia dessa reaccedilatildeo com aquela das plantas verdes e escreveu uma
equaccedilatildeo geral da fotossiacutentese
No caso especiacutefico das plantas verdes notamos que haacute necessidade da cisatildeo da moleacutecula de
H2O como primeiro passo para a reduccedilatildeo do CO2 havendo pois evoluccedilatildeo de O2 e que
segundo Van Niel este seria provenientes da aacutegua Tal afirmativa foi comprovada com o uso
de H2O18
e a reaccedilatildeo correta seria
No processo da fotossiacutentese a aacutegua seria sintetizada e consumida
4 REACcedilAtildeO DE HILL
Em 1937 Hill na Inglaterra estudou as reaccedilotildees da fotossiacutentese trabalhando com cloroplastos
isolados de espinafre acreditando conseguir melhores resultados Natildeo conseguiu o seu intento
em promover a reduccedilatildeo do CO2 ao niacutevel de carboidratos mas conseguiu promover a fotoacutelise
da H2O na presenccedila de outro agente oxidante o ferrioxalato de K
Observou-se ainda que a evoluccedilatildeo de O2 se processava segundo uma estequiometria em
relaccedilatildeo ao agente oxidante adicionado
131
Posteriormente foram identificados substitutos do ferrioxalato benzoquinona 26-
diclorofenolindofenol etc Essas reaccedilotildees foram muito criticadas na eacutepoca pelo fato de tais
compostos natildeo serem de ocorrecircncia natural na ceacutelula natildeo tendo importacircncia fisioloacutegica ou
bioquiacutemica
Mas em 1952 nos EUA foi observado que TPN+ (NADP+) podia ser facilmente reduzido na
presenccedila de luz e cloroplastos de espinafre Tal fato se revestiu de particular interesse pois que
jaacute era conhecida a capacidade do TPNH em promover a reduccedilatildeo de uma seacuterie de substrato
orgacircnico
Um dos enigmas da fotossiacutentese havia sido descoberto a fotoreduccedilatildeo do TPN+
Faltava apenas o que em 1954 na Califoacuternia foi conseguido por ARNON a reduccedilatildeo do CO2 a
carboidrato pela accedilatildeo da luz com cloroplastos intactos sem exigir outros componentes
celulares O CO2 foi reduzido enquanto houve oxidaccedilatildeo da aacutegua
Neste trabalho ARNON demonstrou uma segunda funccedilatildeo do cloroplastos produzir ATP a
partir de ADP + Pi com auxilio da luz
O processo foi chamado de fotofosforilaccedilatildeo
Ainda mais iluminado-se cloroplastos em presenccedila de ADP Pi e TPN+ e na ausecircncia de CO2
acumulavam-se ATP e NADPH Esse material quando em presenccedila de CO2 promovia a
reduccedilatildeo do mesmo ao niacutevel de carboidrato mesmo na obscuridade Separam-se entatildeo duas
reaccedilotildees ldquoreaccedilatildeo luminosardquo e ldquoreaccedilatildeo no escurordquo
5 CICLO DE CALVIN
O ciclo de reduccedilatildeo do CO2 foi estabelecido por Calvin e seus colaboradores quando buscavam
as respostas para as seguintes perguntas qual o primeiro composto orgacircnico formado pela
fixaccedilatildeo ou reduccedilatildeo do CO2 durante a fotossiacutentese Como seria bioquimicamente essa
fixaccedilatildeo Calvin utilizou o 14
CO2 algas chlorella e teacutecnicas cromatograacuteficas para identificar o
primeiro composto formado na fotossiacutentese A consideraccedilatildeo baacutesica era que
Apoacutes exposiccedilatildeo ao 14CO2 durante 30 segundos apareceram marcados diversos aminoaacutecidos
aacutecidos orgacircnicos e accedilucares
Depois de 7 segundos de exposiccedilatildeo 12 compostos radioativos entre eles hexose trioses e
tetroses
132
Depois de 5 segundos o aacutecido 3-fosfogliceacuterico retinha a maior atividade especifica e a
radioatividade estava no carbono da carboxila
Acredita-se de iniacutecio que o composto que recebia o CO2 seria uma moleacutecula com 2 aacutetomos de
carbono mas a busca foi infrutiacutefera Segundo uma teacutecnica de interrupccedilatildeo brusca no
fornecimento de CO2 observou-se o acuacutemulo de Ribulose ndash15-difosfato o aceptor de CO2
Posteriormente a enzima carboxidismutase foi identificada Ao mesmo tempo os estudos dos
compostos radioativos suas atividades especiacuteficas e a posiccedilatildeo do 14
C na moleacutecula permitiram
a calvin estabelecer o caminho do carbono na fotossiacutentese
6 VIA C-4 DOS AacuteCIDOS DICARBOXIacuteLICOS
Jaacute era conhecido haacute mais de quinze anos que algumas gramiacuteneas tropicais e outras espeacutecies
de plantas adaptas ao clima aacuterido se distinguiam pela alta taxa de fotossiacutentese baixa perda de
CO2 na luz (fotorrespiraccedilatildeo) anatomia foliar caracteriacutestica e baixo consumo de aacutegua por
unidade de mateacuteria seca produzida Todas estas caracteriacutesticas identificadas isolada e
independentemente tecircm conexatildeo como processo de fixaccedilatildeo do CO2 que ocorre em vaacuterios
grupos de plantas que realizam a fotossiacutentese atraveacutes do ciclo ldquoC-4rdquo Esta fixaccedilatildeo do CO2
diferente daquela proposta pelo ciclo de calvin jaacute tinha sido identificada em milho e canandashde-
accediluacutecar atraveacutes de experimentos com14
CO2 e subsequumlente identificaccedilatildeo dos produtos
radioativos formados Os resultados mostravam que um composto com 4 aacutetomos de carbono
aparecia como primeira substacircncia marcada diferente do 3-PGA como as plantas ldquoC-3rdquo
Folhas de cana-de-accediluacutecar apoacutes 1 segundo de exposiccedilatildeo ao 14
CO2 apresentavam 80 da
radioatividade nos aacutecidos oxaloaceacutetico maacutelico aspaacutertico O mesmo era observado com milho
sorgo e outras plantas com elevada capacidade fotossinteacutetica ou de produccedilatildeo de massa verde
Em tais plantas observa-se um alto valor de Km para o CO2 frente aacute carboxi-dismutase
(Ribulose-15-difosfato carboxilase)
Foram Kortschak e colaboradores em 1965 que mostravam de maneira convincente que o
primeiro composto acumulado durante a fotossiacutentese de cana-de-accediluacutecar era o malato Hatch e
Slack durante 1966 a 1970 completaram os estudos e estabeleceram as bases para o
conhecimento do ciclo ldquoC-4rdquo embora muitas adiccedilotildees tenham sido feitas mais recentemente
133
Uma caracteriacutestica anatocircmica associada ao processo de fixaccedilatildeo do CO2 pelas folhas das
plantas ldquoC-4rdquo refere-se agrave presenccedila de um anel de ceacutelulas que circundam os feixes vasculares a
bainha vascular
A assimilaccedilatildeo do CO2 da atmosfera ocorre nas ceacutelulas do mesoacutefilo sendo incorporado na
moleacutecula do aacutecido fosfoenolpiruacutevico (PEP) produzindo aacutecido oxaloaceacutetico (AOA) e em
seguida malato ou aspartato dependendo do tipo de planta considerada O malato ou aspartato
eacute transportado para a bainha vascular onde eacute descarboxilado sendo o CO2 produzindo na
reaccedilatildeo imediatamente fixado atraveacutes do ciclo de calvin
As reaccedilotildees iniciais da fixaccedilatildeo do CO2 satildeo as seguintes
7 METABOLISMO AacuteCIDO DAS CRASSULAacuteCEAS (CAM)
Vaacuterias espeacutecies de plantas que habitam em ambientes aacuteridos e quentes apresentam um sistema
de fixaccedilatildeo do CO2 especializado destinado principalmente a manter um balanccedilo positivo de
carbono nos tecidos ao mesmo tempo que desenvolvem um eficiente mecanismo de economia
de aacutegua Estas espeacutecies satildeo geralmente suculentas e englobam os membros da famiacutelia das
crassulaacuteceas Entretanto vaacuterios outros grupos de plantas exibem comportamento fisioloacutegico
semelhante ao das crassulaacuteceas (cactos abacaxi orquiacutedeas) caracterizado por uma produccedilatildeo
ciacuteclica diaacuteria de aacutecidos orgacircnicos daiacute a denominaccedilatildeo de metabolismo aacutecido das crassulaacuteceas
(CAM) As plantas que assimilam o gaacutes carbocircnico atraveacutes do sistema CAM devido aacutes
restriccedilotildees na disponibilidade de aacutegua e grande pressatildeo ambiental que resulta em elevada
transpiraccedilatildeo fecham os estocircmatos durante o dia a fim de manter a hidrataccedilatildeo dos tecidos Aacute
noite os estocircmatos se abrem e permitem a entrada do CO2 que eacute assimilado atraveacutes da reaccedilatildeo
catalisada pela enzima PEP-carboxilase
134
O oxaloacetato produzido eacute transformaccedilatildeo em malato pela NADH-malato desidrogenase e se
acumula No periacuteodo seguinte de iluminaccedilatildeo o malato eacute descarboxilado na reaccedilatildeo catalisada
pela enzima do aacutecido maacutelico-NADP (em algumas espeacutecies pela PEP-carboxiquinase) sendo
que o piruvato formado reage com ATP e regenera o PEP na reaccedilatildeo da piruvato-diquinase O
CO2 liberado no processo eacute captado pela RuDP-carboxilase e pela operaccedilatildeo do ciclo de
calvin resulta na produccedilatildeo de amido Estas reaccedilotildees que ocorrem durante o dia satildeo restritas
aos cloroplastos enquanto o sistema que opera durante a noite ocorre no citoplasma O amido
que se acumula durante o dia eacute degradado na noite seguinte formando hexose-fosfato que satildeo
oxidadas nas reaccedilotildees glicoliacuteticas que resultam em aacutecido fosfoenolpiruacutevato (PEP)
O caraacuteter adaptativo da plantas CAM eacute altamente evoluiacutedo e permite sua sobrevivecircncia em
condiccedilotildees extremas de ambiente O fechamento dos estocircmatos durante o dia resulta em um
aumento da temperatura das folhas que pode atingir ateacute 50C Entretanto a temperatura
oacutetima para a atividade da enzima de descarboxilaccedilatildeo (enzima do aacutecido maacutelico) e tambeacutem
bastante alta permitindo que a liberaccedilatildeo interna do CO2 ocorra normalmente Em condiccedilotildees
climaacuteticas mais amenas com boa disponibilidade de aacutegua as plantas CAM comportam-se de
maneira semelhante aacutes espeacutecies de fotossiacutentese ldquoC-3rdquo e o CO2 eacute fixado durante o dia pelo
ciclo de calvin
8 FOTORRESPIRACcedilAtildeO
Umas das caracteriacutesticas fisioloacutegicas mais importantes que diferenciam as plantas ldquoC-4rdquo das
ldquoC-3rdquo eacute a ocorrecircncia de perdas de carbono pelas folhas simultaneamente com o processo de
absorccedilatildeo de gaacutes carbocircnico pela fotossiacutentese Este fenocircmeno de liberaccedilatildeo de CO2 na luz
funcional e metabolicamente ligado aacute fotossiacutentese eacute denominado fotorrespiraccedilatildeo O termo
fotorrespiraccedilatildeo inicialmente empregado por Decker no final da deacutecada de 50 significa que os
tecidos fotossintetizantes liberam CO2 com maior intensidade na luz do que na obscuridade
considerando que o processo da respiraccedilatildeo (glicoacutelise ciclo de Krebs e transporte eletrocircnico no
mitococircndrio) ocorre continuamente tanto no periacuteodo iluminado como no escuro
Uma das diferenccedilas baacutesicas entre o fenocircmeno de fotorrespiraccedilatildeo e respiraccedilatildeo refere-se ao
efeito do O2 sobre os dois sistemas A fotorrespiraccedilatildeo eacute aumentada com o aumento da
concentraccedilatildeo de oxigecircnio no meio a partir de 1-2 Em contraste a respiraccedilatildeo satura quando
o O2 atinge aproximadamente 2 e natildeo haacute e nenhum efeito da elevaccedilatildeo do conteuacutedo de
oxigecircnio ateacute aproximadamente 21 Esta influecircncia do oxigecircnio sobre a fotorrespiraccedilatildeo esta
intimamente associada com o efeito do oxigecircnio sobre a fotossiacutentese Jaacute em 1929 Warburg
descreveu uma diminuiccedilatildeo da fotossiacutentese com o aumento da concentraccedilatildeo de O2 Esta
inibiccedilatildeo denominada efeito de Warburg podia ser removida pelo aumento da concentratildeo de
CO2 sugerindo processos competitivos Mas foi com a interpretaccedilatildeo dada por Decker e Tio
(1959) na tentativa de explicar o brusco aumento da liberaccedilatildeo de CO2 que ocorre
imediatamente apoacutes a interrupccedilatildeo da iluminaccedilatildeo que os estudos do mecanismo da
fotorrespiraccedilatildeo foram intensificados Folhas iluminadas em condiccedilotildees de equiliacutebrio no que se
refere aacutes trocas de CO2 com o ambiente (ponto de compensaccedilatildeo de CO2) liberam alta
quantidade de gaacutes carbocircnico nos primeiros minutos que seguem ao iniacutecio do periacuteodo de
escuro Este ldquoaumento poacutes-iluminaccedilatildeordquo da liberaccedilatildeo de CO2 parecia significar que algum
composto sintetizado na luz se armazenaria e sua utilizaccedilatildeo continuaria a ocorrer no escuro
enquanto houvesse disponibilidade de substrato para o processo
135
A associaccedilatildeo entre fotossiacutentese e a fotorrespiraccedilatildeo foi definitivamente esclarecida com a
descriccedilatildeo do processo de oxidaccedilatildeo da ribulose difosfato atraveacutes da enzima RuDP-
carboxilaseoxigenase Em condiccedilotildees normais (003 CO2 21 O2) a enzima apresenta duas
atividades carboxilase e oxigenase A relaccedilatildeo entre as duas atividades eacute de aproximadamente
7030 dependendo da idade da folha condiccedilotildees climaacuteticas espeacutecies de planta etc Desta
competiccedilatildeo decorre uma diminuiccedilatildeo da assimilaccedilatildeo liacutequida do CO2 o que normalmente
resulta em um decreacutescimo da produtividade da planta
O processo de fotorrespiraccedilatildeo se inicia com a produccedilatildeo do aacutecido glicoacutelico a partir da queda da
moleacutecula de RuDP pela accedilatildeo do O2 sobre a enzima RuDP-carboxilase
O aacutecido fosfoglicoacutelico eacute transformado em aacutecido glicoacutelico atraveacutes da reaccedilatildeo catalisada pela
fosfatase e se configura com o principal substrato para a fotorrespiraccedilatildeo O metabolismo do
aacutecido glicoacutelico se daacute nos peroxissomos que satildeo organelas celulares presentes em todas as
ceacutelulas verdes em geral localizados proacuteximos dos cloroplastos frequumlentemente com os
envelopes externos justapostos a estes
Nos peroxissomos o aacutecido glicoacutelico eacute oxidado a aacutecido glioxiacutelico e em seguida eacute produzida a
glicina
A glicina formada no peroxissomo eacute transferida para o mitococircndrio onde se acumula e produz
serina Neste processo a condensaccedilatildeo de duas moleacuteculas de glicina resulta na formaccedilatildeo de
serina com a liberaccedilatildeo de CO2
O gaacutes carbocircnico formado eacute transportado para o meio externo constituindo-se em fonte de
perda de carbono pela fotorrespiraccedilatildeo
A serina volta ao peroxissomo eacute transformada em aacutecido hidroxipiruacutevico e em seguida em
aacutecido gliceacuterico
136
Com a transferecircncia do aacutecido gliceacuterico para o cloroplasto ocorre a produccedilatildeo de aacutecido
fosfogliceacuterico que em seguida eacute incorporado no ciclo de calvin
9 FISIOLOGIA COMPARA DAS PLANTAS ldquoC-3rdquo e ldquoC-4rdquo
Interna atividade de pesquisa desenvolvida nos uacuteltimos quinze anos mostrou que a atividade
fotossinteacutetica dos vaacuterios grupos de plantas difere em funccedilatildeo de caracteriacutestica especiacuteficas do
ponto de vista fisioloacutegico anatocircmico e bioquiacutemico
Um dos paracircmetros mais importantes na diferenciaccedilatildeo das plantas ldquoC-4rdquo das ldquoC-3rdquo refere-se aacute
capacidade dos tecidos das espeacutecies ldquoC-4 de concentrarem o CO2 atmosfeacuterico nos siacutetios de
produccedilatildeo de carboidratos ou seja nas ceacutelulas da bainha vascular Sabe-se que ambas as
plantas ldquoC-4rdquo e ldquoC-3rdquo apresentam o processo de fotorrespiraccedilatildeo ativo se bem com
intensidades diferentes mas as primeiras tecircm a capacidade de capturar o CO2 no seu caminho
em direccedilatildeo aacute atmosfera externa pela reaccedilatildeo da PEP-carboxilase que mostra grande afinidade
com o gaacutes carbocircnico (baixo valor do Km) Desta maneira as plantas ldquoC-4rdquo natildeo perdem CO2
para a atmosfera e o sistema de descarboxilaccedilatildeo do malato ou oxaloacetato que ocorre na
bainha vascular quantidade de gaacutes carbocircnico disponiacutevel no sitio da enzima RuDP-carboxilase
que funciona em concentraccedilatildeo de CO2 de 60 M ou mais (Hatch1976) Nestas condiccedilotildees a
RuDP-carboxilase apresenta maacutexima velocidade de reaccedilatildeo pois encontra-se em saturaccedilatildeo de
substrato considerando em Km de 20 microM (Hatch 1976)
A caracteriacutestica anatocircmica das plantas ldquoC-4rdquo representada pela siacutendrome de Kranz propicia
que os produtos da assimilaccedilatildeo do carbono principalmente os carboidratos aminoaacutecidos e
aacutecidos orgacircnicos sejam facilmente transferidos para o sistema vascular (floema) e
translocados para outras partes da planta com menor gasto de energia metaboacutelica
De maneira geral as plantas ldquoC-4rdquo apresentam elevada resistecircncia dos estocircmatos ao fluxo de
CO2 e de vapor d‟aacutegua que ocorre entre a folha e a atmosfera externa Entretanto devido aacute
grande afinidade da enzima PEP-carboxilase com o seu substrato o gaacutes carbocircnico as ceacutelulas
tecircm capacidade de assimilar o CO2
com bastante eficiecircncia ao mesmo tempo que restringem a perda de aacutegua atraveacutes da
transpiraccedilatildeo Assim as plantas ldquoC-4rdquo chegam a apresentar 50 mais eficiecircncia na utilizaccedilatildeo
da aacutegua para a produccedilatildeo de mateacuteria seca do que as plantas ldquoC-3rdquo
Outra importante caracteriacutestica fisioloacutegica que diferencia as plantas ldquoC-3rdquo e ldquoC-4rdquo refere-se aacute
eficiecircncia de utilizaccedilatildeo do nitrogecircnio nos processos de assimilaccedilatildeo Recentemente Black e
colaboradores (1977) demonstraram que as plantas ldquoC-4rdquo em comparaccedilatildeo com as ldquoC-3rdquo
produzem duas vezes mais mateacuteria seca por unidade de nitrogecircnio A localizaccedilatildeo da RuDP-
carboxilase quase que exclusivamente nas ceacutelulas de bainha vascular faz com que as
espeacutecies ldquoC-4rdquo utilizem de 10 a 25 da proteiacutena soluacutevel das folhas para a produccedilatildeo da
enzima enquanto as plantas ldquoC-3rdquo investem de 40 a 50 no mesmo processo Desta maneira
as plantas ldquoC-4rdquo tem a capacidade de sobreviver e produzir satisfatoriamente em solos pobres
em nitrogecircnio Estas plantas no qual os componentes satildeo separados temporal e espacialmente
Assim as enzimas que catalisam as reaccedilotildees de reduccedilatildeo do nitrato nas folhas especificamente
redutase de nitrato redutase de nitrato e glutamato desidrogenase localizam-se nas ceacutelulas do
mesoacutefilo como o sistema de assimilaccedilatildeo do nitrato requer aleacutem de esqueletos de carbono
(Magalhatildees 1978) alta quantidade de energia (ATP) e de compostos redutores (ferredoxina
NADPH) que tambeacutem satildeo necessaacuterios para o processo de assimilaccedilatildeo do CO2 eacute altamente
desejaacutevel que os dois sistemas (fixaccedilatildeo de CO2 e reduccedilatildeo de nitrato) estejam localizados em
137
compartimentos distintos como ocorre nas folhas das plantas ldquoC-4rdquo A competiccedilatildeo que se
estabelece entre os dois processos nas ceacutelulas das plantas ldquoC-3rdquo eacute parcialmente responsaacutevel
pela menor eficiecircncia de utilizaccedilatildeo do nitrogecircnio nestas plantas comparativamente com as
plantas ldquoC-4rdquo
Como decorrecircncia da economia de CO2 que eacute feita pelas espeacutecies ldquoC-4rdquo que natildeo perdem gaacutes
carbocircnico pela fotorrespiraccedilatildeo aquelas plantas apresentam ponto de compensaccedilatildeo ao redor de
5-10 ppm de CO2 enquanto as ldquoC-3rdquo mostram ponto de compensaccedilatildeo de 50 a 150 ppm de
CO2 Em funccedilatildeo das respostas das vaacuterias espeacutecies com relaccedilatildeo aacute concentraccedilatildeo do gaacutes
carbocircnico da atmosfera as plantas ldquoC-4rdquo tecircm maior capacidade de enfrentar a competiccedilatildeo que
se estabelece em comunidades vegetais muito densas nas quais poderaacute ocorrer limitaccedilatildeo de
CO2 para a fotossiacutentese
Estudos iniciais do ciclo ldquoC-4rdquo mostraram que a ocorrecircncia daquele processo prevalecia nas
plantas aclimatadas a ambiente tropical ou seja adaptadas aacute temperatura elevada e alta
intensidade luminosa Investigaccedilotildees mais recentes mostraram que vaacuterias espeacutecies ldquoC-3rdquo como
girassol mandioca e Camissonia que ocorrem em climas quentes e muito iluminados fazem
fotossiacutentese eficientemente em condiccedilotildees de stress (Mooney et al 1976)
Em geral as plantas ldquoC-4rdquo fazem fotossiacutentese tanto mais eficientemente quanto mais elevada
for a intensidade luminosa sem portanto apresentar uma saturaccedilatildeo na assimilaccedilatildeo do CO2
como ocorre nas plantas ldquoC-3rdquo em condiccedilotildees de iluminaccedilatildeo relativamente baixa (13 da
intensidade luminosa maacutexima)
Associada com a resposta aacute iluminaccedilatildeo as plantas ldquoC-4rdquo apresentam temperatura oacutetima para a
fotossiacutentese mais elevada do que as espeacutecies bdquoC-3rdquo Em soja (ldquoC-3rdquo) a fotossiacutentese liacutequida
decresce rapidamente com o aumento da temperatura elevada entre 30 e 40degC natildeo se mostra
inibitoacuteria para a assimilaccedilatildeo do CO2
138
CICLO DO NITROGEcircNIO
1 INTRODUCcedilAtildeO
Sob o aspecto agronocircmico ecoloacutegico e bioloacutegico em geral o CICLO DO NITROGEcircNIO eacute tatildeo
importante quanto o processo fotossinteacutetico Tal Ciclo vem a ser uma relaccedilatildeo de dependecircncia
entre todos os compostos nitrogenados quer orgacircnicos 9como aqueles encontrados na ceacutelula
viva aminoaacutecidos proteiacutenas aacutecidos nucleacuteicos alcaloacuteides vitaminas etc) todos eles
participantes deste fundamental processo que ocorre na biosfera
Na atmosfera se encontra a quase totalidade do nitrogecircnio na forma molecular (N2)
representando 78 das moleacuteculas aiacute existentes constituindo-se num reservatoacuterio praticamente
inesgotaacutevel de nitrogecircnio expotildee um berrante contraste com a carecircncia de proteiacutena para
humanos e animais bem como pela falta de nitrogecircnio em muitos solos cultivados
A quantidade de nitrogecircnio existentes nos solos eacute pequena com predominacircncia da forma
niacutetrica (NO3-) sobre a amoniacal (NH3) Nas rochas sedimentares o iacuteon amocircnio (NH4
+) pode
estar preso aacute rede cristalinas dos minerais silicatados e nas rochas iacutegneas o nitrogecircnio eacute mais
escasso ainda Por essa razatildeo ateacute a primeira metade do seacuteculoXIX acreditava-se que o ar
atmosfeacuterico contivesse amocircnia (NH3) em quantidade suficiente para atender as exigecircncias dos
vegetais De fato Liebig famoso quiacutemico alematildeo convenceu os demais cientistas da eacutepoca
de que a atmosfera era a principal fonte de nitrogecircnio para as plantas visto que plantas
deficientes em nitrogecircnio (cujas folhas se tornam amareladas) se tornavam de coloraccedilatildeo verde
escura saudaacutevel quando expostas em ambiente com pequena quantidade de NH3 na atmosfera
Ensaios cuidadosamente conduzidos tem demonstrados que a atmosfera realmente contribui
com algumas formas nitrogenadas Assim a quantidade de nitrogecircnio eacute proporcional aacute queda
pluviomeacutetrica Enquanto que o nitrato (NO3-) eacute formado pelas descartas eleacutetricas na atmosfera
a amocircnia (NH3) pode advir da atividade vulcacircnica queima de carvatildeo e outros materiais
orgacircnicos em fabricas bem como pelo fogo em florestas e pastagens
Traccedilos de nitrogecircnio podem tambeacutem ser carregadas do litoral para o interior devido aacute
atomizaccedilatildeo das aacuteguas oceacircnicas e subsequumlente arraste pelos ventos Mas enquanto o cloro
pode ser transportado centenas de quilocircmetros terra adentro o oceano natildeo parece ser
importante fonte de nitrogecircnio para as culturas Isto pelo fato da maior parte do nitrogecircnio do
placircncton estar na forma assimilada (orgacircnica) e predominante nas regiotildees mais profundas
O nitrogecircnio eacute encontrado em formas quiacutemicas com grande variabilidade no nuacutemero de
oxidaccedilatildeo
139
Como se vecirc o nitrogecircnio vem a se apresentar desde um estado altamente oxidado (NO-3) ateacute
um estado altamente reduzido (NH3)
2 FIXACcedilAtildeO DO NITROGEcircNIO
A fixaccedilatildeo do nitrogecircnio vem a ser a conversatildeo do nitrogecircnio molecular (N2) em qualquer uma
das formas anteriormente citadas A caracteriacutestica do processo eacute a separaccedilatildeo dos dois aacutetomos
da moleacutecula N2 mantidos por uma triacuteplice ligaccedilatildeo envolvendo 3 parte de eleacutetrons A
moleacutecula eacute bastante estaacutevel havendo necessidade de 24000 calmol para transformar N2 em
amocircnia
A fixaccedilatildeo do nitrogecircnio pode ser efetuada por vaacuterios processos
21 Fixaccedilatildeo Natildeo-Bioloacutegica eacute aquela efetuada sem o concurso dos organismos vivos
podendo ser conduzida por um processo industrial ou por um processo natural
211 Processo Industrial Tal processo tambeacutem denominado de processo Haber foi
desenvolvido na Alemanha durante a Primeira Guerra Mundial com o propoacutesito de
se obter explosivos
Atualmente esse processo estaacute acoplado aacutes refinarias de petroacuteleo para a produccedilatildeo de
fertilizantes nitrogenados
212 Processo Natural Durante as tempestades aacutes descargas eleacutetricas na atmosfera
por intermeacutedio das radiaccedilotildees ultra-violetas excitam o O2 e N2 que reagem
produzindo oacutexidos de nitrogecircnio (NO NO2 e outros) os quais hidratados datildeo
origem a nitrato e nitrato que se precipitam juntamente com a chuva
22 Fixaccedilatildeo Bioloacutegica Neste caso o processo eacute conduxido por diversos organismos tanto
de vida livre como em associaccedilotildees com outros organismos podendo portanto ser natildeo-
simbioacutetica e simbioacutetica respectivamente Neste processo o nitrogecircnio molecular (N2)
eacute reduzido a amocircnia (NH3)
A fixaccedilatildeo bioloacutegica natildeo simboacutetica pode ser processada por organismos autoacutetrofos
(Rnhodospirillum rubrum) ou heteroacutetrofos (Clostridium e Azotobacter)
A fixaccedilatildeo bioloacutegica simbioacutetica eacute encontrada em algumas associaccedilotildees como os liquens onde
ocorrem algas (do gecircnero Nostoc) e fungoa Do ponto de vista agronocircmico associaccedilatildeo entre o
Rhizobium e leguminosas eacute particularmente interessante embora outras associaccedilotildees entre
140
espeacutecies natildeo leguminosas tambeacutem podem fixar o nitrogecircnio entre elas gramiacuteneas como a
cana-de-accedilucar
Haacute duas deacutecadas foi estimada uma remoccedilatildeo de nitrogecircnio dos solos dos Estados Unidos
(pelas colheitas e lixiviaccedilatildeo) de 25 milhotildees de toneladas de N por ano Trecircs milhotildees de
toneladas de N por ano seriam adicionada na forma de fertilizantes Igual quantidade teria sido
resposta pelas chuvas A fixaccedilatildeo bioloacutegica depositaria 10 milhotildees de toneladas anuais
Clostridium e Azotobacter sendo heteroacutetrofos necessitam de uma fonte de carbono reduzido
(carboidrato geralmente) o qual quando oxidado forneceria hidrogecircnios iocircnicos (H+) e
eleacutetrons para a reduccedilatildeo do N2 a NH3 Jaacute a bacteacuteria Rhodospirillum rubrum utiliza a energia
radiante para a liberaccedilatildeo de eleacutetrons que seratildeo utilizados na reduccedilatildeo do N2 a NH3
As algas verdes-azuis (Nostoc) vivendo assimbioacuteticamente constituem-se no principal
fornecedor de N para os campos irrigados de arroz na Asia Geralmente satildeo organismos de
vida livre mas podem se associar a certos fungos formando liacutequens Eacute provaacutevel que nessas
algas os pigmentos fotossinteacuteticos captam a energia luminosa para a fotoacutelise da aacutegua cujos
eleacutetrons removidos satildeo utilizados para reduzir tanto o CO2 como o N2
O Rhizobium infecta as raiacutezes das leguminosas formando uma estrutura globular o noacutedulo A
leguminosa fornece carboidratos que seratildeo oxidados pelo microorganismo e os eleacutetrons
restantes seratildeo utilizados para reduccedilatildeo do N2 a NH3 O mecanismo de fixaccedilatildeo a despeito de
sua importacircncia ainda natildeo eacute bem compreendido havendo necessidade de leg-hemoglobina
(proteiacutena que conteacutem Feacute) molibdecircnio (como cofator) cobalto (constituinte da vitamina B12
envolvida na siacutentese de leg-hemoglobina) aleacutem de logicamente uma fonte de carbono
biologicamente oxidaacutevel
Estudos co N2 enriquecido com o isoacutetopo N15 demonstraram que o primeiro composto
formando foi a amocircnia (NH3) e que o aacutecido glutacircmico era o primeiro composto orgacircnico e se
apresenta com o referido isoacutetopo
A amocircnia (NH3) formada natildeo se acumula no organismo fixador mas sim eacute utilizada nas
siacutenteses de proteiacutenas aacutecidos nucleacuteicos etc O excesso de NH3 fixada eacute excretada no meio
raiacutezes de leguminosas excretam NH3 aminoaacutecidos e peptiacutedios Tais plantas sintetizam
tambeacutem grande quantidade de glutamina e asparagina muito possivelmente como reserva de
nitrogecircnio
Quando os organismos fixadores morrem suas proteiacutenas satildeo hidrolisadas e os aminoaacutecidos
resultantes satildeo degradados pela accedilatildeo das aminoaacutecido-oxidases transaminases e desidrogenase
da microflora existentes no solo liberando NH3 no mesmo Assim a fertilidade do solo eacute
construiacuteda pela aquisiccedilatildeo de NH3 diretamente dos organismos fixadores e indiretamente apoacutes
o aacutetomo de N pertencer aos aminoaacutecidos e proteiacutenas dos organismos natildeo fixadores
3 NITRIFICACcedilAtildeO
141
Embora a amocircnia seja a forma na qual o nitrogecircnio eacute adicionado no solo o teor da mesma eacute
baixo Isto porque ela eacute rapidamente transformada em nitrato (NO-3) sendo esta a principal
fonte de nitrogecircnio para os organismos natildeo fixadores
Essa oxidaccedilatildeo da amocircnia ateacute nitrato eacute efetuada por dois tipos de bacteacuterias denominadas de
bacteacuterias nitrificantes
a Bacteacuterias do gecircnero Nitrosomonas que transformam amocircnia em nitrito (NO-2)
segundo a equaccedilatildeo
b Bacteacuterias do gecircnero Nitrobacter que transformam o nitrito em nitrato (NO-3)
Esses organismos satildeo autoacutetrofos mais precisamente quimioautoacutetrofos reduzindo o CO2 ao
niacutevel de carboidrato com a energia obtida nessas reaccedilotildees de oxidaccedilatildeo
4 REDUCcedilAtildeO DO NITRATO
Como o nitrato eacute geralmente a forma nitrogenada mais abundante as plantas eacute demais
organismos desenvolveram a habilidade de aproveitar esse acircnion como fonte de nitrogecircnio
para o seu desenvolvimento
Entretanto o nitrogecircnio constituinte dos diversos compostos orgacircnicos se apresenta em niacutevel
bastante reduzido e logicamente uma primeira etapa na utilizaccedilatildeo do nitrato seria a sua
transformaccedilatildeo em amocircnia
A transformaccedilatildeo do nitrato em amocircnia um processo redutivo portanto eacute efetuada por um
equipamento enzimaacutetico com necessidades de NADH como coenzimas e de ferro em
molibidecircnio como metais ativadores
A redutase de nitrato eacute uma flavoproteiacutena que exige molibdecircnio como iocircnio ativador A sua
atividade eacute influenciada pela intensidade luminosa Em condiccedilotildees de baixa luminosidade haacute
baixa atividade enzimaacutetica e consequumlente acuacutemulo de nitrato nos tecidos vegetais
A redutase de nitrito eacute bastante ativa em condiccedilotildees de aerobiose natildeo permitindo acuacutemulo de
nitrito (altamente toacutexico) durante a reduccedilatildeo do nitrato A redutase de nitrito geralmente
presente em maior quantidade que a redutase de nitrito eacute uma ferroporfirina cujo
agrupamento siro-heme eacute capaz de transferir 6 eleacutetrons permitindo a reduccedilatildeo do nitrito (NO-
2) ateacute amocircnia (NH3) sem nenhum intermediaacuterio
Para a reduccedilatildeo do nitrito a amocircnia o agente redutor (doador de eleacutetrons e H+) seria o NADPH
+ H+ o qual nos tecidos verdes seria formado na fase luminosa da fotossiacutentese enquanto que
nos tecidos aclorofilados (como raiacutezes) seria produzido pela vista pentose fosfato)
Existem razotildees ecoloacutegicas para a amocircnia do solo ser rapidamente transformada em nitrato
(nitrificaccedilatildeo) e este novamente reduzido aacute amocircnia antes do nitrogecircnio integrar as moleacuteculas
orgacircnicas Como amocircnia pode se perder por volatilizaccedilatildeo nos solos alcalinos r ainda pelo fato
142
da mesma ser muito mais toacutexica do que o nitrato natildeo podendo se acumular nos tecidos
vegetais percebe-se as vantagens dessas transformaccedilotildees anteriormente citadas Tanto assim
que em relaccedilatildeo aacute amocircnia o nitrato eacute a forma mais abundante tanto no solo quanto nos tecidos
vegetais
5 ASSIMILACcedilAtildeO DA AMOcircNIA
A amocircnia (NH3) eacute a forma utilizada na siacutentese dos diversos constituintes celulares
nitrogenados como proteiacutenas adidos nucleacuteicos aminoaacutecidos aminas vitaminas etc
A assimilaccedilatildeo da amocircnia ou seja a transformaccedilatildeo de uma forma nitrogenada orgacircnica
(composto aminado) eacute processada por umas poucas vias metaboacutelicas Tais vias denominadas
pelas enzimas responsaacuteveis e de grande significado na nutriccedilatildeo nitrogenada dos vegetais
seriam
51 Desidrogenase Glutacircmica Enzima largamente distribuiacuteda na natureza cataliza a
aminaccedilatildeo do -cetoglutarato
O aacutecido glutacircmico assim formado doa por reaccedilotildees de transaminaccedilatildeo o grupo amino (-NH2)
para a siacutentese de outros aminoaacutecidos
52 Sintetase de Glutamina
A glutamina pode dar o seu grupo amido para o aacutecido aspaacutertico se transformar em asparagina
aspartato + glutamina + ATP asparagina + glutamato + AMP + PPi
A glutamina e sparagina satildeo amidas armazenadoras de nitrogecircnio especialmente nas
leguminosas
A glutamina contribui com o nitrogecircnio amiacutedico para a siacutentese se outros compostos
nitrogenados como as bases puacuteblicas e pirimiacutedicas dos aacutecidos nucleacuteicos
53Carbamil-quiacutenase
143
O carbomil-fosfato doa o seu nitrogecircnio amiacutedico para a siacutentese das bases pirimiacutedicas
Igualmente o grupo carbamil eacute utilizado na formaccedilatildeo do aminoaacutecido citrulina e posteriormente
arginina
6 DESNITRIFICACcedilAtildeO
O nitrato no solo que natildeo eacute absorvido pelos vegetais eacute lixiviado e nas regiotildees mais profundas
do mesmo fora do alcance das raiacutezes eacute metabolizado em parte por bacteacuterias do gecircnero
Pseudomonas Essas bacteacuterias vivendo em condiccedilotildees de amaerobiose provem a chamada
ldquorespiraccedilatildeo do nitratordquo reduzindo-o a N2 que retorna aacute atmosfera
Ao que parece esses organismos utilizam o NO-3 como aceptor de H+ e eleacutetrons em suas
oxidaccedilotildees bioloacutegicas
7 O CICLO DO NITROGEcircNIO
As transformaccedilotildees anteriores estudadas isoladamente podem ser resumidas no quadro que se
segue obtendo-se assim uma visatildeo global dos processos envolvendo os compostos
nitrogenados
144
AacuteCIDOS NUCLEacuteICOS
1 INTRODUCcedilAtildeO
Os aacutecidos nucleacuteicos tornaram-se objetos de investigaccedilotildees cientiacuteficas assim foram
primeiramente isolados do nuacutecleo celular haacute quase 100 anos Assim como as proteiacutenas tais
compostos demonstraram elevado peso molecular estruturalmente definidos como
biopoliacutemeros em que a unidade repetitiva vem a ser o nucleotiacutedio
Os aacutecidos nucleacuteicos satildeo encontrados em todas as ceacutelulas vivas atribuindo-se aos mesmos as
importantes funccedilotildees de conter transmitir e traduzir as informaccedilotildees geneacuteticas de um
determinado organismo
Existem dois tipos de aacutecidos nucleacuteicos
b o aacutecido desoxi-ribonuclecircico (DNA) encontrado no nuacutecleo dos eucarioacuteticos (que
armazenam as informaccedilotildees geneacuteticas e se mostram integrando nucleoproteiacutenas que
constituem os cromossomos)
c o aacutecido ribonucleacuteicos (RNA) encontrado predominantemente no citoplasma celular
existem diferentes tipos de RNA (m-RNA ou RNA mensageiro s-RNA soluacutevel e r-
RNA ribossocircmico)
2 CONSTITUINTES DOS AacuteCIDOS NUCLEcircICOS
O estudo quiacutemico dos aacutecidos nucleacuteicos revelou que tais compostos satildeo macromoleacuteculas
estruturadas pela polimerizaccedilatildeo de unidades que se repetem unidades essas denominadas de
nucleotiacutedios
Os nucleotiacutedios por sua vez podem ser desdobrados em entidades mais simples uma base
nitrogenada um accediluacutecar (pentose) e um radical fosfoacuterico
As bases nitrogenadas satildeo divididas em dois grupos
21 Bases Puacutericas adenina e guanina
22 Bases Pirimiacutedicas uracila (encontrada apenas no RNA)
Timina (encontrada apenas no DNA)
Citosina
As pentoses podem ser a ribose (encontrada no RNA) ou a desoxi-ribose (encontrada no
DNA)
145
O radical fosfoacuterico eacute oriundo do aacutecido ortofosfoacuterico (H3PO4) que apresenta 3 hidrogecircnios
ionizaacuteveis com pk1=21 pk2=72 e pk3=127
0
ǁ
HO˿ P˿ OH
ǀ
OH
NUCLEOSIacuteDIO as bases nitrogenadas satildeo capazes de se ligar aacutes pentoses para
formar os nucleosiacutedios Tal ligaccedilatildeo semelhante aacute glicosiacutedica se forma mediante uma desidrataccedilatildeo entre o nitrogecircnio 9 das bases puacutericas ou o nitrogecircnio 1 das bases pirimiacutedicas com o carbono 1rsquo da pentose Se a pentose for a desoxi-ribose tem-se o desoxi-ribonucleosiacutedio NUCLEOTIacuteDIO satildeo obtidos quando o aacutecido ortofosfoacuterico esterifica a hidroxila de posiccedilatildeo 5rsquo da pentose de um nucleosiacutedio _____________________________________________nucleotiacutedio_____________ base nitrogenada nucleosiacutedio monofosfatado difosfatado trifosfatado_______ adenina (A) adenosina AMP ADP ATP guanina (G) guanosina GMP GDP GTP uracila (U) uridina UMP UDP UTP timina (T) timidina TMP TDP TTP citosina (C) citidina CMP CDP CTP
146
Quando a pentose for a desoxi-ribose teremos os respectivos desoxi-ribonucleotiacutedios desoxiadeadenosina monofosfato (dAMP) dADP dATP e assim por diante ateacute dCTP
AMP= adenosina monofosfato ADP= adenosinadifosfato e ATP= adenosina trifosfato
3 POLINUCLEOTIacuteDIOS
Quimicamente os aacutecidos nucleacuteicos satildeo polinucleotiacutedios ou seja estruturas formadas pela
uniatildeo de muitos nucleotiacutedios Esses nucleotiacutedios satildeo unidos mediante a ligaccedilatildeo nucleotiacutedica
uma ligaccedilatildeo eacutester que se estabelece entre a hidroxila fosfoacuterica de um nucleotiacutedio com a
hidroxila de posiccedilatildeo 3‟ de outro nucleotiacutedio e assim por diante (fig 7) Resulta entatildeo uma
cadeia polinucleotiacutedica que busca uma configuraccedilatildeo mais estaacutevel do ponto de vista
termodinacircmico atribuindo-se aacute mesma quatro niacuteveis estruturais baacutesicos
4 ESTRUTURAS BAacuteSICAS DOS AacuteCIDOS NUCLEacuteICOS
Os niacuteveis estruturais baacutesicos dos aacutecidos nucleacuteicos satildeo semelhantes aqueles descritos
anteriormente para as proteiacutenas
41 Estruturas Primaacuterias vem a ser a sequumlecircncia da nucleotiacutedios e eacute mantida pela ligaccedilatildeo
nucleotiacutedica Com nos nucleotidios de um determinado a estrutura primaacuteria pode ser
simplificadamente representada pela sequumlecircncia de bases A-U-G-C-A-A-U
42 Estrutura Secundaacuteria eacute encontrada especialmente no DNA que se apresenta com
duas cadeias em espiral dupla unidas entre si por pontes de hidrogecircnio envolvendo as
bases nitrogenadas Adenina e timina permitem a formaccedilatildeo de duas pontes de
hidrogecircnio ao passo que citosina e guanina permitem trecircs
147
Tais bases satildeo ditas de complementares assim com as cadeias polinucleotiacutedicas (tambeacutem
referidas como cadeias antiparalelas) O pareamento de bases pode ocorrer tambeacutem no RNA
43 Estrutura Terciaacuteria pode ser entendida com a disposiccedilatildeo tridimensional da dupla
heacutelice do DNA Pode ser tambeacutem a forma preferencial que uma uacutenica cadeia
nucleotiacutedica adquire estabilizada por pontes de hidrogecircnio entre bases
complementares da mesma cadeia com eacute o caso do t-RNA (RNA de transporte) que
apresenta uma estrutura de ldquofolha-de-trevordquo
44 Estrutura Quaternaacuteria vem a ser aquela estabelecida pela uniatildeo de moleacuteculas
individuais denominadas de unidades ou sub-unidades Assim o r-RNA (RNA
ribossocircmico) eacute constituiacutedo de duas unidades uma com peso molecular de 1 milhaotildea e
outra de 18 milhotildees
5 HIDROacuteLISE DOS AacuteCIDOS NUCLEacuteICOS
As ligaccedilotildees nucleotiacutedicas (eacutester) podem ser hidrolizadas mediante
a aacutecido ndash hidroacutelise aacutecida
b base ndash hidroacutelise alcalina
c enzimas ndash hidroacutelise enzimaacutetica
As enzimas que hidrolizam os aacutecidos nucleacuteicos satildeo denominados genericamente de nucleases
Rnse O veneno de certas serpentes apresenta atividade de nuclease e tem sido utilizado
assim como outras nucleases para desvendar as estruturas dos aacutecidos nucleacuteicos
FIM
ESTA APOSTILA ESTA EM FASE DE CONSTRUCcedilAtildeO
POR FAVOR DESCULPE NOSSOS ERROS
OBRIGADO
148
4
dos diversos trabalhos fisioloacutegicos (contraccedilatildeo muscular excreccedilatildeo transporte ativo etc) bem
como nas atividades de biossiacutentese ou anabolismo
A bioquiacutemica embora uma ciecircncia recente natildeo pode ser considerada uma extensatildeo da
Quiacutemica Orgacircnica se reduzindo agrave uma coleccedilatildeo dos compostos orgacircnicos encontrados na
ceacutelula e suas propriedades Atualmente assentada em seus proacuteprios princiacutepios fundamentados
na Loacutegica molecular da vida a Bioquiacutemica eacute a ciecircncia que tem por objetivo estudar no seu
maior grau de intimidade ou seja ao niacutevel molecular a natureza dos diversos processos
bioloacutegicos (respiraccedilatildeo crescimento transmissatildeo da hereditariedade fotossiacutentese etc) que
ocorrem nos organismos vivos quer animais ou vegetal superiores ou inferiores
FUNDAMENTOS DE QUIMICA ORGANICA
FUNCcedilOtildeES
Como se forma o nome do composto
Com base na estrutura ou cadeia fundamental vamos indicar as caracteriacutesticas especiais do
composto Estas caracteriacutesticas satildeo indicadas por meio de prefixos e sufixos e por meio de
nuacutemeros (para as localizar) Quando existe mais do que um tipo de substituinte aplicam-se as
regras de prioridade indicadas na tabela seguinte O grupo principal eacute indicado pelo sufixo
correspondente Os outros grupos funcionais eventualmente presentes na moleacutecula seratildeo
indicados por prefixos
Priori
dade Classe Grupo Sufixo Prefixo
1 Catiotildees -oacutenio
2 aacutecidos carboxiacutelicos -COOH
-(C)OOH
aacutecido carboxiacutelico
aacutecido oacuteico Carboxi-
3 aacutecidos sulfoacutenicos -SO2OH aacutecido sulfoacutenico Sulfo-
4 Sais -COOM
-(C)OOM
carboxilato de M
-(o)ato de M
Carboxilato de
M
5 eacutesteres -COOR
-(C)OOR
carboxilato de R
-(o)ato de R R-oxicarbonil
6 Halogenetos de aacutecidos -COX
-(C)OX
halogeneto de
carbonilo
halogeneto de (o)ilo
Haloformil-
7 Amidas -CONH2
-(C)ONH2
-carboxamida
-amida Carbamoil-
8 Amidinas -C(=NH)NH2 -carboxamidina Amidino-
5
-
(C)(=NH)NH2
-amidina
9 Nitrilos -CN
-(C)N
-carbonitrilo
-nitrilo Ciano-
10 Isocianetos -NC -isonitrilo Isociano-
11 Aldeiacutedos -CHO
-(C)HO
-carbaldeiacutedo
-al
Formil-
Oxo-
12 Cetonas -(C)O -ona Oxo-
13 Alcooacuteis -OH -ol Hidroxi-
14 Fenoacuteis -OH -ol Hidroxi-
15 Tioacuteis -SH -tiol Mercapto-
16 Aminas -NH2 -amina Amino-
17 Iminas =NH -imina Imino-
(Os aacutetomos de carbono entre parecircntesis fazem parte da cadeia (ou estrutura) do composto
primitivo pelo que satildeo incluiacutedos no nome do composto primitivo e natildeo no sufixo)
Nombres de grupos Funcionales en orden de prioridad
El grupo funcional que se encuentre maacutes abajo de la tabla seraacute el de mayor orden de prioridad y se usaraacute como sufijo Si mas de un grupo funcional se encuentra presente el que tenga mayor prioridad se usaraacute como sufijo y los otros como prefijos
Modelo Sufixo Prefixo
- NH2 -amina Amino
- SH -tiol mercapto
- OH -ol Hidroxi
-tiona Tiol
-ona oxo
-al Oxo
6
-nitrilo ciano
-amida -
Haleto de -anoila -
Ac -sulfonico Sulfo
Acido -oico carboxi
-oato -
Estos prefijos el nombre incluye el carbono del grupo funcional Cuando se cuente no debe de contarse este carbono
1- Efeito Indutivo na cadeia carbocircnica
Analise o esquema abaixo
Na ligaccedilatildeo C - C numa sucessatildeo soacute de aacutetomos de carbono os eleacutetrons da
ligaccedilatildeo estatildeo equidistantes de cada aacutetomo Jaacute numa sucessatildeo de carbonos
terminada por um elemento muito eletronegativo como o cloro por exemplo
ocorre uma deslocalizaccedilatildeo de eleacutetrons das ligaccedilotildees C - C por causa do efeito da
ligaccedilatildeo C - Cl Esse efeito eacute chamado efeito indutivo O cloro funciona com um
ponto de atraccedilatildeo eletrocircnica puxando para si os eleacutetrons da ligaccedilatildeo com o
carbono ligado a ele Eacute como uma trilha de dominoacute em que as peccedilas caem umas
sobre as outras o cloro atrai para si os eleacutetrons da ligaccedilatildeo com o carbono ligado a
7
ele este por sua vez fica com uma certa deficiecircncia eletrocircnica e por isso
atrai para si os eleacutetrons da ligaccedilatildeo com o carbono seguinte tentando compensar
essa deficiecircncia e assim sucessivamente Isso acaba gerando uma polarizaccedilatildeo na
cadeia carbocircnica
Do ponto de vista do efeito indutivo existem duas espeacutecies de grupos que
podem se ligar a uma cadeia carbocircnica
Grupos eleacutetron-atraentes (efeito indutivo -I) Satildeo aqueles que atraem os
eleacutetrons das ligaccedilotildees em sua direccedilatildeo Os mais importantes grupos eleacutetron-
atraentes satildeo aqueles que possuem elementos muito eletronegativos em relaccedilatildeo
ao carbono (F O N Cl Br I etc) ou radicais insaturados Os radicais
insaturados possuem ligaccedilotildees pi que por efeito de ressonacircncia iratildeo atrair os
eleacutetrons das ligaccedilotildees em sua direccedilatildeo
Grupos eleacutetron-repelentes (efeito indutivo +I) Satildeo aqueles que
empurram os eleacutetrons das ligaccedilotildees em direccedilatildeo oposta a eles Os mais
importantes grupos eleacutetron-repelentes satildeo os radicais saturados (alquila) e os que
possuem carga eleacutetrica negativa Nos radicais alquila quanto mais aacutetomos de C e
H (com simples ligaccedilotildees) tiver o radical mais eleacutetron-repelente ele seraacute
2- Algumas consequecircncias do Efeito Indutivo
21) A estabilidade dos carbocaacutetions
Uma consequecircncia importantiacutessima do efeito indutivo relaciona-se com a
estabilidade do carbocaacutetion numa reaccedilatildeo quiacutemica em que haacute formaccedilatildeo desta
espeacutecie como intermediaacuteria no processo O tipo de carbocaacutetion formado pode
determinar que produtos seratildeo formados e em que proporccedilotildees relativas O
carbocaacutetion eacute um iacuteon que possui um carbono com apenas trecircs ligaccedilotildees (sp2) isto eacute
possui uma carga positiva Experimentalmente verifica-se uma grande facilidade
de se formarem carbocaacutetions terciaacuterios (cuja carga positiva estaacute num carbono
terciaacuterio) em relaccedilatildeo a carbocaacutetions secundaacuterios ou primaacuterios Essa estabilidade
diminui do carbocaacutetion terciaacuterio para o secundaacuterio e deste para o primaacuterio Veja
abaixo a possiacutevel explicaccedilatildeo para esse fato
8
Nesse caso a carga positiva funciona como o centro de atraccedilatildeo eletrocircnica
na cadeia Perceba que no carbocaacutetion primaacuterio apenas um sentido de corrente
eletrocircnica estaacute disponiacutevel para compensar a deficiecircncia de eleacutetrons do carbono
sp2 Jaacute no secundaacuterio existem dois sentidos de corrente e no terciaacuterio trecircs
sentidos Logicamente quanto maior a disponibilidade eletrocircnica para compensar
a carga positiva maior a facilidade do carbocaacutetion e maior a facilidade de ser
formado Muitas vezes devido agrave alta instabilidade os carbocaacutetions primaacuterios nem
chegam a se formar A natildeo ser que as condiccedilotildees do meio em que ocorre a reaccedilatildeo
sejam favoraacuteveis agrave sua formaccedilatildeo Maiores detalhes seratildeo vistos adiante nas
reaccedilotildees quiacutemicas que passam por carbocaacutetions
22) Forccedila de aacutecidos e bases
Outra consequumlecircncia interessante do efeito indutivo relaciona-se com a
forccedila de aacutecidos e bases orgacircnicos
Caraacuteter aacutecido - Vejamos um aacutecido carboxiacutelico que possui um grupo de
induccedilatildeo ligado agrave cadeia Esse grupo pode ser eleacutetron-atraente ou eleacutetron-
repelente
No primeiro caso (a) o grupo X eacute eleacutetron-atraente O efeito indutivo eacute -I
e portanto deixa a carbonila com deacuteficit eletrocircnico o que leva a um
9
enfraquecimento da ligaccedilatildeo com o hidrogecircnio aacutecido Logo seraacute mais faacutecil a
liberaccedilatildeo do proacuteton Assim o caraacuteter aacutecido aumenta
No segundo caso (b) o grupo X eacute eleacutetron-repelente O efeito indutivo eacute +I
e portanto deixa a carbonila com superaacutevit eletrocircnico o que leva a um aumento
da forccedila de ligaccedilatildeo com o hidrogecircnio aacutecido Logo seraacute mais difiacutecil a liberaccedilatildeo do
proacuteton Assim o caraacuteter aacutecido diminui
Caraacuteter baacutesico - Vejamos agora o que ocorre com uma amina (base
orgacircnica)
Segundo a teoria de Lewis base eacute uma espeacutecie quiacutemica que possui um ou
mais pares eletrocircnicos natildeo-ligantes ou seja eacute capaz de coordenar pares
eletrocircnicos Dessa forma assim como a forccedila de um aacutecido estaacute relacionada com a
sua capacidade de receber eleacutetrons a forccedila de uma base relaciona-se com sua
capacidade de coordenar eleacutetrons Logo quanto maior a disponibilidade eletrocircnica
em uma espeacutecie quiacutemica maior seraacute seu caraacuteter baacutesico
No primeiro caso (a) o grupo X eacute eleacutetron-atraente O efeito indutivo eacute -I
e portanto deixa o grupo amino com deacuteficit eletrocircnico o que leva a uma
diminuiccedilatildeo do seu caraacuteter baacutesico
No segundo caso (b) o grupo X eacute eleacutetron-repelente O efeito indutivo eacute +I
e portanto deixa o grupo amino com superaacutevit eletrocircnico o que leva a um
aumento do seu caraacuteter baacutesico
10
CARBOIDRATOS
1 CONCEITO
Quimicamente podem ser definidos como aldeiacutedos ou cetonas poliidroxilados ou
substacircncias que mediante hidroacutelise liberem tais compostos Apresentam uma formulaccedilatildeo geral
Cx (H2O) Y com raras exceccedilotildees Assim a desoxirribose (encontrada no DNA) apresenta
foacutermula C5H1004 onde a relaccedilatildeo HO natildeo eacute de 21 Igualmente pode nos encontrar
carboidratos com outros elementos aleacutem do C H eacute O Embora natildeo muito frequumlente N S e P
podem integrar moleacuteculas de carboidratos Outras denominaccedilotildees hidratos de carbono
accediluacutecares gluciacutedios e gluacutecides
2 ESTEREOISOMERIA OacuteTICA
Eacute um fenocircmeno muito difundido entre os carboidratos e vem a ser decorrecircncia do composto
apresentar um ou mais aacutetomos de carbono assimeacutetrico na moleacutecula Aacutetomo de carbono
assimeacutetrico eacute aquele que se liga a 4 radicais diferentes e resulta geralmente que os
compostos que os apresentam se mostram oticamente ativos ou seja desviam o plano da luz
polarizada Se o desvio for para a direita o composto eacute dito de ldquodextrorrotatoacuteriordquo (+) e se
para a esquerda ldquolevorrotatoacuteriordquo (-) Como referecircncia utilizando o gliceraldeido que
apresenta 2 isocircmeros oacuteticos
11
As configuraccedilotildees D e L estatildeo relacionadas com o posicionamento da hidroxila (OH) do
carbono assimeacutetrico mais distante do grupo funcional (aldeiacutedo ou cetona) e necessariamente
nada tem com as propriedades dextro ou levorrotatoacuteria desses compostos exceto para o
gliceraldeiacutedo
3 CICLIZACcedilAtildeO DE PENTOSES E HEXOSES
Dependendo do comprimento da cadeia carbocircnica os carboidratos podem adquirir uma
estrutura ciacuteclica mantida pela ligaccedilatildeo hemiacetal Esta ligaccedilatildeo explica a baixa reatividade dos
grupamentos aldeiacutedos e cetonas de alguns accediluacutecares
Assim a moleacutecula de glicose pode se dobrar de modo a permitir uma aproximaccedilatildeo entre o
grupo aldeiacutedo do carbono 1 com a hidroxila do carbono 5 estabelecendo a ligaccedilatildeo hemiacetal
Configuraccedilotildees e conformaccedilotildees
Aacutelcools reagem com grupos carbonilas de aldeiacutedos e cetonas formando um hemiacetal ou um
hemicetal respectivamente (figura 4) Da mesma forma a hidroxila e o grupo aldeiacutedo ou
grupo cetona de um monossacariacutedeo podem reagir intramolecularmente para formar
hemiacetais ou hemicetais ciacuteclicos Tais configuraccedilotildees podem ser representadas atraveacutes da
projeccedilatildeo de Haworth
Um monossacariacutedeo composto por um anel de seis membros eacute chamado de piranose enquanto
um monossacariacutedeo formado por uma anel de cinco membros eacute chamado de furanose (figura
5)
12
13
4 CLASSIFICACcedilAtildeO DOS CARBOIDRATOS
Segundo uma complexidade satildeo estrutural os carboidratos podem ser classificados em
monossacariacutedios oligossacariacutedios e polissacariacutedios
41 Monossacariacutedios Satildeo os mais simples dos accediluacutecares natildeo sofrem hidroacutelise possuem
baixo peso molecular e satildeo soluacuteveis em aacutegua Apresentam sabor doce satildeo cristalinos
quando no estado soacutelido Satildeo todos considerados ldquoaccediluacutecares redutoresrdquo
Os monossacariacutedios se subdividem segundo o nuacutemero de aacutetomos de carbono na moleacutecula
Ndeg de aacutetomos de C Nome geneacuterico Representantes de importacircncia
fisioloacutegica
2 diose glicaldeido
3 triose gliceraldeido dihidroxiacetona
4 tetrose eritrose treose
5 pentose xilose xilulose ribose
6 hexose glicose frutose manose galactose
7 heptose sedoheptulose
8 octose _ _
9 nonose _ _
14
15
42 Oligossacariacutedios Satildeo accedilucares compostos que hidrolisados originam
monossacariacutedios satildeo classificados de acordo com o nuacutemero de monossacariacutedios que
16
satildeo liberados por moleacuteculas dissacariacutedios trissacariacutedios tetrassacariacutedios
pentassacariacutedios e hexassacariacutedios Estudaremos apenas alguns dissacariacutedios
sacarose - glicose - 12 rarr - frutose
maltose - glicose - 14 rarr - glicose
lactose - galactose ndash 14 rarr glicose
celobiose glicose ndash 14 rarr glicose
trehalose glicose ndash 11 rarr glicose
Maltose
celobiose
17
Os dissacariacutedeos satildeo formados por dois monossacariacutedeos unidos por ligaccedilatildeo covalente
Existem vaacuterios dissacariacutedeos presentes na alimentaccedilatildeo como por exemplo
Trealose = glicose + glicose a (1-1)
Celobiose = b-glicose + b-glicose (1- 4)
Maltose(1 - 4) e a Iso-maltose (1 - 6) duas moleacuteculas de glicose e estatildeo presente
no malte (maltose) e satildeo subproduto da digestatildeo do amido e glicogecircnio (iso-maltose)
Lactose glicose + galactose (1- 4) eacute o principal carboidrato do leite
Sacarose glicose + frutose (1 - 2) sendo a forma mais comum de accediluacutecar obtida da
cana-de-accediluacutecar
Accediluacutecar redutor eacute aquele que apresenta um grupo aldeiacutedo ou um grupo cetocircnico livre isto eacute
natildeo participante de ligaccedilatildeo glicosiacutedica A ligaccedilatildeo hemiacetal responsaacutevel pela estrutura
ciacuteclica de alguns accedilucares natildeo compromete o caraacuteter redutor Os accedilucares redutores satildeo assim
chamados por poderem reduzir o iacuteon Cu++
em meio alcalino
18
reativo detecta coloraccedilatildeo
1 - Tese de Fehling sol
Cupro alcalina
accedilredutores vermelho
2 - Teste de Benedict glicose azul
3 - Reaccedilatildeo de Molish geral AR anel puacuterpura
4 - ldquo de Bial pentoses azul
5 - ldquo de Tollens pentoses rosa
6 - ldquo de Seliwanoff frutose vermelho
43 Polissacariacutedios Satildeo compostos que por hidroacutelise liberam grande nuacutemero de
monossacariacutedios Satildeo insiacutepidos insoluacuteveis em aacutegua e amorfos no estado soacutelido Apresentam
elevado peso molecular Diversos representantes desempenham funccedilotildees estrutural e energeacutetica
nos diversos organismos
a Amido reserva energeacutetica dos organismos vegetais constituiacutedo de amilose e
amilopectina
A amilose eacute constituiacuteda de - glicose mantida pela ligaccedilatildeo - 14 glicosiacutedica apresentando
peso molecular entre 4000 e 150000
A amilopectina eacute formada de - glicose mantida por ligaccedilotildees - 14 e - 16 com peso
molecular de ateacute 500000
19
b Glicogecircnio Reserva energeacutetica dos organismos animais estruturalmente semelhantes
agrave amilopectina poreacutem mais ramificado isto eacute com maior proporccedilatildeo de ligaccedilotildees -
16 o que torna a moleacutecula mais compacta Apresenta peso molecular de ateacute
2000000
c Celulose Formada de - glucose unidas pela ligaccedilatildeo - 14 constitui a parede celular
das ceacutelulas vegetais
20
d Quitina Constitui a carapaccedila (exoesqueleto) dos insetos e crustaacuteceos Eacute um poliacutemero
de N ndashacetil - - glicosamina altamente insoluacutevel
Sob o mar
Descobrindo a rentabilidade que existe nos desperdicios marinhos
Por Nancy Garcia
A quitina eacute um polissacariacutedeo formadora da carapaccedila dos insetos e crustaacuteceos Eacute um
produto do processamento industrial de camarotildees siris lagostas e tem novas e prometedoras
aplicaccedilotildees industriais
A quitina eacute um polissacariacutedeos formado pela polimerizaccedilatildeo de resiacuteduos de N-acetil
glicosamina Eacute o segundo produto orgacircnico mais abundante que existe na natureza depois da
celulose Eacute o principal componente da cutiacutecula dos artropodos crustaacuteceos e insetos estando
presente em moluscos e forma parte das paredes celulares de alguns microorganismos como
fungos e leveduras Entre suas principaius caracteriacutesticas esta a abundancia ser biodegradaacutevel
e natildeo toacutexica
A carapaccedila dos crustaceos e camarotildees representam a primeira fonte para se obter quitina As
carapaccedilas alem de conter quitina tambeacutem contem pigmentos vermelhos e proteiacutenas com a
mesma qualidade da carne do crustaacuteceo
A quitina e um poliacutemero muito grande parecido com a celuilose Por natildeo ser degradaacutevel em
aacutegua e necessariose modificar a estrutura do poliacutemero para se obter seus derivos soluacuteveis
Dentre estes derivados estatildeo a qutinase empregada como biocida como bactericida
fungicida e herbicida e o quitosam que serve para o tratamento de aacuteguas industriais e como
um ingrediente nutritivo pois ajuda a eliminar o colesterol ajuda previnir doenccedilas
cardiovasculares e tem efeito anti gaacutestrico e anti atritico
21
O quitosan aplicado em industrias papeleiras permite que a polpa tenha maior forccedila para fixar
as tintas e os corantes dostecidos Na industria de alimentos eacute empregado como espumante e
emulsificante
A traveacutes de dicho poliacutemero se encapsulan medicamentos de liberacioacuten prolongada Se
emplea como biomaterial para hacer lentes de contacto hilos de sotura y proacutetesis ya que tiene la propiedad de ayudar a la regeneracioacuten de huesos En el aacuterea de la cirugiacutea plaacutestica ayuda al reestablecimiento de los tejidos evita la mala cicatrizacioacuten sirve para la fabricacioacuten de piel sinteacutetica y es un agente que inhibe las infecciones en heridas
Es material para la creacioacuten de peliacuteculas envolventes que prolongan la vida de los alimentos perecederos como envases biodegradables (Para ahondar en este tema consulte la seccioacuten Marketing de esta edicioacuten y considere los beneficios de emplear estos envases en su negocio)
Las oportunidades Meacutexico es uno de los paiacuteses con mayor produccioacuten de camarones al ocupar el seacuteptimo lugar a nivel mundial (casi 100 mil toneladas de peso vivo durante 2001 seguacuten datos de Sagarpa)
Tambieacuten se producen en promedio 20 mil toneladas anuales de jaiba tres mil 500 de langostino y casi tres mil toneladas de langosta (todos en peso vivo) Es posible capturar estas especies en la regioacuten comprendida del Atlaacutentico la peniacutensula de Yucataacuten y el Golfo de Meacutexico
En la regioacuten al Este de la Repuacuteblica se ha reportado la produccioacuten de una langostilla que debido a su tamantildeo pequentildeo no sirve para consumo y se considera maacutes una plaga al ser capturada junto con el camaroacuten y causar un sobrepeso que rompe las redes Esta langostilla no se ha aprovechado ampliamente (soacutelo se le utiliza para la creacioacuten de harina para granjas camaroneras) sin embargo se ha calculado que tiene una produccioacuten anual de 250 mil toneladas que se queda varada en las costas originando un
verdadero problema ambiental Seriacutea ideal utilizarla para producir quitina
En la captura de crustaacuteceos soacutelo se aprovecha su carne quedando los caparazones como desperdicios Escudero expresa que a partir de este desperdicio se puede comenzar toda una industria dedicada a la produccioacuten de quitina y sus diferentes derivados Por su parte Patricia Miranda comenta que el costo de una empresa dedicada a la produccioacuten de quitina se calcula alrededor de dos millones de pesos por el tipo de instalaciones y equipo
que se usa en el proceso
Escudero comenta que para instalarla se necesita baacutesicamente un reactor de desmineralizacioacuten otro de desproteinizador molino secador y fermentador Los productos pueden ser refinados lo cual aumenta su valor por lo que se debe contar con espectrofotoacutemetro centrifugadora balanza autoclave y agitadora La inversioacuten en maquinaria es de alrededor de un milloacuten de pesos El precio de la materia prima las
cutiacuteculas de los crustaacuteceos no se ha establecido al ser un desperdicio por lo mismo
22
ambas investigadoras afirman que se puede llegar a un acuerdo con las cooperativas camaroneras para determinar un valor
La quitina en el mercado tiene un costo aproximado de US$20 por kilo la quitinasa refinada con alto grado de desacetilacioacuten tiene un precio de US$300 diez gramos mientras que el quitosaacuten de baja calidad llega a US$70 por kilo
Una de las ventajas es que no se necesita personal especializado soacutelo capacitado para poder operar los reactores y conocer el proceso afirma Miranda
Los mercados De acuerdo con Escudero la quitina y sus derivados tienen uso potencial en diferentes paiacuteses principalmente Japoacuten China y Estados Unidos En todos ellos ya existe una industria consolidada alrededor de este poliacutemero siendo China el principal productor y exportador de quitina Chile y Espantildea estaacuten en una fase incipiente a la par de Ameacuterica
Latina
En Meacutexico es praacutecticamente un tema nuevo no obstante ya existe una empresa que comienza a abrirse camino en este campo Neptuno ubicada en Sonora
Representantes de Neptuno comentaron que junto con un grupo de investigadores llevan a cabo una serie de actividades como participar en exposiciones o en conferencias para promover sus productos a pesar de que mundialmente el uso de la quitina y sus derivados va en aumento De hecho hay amplias posibilidades de exportarlo a la Unioacuten Americana y algunos paiacuteses latinoamericanos
Recoleccioacuten de caparazones Una posibilidad para poder entrar en el negocio sin tener que realizar una inversioacuten tan importante al inicio consiste en recolectar los caparazones limpiarlos y molerlos que es el proceso primario para la elaboracioacuten de la quitina El caparazoacuten molido se puede vender a las empresas que elaboran el compuesto y de ahiacute capitalizar para adquirir el equipo necesario para la fabricacioacuten del polisacaacuterido De hecho empresas como Neptuno y otras en Estados Unidos estaacuten dispuestas a comprar los caparazones limpios sin necesidad de molerlos
Para ello soacutelo se necesita establecer las formas de recoleccioacuten sin dejar de considerar que entre maacutes joacutevenes sean los crustaacuteceos mayor seraacute la cantidad y calidad de las sales de calcio contar con secadoras y grandes cantidades de agua
En caso de no contarse con los secadores se pude secar al sol en un terreno amplio y colocar limpios los caparazones
Existen institutos y empresas dedicadas al disentildeo de envase y embalaje (Instituto Mexicano de Profesionales en Envase y Embalaje) que en estos casos dan asesoriacutea para enviar el producto con costos reducidos
El ejemplo de la quitina es uno de los tantos avances cientiacuteficos que ha tenido una aplicacioacuten praacutectica en la industria y por ende abre brecha para desarrollar maacutes de uno de los tantos negocio del futuro
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Cientos de posibilidades El quitosaacuten sirve para
En tratamiento de aguas residuales En la elaboracioacuten de pulpa para papel estaacutendar fotograacutefico y carboacuten En el campo meacutedico y de salud se le emplea en la creacioacuten de vasos sanguiacuteneos
artificiales como antinflamatorio inhibidor de tumores y de placa dental antiviral y procesos de cicatrizacioacuten Tambieacuten se usa en la formacioacuten de esponjas y vendas para
heridas asiacute como en la confeccioacuten de ropa esteacuteril para personas convalecientes Es un material que protege contra la radiacioacuten En el sector de alimentos es un aditivo para la estabilizacioacuten del color conservadores y remocioacuten de soacutelidos En el aacuterea cosmeacutetica se usa para fabricar polvo para maquillaje barniz de untildeas humectante fijadores para el cabello crema humectante pasta de dientes En la agricultura se utiliza para el recubrimiento de semillas y hojas fertilizantes y
liberacioacuten de controlada de agroquiacutemicos
La quitina y su potencial industrial
Como un escudo de alta eficiencia construido con pura
quiacutemica una sustancia que forma parte del carapazoacuten defiende
a insectos crustaacuteceos moluscos y otros seres vivos de su
contacto con lo externo La poseen en diversa cantidad jaibas
camarones langostas arantildeas y cucarachas Incluso algunos
hongos y algas Se llama quitina y es un compuesto natural
con variados beneficios para el ser humano uacutetil en las industrias farmaceacuteutica de alimentos
cosmeacutetica y de empaques
De basura a materia prima que filtra agua contaminada ofrece consistencia a alimentos
procesados atrapa grasa es antibactericida y sirve como envoltura biodegradable entre otros
beneficios la quitina estaacute involucrada en la proteccioacuten de varias especies Su nombre
derivado del griego kiacutetos significa cavidad o boacuteveda y el sitio en que se encuentra el
caparazoacuten de muchos artroacutepodos tambieacuten refiere su capacidad para enfrentar a diversos
agentes externos
Despueacutes de la celulosa es el segundo poliacutemero maacutes abundante en el planeta por lo que su
utilizacioacuten a gran escala en Meacutexico es muy prometedora como lo ha sido en Japoacuten en donde
alrededor de 250 empresas explotan la quitina
Una investigadora de la Universidad Nacional Autoacutenoma de Meacutexico (UNAM) la maestra en
ciencias Patricia Miranda Castro estudia desde hace siete antildeos la quitina y su principal
derivado el quitosaacuten En el Laboratorio de Biotecnologiacutea de la Facultad de Estudios
Superiores Cuautitlaacuten (FES-C) esta quiacutemica farmacobioacuteloga ha logrado una metodologiacutea
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propia para extraer la quitina y el quitosaacuten del camaroacuten utilizando caparazones y cabezas de
los crustaacuteceos que para la industria pesquera son desechos
Meacutexico es el seacuteptimo productor de camaroacuten en el mundo asiacute que muchas toneladas de
cabezas del crustaacuteceo regresan al mar cada antildeo y grandes cantidades de caparazones se t iran
diacutea a diacutea en las marisqueriacuteas de todo el paiacutes Nos parece interesante sumarnos a un proceso en
donde la sustancia que buscamos estaacute en lo que otros consideran basura explica la maestra
Miranda quien en su laboratorio ha ensayado durante varios antildeos una forma eficiente para
obtener la quitina
La patente de esta metodologiacutea para la extraccioacuten obtencioacuten y purificacioacuten de la quitina y el
quitosaacuten estaacute en traacutemite ante el Instituto Mexicano de Propiedad Industrial y de otorgarse la
UNAM podraacute realizar transferencias tecnoloacutegicas con este producto de origen natural
De la marisqueriacutea al laboratorio
La quitina es un poliacutemero es decir una moleacutecula de gran tamantildeo constituida esencialmente de
azuacutecares (es un polisacaacuterido) y oxiacutegeno Sus moleacuteculas son fibrosas y logran un material de
gran resistencia quiacutemica y mecaacutenica
Las caracteriacutesticas maacutes uacutetiles para la industria estaacuten en el quitosaacuten un derivado de la quitina
Asiacute que lo primero que hicimos fue conseguir en las marisqueriacuteas caparazones de diversos
animales estudiar en donde existe la sustancia en mayor cantidad y desarrollar un meacutetodo
propio para extraer la quitina y transformarla en quitosaacuten Encontramos que los caparazones
de jaibas y langostas tienen maacutes calcio y menos quitina mientras que las de camaroacuten maacutes
blandas contienen mayor cantidad de la sustancia explica la especialista
Ya en el laboratorio los caparazones se limpian se muelen hasta pulverizarse y se someten a
un proceso de hidroacutelisis aacutecida utilizando aacutecido clorhiacutedrico el cual convierte a los carbonatos
en cloruros y solubiliza los minerales baacutesicamente el calcio
Ya desmineralizado se aplica una hidroacutelisis alcalina pues el aacutelcali que se usa rompe la
estructura de la matriz y hace solubles las proteiacutenas las cuales arrastran consigo grasas y
pigmentos componentes todos que constituyen el caparazoacuten Los pigmentos ya separados (de
colores rosa y anaranjado) son un subproducto del proceso que pueden utilizarse para
alimentar flamingos y salmones especies a las que les ayuda a mantener su color
caracteriacutestico
Despueacutes de ambas etapas se obtiene la quitina en polvo que no es soluble en agua lo que lo
hace poco praacutectica para su aplicacioacuten Asiacute que se somete a un proceso llamado desacetilar
que significa quitar de la sustancia una parte de su estructura el grupo acetilo Con esto se
obtiene como derivado el quitosaacuten presente en el 70 por ciento de la quitosina pero ahora ya
aislado y purificadoEsta metodologiacutea es una innovacioacuten tecnoloacutegica de la maestra Patricia
Miranda Castro
Las cualidades del quitosaacuten
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El quitosaacuten es soluble en agua acidificada Esta solubilidad y su viscosidad (que puede hacerse
maacutes espesa o maacutes ligera seguacuten se requiera) son caracteriacutesticas que lo hacen aplicable a usos
variados asiacute como su accioacuten de imaacuten bioquiacutemico capaz de detectar sustancias nocivas Por
ejemplo en el estoacutemago humano atrapa grasas como el colesterol y los trigliceacuteridos a los que
conduce por el intestino capturados hasta evacuarlos Asiacute que una aplicacioacuten farmaceacuteutica lo
utiliza como regulador del peso corporal mientras que tambieacuten sirve como regulador de la
presioacuten arterial consecuente a la disminucioacuten de grasas
En la industria de alimentos este derivado de la quitosina se utiliza para dar consistencia y
viscosidad a los aderezos para ensaladas y mayonesas mientras que en las frutas y verduras
frescas sirve como un protector antimicrobiano
Otras aplicaciones estaacuten en la industria de los cosmeacuteticos en donde el quitosaacuten se introduce en
cremas humectantes pues es una moleacutecula que absorbe el agua Algunos fabricantes de
shampoo lo utilizan como ingrediente ya que desarrolla una peliacutecula que da proteccioacuten y
brillo al cabello
En la industria papelera donde el principal insumo es la celulosa el quitosaacuten sirve para fijar y
dar resistencia al papel mientras que una de sus maacutes prometedoras aplicaciones podriacutea ser
como plaacutestico biodegradable sustituyendo al plaacutestico tradicional derivado del petroacuteleo uno de
los materiales maacutes utilizados en el mundo y maacutes difiacuteciles de degradarse lo que genera mucha
contaminacioacuten
Como material plaacutestico alternativo el quitosaacuten ya ha sido sometido a pruebas en el
Laboratorio de Biotecnologiacutea de la maestra Patricia Miranda Castro quien desarrolloacute una
especie de celofaacuten a partir de esta sustancia natural una envoltura que incluso podriacutea
comerse finaliza la especialista universitaria
e Outros polissacariacutedios estruturais e de reserva
Entre os principais polissacariacutedeos de reserva em plantas estatildeo o amido os frutanos e os
polissacariacutedeos de reserva de parede celular (PRPC)
Como compostos de reserva o amido e os frutanos possuem as vantagens de serem formados
por glucose e frutose respectivamente Esses accediluacutecares satildeo prontamente utilizados pelo
metabolismo de geraccedilatildeo de energia e tambeacutem fornecem carbono para a biossiacutentese da maioria
das biomoleacuteculas presentes em ceacutelulas vegetais
Cada um dos principais polissacariacutedeos de reserva apresenta caracteriacutesticas que fazem com
que eles sejam mais convenientes para o metabolismo em certas situaccedilotildees Uma dessas
caracteriacutesticas eacute o fato que nenhum deles possui radicais livres Esta eacute uma vantagem quando
comparada ao acuacutemulo de monossacariacutedeos uma vez que a presenccedila de tais compostos
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poderia levar agrave glicosilaccedilatildeo inespeciacutefica de elementos celulares Outra vantagem eacute a relativa
inatividade osmoacutetica dos poliacutemeros
A tabela a seguir resume as principais caracteriacutesticas dos trecircs tipos de grupos mais
importantes de polissacariacutedeos de reserva de plantas Estas evidenciam diferentes funccedilotildees
considerando como eles satildeo degradados e seus locais de deposiccedilatildeo na ceacutelula e na planta
Composto de
reserva
Biossiacutentese Mobilizaccedilatildeo Localizaccedilatildeo
celular
Localizaccedilatildeo na planta
Amido A partir de ADP-
glucose
Hidroacutelise por
fosforilaccedilatildeo
Plastiacutedeos e
gracircnulos no
citossol
Sementes caule
folhas frutos e oacutergatildeos
Frutanos A partir de
sacarose por
transglicosilaccedilatildeo
Hidroacutelise Vacuacuteolos e
fluido
apoplaacutestico
Folhas raiacutezes caules e
oacutergatildeos subterracircneos
PRPC A partir de
UDPGDP accediluacutecares
no complexo de
Golgi
Hidroacutelise e
transglicosila
ccedilatildeo
Parede celular Sementes e oacutergatildeos
subterracircneos
Dextrana ndash polissacariacutedios elaborado pelo Leuconostoc mesenteroides a partir de sacarose
Causa viscosidade no caldo de cana bem como diminui o rendimento da cristalizaccedilatildeo da
sacarose
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POLISSACARIacuteDEOS DE PAREDE CELULAR (PRPC)
Os polissacariacutedeos de reserva de parede celular (PRPC) satildeo relativamente inertes no que concerne agrave sua reatividade quiacutemica e apresentam diferentes graus de solubilidade em aacutegua Essas caracteriacutesticas conferem alta compactaccedilatildeo e baixa reatividade e tornam possiacutevel a existencia de um compartimento celular ( a parede celular) que permite o fluxo de aacutegua com um grau de liberdade consideraacutevel
O custo para produzir tais poliacutemeros eacute alto pois tais compostos necessitam de um complexo sistema de biossiacutentese secreccedilatildeo e montagem no meio extracelular A biossiacutentese dos polissacariacutedeos de parede celular requer nucleotiacutedeo-accediluacutecares como doadores de monossacariacutedeos Na tabela a seguir estatildeo relacionados alguns dos polissacariacutedeos de parede e seus respectivos nucleotiacutedeo-accediluacutecares doadores
Polissacariacutedeos Nucleotiacutedeos-accediluacutecares
Celulose UDP-glucose Calose UDP-glucose Glucanos de cadeia mista UDP-glucose Xiloglucano UDP-glucose UDP-galactose UDP-
xilose e GDP-fucose Galactomanano GDP-manose UDP-galactose Glucoronoarabinoxilanos UDP-arabinose UDP-xilose UDP-aacutedico
galacturocircnico Ramnogalacturonano GDP-ramnose UDP-aacutedico galacturocircnico
FRUTANOS
Os frutanos encontram-se entre os carboidratos alternativos de reserva mais amplamente distribuiacutedos entre as plantas superiores sendo encontrados em aproximadamente 15 das angiospermas A presenccedila de frutanos em Asteraceae foi amplamente documentada para a flora de regiotildees temperadas e para a flora tropical e subtropical em regiatildeo restrita do cerrado brasileiro A maioria das espeacutecies ricas em frutanos encontra-se fora da regiatildeo tropical sendo mais abundantes em aacutereas onde o crescimento eacute sazonal Vaacuterios autores sugerem que o acuacutemulo de altas concentraccedilotildees de frutanos e de accediluacutecares soluacuteveis pode contribuir para o aumento do potencial osmoacutetico das ceacutelulas e por conseguinte promover toleracircncia agrave seca e ao congelamento Os frutanos satildeo acumulados em oacutergatildeos fotossintetizantes como folhas e caules em oacutergatildeos subterracircneos de reserva como raiacutezes tuberosas tubeacuterculos e bulbos e em inflorescecircncia e sementes Nas ceacutelulas os frutanos e as enzimas envolvidas em seu
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metabolismo satildeo encontrados nos vacuacuteolos embora recentemente sua presenccedila e a da enzima frutaexohidrolase tenham sido detectadas no fluido apoplaacutestico
Frutanos consistem de seacuteries homoacutelogas de oligo e polissacariacutedeos natildeo redutores onde cada membro da seacuterie conteacutem um resiacuteduo a mais de frutose do que o membro anterior Esses poliacutemeros de D - frutose carregam um resiacuteduo de D - glucose
geralmente localizado na extremidade da cadeia unido por uma ligaccedilatildeo do tipo 12 como na sacarose sendo assim o frutano mais simples eacute um monofrutosil sacarose um trissacariacutedeo O trissacariacutedeo que daacute origem agrave seacuterie da inulina a 1- cestose ou 1-
cestotriose (1 - F - frutosil sacarose -glu-12--fru-12-fru) foi o primeiro a ser caracterizado por Bell e colaboradores (Pollock et al 1996 e referecircncias ali contidas) A 1-cestose eacute encontrada em todas as espeacutecies que acumulam frutanos mesmo naquelas onde a seacuterie predominante apresenta outro tipo de ligaccedilatildeo entre os resiacuteduos de frutose Cinco classes estruturais de frutanos foram identificadas (figura 11) a)
frutano baseado em 1-cestose com ligaccedilotildees - 21 (inulina) encontrado principalmente em Asterales (ex tubeacuterculos de Helianthus tuberosus) b) frutano
baseado em 6-cestose com ligaccedilotildees - 26 (levano) caracteriacutestico de Poales (ex folhas de Phleum pratense) c) frutano com ligaccedilotildees mistas e ramificados com glucose na extremidade da cadeia tambeacutem encontrado em Poales ( ex Triticum) d) frutano
baseado em neocestose com ligaccedilotildees - 21 encontrado em Liliaceae ( ex Asparagus
) e e) frutano baseado em neocestose com ligaccedilotildees -26 presente em alguns membros de Poales ( ex Avena )
Pectinas A pectina eacute o maior constituinte da parede celular primaacuteria e tambeacutem estaacute presente na lamela meacutedia entra as ceacutelulas de todos os tipos Contecircm uma alta concentraccedilatildeo de resiacuteduos de aacutecido D- -4) Dentre as pectinas encontrados Homogalacturonanos que apresentam predominante ou exclusivamente esta
estrutura (aacutecido galacturocircnico e resiacuteduos metilgalacturonados) como mostrado na figura 15
ramnogalactoruronanos conteacutem resiacuteduos de L-ramnose Neste caso o aacutecido galacturocircnico se li -2) e a ramnose ao outro resiacuteduo
-4) Os resiacuteduos de ramnose servem como pontos de ancoragem para cadeias laterais se unirem ramificando o poliacutemero
(figura 16) Galactanos Existem dois t -13-
-14 e o outro mais frequente eacute composto (figura 17) -14 com ramificaccedilotildees de L-arabinofuranose a cada 16-21 resiacuteduos
da cadeia principal Apoacutes a germinaccedilatildeo maior parte da galactose e arabinose eacute
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removida da parede deixando um material residual enriquecido em ramnose aacutecido urocircnico e glucose Matheson e Saini (1977) reportaram a presenccedila de duas
- -galactosidases em cotilecircdones de Lupinus luteus estas enzimas aumentaram apoacutes a germinaccedilatildeo e os autores levantaram a possibilidade do galactano estar envolvido no controle da expansatildeo celular aleacutem de ser um polissacariacutedeo de reserva
Hemicelulose Alguns autores consideram hemicelulose o material extraiacutedo da parede por extraccedilatildeo alcalina Para outros trata-se de um poliacutemero da parede celular com um tipo particular de estrutura molecular e com provaacutevel funccedilatildeo de mobilidade Dentre as hemiceluloses encontramos
Galactoglucomananos (figura 18) moleacutecula linear cadeia cam resiacuteduos de D-glucopiranose e D- -4) Difere da celulose pela presenccedila dos resiacuteduos de manose A razatildeo manosilglucosil eacute geralmente 3 A cadeia de glucomanano apresenta curtas ramificaccedilotildees resiacuteduos de D-
-6) aos resiacuteduos de manose Arabino-4-O-metilglucuronoxilano poliacutemero linear de D-xilose unidos por
-4) com cadeias laterais de dois tipos resiacuteduos de 4-O-metil D-glucurocircnico unidos agrave xilose po -2) ou resiacuteduos de L-arabinose unidos
-3) () 4-O-metilglucuronoxilano cadeia de resiacuteduos de D-xilopiranose unidos por
-4) e substituiacutedo por resiacuteduos de 4-O-metil-D-glucurocircnico unidos por ligaccedilatildeo -2) na cadeia de xilose
Glucomananos semelhantes agrave estrutura de galactoglucomananos com a glucose e -4)
Xilanos de parede secundaacuteria de gramiacuteneas () aparece grande variedade de cadeias laterais curtas1-4) D-xilano) incluindo
L-arabinofuranose no carbono 2 ou 3 da xilose - D -glucosano e -O-metil-D-glucuronopiranose no carbono 2 da xilose
cadeias laterais mais complexa contendo galactose e xilose Glucanos de cadeias mistas (1-3) e (1-4) -D-14-glucano
-16 por resiacuteduos de D- -D-galactopiranosiacutedeos-(12)-D-xilopiranosiacutedeos (figura 22) Exceto pela ausecircncia de terminais fucosil -L- -D-galactosiacutedeos existe uma grande semelhanccedila entre xiloglucanos de reserva (em sementes) e xiloglucanos estruturais de paredes primaacuterias Teriam funccedilotildees no controle da embebiccedilatildeo de aacutegua e xeroproteccedilatildeo Foi proposta uma nomenclatura para os blocos estruturais de xiloglucano com base na cadeia principal Glucoses natildeo substituiacutedas satildeo
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denominadas G glucoses ramificadas com xilose satildeo denominadas X e se a galactose estaacute ligada agrave xilose o trissacariacutedeo eacute denominado L As proporccedilotildees entre estas unidades demonstraram a existecircncia de estruturas finas (distribuiccedilatildeo das ramificaccedilotildees de galactose) especiacuteficas entre as diferentes espeacutecies e entre populaccedilotildees de mesma espeacutecie crescidas em diferentes ambientes Apesar das diferenccedilas em estrutura fina todos os xiloglucanos de sementes examinados apresentam proporccedilatildeo de monossacariacutedeos muito proacutexima preservando desse modo o total de ramificaccedilotildees com galactose de forma independente da sua distribuiccedilatildeo Jaacute foram isoladas as quatro principais enzimas responsaacuteveis pela degradaccedilatildeo de xiloglucano em Tropaeolum majus sendo uma endo- -14-glucanase especiacutefica para xiloglucano ou xiloglucano endo-transglicosilase (XET)
- -xilosidase ou oligoxiloglucano exo-hidrolase especiacutefica para oligossacariacutedeos de
-glucosidase No modelo proposto por Crombie et al (1998) as quatro enzimas atacam o poliacutemero de um modo sincronizado produzindo galactose glucose e xilose livres Embora nenhuma evidecircncia direta indique ainda que os xiloglucanos de sementes tenham dupla funccedilatildeo esta proposiccedilatildeo pode ser feita com base no fato de que os xiloglucanos possuem propriedades hidrodinacircmicas muito semelhantes agraves encontradas em galactomananos isto eacute os xiloglucanos teriam funccedilotildees no controle da embebiccedilatildeo de aacutegua e xeroproteccedilatildeo Eacute interessante observar que as relaccedilotildees entre estrutura e funccedilatildeo em xiloglucano estatildeo nas mudanccedilas de estrutura fina que satildeo tambeacutem relacionadas com o posicionamento das galactoses na moleacutecula
O grau de ramificaccedilatildeo dos mananos define suas relaccedilotildees estrutura-funccedilatildeo Quanto menos ramificado maior a indicaccedilatildeo de que a funccedilatildeo bioloacutegica estaacute relacionada com a dureza e a proteccedilatildeo do embriatildeo Por outro lado quanto maior o grau de ramificaccedilatildeo mais soluacutevel o polissacariacutedeo e maior a participaccedilatildeo deste em funccedilotildees como as relaccedilotildees hiacutedricas
Mananos e galactomanos satildeo moleacuteculas multifuncionais desempenhando suas funccedilotildees durante fases distintas do crescimento e desenvolvimento das plantas
Mananos puros satildeo artificialmente definidos como contendo mais de 90 de
natildeo o restante estar ramificado com galactose Satildeo estruturalmente relacionados aos galactomananos apenas apresentando um grau menor de ramificaccedilatildeo com galactose Abaixo de 10 de ramificaccedilotildees os mananos tornam-se insoluacuteveis e precipitam rapidamente em soluccedilatildeo aquosa Assim os mananos satildeo estruturalmente relacionados aos galactomananos apenas apresentando um grau menor de ramificaccedilatildeo com galactose Os mananos portanto apresentam alto grau de interatividade intermolecular formando cristais na parede celular o que
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confere dureza e diminui sua solubilidade Satildeo encontrados em endospermas de sementes de espeacutecies como Phoenix dactylifera Phytelephas macrocarpa e Coffea arabica Aparentemente tem outras funccedilotildees aleacutem de reserva eles conferem dureza agraves sementes que os acumulam e isso pode ser associado com um sistema de proteccedilatildeo do embriatildeo contra danos mecacircnicos Sendo assim os mananos exerceriam as funccedilotildees de constritor e protetor mecacircnico do embriatildeo e tambeacutem de polissacariacutedeos de reserva
Galactomananos satildeo compostos por uma cadeia linear de resiacuteduos de manose -14 agrave qual resiacuteduos de galactose estatildeo unidos
em endospermas de sementes de leguminosas A razatildeo manosegalactose e a distribuiccedilatildeo dos resiacuteduos de galactose ao longo da cadeia de manose variam de espeacutecie para espeacutecie sendo importante para estudos quimiotaxonomicos e evolutivos As trecircs famiacutelias de Leguminosae podem ser distinguidas utilizando-se este paracircmetro A mobilizaccedilatildeo de galactomananos foi estudada em leguminosas
-galactosidase endo- --manosidase) confirmando que a mobilizaccedilatildeo do galactomanano
ocorre atraveacutes da hidroacutelise Em todos os casos estudados o polissacariacutedeo eacute desmontado ateacute seus monossacariacutedeos constituintes (manose e galactose) ao mesmo tempo em que haacute produccedilatildeo de sacarose Aleacutem do papel de reserva o galactomanano influencia no fluxo de aacutegua devido a sua maior solubilidade nos primeiros estaacutegios da germinaccedilatildeo Este polissacariacutedeo absorve grande quantidade de aacutegua e redistribui ao redor do embriatildeo O endosperma embebido protege o embriatildeo contra perda de aacutegua atraveacutes de um efeito conhecido como ldquotampatildeo de aacuteguardquo durante periacuteodos de seca poacutes-embebiccedilatildeo
5 FATORES ANTINUTRITIVOS DE NATUREZA GLUCIacuteDICA
a Linamarina carboidratos cianogecircnio encontrado em certas variedades
Mecanismo de detoxicaccedilatildeo da planta
CN + S2O3 = SCN
+ SO3 =
O tiocianato (SCNmacr) impede a captaccedilatildeo de iodo pela tireoacuteide causando o boacutecio
A intoxicaccedilatildeo crocircnica com cianeto (CNmacr) acarreta a Neuropatia Tropical que se caracteriza
por alteraccedilatildeo irreversiacuteveis das ceacutelulas nervosas provocando falta de coordenaccedilatildeo dos
movimentos e uma apatia generalizada A ocorrecircncia de boacutecio no litoral nordeste brasileiro
pode ser atribuiacutedo ao elevado consumo de produtos de mandioca
b Fatores causadores de flatulecircncia Muitos legumes ( feijatildeo soja etc ) apresenta os
oligossacariacutedios rafinose estaquiose e verbascose que escapam aacute digestatildeo por natildeo
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termos a enzima galactosidase natildeo sendo pois absorvidos ao niacutevel do intestino
delgado As bacteacuterias do intestino grosso metabolizam esses accedilucares produzindo CO2
H2e abaixando o ph Satildeo pois responsaacuteveis pela flatulecircncia quando daacute ingestatildeo de
legumes
c Glucosinolatos Substacircncias encontradas nas cruciacuteferas especialmente do gecircnero
Brassica que diminuem o valor bioloacutegico dos alimentos Manifestam atividades
bociacutegena acarretando hipertrofia das tireoacuteides Satildeo comumente encontradas em couve
repolho nabo mostarda colza etc
El potencial terapeacuteutico de algunas verduras
Por el Dr Heacutector E Soloacuterzano del Riacuteo
Coordinador de Medicina Ortomolecular del Centro de Estudios de Medicina
Integradora de la Universidad Autoacutenoma de Guadalajara y Presidente de la Sociedad
Meacutedica de Investigaciones Enzimaacuteticas AC
El indol-3-carbinol es un producto derivado de la glucobrasicina glucosinolato tambieacuten
conocido como indol-3-glucosinolato Los glucosinolatos se encuentran principalmente en los
vegetales cruciacuteferos (broacutecoli col col de Bruselas coliflor col rizada nabos etc)
Entre las recomendaciones que se dan para seguir una buena dieta estaacute el consumir
diariamente 5 raciones de verduras frescas y 5 raciones de frutas frescas
En un antiguo tratado Romano de medicina se afirma que si aparece una uacutelcera cancerosa en
las mamas apliacutequese una hoja de col machacada y se pondraacute bien Con el machacar una hoja
de col el indol-3-glucosinolato se convertiriacutea en indol-3-carbinol entre otras reacciones
(Albert-Puleo M Physiological effects of cabbage with reference to its potential as a dietary
cancer-inhibitor and its use in ancient medicine J Ethnopharm 1983 9261-272)
El propio I-3-C no es activo Cuando el I-3-C entra en contacto con el aacutecido gaacutestrico se
convierte en sus metabolitos activos el diindoilmetano y el indoilcarbazol Por eso el I-3-C
administrado parenteralmente no produce metabolitos activos
En la actualidad sabemos que el I-3-C puede modular el metabolismo de los estroacutegenos
Tambieacuten puede tener efectos anti-aterogeacutenicos antioxidantes y anticanceriacutegenos
El I-3-C puede estimular a las enzimas naturales desintoxicantes de nuestro cuerpo
Se ha demostrado que los metabolitos estrogeacutenicos 16 alfa-hidroxiestrona y 4-hidroxiestrona
son canceriacutegenos y se cree que son responsables los posibles efectos canceriacutegenos del
estroacutegeno Por otro lado se ha descubierto que el metabolito estrogeacutenico 2-hidroxiestrona es
protectora contra varios tipos de caacutencer incluyendo el caacutencer de mamaacute Se ha demostrado que
el I-3-C aumenta la relacioacuten de 2-hidroxiestrona a 16 alfa-hidroxiestrona y tambieacuten inhibe la
4-hidroxilacioacuten del estradiol (Bailey GS Hendricks JD Shelton DW et a Enhancement of
33
carcinogenesis by the natural anti-carcinogen indole-3-carbinol J Natl Cancer Inst 1987
78931-934)
Algunos estudios han demostrado que el I-3-C restaura la funcioacuten del gen supresor p21
retrasa la propagacioacuten de ceacutelulas aberrantes de proacutestata y mama e induce la apoptosis de
ceacutelulas aberrantes
Como ya lo mencioneacute arriba el I-3-C induce la siacutentesis de 2-hidroxiestrona Se he descubierto
que la 2-hidroxiestrona inhibe la oxidacioacuten de la lipoproteiacutena de baja densidad Esto nos indica
que el I-3-C tiene un efecto antioxidante indirecto Parece que la 2-hidroxiestrona tambieacuten
tiene la capacidad de inhibir la proliferacioacuten del muacutesculo liso La inhibicioacuten de la proliferacioacuten
de muacutesculo liso y la inhibicioacuten de la oxidacioacuten de LDL son importantes para los efectos anti-
aterogeacutenicos del I-3-C
Algunas de nuestras investigaciones nos han demostrado que el I-3-C puede ser uacutetil para
inhibir la formacioacuten de quistes de papilomatosis causados por el virus del papiloma humano
incluyendo en la boca los pulmones y las cuerdas vocales
Parece que el tratamiento con I-3-C durante 12 semanas causa una regresioacuten completa de la
neoplasia intraepitelial cervical en el 50 de las pacientes con estadio II-III de la NIC (Bell
MC Crwoley Nowick P Bradlow HL et al Preliminary results of the use of indole-3-carbinol
in the treatment of CIN Gynecol Oncol 2000 78123-9)
Hay un estudio que reporta por primera vez que el I-3-C ejerce efectos anticancerosos en las
ceacutelulas tumorales pancreaacuteticas in vitro Se ha demostrado que el I-3-C inhibe el crecimiento de
varias liacuteneas de ceacutelulas cancerosas ovaacutericas lo mismo que sobre el caacutencer de mama y de
proacutestata
El ensayo mencionado se enfocoacute en los efectos anticanceriacutegenos en varios biomarcadores
moleculares y celulares del caacutencer de paacutencreas Se investigaron los efectos del I-3-C sobre la
proliferacioacuten celular la apoptosis la expresioacuten de la DT-diaforasa la expresioacuten de Cox-1 y 2
la expresioacuten de NFkappaB y sus efectos sobre la invasioacuten celular tumoral
Una de las claves acerca de la causa del envejecimiento es que los animales senectos
desarrollan autoinmunidad La autoinmunidad consiste en que el cuerpo se hace aleacutergico a sus
propias ceacutelulas y empieza a destruirlas Los autoanticuerpos provocan una respuesta
inflamatoria croacutenica Cuando los autoanticuerpos atacan por ejemplo a las articulaciones se
presenta la artritis reumatoide Se conocen aproximadamente 60 enfermedades autoinmunes
Entre eacutestas encontramos a la esclerosis muacuteltiple la alopecia areata el vitiacuteligo la espondilitis
anquilosante etc
El tratamiento convencional se basa en la administracioacuten de corticoides e inmunosupresores
lo cual causa graves efectos adversos (Alving CR Swartz GM Jr Antibodies to cholesterol
cholesterol conjugates and liposomes implications for atherosclerosis and autoimmunity Crit
Rev Immunol 199110(5)441-53
Varios estudios realizados en algunas universidades en ratones autoinmunes -- los cuales
usualmente desarrollan enfermedad renal mortal autoinmune-- mostraron buenos resultados
con el I-3-C
34
El I-3-C tiene un efecto importante protector contra la autoinmunidad Las pruebas
demostraron que este complemento alimenticio redujo draacutesticamente la enfermedad renal
autoinmune Despueacutes de un antildeo todos los animales que recibieron el complemento todaviacutea
estaban vivos comparado con solamente el 30 de los controles Dos meses maacutes tarde todos
los controles habiacutean muerto mientras que muchos de los ratones que recibieron el I-3-C
sobrevivieron otros 6 meses y unos pocos sobrevivieron durante maacutes de 20 meses casi el 50
maacutes que los ratones controles
Se ha notado en forma interesante que la restriccioacuten caloacuterica podriacutea tener los mismos efectos
en los ratones autoinmunes (Ogura M Ogura H Lorenz E Ikehara S Good RA
Undernutrition without malnutrition restricts the numbers and propor tions of Ly-1 B
lymphocytes in autoimmune (MRLI and BXSB) mice Proc Soc Exp Biol Med 1990
Jan193(1)6-12) La restriccioacuten caloacuterica revierte la autoinmunidad y extiende el periacuteodo de
vida
Pues bien se cree que el I-3-C puede imitar los efectos de la restriccioacuten caloacuterica y prolongar el
periacuteodo de vida (Howitz KT Bitterman KJ Cohen HY et al Small molecule activators of
sirtuins extend Saccharomyces cerevisiae life span Nature 2003 Sep 11425 (6954)191-6
Epub 2003 Aug 24) El I-3-C y la restriccioacuten caloacuterica afectan a un proceso conocido como
metilacioacuten (Morse MA LaGreca SD Amin SG Chung FL Effects of indole-3-carbinol on
lung tumorigenesis and DNA methylation induced by 4-(methylnitrosamino)-1-(3- pyridyl)-1-
butanone (NNK) and on the metabolism and disposition of NNK in AJ mice Cancer Res
1990 May 150(9)2613-7) Puedo mencionar que la metilacioacuten es una reaccioacuten bioquiacutemica
que sucede en forma natural dentro de nuestro cuerpo Este proceso disminuye con la edad y
se altera con la autoinmunidad (Yung R Ray D Eisenbraun JK et al Unexpected effects of
heterozygous dnmt1 null mutation on age-dependent DNA hypomethylation and
autoimmunity J Gerontol A Biol Sci Med Sci 2001 Jun56(6)B268-76)
Las uacuteltimas tendencias en la investigacioacuten nutricional y oncoloacutegica estaacuten examinando coacutemo
ciertos compuestos fitoterapeacuteuticos afectan a los genes utilizando microarreglos de ADN Los
microarreglos para el I-3-C muestran que esta substancia natural ejerce un potente efecto en
los genes relacionados con el caacutencer Entre otras cosas estas substancias activan a los genes
tumorales supresores a otros genes que destruyen a las ceacutelulas cancerosas y a los genes que
nos desintoxican de agentes quiacutemicos Tambieacuten el I-3-C suprime genes que capacitan a las
ceacutelulas cancerosas a comunicarse con otras ceacutelulas Esta capacidad para entrar en las ceacutelulas
cancerosas y activar o desactivar genes es una poderosa arma contra el crecimiento del caacutencer
Esta habilidad para ejercer estos efectos sin alguna toxicidad (como lo hace el I-3-C) lo
convierte en un agente quimiopreventivo extremadamente deseable
En pocas palabras el I-3-C se usa para la prevencioacuten y tratamiento del caacutencer de mama
caacutencer de colon y otros tipos de caacutencer Tambieacuten se usa oralmente para fibromialgia
papilomatosis lariacutengea displasia cervical y en varias enfermedades autoinmunes como el
lupus eritematoso sisteacutemico Varios estudios demuestran que es uacutetil para equilibrar los niveles
hormonales desintoxicar a los intestinos y el hiacutegado y para apoyar al sistema inmunoloacutegico
35
Couve-broacutecolo - potenciais efeitos anticanceriacutegenos Ana Sofia Rodrigues (1) Eduardo Rosa (2) (1)Escola Superior Agraacuteria de Ponte de
Lima Mosteiro de Refoios 4990-706 Ponte de Lima Portugal (2) Universidade
Traacutes-os-Montes e Alto Douro Dpt Fitoteacutecnia Apartado 202 5001-911 Vila Real
Portugal
Resumo
As plantas da famiacutelia Brassicaceae incluindo a couve-broacutecolo apresentam um
grupo de compostos secundaacuterios os glucosinolatos com reconhecidas
propriedades anticanceriacutegenas especialmente os hidrolisados do glucosinolato
glucorafanina e dos glucosinolatos indoacutelicos Contudo os potenciais benefiacutecios na
sauacutede dependem das concentraccedilotildees destes compostos que por sua vez dependem
das variedades consumidas e das condiccedilotildees de crescimento da cultura
Neste estudo avaliou-se a variaccedilatildeo do teor em glucosinolatos nas inflorescecircncias
primaacuterias e secundaacuterias de onze cultivares de couve-broacutecolo em duas estaccedilotildees de
crescimento Primavera-Veratildeo e Veratildeo-Inverno Os teores em glucosinolatos
foram significativamente superiores no Veratildeo-Inverno Nesta estaccedilatildeo os teores
mais elevados ocorreram nas inflorescecircncias secundaacuterias O grupo dos
glucosinolatos indoacutelicos representou entre 19 e 77 dos totais A glucorafanina foi
o glucosinolato que surgiu em maior concentraccedilatildeo (gt500 moles100 g-1 PS) em
todas as cultivares Considerando o potencial efeito anticanceriacutegeno do
isotiocianato derivado da glucorafanina sulforafano a cultivar Shogun destaca-se
das outras por apresentar maiores teores desse glucosinolato
3- Butenilglucosinolato (GLUCONAPINA)
36
37
38
39
2- Hidroacutexi ndash3- butenil glucosinolato (PROGOITRINA)
CH2 = CH ndash CH ndash CH2 ndash NCS + HSO
4 + C6H12O6 ( - glicose)
OH
2- Hidroacutexi ndash3- butenil isotiocianato
5- Vinil oxazolidina ndash2- tiona
(5-vinil-2-tioxazolidina)
(GOITRINA)
40
Lipiacutedios
1 CONCEITO
Os lipiacutedios constituem juntamente com os carboidratos e proteiacutenas outra classe de substacircncias
consideradas como alimento Os seus representantes satildeo compostos bastante heterogecircneos das
mais variadas funccedilotildees quiacutemicas que se caracterizam pela insolubilidade em aacutegua e
solubilidade em solventes orgacircnicos (eacuteter acetona aacutelcool clorofoacutermio etc) Essa natureza
hidrofoacutebica eacute consequumlecircncia da natureza quiacutemica da moleacutecula que possui extensas cadeias de
carbono e hidrogecircnio lembrando muito os hidrocarbonetos
Satildeo considerados os mais energeacuteticos dos alimentos devido a essas cadeias hidrocarbonetadas
apresentando o aacutetomo de carbono em estaacutegio bastante reduzido isto eacute com baixo nuacutemero de
oxidaccedilatildeo devido ao baixo teor de oxigecircnio na moleacutecula
Composiccedilatildeo quiacutemica elementar () K calg________
Classe C O H N____________________
Proteiacutena 53 23 7 16 4
Carboidratos 44 49 6 _ 4
Lipiacutedios 76 11 12 _ 9___________
Constituem portanto uma excelente opccedilatildeo para a ceacutelula viva ou organismo qualquer o
armazenamento de energia quiacutemica na forma de lipiacutedios
Do ponto de vista estrutural os lipiacutedios constituem as membranas de permeabilidade
diferencial como a membrana citoplasmaacutetica e as membranas que revestem as organelas e
outras entidades de atividade bioquiacutemica especializadas (como o retiacuteculo endoplasmaacutetico o
sistema lamelar dos cloroplastos etc) Alguns representantes dessa classe ainda
desempenham funccedilotildees altamente especializadas como algumas vitaminas e a clorofila
(pigmento receptor da energia radiante no processo fotossinteacutetico)
2 CLASSIFICACcedilAtildeO
Segundo suas propriedades quiacutemicas os lipiacutedios podem ser classificados em
21 Lipiacutedios neutros gliceriacutedios monogliceriacutedios
ceras digliceriacutedios
trigliceriacutedios
22 fosfatiacutedios
23 esfingolipiacutedios
24 glicolipiacutedios
25 lipoproteiacutenas
26 terpenoacuteides carotenoacuteides
esteroacuteides
41
3 TRIGLICERIacuteDIOS
Constituem a quase totalidade da fraccedilatildeo lipiacutedios de uma dieta alimentar ou uma reaccedilatildeo
animal Eacute tambeacutem a forma pela qual os organismos animais ou vegetais armazenam parte
significativa da energia quiacutemica
Quimicamente satildeo eacutesteres do glicerol e aacutecidos graxos produtos esses que satildeo obtidos
mediante hidroacutelise dos trigliceriacutedios
As propriedades fiacutesicondashquiacutemicas os trigliceriacutedios satildeo regidas pela natureza dos aacutecidos graxos
integrantes desde que o glicerol eacute comum a todos eles
31 Hidroacutelise dos trigliceriacutedios Existem 3 modalidades de se promover a hidroacutelise dos
trigliceriacutedios
1 hidroacutelise aacutecida (reversiacutevel)
2 hidroacutelise alcalina ou reaccedilatildeo de saponificaccedilatildeo (irreversiacutevel)
3 hidroacutelise enzimaacutetica (pela accedilatildeo das liacutepases)
Da hidroacutelise alcalina resulta um sal soacutedico ou potaacutessico (conforme se use NaOH ou
KOH para a hidroacutelise) do aacutecido graxo o qual eacute denominado de sabatildeo com propriedade
detergente Para que uma substacircncia manifeste propriedade detergente a mesma deve
apresentar em sua moleacutecula uma porccedilatildeo hidrofoacutebica (apolar) e outra hidrofiacutelica (polar) Os
detergentes estabelecendo uma ponte aproximando as moleacuteculas polares (aacutegua) das
moleacuteculas apolares (gordura) promove a solubilizaccedilatildeo ou emulsificaccedilatildeo das gorduras e dos
oacuteleos
32 Aacutecidos Graxos Satildeo aacutecidos carboxiacutelicos que apresentam um radical R de natureza
graxa ou apolar R ndash COOH onde R deve se apresentar com mais de 4 aacutetomos de carbono em
estaacutegio reduzido
De um modo geral aumentando-se o nuacutemero de aacutetomos de carbono na moleacutecula
aumenta-se o ponto de fusatildeo do aacutecido graxo (ateacute 8 aacutetomos de carbono os aacutecidos carboxiacutelicos
satildeo liacutequidos com 1 e 2 aacutetomos de C satildeo volaacuteteis)
A presenccedila da dupla ligaccedilatildeo na cadeia do aacutecido graxo diminui o ponto de fusatildeo do
mesmo
42
Aacutecidos graxos Estrutura Ponto de Fusatildeo
Saturados
Laacuteurico CH3(CH2)10COOH 44deg
Miriacutestico CH3(CH2)12COOH 54deg
Palmiacutetico CH3(CH2)14COOH 63deg
Esteaacuterico CH3(CH2)16COOH 70deg
Araquiacutedico CH3(CH2)18COOH 75deg
Beecircnico CH3(CH2)20COOH 80deg
Lignoceacuterico CH3(CH2)22COOH 84deg
Natildeo-saturados
Oleacuteico CH3(CH2)7CHCH(CH2)7COOH
Vaccecircnico CH3(CH2)5CHCH(CH2)9COOH
Ricinoleico CH3(CH2)5CHOHCH2CHCH(CH2)7COOH
Linoleico CH3(CH2)4(CHCHCH2)2(CH2)6COOH
Linolecircnico CH3CH2(CHCHCH2)3(CH2)6COOH
Araquidocircnico CH3(CH2)4(CHCHCH2)4(CH2)2COOH
Pouco comuns
-alaioesteaacuterico CH3(CH2)3CHCHCHCHCHCH
Taririco (CH2)7COOH
Isacircnico CH3(CH2)10CequivC(CH2)4COOH
CH2CH(CH2)4CCCC(CH2)7COOH
CH2
Lactobacilico
Vernoacutelico
43
Os oacuteleos de origem vegetal satildeo trigliceriacutedios que apresentam elevada proporccedilatildeo de
aacutecidos graxos poliinsaturados que possuem baixo ponto de fusatildeo conferindo a esses
trigliceriacutedios o estado liacutequido aacute temperatura ambiente (20-25degC) Jaacute as gorduras de origem
animal se apresentam no estado soacutelido aacute temperatura ambiente pelo fato de haver
predominacircncia de aacutecidos graxos saturados
Uma dieta rica oacuteleos vegetais eacute aconselhaacutevel aacutes pessoas com distuacuterbios cardiovasculares
possuidoras de elevados teores de colesterol no sangue Tais problemas satildeo manifestados pela
arteriosclerose (endurecimento das arteacuterias) eou ateroesclerose (diminuiccedilatildeo da luz arterial)
Sabe-se que o colesterol no inferior da ceacutelula se encontra livre ao passo que fora dela (no
sangue por exemplo) se encontra asterificado por aacutecidos graxos Dependendo da saturaccedilatildeo do
aacutecido graxo o mesmo pode propiciar a disposiccedilatildeo do eacutester do colesterol na parede interna das
arteacuterias diminuindo a luz das mesmas causando os citados distuacuterbios cardiovasculares
Eacutester do colesterol com aacutec graxo saturado
Eacutester do colesterol com aacutecido graxo poli-insaturado
44
45
A margarina obtida pela hidrogenaccedilatildeo cataliacutetica do oacuteleos vegetais com a finalidade
de dar aos mesmos a consistecircncia soacutelida da manteiga natildeo se constitui num
substituto adequado desta quando se pretende evitar os inconvenientes da gordura
animal Isto porque a caracteriacutestica desejaacutevel dos oacuteleos vegetais (presenccedila de
aacutecidos graxos poliinsaturados) eacute alterada quando se efetua a hidrogenaccedilatildeo dos
mesmos para se obter um produto de maior ponto de fusatildeo
4 CEcircRAS
Quimicamente satildeo eacutesteres de aacutecidos graxos de cadeia longa com alcoois monohidroxilados
tambeacutem de cadeia longa (16 a 36 aacutetomos de carbono)
A cecircra de abelha (palmitado de miricila)
B cecircra de carnaacuteuba (cerotato de miricila)
Devido aacute natureza das cadeias tanto do aacutecido graxo como do aacutelcool tais compostos
satildeo bastante hidrofoacutebicos altamente insoluacuteveis em aacutegua razatildeo pela qual plantas e
animais optaram por uma camada cerosa para proteccedilatildeo e impermeabilizaccedilatildeo
Assim certas plantas apresentam uma camada de cecircra (cutiacutecula) para proteccedilatildeo da
epiderme aves aquaacuteticas efetuam a impermeabilizaccedilatildeo das penas com auxiacutelio de
mateacuteria cerosa das glacircndulas cericiacutegenas
5 FOSFATIacuteDIOS
Satildeo derivados do aacutecido fosfatiacutedico Um representante desse grupo eacute a lecitina que estaacute
associada aacutes membranas de permeabilidade diferencial com funccedilatildeo ainda pouco conhecida
talvez regendo o transporte de substacircncias atraveacutes dessas membranas
46
6 GLICOLIPIacuteDIOS
Citamos os galactolipiacutedios e sulfolipiacutedios encontrados no tecido fotossintetizador das plantas
Suas funccedilotildees natildeo satildeo bem conhecidas
7 LIPOPROTEIacuteNAS
Satildeo associaccedilotildees entre proteiacutenas e lipiacutedios especialmente fosfolipiacutedios que se arranjam
segundo a polaridade das moleacuteculas sem envolvimento de ligaccedilatildeo covalentes As membranas
de permeabilidade diferencial (citoplasmaacutetica e aquelas que revestem as organelas celulares
bem como o retiacuteculo endoplasmaacutetico e o sistema lamelar dos cloroplastos) satildeo constituiacutedos de
lipoproteiacutenas
8 TERPENOacuteIDES CAROTENOacuteIDES E OUTROS COMPOSTOS DE NATUREZA
LIPIacuteDICA
Como os lipiacutedios congregam compostos da mais variada natureza quiacutemica encontramos
representantes desempenhando funccedilotildees altamente especializadas aleacutem daquelas jaacute
mencionadas (funccedilotildees energeacutetica e estrutural)
Assim algumas vitaminas bem como pigmentos receptores de energia radiante no processo
fotossinteacutetico satildeo exemplo de lipiacutedios desempenhando outras funccedilotildees
AMINOACIDOS E PROTEINAS
AMINOAacuteCIDOS
1 CONCEITO
Como o nome indica os aminoaacutecidos satildeo compostos que carregam em suas moleacuteculas um
grupo amino (de caraacuteter baacutesico) e um grupo carboxiacutelico (de caraacuteter aacutecido) Satildeo eles as
entidades que constituem as proteiacutenas e o conhecimento de suas estruturas se reveste de um
particular interesse pelas propriedades que conferem aacute moleacutecula proteacuteica que integram
47
Ademais os aminoaacutecidos desempenham outras funccedilotildees especiacuteficas quer participando de
processos bioloacutegicos (ciclo da ureacuteia por exemplo) ou se constituindo em substrato para muitos
constituintes celulares
Os aminoaacutecidos encontrados normalmente nas proteiacutenas satildeo identificados com sendo - L-
aminoaacutecido Alfa () porque o grupo amino (-NH2) se prende ao carbono de posiccedilatildeo
adjacente aacute carboxila (-COOH) e L devido a configuraccedilatildeo do grupo amino tendo como
referecircncia o D-gliceraldeido
2 TITULACcedilAtildeO DE AMINOAacuteCIDOS E EVIDEcircNCIA DE SEU CARAacuteTER IOcircNICO
Os aminoaacutecidos via de regra satildeo soluacuteveis em aacutegua e insoluacuteveis em solventes orgacircnicos
(clorofoacutermio acetona eacuteter aacutelcool etc) Tal propriedade natildeo coaduna com a estrutura geral
formulada (R-CHNH2-COOH) Como sabe os aacutecidos carboxiacutelicos e as aminas orgacircnicas satildeo
pouco ou quase insoluacuteveis em aacutegua especialmente os compostos de cadeia alifaacutetica ou
aromaacutetica com diversos aacutetomos de carbono Outra propriedade fiacutesica interessante eacute o alto
ponto fusatildeo dos aminoaacutecidos em situaccedilatildeo oposta aos aacutecidos carboxiacutelicos e aminas que
apresentam baixo ponto de fusatildeo e bem definido
A real estrutura dos aminoaacutecidos pode ser visualizada em soluccedilatildeo considerando o seu
comportamento como eletroacutelito Assim um aminoaacutecido pelo fato de conter um grupo
carboxiacutelico e um grupo amino pode reagir tanto como uma base como um aacutecido sendo
considerado uma substacircncia anfoacutetera Se o amino aacutecido estiver dissolvido em um meio aacutecido
ele se torna carregado positivamente (migra para o caacutetodo num campo eletroforeacutetico) e se o
meio for alcalino ele se torna carregado negativamente
Para se melhor compreender o caraacuteter iocircnico dos aminoaacutecidos eacute inicialmente necessaacuterio
conhecer algumas caracteriacutesticas dos diversos grupos ionizaacuteveis Para tal estudaremos as
ionizaccedilotildees da carboxila de um aacutecido e do grupo amino de uma amina orgacircnica
21 Titulaccedilatildeo da carboxila de um aacutecido (aceacutetico) O aacutecido aceacutetico se ioniza liberando
proacuteton (H+) conforme a equaccedilatildeo
A constante de dissociaccedilatildeo (K) do aacutecido aceacutetico eacute
Para esse valor de K podemos afirmar que o aacutecido aceacutetico eacute um aacutecido fraco pois apenas uma
pequena fraccedilatildeo das moleacuteculas eacute que se ionizam proacuteton
48
Aplicando-se logariacutetimos
Quando o ph do meio for numericamente igual ao ph
Teremos
Portanto
Isto eacute as concentraccedilotildees das formas protonizada e desprotonizada se equivalem
Podemos concluir portanto que o ph de um grupo ionizaacutevel corresponde a um valor de ph no
qual coexistem as formas protonizada e desprotonizada em idecircnticas concentraccedilotildees Em outras
palavras eacute o ph que corresponde aacute semi-titulaccedilatildeo ou semi-neutralizaccedilatildeo do referido grupo
ionizaacutevel
Curva de titulaccedilatildeo do aacutecido aceacutetico
22 Titulaccedilatildeo do Grupo Amino (-NH2)
Seja a amina metilina que pode ceder proacuteton conforme a equaccedilatildeo
49
Curva de Titulaccedilatildeo da Metilamina
23 Titulaccedilatildeo de um amino aacutecido neutro (alamina)
Formas Iocircnicas
Carga eletroforeacutetica +1
Curva de titulaccedilatildeo da alamina
Problema Quais as formas iocircnicas existentes bem como as proporccedilotildees das mesmas para
alamina no pH fisioloacutegico (70)
Resposta a forma iocircnica da alamina mais abundante no pH fisioloacutegico (70) eacute a forma
=99 81 desprovida de carga eletroforeacutetica
24 Titulaccedilatildeo de um minoaacutecido dicarboxiacutelico aacutecido aspaacutertico
50
Curva de Titulaccedilatildeo do Aacutecido Aspaacutertico
3 Curva de titulaccedilatildeo obtida quendo 20 ml de aacutecido aspaacutertico HCI01M satildeo titulados com
NaOH01M
Problema Calcular as proporccedilotildees das formas iocircnicas do aacutecido aspaacutertico existentes no pH
fisioloacutegico (Ph=70)
PH=Pk+log R
PH=70
PK=pK3=98 (o mais proacuteximo de 70) do grupo -amino
R= cone da forma protonizada em relaccedilatildeo ao grupo amino= IV
coc da forma protonizada em relaccedilatildeo ao grupo amino III
Substituindo
7 = 98 +log IV
III
7 = 98 + log R
log R = 7-98 = -28
log 1 = 28
R
1 =629 ou R = _1_ =
R 629
R = __1_ = IV
51
629 III
III = 629 IV
III + IV = 100 (1)
substituindo o valor de III em (1) temos
629 IV ldquo+ IV = 100
630 IV = 100
IV = _100_ = 016
630
[III] = 629 X 016 (01587301)
[III] = 9984
Resposta A forma mais abundante (9984) eacute a forma III carregada negativamente
25 Titulaccedilatildeo de um aminoaacutecido baacutesico (lisina)
Problema Qual eacute e em que proporccedilatildeo se apresenta a forma iocircnica mais abundante do
aminoaacutecido lisina no pH fisioloacutegico (70)
PH = pK + log R
PH = 70
PK = Pk2 = 90 ( o mais proacuteximo de 70 corresponde ao grupo -amino)
R = conc da forma desprotonizada em relaccedilatildeo ao grupo -amino = [III]
conc da forma protonizada em relaccedilatildeo ao grupo -amino [II]
Substituindo
52
70 = 90 + log R
log R=70 ndash 90 = -20
log 1 = 2
R
1= 100 ou R = _1__
R 100
Portanto R = __1__ = _[III]_ ou
100 [II]
[II] =100 [III]
[II] + [III] = 100 (1)
Substituindo o valor de [II] em (1)
100 [III] + [III] = 100
101 [III] = 100[III] = _100_ = 099
101
Logo [II] = 100 X 099 = 99
Resposta A forma iocircnica mais abundante eacute a forma II na proporccedilatildeo de 99
Resumindo o que se observou para os 3 aminoaacutecidos temos
Aminoaacutecido pI forma iocircnica predominante no pH fisioloacutegico (70)
Neutro 7 sem carga eletroforeacutetica
Aacutecido lt 7 carregado negativamente
Baacutesico gt 7 carregado positivamente
4 CLASSIFICACcedilAtildeO DOS AMINOAacuteCIDOS
Os aminoaacutecidos satildeo classificados segundo a natureza do radical R vaacuterios criteacuterios de
classificaccedilatildeo podem ser adotados Assim quanto aacute estrutura do radical R eles podem ser
classificados em
a aminoaacutecidos alifaacuteticos
b aminoaacutecidos aromaacuteticos
c aminoaacutecidos heterociacuteclicos
53
Mais significativa entretanto eacute a classificaccedilatildeo baseada na polaridade do radical R uma vez
que ela enfatiza o papel funcional que cada aminoaacutecido desempenha na proteiacutenaAssim os 20
aminoaacutecidos comumente encontrados nas proteiacutenas satildeo classificados em
31 Aminoaacutecidos com Radical R natildeo Polar ou Hidrofoacutebico
32 Aminoaacutecidos com Radical R Polar sem Carga no pH Fisioloacutegico
A maioria desses aminoaacutecidos tem um radical polar que pode participar de pontes de
hidrogecircnio alguns possuem o grupo hidroxila (-OH) outros a sulfidrila (-SH) enquanto
asparagina e glutamina possuem grupos amida A glicina embora desprovida de radical R eacute
considerada uma moleacutecula polar pelo fato dos grupos amino e carboxila representar grande
parte da massa da moleacutecula
33 Aminoaacutecidos com Radical R Polar Carregados Negativamente no pH Fisioloacutegico
Nesta classe estatildeo aminoaacutecidos dicarboxiacutelicos
33 Aminoaacutecidos com Radical R Polar Carregado Positivamente no pH Fisioloacutegico
Trecircs aminoaacutecidos satildeo incluiacutedos nesta categoria lisina (com grupo adicional E ndash amino com
pK = 105 arginina com o grupo guanidiacutenico de pK = 125 e a histidina com o grupo imidazol
com pK = 60)
54
Outros aminoaacutecidos aleacutem desses podem ser encontrados Assim L-hidroxilisina e L-
hidroxiprolina sccedilao abundantes no colaacutegeno apenas e por isso denominados de aminoaacutecidos
proteacuteicos raros
Muitos aminoaacutecidos natildeo satildeo encontrados em proteiacutenas mas ocorrem na forma livre Satildeo os
aminoaacutecidos natildeo proteacuteicos que atualmente satildeo em nuacutemero de aproximadamente 200
encontrados comumente no reino vegetal Alguns desempenham funccedilotildees conhecidas (como a
ornitina e citrulina que participam do ciclo da ureacuteia em plantas e animais e a beta ndash alanina
que faz parte da estrutura do aacutecido pantotecircnico) enquanto a maioria natildeo tem uma funccedilatildeo
fisioloacutegica definida Alguns deles se mostram toacutexicos para animais e humanos como o aacutecido
- diaminobutiacuterico encontrado nas sementes da Lathirus sativus o qual causa o
Neurolatirismo (fraqueza muscular a paralizia dos membros inferiores)
Citrulina encontrado pela 1ordf vez em Citrullus vulgaris melancia
PROTEIacuteNAS
1 CONCEITO
Satildeo poliacutemeros formados pela uniatildeo dos aminoaacutecidos unidos que satildeo pela ligaccedilatildeo peptyacutedica
Tais poliacutemeros apresentam peso molecular entre 10000 a alguns milhotildees de Daltons
A ligaccedilatildeo peptiacutedica eacute aquela que se estabelece entre a carboxila (-COOH) de aminoaacutecido com
o grupo amino (-NH2) de outro aminoaacutecido
55
A ligaccedilatildeo peptiacutedica eacute de natureza covalente Se une dois aminoaacutecidos teremos um dipeptiacutedio
se une trecircs um tripeptiacutedio e assim por diante As proteiacutenas podem ser consideradas
polipeptiacutedios
2 NIacuteVEIS ESTRUTURAIS BAacuteSICOS
A cadeia polipeptiacutedica busca um estado de maior estabilidade termodinacircmica que eacute atingido
apoacutes rearranjos levando a proteiacutena aacute niacuteveis estruturais complexos Tais niacuteveis podem ser
estendidas como as seguintes estruturas
3 Estrutura primaacuteria eacute a sequumlecircncia de aminoaacutecidos na cadeia polipeptiacutedica Eacute mantida
pela ligaccedilatildeo peptiacutedica
Com os 21 aminoaacutecidos normalmente encontrado nas proteiacutenas podemos arranja-los formando
polipeptiacutedios com 100 ateacute alguns milhares de aminoaacutecidos Tais arranjos permitem a formaccedilatildeo
de um nuacutemero extremamente grande de diferentes moleacuteculas protecircicas que possivelmente
possam existir
22 Estrutura Secundaacuteria a cadeia polipeptiacutedica pode adquirir a forma de uma espiral
voltada aacute direita estrutura essa chamada de - heacutelice eacute estabilizada por pontes de hidrogecircnio
que se estabelece entre o grupo carbonilo (=C=O) de uma ligaccedilatildeo peptiacutedica com o grupo
imido (=NH) da 3ordf ligaccedilatildeo peptiacutedica na sequumlecircncia regular da cadeia A estrutura secundaacuteria
tambeacutem pode se manifestar na forma de ldquofolha pregueadardquo
23 Estrutura Terciaacuteria diz respeito ao dobramento da cadeia polipeptiacutedica sobre se mesma
se enovelando e adquirindo uma chamada estrutura globular mais compacta A manutenccedilatildeo
de tal estrutura eacute atribuiacuteda aacutes diferentes reatividades dos radicais R dos aminoaacutecidos
componentes e tal estrutura estaacute intimamente relacionada com as propriedades cataliacuteticas das
proteiacutenas biologicamente ativas como as enzimas
Entre as ligaccedilotildees envolvendo os radicais R e responsaacuteveis pela estruturaccedilatildeo terciaacuteria
podemos observar
a ligaccedilotildees ou interaccedilotildees eletrostaacuteticas ndash entre a carboxila dissociada (-COO-) e grupos
protonizados (amino guanidino ou amidazol)
b pontes de hidrogecircnio
c interaccedilatildeo hidrofoacutebica
56
d interaccedilatildeo dipolo ndash dipolo com radicais de polarizaccedilatildeo semelhantes)
e ligaccedilatildeo ou ponte de dissulfeto (ligaccedilatildeo covalente que se estabelece entre 2 aacutetomos de S
de dois resiacuteduos de cisteiacutena)
Alguns tipos de ligaccedilotildees natildeo ndash covalentes que estabilizam a estrutura proteacuteica
a) interaccedilatildeo eletrostaacutetica b) ligaccedilatildeo de hidrogecircnio entre resiacuteduos de tirosina e
grupos carboxiacutelicos nas cadeias laterais c)interaccedilatildeo hidrofoacutebica de cadeias
laterais natildeo ndash polares causada pela muacutetua repulsatildeo de solventes d) interaccedilatildeo
dipolo ndash dipolo e) ligaccedilatildeo de dissulfeto uma ligaccedilatildeo covalente [De acordo
com C B Anfinsen The Molecular Basic of Evolution John Wiley and Sons
Nova Iorque p 1021959]
Representaccedilatildeo esquemaacutetica das cadeias polipeptiacutedicos de proteiacutenas bem definidas C indica o
carboxilo de aminoaacutecido terminal N grupo amino livre do aminoaacutecido terminal os nuacutemeros
em parecircnteses satildeo os radicais de aminoaacutecidos -S- ligaccedilotildees de dissulfeto
24 Estrutura Quaternaacuterias eacute apresentada por apenas algumas proteiacutenas e quase sempre
biologicamente ativas tal estruturaccedilatildeo pode ser definida como o grau de polimerizaccedilatildeo de
unidades proteacuteicas formando diacutemeros triacutemeros tetracircmeros etc As forccedilas que manteacutem a
estrutura quaternaacuteria satildeo as mesmas responsaacuteveis pela manutenccedilatildeo da estrutura terciaacuteria Em
alguns casos caacutetions metaacutelicos (Ca++
K+ Mg
++ Mn
++ etc) auxiliam a manutenccedilatildeo da
estrutura quaternaacuteria
Assim a fosforilase ldquoardquo (tetracircmero) eacute formada pela uniatildeo de 4 subunidade proteacuteicas e
manifesta atividades cataliacutetica Jaacute na forma de diacutemero (fosforilase ldquobrdquo) a mesma eacute inativa
Um tetracircmero de unidades proteacuteicas ilustrado quaternaacuteria de uma proteiacutena globular complexa
3 DESNATURACcedilAtildeO DAS PROTEIacuteNAS
Vem a ser qualquer desarranjo nas estruturas secundaacuterias terciaacuterias ou quaternaacuteria de uma
proteiacutena As enzimas assim que desnaturadas perdem a atividade cataliacutetica Os agentes
57
desnaturantes das proteiacutenas satildeo aacutecidos bases forccedila iocircnica elevada calor solventes orgacircnicos
(apolares) agitaccedilatildeo mecacircnica etc
4 HIDROacuteLISE DAS PROTEIacuteNAS
Eacute o rompimento das ligaccedilotildees peptiacutedicas que manteacutem a estrutura primaacuteria e pode ser efetuada
por aacutecidos bases ou enzimas (genericamente denominadas de proteases ou enzimas
proteoliacuteticas) Tal hidroacutelise liberta os aminoaacutecidos na forma livre os quais podem ser
identificados e quantificados conhecendo-se assim a composiccedilatildeo aminoaciacutedica das proteiacutenas
5 FUNCcedilOtildeES BIOLOacuteGICAS DAS PROTEIacuteNAS
Devido ao nuacutemero incriacutevelmente elevado de diferentes moleacuteculas proteacuteicas que podem ser
fabricadas pelos organismos cujas propriedades seratildeo reflexo direto da sequumlecircncia de
aminoaacutecidos na cadeia polipeptiacutedica a natureza aproveitando-se desta particularidade atribui
inuacutemeras funccedilotildees para as proteiacutenas Assim podemos identificar classes de proteiacutenas de acordo
com suas funccedilotildees bioloacutegicas
51 Enzimas proteiacutenas com atividade cataliacuteticas acelerando reaccedilotildees no interior da ceacutelula
52 Proteiacutenas de Transporte A Hemoglobina transporta oxigecircnio lipoproteiacutenas do
plasma transportam lipiacutedios A passagem de iacuteons e outras substacircncias atraveacutes das
membranas (de permeabilidade diferencial) eacute auxiliada por proteiacutenas de transporte
53 Proteiacutenas Nutritivas ovoalbumina caseiacutena ferritina (armazenadora de ferro) etc
54 Proteiacutenas Contraacutecteis Actina miosina tubulina (dos ciliados e flagelados)
55 Proteiacutenas Estruturais colaacutegeno elastina fibroinas queratina etc
56 Proteiacutenas de Defesa imunoglobulinas (anticorpos) fibrinogecircnio e trombina
57 Proteiacutenas Reguladoras hormocircnios e repressores (regulam a siacutentese de enzimas)
6 CLASSIFICACcedilAtildeO DAS PROTEIacuteNAS
Diversos criteacuterios podem ser adotadas para a classificaccedilatildeo das proteiacutenas todos eles algo
subjetivo
61 Quanto aacute composiccedilatildeo
a proteiacutenas simples - quando formadas apenas de aminoaacutecidos (albuminas globulinas)
b proteiacutenas conjugadas ndash quando apresentam uma porccedilatildeo natildeo proteacuteica (denominado de
grupo prosteacutetico) precircso aacute cadeia polipeptiacutedica
proteiacutena conjugada grupo prosteacutetico glicoproteiacutena carboidrato
lipoproteiacutena lipiacutedios
nucleoproteyacutena aacutecido nucleacuteico
metaloproteiacutena metal
______________________________________________
58
62 Quanto aacute conformaccedilatildeo
a proteiacutenas globulares ndash aqueles cuja cadeia polipeptiacutedica se dobrou
consideravelmente adquirindo a forma esfeacuterica ou globular geralmente com os
radicais polares dos aminoaacutecidos na superfiacutecie externa e os apolares voltados para o
interior Em consequumlecircncia essas proteiacutenas globulares satildeo soluacuteveis no sistemas aquosos
e se difundem facilmente Enzimas hormocircnios e anticorpos satildeo exemplos de proteiacutenas
globulares e para a manifestaccedilatildeo de suas atividades bioloacutegicas a solubilidade eacute uma
propriedade desejada
b Proteiacutena fibrosas ndash essas proteiacutenas podem ser subdivididas em 3
classes segundo a estrutura detalhada das mesmas
- - heacutelice de passo direito (queratina da pele pecirclo unhas)
- folha - pregueada (seda)
- heacutelice tripla (coleacutegeno)
Tais proteiacutenas satildeo altamente insoluacuteveis caracteriacutestica necessaacuteria para as suas funccedilotildees
bioloacutegicas
7 FATORES ANTINUTRICIONAIS DE NATUREZA PEPTIacuteDICA
Os gratildeos de algumas leguminosas como feijatildeo e soja apresentam peptiacutedios de baixo peso
molecular que possuem habilidade de inativar as enzimas digestivas - amilase e a tripsina
Tais peptiacutedios jaacute identificados satildeo denominados de fator ldquoanti-amilaserdquo e fator ldquoanti-tripsinardquo
e satildeo responsaacuteveis pelo menos em parte pelo efeito toacutexico observado quando da indigestatildeo de
feijatildeo cru especialmente em animais domeacutesticos felizmente esses fatores antinutricionais satildeo
desnaturados pelo calor de modo que o cozimento dos alimentos destroacutei essa atividade
antitriacuteptica e antiamilaacutesica de muitos gratildeos de legumes e de alguns cereais Em alguns
legumes esses fatores satildeo termoestaacuteveis
59
QUESTIONAacuteRIO
1 Qual eacute o objetivo da Bioquiacutemica
2 O que vem a ser metabolismo
3 O que eacute um carboidrato
4 O que eacute uma ligaccedilatildeo hemiacetal O que eacute uma ligaccedilatildeo glicosiacutedica
5 O que vem a ser um accediluacutecar redutor
6 Por que a sacarose natildeo eacute redutora
7 Por que a ceacutelula prefere armazenar como reserva energeacutetica
carboidrato na forma de polissacariacutedio
8 Quais os fatores antinutricionais de natureza gluciacutedica encontrados
na mandioca nas cruciacuteferas e nos legumes O que causam tais
substacircncias
9 Cite carboidratos desempenhado funccedilatildeo estrutural e energeacutetica em
animais e vegetais
10 O que eacute um lipiacutedio
11 Por que satildeo os mais energeacuteticos dos alimentos
12 O que resulta da hidroacutelise de um trigliceriacutedio
13 Qual a relaccedilatildeo entre a resistecircncia aacutes geadas e a proporccedilatildeo de
aacutecidos graxos poliinsaturados nas membranas dos vegetais
14 Por que os oacuteleos vegetais satildeo recomendados aqueles que
apresentam distuacuterbios cardiovasculares
15 Como se classificam os lipiacutedios
16 A margarina eacute boa substituta da manteiga quando se pretende
evitar os inconvenientes da gordura animal
17 Cite lipiacutedios desempenhando funccedilatildeo estrutural funccedilatildeo energeacutetica
e outra funccedilatildeo especiacutefica
18 Por que os aminoaacutecidos satildeo estruturas polares
19 Qual eacute o significado do pk de um grupo ionizaacutevel
20 Cite alguns aminoaacutecidos natildeo proteacuteicos
21 Cite um aminoaacutecido toacutexico onde eacute encontrado e qual o distuacuterbio
de sua ingestatildeo
22 O que eacute uma ligaccedilatildeo peptiacutedica e como pode ser rompida
23 O que vem a ser estrutura primaacuteria secundaacuteria e terciaacuteria de uma
proteiacutena e quais as ligaccedilotildees que as manteacutem
24 O que vem a ser desnaturaccedilatildeo de uma proteiacutena e quais os agentes
que efetuam tal desnaturaccedilatildeo
60
ENZIMAS
1 INTRODUCcedilAtildeO
Uma peculiaridade interessante da ceacutelula viva eacute a de permitir que em seu interior ocorram
reaccedilotildees complexas a uma velocidade razoaacutevel aacute temperatura do meio Tais reaccedilotildees natildeo
ocorreriam ou se processariam muito lentamente aquela temperatura se na ausecircncia da ceacutelula
Isso eacute possiacutevel devido a presenccedila de catalizadores bioloacutegicos as enzimas ou biocatalizadores
As enzimas satildeo proteiacutenas sintetizadas pela proacutepria ceacutelula que aceleram reaccedilotildees
termodinamicamente possiacuteveis natildeo alterando a constante de equiliacutebrio (k) e nem a variaccedilatildeo de
energia livre da reaccedilatildeo (G) Como catalizadores operam em concentraccedilotildees extremamente
baixas em relaccedilatildeo aacute quantidade de substrato transformada
Sendo uma proteiacutena a enzima perde a sua atividade cataliacutetica assim que desnaturada (a
enzima fica inativa) Outra propriedade das enzimas vem a ser a sua especificidade milhares
de diferentes enzimas ocorrem no interior da ceacutelula
2 MODALIDADE DE SE AUMENTAR A VELOCIDADE DE UMA
REACcedilAtildeO
21 Pelo Aumento da Temperatura o aumento de temperatura causa um aumento na energia
cineacutetica das moleacuteculas (Ec) tornando-as mais aptas a transpor a barreira energeacutetica
estabelecida pela energia de ativaccedilatildeo (Ea)
22 Pela Diminuiccedilatildeo da Energia de Ativaccedilatildeo A energia de ativaccedilatildeo eacute uma quantidade de
energia que deve ser fornecida aacutes moleacuteculas reagentes para atingir o estado excitado e se
iniciar a reaccedilatildeo Supotildee-se que as enzimas como os demais catalizadores diminuam a energia
de ativaccedilatildeo requerida para que a reaccedilatildeo ocorra
Hidroacutelise da ureacuteia
CO (NH2)2 + H2O __H+__ CO2 + 2 NH3 Ea= 24600 calmol
CO (NH2)2 + H2O _ureacutease CO2 + 2 NH3 Ea= 6800 calmol
Decomposiccedilatildeo da aacutegua oxidada
H2O2 __Fe + +__ H2O + 1 O2 Ea= 10100 calmol
2
H2O2 __catalase__ H2O + 1 02 Ea= 1700 calmol
2
61
3 EQUACcedilAtildeO DE MICHAELIS ndash MENTEN
No inicio da reaccedilatildeo (tempo zero) existe apenas enzima e substratoApoacutes um lapso de tempo
ocorre a formaccedilatildeo do complexo enzima-substrato e daiacute a dissociaccedilatildeo do mesmo para formar o
produto da reaccedilatildeo (P) Durante o transcurso da reaccedilatildeo o produto deve ser formado com uma
velocidade constante estando a reaccedilatildeo no seu estado de equiliacutebrio dinacircmico
Para que a velocidade de formaccedilatildeo de produto seja constante a concentraccedilatildeo do complexo
enzima-substrato (ES) igualmente deveraacute ser constante
Para que [ES] seja constante a velocidade de sua dissociaccedilatildeo (v2+v3)
Experimentalmente em laboratoacuterio podemos controlar a concentraccedilatildeo de substrato [S] e a
concentraccedilatildeo de enzima adicionada [E]
Seja portanto
[E] = concentraccedilatildeo de enzima adicionada
[S] = concentraccedilatildeo de substrato
[ES] = concentraccedilatildeo do complexo enzima-substrato no estado de equiliacutebrio dinacircmico
[E] = [ES] = concentraccedilatildeo de enzima livre
Sabemos que V1= V2+V3 (I) para que [ES] seja constante
V1 = K1 [E] ndash [ES][S]
V2 = K2 [ES]
V3-K3 [ES] = velocidade de formaccedilatildeo de produto = v (medida experimentalmente)
Substituindo em I
K1 [E] ndash [ES] [S] = K2 [ES] + K3 [ES]
K1 [E] [S] - K1 [ES] [S] = [ES] (K2 + K3)
Dividindo-se por K1
[E] [S] ndash [ES] [S] = [ES] K2 + K3
K1
K2 + K3 = Km (constante de Michaelis)
K1
[E] [S]ndash [ES] [S] = [ES] Km
[ES] Km + [ES] [S] = [E] [S]
[ES] (Km + [S]) = [E] [S]
[ES] = _[E] [S]_
Km + [S]
Multiplicando-se ambos os membros por K3 teremos
K3 [ES] = _K3 [E] [S]_
62
Km + [S]
Ora K3 [ES] = V (Velocidade de formaccedilatildeo de produto a qual eacute medida experimentalmente)
K3 [E] = Vm (Velocidade maacutexima de reaccedilatildeo quando toda enzima adicionada [E] estiver na
forma do complexo enzima-substrato bdquoES Nessa ocasiatildeo [ES] = [E] ou seja eacute a maacutexima
concentraccedilatildeo do complexo enzima-substrato que se pode conseguir)
Logo V = _Vm [S]_
Km + [S]
Esta eacute uma equaccedilatildeo de hipeacuterbole quadraacutetica que representa ou melhor que se ajusta bem ao
tipo de curva observada experimentalmente
Assim lim _Vm [S]_ = 00 (indeterminaccedilatildeo matemaacutetica)
S Km + [S] 00
Levantando-se indeterminaccedilatildeo (dividindo-se por [S])
Lim _____Vm_____ ____Vm____
_Km _+ __[S]__ = lim Vm
[S] [S] S 00 _Km_ + 1
[S]
Ou seja aacute medida que a concentraccedilatildeo de substrato tende para o infinito (00) a velocidade de
reaccedilatildeo tende para a velocidade maacutexima
Quando V= Vm teremos
2
Vm = __Vm [S]__
Km + [S]
2 [S] = Km + [S] ou Km = [S]
Donde se conclui que para uma velocidade de reaccedilatildeo igual metade da velocidade maacutexima
(_Vm_) a concentraccedilatildeo de substrato corresponde numericamente aacute constante de Michaelis
2
(Km) Concluiacutemos tambeacutem que Km eacute a concentraccedilatildeo de semi-saturaccedilatildeo dos siacutetios ativos da
enzima Portanto a constante de Michaelis pode ser bioquimicamente interpretada como
sendo
a concentraccedilatildeo de substrato que satura 50 dos siacutetios ativos da enzimas presentes
b Um valor cujo inverso mede a afinidade entre a enzima e o substrato
c Um valor muito proacuteximo da constante de dissociaccedilatildeo do complexo enzima-substrato
63
A velocidade maacutexima (Vm) eacute aquela atingida quando toda enzima (100) estiver na forma do
complexo enzima-substrato ou seja quando todos os siacutetios ativos possuiacuterem substrato alojado
em seu interior Dizendo que foi atingida a saturaccedilatildeo dos siacutetios ativos
RETIFICACcedilAtildeO DA HIPEacuteRBOLE = TRANSFORMACcedilAtildeO DE LINEWEAVER E BURK
Experimentalmente eacute muito mais simples trabalhar uma equaccedilatildeo de reta do que curva
hiperboacutelica Daiacute a retificaccedilatildeo da hipeacuterbole
V = _Vm [S]_
Km + [S]
Tornando-se o inverso
_1_ = _Km + [S]_
V Vm [S]
_1_ = ___Km___ + ___[S]___
V Vm [S] Vm [S]
_1_ = _Km_ _1_ + _1_ (I)
V Vm [S] Vm
_1_ = variaacutevel dependente
V
_1_ = variaacutevel independente
[S]
_Km_ = coeficiente angular
Vm
_1_ = coeficiente linear
Vm
Para _1_ = 0 teremos a intersecccedilatildeo no eixo de _1_
V [S]
_1_ = - _Km_ x0 + __1__ _1_ = __1__
Vm Vm Vm V Vm
Por intermeacutedio deste tipo de anaacutelise graacutefica determinamos experimentalmente os paracircmetros
Km para uma reaccedilatildeo enzimaacutetica
64
4 FATORES QUE AFETAM A VELOCIDADE DE UMA REACcedilAtildeO
ENZIMAacuteTICA
41 Efeito da Concentraccedilatildeo de Enzima
A velocidade maacutexima (Vm) eacute proporcional aacute concentraccedilatildeo de enzima [E] mas Km constante
que independe da concentraccedilatildeo de enzima
42 Efeito da Concentraccedilatildeo de Substrato foi estudado na equaccedilatildeo de Michaelis-Menten
43 Efeito da Concentraccedilatildeo Hidrogenioiocircnica (Ph) Em valores extremos de pH (maiores
que 10 e menores que 3) ocorre o efeito desnaturante do aacutecido ou da base sobre a enzima
igualmente o efeito da forccedila iocircnica elevada pode desnaturar a enzima
Jaacute em regiotildees proacuteximas ao pH oacutetimo pequenas alteraccedilotildees no pH acarretam alteraccedilotildees na
configuraccedilatildeo espacial dos siacutetios ativos facilitando ou dificultando a entrada do substrato no
mesmo
O pH no interior da ceacutelula estaacute ao redor da naturalidade (pH = 6 ou 7) sendo adequado para a
maioria das enzimas A ceacutelula regula o metabolismo exercendo um controle sobre o pH em
algumas regiotildees da ceacutelula Em algumas ocasiotildees as enzimas estatildeo adaptadas aacutes condiccedilotildees de
pH do meio nem sempre proacutexima aacute neutralidade
44 Efeito da Temperatura Sabe-se que a cada aumento de 10degC resulta numa duplicaccedilatildeo
da velocidade de uma reaccedilatildeo quiacutemica qualquer
Um aumento da temperatura aleacutem de aumentar a energia das moleacuteculas regentes promove a
termo-desnaturaccedilatildeo das enzimas tornando-as inativas Essa eacute a razatildeo existecircncia de uma
temperatura oacutetima onde a velocidade de reaccedilatildeo eacute maacutexima
65
A zero graus centiacutegrados podemos ter 100 das moleacuteculas enzimaacuteticas ativas aptas a
catalizarem a reaccedilatildeo mas as moleacuteculas possuem baixa energia cineacutetica e a reaccedilatildeo natildeo ocorre
Aumentando-se a temperatura aumenta-se a energia cineacutetica das moleacuteculas mas igualmente
aumenta-se proporccedilatildeo de enzimas desnaturada (inativa) Geralmente acima de 50C a
velocidade de reaccedilatildeo eacute nula pois que a despeito da elevada energia cineacutetica das moleacuteculas
reagentes todas as enzimas jaacute sofrem termodesnaturaccedilatildeo
Algumas enzimas satildeo particularmente resistentes aacute elevadas temperaturas como a
polifenoloxidase que manifesta atividade cataliacutetica mesmo a 80degC
45 Efeito de Inibidores Inibidores satildeo substacircncias da mais variada natureza quiacutemica que
penetram no siacutetio ativo das enzimas prejudicando a accedilatildeo da cataacutelise Tais substacircncias satildeo
geralmente estranhas ao metabolismo celular Dependendo do mecanismo de accedilatildeo eles podem
ser considerados inibidores competitivos ou inibidores natildeo competitivos
451 Inibidores Competitivos Tais inibidores apresentam semelhanccedila estrutural com o
substrato ocupando o siacutetio ativo sem sofrerem transformaccedilotildees Como exemplo desse tipo de
inibiccedilatildeo temos o aacutecido malocircnico inibindo a desidrogenase succiacutenica (enzima do ciclo de
Klebs) cuja cineacutetica de inibiccedilatildeo apresenta as seguintes caracteriacutesticas
A cineacutetica dessa inibiccedilatildeo demonstra que Vm eacute atingida mesmo na presenccedila do inibidor mas
Km eacute aumentada Concluiacutemos que o inibidor eacute deslocado do siacutetio ativo mediante aumento na
concentraccedilatildeo de substrato Tal tipo de inibiccedilatildeo eacute reversiacutevel
452 Inibidores natildeo Competitivos Esses inibidores se ligam de maneira irreversiacutevel no siacutetio
ativo mediante ligaccedilatildeo covalente natildeo sendo deslocados mediante aumento na concentraccedilatildeo
de substrato Tais conclusotildees satildeo obtidas da cineacutetica de inibiccedilatildeo que apresenta as seguintes
caracteriacutesticas
O fluoracetato (FCH2-COOH) encontrado em certas plantas toacutexicas do gecircnero Policourea os
metais pesados (Hg Pb Cd etc) o gaacutes de guerra (ou gaacutes dos nervos ou Lewisita) assim como
os inseticidas organo-fosforado satildeo potentes inibidores da acetil-colinesterase e de outras
66
enzimas que apresentam o grupo sulfidrila (-SH) no siacutetio ativo Tais inibidores se ligam de
maneira irreversiacutevel com a sulfidrila do siacutetio ativo
46 Efetores Alosteacutericos Satildeo substacircncias consideradas metaboacutelitos normais da ceacutelula que as
alojam no siacutetio alosteacuterico de algumas enzimas (que recebem a denominaccedilatildeo de enzima
alosteacutericas ou reguladoras) O efetor alosteacutetico entrando no siacutetio alosteacuterico causa uma
alteraccedilatildeo na conformaccedilatildeo espacial do siacutetio ativo podendo facilitar ou dificultar a entrada do
substrato no siacutetio ativo O seu efeito portanto eacute de acelerar ou retardar a velocidade de uma
reaccedilatildeo e o efetor eacute qualificado de positivo ou negativo respectivamente
A alosteria se constitui num mecanismo para a ceacutelula acelerar ou retardar a velocidade das
reaccedilotildees enzimaacuteticas com o propoacutesito de se controlar o metabolismo
Aumentando-se a concentraccedilatildeo do efetor alosteacuterico positivo aumenta-se a velocidade de
reaccedilatildeo
Aumentando-se a concentraccedilatildeo do efetor alosteacuterico negativo diminuiu-se a velocidade de
reaccedilatildeo
Um dentre os inuacutemeros exemplos de alosteria eacute o controle na arginina a partir de aacutecido
aspaacutertico
Tal mecanismo tambeacutem eacute denominado de retroinibiccedilatildeo inibiccedilatildeo pelo produto fina ou ldquofeed-
backrdquo Tem por objetivo evitar que o aacutecido aspaacutertico seja consumido desnecessariamente
(quando a siacutentese proteacuteica jaacute natildeo eacute necessaacuteria) visto que o mesmo tambeacutem eacute usado na siacutentese
de outros constituintes celulares
47 Cofatores Enzimaacuteticos Satildeo compostos da mais variada natureza quiacutemica que auxiliam a
cataacutelise Se subdividem em
a grupo prosteacutetico estrutura natildeo protecircica ligada covalentemente aacute proteiacutena enzimaacutetica
FMN = flavina-mononucleotiacutedio
FAD = flavina-adenina dinucleotiacutedio
67
A flavina eacute derivada da riboflavina (vitamina B2)
b coenzimas Satildeo estruturas natildeo proteacuteicas que natildeo estatildeo ligadas aacutes proteiacutenas enzimaacuteticas
NAD+ = nicotinamida-adenina-dinucleotiacutedio ou
DPN+ = difosforidina nucleotiacutedio
NADP+ = nicotinamida-adenina-dinucleotiacutedio fosfato ou
TPN+ = trifosfopiridina nucleotiacutedio
TPP = tiamina pirosfofato (vitamina B1)
Piridoxal fosfato (vitamina B6)
c Iocircnios ativadores muitas enzimas requerem ions para manifestar atividade cataliacutetica
Os mais frequumlentes satildeo Cl- K
+ Ca
++ Mg
++ Zn
++ Cu
++ Feacute
++ Mn
++ etc
As necessidades de algumas vitaminas (especialmente do complexo B) e sais minerais podem
ser explicadas em algumas situaccedilotildees pela funccedilatildeo dessas substacircncias de atuarem como
cofatores enzimaacuteticos
Exemplos de reaccedilotildees enzimaacuteticas com participaccedilatildeo de grupo prosteacutetico e coezima
respectivamente
O aacutecido succiacutenico se oxidou a aacutecido fumaacuterico para tal perdeu 2 eleacutetrons (e-) e 2 proacutetons (H
+)
O FAD recebeu os 2 e- e os 2 H
+ se reduzindo a FADH2
O aacutecido recebe 2H+ e 2 eleacutetrons provenientes do NAD
+ cedendo os H
+ e eleacutetrons
68
ENERGEacuteTICA BIOQUIacuteMICA
1 CICLO ENERGEacuteTICO CELULAR
Parte da energia quiacutemica liberada nos processos cataboacutelicos eacute utilizada para a siacutentese se ATP
(adenosina-trifosfato) O ATP eacuteposteriormente empregado na realizaccedilatildeo de trabalhos
fisioloacutegicos (excreccedilatildeo contraccedilatildeo muscular transporte ativo etc) e para atividades de
biossiacutentese de constituintes celulares (anabolismo)
2 CONCEITO DE ENERGIA LIVRE DE UMA REACcedilAtildeO
Seja uma reaccedilatildeo quiacutemica qualquer A B Os conteuacutedos de energia de A e B natildeo podem ser
medidos de modo absoluto mas eacute possiacutevel medir a variaccedilatildeo de energia quando A se
transforma em B
G = EB - EA
quando EA EB G eacute negativa e a reaccedilatildeo eacute exergocircnica
quando EBgt EA G eacute positiva e a reaccedilatildeo eacute endergocircnia
As reaccedilotildees espontacircneas satildeo espontacircneas satildeo exergocircnicas mas o valor de G natildeo se relaciona
com a velocidade de reaccedilatildeo a qual eacute funccedilatildeo da energia de ativaccedilatildeo (Ea)
Energia de ativaccedilatildeo eacute uma quantidade de energia necessaacuteria para que os reagentes adquiram o
estado excitado para que a reaccedilatildeo ocorra
Considere-se combustatildeo da glicose
C6-H2O6 + 6026C02 + 6H02 G= -686000 calmol
Numa reaccedilatildeo exergocircnica a variaccedilatildeo de energia livre eacute a quantidade maacutexima de energia que se
torna disponiacutevel a com a qual se pode realizar trabalho
69
A rigor H = G + TS ou G = H -TS onde
H= variaccedilatildeo de energia entalpia (variaccedilatildeo caloacuterica quando a reaccedilatildeo se processa sob pressatildeo
constante)
G= variaccedilatildeo de energia livre (utilizada para realizar trabalhos)
S= variaccedilatildeo de entropia (mede o grau de desordem de um sistema)
Os processos fiacutesicos e quiacutemicos se conduzem no sentido de se aumentar a entropia
Numa reaccedilatildeo em que A B podemos derivar a seguinte expressatildeo
G= G0 + RT1n B
A
onde G0 eacute a variaccedilatildeo de energia livre padratildeo R eacute a constante universal dos gases (1987
calmolgrau) T eacute a temperatura absoluta e B e A satildeo as concentraccedilotildees em molaridade
Para uma condiccedilatildeo de equiliacutebrio quiacutemico natildeo haacute conversatildeo liacutequida de A em B e portanto
G=O Igualmente a relaccedilatildeo B A corresponderaacute a constante de equiliacutebrio Keq Teremos
entatildeo
O=Go + RT 1n Keq
Go=-RT 1n Keq
Para uma condiccedilatildeo de 25oC portanto T= 273+25=2980K teremos
G0=-1987X298X1n Keq
Go= -1987x298x2303 log Keq=-1363 log Keq
A tabela abaixo relaciona Segundo a equaccedilatildeo acima a Keq com o correspondente valor de
Go
Relaccedilatildeo entre Keq e G0
Keq log1 0Keq G0= -1363 log1 0Keq (cal)
0001 -3 4089
001 -2 2726
01 -1 1363
10 0 0
10 1 -1363
100 2 -2726
1000 3 4089
Para uma situaccedilatildeo em que A=B = 1M temos
G=G0 + RT 1n 1
G=G0
70
ou seja G0 pode ser definida como a variaccedilatildeo de energia livre quando reagentes e produtos
estatildeo presentes em concentraccedilotildees unitaacuterias ou seja no ldquoestado padratildeordquo se H+ satildeo produzidos
ou utilizados na reaccedilatildeo a sua concentraccedilatildeo deve ser considerada 1M ou pH=O Como na ceacutelula
as reaccedilotildees natildeo ocorrem em pH=O mas sim ao redor de pH=70 o valor deGo eacute corrigido
para Go se a reaccedilatildeo em questatildeo envolver H+
Alguns metaboacutelitos e a variaccedilatildeo de energia livre de sua hidroacutelise satildeo apresentados na tabela
abaixo
____ Composto Goacute a pH 70 (calmol)___
fosfoenol piruvato -12800
13-difosfoglicerato -11800
ATP -8000
glicose-1-fosfato -5000
frutose-1-fosfato -3800
glicose-1-fosfato -3300
____________________________________________________
3 COMPOSTOS RICOS EM ENERGIA
Vem a ser qualquer composto que por hidroacutelise libere mais que 7000 calmol ou seja que
apresente G menor que ndash7000 calmol Entre tais compostos podemos identificar as
seguintes caracteriacutesticas
b compostos pirofosfatados (anidridos de aacutecido fosfoacuterico)
A repulsatildeo entre os aacutetomos de fosfoacuterico polarizados positivamente causa uma instabilidade
na moleacutecula que eacute aliviada pela hidroacutelise A hidroacutelise do primeiro radical fosfato eacute
acompanhada da liberaccedilatildeo de 8000 calmol
Estrutura do ATP
71
The Nature of ATP
Adenosine triphosphate (ATP) the energy currency or coin of the cell transfers
energy from chemical bonds to endergonic (energy absorbing) reactions within the
cell Structurally ATP consists of the adenine nucleotide (ribose sugar adenine
base and phosphate group PO4-2) plus two other phosphate groups
A 2-D stick view of the structure of ATP The above drawing of ATP is from EcoCyc at
httphapunaaisricom1555new-imagetype=COMPOUND-IN-PATHWAYampobject=ATP
A cartoon and space-filling view of ATP Image from Purves et al Life The Science of
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Energy is stored in the covalent bonds between phosphates with the greatest
amount of energy (approximately 7 kcalmole) in the bond between the second and
third phosphate groups This covalent bond is known as a pyrophosphate bond
We can write the chemical reaction for the formation of ATP as
a) in chemicalese ADP + Pi + energy ----gt ATP
b) in English Adenosine diphosphate + inorganic Phosphate + energy produces Adenosine
Triphosphate
The chemical formula for the expenditurerelease of ATP energy can be written as
a) in chemicalese ATP ----gt ADP + energy + Pi
72
b) in English Adenosine Triphosphate produces Adenosine diphosphate + energy + inorganic
Phosphate
An analogy between ATP and rechargeable batteries is appropriate The batteries
are used giving up their potential energy until it has all been converted into kinetic
energy and heatunusable energy Recharged batteries (into which energy has been
put) can be used only after the input of additional energy Thus ATP is the higher
energy form (the recharged battery) while ADP is the lower energy form (the used
battery) When the terminal (third) phosphate is cut loose ATP becomes ADP
(Adenosine diphosphate di= two) and the stored energy is released for some
biological process to utilize The input of additional energy (plus a phosphate
group) recharges ADP into ATP (as in my analogy the spent batteries are
recharged by the input of additional energy)
How to Make ATP | Back to Top
Two processes convert ADP into ATP 1) substrate-level phosphorylation and 2)
chemiosmosis Substrate-level phosphorylation occurs in the cytoplasm when an
enzyme attaches a third phosphate to the ADP (both ADP and the phosphates are
the substrates on which the enzyme acts)
73
Enzymes and the formation of NADH and ATP Images from Purves et al Life The
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Chemiosmosis involves more than the single enzyme of substrate-level
phosphorylation Enzymes in chemiosmotic synthesis are arranged in an electron
transport chain that is embedded in a membrane In eukaryotes this membrane is in
either the chloroplast or mitochondrion According to the chemiosmosis hypothesis
proposed by Peter Mitchell in 1961 a special ATP-synthesizing enzyme is also
located in the membranes Mitchell would later win the Nobel Prize for his work
74
75
A typical representation of an electron transport chain Images from Purves et al Life
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During chemiosmosis in eukaryotes H+ ions are pumped across an organelle
membrane into a confined space (bounded by membranes) that contains numerous
hydrogen ions The energy for the pumping comes from the coupled oxidation-
reduction reactions in the electron transport chain Electrons are passed from one
membrane-bound enzyme to another losing some energy with each tansfer (as per
the second law of thermodynamics) This lost energy allows for the pumping of
hydrogen ions against the concentration gradient (there are fewer hydrogen ions
outside the confined space than there are inside the confined space) The confined
hydrogens cannot pass back through the membrane Their only exit is through the
ATP synthesizing enzyme that is located in the confining membrane As the
hydrogen passes through the ATP synthesizing enzyme energy from the enzyme is
used to attach a third phosphate to ADP converting it to ATP
76
A generalized view of an electron transport system Image from Purves et al Life The
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Usually the terminal phosphate is not simply removed but instead is attached to
another molecule This process is known as phosphorylation
W + ATP -----gt W~P + ADP where W is any compound for example
glucose + ATP -----gt glucose~P + ADP
Glucose can be converted into Glucose-6-phosphate by the addition of the
phosphate group from ATP
ATP serves as the biological energy company releasing energy for both anabolic
and catabolic processes and being recharged by energy generated from other
catabolic reactions
Learning Objectives | Back to Top
These learning objectives are taken from my Biology for Nonmajors class (BIO
102) I have tried to add a link to each that will direct you to a part of this chapter or
another website that will facilitate your completion of the objective
1 Describe the components organization and functions of an electron transport
system
2 ATP is composed of ribose a five-carbon sugar three phosphate groups and
adenine a nitrogen-containing compound (also known as a nitrogenous
77
base) What class of organic macromolecules is composed of monomers
similar to ATP
3 ATP directly or indirectly delivers energy to almost all metabolic pathways
Explain the functioning of the ATPADP cycle
4 Adding a phosphate to a molecule is called phosphorylation What two
methods do cells use to phosphorylate ADP into ATP
httpwwwemcmaricopaedufacultyfarabeeBIOBKBioBookATPhtml
Hidroacutelise dos nucleotiacutedios de adenosina
ATP + H2O ADP + H3PO4 (Pi) G = -8000 calmol
ADP + H2O AMP + Pi G = -6500 calmol
AMP + H2O Adenosina + Pi G = -2200 calmol
c acil fosfato como no caso do 13-difosfoglicerato aleacutem da repulsatildeo entre foacutesforo e
carbono positivamente polarizados pode-se mencionar a tendecircncia dos produtos da
reaccedilatildeo de se dissociarem deslocando o equiliacutebrio favorecendo a hidroacutelise
d Tioeacutester o enxofre impede a possibilidade de ressonacircncia aumentando a tendecircncia de
hidroacutelise
e Fosfatos enoacutelicos eacute o caso da hidroacutelise do fosfoenolpiruvato (PEP) com formaccedilatildeo de
um enol instaacutevel que instantaneamente tautomeriza na forma certo mais estaacutevel
f Fosfatos guanidiacutenicos fosfocreatina e fosfoarginina nos quais os produtos da
hidroacutelise apresentam um maior nuacutemero de formas de ressonacircncia
78
4 G EM REACcedilOtildeES DE OacuteXIDO-REDUCcedilAtildeO
As reaccedilotildees com transferecircncia de eleacutetrons satildeo denominadas de oacutexido-reduccedilatildeo A tendecircncia de
um composto em fornecer eleacutetrons eacute quantificada pelo potencial de reduccedilatildeo (Eo) expresso em
volts tornando-se como referecircncia o H2 (com Eo = OV a pH=O) O valor do potencial de
reduccedilatildeo corrigindo para pH 70 seria E‟o=-0420 V Em relaccedilatildeo a este valor padratildeo eacute possiacutevel
determinar o potencial determinar o potencial de reduccedilatildeo de qualquer composto capaz de se
oxidar ou se reduzir com referecircncia ao hidrogecircnio Quanto maior o potencial de reduccedilatildeo maior
eacute a tendecircncia do composto em aceitar eleacutetrons reduzindo-se portanto sendo tais compostos
bons agentes oxidantes Por outro lado os compostos com baixo potencial de reduccedilatildeo satildeo
bons agentes redutores
A tabela a seguir mostra o potencial de reduccedilatildeo de algumas reaccedilotildees de importacircncia bioloacutegicas
Potenciais de reduccedilatildeo de alguns hemi - reaccedilatildeo redox de importacircncia bioloacutegica
Hemi ndash reaccedilatildeo (escrita com uma reduccedilatildeo) E‟0 em Ph 70 (V)
1 +2H + 2e
- H2O 082
2
Fe3 +
+ 1e Fe2+
077
Citocromo a-Fe3+
1e- Citocromo a-Fe
2+ 029
Citocromo c-Fe3 + + 1e
- Citocromo c-Fe
2+ 025
Ubiquinona + 2H + + 2e
- Ubiquinona 010
Aacutecido deidroascoacuterbico + 2H+ + 2e
- Aacutecido ascoacuterbico 006
Glutation oxidado + 2H + + 2e
- 2 Glutation reduzido 004
Fumarato + 2H + + 2e
- Succinato 003
Citocromo b-Fe3 +
+ 1e- Citocromo b-Fe
2 + -004
Oxalacetato +2H + + 2e
- Malato -010
Enzima amarela + 2H + +2e
- Enzima amarela reduzida -012
Acetaldeido + 2H + + 2e
- Etanol -016
Piruvato + 2H + + 2e
- Lactato -019
Riboflavina + 2H + + 2e
- Riboflavina ndash H2 -020
Aacutecido13-difosfogliceacuterico + 2H + +2e
- Gliceraldeido ndash 3 ndash fosfato + Pi -029
NAD + + 2H
+ +2e
- NADH + H
+ -032
Acetil ndash CoA + 2H + +2e
- Acetaldeido + CoA ndash SH -041
H + +1e
- 1 H
2 -042
2
Ferredoxina ndash Fe3 + + 1e
- Ferredoxina ndash Fe
2+ -043
Acetato + 2H + + 2e
- Acetaldeido + H2O -047
Para uma reaccedilatildeo de oacutexido ndash reduccedilatildeo podemos deduzir
G= - nFE‟O‟
79
onde n= ndeg de eleacutetrons transferidos na reaccedilatildeo
F= constante de Faraday = 23063 calvolt Equiv
E‟O= diferenccedila entre os potenciais de reduccedilatildeo do agente oxidante e agentes redutor
Consideremos a reduccedilatildeo do acetaldeido a etanol uacuteltima reaccedilatildeo da fermentaccedilatildeo alcooacutelica cujo
agente redutor eacute o NADH+H+
CHO CH2OH
+ NADH+H+
CH3 CH3 + NAD+
Acetaldeido etanol
E‟O= potencial de reduccedilatildeo do acetaldeido (agente oxidante)- potencial de reduccedilatildeo do
NADH+H+ (agente redutor)
E‟O= -0163 ndash (-0320) = + 0157 volts
Portanto
G= -nFE‟o
G= -2 x 23063 x 0157 = -7240 calmol
REACcedilAtildeO ACOPLADAS
O ATP ocupa uma posiccedilatildeo intermediaacuteria entre os diversos metaboacutelitos considerados existindo
compostos que aprisionam energia com maior eficiecircncia Essa posiccedilatildeo intermediaacuteria responde
pela grande importacircncia do APT visto que o mesmo pode ser formado quando da hidroacutelise de
um metaboacutelito com G menor que ndash8000 calmol Igualmente o ATP pode fornecer energia
para fosforilar a glicose durante o catabolismo da mesma
80
METABOLISMO
CELLULAR METABOLISM AND FERMENTATION
Glycolysis the Universal Process
Nine reactions each catalyzed by a specific enzyme makeup the process we call
glycolysis ALL organisms have glycolysis occurring in their cytoplasm
At steps 1 and 3 ATP is converted into ADP inputting energy into the reaction as
well as attaching a phosphate to the glucose At steps 6 and 9 ADP is converted into
the higher energy ATP At step 5 NAD+ is converted into NADH + H+
The process works on glucose a 6-C until step 4 splits the 6-C into two 3-C
compounds Glyceraldehyde phosphate (GAP also known as
phosphoglyceraldehyde PGAL) is the more readily used of the two
Dihydroxyacetone phosphate can be converted into GAP by the enzyme Isomerase
The end of the glycolysis process yields two pyruvic acid (3-C) molecules and a
net gain of 2 ATP and two NADH per glucose
Graphic summary of the glycolysis process Image from Purves et al Life The Science
of Biology 4th Edition by Sinauer Associates (wwwsinauercom) and WH Freeman
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Anaerobic Pathways | Back to Top
Under anaerobic conditions the absence of oxygen pyruvic acid can be routed by
the organism into one of three pathways lactic acid fermentation alcohol
fermentation or cellular (anaerobic) respiration Humans cannot ferment alcohol in
81
their own bodies we lack the genetic information to do so These biochemical
pathways with their myriad reactions catalyzed by reaction-specific enzymes all
under genetic control are extremely complex We will only skim the surface at this
time and in this course
Alcohol fermentation is the formation of alcohol from sugar Yeast when under
anaerobic conditions convert glucose to pyruvic acid via the glycolysis pathways
then go one step farther converting pyruvic acid into ethanol a C-2 compound
Fermentation of ethanol Image from Purves et al Life The Science of Biology 4th
Edition by Sinauer Associates (wwwsinauercom) and WH Freeman (wwwwhfreemancom)
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Many organisms will also ferment pyruvic acid into other chemicals such as lactic
acid Humans ferment lactic acid in muscles where oxygen becomes depleted
resulting in localized anaerobic conditions This lactic acid causes the muscle
stiffness couch-potatoes feel after beginning exercise programs The stiffness goes
away after a few days since the cessation of strenuous activity allows aerobic
conditions to return to the muscle and the lactic acid can be converted into ATP via
the normal aerobic respiration pathways
82
Fermentation of lactate (lactic acid) Image from Purves et al Life The Science of
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Aerobic Respiration | Back to Top
When oxygen is present (aerobic conditions) most organisms will undergo two
more steps Krebs Cycle and Electron Transport to produce their ATP In
eukaryotes these processes occur in the mitochondria while in prokaryotes they
occur in the cytoplasm
83
Overview of the cellular respiration processes Image from Purves et al Life The
Science of Biology 4th Edition by Sinauer Associates (wwwsinauercom) and WH Freeman
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Acetyl Co-A The Transition Reaction
Pyruvic acid is first altered in the transition reaction by removal of a carbon and two
oxygens (which form carbon dioxide) When the carbon dioxide is removed energy
is given off and NAD+ is converted into the higher energy form NADH Coenzyme
A attaches to the remaining 2-C (acetyl) unit forming acetyl Co-A This process is
a prelude to the Krebs Cycle
Krebs Cycle (aka Citric Acid Cycle)
The Acetyl Co-A (2-C) is attached to a 4-C chemical (oxaloacetic acid) The Co-A
is released and returns to await another pyruvic acid The 2-C and 4-C make another
chemical known as Citric acid a 6-C Krebs Cycle is also known as the Citric Acid
Cycle The process after Citric Acid is essentially removing carbon dioxide getting
out energy in the form of ATP GTP NADH and FADH2 and lastly regenerating
the cycle Between Isocitric Acid and -Ketoglutaric Acid carbon dioxide is given
off and NAD+ is converted into NADH Between -Ketoglutaric Acid and Succinic
Acid the release of carbon dioxide and reduction of NAD+ into NADH happens
again resulting in a 4-C chemical succinic acid GTP (Guanine Triphosphate
which transfers its energy to ATP) is also formed here (GTP is formed by attaching
a phosphate to GDP)
The remaining energy carrier-generating steps involve the shifting of atomic
arrangements within the 4-C molecules Between Succinic Acid and Fumaric Acid
the molecular shifting releases not enough energy to make ATP or NADH outright
but instead this energy is captured by a new energy carrier Flavin adenine
dinucleotide (FAD) FAD is reduced by the addition of two Hs to become FADH2
FADH2 is not as rich an energy carrier as NADH yielding less ATP than the latter
The last step between Malic Acid and Oxaloacetic Acid reforms OA to complete
the cycle Energy is given off and trapped by the reduction of NAD+ to NADH The
carbon dioxide released by cells is generated by the Krebs Cycle as are the energy
carriers (NADH and FADH2) which play a role in the next step
84
Summary of the Krebs (or citric acid) cycle Image from Purves et al Life The Science
of Biology 4th Edition by Sinauer Associates (wwwsinauercom) and WH Freeman
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Electron Transport Phosphorylation
Whereas Krebs Cycle occurs in the matrix of the mitochondrion the Electron
Transport System (ETS) chemicals are embedded in the membranes known as the
cristae Krebs cycle completely oxidized the carbons in the pyruvic acids
producing a small amount of ATP and reducing NAD and FAD into higher energy
forms In the ETS those higher energy forms are cashed in producing ATP
Cytochromes are molecules that pass the hot potatoes (electrons) along the ETS
chain Energy released by the downhill passage of electrons is captured as ATP
by ADP molecules The ADP is reduced by the gain of electrons ATP formed in
this way is made by the process of oxidative phosphorylation The mechanism for
the oxidative phosphorylation process is the gradient of H+ ions discovered across
the inner mitochondrial membrane This mechanism is known as chemiosmotic
coupling This involves both chemical and transport processes Drops in the
potential energy of electrons moving down the ETS chain occur at three points
These points turn out to be where ADP + P are converted into ATP Potential
energy is captured by ADP and stored in the pyrophosphate bond NADH enters the
ETS chain at the beginning yielding 3 ATP per NADH FADH2 enters at Co-Q
producing only 2 ATP per FADH2
85
Electron transport system Images from Purves et al Life The Science of Biology 4th
Edition by Sinauer Associates (wwwsinauercom) and WH Freeman (wwwwhfreemancom)
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86
Catabolism and Anabolism
The above image is from httpwwwbiosciugaedualmanacbio_104notesjun_4html
REFERENCES
Biology Project Metabolism Problem Set (University of Arizona) Questions and
answers along with tutorials about metaboilism an excellent site
DIY Glycolysis (Leeds University UK) An excellent tutorial on the molecular shifts
needed to perform glycolysis
Introduction to Glycolysis (Leeds University UK) An introduction for those less
chemically skewed perhaps a nioce start before tackling DIY Glycolysis (also be the
same folks)
Step-by-Step Glycolysis (Leeds University UK) Browse fact sheets as well as view
short animations
Glycolysis (OUMA Graphics)
EcoCyc Glycolysis Pathway EcoCyc an electronic encyclopedia of E coli genes and
metabolism provides an interactive diagram of the glycolysis pathway
87
EcoCyc Fermentation Pathway EcoCyc an electronic encyclopedia of E coli genes
and metabolism provides an interactive diagram of alcohol (ethanolk) fermentation
Reconstructions of Metabolism Reconstructed metabolic pathways for bactreria
humans and other critters
Glycolysis Main Page You will need the Chime plugin to view interactive rotating
images of the molecules in the Glycolysis pathway VERY cool
TCA Cycle Main Page Similar to the above images and informastion about Krebs
Cycle
88
METABOLISMO DE CARBOIDRATOS
RESPIRACcedilAtildeO ANAEROBICA E AEROBICA
GLICOacuteLISE
1 CONCEITO
Eacute a degradaccedilatildeo anaeroacutebica dos carboidratos mediante uma sequumlecircncia de reaccedilotildees catalisadas
enzimaacuteticamente Eacute de ocorrecircncia generalizada entre os organismos vivos (animais e vegetais)
e ocorre predominantemente no citoplasma celular de tecidos que desempenham qualquer
atividade fisioloacutegica ou biossiacutentese ou seja onde houver demanda de energia (ATP)
A glicoacutelise tem por finalidade pois a raacutepida produccedilatildeo de energia (ATP) em condiccedilotildees de
anaerobiose bem ocorreraacute na mitococircndria
2 SEQUEcircNCIA DE REACcedilOtildeES
Substrato Iniciais
Quando a degradaccedilatildeo anaeroacutebica do carboidrato eacute efetuada por microorganismo o processo eacute
denominado de fermentaccedilatildeoAssim a produccedilatildeo de aacutecido laacutetico a partir de carboidrato pela
bcteacuteria Lactobacillus sp Saccharomyces sp
O tempo glicoacutelise embora geneacuterico eacute usado para denominar a degradaccedilatildeo anaeroacutebica dos
carboidratos ateacute aacutecido laacutetico efetuada pelos demais organismos como aquela processada pelos
tecidos musculares
89
GLICOacuteLISE
3 BALANCcedilO DE COEZIMAS
O processo eacute anaeroacutebico natildeo oxidativo portanto o que pode ser observado pela constacircncia do
nuacutemero de oxidaccedilatildeo do aacutetomo de carbono
Tanto a glicose (substrato inicial) como o aacutecido laacutetico igual a zero natildeo havendo oxidaccedilatildeo e
nem reduccedilatildeo nessa transformaccedilatildeo Jaacute na produccedilatildeo de etanol e CO2 observamos que uma
porccedilatildeo da moleacutecula de glicose correspondente a 4 aacutetomos de carbono sofre reduccedilatildeo
originando 2 moleacuteculas de etanol A outra porccedilatildeo (com 2 aacutetomos restantes) eacute oxidada ateacute gaacutes
carbocircnico O que ocorre entatildeo na fermentaccedilatildeo alcooacutelica eacute uma ruptura da moleacutecula de glicose
sendo que uma porccedilatildeo se reduz (recebendo 8 eleacutetrons) aacutes custas de outra que se oxida ateacute CO2
(cedendo 8 eleacutetrons) sem a necessidade de doadores ou receptores externos de eleacutetrons
As reaccedilotildees de oacutexido-reduccedilatildeo da glicoacutelise (catalisadas pelas desidrogenases de gliceraldeiacutedo-3-
fosfato e alcooacutelica ou laacutetica) utilizam-se do NAD+ ou NADH+H+ (nicotinamida-adenina-
dinucleotiacutedio) com a transferecircncia de 2 eleacutetrons
Na sequumlecircncia glicoliacutetica temos uma reaccedilatildeo em que o substrato eacute oxidado perdendo 2 eleacutetrons
(reaccedilatildeo catalisada pela desidrogenase de gliceraldeiacutedo-3-fosfato) e posteriormente ocorre uma
reduccedilatildeo de igual intensidade (recebimento de 2 eleacutetrons) para a formaccedilatildeo do aacutecido laacutetico (pela
desidrogenase laacutetica) ou para a formaccedilatildeo de etanol (pela desidrogenase alcooacutelica ) No
computo geral portanto o carbono Daiacute o processo ser anaeroacutebico isto eacute natildeo sendo oxidativo
natildeo exigiria a participaccedilatildeo do oxigecircnio (O2) como agente oxidante
4 RENDIMENTO ENERGEacuteTICO EM ANAEROBIOSE
Consideramos a degradaccedilatildeo anaeroacutebica processada pelas ceacutelulas do tecido muscular quando
transforma glicose em aacutecido laacutetico
C6H12O6 2C3H6O3 G = -47000calmol
ATP + H2O ADP +Pi G = -8000 calmol
Ndeg de ATP gastos 1 ATPglicose (pela hexoquinase)
1 ATP glicose (pela fosfofrutoquinase)
2 ATPglicose
90
ndeg de ATP formados 2 APTglicose (pela fosfogliceroquinase
2 ATPglicose (pela quinase piruacutevica)
3 ATPglicose
Ndeg de ATP liacutequido formado 4 ndash 2 = 2 ATPglicose
Caacutelculo de rendimento (R)
47000 ______ 100
2 X 8000____R
R = 100 X 2 X 8000 = 34
47000
O rendimento energeacutetico vem a ser o percentual da energia colocada em disponibilidade que eacute
utilizada para a siacutentese de ATP A energia restante eacute dissipada na forma de calor aquecendo o
meio onde se processa a reaccedilatildeo
100 47000 calorias (energia colocada em disponibilidade)
34 16000 calorias (energia utilizada para a siacutentese de ATP)
66 31000 calorias (energia dissipada como calor)
PROBLEMA Calcular o rendimento energeacutetico quando da degradaccedilatildeo anaeroacutebica do
glicogecircnio pela ceacutelula muscular Dados
(C6H1206)n (C6H1206) n-1 + 2C3H6O3 G = -52000 calmol
ATP ADP + Pi G = -8000 calmol
Ndeg de ATP gastos 1 ATPresiacuteduo de glicose (pela fosfofrutoquinase)
Ndeg de ATP formados 2 ATPresiacuteduo de glicose (pela fosfogliceroquinase)
2 ATPresiacuteduo de glicose (pela quinase piruacutevica)
4ATPresiacuteduo de glicose
ndeg de ATP formado = 4-1 = 3 ATPresiacuteduo de glicose do glicogecircnio
caacutelculo do rendimento (R)
100 _______ 52000 cal
R __________ 3 x 8000 cal
R = 100 x 3 x 8000 = 46
52000
O rendimento obtido pela ceacutelula quando degrada o glicogecircnio eacute maior que aquele obtido pela
degradaccedilatildeo de glicose Isto porque a fosforilase adiciona um radical fosfato aacute extremidade natildeo
redutora do glicogecircnio sem gastos de ATP (ver esquema da glicoacutelise - 1ordf reaccedilatildeo)
91
5 APLICACcedilOtildeES PRAacuteTICAS DA GLICOacuteLISE FERMENTACcedilAtildeO LAacuteTICA E
FERMENTACcedilAtildeO ALCOacuteOLICA
51 Produccedilatildeo de aacutelcool a partir de monossacariacutedios dissacariacutedios (especialmente
sacarose) e polissacariacutedios (amido de milho mandioca etc)
Quando se utiliza o amido como mateacuteria prima este deve inicialmente ser hidrolisado em
glicose ou maltose (num processo denominado sacarificaccedilatildeo do amido) accedilucares esses que
podem ser desdobrados pela levedura Saccharomyces sp A sacarificaccedilatildeo pode ser
a enzimaacutetica - amilase salivar (confecccedilatildeo do cauim pelos indiacutegenas)
- amilases de sementes em germinaccedilatildeo (malte para produccedilatildeo de whisky rum
etc
- amilases extrayacutedas de fungos e bacteacuterias
b tratamento quiacutemico (hidroacutelise cHCl)
- produccedilatildeo industrial de glicose de milho
52 Produccedilatildeo de Aacutecido Laacutetico com finalidade de conservaccedilatildeo de alimentos picles
ensilagem chucrutes iogurtes e coalhadas
53 Abate de Animais Descansados o que propicia uma carne de mais faacutecil conservaccedilatildeo
e mais macia (devido aacute formaccedilatildeo de lactato a partir do glicogecircnio muscular apoacutes o
abate)
METABOLISMO AEROacuteBICO
CICLO DE KREBS OU DOS AacuteCIDOS TRICARBOXIacuteLICOS
1 INTRODUCcedilAtildeO E ASPECTOS HISTOacuteRICOS
Fisiologistas observaram que muacutesculos estimulados a se contraiacuterem
acumulavam aacutecido laacutetico provenientes da glicoacutelise O acuacutemulo de aacutecido laacutetico o muacutesculo aacute
fadiga perdendo o mesmo a habilidade de contraccedilatildeo Tal habilidade poderia ser restaurada em
presenccedila de oxigecircnio molecular (aerobiose) quando entatildeo havia desaparecimento do aacutecido
laacutetico
Posteriormente demonstrou-se que homogeinados de muacutesculos eram capazes de catalisar a
oxidaccedilatildeo do lactato pelo O2 Isto demonstrava o processo como sendo de natureza enzimaacutetica
Outros aacutecidos podiam ser oxidados sendo piruvato citrato oxaloacetato fumarato malato os
mais rapidamente oxidados
Depois de elaborada a sequumlecircncia glicoliacutetica em muacutesculo e levedura observou-se que o
composto que era em suma oxidado ateacute CO2 vinha a ser o aacutecido piruacutevico como demonstrava
os experimentos de Gyorgi utilizando-se de homogeinados de muacutesculos de peito de pombo
Muitos pesquisadores contribuiacuteram para o entendimento do processo mas foi o bioquiacutemico
Inglecircs Sir Hans Krebs que em 1937 postulou um conjunto de reaccedilotildees de natureza ciacuteclica que
92
demonstrava a oxidaccedilatildeo do piruvato ateacute Co2 Devido aacute importacircncia de suas descobertas Krebs
recebeu em 1953 o Precircmio Nobel de Medicina
O ciclo de Krebs eacute de ocorrecircncia universal sendo encontrado em ceacutelulas animais e vegetais
tanto em organismos superiores como inferiores O equipamento enzimaacutetico responsaacutevel por
tais reaccedilotildees estaacute confinado na mitococircndria
2 SEQUEcircNCIA DE REACcedilOtildeES
3 IMPORTAcircNCIA ENERGEacuteTICA
Tal ciclo eacute de grande importacircncia na economia energeacutetica da ceacutelula visto que a energia
liberada no processo eacute enorme em relaccedilatildeo ao processo anaeroacutebico
100 C6H12O6 + 6O2 6CO2 + 6H2O G = -686000 calmol
7 C6H12O6 anaerobiose 2C3H6O3 G = -47000 calmol
93 C3H6O3 + 3O2 aerobiose 3CO2 + 3H2O G = -319500 calmol
Em anaerobiose apenas 7 (47000calmol) da energia contida na moleacutecula de glicose eacute
colocada em disponibilidade O restante dessa energia (93) contida no lactato eacute posta em
disponibilidade em condiccedilotildees de anaerobiose
4 INIBIDORES DO CICLO DE KREBS
41 Aacutecido Malocircnico Inibidor competitivo de desidrogenase succiacutenica Tal inibidor tem
semelhanccedila estrutural com o substrato natural (aacutecido succiacutenico) ocupando o siacutetio ativo da
enzima mas sendo desalojado mediante aumanto na concentraccedilatildeo de substrato Haacute acuacutemulo
de succiacutenato no sistema inibido Adicionando-se ao sistema fumarato malato ou
oxoloacetato haacute oxidaccedilatildeodo piruvato podendo ser adicionado em quantidades
estequiomeacutetricas equivalentes ao acetil ndash CoA a ser consumido A adiccedilatildeo de citrato isocitrato
ou - cetolglutarato natildeo permite a utilizaccedilatildeo do acetil-CoA pois que tais compostos estariam
aqueacutem da desidrogenase succiacutenica na sequumlecircncia ciacuteclica de reaccedilotildees Foi a utilizaccedilatildeodo aacutecido
malocircnico como inibidor que demonstrou o processo como sendo de natureza ciacuteclica
42 Fluoracetato (FCH2 ndash COOH) Certas plantas africanas e algumas encontradas no
Brasil especialmente do gecircnero Policourea possuem tal composto o qual se constitui no
principio toacutexico Tais plantas distantes dos centros consumidores
93
O fluoracetato aleacutem de inibir de maneira natildeo competitiva as enzimas dependentes de
sulfidrila (-SH) no siacutetio ativo (como a acetilcolinesterase) pode se transformar num inibidor
ativo (como de Krebs Para tal o fluoracetil ndash CoA Devido aacute falta de especificidade de
enzima de condensaccedilatildeo (1ordf enzima do Ciclo de Krebs) o potente inibidor da aconitase
acumulando-se aacutecido ciacutetrico no tecido envenenado
IICADEIA RESPIRATOacuteRIA
1 CONCEITO E FUNCcedilAtildeO
Vem a ser uma sequumlecircncia de reaccedilotildees de oacutexido ndash reduccedilatildeo em ordem estabelecida
segundo o potencial de reduccedilatildeo de seus componentes e que tem por finalidade transportar
para o oxigecircnio molecular (O2) os H+ e eleacutetrons das coenzimas reduzidas (NADH + H
+ e
FADH2)
Geradas no ciclo de Krebs Eacute tambeacutem chamada de cadeia de transporte de eleacutetrons
Durante esse transporte reaccedilotildees com ldquoqueda de potencial eletroquiacutemicordquo adequada
permitem a siacutentese de ATP a partir de ADP e Pi (foacutesforo inorgacircnico) pela chamada
ldquofosforilaccedilatildeo oxidativardquo A ldquoFosforilaccedilatildeo ao niacutevel de substratordquo se refere aacute siacutentese de ATP
em reaccedilotildees acopladas cuja energia eacute obtida da hidroacutelise de certas ligaccedilotildees ricas em energia
(como na glicoacutelise e no Ciclo de Krebs)
Na cadeia respiratoacuteria os eleacutetrons caminham a partir de um composto com baixo
potencial de reduccedilatildeo para outro com potencial de reduccedilatildeo maior isto eacute que tem maior
tendecircncia em aceitar esses eleacutetrons ocorrendo uma queda ldquocitocromosrdquo que satildeo
metaloproteiacutenas (ferroporfirinas) onde o aacutetomo de Feacute se oxida e se reduz transportando assim
os eleacutetrons
Feacute+3 + 1 e- ___reduccedilatildeo__
__oxidaccedilatildeo__
(oxidado) (reduzido)
O oxigecircnio molecular (O2) eacute o uacuteltimo aceptor dos eleacutetrons e H+ ocorrendo a biossiacutentese da
aacutegua Nesse processo formar-se 3 moles de ATP por mol NADH +H+ oxidado e 2 moles de
ATPmol de FADH2
3 VENENOS RESPIRATOacuteRIOS
Os citocromos especialmente o citocromo oxidase (ou ldquoa3rdquo) pode ter o seu aacutetomo de Feacute
complexado pelo CN- (cianeto) CO (monoacutexido de carbono) ou H2O (gaacutes sulfiacutedrico) o que
evita o mesmo de se oxidar ou se reduzir interrompendo assim o transporte de eleacutetrons Essa eacute
a razatildeo de tais compostos serem toacutexicos para plantas e animais ou seja organismos que
respirem possuidores portanto da cadeia respiratoacuteria O 24-DNP e a oligomicina promovem o
desacoplamento da fosforilaccedilatildeo oxidativa (consumo de O2 sem formaccedilatildeo de ATP)
94
4ESTRUTURA DA MITOCOcircNDRIA
Ela eacute considerada a casa de forccedila de uma ceacutelula Nela estatildeo contidas as enzimas do Ciclo de
Krebs bem como a Cadeia Respiratoacuteria Nela deve entrar piruvato ou acetil-CoA juntamente
com acetil-CoA
A parede interna da mitococircndria se apresenta enrugada para aumentar a superfiacutecie de contacto
com o estroma fazendo co que as coenzimas reduzidas geradas no Ciclo de Krebs sejam
prontamente oxidadas na Cadeia Respiratoacuteria
Quando portanto escrevemos a equaccedilatildeo geral da respiraccedilatildeo da glicose
C6H12O6 + 6O2 _respiraccedilatildeo_ + 6CO2 + 6H2O + 686000 calmol devemos considerar que esse
processo envolve dezenas de reaccedilotildees sendo o CO2 liberando principalmente pelo Ciclo de
Krebs e a aacutegua (H2O) gerada na cadeia respiratoacuteria Uma parte da energia liberada seraacute
utilizada para a siacutentese de ATP tanto pela fosforilaccedilatildeo ao niacutevel de substrato (glicoacutelise e Ciclo
de Krebs) como pela fosforilaccedilatildeo oxidativa (acoplada aacute cadeia respiratoacuteria)
1 RENDIMENTO ENERGEacuteTICO EM AEROBIOSE
Consideremos a oxidaccedilatildeo total o acetil-CoA pelo Ciclo de Krebs e cadeia respiratoacuteria
Cada mol de acetil-CoA oxidado completamente (ateacute CO2 e H2O) pelo Ciclo de Krebs e
Cadeia Respiratoacuteria propiacutecia a formaccedilatildeo de 12 moles de ATP
Podemos agora calcular o rendimento energeacutetico quando uma ceacutelula efetua a combustatildeo
completa (ateacute CO2 e H2O) da glicose Dados
95
443 da energia posta em disponibilidade eacute utilizada para a siacutentese de ATP O restante (100-
443 = 557) eacute dissipada na forma de calor servindo apenas para aquecer o meio onde a
reaccedilatildeo se processa
VIA PENTOSE FOSFATO
1 INTRODUCcedilAtildeO
A glicoacutelise natildeo eacute a uacutenica via degradativa da glicose e entre elas se destaca a via pentose
fosfato que ocorre no citossol de ceacutelulas animais e vegetais Tal via jaacute fora percebida em
tecidos que tinham capacidade de degradar a glicose mesmo na presenccedila dos inibidores
claacutessicos da glicoacutelise (fluoretos e iodoacetato) A descoberta do NADP+ por Warburg e a
oxidaccedilatildeo da glicose-6-fosfato em aacutecido 6-fosfoglucocircnico levada a moleacutecula de glucose para
vias metaboacutelicas desconhecidas O empregeo do C14 em pesquisas bioquiacutemicas e os estudos
de Lipmann Dickens Horecker e Racker resultaram no entendimento dos passos metaboacutelicos
conhecidos como o ldquodesvio das pentosesrdquo
2 SEQUEcircNCIA DAS REACcedilOtildeES
3 ESTEQUIOMETRIA DA VIA PENTOSE FOSFATO
Consideremos o processamento de 6 moleacuteculas de glicose pelas trecircs primeiras reaccedilotildees da via
pentose
6 hexosendashfosfato + 12 NADP+ 6H2O 6 pentosendashfosfato + 6CO2 + 12 NADPH + 12 H+
A seguir consideremos que 4 moleacuteculas de pentose fosfato reajam segundo as reaccedilotildees 6 e 7
produzindo 2 moleacuteculas de tetrose-fosfato e 2 moleacuteculas de hexosendashfosfato
2 pentose-fosfato 2 hexose-fosfato + 2 tetrose-fosfato
Pela accedilatildeo da transcetolase 2 moleacuteculas de tetrose-fosfato reagem com 2 moleacuteculas de pentose-
fosfato para formar 2 moleacuteculas de hexose-fosfato e 2 moleacuteculas de triose-fosfato
2 tetrose-fosfato + 2 pentose-fosfato 2 hexose-fosfato + 2 triose-P
Quanto aacutes 2 triose-fosfato uma delas pode por isomerizaccedilatildeo se tranformar em di-
hidroxiacetona-fosfato condensarem numa hexose-difosfato e se hidrolisar em hexose-fosfato
+ H3PO4
96
2 triose-fosfato 1 hexose-fosfato + H3PO4
A somatoacuteria dessas reaccedilotildees individuais resulta que
Hexose-fosfato + 12 NADP+ + 6H2O 6CO2 + NADPH + 12H+
O processo eacute oxidativo resultando em nucleotiacutedio reduzindo
4 SIGNIFICADO FISIOLOacuteGICO DA VIA PENTOSE FOSFATO
O NADH gerado em reaccedilotildees oxidativas da glicoacutelise e Ciclo de Krebs tem como importante
destino ser oxidado pela cadeia respiratoacuteria propiciando a formaccedilatildeo de ATP Jaacute o NADPH
natildeo eacute utilizado na cadeia respiratoacuteria mas sim empregado em inuacutemeros processos
biossinteacuteticos como na biossiacutentese e lipiacutedios esteroacuteides aminoaacutecidos etc A ribose gerada na
via pentose eacute utilizada na siacutentese dos aacutecidos nucleacuteicos enquanto a eritrose-fosfato eacute precursora
via aacutecido chiquiacutemico na produccedilatildeo de aminoaacutecidos reguladores compostos fenoacutelicos lignina
e outros especialmente em plantas
No que se refere a tecidos animais a via pentose eacute bastante ativa na glacircndulas mamaacuterias
tecidos adiposos coacutertex adrenal e fiacutegado onde o NADPH fornece o poder redutor para as
biossiacutenteses O muacutesculo esqueleacutetico com pouca atividade de biossiacutentese de lipiacutedios natildeo
apresenta a via pentose fosfato
Em tecidos vegetais jovens e meristemaacuteticos a atividade glicoliacutetica eacute mais intensa e a medida
que o tecido vai se tornando maduro a via pentose-fosfato se intensifica para propiciar a
disposiccedilatildeo de lignina e demais compostos secundaacuterios sintetizados com o concurso do
NADPH
Ainda em plantas a via pentose-fosfato supre o processo fotossinteacutetico com NADPH
necessaacuterio aacute assimilaccedilatildeo do CO2 bem como estaacute intimamente relacionada com a marcha do
carbono na fotossiacutentese
Outra funccedilatildeo da via pentose-fosfato seria estabelecer a possibilidade de conversatildeo de hexose
pentose tetroses e trioses entre si com bastante significado econocircmico nos processos
biossinteacuteticos
Utilizando-se de glicose-1-14
C e glicose-6-14
C podemos avaliar as intensidades das vias
glicoliacutetica e pentose-fosfato em um tecido qualquer A premissa eacute de que se apenas a glicose
estiver operando a evoluccedilatildeo de 14
CO2 seraacute idecircntica quer se utilizado de glicose-1-14
C ou de
glicose-6-14
C pois que ambas ao serem metabolizadas (em ensaios separados) produziratildeo
aacutecido piruacutevivo-metil-14
C Esse aacutecido seraacute oxidado no Ciclo de Krebs liberando 14
CO2
Por outro lado se apenas a via pentose estiver operando a evoluccedilatildeo de 14
Co2 seraacute
primeiramente detectada quando da utilizaccedilatildeo de glicose-1-14
C
97
METABOLISMO DOS TRIGLICERIacuteDIOS
1 INTRODUCcedilAtildeO
Os lipiacutedios armazenados por organismos animais ou vegetais quase que exclusivamente na
forma de trigliceriacutedios constituem importante reserva energeacutetica do ponto de vista
quantitativo Assim enquanto os carboidratos constituem reserva energeacutetica limitada
especialmente nos organismos animais (05do peso muscular e 5 do peso do fiacutegado) os
depoacutesitos de gordura subcutacircnea podem representar uma fraccedilatildeo bastante significativa do peso
corpoacutereo
Do ponto de vista qualitativo podemos afirmar que os lipiacutedios satildeo alimentos energeacuteticos Por
excelecircncia
A grande quantidade de energia liberada durante a combustatildeo dos lipiacutedios eacute devido ao aacutetomo
de carbono estar reduzido (com baixo nuacutemero de oxidaccedilatildeo) Isso pelo baixo conteuacutedo de
oxigecircnio e elevado teor de hidrogecircnio na moleacutecula
Os trigliceriacutedios constituem a quase totalidade da fraccedilatildeo lipiacutedica de nossa dieta ou de uma
reaccedilatildeo animal e vem a ser a forma pela qual os organismos armazenam a maior parte da
energia quiacutemica Daiacute um maior interesse pelos trigliceriacutedios Essas reservas lipiacutedicas (como a
gordura subcutacircnea dos animais e os oacuteleos armazenam nas sementes dos vegetais) podem ser
rapidamente mobilizadas para atender a demanda energeacutetica ou outras necessidades do
organismo em questatildeo
2 HIDROacuteLISE DOS TRIGLICERIacuteDIOS E DESTINO DE SEUS PRODUTOS
A degradaccedilatildeo dos trigliceriacutedios quer sejam eles provenientes de uma dieta ou reaccedilatildeo ou
aqueles armazenados inicia-se com a hidroacutelise enzimaacutetica (pelas liacutepases) dos mesmos
originando glicerol e aacutecidos graxos seus constituintes essenciais
O glicerol eacute degradado pela via glicoliacutetica se transformando em piruvato e posteriormente em
acetil-CoA
98
Os aacutecidos graxos resultantes dos trigliceriacutedios sofrem metabolizaccedilatildeo diferente seratildeo
transformados em acetil-CoA independente do nuacutemero de aacutetomos de carbono por um
processo bioquiacutemico denominado de beta-oxidaccedilatildeo e efetuado pela mitococircndria
LIPIacuteDIOS
-Oxidaccedilatildeo de Lipiacutedios amp Ciclo do Glioxilato
Segundo Harper et al (1982) os lipiacutedios formam um grupo heterogecircneo de
compostos relacionados real ou potencialmente com os aacutecidos graxos Tecircm a propriedade comum de serem relativamente insoluacuteveis na aacutegua e soluacuteveis nos
solventes natildeo polares como o eacuteter o clorofoacutermio o benzeno Os lipiacutedios assim compreendem as gorduras os oacuteleos as ceras e compostos relacionados
Os lipiacutedios satildeo constituintes importante da dieta natildeo soacute pelo elevado valor energeacutetico como tambeacutem pelas vitaminas lipossoluacuteveis e aacutecidos graxos essenciais encontrados na gordura dos alimentos naturais No organismo a gordura serve de fonte eficiente de energia tanto direta quanto potencialmente quando armazenada no tecido adiposo Serve como material isolante nos tecidos subcutacircneos e agrave volta de certos oacutergatildeos O teor de gordura do tecido nervoso eacute particularmente elevado As combinaccedilotildees de gordura e proteiacutena (lipoproteiacutena) satildeo constituintes celulares importantes encontrando-se nas membranas celulares e nas mitococircndrias no interior do citoplasma e servindo tambeacutem como meio de transporte dos lipiacutedios no sangue Muitos hormocircnios vitaminas e detergentes bioloacutegicos satildeo lipiacutedios (Harper et al 1982 Wannmacher e Dias 1988)
A grande maioria dos lipiacutedios possui em sua constituiccedilatildeo pelo menos uma moleacutecula de aacutecidos graxos que satildeo aacutecidos carboxiacutelicos saturados (sem ligas duplas) ou insaturados (com uma ou mais ligas duplas) com nuacutemero variaacutevel de aacutetomos de carbono geralmente aciacuteclicos havendo alguns ramificados e outros hidroxilados Os aacutecidos graxos satildeo obtidos pela hidroacutelise das gorduras Os aacutecidos graxos existentes em gorduras naturais encerram usualmente um nuacutemero par de aacutetomos de carbono (porque satildeo sintetizados a partir de dois carbonos) e satildeo derivados de cadeia retiliacutenea (Harper et al 1982 Wannmacher e Dias 1988)
Os aacutecidos graxos constituem importante fonte de energia para a maioria dos tecidos Os aacutecidos graxos circulam pelo sangue combinados com albumina ou sob forma de trigliceriacutedios incorporados em lipoproteiacutenas Os trigliceriacutedios eacutesteres do aacutelcool glicerol com aacutecidos graxos circulantes satildeo originaacuterios da dieta ou da biossiacutentese hepaacutetica e resultam da hidroacutelise dos trigliceriacutedios das lipoproteinas no
99
leito vascular dos tecidos ou da hidroacutelise dos trigliceriacutedios armazenados no tecido adiposo (Harper et al 1982 Wannmacher e Dias 1988)
Lehninger (1985) salienta que os triacilgliceroacuteis (trigliceriacutedios) desempenham um papel extremamente importante coma fornecedor de energia nos animais Entre os nutrientes principais eles possuem o maior conteuacutedo energeacutetico (mais de 9 kcalg) satildeo depositados nas ceacutelulas do tecido gorduroso como gotiacuteculas quase puras de gordura e podem ser estocadas em grandes quantidades neste tecido Nas populaccedilotildees dos paiacuteses desenvolvidos em meacutedia quase quarenta por cento das necessidades energeacuteticas diaacuterias satildeo fornecidas pelos triacilgliceroacuteis da dieta Eles fornecem mais da metade da energia consumida por alguns oacutergatildeos especialmente o fiacutegado o rim e o muacutesculo esqueleacutetico em repouso Nos animais que hibernam e nos paacutessaros em migraccedilatildeo os estoques de triacilgliceroacuteis satildeo praticamente a uacutenica fonte de energia
Cerca de noventa e cinco por cento da energia biologicamente obtida dos triacilgliceroacuteis reside nos seus trecircs aacutecidos graxos de cadeias longa apenas cinco por
cento desta energia eacute fornecida pelo glicerol Por vias metaboacutelicas como a -oxidaccedilatildeo esses aacutecidos graxos ricos em energia satildeo oxidados ateacute dioacutexido de carbono e aacutegua
DEGRADACcedilAtildeO OXIDATIVA DE AacuteCIDOS GRAXOS
- OXIDACcedilAtildeO
1 APRESENTACcedilAtildeO RESUMIDA DOS PRINCIPAIS EVENTOS METABOacuteLICOS
Conceito
Via cataboacutelica de degradaccedilatildeo de aacutecidos graxos para produccedilatildeo de energia
Ocorre na matriz mitocondrial apoacutes a ativaccedilatildeo e a entrada dos aacutecidos graxos na mitococircndria
Pode ser dividida em 3 fases
A ativaccedilatildeo do aacutecido graxo
A - oxidaccedilatildeo propriamente dita
A respiraccedilatildeo celular
Ativaccedilatildeo Dos Aacutecidos Graxos
A ativaccedilatildeo dos aacutecidos graxos consiste na entrada destes na mitococircndria na forma de ACIL-CoA
100
O processo depende
1 Da ligaccedilatildeo do aacutecido graxo com a Coenzima A formando o Acil-CoA no citosol A reaccedilatildeo eacute catalizada pela enzima Acil-CoA Sintetase localizada na membrana mitocondrial externa
CH3-(CH2)n-COOH + ATP + CoA-SH eacute CH3-(CH2)n-CO-S-CoA + AMP + PPi
2 Do transporte do radical acila atraveacutes da MMI do citosol para a matriz
mediado pelo carreador especiacutefico carnitina A transferecircncia do radical acila da CoA para a carnitina eacute catalizada pela enzima carnitina-Acil-Transferase I
Acil-S-CoA + Carnitina eacute Acil-Carnitina + CoA-SH 3 Do lado da matriz mitocondrial a carnitina doa novamente o radical acila para
a CoA regenerando o Acil-CoA no interior da mitococircndria A reaccedilatildeo eacute catalisada pela arnitina-Acil-Transferase II localizada na face interna da MMI e eacute exatamente o inverso da descrita acima
- Oxidaccedilatildeo do Aacutecido Graxo
Consiste na quebra por oxidaccedilatildeo do aacutecido graxo sempre em seu carbono b convertendo-o na nova carbonila de um aacutecido graxo agora 2
carbonos mais curto
O processo eacute repetitivo e libera agrave cada quebra
1 NADH+H+ 1 FADH2
1 Acetil CoA
Satildeo 4 as enzimas envolvidas em cada etapa de oxidaccedilatildeo da via
Exemplo
CH3-CH2-CH2-CH2-CH2-CH2-CH2-CH2-CH2-CO-S-CoA + CoA-SH
CH3-CH2-CH2-CH2-CH2-CH2-CH2-CO-S-CoA + Acetil-CoA
CH3-CH2-CH2-CH2-CH2-CO-S-CoA + Acetil-CoA
CH3-CH2-CH2-CO-S-CoA + Acetil-CoA
Acetil-CoA + Acetil-CoA
101
Respiraccedilatildeo Celular
A siacutentese de ATP acoplada agrave - oxidaccedilatildeo vem
Do transporte de eleacutetrons do NADH e do FADH2 formados no processo pela cadeia respiratoacuteria
Da oxidaccedilatildeo dos radicais acetil dos Acetil-CoAs no ciclo de Krebs
Exemplo A oxidaccedilatildeo de uma aacutecido graxo com 16 carbonos rende para a ceacutelula em ATPs
8 Acetil-CoA = 96 ATPs (12 1)
7 NADH + H+ = 21 ATPs (3 1)
7 FADH2 = 14 ATPs (2 1)
Total = 131 ATPs
Regulaccedilatildeo da - Oxidaccedilatildeo
A regulaccedilatildeo da via eacute feita pela enzima reguladora carnitina-acil-transferase I que regula a velocidade de entrada do aacutecido graxo na mitococircndria desta forma a velocidade de sua degradaccedilatildeo
Esta enzima eacute inibida por malonil-CoA um intermediaacuterio cuja concentraccedilatildeo aumenta na ceacutelula quando esta tem carboidrato disponiacutevel e que funciona como precursor na biossiacutentese de aacutecido graxo
Oxidaccedilatildeo de Aacutecidos Graxos Insaturados
Se o aacutecido graxo a ser oxidado for insaturado o processo tem dois passos enzimaacuteticos adicionais
A conversatildeo do isocircmero cis em trans
A saturaccedilatildeo da dupla ligaccedilatildeo pela adiccedilatildeo de aacutegua
Uma vez o aacutecido graxo saturado ele pode seguir com o processo normal de oxidaccedilatildeo
Oxidaccedilatildeo de Aacutecidos Graxos com Nuacutemero Iacutempar de Carbonos
A oxidaccedilatildeo de um aacutecido graxo com nuacutemero de carbonos iacutempar leva aacute formaccedilatildeo de um resiacuteduo de propionol-CoA que atraveacutes de uma sequumlecircncia de reaccedilotildees enzimaacuteticas e com gasto de energia (1 ATP eacute hidrolisado para cada propionil-CoA convertido) eacute convertido em succinil-CoA que entra no ciclo de Krebs para ser oxidado
102
Corpos Cetocircnicos
A oxidaccedilatildeo dos aacutecidos graxos no fiacutegado leva agrave formaccedilatildeo de grande quantidade de Acetil-CoA que pode ser oxidado no proacuteprio fiacutegado ou convertido nos CORPOS CETOcircNICOS
Satildeo 3 os corpos cetocircnicos formados a partir do Acetil-CoA
Acetoacetato
- Hidroxibutirato
Acetona
O objetivo da formaccedilatildeo dos corpos cetocircnicos eacute permitir o transporte da energia obtida pela oxidaccedilatildeo dos aacutecidos graxos aos tecido perifeacutericos para laacute serem utilizados na siacutentese de ATP
A formaccedilatildeo de corpos cetocircnicos eacute uma via de superabundacircncia atraveacutes da qual o fiacutegado distribui energia a todo o organismo Nos tecidos perifeacutericos os corpos cetocircnicos regeneram o Acetil-CoA que entra no ciclo de Krebs para produccedilatildeo de energia
Normalmente a quantidade de corpos cetocircnicos no sangue eacute baixa mas
em situaccedilotildees como o jejum prolongado ou o diabetes mellitus suas concentraccedilotildees seacutericas podem aumentar muito levando o indiviacuteduo a um estado de CETOSE caracterizada por uma ACIDOSE METABOacuteLICA que pode ser fatal
2) -OXIDACcedilAtildeO DE LIPIacuteDIOS
21 Os aacutecidos graxos variam no comprimento da suas cadeias e no grau de nsaturaccedilatildeo dos aacutecidos graxos
Os aacutecidos graxos em sistemas bioloacutegicos comumente conteacutem um mesmo nuacutemero de aacutetomos de carbonos Tipicamente entre 14 e 24 aacutetomos Os aacutecidos graxos que conteacutem de 16 a 18 carbonos satildeo mais comuns As cadeias de hidrocarbonetos satildeo quase invariaacutevel nos aacutecidos graxos natildeo ramificados de animais A configuraccedilatildeo de duplas ligaccedilotildees em muitos aacutecidos graxos insaturados eacute tipo bdquocis‟ As duplas ligaccedilotildees em aacutecidos graxos poli-insaturados satildeo separadas por pelo menos um grupo metileno
As propriedades dos aacutecidos graxos e lipiacutedios derivados deles satildeo marcadamente dependentes sobre o comprimento das cadeias deles e sobre o grau de saturaccedilatildeo Aacutecidos graxos saturados tem um menos ponto de derretimento do que os aacutecidos graxos saturados de cadeia com o mesmo comprimento Por exemplo os
103
ponto de derretimento do aacutecido esteaacuterico eacute 696 oC e o aacutecido oleico eacute 134 oC que conteacutem uma dupla ligaccedilatildeo bdquocis‟ O ponto de fusatildeo dos aacutecidos graxos poli-insaturados da seacuteria com 18 carbonos satildeo muito mais baixos O comprimento das cadeias tambeacutem afeta o ponto de derretimento Isto eacute ilustrado pelo fato que a temperatura de derretimento do aacutecido palmiacutetico (C16) ser igual a 65 oC menor que o aacutecido esteaacuterico (C18)
Diante disto aacutecidos graxos com comprimento de cadeias curtas e aumento da insaturaccedilatildeo e aumenta a fluidez dos aacutecidos graxos e dos derivados deles
22 Triacilgliceroacuteis satildeo estoques de energia altamente concentrada
Triacilgliceroacuteis satildeo estoques de energia metaboacutelica altamente concentradas devido elas serem quimicamente reduzidas e anidras O rendimento de uma oxidaccedilatildeo completa de aacutecidos graxos eacute de 9 kcalg em contraste com quase 4 kcalg dos carboidratos e proteiacutenas As bases desta grande diferenccedila no rendimento caloacuterico eacute que os aacutecidos graxos satildeo muito mais altamente reduzidos Entretanto os triacilgliceroacuteis satildeo muito apolares e assim eles satildeo armazenados em uma forma quase anidra jaacute as proteiacutenas e carboidratos satildeo muito mais polares e portanto mais altamente hidratados
De fato uma grama de glicogecircnio seco liga-se a quase duas gramas de aacutegua Consequentemente uma grama de gordura quase anidra armazena mais que seis vezes a energia do que uma grama de glicogecircnio hidratado esta eacute a razatildeo para que os trigliceroacuteis foram evolutivamente selecionados como maior reserva de energia que o glicogecircnio
Considerando o peso de um homem tiacutepico com 70 kg que tem uma reserva de combustiacutevel de 100000 kcal em triacilgliceroacuteis 25000 kcal em proteiacutenas (mais em muacutesculos) 600 kcal em glicogecircnio e 40 kcal em glicose Os triacilgliceroacuteis constituem quase 11 kg deste total do peso do corpo Esta quantidade de energia se fosse armazenada em glicogecircnio seu peso total do corpo seria 55 kg maior
Em mamiacuteferos o maior siacutetio de acuacutemulo de triacilgliceroacuteis eacute o citoplasma das ceacutelulas adiposas - bdquoceacutelulas gordas‟ Gotiacuteculas de triacilglicerol unem-se para formar um grande gloacutebulo o qual pode ser maio do que o volume da ceacutelula A ceacutelula adiposa eacute especializada para a siacutentese e armazenamento de triacilgliceroacuteis e para a mobilizaccedilatildeo interna de moleacuteculas de combustiacutevel que satildeo transportadas para outros tecidos pelo sangue
23 Triacilgliceroacuteis satildeo mobilizados por AMP ciacuteclico regulados pelas lipases
104
O evento inicial no uso das gorduras como fonte de energia eacute a hidroacutelise dos triacilgliceroacuteis pelas lipases (Figura 1)
A atividade das lipases em ceacutelulas adiposas eacute regulada por hormocircnios Epinefrinas noraepinefrinas glucagocircnio e hormocircnio adrenocorticotroacutepico estimulam a ciclase adenilato das ceacutelulas adiposas O aumento do niacutevel de AMP ciacuteclico (monofosfato ciacuteclio de adenosina entatildeo estimula a proteina quinase que por sua vez ativa a lipase pela fosforilaccedilatildeo do AMP
Figura 1 Esquema da degradaccedilatildeo do tiacilglicerol para aacutecidos graxos
Entatildeo a epinefrinas noraepinefrinas glucagocircnio e hormocircnio
adrenocorticotroacutepico causam a lipoacutelise O AMP ciacuteclico eacute o mensageiro secundaacuterio na ativaccedilatildeo da lipoacutelise em ceacutelulas adiposas Que eacute um processo anaacutelogo a este papel na ativaccedilatildeo de quebra do glicogecircnio E ao contraacuterio a insulina inibe a lipoacutelise O glicerol formado pela lipoacutelise eacute fosforilado e oxidado para dihidroxiacetona fostado o qual sofre izomerizaccedilatildeo para gliceroladido 3-fosfato Estes intermediaacuterios ambos vatildeo para as vias glicoliacutetica e gliconeogecircnica Daiacute glicerol pode ser convertido
em piruvato ou glicose no fiacutegado que conteacutem enzimas apropriadas O processo reverso pode ocorrer pela reduccedilatildeo do dihidroxiacetona fosfato para glicerol 3-fosfato A hidroacutelise por uma fosfatase daacute origem ao glicerol Entatildeo glicerol e intermediaacuterios glicoliacuteticos satildeo prontamente interconversiacuteveis
24 -Oxidaccedilatildeo de Lipiacutedios Os aacutecidos graxos satildeo degradados pela remoccedilatildeo sequencial de duas unidades de carbono Em 1904 Franz Knoop contribuiu de forma importante e decisiva para elucidar o mecanismo da oxidaccedilatildeo de aacutecidos graxos Ele alimentou cachorros com aacutecidos
graxos de cadeia reta na qual o aacutetomo de carbono estava unido ao grupo fenil Knoop encontrou que a urina deste cachorros continham um derivado do aacutecido
105
fenilaceacutetico quando eles se alimentavam de fenilbutirato Em contraste um derivado do aacutecido benzoacuteico foi formado quando eles forma alimentados com fenilpropionato De fato aacutecido fenilaceacutetico foi produzido sem aacutecido graxo contendo um mesmo nuacutemero de aacutetomos de carbono que forma os cachorros alimentados No entanto o aacutecido benzoacuteico foi formado contendo aacutecidos graxos de nuacutemero iacutemparestranho ao que forma alimentados Knoop deduziu destes achado eacute que os aacutecidos graxos satildeo
degradados pela oxidaccedilatildeo carbono beta -
Estes experimentos foram marcados mundo agrave fora na bioquiacutemica devido eles serem o primeiro a usar roacutetulo sinteacutetico para elucidar mecanismos de reaccedilatildeo O deuteacuterio e radioisoacutetopos foram usados em bioquiacutemica apenas uma seacuterie de anos mais tarde
25 Aacutecidos graxos satildeo ligados a Coenzima A (CoA) antes de serem oxidados Eugene Kennedy amp Lehninger (1949) mostraram que os aacutecidos graxos satildeo oxidados na mitococircndria O trabalho subsequente demonstrou que eles satildeo ativados ante de entrarem na matriz mitocondrial O ATP (trifosfato de adenosina) dirige a formaccedilatildeo da ligaccedilatildeo tioeacutester do grupo carboxila do aacutecido graxo com o grupo sulfidrila da CoA Esta reaccedilatildeo de ativaccedilatildeo ocorre sobre o lado de fora da membrana mitocondrial onde ela eacute catalisada pela enzima sintetase acil CoA (tambeacutem chamada de tioquinase de aacutecidos graxos)
Figura 2 Ativaccedilatildeo do aacutecido graxo ligando-o a CoA
Paul Berg mostrou que a ativaccedilatildeo de aacutecido graxo ocorre em dois passo primeiro o aacutecido graxo reage com ATP para formar um adenilato acil Nesta mistura anidirda o grupo carboxila do aacutecido graxo eacute ligado ao grupo fosfato do AMP Os outros dois grupos fosforilas do substrato ATP satildeo liberados como pirofosfato O grupo sulfidrila da CoA entatildeo anexa o adenilato acil o qual eacute fracamente ligado agraves
enzimas para formar acil CoA e AMP
106
Figura 3 entrada e saiacuteda da acil carintirna na matriz mitocondiral mediada pela
enzima translocase
Esta reaccedilatildeo parcial eacute livremente reversiacutevel De fato a constante de equiliacutebrio da soma desta reaccedilatildeo eacute exatamente um (1)
R - COO- + CoA + ATP acil CoA + AMP + PPi
Uma ligaccedilatildeo altamente energeacutetica eacute quebrada (entre pirofosfato inorgacircnico e AMP) e uma reaccedilatildeo altamente energeacutetica eacute formada (o tioeacutester em acil CoA) Como esta reaccedilatildeo eacute dirigida A resposta eacute que o pirofosfato inorgacircnico eacute rapidamente hidrolisado por uma pirofosfatase
R - COO- + CoA + ATP + aacutegua acil CoA + AMP + 2Pi + 2H+
Isto torna a reaccedilatildeo altamente irreversiacutevel devido ao consumo de duas ligaccedilotildees altamente energeacuteticas Jaacute que apenas uma eacute formada Outro exemplo de outro tema recorrente em bioquiacutemica eacute
Muitas reaccedilotildees biossinteacuteticas satildeo feitas irreversiacuteveis pela hidroacutelise de pirofosfato inorgacircnico
Outro motivo surge nesta reaccedilatildeo de ativaccedilatildeo O intermediaacuterio adenilato acil ligado agrave enzima natildeo eacute o uacutenico para a siacutentese de acil CoA O adenilato acil eacute frequentemente formado quando grupos carboxilas satildeo ativados em reaccedilotildees bioquiacutemicas Por exemplo aminoaacutecidos satildeo ativados para a siacutentese de porteiacutenas por um mecanismo semelhante
107
26 Carnitina promove a ativaccedilatildeo de aacutecidos graxos de cadeia longa dentro da matriz mitocondrial
Os aacutecidos graxos satildeo ativados sobre a superfiacutecie externa da membrana mitocondrial onde os aminoaacutecidos satildeo oxidados na matriz mitocondrial Moleacuteculas acil CoA de cadeia longa natildeo atravessam para o interior da membrana mitocondrial e assim eacute necessaacuterio um mecanismo especial de transporte Aacutecidos graxos de cadeia longa satildeo carregados para o interior da membrana mitocondrial pela carnitina que eacute um tampatildeo (cargas positivas e negativas) formado a partir da lisina
Os grupos acil satildeo transferidos do aacutetomo de enxofre do CoA para os grupos hidroxilas da carnitina vinda da acil carnitina Esta reaccedilatildeo eacute catalisada pela enzima carnitina aciltransferase 1 que esta localizada na face do lado do citossol e dentro da membrana mitocondrial
Figura 4 entrada e saiacuteda da acil carnitina na matriz mitocondrial mediada pela enzima translocase
A carnitina acil eacute entatildeo lanccedilada atraveacutes do interior da membrana mitocondrial por uma translocase (Fig p474 meio Stryer) O grupo acil eacute transferido de volta para a
108
CoA sobre o lado da matriz da membrana Esta reaccedilatildeo que eacute catalisada por carnitina aciltransferase 2 e eacute termodinamicamente viaacutevel por causa da ligaccedilatildeo O-acil na
carnitina tendo um alto potencial na transferecircncia de grupos
Finalmente a carnitina eacute retornada para o lado citossoacutelico pela translocase na troca por uma acilcarnitina incomum
Um defeito na transferase ou translocase ou uma deficiecircncia de carnitina pode prejudicar a oxidaccedilatildeo de aacutecidos graxos de cadeia longa Tal desordem tem de fato sido encontrada gecircmeos idecircnticos que tem tido catildeibras dores musculares desde a infacircncia As dores foram precipitadas por raacutepido exerciacutecios ou alta teor de gordura na dieta A oxidaccedilatildeo de aacutecidos graxo eacute o processo de maior rendimento energeacutetico nestes trecircs estados As enzimas da glicoacutelise e da glicogenoacutelise foram encontradas ser normal A lipoacutelise dos triacilgliceroacuteis foi normal evidenciado pelo aumento na concentraccedilatildeo dos aacutecidos graxos natildeo esterificados encontrado no plasma apoacutes a corrida O ensaio de bioacutepsia do muacutesculo mostrou que a sintetase acil CoA de cadeia longa estava sempre ativa
Entretanto cadeia de aacutecidos graxos com comprimento meacutedio (C8 e C10) foram normalmente metabolizada Isto mostra que a carnitina natildeo eacute requerida para a permeaccedilatildeo dos grupos acil CoA de cadeia meacutedia no interior da matriz mitocondiral Este caso demonstra que o fluxo prejudicado de um metaboacutelito de um compartimento da ceacutelula para outro pode causar esta doenccedila
27 Acetil CoA NADH e FADH2 satildeo gerados em cada volta do ciclo de oxidaccedilatildeo dos aacutecidos graxos
Um acil CoA saturado eacute degradado por uma sequecircncia recorrente de quatro reaccedilotildees
Oxidaccedilatildeo por FAD (flavina adenina dinucleotiacutedio)
Hidrataccedilatildeo
Oxidaccedilatildeo por NAD+
109
Figura 5 Reaccedilatildeo de degradaccedilatildeo de aacutecidos graxos (oxidaccedilatildeo hidrataccedilatildeo oxidaccedilatildeo e finalmente tioacutelise resultando numa moleacutecula com dois carbonos a menos
A cadeia acil da gordura eacute encurtada por dois aacutetomos de carbono como um resultado destas reaccedilotildees e FADH2 NADH e acil CoA satildeo gerados David Green
110
Severo Ochoa e Feodor Lyenen contribuiacuteram de forma importante para a elucidaccedilatildeo
destas seacuterie de reaccedilotildees a qual chamaram de via da - oxidaccedilatildeo
A primeira reaccedilatildeo em cada volta da degradaccedilatildeo eacute a oxidaccedilatildeo do acil CoA por uma acil CoA desidrogenase para dar uma enoil CoA com uma duplas ligaccedilatildeo trans entre o C2 e C3
Acil CoA + E-FAD trans - 2 - enoil CoA + E-FADH2
Como na desidrogenaccedilatildeo do succinato no ciclo do aacutecido ciacutetrico FAD mais que
o NAD+ eacute o aceptor de eleacutetrons devido o G desta reaccedilatildeo ser insuficiente para dirigir a reduccedilatildeo do NAD+ Os eleacutetrons vindos do grupo prosteacutecido do FADH2 da desidrogenase acil CoA reduzida satildeo transferidos para a segunda flavoproteina chamada de flavoproteiacutena transferidora de eleacutetrons (ETF) Na volta a ETF doa eleacutetrons para a ETF-ubiquinona redutase uma proteiacutena Fe-S Ubiquinona eacute entatildeo reduzida para ubiquinol que entrega seu alto potencial de eleacutetrons ao siacutetio de bombeamento de proacutetons da cadeia respeiratoacuteria Consequentemente dois ATPs satildeo gerados do FADH2 formado neste passo de desidrogenaccedilatildeo como na oxidaccedilatildeo do succinato para fumarato
O proacuteximo passo eacute a hidrataccedilatildeo da dupla ligaccedilatildeo entre o C2 e C3 pela enoil CoA hidratase
trans - 2 - enoil CoA + H2O L-3-hidroxilacil CoA + E-FADH2
A hidrataccedilatildeo da enoil CoA eacute esteacuteroespeciacutefica como eacute a hidrataccedilatildeo do fumarato e aconitato Somente o L-isocircmero do 3-hidroxiacil CoA eacute formado quanado a ligaccedilatildeo
trans-2 eacute hidratada A enzima tambeacutem hidrata a dupla ligaccedilatildeo cis-2 mas o produto eacute
entatildeo do D-isocircmero
A hidrataccedilatildeo da enoil CoA eacute a preacutevia para reaccedilatildeo da segunda oxidaccedilatildeo que converte o grupo hidroxila para C3 dentro do grupo ceto e gera NADH Esta oxidaccedilatildeo eacute catalizada por L-3-hidroxiacil CoA desidrogenase a qual eacute absolutamente especiacutefica para o L-isocircmero do substrato hidroxiacil
L-3-hidroxilacil CoA + NAD+ 3-cetoacil CoA + NADH + H+
Estas trecircs reaccedilotildees em cada volta do ciclo de degradaccedilatildeo de aacutecidos graxos assemelha-se em pelo menos um passo ao ciclo do aacutecio ciacuteclico
111
Acil CoA enol CoA hidroxiacil CoA cetoacil CoA
succinato fumarato malato oxaloacetato
A reaccedilatildeo precedente tinha oxidado o grupo metileno no C3 para um grupo ceto O passo final eacute a clivagemquebra do 3-cetoacil CoA por um grupo tiol de uma segunda moleacutecula de CoA a qual rende acetil CoA e acil CoA encurtadas por 2
aacutetomos de carbono Esta clivagem tioliacutetica eacute catalizada por -cetotiolase
3-cetoacil CoA + HS-CoA aceil CoA + acil CoA (n -2 carbonos)
O acil CoA encurtado entatildeo sofre outro ciclo de oxidaccedilatildeo comeccedilando com a
reaccedilatildeo catalisada por acil CoA desidrogenase (Figura 6) -cetotiolase hidroxiacil desidrogenase e enoil CoA hidratase tem ampla especificidade com respeito ao comprimento do grupo acil
Figura 6 As trecircs primeiras reaccedilotildees de degradaccedilatildeo de aacutecido palmiacutetico pela remoccedilatildeo de dois aacutetomos de carbonos por ciclo de degradaccedilatildeo
112
Principais reaccedilotildees na oxidaccedilatildeo de aacutecidos graxos
1) aacutecido graxo + CoA + ATP acil CoA + AMP + Ppi
acil CoA sintetase (tioquinase de aacutecido graxoCoA ligase [AMP]
2) carnitina + acil CoA acil carnitina + CoA
carnitina aciltransferase
3) Acil CoA + E-FAD trans-2-enoil CoA + E-FADH2
acil CoA desidrogenases (vaacuterias)
4) trans-2-enoil Coa + H2O L-3-hidroxiacil CoA
enoil CoA hidratases (3-hidroxiacil CoA hidrolase)
5) L-3-hidroxiacil CoA + NAD+ 3-cetoacil CoA + NADH + H+
L-3-hidroxiacil CoA desidogenase
6) L-3-hidroxiacil CoA + CoA acetil CoA + acil CoA (encurtada por 2C)
-cetotiolase (tiolase)
O rendimento energeacutetico derivados da oxidaccedilatildeo de aacutecidos graxos pode ser calculada Em cada ciclo de reaccedilatildeo um acil CoA eacute encurtada por dois carbonos e um FADH2 e eacute formado NADH e acetil CoA
Cn-acil CoA + FAD + NAD+ + H2O + CoA Cn-2-acil CoA + FADH2 + NADH + acetil CoA + H+
A degradaccedilatildeo do palmitoil CoA (C16-acil CoA) requer sete ciclos de reaccedilotildees No seacutetimo ciclo o C4-ceotoacil CoA eacute tiolozado para duas moleacuteculas de acetil CoA Entatildeo a estequiometira da oxidaccedilatildeo do palmitoil CoA eacute
Palmitoil CoA + 7 FAD + 7 NAD+ + 7 H2O 8 acil CoA + 7 FADH2 + 7 NADH + 7 H+
Trecircs ATPs satildeo gerados quando cada destes NDAH eacute oxidado pela cadeira respiratoacuteria enquqnto 2 ATPs satildeo formados para cada FADH2 devido aos seus
113
eleacutetrons entram na cadeia ao niacutevel do ubiquinol Lembrando que a oxidaccedilatildeo do acetil CoA pelo ciacuteclo do aacutecido ciacutetrico rende 2 ATPs Considerando isto o nuacutemero de ATP formado na oxidaccedilatildeo do Palmitoil CoA eacute 21 e dos 7 FADH2 21 dos 7 NADH e 96 das 8 moleacuteculas de acetil CoA o que daacute um total de 131 ATPs Duas ligaccedilotildees fosfato de alta energia satildeo consumidas na ativaccedilatildeo do palmitato na qual o ATP eacute dividido AMP e 2 Pi Entatildeo o rendimento liacutequido da completa oxidaccedilatildeo do palmitato e 129 ATPs
A eficiecircncia da conservaccedilatildeo da energia na oxidaccedilatildeo de aacutecidos graxos pode ser estimada dado o nuacutemero de ATP formado e da energia de oxidaccedilatildeo do aacutecido palmiacutetico agrave CO2 e H2O
3) GERMINACcedilAtildeO DE SEMENTES amp -OXIDACcedilAtildeO DE LIPIacuteDIOS
No inicio da germinaccedilatildeo as proteiacutenas de armazenamento satildeo degradadas para aminoaacutecidos atraveacutes da siacutentese de enzimas requeridas para a mobilizaccedilatildeo de lipiacutedios
Estas enzimas incluem as lipases que catalisam a hidroacutelise de triacilgliceroacuteis para glicerol e aacutecidos graxos As lipases ligam-se agraves oleosinas do corpos de oacuteleo O glicerol formado pela hidroacutelise do triacilglicerol pode ser alimentado dentro da via da gliconeogecircnese apoacutes a fosforilaccedilatildeo do glicerol 3-fosfato e sua subsequente oxidaccedilatildeo para diidroxicetona fosfato A liberaccedilatildeo de aacutecidos graxos livres eacute primeiro ativado
como tioeacutesteres de CoA e entatildeo degradados para acetil CoA por -oxidaccedilatildeo Este processo ocorre em peroxiossomos especializados os quais satildeo chamados de
glioxiossomos A -oxidaccedilatildeo eacute um processo bioloacutegico importante para a germinaccedilatildeo das sementes em especial para as oleaginosas
Embora em princiacutepio -oxidaccedilatildeo represente uma forma invertida da siacutentese de aacutecidos graxos existe diferenccedilas distintas como habilidade de alto fluxo metaboacutelico entre estas duas vias metaboacutelicas que operam em direccedilotildees opostas
As principais diferenccedilas entre -oxidaccedilatildeo e a siacutentese de aacutecidos graxos satildeo
na desidrogenaccedilatildeo do acil CoA O hidrogecircnio eacute transferido via uma oxidase dependente de FAD para H2O2 A catalase irreversivelmente elimina a H2O2 no siacutetio de sua produccedilatildeo pela conversatildeo em aacutegua e O2
-L-hidroxiacil CoA eacute formada durante a hidrataccedilatildeo da enoil CoA in contrast para o correspondente D-enantioner durante a siacutentese
hidrogecircnio eacute transferido para o NAD durante o segundo passo da desidrogenaccedilatildeo Normalmente o sistema NAD na ceacutelula eacute altamente oxidado dirigindo a reaccedilatildeo em direccedilatildeo a oxidaccedilatildeo do hidroxiacil CoA Natildeo eacute conhecido qual reaccedilatildeo utiliza o NADH formado nos peroxiossomos
114
Em uma reaccedilatildeo irreversiacutevel de tioacutelises mediadas por CoASH que cliva -cetoacil CoA para formas uma moleacutecula de acetil CoA e uma de acil CoA encurtada para dois aacutetomos de carbono
Durante a degradaccedilatildeo de aacutecidos graxos insaturados produtos intermediaacuterios
satildeo formados e que natildeo podem ser metabolizados por reaccedilotildees de -oxidaccedilatildeo 3-cis-enoil CoA que eacute formado durante a degradaccedilatildeo do aacutecido oleico eacute convertido por uma
isomerase mudando a ligaccedilatildeo dupla para 2-trans-enoil CoA que eacute um intermediaacuterio
da -oxidaccedilatildeo Na -oxidaccedilatildeo dos aacutecidos linolecircnico e linoleico a segunda ligaccedilatildeo dupla no intermediaacuterio correspondente estaacute na posiccedilatildeo correta mas na configuraccedilatildeo cis com a consequecircncia que eacute a hidrataccedilatildeo pela hidratase enoil CoA resulta na
formaccedilatildeo de -D-hidroxiacil CoA Mais tarde eacute convertido por uma epimerase para L-
enantiomer o qual eacute um intermediaacuterio da -oxidaccedilatildeo
4) CICLO DO GLIOXILATO
Ao contraacuterio ao animais os quais satildeo haacutebeis para sintetizar glicose de acetil CoA As plantas e muitas bacteacuterias satildeo capazes de crescer sobre acetato ou outros componentes que lhe rendam acetil CoA As plantas podem fazer gliconeogecircnesis elas possuem as enzimas da gliconeogecircnesis para o ciclo do glioxilato
Nesta via metaboacutelica acetil com duas unidades de carbono satildeo convertidos para uma moleacutecula de quatro carbonos (succinato) Esta sequecircncia de reaccedilotildees eacute chamada de ciclo do glioxilato passagem livre para dois passos de descarboxilaccedilatildeo no cilco do aacutecido ciacutetrico Neste ciclo entram duas moleacuteculas de acetil CoA por cada ciclovolta do ciclo do glioxilato Uma ilustraccedilatildeo das principais reaccedilotildees do ciclo do glioxilato eacute apresentado na Figura 7
115
Figura 7 Ciclo do glioxilato e suas principais reaccedilotildees produtos e intermediaacuterios
O ciclo do glioxilato estaacute ligado ao ciclo do aacutecido ciacutetrico da seguinte maneira
acetil CoA condensa com oxaloacetato atraveacutes da enzima sintase do citrato e mais tarde eacute convertido para isocitrato pela aconitase
Isocitrato e dividido pela isocitrato liase em succinato e glioxilato
Glioxilato mais acetil CoA satildeo condensados pela sintase de malato para malato
Como no ciclo do citrato o malato eacute oxidado pela desidrogenase do malato para oxaloacetato complementando o ciclo
Uma moleacutecula de succinato gera duas de acetil CoA
succinato eacute transferido para mitococircndria e eacute convertido para oxaloacetato (por reaccedilatildeo parcial no ciclo do citrato)
116
oxaloacetato eacute transferido da mitococircndria por um transportador e no citossol eacute convertido para fosfoenolpiruvato (carboxiquinase do fosfoenolpiruvato)
fosfoenolpiruvato eacute precursor de hexoses na gliconeogecircnese e outras rotas metaboacutelicas
BIBLIOGRAFIA
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Guanabara Koogan 1976 WANNMACHER CMD DIAS RD Bioquiacutemica fundamental 6 ed Porto Alegre
URGS 1988
3 BETA-OXIDACcedilAtildeO DOS AacuteCIDOS GRAXOS
31 Histoacuterico Em 1904 Knoop administrou para catildees derivados fenilados de aacutecidos
graxos com diferentes nuacutemeros de aacutetomos de carbono na cadeia Pelo fato do grupamento fenil
ser de difiacutecil transformaccedilatildeo pelo organismo animal poder-se-ia pesquisar na urina os produtos
de degradaccedilatildeo de tais derivados fenilados e assim melhor conhecer o catabolismo dos aacutecidos
graxos
Quando eram ministrados derivados fenilados de aacutecidos graxos com nuacutemero par de aacutetomos de
carbono havia excreccedilatildeo de aacutecido fenilaceacutetico Quando eram empregados derivados fenilados
117
de aacutecido dos graxos com nuacutemero impar de aacutetomo de carbono havia excreccedilatildeo de aacutecido
benzoacuteico
Knoop postulou que os aacutecidos graxos sofreriam oxidaccedilotildees sucessivas no carbono beta () que
se transformaria em carboxila removendo-se assim sucessivamente unidades contendo 2
aacutetomos de carbono (ldquoC2rdquo)
Entretanto a exata compreensatildeo do processo somente foi possiacutevel depois da identificaccedilatildeo da
unidade ldquoC2rdquo como sendo o acetil-CoA e dos estudos de Lynen e Green que isolaram de
mitococircndrias 5 enzimas que catalizavam a beta-oxidaccedilatildeo dos aacutecidos graxos
32 Esquema helicoidal da beta-oxidaccedilatildeo dos aacutecidos graxos
1 tioquinase 2 desidrogenase de acil 3 hidrase de enoil 4 desidrogenase de
hidroxiacil 5 tiolase
33 Caracteriacutestica da beta-oxidaccedilatildeo
a Somente uma moleacutecula de ATP eacute requerida na ativaccedilatildeo do aacutecido graxo para sua
completa transformaccedilatildeo em acetil-CoA independente do nuacutemero de aacutetomos de
carbono
b As enzimas responsaacuteveis pela beta-oxidaccedilatildeo estatildeo contidas na mitococircndria o
que facilita o aproveitamento da energia visto que o acetil-CoA formado eacute
prontamente oxidado pelo Ciclo de Krebs bem como as coenzimas formadas
satildeo oxidadas na Cadeia Respiratoacuteria
c O sistema oxidativo dos aacutecidos eacute de ocorrecircncia universal sendo encontrado em
plantas animais e bacteacuterias
4 RENDIMENTO ENERGEacuteTICO DA BETA-OXIDACcedilAtildeO
Consideremos a oxidaccedilatildeo bioloacutegica completa do aacutecido palmiacutetico
C16H32O2 + 23O2 16CO2 + 16H2O G= -2338000 calmol
O aacutecido palmiacutetico (com 16 aacutetomos de C) desdobrado pela beta-oxidaccedilatildeo daacute origem a 8
moleacuteculas de acetil-CoA cada uma carregando 2 aacutetomos de C da moleacutecula do aacutecido graxo
Essas 8 moleacuteculas de acetil-CoA satildeo geradas em 7 ldquovoltasrdquo da sequumlecircncia helicoidal de
118
reaccedilotildees pois que na uacuteltima volta se formam 2 moleacuteculas de acetil-CoA Os equivalentes em
ATP em cada etapa seriam
Rendimento energeacutetico (R)
2338000 100
130 X 8000 R R= 100 X 130 X 8000 = 445
2338000
Problema ndash Calcular o nuacutemero de moleacuteculas de ATP gerados Pela oxidaccedilatildeo bioloacutegica
completa do trigliceriacutedios abaixo estruturado
CH2-O-CO-(CH2)14CH3
CH-O-CO-(CH2)16CH3
CH2-O-CO-(CH2)16CH3
119
5 BIOSSIacuteNTESE DE AacuteCIDOS GRAXOS
Logo de iniacutecio pensou-se em uma beta-muacuteltipla condensaccedilatildeo das mesmas unidades ldquoC2rdquo
(acetil-CoA) que resultasse na siacutentese de aacutecidos graxos mediante o reverso das reaccedilotildees da
beta-oxidaccedilatildeo
Atualmente se sabe que a biossiacutentese de aacutecidos graxos eacute processada por um equipamento
enzimaacutetico distinto utilizado o acetil-CoA substrato
A dessaturaccedilatildeo dos aacutecidos graxos introduccedilatildeo de duplas ligaccedilotildees eacute processada por plantas e
animais ao niacutevel mitocondrial ou microssomal requerendo coenzimas reduzidas e oxigecircnio
molecular Entretanto somente as plantas superiores possuem a habilidade de introduzirem
mais que uma dupla ligaccedilatildeo sintetizando assim aacutecidos poliinsaturados Tais aacutecidos graxos satildeo
considerados assenciais aos organismos animais
Nesta reaccedilatildeo o O2 (oxigecircnio molecular) se constitui em um substrato Este pode ser um dos
fatores que levam plantas e animais (com os peixes) de regiotildees temperadas (mais frias) a
sintetizarem aacutecidos graxos poliinsaturados em maior proporccedilatildeo visto que quanto menor a
temperatura maior a concentraccedilatildeo de oxigecircnio dissolvido no suco celular Esse mecanismo
parece ser responsaacutevel pelo menos em parte pela resistecircncia ao frio manifestada por animais
e vegetais das regiotildees frias Explicaria tambeacutem porque o cacaueiro cultivado distante da linha
do equador formada um manteiga com menor ponto de fusatildeo ou seja maior iacutendice de iocircdo
120
METABOLISMO DEGRADATIVO DA PROTEIacuteNAS E AMINOAacuteCIDOS
1 CONSIDERACcedilOtildeES GERAIS
Os aminoaacutecidos devem constar na dieta dos animais devido agrave sua funccedilatildeo de constituintes das
proteiacutenas corporais Os estudos sobre a nutriccedilatildeo animal e humana mostram que os
aminoaacutecidos podem ser divididos em dois grupos dependendo do metabolismo dos mesmos
a aminoaacutecidos essenciais ou indispensaacuteveis ndash aqueles que o organismo natildeo
sintetiza ou se o faz em quantidades aqueacutem da requerida lisina triptofano
metionina valina leucina isoleucina fenilalanina e treonina satildeo essenciais ao
homem
b aminoaacutecidos natildeo essenciais ou dispensaacuteveis ndash aqueles que o organismo
sintetiza nas quantidades requeridas aacutecido aspaacutertico aacutecido glutacircmico alanina
serina etc
As proteiacutenas alimentares (presente nos alimentos) podem ser consideradas de boa qualidade
quando rica em aminoaacutecidos essenciais e de maacute qualidade se satildeo pobres em aminoaacutecidos
essenciais O milho opaco-2 melhorando geneticamente apresenta maior conteuacutedo das
proteiacutenas glutelina e zeiacutena que satildeo ricas em lisina De uma maneira geral os cereais satildeo pobres
em lisina ao passo que os gratildeos da leguminosas satildeo deficientes em metionina
As proteiacutenas que ingerimos como alimento satildeo hidrolisadas nos aminoaacutecidos constituintes
pelas enzimas digestivas do estocircmago (pepsina) suco pancreaacutetico (amino e carboxipeptidases)
e suco intestinal (d - e tripeptidases) Os aminoaacutecidos livres satildeo absorvidos pelo intestino e
atraveacutes do sistema porta se dirigem ao fiacutegado para a siacutentese das proteiacutenas corporais individuais
(estruturais ou de atividade bioloacutegica com enzimas e hormocircnios) ou sofrem reaccedilotildees
especiacuteficas para cada aminoaacutecido
Ateacute recentemente acreditava-se que as proteiacutenas em contraste com os carboidratos e lipiacutedios
fossem inertes metabolicamente Assim uma vez sintetizada a moleacutecula proteacuteica
permaneceria intacta ateacute a morte da planta ou animal quando entatildeo se iniciava a sua
degradaccedilatildeo Este conceito prevaleceu pois era observado que os teores de lipiacutedios (e
carboidratos) num organismo animal variavam dependendo da condiccedilatildeo nutritiva Assim eacute que
os depoacutesitos de gordura podem ser aumentados quando da ingestatildeo de uma dieta rica em
calorias Igualmente ocorre o consumo dos depoacutesitos de gordura em condiccedilotildees de deficiecircncia
caloacuterica Em contraste as proteiacutenas corporais natildeo satildeo utilizadas para a produccedilatildeo de energia
ateacute que outras reservas (carboidratos e lipiacutedios) tenham sido esgotadas em condiccedilotildees de fome
extrema
Entretanto os Schoenheimen alimentando ratos adultos (que estavam em equiliacutebrio
nitrogenado nulo) com aminoaacutecidos marcados com isoacutetopo 15
N demonstraram que o aacutetomo de
N passou a integrar moleacuteculas de outros aminoaacutecidos (mediante reaccedilotildees de transaminaccedilatildeo) e
igualmente foram encontrados integrando moleacuteculas proteacuteicas no fiacutegado (siacutentese de proteiacutenas)
Ficou estabelecendo entatildeo que em animais adultos onde natildeo haacute mais crescimento ocorre
siacutentese de proteiacutena com relativa velocidade a qual eacute contrabalanceada por uma degradaccedilatildeo
proteacuteica de mesma intensidade de modo que o teor global de proteiacutena corpoacuterea permanece
constate
121
Assim cada moleacutecula proteacuteica difere quanto aacute intensidade de reciclagem (turnover) a
hemoglobina possui uma meia vida de 30dias enquanto esses valores seriam de 180 e 1000
dias para a miosina e colaacutegeno respectivamente Para um humano adulto calcula-se que 12 g
de proteiacutena por dia sofram degradaccedilatildeo e siacutentese por cada quilograma de peso vivo Dessa
degradaccedilatildeo proteacuteica um quarto dos aminoaacutecidos resultantes seriam oxidados de modo que os
mesmos devem ser restituiacutedos pela proteiacutena da dieta Desde que cerca de metade dos
aminoaacutecidos oxidados satildeo ldquoindispensaacuteveisrdquo facilmente se compreende a necessidade desses
aminoaacutecidos essenciais estarem contidos na dieta e nas quantidades adequadas
Quando haacute ingestatildeo de proteiacutena ou que a dieta ou reaccedilatildeo seja deficiente em aminoaacutecidos
essenciais ou ainda na maioria dos casos patoloacutegicos o organismo degrada suas proacuteprias
proteiacutenas para conseguir os aminoaacutecidos essenciais aacute siacutentese de outras proteiacutenas necessaacuterias no
momento Ocorre entatildeo uma alteraccedilatildeo no balanccedilo nitrogenado que passa a ser negativo
O balanccedilo nitrogenado eacute a diferenccedila entre o N ingerido por dia (dos alimentos) e o excretado
(pelas fezes e urina) Um individuo ou organismo em fase de crescimento apresenta um
balanccedilo nitrogenado positivo isto eacute a quantidade de N ingerida eacute maior que a excretada Os
indiviacuteduos adultos apresentam balanccedilo (ou equiliacutebrio) nitrogenado nulo visto que os
organismos animais natildeo mais acumulam compostos nitrogenados depois de cessado o
crescimento Ao contrario do que ocorre com os carboidratos e lipiacutedios as proteiacutenas natildeo
podem ser armazenadas Daiacute uma maior excreccedilatildeo de N devido a uma dieta rica em proteiacutenas
O zootecnista ou nutricionista deve pois levar em consideraccedilatildeo no balanceamento de reaccedilotildees
ou dietas que os carboidratos e lipiacutedios devem satisfazer as exigecircncias energeacuteticas enquanto
que as proteiacutenas (a mais cara das trecircs classes de alimentos) devem constituir fonte de
aminoaacutecidos para a siacutentese das proteiacutenas do organismo
2 ESSENCIALIDADE DE AMINOACIDOS PARA OS RUMINANTES
A medida que os organismos evoluem perdem a habilidade de siacutentese de alguns compostos
que lhes satildeo essenciais os quais devem ser encontrados em sua alimentaccedilatildeo Assim enquanto
as plantas sintetizam todos os aminoaacutecidos presentes em suas proteiacutenas os organismos
animais em maior ou menor escala necessitam de alguns previamente elaborados
(heterotrofismo) A microflora (bacteacuterias) existentes no rumem dos ruminantes possui a
habilidade de sintetizar todos os aminoaacutecidos a partir de carboidratos e compostos
nitrogenados simples Tais aminoaacutecidos iratildeo integrar as proteiacutenas nas microbianas as quais
apoacutes a morte das bacteacuterias constituiratildeo alimentos para os ruminantes Nisto se fundamenta a
zootecnista ao alimentar bovinos com melaccedilo e ureacuteia (ou outros compostos nitrogenados
como esterco de galinha etc) Os vegetais e aiacute tambeacutem as bacteacuterias do rumem possuem a
enzima ureacutease que hidrolisa a ureacuteia em NH3 e CO2
CO(NH2)2 + H2O CO2 + 2NH3
A amocircnia (NH3) eacute assimilada pelas bacteacuterias formando aminoaacutecidos cujo esqueleto
carbocircnico eacute orindo do accediluacutecar do melaccedilo Tais aminoaacutecidos inclusive os essenciais ao bovino
iratildeo integrar a proteiacutena microbiana
122
3 REACcedilOtildeES ESPECIacuteFICAS PARA ALGUNS AMINOAacuteCIDOS
31 Desanimaccedilatildeo reaccedilatildeo em que um aminoaacutecido perde o grupamento amino (-NH2) na
forma de amocircnia (NH3) se transformando em no -cetoacuteaacutecido correspondente
A desidrogenase glutacircmica eacute uma enzima de ocorrecircncia universal encontrada em organismos
animais e vegetais A reaccedilatildeo eacute reversiacutevel de modo que pode operar no sentido de siacutentese ou de
degradaccedilatildeo do aacutecido glutacircmico conforme a conveniecircncia
32 Transaminaccedilatildeo reaccedilatildeo em que ocorre a transferecircncia do grupamento amino (geralmente
do aacutecido glutacircmico) para um ceto aacutecido (oxaloaceacutetico ou piruacutevico) formando outros
aminoaacutecidos Duas enzimas se destacam transaminase glutacircmico-oxaloaceacutetico (TGO) e
transaminase glutacircmico-piruacutevica (TGP) ambas exigindo piridoxina (vitamina B6) como
cofator
33 Descarboxilaccedilatildeo - o aminoaacutecido perde a carboxila na forma de CO2 se transformando
em uma amina geralmente exibindo efeitos fisioloacutegicos
A descarboxilase de histidina leva aacute produccedilatildeo de histamina amina esta que estimula a
secreccedilatildeo gaacutestrica e estaacute presente em todos os processos aleacutergico
O gama-aminobutiacuterico eacute formado no sistema nervoso sendo aiacute um componente essencial do
metabolismo dos neurocircnios A DOPAMINA eacute precursora da adrenalina que tem atividade
vasoconstritora As aminas putrescina e cadaverina satildeo formadas especialmente pela
decomposiccedilatildeo bacteriana dos materiais proteacuteicos (putrefaccedilatildeo) Putrescina se acumula
particularmente em plantas deficientes em potaacutessio alcanccedilando niacuteveis toacutexicos causando os
sintomas especiacuteficos que caracterizam a deficiecircncia mineral em questatildeo
123
4 REACcedilOtildeES DEGRADATIVAS DOS AMINOAacuteCIDOS
Cada um dos 20 aminoaacutecidos proteacuteicos sofrem diferentes reaccedilotildees originando como produtos
dependendo do esqueleto carbocircnico dos mesmos apenas acetil-CoA aacutecidos piruacutevico
oxaloaceacutetico ou alfa-cetoglutaacuterico
Os aminoaacutecidos que originam aacutecido piruacutevico oxaloaceacutetico ou alfa-cetoglutaacuterico satildeo chamados
de ldquoglicogecircnicosrdquo Aqueles que datildeo formaccedilatildeo a acetoacetil-CoA satildeo os ldquocetogecircnicosrdquo
124
INTEGRACcedilAtildeO DO METABOLISMO DOS CARBOIDRATOS
LIPIacuteDIOS E PROTEIacuteNAS
1 FASES DA PRODUCcedilAtildeO DE ENERGIA
Carboidratos lipiacutedios e proteiacutenas satildeo as 3 principais fontes de energia para a maioria dos
organismos vivos Krebs e Kormberg deram ecircnfase ao fato que apesar de muitos serem os
compostos que servem como alimentos o nuacutemero de reaccedilotildees pelas quais deles se obtem
energia eacute relativamente pequeno independente do organismo planta ou animal A natureza eacute
por conseguinte bastante econocircmica nos processos por ela desenvolvido para degradar esses
compostos que podem ser enquadrados em 3 fases principais
a Fase 1 Eacute a ldquodigestatildeo dos alimentosrdquo de natureza hidroliacutetica Assim os
polissacariacutedios satildeo hidrolizados em monossacariacutedios usulmente hexoses os
trigliceriacutedios que constituem a quase totalidade da fraccedilatildeo lipiacutedica de uma dieta
satildeo hidrolizados em glicerol e aacutecido graxos e as proteiacutenas degradadas nos
aminoaacutecidos constituintes A energia contida nessas ligaccedilotildees (glicosiacutedicas dos
oligo e polissacariacutedios eacutesteres dos trigliceriacutedios e peptiacutedicas das proteiacutenas) eacute
liberada na forma de calor aumentando a temperatura do meio (que eacute
observada durante a digestatildeo e mesmo em sementes durante a germinaccedilatildeo)
b Fase 2 Os monossacariacutedios glicerol aacutecidos graxos e aminoaacutecidos satildeo
posteriormente degradadas a 3 substacircncias apenas por processos que podem
resultar na formaccedilatildeo de algumas ligaccedilotildees fosfatadas ricas em energia (ATP) O
glicerol apoacutes ser convertido em piruvato pela sequumlecircncia glicoliacutetica daraacute origem
a acetil-CoA O mesmo ocorre com os carboidratos Os aacutecidos graxos pela
beta-oxidaccedilatildeo se transformam em acetil-CoA Os 20 aminoaacutecidos integrantes
das proteiacutenas dependendo do seu esqueleto carbocircnico podem dar formaccedilatildeo aacute
acetil-CoA aacutecido-cetoglutaacuterico e aacutecido oxaloaceacutetico
c Fase 3 Os 3 compostos chaves formados anteriormante (acetil-CoA aacutecido
alfa-cetoglutaacuterico e aacutecido oxaloaceacutetico) seratildeo oxidados pelo Ciclo de Krebs
mediante a reduccedilatildeo de apenas 2 tipos de coenzimas (DPNH + H+ e FADH2)
que o serem reoxidadas na Cadeia Respiratoacuterias aacutes custas do oxigecircnio
molecular propiciam a ldquofosforilaccedilatildeo oxidativardquo
125
2 CONVERSAtildeO DE CARBOIDRATOS LIPIacuteDIOS E PROTEIacuteNAS ENTRE SI
21Transformaccedilatildeo de carboidratos em lipiacutedios Pela formaccedilatildeo primeira dos aminoaacutecidos
(natildeo essenciais ao organismo em questatildeo)Mediante as reaccedilotildees de desaminaccedilatildeo e
transaminaccedilatildeo o NH3 pode ser incorporado em esqueletos carbocircnicos formando aacutecido
glutacircmico aspaacutertico alanina etc desde que haja os cetoaacutecidos disponiacuteveis muitas enzimas
podem formar cetoaacutecidos dicarboxiacutelicos a partir de intermediaacuterios da glicoacutelise
23 Transformaccedilatildeo de proteiacutenas em carboidratos ou lipiacutedios - Estima-se que mais da
metade dos aminoaacutecidos existentes nas proteiacutenas animais podem se transformar em
carboidratos (glicose) Isto eacute de suma importacircncia para o metabolismo animal pois que 50
de suas proteiacutenas satildeo potencialmente capazes de se transformar em accediluacutecar Para tal os
aminoaacutecidos ldquoglicogecircnicosrdquo se transformar em aacutecido piruacutevico oxaloaceacutetico ou alfa-
cetoglutaacuterico produtos esses que se transformar em aacutecido fosfoenolpiruacutevico (PEP) e mediante
o reverso da glicoacutelise iratildeo formar accediluacutecar (processo esse denominado gluconeogecircnese) A
gluconeogecircnese eacute a formaccedilatildeo de glicose a partir de substacircncias natildeo gluciacutedicas
Os aminoaacutecidos que ao serem degradados levam aacute produccedilatildeo de acetoacetil-CoA satildeo
chamados de ldquocetogecircnicosrdquo pois satildeo responsaacuteveis pelo aparecimento dos ldquocorpos cetocircnicosrdquo
(acetoacetato hidroxibutiratoe acetona)
Um animal quando submeto a um regime de fome e apoacutes esgotar suas reservas de
carboidratos (glicose do sangue e gligecircnio muscular e hepaacutetico) e de lipiacutedios (depoacutesito
subscutacircneos de gordura) passa a se utilizar de suas proteiacutenas corporais Neste processo o
organismo utiliza primeiramente as proteiacutenas de menor importacircncia fisioloacutegica de inicio as
proteiacutenas do sangue (albuminas e globulinas) depois as do tecido muscular do tecido oacutesseo e
finalmente as do tecido nervoso Neste estaacutegio o organismo natildeo tem mais recuperaccedilatildeo
24 Transformaccedilatildeo de lipiacutedios em carboidratos - Tal transformaccedilatildeo somente eacute possiacutevel em
plantas fungos e bacteacuterias organismos esses que possuem o ldquoCiclo do Glioxilatordquo em funccedilatildeo
de possuiacuterem duas enzimas especiais siacutentese maacutelica e isocitrase
Tais enzimas satildeo particularmente ativas durante a germinaccedilatildeo de sementes ricas em oacuteleos
Natildeo satildeo encontradas no tecido animal Daiacute a impossibilidade dos organismos animais
transformarem gordura em carboidrato uma vez que a oxidase piruacutevica catalisa
irreverssivelmente a transformaccedilatildeo de piruvato em acetil-CoA
126
EXCRECcedilAtildeO DO NITROGEcircNIO
1 CONSIDERECcedilAtildeO GERAIS
Do metabolismo degradativo dos compostos nitrogenados especialmente dos aminoaacutecidos
resulta a amocircnia (NH3) Devido a natureza dinacircmica dos processos metaboacutelicos parte da
amocircnia eacute reutilizada pela ceacutelula mediante o processo da assimilaccedilatildeo da amocircnia enquanto o
restante deve ser eliminada por excreccedilatildeo
Sabe-se que os animai excretam o nitrogecircnio em uma das trecircs seguintes formas nitrogenadas
de excreccedilatildeo amocircnia ureacuteia e aacutecido uacuterico Destas formas a amocircnia eacute a mais toacutexicas e altamente
soluacutevel em aacutegua a ureacuteia eacute bem menos toacutexicas mas igualmente soluacutevel ao passo que o aacutecido
uacuterico eacute bastante insoluacutevel e natildeo toacutexico
Um dos capiacutetulos mais interessantes da bioquiacutemica comparada vem a ser aquele referente aacute
excreccedilatildeo do nitrogecircnio Existe evidecircncias suficientes de que a forma nitrogenada excretada
por um organismo eacute geralmente determinada pela disponibilidade de aacutegua para esse
organismo
Assim os animais aquaacuteticos que vivem circundados pela aacutegua podem excretar a amocircnia a
qual a despeito de ser toacutexica natildeo acarreta nenhum inconveniente devido aacute diluiccedilatildeo
instantacircnea no meio ambiente Jaacute os animais terrestres que possuem um suprimento limitado
de aacutegua natildeo podem acumular a amocircnia excretando pois o nitrogecircnio na forma de ureacuteia ou
aacutecido uacuterico
A escolha entre ureacuteia ou aacutecido eacute estabelecida pelas condiccedilotildees do desenvolvimento
embrionaacuterio Assim os mamiacuteferos nos quais o feto se desenvolve em contato iacutentimo com o
corpo materno atraveacutes do sistema circulatoacuterio sintetizam ureacuteia a qual sendo soluacutevel pode ser
removida do embriatildeo e excretada pela matildee Jaacute os embriotildees de paacutessaros e rapteis que se
desenvolvem no interior de um sistema fechado o ovo com um conteuacutedo de aacutegua bastante
limitado natildeo podem utilizar a ureacuteia como forma de excreccedilatildeo devido aacute sua solubilidade e
toxidez Tais organismos optaram entatildeo pelo aacutecido uacuterico o qual sendo insoluacutevel depositar-se-
ia na forma de um soacutelido na parte interna da casca Essas caracteriacutesticas de excreccedilatildeo
nitrogenada tatildeo importante para o desenvolvimento do embriotildees seriam entatildeo mantidas no
organismo adulto
2 EXCRECcedilAtildeO DA AMOcircNIA (NH3)
Nos animais amonioteacutelicos ou seja aqueles que excretam predominantes a amocircnia (como a
maior parte dos vertebrados aquaacuteticos especialmente os peixes oacutesseos e as larvas de anfiacutebios)
o catabolismo dos aminoaacutecidos se inicia com uma transaminaccedilatildeo envolvendo -cetoglutarato
formando-se glutamato Glutamato igualmente pode ser formado pela desidrogenase glutacircmica
utilizando-se de amocircnia livre (NH3) Entretanto devido aacute carga negativa do glutamato no pH
fisioloacutegico (apresenta as carboxilas desprotonizadas) o mesmo natildeo atravessa as membranas
lipoproteacuteicas Para contornar tal problema o glutamato se combina enzimaticamente com mais
amocircnai pela accedilatildeo da glutamina sintetase formando glutamina uma moleacutecula neutra natildeo
toacutexica capaz de se translocar transportando o N na forma amiacutedica para o fiacutegado (no caso da
maioria dos animais terrestres) ou para as guelras das formas aquaacuteticas
127
Nas guelras a glutamina perde o nitrogecircnio amiacutedico pela accedilatildeo da glutaminase aiacute presente
liberando o nitrogecircnio na forma de amocircnia (NH3) que eacute excretada no meio exterior
3 EXCRECcedilAtildeO DA UREacuteIA
A ureacuteia eacute a principal forma nitrogenada de excreccedilatildeo dos ureoteacutelicos que compreende as maior
parte dos vertebrados terrestres
A formaccedilatildeo da ureacuteia foi estudada por KREBS e HENSELEIT utilizando-se de fatias de fiacutegado
de rato Tal tecido tinha habilidade de sintetizar ureacuteia a partir de CO2 e NH3 em um processo
endergocircnico ou seja exigente em energia (ATP)
Tais pesquisadores demonstravam que quantidades cataliacuteticas de arginina citrulina e ornitina
propiciavam a formaccedilatildeo de uma quantidade apreciaacutevel de ureacuteia Foi proposto entatildeo um ciclo
de reaccedilotildees que tinha por finalidade promover a desintoxicaccedilatildeo da amocircnia o qual eacute
mencionado com ciclo da ureacuteia ciclo da ornitina-ureia ou ciclo de Krebs-Henseleit
Tal ciclo opera em animais e em plantas Entretanto em plantas devido aacute presenccedila da ureacutease a
siacutentese da ureacuteia natildeo teria propoacutesito e a funccedilatildeo do ciclo seria unicamente de propiciar a siacutentese
de arginina
O previleacutegio de se excretar o nitrogecircnio na forma de ureacuteia tem um preccedilo energeacutetico 4
moleacuteculas de ATP satildeo grandes por moleacuteculas de ureacuteia formada computando-se apenas as
reaccedilotildees do ciclo propriamente dito
4 FORMACcedilAtildeO DO AacuteCIDO UacuteRICO
Os animais uricoteacutelicos paacutessaros e reacutepteis excretam o nitrogecircnio mormente na forma
insoluacutevel de aacutecido uacuterico Composto com 33 de nitrogecircnio
Entretanto o aacutecido uacuterico tambeacutem eacute o principal sub-produto da degradaccedilatildeo das purinas (adenina
e guanina) nos primatas paacutessaros e reacutepteis
128
Haacute um consideraacutevel gasto de energia para a fabricaccedilatildeo do aacutecido uacuterico que eacute realizada aacutes
custas de pequenas moleacuteculas Inicialmente o nitrogecircnio de alguns aminoaacutecidos juntamente
com o carbono de outras moleacuteculas doadoras satildeo empregados para se confeccionar as bases
adenina e guanina as quais em seguida satildeo transformadas em aacutecido uacuterico
129
FOTOSSIacuteNTESE
1 INTRODUCcedilAtildeO
A fotossiacutentese eacute um importante processo bioloacutegico que ocorre na biosfera e dele dependem
todas as formas viventes O sol fornece energia para todos os processos bioloacutegicos em nosso
planetaAleacutem de ser o responsaacutevel pelo movimento de ar e aacutegua na superfiacutecie terrestre a vida
se originou na terra de modo a depender exclusivamente de seu contiacutenuo fornecimento de
energia Os organismos pigmentados e com especial referecircncia as plantas verdes utilizam a
energia radiante e a armazena na forma de ligaccedilotildees quiacutemicas Este fenocircmeno eacute chamado de
fotossiacutentese cuja equaccedilatildeo geral eacute
2 CLOROPLASTOS E PIGMENTOS
O centro Bioloacutegicos da fotossiacutentese eacute uma organela inclusa no citoplasma celular denominada
de cloroplasto Dentro do cloroplasto estatildeo os compostos responsaacuteveis pela absorccedilatildeo da
energia radiante e a posterior transformaccedilatildeo em energia quiacutemica Os compostos que recebem
essas radiaccedilotildees satildeo as clorofilas a e b carotenoacuteides e ficobilinas A posterior reduccedilatildeo o CO2 ao
niacutevel de carboidratos eacute efetuada por um equipamento enzimaacutetico aiacute presente Esses pigmentos
ocorrem na forma de lipoproteiacutenas dentro dos cloroplastos Os cloroplastos se apresentam de
forma elipsoidal com 3-5 de comprimento por 2 de espessura cujo nuacutemero varia nas algas
A estrutura dos cloroplastos revelada pela microscopia eletrocircnica se mostrou altamente
organizada uma membrana dupla isola a organela do citoplasma Inclusa numa matriz
denominada de estroma estatildeo corpos em forma de disco (tilacoacuteides) dispostos em camadas e
que se chama de grana O tilacoacuteide eacute a unidade fotossinteacutetica formada de camadas alternadas
de proteiacutenas (enzimas) e lipiacutedios (pigmentos e fosfolipiacutedios)
Pesquisa-se constantemente os passos bioquiacutemicos da fotossiacutentese e ainda pouco se sabe o
fenocircmeno da conversatildeo quacircntica ou seja como a energia luminosa eacute transformada em energia
quiacutemica
As clorofilas ldquoardquo e ldquobrdquo logo se apresentaram como sendo pigmentos muito relacionados com a
fotossiacutentese quando se estudou os seus espectros de absorccedilatildeo e a eficiecircncia fotossinteacutetica para
os diversos comprimentos de onda
130
O fato existir fotossinteacutetica em comprimento de onda que natildeo satildeo absorvidos pelas clorofilas
(500 a 600nm) levou-se a acreditar que outros pigmentos (carotenoacuteides e ficobilinas)
absorvessem essa luz e transferissem a energia para a moleacutecula de clorofila Salienta-se ainda
o fato de que os carotenoacuteides evitam a fotoxidaccedilatildeo da clorofila Os carotenoacuteides apresentam
pico de absorccedilatildeo em 430nm enquanto a ficobilina azul os apresentam em 560e 570nm e
660nm A ficobilina vermelha exibe picos de absorccedilatildeo em 500 e 570nm
3 UTILIZACcedilAtildeO DA AacuteGUA NA FOTOSSIacuteNTESE
Segundo a reaccedilatildeo anterior a aacutegua eacute o agente que eacute oxidado a O2 O estudo com
microorganismo fotossintetizadores (bacteacuterias) fornecem dados para se poder especular a
respeito do papel da aacutegua na fotossiacutentese
Em sulfobacteacuteias a reaccedilatildeo pode ser assim representada
Van Niel observou a analogia dessa reaccedilatildeo com aquela das plantas verdes e escreveu uma
equaccedilatildeo geral da fotossiacutentese
No caso especiacutefico das plantas verdes notamos que haacute necessidade da cisatildeo da moleacutecula de
H2O como primeiro passo para a reduccedilatildeo do CO2 havendo pois evoluccedilatildeo de O2 e que
segundo Van Niel este seria provenientes da aacutegua Tal afirmativa foi comprovada com o uso
de H2O18
e a reaccedilatildeo correta seria
No processo da fotossiacutentese a aacutegua seria sintetizada e consumida
4 REACcedilAtildeO DE HILL
Em 1937 Hill na Inglaterra estudou as reaccedilotildees da fotossiacutentese trabalhando com cloroplastos
isolados de espinafre acreditando conseguir melhores resultados Natildeo conseguiu o seu intento
em promover a reduccedilatildeo do CO2 ao niacutevel de carboidratos mas conseguiu promover a fotoacutelise
da H2O na presenccedila de outro agente oxidante o ferrioxalato de K
Observou-se ainda que a evoluccedilatildeo de O2 se processava segundo uma estequiometria em
relaccedilatildeo ao agente oxidante adicionado
131
Posteriormente foram identificados substitutos do ferrioxalato benzoquinona 26-
diclorofenolindofenol etc Essas reaccedilotildees foram muito criticadas na eacutepoca pelo fato de tais
compostos natildeo serem de ocorrecircncia natural na ceacutelula natildeo tendo importacircncia fisioloacutegica ou
bioquiacutemica
Mas em 1952 nos EUA foi observado que TPN+ (NADP+) podia ser facilmente reduzido na
presenccedila de luz e cloroplastos de espinafre Tal fato se revestiu de particular interesse pois que
jaacute era conhecida a capacidade do TPNH em promover a reduccedilatildeo de uma seacuterie de substrato
orgacircnico
Um dos enigmas da fotossiacutentese havia sido descoberto a fotoreduccedilatildeo do TPN+
Faltava apenas o que em 1954 na Califoacuternia foi conseguido por ARNON a reduccedilatildeo do CO2 a
carboidrato pela accedilatildeo da luz com cloroplastos intactos sem exigir outros componentes
celulares O CO2 foi reduzido enquanto houve oxidaccedilatildeo da aacutegua
Neste trabalho ARNON demonstrou uma segunda funccedilatildeo do cloroplastos produzir ATP a
partir de ADP + Pi com auxilio da luz
O processo foi chamado de fotofosforilaccedilatildeo
Ainda mais iluminado-se cloroplastos em presenccedila de ADP Pi e TPN+ e na ausecircncia de CO2
acumulavam-se ATP e NADPH Esse material quando em presenccedila de CO2 promovia a
reduccedilatildeo do mesmo ao niacutevel de carboidrato mesmo na obscuridade Separam-se entatildeo duas
reaccedilotildees ldquoreaccedilatildeo luminosardquo e ldquoreaccedilatildeo no escurordquo
5 CICLO DE CALVIN
O ciclo de reduccedilatildeo do CO2 foi estabelecido por Calvin e seus colaboradores quando buscavam
as respostas para as seguintes perguntas qual o primeiro composto orgacircnico formado pela
fixaccedilatildeo ou reduccedilatildeo do CO2 durante a fotossiacutentese Como seria bioquimicamente essa
fixaccedilatildeo Calvin utilizou o 14
CO2 algas chlorella e teacutecnicas cromatograacuteficas para identificar o
primeiro composto formado na fotossiacutentese A consideraccedilatildeo baacutesica era que
Apoacutes exposiccedilatildeo ao 14CO2 durante 30 segundos apareceram marcados diversos aminoaacutecidos
aacutecidos orgacircnicos e accedilucares
Depois de 7 segundos de exposiccedilatildeo 12 compostos radioativos entre eles hexose trioses e
tetroses
132
Depois de 5 segundos o aacutecido 3-fosfogliceacuterico retinha a maior atividade especifica e a
radioatividade estava no carbono da carboxila
Acredita-se de iniacutecio que o composto que recebia o CO2 seria uma moleacutecula com 2 aacutetomos de
carbono mas a busca foi infrutiacutefera Segundo uma teacutecnica de interrupccedilatildeo brusca no
fornecimento de CO2 observou-se o acuacutemulo de Ribulose ndash15-difosfato o aceptor de CO2
Posteriormente a enzima carboxidismutase foi identificada Ao mesmo tempo os estudos dos
compostos radioativos suas atividades especiacuteficas e a posiccedilatildeo do 14
C na moleacutecula permitiram
a calvin estabelecer o caminho do carbono na fotossiacutentese
6 VIA C-4 DOS AacuteCIDOS DICARBOXIacuteLICOS
Jaacute era conhecido haacute mais de quinze anos que algumas gramiacuteneas tropicais e outras espeacutecies
de plantas adaptas ao clima aacuterido se distinguiam pela alta taxa de fotossiacutentese baixa perda de
CO2 na luz (fotorrespiraccedilatildeo) anatomia foliar caracteriacutestica e baixo consumo de aacutegua por
unidade de mateacuteria seca produzida Todas estas caracteriacutesticas identificadas isolada e
independentemente tecircm conexatildeo como processo de fixaccedilatildeo do CO2 que ocorre em vaacuterios
grupos de plantas que realizam a fotossiacutentese atraveacutes do ciclo ldquoC-4rdquo Esta fixaccedilatildeo do CO2
diferente daquela proposta pelo ciclo de calvin jaacute tinha sido identificada em milho e canandashde-
accediluacutecar atraveacutes de experimentos com14
CO2 e subsequumlente identificaccedilatildeo dos produtos
radioativos formados Os resultados mostravam que um composto com 4 aacutetomos de carbono
aparecia como primeira substacircncia marcada diferente do 3-PGA como as plantas ldquoC-3rdquo
Folhas de cana-de-accediluacutecar apoacutes 1 segundo de exposiccedilatildeo ao 14
CO2 apresentavam 80 da
radioatividade nos aacutecidos oxaloaceacutetico maacutelico aspaacutertico O mesmo era observado com milho
sorgo e outras plantas com elevada capacidade fotossinteacutetica ou de produccedilatildeo de massa verde
Em tais plantas observa-se um alto valor de Km para o CO2 frente aacute carboxi-dismutase
(Ribulose-15-difosfato carboxilase)
Foram Kortschak e colaboradores em 1965 que mostravam de maneira convincente que o
primeiro composto acumulado durante a fotossiacutentese de cana-de-accediluacutecar era o malato Hatch e
Slack durante 1966 a 1970 completaram os estudos e estabeleceram as bases para o
conhecimento do ciclo ldquoC-4rdquo embora muitas adiccedilotildees tenham sido feitas mais recentemente
133
Uma caracteriacutestica anatocircmica associada ao processo de fixaccedilatildeo do CO2 pelas folhas das
plantas ldquoC-4rdquo refere-se agrave presenccedila de um anel de ceacutelulas que circundam os feixes vasculares a
bainha vascular
A assimilaccedilatildeo do CO2 da atmosfera ocorre nas ceacutelulas do mesoacutefilo sendo incorporado na
moleacutecula do aacutecido fosfoenolpiruacutevico (PEP) produzindo aacutecido oxaloaceacutetico (AOA) e em
seguida malato ou aspartato dependendo do tipo de planta considerada O malato ou aspartato
eacute transportado para a bainha vascular onde eacute descarboxilado sendo o CO2 produzindo na
reaccedilatildeo imediatamente fixado atraveacutes do ciclo de calvin
As reaccedilotildees iniciais da fixaccedilatildeo do CO2 satildeo as seguintes
7 METABOLISMO AacuteCIDO DAS CRASSULAacuteCEAS (CAM)
Vaacuterias espeacutecies de plantas que habitam em ambientes aacuteridos e quentes apresentam um sistema
de fixaccedilatildeo do CO2 especializado destinado principalmente a manter um balanccedilo positivo de
carbono nos tecidos ao mesmo tempo que desenvolvem um eficiente mecanismo de economia
de aacutegua Estas espeacutecies satildeo geralmente suculentas e englobam os membros da famiacutelia das
crassulaacuteceas Entretanto vaacuterios outros grupos de plantas exibem comportamento fisioloacutegico
semelhante ao das crassulaacuteceas (cactos abacaxi orquiacutedeas) caracterizado por uma produccedilatildeo
ciacuteclica diaacuteria de aacutecidos orgacircnicos daiacute a denominaccedilatildeo de metabolismo aacutecido das crassulaacuteceas
(CAM) As plantas que assimilam o gaacutes carbocircnico atraveacutes do sistema CAM devido aacutes
restriccedilotildees na disponibilidade de aacutegua e grande pressatildeo ambiental que resulta em elevada
transpiraccedilatildeo fecham os estocircmatos durante o dia a fim de manter a hidrataccedilatildeo dos tecidos Aacute
noite os estocircmatos se abrem e permitem a entrada do CO2 que eacute assimilado atraveacutes da reaccedilatildeo
catalisada pela enzima PEP-carboxilase
134
O oxaloacetato produzido eacute transformaccedilatildeo em malato pela NADH-malato desidrogenase e se
acumula No periacuteodo seguinte de iluminaccedilatildeo o malato eacute descarboxilado na reaccedilatildeo catalisada
pela enzima do aacutecido maacutelico-NADP (em algumas espeacutecies pela PEP-carboxiquinase) sendo
que o piruvato formado reage com ATP e regenera o PEP na reaccedilatildeo da piruvato-diquinase O
CO2 liberado no processo eacute captado pela RuDP-carboxilase e pela operaccedilatildeo do ciclo de
calvin resulta na produccedilatildeo de amido Estas reaccedilotildees que ocorrem durante o dia satildeo restritas
aos cloroplastos enquanto o sistema que opera durante a noite ocorre no citoplasma O amido
que se acumula durante o dia eacute degradado na noite seguinte formando hexose-fosfato que satildeo
oxidadas nas reaccedilotildees glicoliacuteticas que resultam em aacutecido fosfoenolpiruacutevato (PEP)
O caraacuteter adaptativo da plantas CAM eacute altamente evoluiacutedo e permite sua sobrevivecircncia em
condiccedilotildees extremas de ambiente O fechamento dos estocircmatos durante o dia resulta em um
aumento da temperatura das folhas que pode atingir ateacute 50C Entretanto a temperatura
oacutetima para a atividade da enzima de descarboxilaccedilatildeo (enzima do aacutecido maacutelico) e tambeacutem
bastante alta permitindo que a liberaccedilatildeo interna do CO2 ocorra normalmente Em condiccedilotildees
climaacuteticas mais amenas com boa disponibilidade de aacutegua as plantas CAM comportam-se de
maneira semelhante aacutes espeacutecies de fotossiacutentese ldquoC-3rdquo e o CO2 eacute fixado durante o dia pelo
ciclo de calvin
8 FOTORRESPIRACcedilAtildeO
Umas das caracteriacutesticas fisioloacutegicas mais importantes que diferenciam as plantas ldquoC-4rdquo das
ldquoC-3rdquo eacute a ocorrecircncia de perdas de carbono pelas folhas simultaneamente com o processo de
absorccedilatildeo de gaacutes carbocircnico pela fotossiacutentese Este fenocircmeno de liberaccedilatildeo de CO2 na luz
funcional e metabolicamente ligado aacute fotossiacutentese eacute denominado fotorrespiraccedilatildeo O termo
fotorrespiraccedilatildeo inicialmente empregado por Decker no final da deacutecada de 50 significa que os
tecidos fotossintetizantes liberam CO2 com maior intensidade na luz do que na obscuridade
considerando que o processo da respiraccedilatildeo (glicoacutelise ciclo de Krebs e transporte eletrocircnico no
mitococircndrio) ocorre continuamente tanto no periacuteodo iluminado como no escuro
Uma das diferenccedilas baacutesicas entre o fenocircmeno de fotorrespiraccedilatildeo e respiraccedilatildeo refere-se ao
efeito do O2 sobre os dois sistemas A fotorrespiraccedilatildeo eacute aumentada com o aumento da
concentraccedilatildeo de oxigecircnio no meio a partir de 1-2 Em contraste a respiraccedilatildeo satura quando
o O2 atinge aproximadamente 2 e natildeo haacute e nenhum efeito da elevaccedilatildeo do conteuacutedo de
oxigecircnio ateacute aproximadamente 21 Esta influecircncia do oxigecircnio sobre a fotorrespiraccedilatildeo esta
intimamente associada com o efeito do oxigecircnio sobre a fotossiacutentese Jaacute em 1929 Warburg
descreveu uma diminuiccedilatildeo da fotossiacutentese com o aumento da concentraccedilatildeo de O2 Esta
inibiccedilatildeo denominada efeito de Warburg podia ser removida pelo aumento da concentratildeo de
CO2 sugerindo processos competitivos Mas foi com a interpretaccedilatildeo dada por Decker e Tio
(1959) na tentativa de explicar o brusco aumento da liberaccedilatildeo de CO2 que ocorre
imediatamente apoacutes a interrupccedilatildeo da iluminaccedilatildeo que os estudos do mecanismo da
fotorrespiraccedilatildeo foram intensificados Folhas iluminadas em condiccedilotildees de equiliacutebrio no que se
refere aacutes trocas de CO2 com o ambiente (ponto de compensaccedilatildeo de CO2) liberam alta
quantidade de gaacutes carbocircnico nos primeiros minutos que seguem ao iniacutecio do periacuteodo de
escuro Este ldquoaumento poacutes-iluminaccedilatildeordquo da liberaccedilatildeo de CO2 parecia significar que algum
composto sintetizado na luz se armazenaria e sua utilizaccedilatildeo continuaria a ocorrer no escuro
enquanto houvesse disponibilidade de substrato para o processo
135
A associaccedilatildeo entre fotossiacutentese e a fotorrespiraccedilatildeo foi definitivamente esclarecida com a
descriccedilatildeo do processo de oxidaccedilatildeo da ribulose difosfato atraveacutes da enzima RuDP-
carboxilaseoxigenase Em condiccedilotildees normais (003 CO2 21 O2) a enzima apresenta duas
atividades carboxilase e oxigenase A relaccedilatildeo entre as duas atividades eacute de aproximadamente
7030 dependendo da idade da folha condiccedilotildees climaacuteticas espeacutecies de planta etc Desta
competiccedilatildeo decorre uma diminuiccedilatildeo da assimilaccedilatildeo liacutequida do CO2 o que normalmente
resulta em um decreacutescimo da produtividade da planta
O processo de fotorrespiraccedilatildeo se inicia com a produccedilatildeo do aacutecido glicoacutelico a partir da queda da
moleacutecula de RuDP pela accedilatildeo do O2 sobre a enzima RuDP-carboxilase
O aacutecido fosfoglicoacutelico eacute transformado em aacutecido glicoacutelico atraveacutes da reaccedilatildeo catalisada pela
fosfatase e se configura com o principal substrato para a fotorrespiraccedilatildeo O metabolismo do
aacutecido glicoacutelico se daacute nos peroxissomos que satildeo organelas celulares presentes em todas as
ceacutelulas verdes em geral localizados proacuteximos dos cloroplastos frequumlentemente com os
envelopes externos justapostos a estes
Nos peroxissomos o aacutecido glicoacutelico eacute oxidado a aacutecido glioxiacutelico e em seguida eacute produzida a
glicina
A glicina formada no peroxissomo eacute transferida para o mitococircndrio onde se acumula e produz
serina Neste processo a condensaccedilatildeo de duas moleacuteculas de glicina resulta na formaccedilatildeo de
serina com a liberaccedilatildeo de CO2
O gaacutes carbocircnico formado eacute transportado para o meio externo constituindo-se em fonte de
perda de carbono pela fotorrespiraccedilatildeo
A serina volta ao peroxissomo eacute transformada em aacutecido hidroxipiruacutevico e em seguida em
aacutecido gliceacuterico
136
Com a transferecircncia do aacutecido gliceacuterico para o cloroplasto ocorre a produccedilatildeo de aacutecido
fosfogliceacuterico que em seguida eacute incorporado no ciclo de calvin
9 FISIOLOGIA COMPARA DAS PLANTAS ldquoC-3rdquo e ldquoC-4rdquo
Interna atividade de pesquisa desenvolvida nos uacuteltimos quinze anos mostrou que a atividade
fotossinteacutetica dos vaacuterios grupos de plantas difere em funccedilatildeo de caracteriacutestica especiacuteficas do
ponto de vista fisioloacutegico anatocircmico e bioquiacutemico
Um dos paracircmetros mais importantes na diferenciaccedilatildeo das plantas ldquoC-4rdquo das ldquoC-3rdquo refere-se aacute
capacidade dos tecidos das espeacutecies ldquoC-4 de concentrarem o CO2 atmosfeacuterico nos siacutetios de
produccedilatildeo de carboidratos ou seja nas ceacutelulas da bainha vascular Sabe-se que ambas as
plantas ldquoC-4rdquo e ldquoC-3rdquo apresentam o processo de fotorrespiraccedilatildeo ativo se bem com
intensidades diferentes mas as primeiras tecircm a capacidade de capturar o CO2 no seu caminho
em direccedilatildeo aacute atmosfera externa pela reaccedilatildeo da PEP-carboxilase que mostra grande afinidade
com o gaacutes carbocircnico (baixo valor do Km) Desta maneira as plantas ldquoC-4rdquo natildeo perdem CO2
para a atmosfera e o sistema de descarboxilaccedilatildeo do malato ou oxaloacetato que ocorre na
bainha vascular quantidade de gaacutes carbocircnico disponiacutevel no sitio da enzima RuDP-carboxilase
que funciona em concentraccedilatildeo de CO2 de 60 M ou mais (Hatch1976) Nestas condiccedilotildees a
RuDP-carboxilase apresenta maacutexima velocidade de reaccedilatildeo pois encontra-se em saturaccedilatildeo de
substrato considerando em Km de 20 microM (Hatch 1976)
A caracteriacutestica anatocircmica das plantas ldquoC-4rdquo representada pela siacutendrome de Kranz propicia
que os produtos da assimilaccedilatildeo do carbono principalmente os carboidratos aminoaacutecidos e
aacutecidos orgacircnicos sejam facilmente transferidos para o sistema vascular (floema) e
translocados para outras partes da planta com menor gasto de energia metaboacutelica
De maneira geral as plantas ldquoC-4rdquo apresentam elevada resistecircncia dos estocircmatos ao fluxo de
CO2 e de vapor d‟aacutegua que ocorre entre a folha e a atmosfera externa Entretanto devido aacute
grande afinidade da enzima PEP-carboxilase com o seu substrato o gaacutes carbocircnico as ceacutelulas
tecircm capacidade de assimilar o CO2
com bastante eficiecircncia ao mesmo tempo que restringem a perda de aacutegua atraveacutes da
transpiraccedilatildeo Assim as plantas ldquoC-4rdquo chegam a apresentar 50 mais eficiecircncia na utilizaccedilatildeo
da aacutegua para a produccedilatildeo de mateacuteria seca do que as plantas ldquoC-3rdquo
Outra importante caracteriacutestica fisioloacutegica que diferencia as plantas ldquoC-3rdquo e ldquoC-4rdquo refere-se aacute
eficiecircncia de utilizaccedilatildeo do nitrogecircnio nos processos de assimilaccedilatildeo Recentemente Black e
colaboradores (1977) demonstraram que as plantas ldquoC-4rdquo em comparaccedilatildeo com as ldquoC-3rdquo
produzem duas vezes mais mateacuteria seca por unidade de nitrogecircnio A localizaccedilatildeo da RuDP-
carboxilase quase que exclusivamente nas ceacutelulas de bainha vascular faz com que as
espeacutecies ldquoC-4rdquo utilizem de 10 a 25 da proteiacutena soluacutevel das folhas para a produccedilatildeo da
enzima enquanto as plantas ldquoC-3rdquo investem de 40 a 50 no mesmo processo Desta maneira
as plantas ldquoC-4rdquo tem a capacidade de sobreviver e produzir satisfatoriamente em solos pobres
em nitrogecircnio Estas plantas no qual os componentes satildeo separados temporal e espacialmente
Assim as enzimas que catalisam as reaccedilotildees de reduccedilatildeo do nitrato nas folhas especificamente
redutase de nitrato redutase de nitrato e glutamato desidrogenase localizam-se nas ceacutelulas do
mesoacutefilo como o sistema de assimilaccedilatildeo do nitrato requer aleacutem de esqueletos de carbono
(Magalhatildees 1978) alta quantidade de energia (ATP) e de compostos redutores (ferredoxina
NADPH) que tambeacutem satildeo necessaacuterios para o processo de assimilaccedilatildeo do CO2 eacute altamente
desejaacutevel que os dois sistemas (fixaccedilatildeo de CO2 e reduccedilatildeo de nitrato) estejam localizados em
137
compartimentos distintos como ocorre nas folhas das plantas ldquoC-4rdquo A competiccedilatildeo que se
estabelece entre os dois processos nas ceacutelulas das plantas ldquoC-3rdquo eacute parcialmente responsaacutevel
pela menor eficiecircncia de utilizaccedilatildeo do nitrogecircnio nestas plantas comparativamente com as
plantas ldquoC-4rdquo
Como decorrecircncia da economia de CO2 que eacute feita pelas espeacutecies ldquoC-4rdquo que natildeo perdem gaacutes
carbocircnico pela fotorrespiraccedilatildeo aquelas plantas apresentam ponto de compensaccedilatildeo ao redor de
5-10 ppm de CO2 enquanto as ldquoC-3rdquo mostram ponto de compensaccedilatildeo de 50 a 150 ppm de
CO2 Em funccedilatildeo das respostas das vaacuterias espeacutecies com relaccedilatildeo aacute concentraccedilatildeo do gaacutes
carbocircnico da atmosfera as plantas ldquoC-4rdquo tecircm maior capacidade de enfrentar a competiccedilatildeo que
se estabelece em comunidades vegetais muito densas nas quais poderaacute ocorrer limitaccedilatildeo de
CO2 para a fotossiacutentese
Estudos iniciais do ciclo ldquoC-4rdquo mostraram que a ocorrecircncia daquele processo prevalecia nas
plantas aclimatadas a ambiente tropical ou seja adaptadas aacute temperatura elevada e alta
intensidade luminosa Investigaccedilotildees mais recentes mostraram que vaacuterias espeacutecies ldquoC-3rdquo como
girassol mandioca e Camissonia que ocorrem em climas quentes e muito iluminados fazem
fotossiacutentese eficientemente em condiccedilotildees de stress (Mooney et al 1976)
Em geral as plantas ldquoC-4rdquo fazem fotossiacutentese tanto mais eficientemente quanto mais elevada
for a intensidade luminosa sem portanto apresentar uma saturaccedilatildeo na assimilaccedilatildeo do CO2
como ocorre nas plantas ldquoC-3rdquo em condiccedilotildees de iluminaccedilatildeo relativamente baixa (13 da
intensidade luminosa maacutexima)
Associada com a resposta aacute iluminaccedilatildeo as plantas ldquoC-4rdquo apresentam temperatura oacutetima para a
fotossiacutentese mais elevada do que as espeacutecies bdquoC-3rdquo Em soja (ldquoC-3rdquo) a fotossiacutentese liacutequida
decresce rapidamente com o aumento da temperatura elevada entre 30 e 40degC natildeo se mostra
inibitoacuteria para a assimilaccedilatildeo do CO2
138
CICLO DO NITROGEcircNIO
1 INTRODUCcedilAtildeO
Sob o aspecto agronocircmico ecoloacutegico e bioloacutegico em geral o CICLO DO NITROGEcircNIO eacute tatildeo
importante quanto o processo fotossinteacutetico Tal Ciclo vem a ser uma relaccedilatildeo de dependecircncia
entre todos os compostos nitrogenados quer orgacircnicos 9como aqueles encontrados na ceacutelula
viva aminoaacutecidos proteiacutenas aacutecidos nucleacuteicos alcaloacuteides vitaminas etc) todos eles
participantes deste fundamental processo que ocorre na biosfera
Na atmosfera se encontra a quase totalidade do nitrogecircnio na forma molecular (N2)
representando 78 das moleacuteculas aiacute existentes constituindo-se num reservatoacuterio praticamente
inesgotaacutevel de nitrogecircnio expotildee um berrante contraste com a carecircncia de proteiacutena para
humanos e animais bem como pela falta de nitrogecircnio em muitos solos cultivados
A quantidade de nitrogecircnio existentes nos solos eacute pequena com predominacircncia da forma
niacutetrica (NO3-) sobre a amoniacal (NH3) Nas rochas sedimentares o iacuteon amocircnio (NH4
+) pode
estar preso aacute rede cristalinas dos minerais silicatados e nas rochas iacutegneas o nitrogecircnio eacute mais
escasso ainda Por essa razatildeo ateacute a primeira metade do seacuteculoXIX acreditava-se que o ar
atmosfeacuterico contivesse amocircnia (NH3) em quantidade suficiente para atender as exigecircncias dos
vegetais De fato Liebig famoso quiacutemico alematildeo convenceu os demais cientistas da eacutepoca
de que a atmosfera era a principal fonte de nitrogecircnio para as plantas visto que plantas
deficientes em nitrogecircnio (cujas folhas se tornam amareladas) se tornavam de coloraccedilatildeo verde
escura saudaacutevel quando expostas em ambiente com pequena quantidade de NH3 na atmosfera
Ensaios cuidadosamente conduzidos tem demonstrados que a atmosfera realmente contribui
com algumas formas nitrogenadas Assim a quantidade de nitrogecircnio eacute proporcional aacute queda
pluviomeacutetrica Enquanto que o nitrato (NO3-) eacute formado pelas descartas eleacutetricas na atmosfera
a amocircnia (NH3) pode advir da atividade vulcacircnica queima de carvatildeo e outros materiais
orgacircnicos em fabricas bem como pelo fogo em florestas e pastagens
Traccedilos de nitrogecircnio podem tambeacutem ser carregadas do litoral para o interior devido aacute
atomizaccedilatildeo das aacuteguas oceacircnicas e subsequumlente arraste pelos ventos Mas enquanto o cloro
pode ser transportado centenas de quilocircmetros terra adentro o oceano natildeo parece ser
importante fonte de nitrogecircnio para as culturas Isto pelo fato da maior parte do nitrogecircnio do
placircncton estar na forma assimilada (orgacircnica) e predominante nas regiotildees mais profundas
O nitrogecircnio eacute encontrado em formas quiacutemicas com grande variabilidade no nuacutemero de
oxidaccedilatildeo
139
Como se vecirc o nitrogecircnio vem a se apresentar desde um estado altamente oxidado (NO-3) ateacute
um estado altamente reduzido (NH3)
2 FIXACcedilAtildeO DO NITROGEcircNIO
A fixaccedilatildeo do nitrogecircnio vem a ser a conversatildeo do nitrogecircnio molecular (N2) em qualquer uma
das formas anteriormente citadas A caracteriacutestica do processo eacute a separaccedilatildeo dos dois aacutetomos
da moleacutecula N2 mantidos por uma triacuteplice ligaccedilatildeo envolvendo 3 parte de eleacutetrons A
moleacutecula eacute bastante estaacutevel havendo necessidade de 24000 calmol para transformar N2 em
amocircnia
A fixaccedilatildeo do nitrogecircnio pode ser efetuada por vaacuterios processos
21 Fixaccedilatildeo Natildeo-Bioloacutegica eacute aquela efetuada sem o concurso dos organismos vivos
podendo ser conduzida por um processo industrial ou por um processo natural
211 Processo Industrial Tal processo tambeacutem denominado de processo Haber foi
desenvolvido na Alemanha durante a Primeira Guerra Mundial com o propoacutesito de
se obter explosivos
Atualmente esse processo estaacute acoplado aacutes refinarias de petroacuteleo para a produccedilatildeo de
fertilizantes nitrogenados
212 Processo Natural Durante as tempestades aacutes descargas eleacutetricas na atmosfera
por intermeacutedio das radiaccedilotildees ultra-violetas excitam o O2 e N2 que reagem
produzindo oacutexidos de nitrogecircnio (NO NO2 e outros) os quais hidratados datildeo
origem a nitrato e nitrato que se precipitam juntamente com a chuva
22 Fixaccedilatildeo Bioloacutegica Neste caso o processo eacute conduxido por diversos organismos tanto
de vida livre como em associaccedilotildees com outros organismos podendo portanto ser natildeo-
simbioacutetica e simbioacutetica respectivamente Neste processo o nitrogecircnio molecular (N2)
eacute reduzido a amocircnia (NH3)
A fixaccedilatildeo bioloacutegica natildeo simboacutetica pode ser processada por organismos autoacutetrofos
(Rnhodospirillum rubrum) ou heteroacutetrofos (Clostridium e Azotobacter)
A fixaccedilatildeo bioloacutegica simbioacutetica eacute encontrada em algumas associaccedilotildees como os liquens onde
ocorrem algas (do gecircnero Nostoc) e fungoa Do ponto de vista agronocircmico associaccedilatildeo entre o
Rhizobium e leguminosas eacute particularmente interessante embora outras associaccedilotildees entre
140
espeacutecies natildeo leguminosas tambeacutem podem fixar o nitrogecircnio entre elas gramiacuteneas como a
cana-de-accedilucar
Haacute duas deacutecadas foi estimada uma remoccedilatildeo de nitrogecircnio dos solos dos Estados Unidos
(pelas colheitas e lixiviaccedilatildeo) de 25 milhotildees de toneladas de N por ano Trecircs milhotildees de
toneladas de N por ano seriam adicionada na forma de fertilizantes Igual quantidade teria sido
resposta pelas chuvas A fixaccedilatildeo bioloacutegica depositaria 10 milhotildees de toneladas anuais
Clostridium e Azotobacter sendo heteroacutetrofos necessitam de uma fonte de carbono reduzido
(carboidrato geralmente) o qual quando oxidado forneceria hidrogecircnios iocircnicos (H+) e
eleacutetrons para a reduccedilatildeo do N2 a NH3 Jaacute a bacteacuteria Rhodospirillum rubrum utiliza a energia
radiante para a liberaccedilatildeo de eleacutetrons que seratildeo utilizados na reduccedilatildeo do N2 a NH3
As algas verdes-azuis (Nostoc) vivendo assimbioacuteticamente constituem-se no principal
fornecedor de N para os campos irrigados de arroz na Asia Geralmente satildeo organismos de
vida livre mas podem se associar a certos fungos formando liacutequens Eacute provaacutevel que nessas
algas os pigmentos fotossinteacuteticos captam a energia luminosa para a fotoacutelise da aacutegua cujos
eleacutetrons removidos satildeo utilizados para reduzir tanto o CO2 como o N2
O Rhizobium infecta as raiacutezes das leguminosas formando uma estrutura globular o noacutedulo A
leguminosa fornece carboidratos que seratildeo oxidados pelo microorganismo e os eleacutetrons
restantes seratildeo utilizados para reduccedilatildeo do N2 a NH3 O mecanismo de fixaccedilatildeo a despeito de
sua importacircncia ainda natildeo eacute bem compreendido havendo necessidade de leg-hemoglobina
(proteiacutena que conteacutem Feacute) molibdecircnio (como cofator) cobalto (constituinte da vitamina B12
envolvida na siacutentese de leg-hemoglobina) aleacutem de logicamente uma fonte de carbono
biologicamente oxidaacutevel
Estudos co N2 enriquecido com o isoacutetopo N15 demonstraram que o primeiro composto
formando foi a amocircnia (NH3) e que o aacutecido glutacircmico era o primeiro composto orgacircnico e se
apresenta com o referido isoacutetopo
A amocircnia (NH3) formada natildeo se acumula no organismo fixador mas sim eacute utilizada nas
siacutenteses de proteiacutenas aacutecidos nucleacuteicos etc O excesso de NH3 fixada eacute excretada no meio
raiacutezes de leguminosas excretam NH3 aminoaacutecidos e peptiacutedios Tais plantas sintetizam
tambeacutem grande quantidade de glutamina e asparagina muito possivelmente como reserva de
nitrogecircnio
Quando os organismos fixadores morrem suas proteiacutenas satildeo hidrolisadas e os aminoaacutecidos
resultantes satildeo degradados pela accedilatildeo das aminoaacutecido-oxidases transaminases e desidrogenase
da microflora existentes no solo liberando NH3 no mesmo Assim a fertilidade do solo eacute
construiacuteda pela aquisiccedilatildeo de NH3 diretamente dos organismos fixadores e indiretamente apoacutes
o aacutetomo de N pertencer aos aminoaacutecidos e proteiacutenas dos organismos natildeo fixadores
3 NITRIFICACcedilAtildeO
141
Embora a amocircnia seja a forma na qual o nitrogecircnio eacute adicionado no solo o teor da mesma eacute
baixo Isto porque ela eacute rapidamente transformada em nitrato (NO-3) sendo esta a principal
fonte de nitrogecircnio para os organismos natildeo fixadores
Essa oxidaccedilatildeo da amocircnia ateacute nitrato eacute efetuada por dois tipos de bacteacuterias denominadas de
bacteacuterias nitrificantes
a Bacteacuterias do gecircnero Nitrosomonas que transformam amocircnia em nitrito (NO-2)
segundo a equaccedilatildeo
b Bacteacuterias do gecircnero Nitrobacter que transformam o nitrito em nitrato (NO-3)
Esses organismos satildeo autoacutetrofos mais precisamente quimioautoacutetrofos reduzindo o CO2 ao
niacutevel de carboidrato com a energia obtida nessas reaccedilotildees de oxidaccedilatildeo
4 REDUCcedilAtildeO DO NITRATO
Como o nitrato eacute geralmente a forma nitrogenada mais abundante as plantas eacute demais
organismos desenvolveram a habilidade de aproveitar esse acircnion como fonte de nitrogecircnio
para o seu desenvolvimento
Entretanto o nitrogecircnio constituinte dos diversos compostos orgacircnicos se apresenta em niacutevel
bastante reduzido e logicamente uma primeira etapa na utilizaccedilatildeo do nitrato seria a sua
transformaccedilatildeo em amocircnia
A transformaccedilatildeo do nitrato em amocircnia um processo redutivo portanto eacute efetuada por um
equipamento enzimaacutetico com necessidades de NADH como coenzimas e de ferro em
molibidecircnio como metais ativadores
A redutase de nitrato eacute uma flavoproteiacutena que exige molibdecircnio como iocircnio ativador A sua
atividade eacute influenciada pela intensidade luminosa Em condiccedilotildees de baixa luminosidade haacute
baixa atividade enzimaacutetica e consequumlente acuacutemulo de nitrato nos tecidos vegetais
A redutase de nitrito eacute bastante ativa em condiccedilotildees de aerobiose natildeo permitindo acuacutemulo de
nitrito (altamente toacutexico) durante a reduccedilatildeo do nitrato A redutase de nitrito geralmente
presente em maior quantidade que a redutase de nitrito eacute uma ferroporfirina cujo
agrupamento siro-heme eacute capaz de transferir 6 eleacutetrons permitindo a reduccedilatildeo do nitrito (NO-
2) ateacute amocircnia (NH3) sem nenhum intermediaacuterio
Para a reduccedilatildeo do nitrito a amocircnia o agente redutor (doador de eleacutetrons e H+) seria o NADPH
+ H+ o qual nos tecidos verdes seria formado na fase luminosa da fotossiacutentese enquanto que
nos tecidos aclorofilados (como raiacutezes) seria produzido pela vista pentose fosfato)
Existem razotildees ecoloacutegicas para a amocircnia do solo ser rapidamente transformada em nitrato
(nitrificaccedilatildeo) e este novamente reduzido aacute amocircnia antes do nitrogecircnio integrar as moleacuteculas
orgacircnicas Como amocircnia pode se perder por volatilizaccedilatildeo nos solos alcalinos r ainda pelo fato
142
da mesma ser muito mais toacutexica do que o nitrato natildeo podendo se acumular nos tecidos
vegetais percebe-se as vantagens dessas transformaccedilotildees anteriormente citadas Tanto assim
que em relaccedilatildeo aacute amocircnia o nitrato eacute a forma mais abundante tanto no solo quanto nos tecidos
vegetais
5 ASSIMILACcedilAtildeO DA AMOcircNIA
A amocircnia (NH3) eacute a forma utilizada na siacutentese dos diversos constituintes celulares
nitrogenados como proteiacutenas adidos nucleacuteicos aminoaacutecidos aminas vitaminas etc
A assimilaccedilatildeo da amocircnia ou seja a transformaccedilatildeo de uma forma nitrogenada orgacircnica
(composto aminado) eacute processada por umas poucas vias metaboacutelicas Tais vias denominadas
pelas enzimas responsaacuteveis e de grande significado na nutriccedilatildeo nitrogenada dos vegetais
seriam
51 Desidrogenase Glutacircmica Enzima largamente distribuiacuteda na natureza cataliza a
aminaccedilatildeo do -cetoglutarato
O aacutecido glutacircmico assim formado doa por reaccedilotildees de transaminaccedilatildeo o grupo amino (-NH2)
para a siacutentese de outros aminoaacutecidos
52 Sintetase de Glutamina
A glutamina pode dar o seu grupo amido para o aacutecido aspaacutertico se transformar em asparagina
aspartato + glutamina + ATP asparagina + glutamato + AMP + PPi
A glutamina e sparagina satildeo amidas armazenadoras de nitrogecircnio especialmente nas
leguminosas
A glutamina contribui com o nitrogecircnio amiacutedico para a siacutentese se outros compostos
nitrogenados como as bases puacuteblicas e pirimiacutedicas dos aacutecidos nucleacuteicos
53Carbamil-quiacutenase
143
O carbomil-fosfato doa o seu nitrogecircnio amiacutedico para a siacutentese das bases pirimiacutedicas
Igualmente o grupo carbamil eacute utilizado na formaccedilatildeo do aminoaacutecido citrulina e posteriormente
arginina
6 DESNITRIFICACcedilAtildeO
O nitrato no solo que natildeo eacute absorvido pelos vegetais eacute lixiviado e nas regiotildees mais profundas
do mesmo fora do alcance das raiacutezes eacute metabolizado em parte por bacteacuterias do gecircnero
Pseudomonas Essas bacteacuterias vivendo em condiccedilotildees de amaerobiose provem a chamada
ldquorespiraccedilatildeo do nitratordquo reduzindo-o a N2 que retorna aacute atmosfera
Ao que parece esses organismos utilizam o NO-3 como aceptor de H+ e eleacutetrons em suas
oxidaccedilotildees bioloacutegicas
7 O CICLO DO NITROGEcircNIO
As transformaccedilotildees anteriores estudadas isoladamente podem ser resumidas no quadro que se
segue obtendo-se assim uma visatildeo global dos processos envolvendo os compostos
nitrogenados
144
AacuteCIDOS NUCLEacuteICOS
1 INTRODUCcedilAtildeO
Os aacutecidos nucleacuteicos tornaram-se objetos de investigaccedilotildees cientiacuteficas assim foram
primeiramente isolados do nuacutecleo celular haacute quase 100 anos Assim como as proteiacutenas tais
compostos demonstraram elevado peso molecular estruturalmente definidos como
biopoliacutemeros em que a unidade repetitiva vem a ser o nucleotiacutedio
Os aacutecidos nucleacuteicos satildeo encontrados em todas as ceacutelulas vivas atribuindo-se aos mesmos as
importantes funccedilotildees de conter transmitir e traduzir as informaccedilotildees geneacuteticas de um
determinado organismo
Existem dois tipos de aacutecidos nucleacuteicos
b o aacutecido desoxi-ribonuclecircico (DNA) encontrado no nuacutecleo dos eucarioacuteticos (que
armazenam as informaccedilotildees geneacuteticas e se mostram integrando nucleoproteiacutenas que
constituem os cromossomos)
c o aacutecido ribonucleacuteicos (RNA) encontrado predominantemente no citoplasma celular
existem diferentes tipos de RNA (m-RNA ou RNA mensageiro s-RNA soluacutevel e r-
RNA ribossocircmico)
2 CONSTITUINTES DOS AacuteCIDOS NUCLEcircICOS
O estudo quiacutemico dos aacutecidos nucleacuteicos revelou que tais compostos satildeo macromoleacuteculas
estruturadas pela polimerizaccedilatildeo de unidades que se repetem unidades essas denominadas de
nucleotiacutedios
Os nucleotiacutedios por sua vez podem ser desdobrados em entidades mais simples uma base
nitrogenada um accediluacutecar (pentose) e um radical fosfoacuterico
As bases nitrogenadas satildeo divididas em dois grupos
21 Bases Puacutericas adenina e guanina
22 Bases Pirimiacutedicas uracila (encontrada apenas no RNA)
Timina (encontrada apenas no DNA)
Citosina
As pentoses podem ser a ribose (encontrada no RNA) ou a desoxi-ribose (encontrada no
DNA)
145
O radical fosfoacuterico eacute oriundo do aacutecido ortofosfoacuterico (H3PO4) que apresenta 3 hidrogecircnios
ionizaacuteveis com pk1=21 pk2=72 e pk3=127
0
ǁ
HO˿ P˿ OH
ǀ
OH
NUCLEOSIacuteDIO as bases nitrogenadas satildeo capazes de se ligar aacutes pentoses para
formar os nucleosiacutedios Tal ligaccedilatildeo semelhante aacute glicosiacutedica se forma mediante uma desidrataccedilatildeo entre o nitrogecircnio 9 das bases puacutericas ou o nitrogecircnio 1 das bases pirimiacutedicas com o carbono 1rsquo da pentose Se a pentose for a desoxi-ribose tem-se o desoxi-ribonucleosiacutedio NUCLEOTIacuteDIO satildeo obtidos quando o aacutecido ortofosfoacuterico esterifica a hidroxila de posiccedilatildeo 5rsquo da pentose de um nucleosiacutedio _____________________________________________nucleotiacutedio_____________ base nitrogenada nucleosiacutedio monofosfatado difosfatado trifosfatado_______ adenina (A) adenosina AMP ADP ATP guanina (G) guanosina GMP GDP GTP uracila (U) uridina UMP UDP UTP timina (T) timidina TMP TDP TTP citosina (C) citidina CMP CDP CTP
146
Quando a pentose for a desoxi-ribose teremos os respectivos desoxi-ribonucleotiacutedios desoxiadeadenosina monofosfato (dAMP) dADP dATP e assim por diante ateacute dCTP
AMP= adenosina monofosfato ADP= adenosinadifosfato e ATP= adenosina trifosfato
3 POLINUCLEOTIacuteDIOS
Quimicamente os aacutecidos nucleacuteicos satildeo polinucleotiacutedios ou seja estruturas formadas pela
uniatildeo de muitos nucleotiacutedios Esses nucleotiacutedios satildeo unidos mediante a ligaccedilatildeo nucleotiacutedica
uma ligaccedilatildeo eacutester que se estabelece entre a hidroxila fosfoacuterica de um nucleotiacutedio com a
hidroxila de posiccedilatildeo 3‟ de outro nucleotiacutedio e assim por diante (fig 7) Resulta entatildeo uma
cadeia polinucleotiacutedica que busca uma configuraccedilatildeo mais estaacutevel do ponto de vista
termodinacircmico atribuindo-se aacute mesma quatro niacuteveis estruturais baacutesicos
4 ESTRUTURAS BAacuteSICAS DOS AacuteCIDOS NUCLEacuteICOS
Os niacuteveis estruturais baacutesicos dos aacutecidos nucleacuteicos satildeo semelhantes aqueles descritos
anteriormente para as proteiacutenas
41 Estruturas Primaacuterias vem a ser a sequumlecircncia da nucleotiacutedios e eacute mantida pela ligaccedilatildeo
nucleotiacutedica Com nos nucleotidios de um determinado a estrutura primaacuteria pode ser
simplificadamente representada pela sequumlecircncia de bases A-U-G-C-A-A-U
42 Estrutura Secundaacuteria eacute encontrada especialmente no DNA que se apresenta com
duas cadeias em espiral dupla unidas entre si por pontes de hidrogecircnio envolvendo as
bases nitrogenadas Adenina e timina permitem a formaccedilatildeo de duas pontes de
hidrogecircnio ao passo que citosina e guanina permitem trecircs
147
Tais bases satildeo ditas de complementares assim com as cadeias polinucleotiacutedicas (tambeacutem
referidas como cadeias antiparalelas) O pareamento de bases pode ocorrer tambeacutem no RNA
43 Estrutura Terciaacuteria pode ser entendida com a disposiccedilatildeo tridimensional da dupla
heacutelice do DNA Pode ser tambeacutem a forma preferencial que uma uacutenica cadeia
nucleotiacutedica adquire estabilizada por pontes de hidrogecircnio entre bases
complementares da mesma cadeia com eacute o caso do t-RNA (RNA de transporte) que
apresenta uma estrutura de ldquofolha-de-trevordquo
44 Estrutura Quaternaacuteria vem a ser aquela estabelecida pela uniatildeo de moleacuteculas
individuais denominadas de unidades ou sub-unidades Assim o r-RNA (RNA
ribossocircmico) eacute constituiacutedo de duas unidades uma com peso molecular de 1 milhaotildea e
outra de 18 milhotildees
5 HIDROacuteLISE DOS AacuteCIDOS NUCLEacuteICOS
As ligaccedilotildees nucleotiacutedicas (eacutester) podem ser hidrolizadas mediante
a aacutecido ndash hidroacutelise aacutecida
b base ndash hidroacutelise alcalina
c enzimas ndash hidroacutelise enzimaacutetica
As enzimas que hidrolizam os aacutecidos nucleacuteicos satildeo denominados genericamente de nucleases
Rnse O veneno de certas serpentes apresenta atividade de nuclease e tem sido utilizado
assim como outras nucleases para desvendar as estruturas dos aacutecidos nucleacuteicos
FIM
ESTA APOSTILA ESTA EM FASE DE CONSTRUCcedilAtildeO
POR FAVOR DESCULPE NOSSOS ERROS
OBRIGADO
148
5
-
(C)(=NH)NH2
-amidina
9 Nitrilos -CN
-(C)N
-carbonitrilo
-nitrilo Ciano-
10 Isocianetos -NC -isonitrilo Isociano-
11 Aldeiacutedos -CHO
-(C)HO
-carbaldeiacutedo
-al
Formil-
Oxo-
12 Cetonas -(C)O -ona Oxo-
13 Alcooacuteis -OH -ol Hidroxi-
14 Fenoacuteis -OH -ol Hidroxi-
15 Tioacuteis -SH -tiol Mercapto-
16 Aminas -NH2 -amina Amino-
17 Iminas =NH -imina Imino-
(Os aacutetomos de carbono entre parecircntesis fazem parte da cadeia (ou estrutura) do composto
primitivo pelo que satildeo incluiacutedos no nome do composto primitivo e natildeo no sufixo)
Nombres de grupos Funcionales en orden de prioridad
El grupo funcional que se encuentre maacutes abajo de la tabla seraacute el de mayor orden de prioridad y se usaraacute como sufijo Si mas de un grupo funcional se encuentra presente el que tenga mayor prioridad se usaraacute como sufijo y los otros como prefijos
Modelo Sufixo Prefixo
- NH2 -amina Amino
- SH -tiol mercapto
- OH -ol Hidroxi
-tiona Tiol
-ona oxo
-al Oxo
6
-nitrilo ciano
-amida -
Haleto de -anoila -
Ac -sulfonico Sulfo
Acido -oico carboxi
-oato -
Estos prefijos el nombre incluye el carbono del grupo funcional Cuando se cuente no debe de contarse este carbono
1- Efeito Indutivo na cadeia carbocircnica
Analise o esquema abaixo
Na ligaccedilatildeo C - C numa sucessatildeo soacute de aacutetomos de carbono os eleacutetrons da
ligaccedilatildeo estatildeo equidistantes de cada aacutetomo Jaacute numa sucessatildeo de carbonos
terminada por um elemento muito eletronegativo como o cloro por exemplo
ocorre uma deslocalizaccedilatildeo de eleacutetrons das ligaccedilotildees C - C por causa do efeito da
ligaccedilatildeo C - Cl Esse efeito eacute chamado efeito indutivo O cloro funciona com um
ponto de atraccedilatildeo eletrocircnica puxando para si os eleacutetrons da ligaccedilatildeo com o
carbono ligado a ele Eacute como uma trilha de dominoacute em que as peccedilas caem umas
sobre as outras o cloro atrai para si os eleacutetrons da ligaccedilatildeo com o carbono ligado a
7
ele este por sua vez fica com uma certa deficiecircncia eletrocircnica e por isso
atrai para si os eleacutetrons da ligaccedilatildeo com o carbono seguinte tentando compensar
essa deficiecircncia e assim sucessivamente Isso acaba gerando uma polarizaccedilatildeo na
cadeia carbocircnica
Do ponto de vista do efeito indutivo existem duas espeacutecies de grupos que
podem se ligar a uma cadeia carbocircnica
Grupos eleacutetron-atraentes (efeito indutivo -I) Satildeo aqueles que atraem os
eleacutetrons das ligaccedilotildees em sua direccedilatildeo Os mais importantes grupos eleacutetron-
atraentes satildeo aqueles que possuem elementos muito eletronegativos em relaccedilatildeo
ao carbono (F O N Cl Br I etc) ou radicais insaturados Os radicais
insaturados possuem ligaccedilotildees pi que por efeito de ressonacircncia iratildeo atrair os
eleacutetrons das ligaccedilotildees em sua direccedilatildeo
Grupos eleacutetron-repelentes (efeito indutivo +I) Satildeo aqueles que
empurram os eleacutetrons das ligaccedilotildees em direccedilatildeo oposta a eles Os mais
importantes grupos eleacutetron-repelentes satildeo os radicais saturados (alquila) e os que
possuem carga eleacutetrica negativa Nos radicais alquila quanto mais aacutetomos de C e
H (com simples ligaccedilotildees) tiver o radical mais eleacutetron-repelente ele seraacute
2- Algumas consequecircncias do Efeito Indutivo
21) A estabilidade dos carbocaacutetions
Uma consequecircncia importantiacutessima do efeito indutivo relaciona-se com a
estabilidade do carbocaacutetion numa reaccedilatildeo quiacutemica em que haacute formaccedilatildeo desta
espeacutecie como intermediaacuteria no processo O tipo de carbocaacutetion formado pode
determinar que produtos seratildeo formados e em que proporccedilotildees relativas O
carbocaacutetion eacute um iacuteon que possui um carbono com apenas trecircs ligaccedilotildees (sp2) isto eacute
possui uma carga positiva Experimentalmente verifica-se uma grande facilidade
de se formarem carbocaacutetions terciaacuterios (cuja carga positiva estaacute num carbono
terciaacuterio) em relaccedilatildeo a carbocaacutetions secundaacuterios ou primaacuterios Essa estabilidade
diminui do carbocaacutetion terciaacuterio para o secundaacuterio e deste para o primaacuterio Veja
abaixo a possiacutevel explicaccedilatildeo para esse fato
8
Nesse caso a carga positiva funciona como o centro de atraccedilatildeo eletrocircnica
na cadeia Perceba que no carbocaacutetion primaacuterio apenas um sentido de corrente
eletrocircnica estaacute disponiacutevel para compensar a deficiecircncia de eleacutetrons do carbono
sp2 Jaacute no secundaacuterio existem dois sentidos de corrente e no terciaacuterio trecircs
sentidos Logicamente quanto maior a disponibilidade eletrocircnica para compensar
a carga positiva maior a facilidade do carbocaacutetion e maior a facilidade de ser
formado Muitas vezes devido agrave alta instabilidade os carbocaacutetions primaacuterios nem
chegam a se formar A natildeo ser que as condiccedilotildees do meio em que ocorre a reaccedilatildeo
sejam favoraacuteveis agrave sua formaccedilatildeo Maiores detalhes seratildeo vistos adiante nas
reaccedilotildees quiacutemicas que passam por carbocaacutetions
22) Forccedila de aacutecidos e bases
Outra consequumlecircncia interessante do efeito indutivo relaciona-se com a
forccedila de aacutecidos e bases orgacircnicos
Caraacuteter aacutecido - Vejamos um aacutecido carboxiacutelico que possui um grupo de
induccedilatildeo ligado agrave cadeia Esse grupo pode ser eleacutetron-atraente ou eleacutetron-
repelente
No primeiro caso (a) o grupo X eacute eleacutetron-atraente O efeito indutivo eacute -I
e portanto deixa a carbonila com deacuteficit eletrocircnico o que leva a um
9
enfraquecimento da ligaccedilatildeo com o hidrogecircnio aacutecido Logo seraacute mais faacutecil a
liberaccedilatildeo do proacuteton Assim o caraacuteter aacutecido aumenta
No segundo caso (b) o grupo X eacute eleacutetron-repelente O efeito indutivo eacute +I
e portanto deixa a carbonila com superaacutevit eletrocircnico o que leva a um aumento
da forccedila de ligaccedilatildeo com o hidrogecircnio aacutecido Logo seraacute mais difiacutecil a liberaccedilatildeo do
proacuteton Assim o caraacuteter aacutecido diminui
Caraacuteter baacutesico - Vejamos agora o que ocorre com uma amina (base
orgacircnica)
Segundo a teoria de Lewis base eacute uma espeacutecie quiacutemica que possui um ou
mais pares eletrocircnicos natildeo-ligantes ou seja eacute capaz de coordenar pares
eletrocircnicos Dessa forma assim como a forccedila de um aacutecido estaacute relacionada com a
sua capacidade de receber eleacutetrons a forccedila de uma base relaciona-se com sua
capacidade de coordenar eleacutetrons Logo quanto maior a disponibilidade eletrocircnica
em uma espeacutecie quiacutemica maior seraacute seu caraacuteter baacutesico
No primeiro caso (a) o grupo X eacute eleacutetron-atraente O efeito indutivo eacute -I
e portanto deixa o grupo amino com deacuteficit eletrocircnico o que leva a uma
diminuiccedilatildeo do seu caraacuteter baacutesico
No segundo caso (b) o grupo X eacute eleacutetron-repelente O efeito indutivo eacute +I
e portanto deixa o grupo amino com superaacutevit eletrocircnico o que leva a um
aumento do seu caraacuteter baacutesico
10
CARBOIDRATOS
1 CONCEITO
Quimicamente podem ser definidos como aldeiacutedos ou cetonas poliidroxilados ou
substacircncias que mediante hidroacutelise liberem tais compostos Apresentam uma formulaccedilatildeo geral
Cx (H2O) Y com raras exceccedilotildees Assim a desoxirribose (encontrada no DNA) apresenta
foacutermula C5H1004 onde a relaccedilatildeo HO natildeo eacute de 21 Igualmente pode nos encontrar
carboidratos com outros elementos aleacutem do C H eacute O Embora natildeo muito frequumlente N S e P
podem integrar moleacuteculas de carboidratos Outras denominaccedilotildees hidratos de carbono
accediluacutecares gluciacutedios e gluacutecides
2 ESTEREOISOMERIA OacuteTICA
Eacute um fenocircmeno muito difundido entre os carboidratos e vem a ser decorrecircncia do composto
apresentar um ou mais aacutetomos de carbono assimeacutetrico na moleacutecula Aacutetomo de carbono
assimeacutetrico eacute aquele que se liga a 4 radicais diferentes e resulta geralmente que os
compostos que os apresentam se mostram oticamente ativos ou seja desviam o plano da luz
polarizada Se o desvio for para a direita o composto eacute dito de ldquodextrorrotatoacuteriordquo (+) e se
para a esquerda ldquolevorrotatoacuteriordquo (-) Como referecircncia utilizando o gliceraldeido que
apresenta 2 isocircmeros oacuteticos
11
As configuraccedilotildees D e L estatildeo relacionadas com o posicionamento da hidroxila (OH) do
carbono assimeacutetrico mais distante do grupo funcional (aldeiacutedo ou cetona) e necessariamente
nada tem com as propriedades dextro ou levorrotatoacuteria desses compostos exceto para o
gliceraldeiacutedo
3 CICLIZACcedilAtildeO DE PENTOSES E HEXOSES
Dependendo do comprimento da cadeia carbocircnica os carboidratos podem adquirir uma
estrutura ciacuteclica mantida pela ligaccedilatildeo hemiacetal Esta ligaccedilatildeo explica a baixa reatividade dos
grupamentos aldeiacutedos e cetonas de alguns accediluacutecares
Assim a moleacutecula de glicose pode se dobrar de modo a permitir uma aproximaccedilatildeo entre o
grupo aldeiacutedo do carbono 1 com a hidroxila do carbono 5 estabelecendo a ligaccedilatildeo hemiacetal
Configuraccedilotildees e conformaccedilotildees
Aacutelcools reagem com grupos carbonilas de aldeiacutedos e cetonas formando um hemiacetal ou um
hemicetal respectivamente (figura 4) Da mesma forma a hidroxila e o grupo aldeiacutedo ou
grupo cetona de um monossacariacutedeo podem reagir intramolecularmente para formar
hemiacetais ou hemicetais ciacuteclicos Tais configuraccedilotildees podem ser representadas atraveacutes da
projeccedilatildeo de Haworth
Um monossacariacutedeo composto por um anel de seis membros eacute chamado de piranose enquanto
um monossacariacutedeo formado por uma anel de cinco membros eacute chamado de furanose (figura
5)
12
13
4 CLASSIFICACcedilAtildeO DOS CARBOIDRATOS
Segundo uma complexidade satildeo estrutural os carboidratos podem ser classificados em
monossacariacutedios oligossacariacutedios e polissacariacutedios
41 Monossacariacutedios Satildeo os mais simples dos accediluacutecares natildeo sofrem hidroacutelise possuem
baixo peso molecular e satildeo soluacuteveis em aacutegua Apresentam sabor doce satildeo cristalinos
quando no estado soacutelido Satildeo todos considerados ldquoaccediluacutecares redutoresrdquo
Os monossacariacutedios se subdividem segundo o nuacutemero de aacutetomos de carbono na moleacutecula
Ndeg de aacutetomos de C Nome geneacuterico Representantes de importacircncia
fisioloacutegica
2 diose glicaldeido
3 triose gliceraldeido dihidroxiacetona
4 tetrose eritrose treose
5 pentose xilose xilulose ribose
6 hexose glicose frutose manose galactose
7 heptose sedoheptulose
8 octose _ _
9 nonose _ _
14
15
42 Oligossacariacutedios Satildeo accedilucares compostos que hidrolisados originam
monossacariacutedios satildeo classificados de acordo com o nuacutemero de monossacariacutedios que
16
satildeo liberados por moleacuteculas dissacariacutedios trissacariacutedios tetrassacariacutedios
pentassacariacutedios e hexassacariacutedios Estudaremos apenas alguns dissacariacutedios
sacarose - glicose - 12 rarr - frutose
maltose - glicose - 14 rarr - glicose
lactose - galactose ndash 14 rarr glicose
celobiose glicose ndash 14 rarr glicose
trehalose glicose ndash 11 rarr glicose
Maltose
celobiose
17
Os dissacariacutedeos satildeo formados por dois monossacariacutedeos unidos por ligaccedilatildeo covalente
Existem vaacuterios dissacariacutedeos presentes na alimentaccedilatildeo como por exemplo
Trealose = glicose + glicose a (1-1)
Celobiose = b-glicose + b-glicose (1- 4)
Maltose(1 - 4) e a Iso-maltose (1 - 6) duas moleacuteculas de glicose e estatildeo presente
no malte (maltose) e satildeo subproduto da digestatildeo do amido e glicogecircnio (iso-maltose)
Lactose glicose + galactose (1- 4) eacute o principal carboidrato do leite
Sacarose glicose + frutose (1 - 2) sendo a forma mais comum de accediluacutecar obtida da
cana-de-accediluacutecar
Accediluacutecar redutor eacute aquele que apresenta um grupo aldeiacutedo ou um grupo cetocircnico livre isto eacute
natildeo participante de ligaccedilatildeo glicosiacutedica A ligaccedilatildeo hemiacetal responsaacutevel pela estrutura
ciacuteclica de alguns accedilucares natildeo compromete o caraacuteter redutor Os accedilucares redutores satildeo assim
chamados por poderem reduzir o iacuteon Cu++
em meio alcalino
18
reativo detecta coloraccedilatildeo
1 - Tese de Fehling sol
Cupro alcalina
accedilredutores vermelho
2 - Teste de Benedict glicose azul
3 - Reaccedilatildeo de Molish geral AR anel puacuterpura
4 - ldquo de Bial pentoses azul
5 - ldquo de Tollens pentoses rosa
6 - ldquo de Seliwanoff frutose vermelho
43 Polissacariacutedios Satildeo compostos que por hidroacutelise liberam grande nuacutemero de
monossacariacutedios Satildeo insiacutepidos insoluacuteveis em aacutegua e amorfos no estado soacutelido Apresentam
elevado peso molecular Diversos representantes desempenham funccedilotildees estrutural e energeacutetica
nos diversos organismos
a Amido reserva energeacutetica dos organismos vegetais constituiacutedo de amilose e
amilopectina
A amilose eacute constituiacuteda de - glicose mantida pela ligaccedilatildeo - 14 glicosiacutedica apresentando
peso molecular entre 4000 e 150000
A amilopectina eacute formada de - glicose mantida por ligaccedilotildees - 14 e - 16 com peso
molecular de ateacute 500000
19
b Glicogecircnio Reserva energeacutetica dos organismos animais estruturalmente semelhantes
agrave amilopectina poreacutem mais ramificado isto eacute com maior proporccedilatildeo de ligaccedilotildees -
16 o que torna a moleacutecula mais compacta Apresenta peso molecular de ateacute
2000000
c Celulose Formada de - glucose unidas pela ligaccedilatildeo - 14 constitui a parede celular
das ceacutelulas vegetais
20
d Quitina Constitui a carapaccedila (exoesqueleto) dos insetos e crustaacuteceos Eacute um poliacutemero
de N ndashacetil - - glicosamina altamente insoluacutevel
Sob o mar
Descobrindo a rentabilidade que existe nos desperdicios marinhos
Por Nancy Garcia
A quitina eacute um polissacariacutedeo formadora da carapaccedila dos insetos e crustaacuteceos Eacute um
produto do processamento industrial de camarotildees siris lagostas e tem novas e prometedoras
aplicaccedilotildees industriais
A quitina eacute um polissacariacutedeos formado pela polimerizaccedilatildeo de resiacuteduos de N-acetil
glicosamina Eacute o segundo produto orgacircnico mais abundante que existe na natureza depois da
celulose Eacute o principal componente da cutiacutecula dos artropodos crustaacuteceos e insetos estando
presente em moluscos e forma parte das paredes celulares de alguns microorganismos como
fungos e leveduras Entre suas principaius caracteriacutesticas esta a abundancia ser biodegradaacutevel
e natildeo toacutexica
A carapaccedila dos crustaceos e camarotildees representam a primeira fonte para se obter quitina As
carapaccedilas alem de conter quitina tambeacutem contem pigmentos vermelhos e proteiacutenas com a
mesma qualidade da carne do crustaacuteceo
A quitina e um poliacutemero muito grande parecido com a celuilose Por natildeo ser degradaacutevel em
aacutegua e necessariose modificar a estrutura do poliacutemero para se obter seus derivos soluacuteveis
Dentre estes derivados estatildeo a qutinase empregada como biocida como bactericida
fungicida e herbicida e o quitosam que serve para o tratamento de aacuteguas industriais e como
um ingrediente nutritivo pois ajuda a eliminar o colesterol ajuda previnir doenccedilas
cardiovasculares e tem efeito anti gaacutestrico e anti atritico
21
O quitosan aplicado em industrias papeleiras permite que a polpa tenha maior forccedila para fixar
as tintas e os corantes dostecidos Na industria de alimentos eacute empregado como espumante e
emulsificante
A traveacutes de dicho poliacutemero se encapsulan medicamentos de liberacioacuten prolongada Se
emplea como biomaterial para hacer lentes de contacto hilos de sotura y proacutetesis ya que tiene la propiedad de ayudar a la regeneracioacuten de huesos En el aacuterea de la cirugiacutea plaacutestica ayuda al reestablecimiento de los tejidos evita la mala cicatrizacioacuten sirve para la fabricacioacuten de piel sinteacutetica y es un agente que inhibe las infecciones en heridas
Es material para la creacioacuten de peliacuteculas envolventes que prolongan la vida de los alimentos perecederos como envases biodegradables (Para ahondar en este tema consulte la seccioacuten Marketing de esta edicioacuten y considere los beneficios de emplear estos envases en su negocio)
Las oportunidades Meacutexico es uno de los paiacuteses con mayor produccioacuten de camarones al ocupar el seacuteptimo lugar a nivel mundial (casi 100 mil toneladas de peso vivo durante 2001 seguacuten datos de Sagarpa)
Tambieacuten se producen en promedio 20 mil toneladas anuales de jaiba tres mil 500 de langostino y casi tres mil toneladas de langosta (todos en peso vivo) Es posible capturar estas especies en la regioacuten comprendida del Atlaacutentico la peniacutensula de Yucataacuten y el Golfo de Meacutexico
En la regioacuten al Este de la Repuacuteblica se ha reportado la produccioacuten de una langostilla que debido a su tamantildeo pequentildeo no sirve para consumo y se considera maacutes una plaga al ser capturada junto con el camaroacuten y causar un sobrepeso que rompe las redes Esta langostilla no se ha aprovechado ampliamente (soacutelo se le utiliza para la creacioacuten de harina para granjas camaroneras) sin embargo se ha calculado que tiene una produccioacuten anual de 250 mil toneladas que se queda varada en las costas originando un
verdadero problema ambiental Seriacutea ideal utilizarla para producir quitina
En la captura de crustaacuteceos soacutelo se aprovecha su carne quedando los caparazones como desperdicios Escudero expresa que a partir de este desperdicio se puede comenzar toda una industria dedicada a la produccioacuten de quitina y sus diferentes derivados Por su parte Patricia Miranda comenta que el costo de una empresa dedicada a la produccioacuten de quitina se calcula alrededor de dos millones de pesos por el tipo de instalaciones y equipo
que se usa en el proceso
Escudero comenta que para instalarla se necesita baacutesicamente un reactor de desmineralizacioacuten otro de desproteinizador molino secador y fermentador Los productos pueden ser refinados lo cual aumenta su valor por lo que se debe contar con espectrofotoacutemetro centrifugadora balanza autoclave y agitadora La inversioacuten en maquinaria es de alrededor de un milloacuten de pesos El precio de la materia prima las
cutiacuteculas de los crustaacuteceos no se ha establecido al ser un desperdicio por lo mismo
22
ambas investigadoras afirman que se puede llegar a un acuerdo con las cooperativas camaroneras para determinar un valor
La quitina en el mercado tiene un costo aproximado de US$20 por kilo la quitinasa refinada con alto grado de desacetilacioacuten tiene un precio de US$300 diez gramos mientras que el quitosaacuten de baja calidad llega a US$70 por kilo
Una de las ventajas es que no se necesita personal especializado soacutelo capacitado para poder operar los reactores y conocer el proceso afirma Miranda
Los mercados De acuerdo con Escudero la quitina y sus derivados tienen uso potencial en diferentes paiacuteses principalmente Japoacuten China y Estados Unidos En todos ellos ya existe una industria consolidada alrededor de este poliacutemero siendo China el principal productor y exportador de quitina Chile y Espantildea estaacuten en una fase incipiente a la par de Ameacuterica
Latina
En Meacutexico es praacutecticamente un tema nuevo no obstante ya existe una empresa que comienza a abrirse camino en este campo Neptuno ubicada en Sonora
Representantes de Neptuno comentaron que junto con un grupo de investigadores llevan a cabo una serie de actividades como participar en exposiciones o en conferencias para promover sus productos a pesar de que mundialmente el uso de la quitina y sus derivados va en aumento De hecho hay amplias posibilidades de exportarlo a la Unioacuten Americana y algunos paiacuteses latinoamericanos
Recoleccioacuten de caparazones Una posibilidad para poder entrar en el negocio sin tener que realizar una inversioacuten tan importante al inicio consiste en recolectar los caparazones limpiarlos y molerlos que es el proceso primario para la elaboracioacuten de la quitina El caparazoacuten molido se puede vender a las empresas que elaboran el compuesto y de ahiacute capitalizar para adquirir el equipo necesario para la fabricacioacuten del polisacaacuterido De hecho empresas como Neptuno y otras en Estados Unidos estaacuten dispuestas a comprar los caparazones limpios sin necesidad de molerlos
Para ello soacutelo se necesita establecer las formas de recoleccioacuten sin dejar de considerar que entre maacutes joacutevenes sean los crustaacuteceos mayor seraacute la cantidad y calidad de las sales de calcio contar con secadoras y grandes cantidades de agua
En caso de no contarse con los secadores se pude secar al sol en un terreno amplio y colocar limpios los caparazones
Existen institutos y empresas dedicadas al disentildeo de envase y embalaje (Instituto Mexicano de Profesionales en Envase y Embalaje) que en estos casos dan asesoriacutea para enviar el producto con costos reducidos
El ejemplo de la quitina es uno de los tantos avances cientiacuteficos que ha tenido una aplicacioacuten praacutectica en la industria y por ende abre brecha para desarrollar maacutes de uno de los tantos negocio del futuro
23
Cientos de posibilidades El quitosaacuten sirve para
En tratamiento de aguas residuales En la elaboracioacuten de pulpa para papel estaacutendar fotograacutefico y carboacuten En el campo meacutedico y de salud se le emplea en la creacioacuten de vasos sanguiacuteneos
artificiales como antinflamatorio inhibidor de tumores y de placa dental antiviral y procesos de cicatrizacioacuten Tambieacuten se usa en la formacioacuten de esponjas y vendas para
heridas asiacute como en la confeccioacuten de ropa esteacuteril para personas convalecientes Es un material que protege contra la radiacioacuten En el sector de alimentos es un aditivo para la estabilizacioacuten del color conservadores y remocioacuten de soacutelidos En el aacuterea cosmeacutetica se usa para fabricar polvo para maquillaje barniz de untildeas humectante fijadores para el cabello crema humectante pasta de dientes En la agricultura se utiliza para el recubrimiento de semillas y hojas fertilizantes y
liberacioacuten de controlada de agroquiacutemicos
La quitina y su potencial industrial
Como un escudo de alta eficiencia construido con pura
quiacutemica una sustancia que forma parte del carapazoacuten defiende
a insectos crustaacuteceos moluscos y otros seres vivos de su
contacto con lo externo La poseen en diversa cantidad jaibas
camarones langostas arantildeas y cucarachas Incluso algunos
hongos y algas Se llama quitina y es un compuesto natural
con variados beneficios para el ser humano uacutetil en las industrias farmaceacuteutica de alimentos
cosmeacutetica y de empaques
De basura a materia prima que filtra agua contaminada ofrece consistencia a alimentos
procesados atrapa grasa es antibactericida y sirve como envoltura biodegradable entre otros
beneficios la quitina estaacute involucrada en la proteccioacuten de varias especies Su nombre
derivado del griego kiacutetos significa cavidad o boacuteveda y el sitio en que se encuentra el
caparazoacuten de muchos artroacutepodos tambieacuten refiere su capacidad para enfrentar a diversos
agentes externos
Despueacutes de la celulosa es el segundo poliacutemero maacutes abundante en el planeta por lo que su
utilizacioacuten a gran escala en Meacutexico es muy prometedora como lo ha sido en Japoacuten en donde
alrededor de 250 empresas explotan la quitina
Una investigadora de la Universidad Nacional Autoacutenoma de Meacutexico (UNAM) la maestra en
ciencias Patricia Miranda Castro estudia desde hace siete antildeos la quitina y su principal
derivado el quitosaacuten En el Laboratorio de Biotecnologiacutea de la Facultad de Estudios
Superiores Cuautitlaacuten (FES-C) esta quiacutemica farmacobioacuteloga ha logrado una metodologiacutea
24
propia para extraer la quitina y el quitosaacuten del camaroacuten utilizando caparazones y cabezas de
los crustaacuteceos que para la industria pesquera son desechos
Meacutexico es el seacuteptimo productor de camaroacuten en el mundo asiacute que muchas toneladas de
cabezas del crustaacuteceo regresan al mar cada antildeo y grandes cantidades de caparazones se t iran
diacutea a diacutea en las marisqueriacuteas de todo el paiacutes Nos parece interesante sumarnos a un proceso en
donde la sustancia que buscamos estaacute en lo que otros consideran basura explica la maestra
Miranda quien en su laboratorio ha ensayado durante varios antildeos una forma eficiente para
obtener la quitina
La patente de esta metodologiacutea para la extraccioacuten obtencioacuten y purificacioacuten de la quitina y el
quitosaacuten estaacute en traacutemite ante el Instituto Mexicano de Propiedad Industrial y de otorgarse la
UNAM podraacute realizar transferencias tecnoloacutegicas con este producto de origen natural
De la marisqueriacutea al laboratorio
La quitina es un poliacutemero es decir una moleacutecula de gran tamantildeo constituida esencialmente de
azuacutecares (es un polisacaacuterido) y oxiacutegeno Sus moleacuteculas son fibrosas y logran un material de
gran resistencia quiacutemica y mecaacutenica
Las caracteriacutesticas maacutes uacutetiles para la industria estaacuten en el quitosaacuten un derivado de la quitina
Asiacute que lo primero que hicimos fue conseguir en las marisqueriacuteas caparazones de diversos
animales estudiar en donde existe la sustancia en mayor cantidad y desarrollar un meacutetodo
propio para extraer la quitina y transformarla en quitosaacuten Encontramos que los caparazones
de jaibas y langostas tienen maacutes calcio y menos quitina mientras que las de camaroacuten maacutes
blandas contienen mayor cantidad de la sustancia explica la especialista
Ya en el laboratorio los caparazones se limpian se muelen hasta pulverizarse y se someten a
un proceso de hidroacutelisis aacutecida utilizando aacutecido clorhiacutedrico el cual convierte a los carbonatos
en cloruros y solubiliza los minerales baacutesicamente el calcio
Ya desmineralizado se aplica una hidroacutelisis alcalina pues el aacutelcali que se usa rompe la
estructura de la matriz y hace solubles las proteiacutenas las cuales arrastran consigo grasas y
pigmentos componentes todos que constituyen el caparazoacuten Los pigmentos ya separados (de
colores rosa y anaranjado) son un subproducto del proceso que pueden utilizarse para
alimentar flamingos y salmones especies a las que les ayuda a mantener su color
caracteriacutestico
Despueacutes de ambas etapas se obtiene la quitina en polvo que no es soluble en agua lo que lo
hace poco praacutectica para su aplicacioacuten Asiacute que se somete a un proceso llamado desacetilar
que significa quitar de la sustancia una parte de su estructura el grupo acetilo Con esto se
obtiene como derivado el quitosaacuten presente en el 70 por ciento de la quitosina pero ahora ya
aislado y purificadoEsta metodologiacutea es una innovacioacuten tecnoloacutegica de la maestra Patricia
Miranda Castro
Las cualidades del quitosaacuten
25
El quitosaacuten es soluble en agua acidificada Esta solubilidad y su viscosidad (que puede hacerse
maacutes espesa o maacutes ligera seguacuten se requiera) son caracteriacutesticas que lo hacen aplicable a usos
variados asiacute como su accioacuten de imaacuten bioquiacutemico capaz de detectar sustancias nocivas Por
ejemplo en el estoacutemago humano atrapa grasas como el colesterol y los trigliceacuteridos a los que
conduce por el intestino capturados hasta evacuarlos Asiacute que una aplicacioacuten farmaceacuteutica lo
utiliza como regulador del peso corporal mientras que tambieacuten sirve como regulador de la
presioacuten arterial consecuente a la disminucioacuten de grasas
En la industria de alimentos este derivado de la quitosina se utiliza para dar consistencia y
viscosidad a los aderezos para ensaladas y mayonesas mientras que en las frutas y verduras
frescas sirve como un protector antimicrobiano
Otras aplicaciones estaacuten en la industria de los cosmeacuteticos en donde el quitosaacuten se introduce en
cremas humectantes pues es una moleacutecula que absorbe el agua Algunos fabricantes de
shampoo lo utilizan como ingrediente ya que desarrolla una peliacutecula que da proteccioacuten y
brillo al cabello
En la industria papelera donde el principal insumo es la celulosa el quitosaacuten sirve para fijar y
dar resistencia al papel mientras que una de sus maacutes prometedoras aplicaciones podriacutea ser
como plaacutestico biodegradable sustituyendo al plaacutestico tradicional derivado del petroacuteleo uno de
los materiales maacutes utilizados en el mundo y maacutes difiacuteciles de degradarse lo que genera mucha
contaminacioacuten
Como material plaacutestico alternativo el quitosaacuten ya ha sido sometido a pruebas en el
Laboratorio de Biotecnologiacutea de la maestra Patricia Miranda Castro quien desarrolloacute una
especie de celofaacuten a partir de esta sustancia natural una envoltura que incluso podriacutea
comerse finaliza la especialista universitaria
e Outros polissacariacutedios estruturais e de reserva
Entre os principais polissacariacutedeos de reserva em plantas estatildeo o amido os frutanos e os
polissacariacutedeos de reserva de parede celular (PRPC)
Como compostos de reserva o amido e os frutanos possuem as vantagens de serem formados
por glucose e frutose respectivamente Esses accediluacutecares satildeo prontamente utilizados pelo
metabolismo de geraccedilatildeo de energia e tambeacutem fornecem carbono para a biossiacutentese da maioria
das biomoleacuteculas presentes em ceacutelulas vegetais
Cada um dos principais polissacariacutedeos de reserva apresenta caracteriacutesticas que fazem com
que eles sejam mais convenientes para o metabolismo em certas situaccedilotildees Uma dessas
caracteriacutesticas eacute o fato que nenhum deles possui radicais livres Esta eacute uma vantagem quando
comparada ao acuacutemulo de monossacariacutedeos uma vez que a presenccedila de tais compostos
26
poderia levar agrave glicosilaccedilatildeo inespeciacutefica de elementos celulares Outra vantagem eacute a relativa
inatividade osmoacutetica dos poliacutemeros
A tabela a seguir resume as principais caracteriacutesticas dos trecircs tipos de grupos mais
importantes de polissacariacutedeos de reserva de plantas Estas evidenciam diferentes funccedilotildees
considerando como eles satildeo degradados e seus locais de deposiccedilatildeo na ceacutelula e na planta
Composto de
reserva
Biossiacutentese Mobilizaccedilatildeo Localizaccedilatildeo
celular
Localizaccedilatildeo na planta
Amido A partir de ADP-
glucose
Hidroacutelise por
fosforilaccedilatildeo
Plastiacutedeos e
gracircnulos no
citossol
Sementes caule
folhas frutos e oacutergatildeos
Frutanos A partir de
sacarose por
transglicosilaccedilatildeo
Hidroacutelise Vacuacuteolos e
fluido
apoplaacutestico
Folhas raiacutezes caules e
oacutergatildeos subterracircneos
PRPC A partir de
UDPGDP accediluacutecares
no complexo de
Golgi
Hidroacutelise e
transglicosila
ccedilatildeo
Parede celular Sementes e oacutergatildeos
subterracircneos
Dextrana ndash polissacariacutedios elaborado pelo Leuconostoc mesenteroides a partir de sacarose
Causa viscosidade no caldo de cana bem como diminui o rendimento da cristalizaccedilatildeo da
sacarose
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POLISSACARIacuteDEOS DE PAREDE CELULAR (PRPC)
Os polissacariacutedeos de reserva de parede celular (PRPC) satildeo relativamente inertes no que concerne agrave sua reatividade quiacutemica e apresentam diferentes graus de solubilidade em aacutegua Essas caracteriacutesticas conferem alta compactaccedilatildeo e baixa reatividade e tornam possiacutevel a existencia de um compartimento celular ( a parede celular) que permite o fluxo de aacutegua com um grau de liberdade consideraacutevel
O custo para produzir tais poliacutemeros eacute alto pois tais compostos necessitam de um complexo sistema de biossiacutentese secreccedilatildeo e montagem no meio extracelular A biossiacutentese dos polissacariacutedeos de parede celular requer nucleotiacutedeo-accediluacutecares como doadores de monossacariacutedeos Na tabela a seguir estatildeo relacionados alguns dos polissacariacutedeos de parede e seus respectivos nucleotiacutedeo-accediluacutecares doadores
Polissacariacutedeos Nucleotiacutedeos-accediluacutecares
Celulose UDP-glucose Calose UDP-glucose Glucanos de cadeia mista UDP-glucose Xiloglucano UDP-glucose UDP-galactose UDP-
xilose e GDP-fucose Galactomanano GDP-manose UDP-galactose Glucoronoarabinoxilanos UDP-arabinose UDP-xilose UDP-aacutedico
galacturocircnico Ramnogalacturonano GDP-ramnose UDP-aacutedico galacturocircnico
FRUTANOS
Os frutanos encontram-se entre os carboidratos alternativos de reserva mais amplamente distribuiacutedos entre as plantas superiores sendo encontrados em aproximadamente 15 das angiospermas A presenccedila de frutanos em Asteraceae foi amplamente documentada para a flora de regiotildees temperadas e para a flora tropical e subtropical em regiatildeo restrita do cerrado brasileiro A maioria das espeacutecies ricas em frutanos encontra-se fora da regiatildeo tropical sendo mais abundantes em aacutereas onde o crescimento eacute sazonal Vaacuterios autores sugerem que o acuacutemulo de altas concentraccedilotildees de frutanos e de accediluacutecares soluacuteveis pode contribuir para o aumento do potencial osmoacutetico das ceacutelulas e por conseguinte promover toleracircncia agrave seca e ao congelamento Os frutanos satildeo acumulados em oacutergatildeos fotossintetizantes como folhas e caules em oacutergatildeos subterracircneos de reserva como raiacutezes tuberosas tubeacuterculos e bulbos e em inflorescecircncia e sementes Nas ceacutelulas os frutanos e as enzimas envolvidas em seu
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metabolismo satildeo encontrados nos vacuacuteolos embora recentemente sua presenccedila e a da enzima frutaexohidrolase tenham sido detectadas no fluido apoplaacutestico
Frutanos consistem de seacuteries homoacutelogas de oligo e polissacariacutedeos natildeo redutores onde cada membro da seacuterie conteacutem um resiacuteduo a mais de frutose do que o membro anterior Esses poliacutemeros de D - frutose carregam um resiacuteduo de D - glucose
geralmente localizado na extremidade da cadeia unido por uma ligaccedilatildeo do tipo 12 como na sacarose sendo assim o frutano mais simples eacute um monofrutosil sacarose um trissacariacutedeo O trissacariacutedeo que daacute origem agrave seacuterie da inulina a 1- cestose ou 1-
cestotriose (1 - F - frutosil sacarose -glu-12--fru-12-fru) foi o primeiro a ser caracterizado por Bell e colaboradores (Pollock et al 1996 e referecircncias ali contidas) A 1-cestose eacute encontrada em todas as espeacutecies que acumulam frutanos mesmo naquelas onde a seacuterie predominante apresenta outro tipo de ligaccedilatildeo entre os resiacuteduos de frutose Cinco classes estruturais de frutanos foram identificadas (figura 11) a)
frutano baseado em 1-cestose com ligaccedilotildees - 21 (inulina) encontrado principalmente em Asterales (ex tubeacuterculos de Helianthus tuberosus) b) frutano
baseado em 6-cestose com ligaccedilotildees - 26 (levano) caracteriacutestico de Poales (ex folhas de Phleum pratense) c) frutano com ligaccedilotildees mistas e ramificados com glucose na extremidade da cadeia tambeacutem encontrado em Poales ( ex Triticum) d) frutano
baseado em neocestose com ligaccedilotildees - 21 encontrado em Liliaceae ( ex Asparagus
) e e) frutano baseado em neocestose com ligaccedilotildees -26 presente em alguns membros de Poales ( ex Avena )
Pectinas A pectina eacute o maior constituinte da parede celular primaacuteria e tambeacutem estaacute presente na lamela meacutedia entra as ceacutelulas de todos os tipos Contecircm uma alta concentraccedilatildeo de resiacuteduos de aacutecido D- -4) Dentre as pectinas encontrados Homogalacturonanos que apresentam predominante ou exclusivamente esta
estrutura (aacutecido galacturocircnico e resiacuteduos metilgalacturonados) como mostrado na figura 15
ramnogalactoruronanos conteacutem resiacuteduos de L-ramnose Neste caso o aacutecido galacturocircnico se li -2) e a ramnose ao outro resiacuteduo
-4) Os resiacuteduos de ramnose servem como pontos de ancoragem para cadeias laterais se unirem ramificando o poliacutemero
(figura 16) Galactanos Existem dois t -13-
-14 e o outro mais frequente eacute composto (figura 17) -14 com ramificaccedilotildees de L-arabinofuranose a cada 16-21 resiacuteduos
da cadeia principal Apoacutes a germinaccedilatildeo maior parte da galactose e arabinose eacute
29
removida da parede deixando um material residual enriquecido em ramnose aacutecido urocircnico e glucose Matheson e Saini (1977) reportaram a presenccedila de duas
- -galactosidases em cotilecircdones de Lupinus luteus estas enzimas aumentaram apoacutes a germinaccedilatildeo e os autores levantaram a possibilidade do galactano estar envolvido no controle da expansatildeo celular aleacutem de ser um polissacariacutedeo de reserva
Hemicelulose Alguns autores consideram hemicelulose o material extraiacutedo da parede por extraccedilatildeo alcalina Para outros trata-se de um poliacutemero da parede celular com um tipo particular de estrutura molecular e com provaacutevel funccedilatildeo de mobilidade Dentre as hemiceluloses encontramos
Galactoglucomananos (figura 18) moleacutecula linear cadeia cam resiacuteduos de D-glucopiranose e D- -4) Difere da celulose pela presenccedila dos resiacuteduos de manose A razatildeo manosilglucosil eacute geralmente 3 A cadeia de glucomanano apresenta curtas ramificaccedilotildees resiacuteduos de D-
-6) aos resiacuteduos de manose Arabino-4-O-metilglucuronoxilano poliacutemero linear de D-xilose unidos por
-4) com cadeias laterais de dois tipos resiacuteduos de 4-O-metil D-glucurocircnico unidos agrave xilose po -2) ou resiacuteduos de L-arabinose unidos
-3) () 4-O-metilglucuronoxilano cadeia de resiacuteduos de D-xilopiranose unidos por
-4) e substituiacutedo por resiacuteduos de 4-O-metil-D-glucurocircnico unidos por ligaccedilatildeo -2) na cadeia de xilose
Glucomananos semelhantes agrave estrutura de galactoglucomananos com a glucose e -4)
Xilanos de parede secundaacuteria de gramiacuteneas () aparece grande variedade de cadeias laterais curtas1-4) D-xilano) incluindo
L-arabinofuranose no carbono 2 ou 3 da xilose - D -glucosano e -O-metil-D-glucuronopiranose no carbono 2 da xilose
cadeias laterais mais complexa contendo galactose e xilose Glucanos de cadeias mistas (1-3) e (1-4) -D-14-glucano
-16 por resiacuteduos de D- -D-galactopiranosiacutedeos-(12)-D-xilopiranosiacutedeos (figura 22) Exceto pela ausecircncia de terminais fucosil -L- -D-galactosiacutedeos existe uma grande semelhanccedila entre xiloglucanos de reserva (em sementes) e xiloglucanos estruturais de paredes primaacuterias Teriam funccedilotildees no controle da embebiccedilatildeo de aacutegua e xeroproteccedilatildeo Foi proposta uma nomenclatura para os blocos estruturais de xiloglucano com base na cadeia principal Glucoses natildeo substituiacutedas satildeo
30
denominadas G glucoses ramificadas com xilose satildeo denominadas X e se a galactose estaacute ligada agrave xilose o trissacariacutedeo eacute denominado L As proporccedilotildees entre estas unidades demonstraram a existecircncia de estruturas finas (distribuiccedilatildeo das ramificaccedilotildees de galactose) especiacuteficas entre as diferentes espeacutecies e entre populaccedilotildees de mesma espeacutecie crescidas em diferentes ambientes Apesar das diferenccedilas em estrutura fina todos os xiloglucanos de sementes examinados apresentam proporccedilatildeo de monossacariacutedeos muito proacutexima preservando desse modo o total de ramificaccedilotildees com galactose de forma independente da sua distribuiccedilatildeo Jaacute foram isoladas as quatro principais enzimas responsaacuteveis pela degradaccedilatildeo de xiloglucano em Tropaeolum majus sendo uma endo- -14-glucanase especiacutefica para xiloglucano ou xiloglucano endo-transglicosilase (XET)
- -xilosidase ou oligoxiloglucano exo-hidrolase especiacutefica para oligossacariacutedeos de
-glucosidase No modelo proposto por Crombie et al (1998) as quatro enzimas atacam o poliacutemero de um modo sincronizado produzindo galactose glucose e xilose livres Embora nenhuma evidecircncia direta indique ainda que os xiloglucanos de sementes tenham dupla funccedilatildeo esta proposiccedilatildeo pode ser feita com base no fato de que os xiloglucanos possuem propriedades hidrodinacircmicas muito semelhantes agraves encontradas em galactomananos isto eacute os xiloglucanos teriam funccedilotildees no controle da embebiccedilatildeo de aacutegua e xeroproteccedilatildeo Eacute interessante observar que as relaccedilotildees entre estrutura e funccedilatildeo em xiloglucano estatildeo nas mudanccedilas de estrutura fina que satildeo tambeacutem relacionadas com o posicionamento das galactoses na moleacutecula
O grau de ramificaccedilatildeo dos mananos define suas relaccedilotildees estrutura-funccedilatildeo Quanto menos ramificado maior a indicaccedilatildeo de que a funccedilatildeo bioloacutegica estaacute relacionada com a dureza e a proteccedilatildeo do embriatildeo Por outro lado quanto maior o grau de ramificaccedilatildeo mais soluacutevel o polissacariacutedeo e maior a participaccedilatildeo deste em funccedilotildees como as relaccedilotildees hiacutedricas
Mananos e galactomanos satildeo moleacuteculas multifuncionais desempenhando suas funccedilotildees durante fases distintas do crescimento e desenvolvimento das plantas
Mananos puros satildeo artificialmente definidos como contendo mais de 90 de
natildeo o restante estar ramificado com galactose Satildeo estruturalmente relacionados aos galactomananos apenas apresentando um grau menor de ramificaccedilatildeo com galactose Abaixo de 10 de ramificaccedilotildees os mananos tornam-se insoluacuteveis e precipitam rapidamente em soluccedilatildeo aquosa Assim os mananos satildeo estruturalmente relacionados aos galactomananos apenas apresentando um grau menor de ramificaccedilatildeo com galactose Os mananos portanto apresentam alto grau de interatividade intermolecular formando cristais na parede celular o que
31
confere dureza e diminui sua solubilidade Satildeo encontrados em endospermas de sementes de espeacutecies como Phoenix dactylifera Phytelephas macrocarpa e Coffea arabica Aparentemente tem outras funccedilotildees aleacutem de reserva eles conferem dureza agraves sementes que os acumulam e isso pode ser associado com um sistema de proteccedilatildeo do embriatildeo contra danos mecacircnicos Sendo assim os mananos exerceriam as funccedilotildees de constritor e protetor mecacircnico do embriatildeo e tambeacutem de polissacariacutedeos de reserva
Galactomananos satildeo compostos por uma cadeia linear de resiacuteduos de manose -14 agrave qual resiacuteduos de galactose estatildeo unidos
em endospermas de sementes de leguminosas A razatildeo manosegalactose e a distribuiccedilatildeo dos resiacuteduos de galactose ao longo da cadeia de manose variam de espeacutecie para espeacutecie sendo importante para estudos quimiotaxonomicos e evolutivos As trecircs famiacutelias de Leguminosae podem ser distinguidas utilizando-se este paracircmetro A mobilizaccedilatildeo de galactomananos foi estudada em leguminosas
-galactosidase endo- --manosidase) confirmando que a mobilizaccedilatildeo do galactomanano
ocorre atraveacutes da hidroacutelise Em todos os casos estudados o polissacariacutedeo eacute desmontado ateacute seus monossacariacutedeos constituintes (manose e galactose) ao mesmo tempo em que haacute produccedilatildeo de sacarose Aleacutem do papel de reserva o galactomanano influencia no fluxo de aacutegua devido a sua maior solubilidade nos primeiros estaacutegios da germinaccedilatildeo Este polissacariacutedeo absorve grande quantidade de aacutegua e redistribui ao redor do embriatildeo O endosperma embebido protege o embriatildeo contra perda de aacutegua atraveacutes de um efeito conhecido como ldquotampatildeo de aacuteguardquo durante periacuteodos de seca poacutes-embebiccedilatildeo
5 FATORES ANTINUTRITIVOS DE NATUREZA GLUCIacuteDICA
a Linamarina carboidratos cianogecircnio encontrado em certas variedades
Mecanismo de detoxicaccedilatildeo da planta
CN + S2O3 = SCN
+ SO3 =
O tiocianato (SCNmacr) impede a captaccedilatildeo de iodo pela tireoacuteide causando o boacutecio
A intoxicaccedilatildeo crocircnica com cianeto (CNmacr) acarreta a Neuropatia Tropical que se caracteriza
por alteraccedilatildeo irreversiacuteveis das ceacutelulas nervosas provocando falta de coordenaccedilatildeo dos
movimentos e uma apatia generalizada A ocorrecircncia de boacutecio no litoral nordeste brasileiro
pode ser atribuiacutedo ao elevado consumo de produtos de mandioca
b Fatores causadores de flatulecircncia Muitos legumes ( feijatildeo soja etc ) apresenta os
oligossacariacutedios rafinose estaquiose e verbascose que escapam aacute digestatildeo por natildeo
32
termos a enzima galactosidase natildeo sendo pois absorvidos ao niacutevel do intestino
delgado As bacteacuterias do intestino grosso metabolizam esses accedilucares produzindo CO2
H2e abaixando o ph Satildeo pois responsaacuteveis pela flatulecircncia quando daacute ingestatildeo de
legumes
c Glucosinolatos Substacircncias encontradas nas cruciacuteferas especialmente do gecircnero
Brassica que diminuem o valor bioloacutegico dos alimentos Manifestam atividades
bociacutegena acarretando hipertrofia das tireoacuteides Satildeo comumente encontradas em couve
repolho nabo mostarda colza etc
El potencial terapeacuteutico de algunas verduras
Por el Dr Heacutector E Soloacuterzano del Riacuteo
Coordinador de Medicina Ortomolecular del Centro de Estudios de Medicina
Integradora de la Universidad Autoacutenoma de Guadalajara y Presidente de la Sociedad
Meacutedica de Investigaciones Enzimaacuteticas AC
El indol-3-carbinol es un producto derivado de la glucobrasicina glucosinolato tambieacuten
conocido como indol-3-glucosinolato Los glucosinolatos se encuentran principalmente en los
vegetales cruciacuteferos (broacutecoli col col de Bruselas coliflor col rizada nabos etc)
Entre las recomendaciones que se dan para seguir una buena dieta estaacute el consumir
diariamente 5 raciones de verduras frescas y 5 raciones de frutas frescas
En un antiguo tratado Romano de medicina se afirma que si aparece una uacutelcera cancerosa en
las mamas apliacutequese una hoja de col machacada y se pondraacute bien Con el machacar una hoja
de col el indol-3-glucosinolato se convertiriacutea en indol-3-carbinol entre otras reacciones
(Albert-Puleo M Physiological effects of cabbage with reference to its potential as a dietary
cancer-inhibitor and its use in ancient medicine J Ethnopharm 1983 9261-272)
El propio I-3-C no es activo Cuando el I-3-C entra en contacto con el aacutecido gaacutestrico se
convierte en sus metabolitos activos el diindoilmetano y el indoilcarbazol Por eso el I-3-C
administrado parenteralmente no produce metabolitos activos
En la actualidad sabemos que el I-3-C puede modular el metabolismo de los estroacutegenos
Tambieacuten puede tener efectos anti-aterogeacutenicos antioxidantes y anticanceriacutegenos
El I-3-C puede estimular a las enzimas naturales desintoxicantes de nuestro cuerpo
Se ha demostrado que los metabolitos estrogeacutenicos 16 alfa-hidroxiestrona y 4-hidroxiestrona
son canceriacutegenos y se cree que son responsables los posibles efectos canceriacutegenos del
estroacutegeno Por otro lado se ha descubierto que el metabolito estrogeacutenico 2-hidroxiestrona es
protectora contra varios tipos de caacutencer incluyendo el caacutencer de mamaacute Se ha demostrado que
el I-3-C aumenta la relacioacuten de 2-hidroxiestrona a 16 alfa-hidroxiestrona y tambieacuten inhibe la
4-hidroxilacioacuten del estradiol (Bailey GS Hendricks JD Shelton DW et a Enhancement of
33
carcinogenesis by the natural anti-carcinogen indole-3-carbinol J Natl Cancer Inst 1987
78931-934)
Algunos estudios han demostrado que el I-3-C restaura la funcioacuten del gen supresor p21
retrasa la propagacioacuten de ceacutelulas aberrantes de proacutestata y mama e induce la apoptosis de
ceacutelulas aberrantes
Como ya lo mencioneacute arriba el I-3-C induce la siacutentesis de 2-hidroxiestrona Se he descubierto
que la 2-hidroxiestrona inhibe la oxidacioacuten de la lipoproteiacutena de baja densidad Esto nos indica
que el I-3-C tiene un efecto antioxidante indirecto Parece que la 2-hidroxiestrona tambieacuten
tiene la capacidad de inhibir la proliferacioacuten del muacutesculo liso La inhibicioacuten de la proliferacioacuten
de muacutesculo liso y la inhibicioacuten de la oxidacioacuten de LDL son importantes para los efectos anti-
aterogeacutenicos del I-3-C
Algunas de nuestras investigaciones nos han demostrado que el I-3-C puede ser uacutetil para
inhibir la formacioacuten de quistes de papilomatosis causados por el virus del papiloma humano
incluyendo en la boca los pulmones y las cuerdas vocales
Parece que el tratamiento con I-3-C durante 12 semanas causa una regresioacuten completa de la
neoplasia intraepitelial cervical en el 50 de las pacientes con estadio II-III de la NIC (Bell
MC Crwoley Nowick P Bradlow HL et al Preliminary results of the use of indole-3-carbinol
in the treatment of CIN Gynecol Oncol 2000 78123-9)
Hay un estudio que reporta por primera vez que el I-3-C ejerce efectos anticancerosos en las
ceacutelulas tumorales pancreaacuteticas in vitro Se ha demostrado que el I-3-C inhibe el crecimiento de
varias liacuteneas de ceacutelulas cancerosas ovaacutericas lo mismo que sobre el caacutencer de mama y de
proacutestata
El ensayo mencionado se enfocoacute en los efectos anticanceriacutegenos en varios biomarcadores
moleculares y celulares del caacutencer de paacutencreas Se investigaron los efectos del I-3-C sobre la
proliferacioacuten celular la apoptosis la expresioacuten de la DT-diaforasa la expresioacuten de Cox-1 y 2
la expresioacuten de NFkappaB y sus efectos sobre la invasioacuten celular tumoral
Una de las claves acerca de la causa del envejecimiento es que los animales senectos
desarrollan autoinmunidad La autoinmunidad consiste en que el cuerpo se hace aleacutergico a sus
propias ceacutelulas y empieza a destruirlas Los autoanticuerpos provocan una respuesta
inflamatoria croacutenica Cuando los autoanticuerpos atacan por ejemplo a las articulaciones se
presenta la artritis reumatoide Se conocen aproximadamente 60 enfermedades autoinmunes
Entre eacutestas encontramos a la esclerosis muacuteltiple la alopecia areata el vitiacuteligo la espondilitis
anquilosante etc
El tratamiento convencional se basa en la administracioacuten de corticoides e inmunosupresores
lo cual causa graves efectos adversos (Alving CR Swartz GM Jr Antibodies to cholesterol
cholesterol conjugates and liposomes implications for atherosclerosis and autoimmunity Crit
Rev Immunol 199110(5)441-53
Varios estudios realizados en algunas universidades en ratones autoinmunes -- los cuales
usualmente desarrollan enfermedad renal mortal autoinmune-- mostraron buenos resultados
con el I-3-C
34
El I-3-C tiene un efecto importante protector contra la autoinmunidad Las pruebas
demostraron que este complemento alimenticio redujo draacutesticamente la enfermedad renal
autoinmune Despueacutes de un antildeo todos los animales que recibieron el complemento todaviacutea
estaban vivos comparado con solamente el 30 de los controles Dos meses maacutes tarde todos
los controles habiacutean muerto mientras que muchos de los ratones que recibieron el I-3-C
sobrevivieron otros 6 meses y unos pocos sobrevivieron durante maacutes de 20 meses casi el 50
maacutes que los ratones controles
Se ha notado en forma interesante que la restriccioacuten caloacuterica podriacutea tener los mismos efectos
en los ratones autoinmunes (Ogura M Ogura H Lorenz E Ikehara S Good RA
Undernutrition without malnutrition restricts the numbers and propor tions of Ly-1 B
lymphocytes in autoimmune (MRLI and BXSB) mice Proc Soc Exp Biol Med 1990
Jan193(1)6-12) La restriccioacuten caloacuterica revierte la autoinmunidad y extiende el periacuteodo de
vida
Pues bien se cree que el I-3-C puede imitar los efectos de la restriccioacuten caloacuterica y prolongar el
periacuteodo de vida (Howitz KT Bitterman KJ Cohen HY et al Small molecule activators of
sirtuins extend Saccharomyces cerevisiae life span Nature 2003 Sep 11425 (6954)191-6
Epub 2003 Aug 24) El I-3-C y la restriccioacuten caloacuterica afectan a un proceso conocido como
metilacioacuten (Morse MA LaGreca SD Amin SG Chung FL Effects of indole-3-carbinol on
lung tumorigenesis and DNA methylation induced by 4-(methylnitrosamino)-1-(3- pyridyl)-1-
butanone (NNK) and on the metabolism and disposition of NNK in AJ mice Cancer Res
1990 May 150(9)2613-7) Puedo mencionar que la metilacioacuten es una reaccioacuten bioquiacutemica
que sucede en forma natural dentro de nuestro cuerpo Este proceso disminuye con la edad y
se altera con la autoinmunidad (Yung R Ray D Eisenbraun JK et al Unexpected effects of
heterozygous dnmt1 null mutation on age-dependent DNA hypomethylation and
autoimmunity J Gerontol A Biol Sci Med Sci 2001 Jun56(6)B268-76)
Las uacuteltimas tendencias en la investigacioacuten nutricional y oncoloacutegica estaacuten examinando coacutemo
ciertos compuestos fitoterapeacuteuticos afectan a los genes utilizando microarreglos de ADN Los
microarreglos para el I-3-C muestran que esta substancia natural ejerce un potente efecto en
los genes relacionados con el caacutencer Entre otras cosas estas substancias activan a los genes
tumorales supresores a otros genes que destruyen a las ceacutelulas cancerosas y a los genes que
nos desintoxican de agentes quiacutemicos Tambieacuten el I-3-C suprime genes que capacitan a las
ceacutelulas cancerosas a comunicarse con otras ceacutelulas Esta capacidad para entrar en las ceacutelulas
cancerosas y activar o desactivar genes es una poderosa arma contra el crecimiento del caacutencer
Esta habilidad para ejercer estos efectos sin alguna toxicidad (como lo hace el I-3-C) lo
convierte en un agente quimiopreventivo extremadamente deseable
En pocas palabras el I-3-C se usa para la prevencioacuten y tratamiento del caacutencer de mama
caacutencer de colon y otros tipos de caacutencer Tambieacuten se usa oralmente para fibromialgia
papilomatosis lariacutengea displasia cervical y en varias enfermedades autoinmunes como el
lupus eritematoso sisteacutemico Varios estudios demuestran que es uacutetil para equilibrar los niveles
hormonales desintoxicar a los intestinos y el hiacutegado y para apoyar al sistema inmunoloacutegico
35
Couve-broacutecolo - potenciais efeitos anticanceriacutegenos Ana Sofia Rodrigues (1) Eduardo Rosa (2) (1)Escola Superior Agraacuteria de Ponte de
Lima Mosteiro de Refoios 4990-706 Ponte de Lima Portugal (2) Universidade
Traacutes-os-Montes e Alto Douro Dpt Fitoteacutecnia Apartado 202 5001-911 Vila Real
Portugal
Resumo
As plantas da famiacutelia Brassicaceae incluindo a couve-broacutecolo apresentam um
grupo de compostos secundaacuterios os glucosinolatos com reconhecidas
propriedades anticanceriacutegenas especialmente os hidrolisados do glucosinolato
glucorafanina e dos glucosinolatos indoacutelicos Contudo os potenciais benefiacutecios na
sauacutede dependem das concentraccedilotildees destes compostos que por sua vez dependem
das variedades consumidas e das condiccedilotildees de crescimento da cultura
Neste estudo avaliou-se a variaccedilatildeo do teor em glucosinolatos nas inflorescecircncias
primaacuterias e secundaacuterias de onze cultivares de couve-broacutecolo em duas estaccedilotildees de
crescimento Primavera-Veratildeo e Veratildeo-Inverno Os teores em glucosinolatos
foram significativamente superiores no Veratildeo-Inverno Nesta estaccedilatildeo os teores
mais elevados ocorreram nas inflorescecircncias secundaacuterias O grupo dos
glucosinolatos indoacutelicos representou entre 19 e 77 dos totais A glucorafanina foi
o glucosinolato que surgiu em maior concentraccedilatildeo (gt500 moles100 g-1 PS) em
todas as cultivares Considerando o potencial efeito anticanceriacutegeno do
isotiocianato derivado da glucorafanina sulforafano a cultivar Shogun destaca-se
das outras por apresentar maiores teores desse glucosinolato
3- Butenilglucosinolato (GLUCONAPINA)
36
37
38
39
2- Hidroacutexi ndash3- butenil glucosinolato (PROGOITRINA)
CH2 = CH ndash CH ndash CH2 ndash NCS + HSO
4 + C6H12O6 ( - glicose)
OH
2- Hidroacutexi ndash3- butenil isotiocianato
5- Vinil oxazolidina ndash2- tiona
(5-vinil-2-tioxazolidina)
(GOITRINA)
40
Lipiacutedios
1 CONCEITO
Os lipiacutedios constituem juntamente com os carboidratos e proteiacutenas outra classe de substacircncias
consideradas como alimento Os seus representantes satildeo compostos bastante heterogecircneos das
mais variadas funccedilotildees quiacutemicas que se caracterizam pela insolubilidade em aacutegua e
solubilidade em solventes orgacircnicos (eacuteter acetona aacutelcool clorofoacutermio etc) Essa natureza
hidrofoacutebica eacute consequumlecircncia da natureza quiacutemica da moleacutecula que possui extensas cadeias de
carbono e hidrogecircnio lembrando muito os hidrocarbonetos
Satildeo considerados os mais energeacuteticos dos alimentos devido a essas cadeias hidrocarbonetadas
apresentando o aacutetomo de carbono em estaacutegio bastante reduzido isto eacute com baixo nuacutemero de
oxidaccedilatildeo devido ao baixo teor de oxigecircnio na moleacutecula
Composiccedilatildeo quiacutemica elementar () K calg________
Classe C O H N____________________
Proteiacutena 53 23 7 16 4
Carboidratos 44 49 6 _ 4
Lipiacutedios 76 11 12 _ 9___________
Constituem portanto uma excelente opccedilatildeo para a ceacutelula viva ou organismo qualquer o
armazenamento de energia quiacutemica na forma de lipiacutedios
Do ponto de vista estrutural os lipiacutedios constituem as membranas de permeabilidade
diferencial como a membrana citoplasmaacutetica e as membranas que revestem as organelas e
outras entidades de atividade bioquiacutemica especializadas (como o retiacuteculo endoplasmaacutetico o
sistema lamelar dos cloroplastos etc) Alguns representantes dessa classe ainda
desempenham funccedilotildees altamente especializadas como algumas vitaminas e a clorofila
(pigmento receptor da energia radiante no processo fotossinteacutetico)
2 CLASSIFICACcedilAtildeO
Segundo suas propriedades quiacutemicas os lipiacutedios podem ser classificados em
21 Lipiacutedios neutros gliceriacutedios monogliceriacutedios
ceras digliceriacutedios
trigliceriacutedios
22 fosfatiacutedios
23 esfingolipiacutedios
24 glicolipiacutedios
25 lipoproteiacutenas
26 terpenoacuteides carotenoacuteides
esteroacuteides
41
3 TRIGLICERIacuteDIOS
Constituem a quase totalidade da fraccedilatildeo lipiacutedios de uma dieta alimentar ou uma reaccedilatildeo
animal Eacute tambeacutem a forma pela qual os organismos animais ou vegetais armazenam parte
significativa da energia quiacutemica
Quimicamente satildeo eacutesteres do glicerol e aacutecidos graxos produtos esses que satildeo obtidos
mediante hidroacutelise dos trigliceriacutedios
As propriedades fiacutesicondashquiacutemicas os trigliceriacutedios satildeo regidas pela natureza dos aacutecidos graxos
integrantes desde que o glicerol eacute comum a todos eles
31 Hidroacutelise dos trigliceriacutedios Existem 3 modalidades de se promover a hidroacutelise dos
trigliceriacutedios
1 hidroacutelise aacutecida (reversiacutevel)
2 hidroacutelise alcalina ou reaccedilatildeo de saponificaccedilatildeo (irreversiacutevel)
3 hidroacutelise enzimaacutetica (pela accedilatildeo das liacutepases)
Da hidroacutelise alcalina resulta um sal soacutedico ou potaacutessico (conforme se use NaOH ou
KOH para a hidroacutelise) do aacutecido graxo o qual eacute denominado de sabatildeo com propriedade
detergente Para que uma substacircncia manifeste propriedade detergente a mesma deve
apresentar em sua moleacutecula uma porccedilatildeo hidrofoacutebica (apolar) e outra hidrofiacutelica (polar) Os
detergentes estabelecendo uma ponte aproximando as moleacuteculas polares (aacutegua) das
moleacuteculas apolares (gordura) promove a solubilizaccedilatildeo ou emulsificaccedilatildeo das gorduras e dos
oacuteleos
32 Aacutecidos Graxos Satildeo aacutecidos carboxiacutelicos que apresentam um radical R de natureza
graxa ou apolar R ndash COOH onde R deve se apresentar com mais de 4 aacutetomos de carbono em
estaacutegio reduzido
De um modo geral aumentando-se o nuacutemero de aacutetomos de carbono na moleacutecula
aumenta-se o ponto de fusatildeo do aacutecido graxo (ateacute 8 aacutetomos de carbono os aacutecidos carboxiacutelicos
satildeo liacutequidos com 1 e 2 aacutetomos de C satildeo volaacuteteis)
A presenccedila da dupla ligaccedilatildeo na cadeia do aacutecido graxo diminui o ponto de fusatildeo do
mesmo
42
Aacutecidos graxos Estrutura Ponto de Fusatildeo
Saturados
Laacuteurico CH3(CH2)10COOH 44deg
Miriacutestico CH3(CH2)12COOH 54deg
Palmiacutetico CH3(CH2)14COOH 63deg
Esteaacuterico CH3(CH2)16COOH 70deg
Araquiacutedico CH3(CH2)18COOH 75deg
Beecircnico CH3(CH2)20COOH 80deg
Lignoceacuterico CH3(CH2)22COOH 84deg
Natildeo-saturados
Oleacuteico CH3(CH2)7CHCH(CH2)7COOH
Vaccecircnico CH3(CH2)5CHCH(CH2)9COOH
Ricinoleico CH3(CH2)5CHOHCH2CHCH(CH2)7COOH
Linoleico CH3(CH2)4(CHCHCH2)2(CH2)6COOH
Linolecircnico CH3CH2(CHCHCH2)3(CH2)6COOH
Araquidocircnico CH3(CH2)4(CHCHCH2)4(CH2)2COOH
Pouco comuns
-alaioesteaacuterico CH3(CH2)3CHCHCHCHCHCH
Taririco (CH2)7COOH
Isacircnico CH3(CH2)10CequivC(CH2)4COOH
CH2CH(CH2)4CCCC(CH2)7COOH
CH2
Lactobacilico
Vernoacutelico
43
Os oacuteleos de origem vegetal satildeo trigliceriacutedios que apresentam elevada proporccedilatildeo de
aacutecidos graxos poliinsaturados que possuem baixo ponto de fusatildeo conferindo a esses
trigliceriacutedios o estado liacutequido aacute temperatura ambiente (20-25degC) Jaacute as gorduras de origem
animal se apresentam no estado soacutelido aacute temperatura ambiente pelo fato de haver
predominacircncia de aacutecidos graxos saturados
Uma dieta rica oacuteleos vegetais eacute aconselhaacutevel aacutes pessoas com distuacuterbios cardiovasculares
possuidoras de elevados teores de colesterol no sangue Tais problemas satildeo manifestados pela
arteriosclerose (endurecimento das arteacuterias) eou ateroesclerose (diminuiccedilatildeo da luz arterial)
Sabe-se que o colesterol no inferior da ceacutelula se encontra livre ao passo que fora dela (no
sangue por exemplo) se encontra asterificado por aacutecidos graxos Dependendo da saturaccedilatildeo do
aacutecido graxo o mesmo pode propiciar a disposiccedilatildeo do eacutester do colesterol na parede interna das
arteacuterias diminuindo a luz das mesmas causando os citados distuacuterbios cardiovasculares
Eacutester do colesterol com aacutec graxo saturado
Eacutester do colesterol com aacutecido graxo poli-insaturado
44
45
A margarina obtida pela hidrogenaccedilatildeo cataliacutetica do oacuteleos vegetais com a finalidade
de dar aos mesmos a consistecircncia soacutelida da manteiga natildeo se constitui num
substituto adequado desta quando se pretende evitar os inconvenientes da gordura
animal Isto porque a caracteriacutestica desejaacutevel dos oacuteleos vegetais (presenccedila de
aacutecidos graxos poliinsaturados) eacute alterada quando se efetua a hidrogenaccedilatildeo dos
mesmos para se obter um produto de maior ponto de fusatildeo
4 CEcircRAS
Quimicamente satildeo eacutesteres de aacutecidos graxos de cadeia longa com alcoois monohidroxilados
tambeacutem de cadeia longa (16 a 36 aacutetomos de carbono)
A cecircra de abelha (palmitado de miricila)
B cecircra de carnaacuteuba (cerotato de miricila)
Devido aacute natureza das cadeias tanto do aacutecido graxo como do aacutelcool tais compostos
satildeo bastante hidrofoacutebicos altamente insoluacuteveis em aacutegua razatildeo pela qual plantas e
animais optaram por uma camada cerosa para proteccedilatildeo e impermeabilizaccedilatildeo
Assim certas plantas apresentam uma camada de cecircra (cutiacutecula) para proteccedilatildeo da
epiderme aves aquaacuteticas efetuam a impermeabilizaccedilatildeo das penas com auxiacutelio de
mateacuteria cerosa das glacircndulas cericiacutegenas
5 FOSFATIacuteDIOS
Satildeo derivados do aacutecido fosfatiacutedico Um representante desse grupo eacute a lecitina que estaacute
associada aacutes membranas de permeabilidade diferencial com funccedilatildeo ainda pouco conhecida
talvez regendo o transporte de substacircncias atraveacutes dessas membranas
46
6 GLICOLIPIacuteDIOS
Citamos os galactolipiacutedios e sulfolipiacutedios encontrados no tecido fotossintetizador das plantas
Suas funccedilotildees natildeo satildeo bem conhecidas
7 LIPOPROTEIacuteNAS
Satildeo associaccedilotildees entre proteiacutenas e lipiacutedios especialmente fosfolipiacutedios que se arranjam
segundo a polaridade das moleacuteculas sem envolvimento de ligaccedilatildeo covalentes As membranas
de permeabilidade diferencial (citoplasmaacutetica e aquelas que revestem as organelas celulares
bem como o retiacuteculo endoplasmaacutetico e o sistema lamelar dos cloroplastos) satildeo constituiacutedos de
lipoproteiacutenas
8 TERPENOacuteIDES CAROTENOacuteIDES E OUTROS COMPOSTOS DE NATUREZA
LIPIacuteDICA
Como os lipiacutedios congregam compostos da mais variada natureza quiacutemica encontramos
representantes desempenhando funccedilotildees altamente especializadas aleacutem daquelas jaacute
mencionadas (funccedilotildees energeacutetica e estrutural)
Assim algumas vitaminas bem como pigmentos receptores de energia radiante no processo
fotossinteacutetico satildeo exemplo de lipiacutedios desempenhando outras funccedilotildees
AMINOACIDOS E PROTEINAS
AMINOAacuteCIDOS
1 CONCEITO
Como o nome indica os aminoaacutecidos satildeo compostos que carregam em suas moleacuteculas um
grupo amino (de caraacuteter baacutesico) e um grupo carboxiacutelico (de caraacuteter aacutecido) Satildeo eles as
entidades que constituem as proteiacutenas e o conhecimento de suas estruturas se reveste de um
particular interesse pelas propriedades que conferem aacute moleacutecula proteacuteica que integram
47
Ademais os aminoaacutecidos desempenham outras funccedilotildees especiacuteficas quer participando de
processos bioloacutegicos (ciclo da ureacuteia por exemplo) ou se constituindo em substrato para muitos
constituintes celulares
Os aminoaacutecidos encontrados normalmente nas proteiacutenas satildeo identificados com sendo - L-
aminoaacutecido Alfa () porque o grupo amino (-NH2) se prende ao carbono de posiccedilatildeo
adjacente aacute carboxila (-COOH) e L devido a configuraccedilatildeo do grupo amino tendo como
referecircncia o D-gliceraldeido
2 TITULACcedilAtildeO DE AMINOAacuteCIDOS E EVIDEcircNCIA DE SEU CARAacuteTER IOcircNICO
Os aminoaacutecidos via de regra satildeo soluacuteveis em aacutegua e insoluacuteveis em solventes orgacircnicos
(clorofoacutermio acetona eacuteter aacutelcool etc) Tal propriedade natildeo coaduna com a estrutura geral
formulada (R-CHNH2-COOH) Como sabe os aacutecidos carboxiacutelicos e as aminas orgacircnicas satildeo
pouco ou quase insoluacuteveis em aacutegua especialmente os compostos de cadeia alifaacutetica ou
aromaacutetica com diversos aacutetomos de carbono Outra propriedade fiacutesica interessante eacute o alto
ponto fusatildeo dos aminoaacutecidos em situaccedilatildeo oposta aos aacutecidos carboxiacutelicos e aminas que
apresentam baixo ponto de fusatildeo e bem definido
A real estrutura dos aminoaacutecidos pode ser visualizada em soluccedilatildeo considerando o seu
comportamento como eletroacutelito Assim um aminoaacutecido pelo fato de conter um grupo
carboxiacutelico e um grupo amino pode reagir tanto como uma base como um aacutecido sendo
considerado uma substacircncia anfoacutetera Se o amino aacutecido estiver dissolvido em um meio aacutecido
ele se torna carregado positivamente (migra para o caacutetodo num campo eletroforeacutetico) e se o
meio for alcalino ele se torna carregado negativamente
Para se melhor compreender o caraacuteter iocircnico dos aminoaacutecidos eacute inicialmente necessaacuterio
conhecer algumas caracteriacutesticas dos diversos grupos ionizaacuteveis Para tal estudaremos as
ionizaccedilotildees da carboxila de um aacutecido e do grupo amino de uma amina orgacircnica
21 Titulaccedilatildeo da carboxila de um aacutecido (aceacutetico) O aacutecido aceacutetico se ioniza liberando
proacuteton (H+) conforme a equaccedilatildeo
A constante de dissociaccedilatildeo (K) do aacutecido aceacutetico eacute
Para esse valor de K podemos afirmar que o aacutecido aceacutetico eacute um aacutecido fraco pois apenas uma
pequena fraccedilatildeo das moleacuteculas eacute que se ionizam proacuteton
48
Aplicando-se logariacutetimos
Quando o ph do meio for numericamente igual ao ph
Teremos
Portanto
Isto eacute as concentraccedilotildees das formas protonizada e desprotonizada se equivalem
Podemos concluir portanto que o ph de um grupo ionizaacutevel corresponde a um valor de ph no
qual coexistem as formas protonizada e desprotonizada em idecircnticas concentraccedilotildees Em outras
palavras eacute o ph que corresponde aacute semi-titulaccedilatildeo ou semi-neutralizaccedilatildeo do referido grupo
ionizaacutevel
Curva de titulaccedilatildeo do aacutecido aceacutetico
22 Titulaccedilatildeo do Grupo Amino (-NH2)
Seja a amina metilina que pode ceder proacuteton conforme a equaccedilatildeo
49
Curva de Titulaccedilatildeo da Metilamina
23 Titulaccedilatildeo de um amino aacutecido neutro (alamina)
Formas Iocircnicas
Carga eletroforeacutetica +1
Curva de titulaccedilatildeo da alamina
Problema Quais as formas iocircnicas existentes bem como as proporccedilotildees das mesmas para
alamina no pH fisioloacutegico (70)
Resposta a forma iocircnica da alamina mais abundante no pH fisioloacutegico (70) eacute a forma
=99 81 desprovida de carga eletroforeacutetica
24 Titulaccedilatildeo de um minoaacutecido dicarboxiacutelico aacutecido aspaacutertico
50
Curva de Titulaccedilatildeo do Aacutecido Aspaacutertico
3 Curva de titulaccedilatildeo obtida quendo 20 ml de aacutecido aspaacutertico HCI01M satildeo titulados com
NaOH01M
Problema Calcular as proporccedilotildees das formas iocircnicas do aacutecido aspaacutertico existentes no pH
fisioloacutegico (Ph=70)
PH=Pk+log R
PH=70
PK=pK3=98 (o mais proacuteximo de 70) do grupo -amino
R= cone da forma protonizada em relaccedilatildeo ao grupo amino= IV
coc da forma protonizada em relaccedilatildeo ao grupo amino III
Substituindo
7 = 98 +log IV
III
7 = 98 + log R
log R = 7-98 = -28
log 1 = 28
R
1 =629 ou R = _1_ =
R 629
R = __1_ = IV
51
629 III
III = 629 IV
III + IV = 100 (1)
substituindo o valor de III em (1) temos
629 IV ldquo+ IV = 100
630 IV = 100
IV = _100_ = 016
630
[III] = 629 X 016 (01587301)
[III] = 9984
Resposta A forma mais abundante (9984) eacute a forma III carregada negativamente
25 Titulaccedilatildeo de um aminoaacutecido baacutesico (lisina)
Problema Qual eacute e em que proporccedilatildeo se apresenta a forma iocircnica mais abundante do
aminoaacutecido lisina no pH fisioloacutegico (70)
PH = pK + log R
PH = 70
PK = Pk2 = 90 ( o mais proacuteximo de 70 corresponde ao grupo -amino)
R = conc da forma desprotonizada em relaccedilatildeo ao grupo -amino = [III]
conc da forma protonizada em relaccedilatildeo ao grupo -amino [II]
Substituindo
52
70 = 90 + log R
log R=70 ndash 90 = -20
log 1 = 2
R
1= 100 ou R = _1__
R 100
Portanto R = __1__ = _[III]_ ou
100 [II]
[II] =100 [III]
[II] + [III] = 100 (1)
Substituindo o valor de [II] em (1)
100 [III] + [III] = 100
101 [III] = 100[III] = _100_ = 099
101
Logo [II] = 100 X 099 = 99
Resposta A forma iocircnica mais abundante eacute a forma II na proporccedilatildeo de 99
Resumindo o que se observou para os 3 aminoaacutecidos temos
Aminoaacutecido pI forma iocircnica predominante no pH fisioloacutegico (70)
Neutro 7 sem carga eletroforeacutetica
Aacutecido lt 7 carregado negativamente
Baacutesico gt 7 carregado positivamente
4 CLASSIFICACcedilAtildeO DOS AMINOAacuteCIDOS
Os aminoaacutecidos satildeo classificados segundo a natureza do radical R vaacuterios criteacuterios de
classificaccedilatildeo podem ser adotados Assim quanto aacute estrutura do radical R eles podem ser
classificados em
a aminoaacutecidos alifaacuteticos
b aminoaacutecidos aromaacuteticos
c aminoaacutecidos heterociacuteclicos
53
Mais significativa entretanto eacute a classificaccedilatildeo baseada na polaridade do radical R uma vez
que ela enfatiza o papel funcional que cada aminoaacutecido desempenha na proteiacutenaAssim os 20
aminoaacutecidos comumente encontrados nas proteiacutenas satildeo classificados em
31 Aminoaacutecidos com Radical R natildeo Polar ou Hidrofoacutebico
32 Aminoaacutecidos com Radical R Polar sem Carga no pH Fisioloacutegico
A maioria desses aminoaacutecidos tem um radical polar que pode participar de pontes de
hidrogecircnio alguns possuem o grupo hidroxila (-OH) outros a sulfidrila (-SH) enquanto
asparagina e glutamina possuem grupos amida A glicina embora desprovida de radical R eacute
considerada uma moleacutecula polar pelo fato dos grupos amino e carboxila representar grande
parte da massa da moleacutecula
33 Aminoaacutecidos com Radical R Polar Carregados Negativamente no pH Fisioloacutegico
Nesta classe estatildeo aminoaacutecidos dicarboxiacutelicos
33 Aminoaacutecidos com Radical R Polar Carregado Positivamente no pH Fisioloacutegico
Trecircs aminoaacutecidos satildeo incluiacutedos nesta categoria lisina (com grupo adicional E ndash amino com
pK = 105 arginina com o grupo guanidiacutenico de pK = 125 e a histidina com o grupo imidazol
com pK = 60)
54
Outros aminoaacutecidos aleacutem desses podem ser encontrados Assim L-hidroxilisina e L-
hidroxiprolina sccedilao abundantes no colaacutegeno apenas e por isso denominados de aminoaacutecidos
proteacuteicos raros
Muitos aminoaacutecidos natildeo satildeo encontrados em proteiacutenas mas ocorrem na forma livre Satildeo os
aminoaacutecidos natildeo proteacuteicos que atualmente satildeo em nuacutemero de aproximadamente 200
encontrados comumente no reino vegetal Alguns desempenham funccedilotildees conhecidas (como a
ornitina e citrulina que participam do ciclo da ureacuteia em plantas e animais e a beta ndash alanina
que faz parte da estrutura do aacutecido pantotecircnico) enquanto a maioria natildeo tem uma funccedilatildeo
fisioloacutegica definida Alguns deles se mostram toacutexicos para animais e humanos como o aacutecido
- diaminobutiacuterico encontrado nas sementes da Lathirus sativus o qual causa o
Neurolatirismo (fraqueza muscular a paralizia dos membros inferiores)
Citrulina encontrado pela 1ordf vez em Citrullus vulgaris melancia
PROTEIacuteNAS
1 CONCEITO
Satildeo poliacutemeros formados pela uniatildeo dos aminoaacutecidos unidos que satildeo pela ligaccedilatildeo peptyacutedica
Tais poliacutemeros apresentam peso molecular entre 10000 a alguns milhotildees de Daltons
A ligaccedilatildeo peptiacutedica eacute aquela que se estabelece entre a carboxila (-COOH) de aminoaacutecido com
o grupo amino (-NH2) de outro aminoaacutecido
55
A ligaccedilatildeo peptiacutedica eacute de natureza covalente Se une dois aminoaacutecidos teremos um dipeptiacutedio
se une trecircs um tripeptiacutedio e assim por diante As proteiacutenas podem ser consideradas
polipeptiacutedios
2 NIacuteVEIS ESTRUTURAIS BAacuteSICOS
A cadeia polipeptiacutedica busca um estado de maior estabilidade termodinacircmica que eacute atingido
apoacutes rearranjos levando a proteiacutena aacute niacuteveis estruturais complexos Tais niacuteveis podem ser
estendidas como as seguintes estruturas
3 Estrutura primaacuteria eacute a sequumlecircncia de aminoaacutecidos na cadeia polipeptiacutedica Eacute mantida
pela ligaccedilatildeo peptiacutedica
Com os 21 aminoaacutecidos normalmente encontrado nas proteiacutenas podemos arranja-los formando
polipeptiacutedios com 100 ateacute alguns milhares de aminoaacutecidos Tais arranjos permitem a formaccedilatildeo
de um nuacutemero extremamente grande de diferentes moleacuteculas protecircicas que possivelmente
possam existir
22 Estrutura Secundaacuteria a cadeia polipeptiacutedica pode adquirir a forma de uma espiral
voltada aacute direita estrutura essa chamada de - heacutelice eacute estabilizada por pontes de hidrogecircnio
que se estabelece entre o grupo carbonilo (=C=O) de uma ligaccedilatildeo peptiacutedica com o grupo
imido (=NH) da 3ordf ligaccedilatildeo peptiacutedica na sequumlecircncia regular da cadeia A estrutura secundaacuteria
tambeacutem pode se manifestar na forma de ldquofolha pregueadardquo
23 Estrutura Terciaacuteria diz respeito ao dobramento da cadeia polipeptiacutedica sobre se mesma
se enovelando e adquirindo uma chamada estrutura globular mais compacta A manutenccedilatildeo
de tal estrutura eacute atribuiacuteda aacutes diferentes reatividades dos radicais R dos aminoaacutecidos
componentes e tal estrutura estaacute intimamente relacionada com as propriedades cataliacuteticas das
proteiacutenas biologicamente ativas como as enzimas
Entre as ligaccedilotildees envolvendo os radicais R e responsaacuteveis pela estruturaccedilatildeo terciaacuteria
podemos observar
a ligaccedilotildees ou interaccedilotildees eletrostaacuteticas ndash entre a carboxila dissociada (-COO-) e grupos
protonizados (amino guanidino ou amidazol)
b pontes de hidrogecircnio
c interaccedilatildeo hidrofoacutebica
56
d interaccedilatildeo dipolo ndash dipolo com radicais de polarizaccedilatildeo semelhantes)
e ligaccedilatildeo ou ponte de dissulfeto (ligaccedilatildeo covalente que se estabelece entre 2 aacutetomos de S
de dois resiacuteduos de cisteiacutena)
Alguns tipos de ligaccedilotildees natildeo ndash covalentes que estabilizam a estrutura proteacuteica
a) interaccedilatildeo eletrostaacutetica b) ligaccedilatildeo de hidrogecircnio entre resiacuteduos de tirosina e
grupos carboxiacutelicos nas cadeias laterais c)interaccedilatildeo hidrofoacutebica de cadeias
laterais natildeo ndash polares causada pela muacutetua repulsatildeo de solventes d) interaccedilatildeo
dipolo ndash dipolo e) ligaccedilatildeo de dissulfeto uma ligaccedilatildeo covalente [De acordo
com C B Anfinsen The Molecular Basic of Evolution John Wiley and Sons
Nova Iorque p 1021959]
Representaccedilatildeo esquemaacutetica das cadeias polipeptiacutedicos de proteiacutenas bem definidas C indica o
carboxilo de aminoaacutecido terminal N grupo amino livre do aminoaacutecido terminal os nuacutemeros
em parecircnteses satildeo os radicais de aminoaacutecidos -S- ligaccedilotildees de dissulfeto
24 Estrutura Quaternaacuterias eacute apresentada por apenas algumas proteiacutenas e quase sempre
biologicamente ativas tal estruturaccedilatildeo pode ser definida como o grau de polimerizaccedilatildeo de
unidades proteacuteicas formando diacutemeros triacutemeros tetracircmeros etc As forccedilas que manteacutem a
estrutura quaternaacuteria satildeo as mesmas responsaacuteveis pela manutenccedilatildeo da estrutura terciaacuteria Em
alguns casos caacutetions metaacutelicos (Ca++
K+ Mg
++ Mn
++ etc) auxiliam a manutenccedilatildeo da
estrutura quaternaacuteria
Assim a fosforilase ldquoardquo (tetracircmero) eacute formada pela uniatildeo de 4 subunidade proteacuteicas e
manifesta atividades cataliacutetica Jaacute na forma de diacutemero (fosforilase ldquobrdquo) a mesma eacute inativa
Um tetracircmero de unidades proteacuteicas ilustrado quaternaacuteria de uma proteiacutena globular complexa
3 DESNATURACcedilAtildeO DAS PROTEIacuteNAS
Vem a ser qualquer desarranjo nas estruturas secundaacuterias terciaacuterias ou quaternaacuteria de uma
proteiacutena As enzimas assim que desnaturadas perdem a atividade cataliacutetica Os agentes
57
desnaturantes das proteiacutenas satildeo aacutecidos bases forccedila iocircnica elevada calor solventes orgacircnicos
(apolares) agitaccedilatildeo mecacircnica etc
4 HIDROacuteLISE DAS PROTEIacuteNAS
Eacute o rompimento das ligaccedilotildees peptiacutedicas que manteacutem a estrutura primaacuteria e pode ser efetuada
por aacutecidos bases ou enzimas (genericamente denominadas de proteases ou enzimas
proteoliacuteticas) Tal hidroacutelise liberta os aminoaacutecidos na forma livre os quais podem ser
identificados e quantificados conhecendo-se assim a composiccedilatildeo aminoaciacutedica das proteiacutenas
5 FUNCcedilOtildeES BIOLOacuteGICAS DAS PROTEIacuteNAS
Devido ao nuacutemero incriacutevelmente elevado de diferentes moleacuteculas proteacuteicas que podem ser
fabricadas pelos organismos cujas propriedades seratildeo reflexo direto da sequumlecircncia de
aminoaacutecidos na cadeia polipeptiacutedica a natureza aproveitando-se desta particularidade atribui
inuacutemeras funccedilotildees para as proteiacutenas Assim podemos identificar classes de proteiacutenas de acordo
com suas funccedilotildees bioloacutegicas
51 Enzimas proteiacutenas com atividade cataliacuteticas acelerando reaccedilotildees no interior da ceacutelula
52 Proteiacutenas de Transporte A Hemoglobina transporta oxigecircnio lipoproteiacutenas do
plasma transportam lipiacutedios A passagem de iacuteons e outras substacircncias atraveacutes das
membranas (de permeabilidade diferencial) eacute auxiliada por proteiacutenas de transporte
53 Proteiacutenas Nutritivas ovoalbumina caseiacutena ferritina (armazenadora de ferro) etc
54 Proteiacutenas Contraacutecteis Actina miosina tubulina (dos ciliados e flagelados)
55 Proteiacutenas Estruturais colaacutegeno elastina fibroinas queratina etc
56 Proteiacutenas de Defesa imunoglobulinas (anticorpos) fibrinogecircnio e trombina
57 Proteiacutenas Reguladoras hormocircnios e repressores (regulam a siacutentese de enzimas)
6 CLASSIFICACcedilAtildeO DAS PROTEIacuteNAS
Diversos criteacuterios podem ser adotadas para a classificaccedilatildeo das proteiacutenas todos eles algo
subjetivo
61 Quanto aacute composiccedilatildeo
a proteiacutenas simples - quando formadas apenas de aminoaacutecidos (albuminas globulinas)
b proteiacutenas conjugadas ndash quando apresentam uma porccedilatildeo natildeo proteacuteica (denominado de
grupo prosteacutetico) precircso aacute cadeia polipeptiacutedica
proteiacutena conjugada grupo prosteacutetico glicoproteiacutena carboidrato
lipoproteiacutena lipiacutedios
nucleoproteyacutena aacutecido nucleacuteico
metaloproteiacutena metal
______________________________________________
58
62 Quanto aacute conformaccedilatildeo
a proteiacutenas globulares ndash aqueles cuja cadeia polipeptiacutedica se dobrou
consideravelmente adquirindo a forma esfeacuterica ou globular geralmente com os
radicais polares dos aminoaacutecidos na superfiacutecie externa e os apolares voltados para o
interior Em consequumlecircncia essas proteiacutenas globulares satildeo soluacuteveis no sistemas aquosos
e se difundem facilmente Enzimas hormocircnios e anticorpos satildeo exemplos de proteiacutenas
globulares e para a manifestaccedilatildeo de suas atividades bioloacutegicas a solubilidade eacute uma
propriedade desejada
b Proteiacutena fibrosas ndash essas proteiacutenas podem ser subdivididas em 3
classes segundo a estrutura detalhada das mesmas
- - heacutelice de passo direito (queratina da pele pecirclo unhas)
- folha - pregueada (seda)
- heacutelice tripla (coleacutegeno)
Tais proteiacutenas satildeo altamente insoluacuteveis caracteriacutestica necessaacuteria para as suas funccedilotildees
bioloacutegicas
7 FATORES ANTINUTRICIONAIS DE NATUREZA PEPTIacuteDICA
Os gratildeos de algumas leguminosas como feijatildeo e soja apresentam peptiacutedios de baixo peso
molecular que possuem habilidade de inativar as enzimas digestivas - amilase e a tripsina
Tais peptiacutedios jaacute identificados satildeo denominados de fator ldquoanti-amilaserdquo e fator ldquoanti-tripsinardquo
e satildeo responsaacuteveis pelo menos em parte pelo efeito toacutexico observado quando da indigestatildeo de
feijatildeo cru especialmente em animais domeacutesticos felizmente esses fatores antinutricionais satildeo
desnaturados pelo calor de modo que o cozimento dos alimentos destroacutei essa atividade
antitriacuteptica e antiamilaacutesica de muitos gratildeos de legumes e de alguns cereais Em alguns
legumes esses fatores satildeo termoestaacuteveis
59
QUESTIONAacuteRIO
1 Qual eacute o objetivo da Bioquiacutemica
2 O que vem a ser metabolismo
3 O que eacute um carboidrato
4 O que eacute uma ligaccedilatildeo hemiacetal O que eacute uma ligaccedilatildeo glicosiacutedica
5 O que vem a ser um accediluacutecar redutor
6 Por que a sacarose natildeo eacute redutora
7 Por que a ceacutelula prefere armazenar como reserva energeacutetica
carboidrato na forma de polissacariacutedio
8 Quais os fatores antinutricionais de natureza gluciacutedica encontrados
na mandioca nas cruciacuteferas e nos legumes O que causam tais
substacircncias
9 Cite carboidratos desempenhado funccedilatildeo estrutural e energeacutetica em
animais e vegetais
10 O que eacute um lipiacutedio
11 Por que satildeo os mais energeacuteticos dos alimentos
12 O que resulta da hidroacutelise de um trigliceriacutedio
13 Qual a relaccedilatildeo entre a resistecircncia aacutes geadas e a proporccedilatildeo de
aacutecidos graxos poliinsaturados nas membranas dos vegetais
14 Por que os oacuteleos vegetais satildeo recomendados aqueles que
apresentam distuacuterbios cardiovasculares
15 Como se classificam os lipiacutedios
16 A margarina eacute boa substituta da manteiga quando se pretende
evitar os inconvenientes da gordura animal
17 Cite lipiacutedios desempenhando funccedilatildeo estrutural funccedilatildeo energeacutetica
e outra funccedilatildeo especiacutefica
18 Por que os aminoaacutecidos satildeo estruturas polares
19 Qual eacute o significado do pk de um grupo ionizaacutevel
20 Cite alguns aminoaacutecidos natildeo proteacuteicos
21 Cite um aminoaacutecido toacutexico onde eacute encontrado e qual o distuacuterbio
de sua ingestatildeo
22 O que eacute uma ligaccedilatildeo peptiacutedica e como pode ser rompida
23 O que vem a ser estrutura primaacuteria secundaacuteria e terciaacuteria de uma
proteiacutena e quais as ligaccedilotildees que as manteacutem
24 O que vem a ser desnaturaccedilatildeo de uma proteiacutena e quais os agentes
que efetuam tal desnaturaccedilatildeo
60
ENZIMAS
1 INTRODUCcedilAtildeO
Uma peculiaridade interessante da ceacutelula viva eacute a de permitir que em seu interior ocorram
reaccedilotildees complexas a uma velocidade razoaacutevel aacute temperatura do meio Tais reaccedilotildees natildeo
ocorreriam ou se processariam muito lentamente aquela temperatura se na ausecircncia da ceacutelula
Isso eacute possiacutevel devido a presenccedila de catalizadores bioloacutegicos as enzimas ou biocatalizadores
As enzimas satildeo proteiacutenas sintetizadas pela proacutepria ceacutelula que aceleram reaccedilotildees
termodinamicamente possiacuteveis natildeo alterando a constante de equiliacutebrio (k) e nem a variaccedilatildeo de
energia livre da reaccedilatildeo (G) Como catalizadores operam em concentraccedilotildees extremamente
baixas em relaccedilatildeo aacute quantidade de substrato transformada
Sendo uma proteiacutena a enzima perde a sua atividade cataliacutetica assim que desnaturada (a
enzima fica inativa) Outra propriedade das enzimas vem a ser a sua especificidade milhares
de diferentes enzimas ocorrem no interior da ceacutelula
2 MODALIDADE DE SE AUMENTAR A VELOCIDADE DE UMA
REACcedilAtildeO
21 Pelo Aumento da Temperatura o aumento de temperatura causa um aumento na energia
cineacutetica das moleacuteculas (Ec) tornando-as mais aptas a transpor a barreira energeacutetica
estabelecida pela energia de ativaccedilatildeo (Ea)
22 Pela Diminuiccedilatildeo da Energia de Ativaccedilatildeo A energia de ativaccedilatildeo eacute uma quantidade de
energia que deve ser fornecida aacutes moleacuteculas reagentes para atingir o estado excitado e se
iniciar a reaccedilatildeo Supotildee-se que as enzimas como os demais catalizadores diminuam a energia
de ativaccedilatildeo requerida para que a reaccedilatildeo ocorra
Hidroacutelise da ureacuteia
CO (NH2)2 + H2O __H+__ CO2 + 2 NH3 Ea= 24600 calmol
CO (NH2)2 + H2O _ureacutease CO2 + 2 NH3 Ea= 6800 calmol
Decomposiccedilatildeo da aacutegua oxidada
H2O2 __Fe + +__ H2O + 1 O2 Ea= 10100 calmol
2
H2O2 __catalase__ H2O + 1 02 Ea= 1700 calmol
2
61
3 EQUACcedilAtildeO DE MICHAELIS ndash MENTEN
No inicio da reaccedilatildeo (tempo zero) existe apenas enzima e substratoApoacutes um lapso de tempo
ocorre a formaccedilatildeo do complexo enzima-substrato e daiacute a dissociaccedilatildeo do mesmo para formar o
produto da reaccedilatildeo (P) Durante o transcurso da reaccedilatildeo o produto deve ser formado com uma
velocidade constante estando a reaccedilatildeo no seu estado de equiliacutebrio dinacircmico
Para que a velocidade de formaccedilatildeo de produto seja constante a concentraccedilatildeo do complexo
enzima-substrato (ES) igualmente deveraacute ser constante
Para que [ES] seja constante a velocidade de sua dissociaccedilatildeo (v2+v3)
Experimentalmente em laboratoacuterio podemos controlar a concentraccedilatildeo de substrato [S] e a
concentraccedilatildeo de enzima adicionada [E]
Seja portanto
[E] = concentraccedilatildeo de enzima adicionada
[S] = concentraccedilatildeo de substrato
[ES] = concentraccedilatildeo do complexo enzima-substrato no estado de equiliacutebrio dinacircmico
[E] = [ES] = concentraccedilatildeo de enzima livre
Sabemos que V1= V2+V3 (I) para que [ES] seja constante
V1 = K1 [E] ndash [ES][S]
V2 = K2 [ES]
V3-K3 [ES] = velocidade de formaccedilatildeo de produto = v (medida experimentalmente)
Substituindo em I
K1 [E] ndash [ES] [S] = K2 [ES] + K3 [ES]
K1 [E] [S] - K1 [ES] [S] = [ES] (K2 + K3)
Dividindo-se por K1
[E] [S] ndash [ES] [S] = [ES] K2 + K3
K1
K2 + K3 = Km (constante de Michaelis)
K1
[E] [S]ndash [ES] [S] = [ES] Km
[ES] Km + [ES] [S] = [E] [S]
[ES] (Km + [S]) = [E] [S]
[ES] = _[E] [S]_
Km + [S]
Multiplicando-se ambos os membros por K3 teremos
K3 [ES] = _K3 [E] [S]_
62
Km + [S]
Ora K3 [ES] = V (Velocidade de formaccedilatildeo de produto a qual eacute medida experimentalmente)
K3 [E] = Vm (Velocidade maacutexima de reaccedilatildeo quando toda enzima adicionada [E] estiver na
forma do complexo enzima-substrato bdquoES Nessa ocasiatildeo [ES] = [E] ou seja eacute a maacutexima
concentraccedilatildeo do complexo enzima-substrato que se pode conseguir)
Logo V = _Vm [S]_
Km + [S]
Esta eacute uma equaccedilatildeo de hipeacuterbole quadraacutetica que representa ou melhor que se ajusta bem ao
tipo de curva observada experimentalmente
Assim lim _Vm [S]_ = 00 (indeterminaccedilatildeo matemaacutetica)
S Km + [S] 00
Levantando-se indeterminaccedilatildeo (dividindo-se por [S])
Lim _____Vm_____ ____Vm____
_Km _+ __[S]__ = lim Vm
[S] [S] S 00 _Km_ + 1
[S]
Ou seja aacute medida que a concentraccedilatildeo de substrato tende para o infinito (00) a velocidade de
reaccedilatildeo tende para a velocidade maacutexima
Quando V= Vm teremos
2
Vm = __Vm [S]__
Km + [S]
2 [S] = Km + [S] ou Km = [S]
Donde se conclui que para uma velocidade de reaccedilatildeo igual metade da velocidade maacutexima
(_Vm_) a concentraccedilatildeo de substrato corresponde numericamente aacute constante de Michaelis
2
(Km) Concluiacutemos tambeacutem que Km eacute a concentraccedilatildeo de semi-saturaccedilatildeo dos siacutetios ativos da
enzima Portanto a constante de Michaelis pode ser bioquimicamente interpretada como
sendo
a concentraccedilatildeo de substrato que satura 50 dos siacutetios ativos da enzimas presentes
b Um valor cujo inverso mede a afinidade entre a enzima e o substrato
c Um valor muito proacuteximo da constante de dissociaccedilatildeo do complexo enzima-substrato
63
A velocidade maacutexima (Vm) eacute aquela atingida quando toda enzima (100) estiver na forma do
complexo enzima-substrato ou seja quando todos os siacutetios ativos possuiacuterem substrato alojado
em seu interior Dizendo que foi atingida a saturaccedilatildeo dos siacutetios ativos
RETIFICACcedilAtildeO DA HIPEacuteRBOLE = TRANSFORMACcedilAtildeO DE LINEWEAVER E BURK
Experimentalmente eacute muito mais simples trabalhar uma equaccedilatildeo de reta do que curva
hiperboacutelica Daiacute a retificaccedilatildeo da hipeacuterbole
V = _Vm [S]_
Km + [S]
Tornando-se o inverso
_1_ = _Km + [S]_
V Vm [S]
_1_ = ___Km___ + ___[S]___
V Vm [S] Vm [S]
_1_ = _Km_ _1_ + _1_ (I)
V Vm [S] Vm
_1_ = variaacutevel dependente
V
_1_ = variaacutevel independente
[S]
_Km_ = coeficiente angular
Vm
_1_ = coeficiente linear
Vm
Para _1_ = 0 teremos a intersecccedilatildeo no eixo de _1_
V [S]
_1_ = - _Km_ x0 + __1__ _1_ = __1__
Vm Vm Vm V Vm
Por intermeacutedio deste tipo de anaacutelise graacutefica determinamos experimentalmente os paracircmetros
Km para uma reaccedilatildeo enzimaacutetica
64
4 FATORES QUE AFETAM A VELOCIDADE DE UMA REACcedilAtildeO
ENZIMAacuteTICA
41 Efeito da Concentraccedilatildeo de Enzima
A velocidade maacutexima (Vm) eacute proporcional aacute concentraccedilatildeo de enzima [E] mas Km constante
que independe da concentraccedilatildeo de enzima
42 Efeito da Concentraccedilatildeo de Substrato foi estudado na equaccedilatildeo de Michaelis-Menten
43 Efeito da Concentraccedilatildeo Hidrogenioiocircnica (Ph) Em valores extremos de pH (maiores
que 10 e menores que 3) ocorre o efeito desnaturante do aacutecido ou da base sobre a enzima
igualmente o efeito da forccedila iocircnica elevada pode desnaturar a enzima
Jaacute em regiotildees proacuteximas ao pH oacutetimo pequenas alteraccedilotildees no pH acarretam alteraccedilotildees na
configuraccedilatildeo espacial dos siacutetios ativos facilitando ou dificultando a entrada do substrato no
mesmo
O pH no interior da ceacutelula estaacute ao redor da naturalidade (pH = 6 ou 7) sendo adequado para a
maioria das enzimas A ceacutelula regula o metabolismo exercendo um controle sobre o pH em
algumas regiotildees da ceacutelula Em algumas ocasiotildees as enzimas estatildeo adaptadas aacutes condiccedilotildees de
pH do meio nem sempre proacutexima aacute neutralidade
44 Efeito da Temperatura Sabe-se que a cada aumento de 10degC resulta numa duplicaccedilatildeo
da velocidade de uma reaccedilatildeo quiacutemica qualquer
Um aumento da temperatura aleacutem de aumentar a energia das moleacuteculas regentes promove a
termo-desnaturaccedilatildeo das enzimas tornando-as inativas Essa eacute a razatildeo existecircncia de uma
temperatura oacutetima onde a velocidade de reaccedilatildeo eacute maacutexima
65
A zero graus centiacutegrados podemos ter 100 das moleacuteculas enzimaacuteticas ativas aptas a
catalizarem a reaccedilatildeo mas as moleacuteculas possuem baixa energia cineacutetica e a reaccedilatildeo natildeo ocorre
Aumentando-se a temperatura aumenta-se a energia cineacutetica das moleacuteculas mas igualmente
aumenta-se proporccedilatildeo de enzimas desnaturada (inativa) Geralmente acima de 50C a
velocidade de reaccedilatildeo eacute nula pois que a despeito da elevada energia cineacutetica das moleacuteculas
reagentes todas as enzimas jaacute sofrem termodesnaturaccedilatildeo
Algumas enzimas satildeo particularmente resistentes aacute elevadas temperaturas como a
polifenoloxidase que manifesta atividade cataliacutetica mesmo a 80degC
45 Efeito de Inibidores Inibidores satildeo substacircncias da mais variada natureza quiacutemica que
penetram no siacutetio ativo das enzimas prejudicando a accedilatildeo da cataacutelise Tais substacircncias satildeo
geralmente estranhas ao metabolismo celular Dependendo do mecanismo de accedilatildeo eles podem
ser considerados inibidores competitivos ou inibidores natildeo competitivos
451 Inibidores Competitivos Tais inibidores apresentam semelhanccedila estrutural com o
substrato ocupando o siacutetio ativo sem sofrerem transformaccedilotildees Como exemplo desse tipo de
inibiccedilatildeo temos o aacutecido malocircnico inibindo a desidrogenase succiacutenica (enzima do ciclo de
Klebs) cuja cineacutetica de inibiccedilatildeo apresenta as seguintes caracteriacutesticas
A cineacutetica dessa inibiccedilatildeo demonstra que Vm eacute atingida mesmo na presenccedila do inibidor mas
Km eacute aumentada Concluiacutemos que o inibidor eacute deslocado do siacutetio ativo mediante aumento na
concentraccedilatildeo de substrato Tal tipo de inibiccedilatildeo eacute reversiacutevel
452 Inibidores natildeo Competitivos Esses inibidores se ligam de maneira irreversiacutevel no siacutetio
ativo mediante ligaccedilatildeo covalente natildeo sendo deslocados mediante aumento na concentraccedilatildeo
de substrato Tais conclusotildees satildeo obtidas da cineacutetica de inibiccedilatildeo que apresenta as seguintes
caracteriacutesticas
O fluoracetato (FCH2-COOH) encontrado em certas plantas toacutexicas do gecircnero Policourea os
metais pesados (Hg Pb Cd etc) o gaacutes de guerra (ou gaacutes dos nervos ou Lewisita) assim como
os inseticidas organo-fosforado satildeo potentes inibidores da acetil-colinesterase e de outras
66
enzimas que apresentam o grupo sulfidrila (-SH) no siacutetio ativo Tais inibidores se ligam de
maneira irreversiacutevel com a sulfidrila do siacutetio ativo
46 Efetores Alosteacutericos Satildeo substacircncias consideradas metaboacutelitos normais da ceacutelula que as
alojam no siacutetio alosteacuterico de algumas enzimas (que recebem a denominaccedilatildeo de enzima
alosteacutericas ou reguladoras) O efetor alosteacutetico entrando no siacutetio alosteacuterico causa uma
alteraccedilatildeo na conformaccedilatildeo espacial do siacutetio ativo podendo facilitar ou dificultar a entrada do
substrato no siacutetio ativo O seu efeito portanto eacute de acelerar ou retardar a velocidade de uma
reaccedilatildeo e o efetor eacute qualificado de positivo ou negativo respectivamente
A alosteria se constitui num mecanismo para a ceacutelula acelerar ou retardar a velocidade das
reaccedilotildees enzimaacuteticas com o propoacutesito de se controlar o metabolismo
Aumentando-se a concentraccedilatildeo do efetor alosteacuterico positivo aumenta-se a velocidade de
reaccedilatildeo
Aumentando-se a concentraccedilatildeo do efetor alosteacuterico negativo diminuiu-se a velocidade de
reaccedilatildeo
Um dentre os inuacutemeros exemplos de alosteria eacute o controle na arginina a partir de aacutecido
aspaacutertico
Tal mecanismo tambeacutem eacute denominado de retroinibiccedilatildeo inibiccedilatildeo pelo produto fina ou ldquofeed-
backrdquo Tem por objetivo evitar que o aacutecido aspaacutertico seja consumido desnecessariamente
(quando a siacutentese proteacuteica jaacute natildeo eacute necessaacuteria) visto que o mesmo tambeacutem eacute usado na siacutentese
de outros constituintes celulares
47 Cofatores Enzimaacuteticos Satildeo compostos da mais variada natureza quiacutemica que auxiliam a
cataacutelise Se subdividem em
a grupo prosteacutetico estrutura natildeo protecircica ligada covalentemente aacute proteiacutena enzimaacutetica
FMN = flavina-mononucleotiacutedio
FAD = flavina-adenina dinucleotiacutedio
67
A flavina eacute derivada da riboflavina (vitamina B2)
b coenzimas Satildeo estruturas natildeo proteacuteicas que natildeo estatildeo ligadas aacutes proteiacutenas enzimaacuteticas
NAD+ = nicotinamida-adenina-dinucleotiacutedio ou
DPN+ = difosforidina nucleotiacutedio
NADP+ = nicotinamida-adenina-dinucleotiacutedio fosfato ou
TPN+ = trifosfopiridina nucleotiacutedio
TPP = tiamina pirosfofato (vitamina B1)
Piridoxal fosfato (vitamina B6)
c Iocircnios ativadores muitas enzimas requerem ions para manifestar atividade cataliacutetica
Os mais frequumlentes satildeo Cl- K
+ Ca
++ Mg
++ Zn
++ Cu
++ Feacute
++ Mn
++ etc
As necessidades de algumas vitaminas (especialmente do complexo B) e sais minerais podem
ser explicadas em algumas situaccedilotildees pela funccedilatildeo dessas substacircncias de atuarem como
cofatores enzimaacuteticos
Exemplos de reaccedilotildees enzimaacuteticas com participaccedilatildeo de grupo prosteacutetico e coezima
respectivamente
O aacutecido succiacutenico se oxidou a aacutecido fumaacuterico para tal perdeu 2 eleacutetrons (e-) e 2 proacutetons (H
+)
O FAD recebeu os 2 e- e os 2 H
+ se reduzindo a FADH2
O aacutecido recebe 2H+ e 2 eleacutetrons provenientes do NAD
+ cedendo os H
+ e eleacutetrons
68
ENERGEacuteTICA BIOQUIacuteMICA
1 CICLO ENERGEacuteTICO CELULAR
Parte da energia quiacutemica liberada nos processos cataboacutelicos eacute utilizada para a siacutentese se ATP
(adenosina-trifosfato) O ATP eacuteposteriormente empregado na realizaccedilatildeo de trabalhos
fisioloacutegicos (excreccedilatildeo contraccedilatildeo muscular transporte ativo etc) e para atividades de
biossiacutentese de constituintes celulares (anabolismo)
2 CONCEITO DE ENERGIA LIVRE DE UMA REACcedilAtildeO
Seja uma reaccedilatildeo quiacutemica qualquer A B Os conteuacutedos de energia de A e B natildeo podem ser
medidos de modo absoluto mas eacute possiacutevel medir a variaccedilatildeo de energia quando A se
transforma em B
G = EB - EA
quando EA EB G eacute negativa e a reaccedilatildeo eacute exergocircnica
quando EBgt EA G eacute positiva e a reaccedilatildeo eacute endergocircnia
As reaccedilotildees espontacircneas satildeo espontacircneas satildeo exergocircnicas mas o valor de G natildeo se relaciona
com a velocidade de reaccedilatildeo a qual eacute funccedilatildeo da energia de ativaccedilatildeo (Ea)
Energia de ativaccedilatildeo eacute uma quantidade de energia necessaacuteria para que os reagentes adquiram o
estado excitado para que a reaccedilatildeo ocorra
Considere-se combustatildeo da glicose
C6-H2O6 + 6026C02 + 6H02 G= -686000 calmol
Numa reaccedilatildeo exergocircnica a variaccedilatildeo de energia livre eacute a quantidade maacutexima de energia que se
torna disponiacutevel a com a qual se pode realizar trabalho
69
A rigor H = G + TS ou G = H -TS onde
H= variaccedilatildeo de energia entalpia (variaccedilatildeo caloacuterica quando a reaccedilatildeo se processa sob pressatildeo
constante)
G= variaccedilatildeo de energia livre (utilizada para realizar trabalhos)
S= variaccedilatildeo de entropia (mede o grau de desordem de um sistema)
Os processos fiacutesicos e quiacutemicos se conduzem no sentido de se aumentar a entropia
Numa reaccedilatildeo em que A B podemos derivar a seguinte expressatildeo
G= G0 + RT1n B
A
onde G0 eacute a variaccedilatildeo de energia livre padratildeo R eacute a constante universal dos gases (1987
calmolgrau) T eacute a temperatura absoluta e B e A satildeo as concentraccedilotildees em molaridade
Para uma condiccedilatildeo de equiliacutebrio quiacutemico natildeo haacute conversatildeo liacutequida de A em B e portanto
G=O Igualmente a relaccedilatildeo B A corresponderaacute a constante de equiliacutebrio Keq Teremos
entatildeo
O=Go + RT 1n Keq
Go=-RT 1n Keq
Para uma condiccedilatildeo de 25oC portanto T= 273+25=2980K teremos
G0=-1987X298X1n Keq
Go= -1987x298x2303 log Keq=-1363 log Keq
A tabela abaixo relaciona Segundo a equaccedilatildeo acima a Keq com o correspondente valor de
Go
Relaccedilatildeo entre Keq e G0
Keq log1 0Keq G0= -1363 log1 0Keq (cal)
0001 -3 4089
001 -2 2726
01 -1 1363
10 0 0
10 1 -1363
100 2 -2726
1000 3 4089
Para uma situaccedilatildeo em que A=B = 1M temos
G=G0 + RT 1n 1
G=G0
70
ou seja G0 pode ser definida como a variaccedilatildeo de energia livre quando reagentes e produtos
estatildeo presentes em concentraccedilotildees unitaacuterias ou seja no ldquoestado padratildeordquo se H+ satildeo produzidos
ou utilizados na reaccedilatildeo a sua concentraccedilatildeo deve ser considerada 1M ou pH=O Como na ceacutelula
as reaccedilotildees natildeo ocorrem em pH=O mas sim ao redor de pH=70 o valor deGo eacute corrigido
para Go se a reaccedilatildeo em questatildeo envolver H+
Alguns metaboacutelitos e a variaccedilatildeo de energia livre de sua hidroacutelise satildeo apresentados na tabela
abaixo
____ Composto Goacute a pH 70 (calmol)___
fosfoenol piruvato -12800
13-difosfoglicerato -11800
ATP -8000
glicose-1-fosfato -5000
frutose-1-fosfato -3800
glicose-1-fosfato -3300
____________________________________________________
3 COMPOSTOS RICOS EM ENERGIA
Vem a ser qualquer composto que por hidroacutelise libere mais que 7000 calmol ou seja que
apresente G menor que ndash7000 calmol Entre tais compostos podemos identificar as
seguintes caracteriacutesticas
b compostos pirofosfatados (anidridos de aacutecido fosfoacuterico)
A repulsatildeo entre os aacutetomos de fosfoacuterico polarizados positivamente causa uma instabilidade
na moleacutecula que eacute aliviada pela hidroacutelise A hidroacutelise do primeiro radical fosfato eacute
acompanhada da liberaccedilatildeo de 8000 calmol
Estrutura do ATP
71
The Nature of ATP
Adenosine triphosphate (ATP) the energy currency or coin of the cell transfers
energy from chemical bonds to endergonic (energy absorbing) reactions within the
cell Structurally ATP consists of the adenine nucleotide (ribose sugar adenine
base and phosphate group PO4-2) plus two other phosphate groups
A 2-D stick view of the structure of ATP The above drawing of ATP is from EcoCyc at
httphapunaaisricom1555new-imagetype=COMPOUND-IN-PATHWAYampobject=ATP
A cartoon and space-filling view of ATP Image from Purves et al Life The Science of
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Energy is stored in the covalent bonds between phosphates with the greatest
amount of energy (approximately 7 kcalmole) in the bond between the second and
third phosphate groups This covalent bond is known as a pyrophosphate bond
We can write the chemical reaction for the formation of ATP as
a) in chemicalese ADP + Pi + energy ----gt ATP
b) in English Adenosine diphosphate + inorganic Phosphate + energy produces Adenosine
Triphosphate
The chemical formula for the expenditurerelease of ATP energy can be written as
a) in chemicalese ATP ----gt ADP + energy + Pi
72
b) in English Adenosine Triphosphate produces Adenosine diphosphate + energy + inorganic
Phosphate
An analogy between ATP and rechargeable batteries is appropriate The batteries
are used giving up their potential energy until it has all been converted into kinetic
energy and heatunusable energy Recharged batteries (into which energy has been
put) can be used only after the input of additional energy Thus ATP is the higher
energy form (the recharged battery) while ADP is the lower energy form (the used
battery) When the terminal (third) phosphate is cut loose ATP becomes ADP
(Adenosine diphosphate di= two) and the stored energy is released for some
biological process to utilize The input of additional energy (plus a phosphate
group) recharges ADP into ATP (as in my analogy the spent batteries are
recharged by the input of additional energy)
How to Make ATP | Back to Top
Two processes convert ADP into ATP 1) substrate-level phosphorylation and 2)
chemiosmosis Substrate-level phosphorylation occurs in the cytoplasm when an
enzyme attaches a third phosphate to the ADP (both ADP and the phosphates are
the substrates on which the enzyme acts)
73
Enzymes and the formation of NADH and ATP Images from Purves et al Life The
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Chemiosmosis involves more than the single enzyme of substrate-level
phosphorylation Enzymes in chemiosmotic synthesis are arranged in an electron
transport chain that is embedded in a membrane In eukaryotes this membrane is in
either the chloroplast or mitochondrion According to the chemiosmosis hypothesis
proposed by Peter Mitchell in 1961 a special ATP-synthesizing enzyme is also
located in the membranes Mitchell would later win the Nobel Prize for his work
74
75
A typical representation of an electron transport chain Images from Purves et al Life
The Science of Biology 4th Edition by Sinauer Associates (wwwsinauercom) and WH
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During chemiosmosis in eukaryotes H+ ions are pumped across an organelle
membrane into a confined space (bounded by membranes) that contains numerous
hydrogen ions The energy for the pumping comes from the coupled oxidation-
reduction reactions in the electron transport chain Electrons are passed from one
membrane-bound enzyme to another losing some energy with each tansfer (as per
the second law of thermodynamics) This lost energy allows for the pumping of
hydrogen ions against the concentration gradient (there are fewer hydrogen ions
outside the confined space than there are inside the confined space) The confined
hydrogens cannot pass back through the membrane Their only exit is through the
ATP synthesizing enzyme that is located in the confining membrane As the
hydrogen passes through the ATP synthesizing enzyme energy from the enzyme is
used to attach a third phosphate to ADP converting it to ATP
76
A generalized view of an electron transport system Image from Purves et al Life The
Science of Biology 4th Edition by Sinauer Associates (wwwsinauercom) and WH Freeman
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Usually the terminal phosphate is not simply removed but instead is attached to
another molecule This process is known as phosphorylation
W + ATP -----gt W~P + ADP where W is any compound for example
glucose + ATP -----gt glucose~P + ADP
Glucose can be converted into Glucose-6-phosphate by the addition of the
phosphate group from ATP
ATP serves as the biological energy company releasing energy for both anabolic
and catabolic processes and being recharged by energy generated from other
catabolic reactions
Learning Objectives | Back to Top
These learning objectives are taken from my Biology for Nonmajors class (BIO
102) I have tried to add a link to each that will direct you to a part of this chapter or
another website that will facilitate your completion of the objective
1 Describe the components organization and functions of an electron transport
system
2 ATP is composed of ribose a five-carbon sugar three phosphate groups and
adenine a nitrogen-containing compound (also known as a nitrogenous
77
base) What class of organic macromolecules is composed of monomers
similar to ATP
3 ATP directly or indirectly delivers energy to almost all metabolic pathways
Explain the functioning of the ATPADP cycle
4 Adding a phosphate to a molecule is called phosphorylation What two
methods do cells use to phosphorylate ADP into ATP
httpwwwemcmaricopaedufacultyfarabeeBIOBKBioBookATPhtml
Hidroacutelise dos nucleotiacutedios de adenosina
ATP + H2O ADP + H3PO4 (Pi) G = -8000 calmol
ADP + H2O AMP + Pi G = -6500 calmol
AMP + H2O Adenosina + Pi G = -2200 calmol
c acil fosfato como no caso do 13-difosfoglicerato aleacutem da repulsatildeo entre foacutesforo e
carbono positivamente polarizados pode-se mencionar a tendecircncia dos produtos da
reaccedilatildeo de se dissociarem deslocando o equiliacutebrio favorecendo a hidroacutelise
d Tioeacutester o enxofre impede a possibilidade de ressonacircncia aumentando a tendecircncia de
hidroacutelise
e Fosfatos enoacutelicos eacute o caso da hidroacutelise do fosfoenolpiruvato (PEP) com formaccedilatildeo de
um enol instaacutevel que instantaneamente tautomeriza na forma certo mais estaacutevel
f Fosfatos guanidiacutenicos fosfocreatina e fosfoarginina nos quais os produtos da
hidroacutelise apresentam um maior nuacutemero de formas de ressonacircncia
78
4 G EM REACcedilOtildeES DE OacuteXIDO-REDUCcedilAtildeO
As reaccedilotildees com transferecircncia de eleacutetrons satildeo denominadas de oacutexido-reduccedilatildeo A tendecircncia de
um composto em fornecer eleacutetrons eacute quantificada pelo potencial de reduccedilatildeo (Eo) expresso em
volts tornando-se como referecircncia o H2 (com Eo = OV a pH=O) O valor do potencial de
reduccedilatildeo corrigindo para pH 70 seria E‟o=-0420 V Em relaccedilatildeo a este valor padratildeo eacute possiacutevel
determinar o potencial determinar o potencial de reduccedilatildeo de qualquer composto capaz de se
oxidar ou se reduzir com referecircncia ao hidrogecircnio Quanto maior o potencial de reduccedilatildeo maior
eacute a tendecircncia do composto em aceitar eleacutetrons reduzindo-se portanto sendo tais compostos
bons agentes oxidantes Por outro lado os compostos com baixo potencial de reduccedilatildeo satildeo
bons agentes redutores
A tabela a seguir mostra o potencial de reduccedilatildeo de algumas reaccedilotildees de importacircncia bioloacutegicas
Potenciais de reduccedilatildeo de alguns hemi - reaccedilatildeo redox de importacircncia bioloacutegica
Hemi ndash reaccedilatildeo (escrita com uma reduccedilatildeo) E‟0 em Ph 70 (V)
1 +2H + 2e
- H2O 082
2
Fe3 +
+ 1e Fe2+
077
Citocromo a-Fe3+
1e- Citocromo a-Fe
2+ 029
Citocromo c-Fe3 + + 1e
- Citocromo c-Fe
2+ 025
Ubiquinona + 2H + + 2e
- Ubiquinona 010
Aacutecido deidroascoacuterbico + 2H+ + 2e
- Aacutecido ascoacuterbico 006
Glutation oxidado + 2H + + 2e
- 2 Glutation reduzido 004
Fumarato + 2H + + 2e
- Succinato 003
Citocromo b-Fe3 +
+ 1e- Citocromo b-Fe
2 + -004
Oxalacetato +2H + + 2e
- Malato -010
Enzima amarela + 2H + +2e
- Enzima amarela reduzida -012
Acetaldeido + 2H + + 2e
- Etanol -016
Piruvato + 2H + + 2e
- Lactato -019
Riboflavina + 2H + + 2e
- Riboflavina ndash H2 -020
Aacutecido13-difosfogliceacuterico + 2H + +2e
- Gliceraldeido ndash 3 ndash fosfato + Pi -029
NAD + + 2H
+ +2e
- NADH + H
+ -032
Acetil ndash CoA + 2H + +2e
- Acetaldeido + CoA ndash SH -041
H + +1e
- 1 H
2 -042
2
Ferredoxina ndash Fe3 + + 1e
- Ferredoxina ndash Fe
2+ -043
Acetato + 2H + + 2e
- Acetaldeido + H2O -047
Para uma reaccedilatildeo de oacutexido ndash reduccedilatildeo podemos deduzir
G= - nFE‟O‟
79
onde n= ndeg de eleacutetrons transferidos na reaccedilatildeo
F= constante de Faraday = 23063 calvolt Equiv
E‟O= diferenccedila entre os potenciais de reduccedilatildeo do agente oxidante e agentes redutor
Consideremos a reduccedilatildeo do acetaldeido a etanol uacuteltima reaccedilatildeo da fermentaccedilatildeo alcooacutelica cujo
agente redutor eacute o NADH+H+
CHO CH2OH
+ NADH+H+
CH3 CH3 + NAD+
Acetaldeido etanol
E‟O= potencial de reduccedilatildeo do acetaldeido (agente oxidante)- potencial de reduccedilatildeo do
NADH+H+ (agente redutor)
E‟O= -0163 ndash (-0320) = + 0157 volts
Portanto
G= -nFE‟o
G= -2 x 23063 x 0157 = -7240 calmol
REACcedilAtildeO ACOPLADAS
O ATP ocupa uma posiccedilatildeo intermediaacuteria entre os diversos metaboacutelitos considerados existindo
compostos que aprisionam energia com maior eficiecircncia Essa posiccedilatildeo intermediaacuteria responde
pela grande importacircncia do APT visto que o mesmo pode ser formado quando da hidroacutelise de
um metaboacutelito com G menor que ndash8000 calmol Igualmente o ATP pode fornecer energia
para fosforilar a glicose durante o catabolismo da mesma
80
METABOLISMO
CELLULAR METABOLISM AND FERMENTATION
Glycolysis the Universal Process
Nine reactions each catalyzed by a specific enzyme makeup the process we call
glycolysis ALL organisms have glycolysis occurring in their cytoplasm
At steps 1 and 3 ATP is converted into ADP inputting energy into the reaction as
well as attaching a phosphate to the glucose At steps 6 and 9 ADP is converted into
the higher energy ATP At step 5 NAD+ is converted into NADH + H+
The process works on glucose a 6-C until step 4 splits the 6-C into two 3-C
compounds Glyceraldehyde phosphate (GAP also known as
phosphoglyceraldehyde PGAL) is the more readily used of the two
Dihydroxyacetone phosphate can be converted into GAP by the enzyme Isomerase
The end of the glycolysis process yields two pyruvic acid (3-C) molecules and a
net gain of 2 ATP and two NADH per glucose
Graphic summary of the glycolysis process Image from Purves et al Life The Science
of Biology 4th Edition by Sinauer Associates (wwwsinauercom) and WH Freeman
(wwwwhfreemancom) used with permission
Anaerobic Pathways | Back to Top
Under anaerobic conditions the absence of oxygen pyruvic acid can be routed by
the organism into one of three pathways lactic acid fermentation alcohol
fermentation or cellular (anaerobic) respiration Humans cannot ferment alcohol in
81
their own bodies we lack the genetic information to do so These biochemical
pathways with their myriad reactions catalyzed by reaction-specific enzymes all
under genetic control are extremely complex We will only skim the surface at this
time and in this course
Alcohol fermentation is the formation of alcohol from sugar Yeast when under
anaerobic conditions convert glucose to pyruvic acid via the glycolysis pathways
then go one step farther converting pyruvic acid into ethanol a C-2 compound
Fermentation of ethanol Image from Purves et al Life The Science of Biology 4th
Edition by Sinauer Associates (wwwsinauercom) and WH Freeman (wwwwhfreemancom)
used with permission
Many organisms will also ferment pyruvic acid into other chemicals such as lactic
acid Humans ferment lactic acid in muscles where oxygen becomes depleted
resulting in localized anaerobic conditions This lactic acid causes the muscle
stiffness couch-potatoes feel after beginning exercise programs The stiffness goes
away after a few days since the cessation of strenuous activity allows aerobic
conditions to return to the muscle and the lactic acid can be converted into ATP via
the normal aerobic respiration pathways
82
Fermentation of lactate (lactic acid) Image from Purves et al Life The Science of
Biology 4th Edition by Sinauer Associates (wwwsinauercom) and WH Freeman
(wwwwhfreemancom) used with permission
Aerobic Respiration | Back to Top
When oxygen is present (aerobic conditions) most organisms will undergo two
more steps Krebs Cycle and Electron Transport to produce their ATP In
eukaryotes these processes occur in the mitochondria while in prokaryotes they
occur in the cytoplasm
83
Overview of the cellular respiration processes Image from Purves et al Life The
Science of Biology 4th Edition by Sinauer Associates (wwwsinauercom) and WH Freeman
(wwwwhfreemancom) used with permission
Acetyl Co-A The Transition Reaction
Pyruvic acid is first altered in the transition reaction by removal of a carbon and two
oxygens (which form carbon dioxide) When the carbon dioxide is removed energy
is given off and NAD+ is converted into the higher energy form NADH Coenzyme
A attaches to the remaining 2-C (acetyl) unit forming acetyl Co-A This process is
a prelude to the Krebs Cycle
Krebs Cycle (aka Citric Acid Cycle)
The Acetyl Co-A (2-C) is attached to a 4-C chemical (oxaloacetic acid) The Co-A
is released and returns to await another pyruvic acid The 2-C and 4-C make another
chemical known as Citric acid a 6-C Krebs Cycle is also known as the Citric Acid
Cycle The process after Citric Acid is essentially removing carbon dioxide getting
out energy in the form of ATP GTP NADH and FADH2 and lastly regenerating
the cycle Between Isocitric Acid and -Ketoglutaric Acid carbon dioxide is given
off and NAD+ is converted into NADH Between -Ketoglutaric Acid and Succinic
Acid the release of carbon dioxide and reduction of NAD+ into NADH happens
again resulting in a 4-C chemical succinic acid GTP (Guanine Triphosphate
which transfers its energy to ATP) is also formed here (GTP is formed by attaching
a phosphate to GDP)
The remaining energy carrier-generating steps involve the shifting of atomic
arrangements within the 4-C molecules Between Succinic Acid and Fumaric Acid
the molecular shifting releases not enough energy to make ATP or NADH outright
but instead this energy is captured by a new energy carrier Flavin adenine
dinucleotide (FAD) FAD is reduced by the addition of two Hs to become FADH2
FADH2 is not as rich an energy carrier as NADH yielding less ATP than the latter
The last step between Malic Acid and Oxaloacetic Acid reforms OA to complete
the cycle Energy is given off and trapped by the reduction of NAD+ to NADH The
carbon dioxide released by cells is generated by the Krebs Cycle as are the energy
carriers (NADH and FADH2) which play a role in the next step
84
Summary of the Krebs (or citric acid) cycle Image from Purves et al Life The Science
of Biology 4th Edition by Sinauer Associates (wwwsinauercom) and WH Freeman
(wwwwhfreemancom) used with permission
Electron Transport Phosphorylation
Whereas Krebs Cycle occurs in the matrix of the mitochondrion the Electron
Transport System (ETS) chemicals are embedded in the membranes known as the
cristae Krebs cycle completely oxidized the carbons in the pyruvic acids
producing a small amount of ATP and reducing NAD and FAD into higher energy
forms In the ETS those higher energy forms are cashed in producing ATP
Cytochromes are molecules that pass the hot potatoes (electrons) along the ETS
chain Energy released by the downhill passage of electrons is captured as ATP
by ADP molecules The ADP is reduced by the gain of electrons ATP formed in
this way is made by the process of oxidative phosphorylation The mechanism for
the oxidative phosphorylation process is the gradient of H+ ions discovered across
the inner mitochondrial membrane This mechanism is known as chemiosmotic
coupling This involves both chemical and transport processes Drops in the
potential energy of electrons moving down the ETS chain occur at three points
These points turn out to be where ADP + P are converted into ATP Potential
energy is captured by ADP and stored in the pyrophosphate bond NADH enters the
ETS chain at the beginning yielding 3 ATP per NADH FADH2 enters at Co-Q
producing only 2 ATP per FADH2
85
Electron transport system Images from Purves et al Life The Science of Biology 4th
Edition by Sinauer Associates (wwwsinauercom) and WH Freeman (wwwwhfreemancom)
used with permission
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Catabolism and Anabolism
The above image is from httpwwwbiosciugaedualmanacbio_104notesjun_4html
REFERENCES
Biology Project Metabolism Problem Set (University of Arizona) Questions and
answers along with tutorials about metaboilism an excellent site
DIY Glycolysis (Leeds University UK) An excellent tutorial on the molecular shifts
needed to perform glycolysis
Introduction to Glycolysis (Leeds University UK) An introduction for those less
chemically skewed perhaps a nioce start before tackling DIY Glycolysis (also be the
same folks)
Step-by-Step Glycolysis (Leeds University UK) Browse fact sheets as well as view
short animations
Glycolysis (OUMA Graphics)
EcoCyc Glycolysis Pathway EcoCyc an electronic encyclopedia of E coli genes and
metabolism provides an interactive diagram of the glycolysis pathway
87
EcoCyc Fermentation Pathway EcoCyc an electronic encyclopedia of E coli genes
and metabolism provides an interactive diagram of alcohol (ethanolk) fermentation
Reconstructions of Metabolism Reconstructed metabolic pathways for bactreria
humans and other critters
Glycolysis Main Page You will need the Chime plugin to view interactive rotating
images of the molecules in the Glycolysis pathway VERY cool
TCA Cycle Main Page Similar to the above images and informastion about Krebs
Cycle
88
METABOLISMO DE CARBOIDRATOS
RESPIRACcedilAtildeO ANAEROBICA E AEROBICA
GLICOacuteLISE
1 CONCEITO
Eacute a degradaccedilatildeo anaeroacutebica dos carboidratos mediante uma sequumlecircncia de reaccedilotildees catalisadas
enzimaacuteticamente Eacute de ocorrecircncia generalizada entre os organismos vivos (animais e vegetais)
e ocorre predominantemente no citoplasma celular de tecidos que desempenham qualquer
atividade fisioloacutegica ou biossiacutentese ou seja onde houver demanda de energia (ATP)
A glicoacutelise tem por finalidade pois a raacutepida produccedilatildeo de energia (ATP) em condiccedilotildees de
anaerobiose bem ocorreraacute na mitococircndria
2 SEQUEcircNCIA DE REACcedilOtildeES
Substrato Iniciais
Quando a degradaccedilatildeo anaeroacutebica do carboidrato eacute efetuada por microorganismo o processo eacute
denominado de fermentaccedilatildeoAssim a produccedilatildeo de aacutecido laacutetico a partir de carboidrato pela
bcteacuteria Lactobacillus sp Saccharomyces sp
O tempo glicoacutelise embora geneacuterico eacute usado para denominar a degradaccedilatildeo anaeroacutebica dos
carboidratos ateacute aacutecido laacutetico efetuada pelos demais organismos como aquela processada pelos
tecidos musculares
89
GLICOacuteLISE
3 BALANCcedilO DE COEZIMAS
O processo eacute anaeroacutebico natildeo oxidativo portanto o que pode ser observado pela constacircncia do
nuacutemero de oxidaccedilatildeo do aacutetomo de carbono
Tanto a glicose (substrato inicial) como o aacutecido laacutetico igual a zero natildeo havendo oxidaccedilatildeo e
nem reduccedilatildeo nessa transformaccedilatildeo Jaacute na produccedilatildeo de etanol e CO2 observamos que uma
porccedilatildeo da moleacutecula de glicose correspondente a 4 aacutetomos de carbono sofre reduccedilatildeo
originando 2 moleacuteculas de etanol A outra porccedilatildeo (com 2 aacutetomos restantes) eacute oxidada ateacute gaacutes
carbocircnico O que ocorre entatildeo na fermentaccedilatildeo alcooacutelica eacute uma ruptura da moleacutecula de glicose
sendo que uma porccedilatildeo se reduz (recebendo 8 eleacutetrons) aacutes custas de outra que se oxida ateacute CO2
(cedendo 8 eleacutetrons) sem a necessidade de doadores ou receptores externos de eleacutetrons
As reaccedilotildees de oacutexido-reduccedilatildeo da glicoacutelise (catalisadas pelas desidrogenases de gliceraldeiacutedo-3-
fosfato e alcooacutelica ou laacutetica) utilizam-se do NAD+ ou NADH+H+ (nicotinamida-adenina-
dinucleotiacutedio) com a transferecircncia de 2 eleacutetrons
Na sequumlecircncia glicoliacutetica temos uma reaccedilatildeo em que o substrato eacute oxidado perdendo 2 eleacutetrons
(reaccedilatildeo catalisada pela desidrogenase de gliceraldeiacutedo-3-fosfato) e posteriormente ocorre uma
reduccedilatildeo de igual intensidade (recebimento de 2 eleacutetrons) para a formaccedilatildeo do aacutecido laacutetico (pela
desidrogenase laacutetica) ou para a formaccedilatildeo de etanol (pela desidrogenase alcooacutelica ) No
computo geral portanto o carbono Daiacute o processo ser anaeroacutebico isto eacute natildeo sendo oxidativo
natildeo exigiria a participaccedilatildeo do oxigecircnio (O2) como agente oxidante
4 RENDIMENTO ENERGEacuteTICO EM ANAEROBIOSE
Consideramos a degradaccedilatildeo anaeroacutebica processada pelas ceacutelulas do tecido muscular quando
transforma glicose em aacutecido laacutetico
C6H12O6 2C3H6O3 G = -47000calmol
ATP + H2O ADP +Pi G = -8000 calmol
Ndeg de ATP gastos 1 ATPglicose (pela hexoquinase)
1 ATP glicose (pela fosfofrutoquinase)
2 ATPglicose
90
ndeg de ATP formados 2 APTglicose (pela fosfogliceroquinase
2 ATPglicose (pela quinase piruacutevica)
3 ATPglicose
Ndeg de ATP liacutequido formado 4 ndash 2 = 2 ATPglicose
Caacutelculo de rendimento (R)
47000 ______ 100
2 X 8000____R
R = 100 X 2 X 8000 = 34
47000
O rendimento energeacutetico vem a ser o percentual da energia colocada em disponibilidade que eacute
utilizada para a siacutentese de ATP A energia restante eacute dissipada na forma de calor aquecendo o
meio onde se processa a reaccedilatildeo
100 47000 calorias (energia colocada em disponibilidade)
34 16000 calorias (energia utilizada para a siacutentese de ATP)
66 31000 calorias (energia dissipada como calor)
PROBLEMA Calcular o rendimento energeacutetico quando da degradaccedilatildeo anaeroacutebica do
glicogecircnio pela ceacutelula muscular Dados
(C6H1206)n (C6H1206) n-1 + 2C3H6O3 G = -52000 calmol
ATP ADP + Pi G = -8000 calmol
Ndeg de ATP gastos 1 ATPresiacuteduo de glicose (pela fosfofrutoquinase)
Ndeg de ATP formados 2 ATPresiacuteduo de glicose (pela fosfogliceroquinase)
2 ATPresiacuteduo de glicose (pela quinase piruacutevica)
4ATPresiacuteduo de glicose
ndeg de ATP formado = 4-1 = 3 ATPresiacuteduo de glicose do glicogecircnio
caacutelculo do rendimento (R)
100 _______ 52000 cal
R __________ 3 x 8000 cal
R = 100 x 3 x 8000 = 46
52000
O rendimento obtido pela ceacutelula quando degrada o glicogecircnio eacute maior que aquele obtido pela
degradaccedilatildeo de glicose Isto porque a fosforilase adiciona um radical fosfato aacute extremidade natildeo
redutora do glicogecircnio sem gastos de ATP (ver esquema da glicoacutelise - 1ordf reaccedilatildeo)
91
5 APLICACcedilOtildeES PRAacuteTICAS DA GLICOacuteLISE FERMENTACcedilAtildeO LAacuteTICA E
FERMENTACcedilAtildeO ALCOacuteOLICA
51 Produccedilatildeo de aacutelcool a partir de monossacariacutedios dissacariacutedios (especialmente
sacarose) e polissacariacutedios (amido de milho mandioca etc)
Quando se utiliza o amido como mateacuteria prima este deve inicialmente ser hidrolisado em
glicose ou maltose (num processo denominado sacarificaccedilatildeo do amido) accedilucares esses que
podem ser desdobrados pela levedura Saccharomyces sp A sacarificaccedilatildeo pode ser
a enzimaacutetica - amilase salivar (confecccedilatildeo do cauim pelos indiacutegenas)
- amilases de sementes em germinaccedilatildeo (malte para produccedilatildeo de whisky rum
etc
- amilases extrayacutedas de fungos e bacteacuterias
b tratamento quiacutemico (hidroacutelise cHCl)
- produccedilatildeo industrial de glicose de milho
52 Produccedilatildeo de Aacutecido Laacutetico com finalidade de conservaccedilatildeo de alimentos picles
ensilagem chucrutes iogurtes e coalhadas
53 Abate de Animais Descansados o que propicia uma carne de mais faacutecil conservaccedilatildeo
e mais macia (devido aacute formaccedilatildeo de lactato a partir do glicogecircnio muscular apoacutes o
abate)
METABOLISMO AEROacuteBICO
CICLO DE KREBS OU DOS AacuteCIDOS TRICARBOXIacuteLICOS
1 INTRODUCcedilAtildeO E ASPECTOS HISTOacuteRICOS
Fisiologistas observaram que muacutesculos estimulados a se contraiacuterem
acumulavam aacutecido laacutetico provenientes da glicoacutelise O acuacutemulo de aacutecido laacutetico o muacutesculo aacute
fadiga perdendo o mesmo a habilidade de contraccedilatildeo Tal habilidade poderia ser restaurada em
presenccedila de oxigecircnio molecular (aerobiose) quando entatildeo havia desaparecimento do aacutecido
laacutetico
Posteriormente demonstrou-se que homogeinados de muacutesculos eram capazes de catalisar a
oxidaccedilatildeo do lactato pelo O2 Isto demonstrava o processo como sendo de natureza enzimaacutetica
Outros aacutecidos podiam ser oxidados sendo piruvato citrato oxaloacetato fumarato malato os
mais rapidamente oxidados
Depois de elaborada a sequumlecircncia glicoliacutetica em muacutesculo e levedura observou-se que o
composto que era em suma oxidado ateacute CO2 vinha a ser o aacutecido piruacutevico como demonstrava
os experimentos de Gyorgi utilizando-se de homogeinados de muacutesculos de peito de pombo
Muitos pesquisadores contribuiacuteram para o entendimento do processo mas foi o bioquiacutemico
Inglecircs Sir Hans Krebs que em 1937 postulou um conjunto de reaccedilotildees de natureza ciacuteclica que
92
demonstrava a oxidaccedilatildeo do piruvato ateacute Co2 Devido aacute importacircncia de suas descobertas Krebs
recebeu em 1953 o Precircmio Nobel de Medicina
O ciclo de Krebs eacute de ocorrecircncia universal sendo encontrado em ceacutelulas animais e vegetais
tanto em organismos superiores como inferiores O equipamento enzimaacutetico responsaacutevel por
tais reaccedilotildees estaacute confinado na mitococircndria
2 SEQUEcircNCIA DE REACcedilOtildeES
3 IMPORTAcircNCIA ENERGEacuteTICA
Tal ciclo eacute de grande importacircncia na economia energeacutetica da ceacutelula visto que a energia
liberada no processo eacute enorme em relaccedilatildeo ao processo anaeroacutebico
100 C6H12O6 + 6O2 6CO2 + 6H2O G = -686000 calmol
7 C6H12O6 anaerobiose 2C3H6O3 G = -47000 calmol
93 C3H6O3 + 3O2 aerobiose 3CO2 + 3H2O G = -319500 calmol
Em anaerobiose apenas 7 (47000calmol) da energia contida na moleacutecula de glicose eacute
colocada em disponibilidade O restante dessa energia (93) contida no lactato eacute posta em
disponibilidade em condiccedilotildees de anaerobiose
4 INIBIDORES DO CICLO DE KREBS
41 Aacutecido Malocircnico Inibidor competitivo de desidrogenase succiacutenica Tal inibidor tem
semelhanccedila estrutural com o substrato natural (aacutecido succiacutenico) ocupando o siacutetio ativo da
enzima mas sendo desalojado mediante aumanto na concentraccedilatildeo de substrato Haacute acuacutemulo
de succiacutenato no sistema inibido Adicionando-se ao sistema fumarato malato ou
oxoloacetato haacute oxidaccedilatildeodo piruvato podendo ser adicionado em quantidades
estequiomeacutetricas equivalentes ao acetil ndash CoA a ser consumido A adiccedilatildeo de citrato isocitrato
ou - cetolglutarato natildeo permite a utilizaccedilatildeo do acetil-CoA pois que tais compostos estariam
aqueacutem da desidrogenase succiacutenica na sequumlecircncia ciacuteclica de reaccedilotildees Foi a utilizaccedilatildeodo aacutecido
malocircnico como inibidor que demonstrou o processo como sendo de natureza ciacuteclica
42 Fluoracetato (FCH2 ndash COOH) Certas plantas africanas e algumas encontradas no
Brasil especialmente do gecircnero Policourea possuem tal composto o qual se constitui no
principio toacutexico Tais plantas distantes dos centros consumidores
93
O fluoracetato aleacutem de inibir de maneira natildeo competitiva as enzimas dependentes de
sulfidrila (-SH) no siacutetio ativo (como a acetilcolinesterase) pode se transformar num inibidor
ativo (como de Krebs Para tal o fluoracetil ndash CoA Devido aacute falta de especificidade de
enzima de condensaccedilatildeo (1ordf enzima do Ciclo de Krebs) o potente inibidor da aconitase
acumulando-se aacutecido ciacutetrico no tecido envenenado
IICADEIA RESPIRATOacuteRIA
1 CONCEITO E FUNCcedilAtildeO
Vem a ser uma sequumlecircncia de reaccedilotildees de oacutexido ndash reduccedilatildeo em ordem estabelecida
segundo o potencial de reduccedilatildeo de seus componentes e que tem por finalidade transportar
para o oxigecircnio molecular (O2) os H+ e eleacutetrons das coenzimas reduzidas (NADH + H
+ e
FADH2)
Geradas no ciclo de Krebs Eacute tambeacutem chamada de cadeia de transporte de eleacutetrons
Durante esse transporte reaccedilotildees com ldquoqueda de potencial eletroquiacutemicordquo adequada
permitem a siacutentese de ATP a partir de ADP e Pi (foacutesforo inorgacircnico) pela chamada
ldquofosforilaccedilatildeo oxidativardquo A ldquoFosforilaccedilatildeo ao niacutevel de substratordquo se refere aacute siacutentese de ATP
em reaccedilotildees acopladas cuja energia eacute obtida da hidroacutelise de certas ligaccedilotildees ricas em energia
(como na glicoacutelise e no Ciclo de Krebs)
Na cadeia respiratoacuteria os eleacutetrons caminham a partir de um composto com baixo
potencial de reduccedilatildeo para outro com potencial de reduccedilatildeo maior isto eacute que tem maior
tendecircncia em aceitar esses eleacutetrons ocorrendo uma queda ldquocitocromosrdquo que satildeo
metaloproteiacutenas (ferroporfirinas) onde o aacutetomo de Feacute se oxida e se reduz transportando assim
os eleacutetrons
Feacute+3 + 1 e- ___reduccedilatildeo__
__oxidaccedilatildeo__
(oxidado) (reduzido)
O oxigecircnio molecular (O2) eacute o uacuteltimo aceptor dos eleacutetrons e H+ ocorrendo a biossiacutentese da
aacutegua Nesse processo formar-se 3 moles de ATP por mol NADH +H+ oxidado e 2 moles de
ATPmol de FADH2
3 VENENOS RESPIRATOacuteRIOS
Os citocromos especialmente o citocromo oxidase (ou ldquoa3rdquo) pode ter o seu aacutetomo de Feacute
complexado pelo CN- (cianeto) CO (monoacutexido de carbono) ou H2O (gaacutes sulfiacutedrico) o que
evita o mesmo de se oxidar ou se reduzir interrompendo assim o transporte de eleacutetrons Essa eacute
a razatildeo de tais compostos serem toacutexicos para plantas e animais ou seja organismos que
respirem possuidores portanto da cadeia respiratoacuteria O 24-DNP e a oligomicina promovem o
desacoplamento da fosforilaccedilatildeo oxidativa (consumo de O2 sem formaccedilatildeo de ATP)
94
4ESTRUTURA DA MITOCOcircNDRIA
Ela eacute considerada a casa de forccedila de uma ceacutelula Nela estatildeo contidas as enzimas do Ciclo de
Krebs bem como a Cadeia Respiratoacuteria Nela deve entrar piruvato ou acetil-CoA juntamente
com acetil-CoA
A parede interna da mitococircndria se apresenta enrugada para aumentar a superfiacutecie de contacto
com o estroma fazendo co que as coenzimas reduzidas geradas no Ciclo de Krebs sejam
prontamente oxidadas na Cadeia Respiratoacuteria
Quando portanto escrevemos a equaccedilatildeo geral da respiraccedilatildeo da glicose
C6H12O6 + 6O2 _respiraccedilatildeo_ + 6CO2 + 6H2O + 686000 calmol devemos considerar que esse
processo envolve dezenas de reaccedilotildees sendo o CO2 liberando principalmente pelo Ciclo de
Krebs e a aacutegua (H2O) gerada na cadeia respiratoacuteria Uma parte da energia liberada seraacute
utilizada para a siacutentese de ATP tanto pela fosforilaccedilatildeo ao niacutevel de substrato (glicoacutelise e Ciclo
de Krebs) como pela fosforilaccedilatildeo oxidativa (acoplada aacute cadeia respiratoacuteria)
1 RENDIMENTO ENERGEacuteTICO EM AEROBIOSE
Consideremos a oxidaccedilatildeo total o acetil-CoA pelo Ciclo de Krebs e cadeia respiratoacuteria
Cada mol de acetil-CoA oxidado completamente (ateacute CO2 e H2O) pelo Ciclo de Krebs e
Cadeia Respiratoacuteria propiacutecia a formaccedilatildeo de 12 moles de ATP
Podemos agora calcular o rendimento energeacutetico quando uma ceacutelula efetua a combustatildeo
completa (ateacute CO2 e H2O) da glicose Dados
95
443 da energia posta em disponibilidade eacute utilizada para a siacutentese de ATP O restante (100-
443 = 557) eacute dissipada na forma de calor servindo apenas para aquecer o meio onde a
reaccedilatildeo se processa
VIA PENTOSE FOSFATO
1 INTRODUCcedilAtildeO
A glicoacutelise natildeo eacute a uacutenica via degradativa da glicose e entre elas se destaca a via pentose
fosfato que ocorre no citossol de ceacutelulas animais e vegetais Tal via jaacute fora percebida em
tecidos que tinham capacidade de degradar a glicose mesmo na presenccedila dos inibidores
claacutessicos da glicoacutelise (fluoretos e iodoacetato) A descoberta do NADP+ por Warburg e a
oxidaccedilatildeo da glicose-6-fosfato em aacutecido 6-fosfoglucocircnico levada a moleacutecula de glucose para
vias metaboacutelicas desconhecidas O empregeo do C14 em pesquisas bioquiacutemicas e os estudos
de Lipmann Dickens Horecker e Racker resultaram no entendimento dos passos metaboacutelicos
conhecidos como o ldquodesvio das pentosesrdquo
2 SEQUEcircNCIA DAS REACcedilOtildeES
3 ESTEQUIOMETRIA DA VIA PENTOSE FOSFATO
Consideremos o processamento de 6 moleacuteculas de glicose pelas trecircs primeiras reaccedilotildees da via
pentose
6 hexosendashfosfato + 12 NADP+ 6H2O 6 pentosendashfosfato + 6CO2 + 12 NADPH + 12 H+
A seguir consideremos que 4 moleacuteculas de pentose fosfato reajam segundo as reaccedilotildees 6 e 7
produzindo 2 moleacuteculas de tetrose-fosfato e 2 moleacuteculas de hexosendashfosfato
2 pentose-fosfato 2 hexose-fosfato + 2 tetrose-fosfato
Pela accedilatildeo da transcetolase 2 moleacuteculas de tetrose-fosfato reagem com 2 moleacuteculas de pentose-
fosfato para formar 2 moleacuteculas de hexose-fosfato e 2 moleacuteculas de triose-fosfato
2 tetrose-fosfato + 2 pentose-fosfato 2 hexose-fosfato + 2 triose-P
Quanto aacutes 2 triose-fosfato uma delas pode por isomerizaccedilatildeo se tranformar em di-
hidroxiacetona-fosfato condensarem numa hexose-difosfato e se hidrolisar em hexose-fosfato
+ H3PO4
96
2 triose-fosfato 1 hexose-fosfato + H3PO4
A somatoacuteria dessas reaccedilotildees individuais resulta que
Hexose-fosfato + 12 NADP+ + 6H2O 6CO2 + NADPH + 12H+
O processo eacute oxidativo resultando em nucleotiacutedio reduzindo
4 SIGNIFICADO FISIOLOacuteGICO DA VIA PENTOSE FOSFATO
O NADH gerado em reaccedilotildees oxidativas da glicoacutelise e Ciclo de Krebs tem como importante
destino ser oxidado pela cadeia respiratoacuteria propiciando a formaccedilatildeo de ATP Jaacute o NADPH
natildeo eacute utilizado na cadeia respiratoacuteria mas sim empregado em inuacutemeros processos
biossinteacuteticos como na biossiacutentese e lipiacutedios esteroacuteides aminoaacutecidos etc A ribose gerada na
via pentose eacute utilizada na siacutentese dos aacutecidos nucleacuteicos enquanto a eritrose-fosfato eacute precursora
via aacutecido chiquiacutemico na produccedilatildeo de aminoaacutecidos reguladores compostos fenoacutelicos lignina
e outros especialmente em plantas
No que se refere a tecidos animais a via pentose eacute bastante ativa na glacircndulas mamaacuterias
tecidos adiposos coacutertex adrenal e fiacutegado onde o NADPH fornece o poder redutor para as
biossiacutenteses O muacutesculo esqueleacutetico com pouca atividade de biossiacutentese de lipiacutedios natildeo
apresenta a via pentose fosfato
Em tecidos vegetais jovens e meristemaacuteticos a atividade glicoliacutetica eacute mais intensa e a medida
que o tecido vai se tornando maduro a via pentose-fosfato se intensifica para propiciar a
disposiccedilatildeo de lignina e demais compostos secundaacuterios sintetizados com o concurso do
NADPH
Ainda em plantas a via pentose-fosfato supre o processo fotossinteacutetico com NADPH
necessaacuterio aacute assimilaccedilatildeo do CO2 bem como estaacute intimamente relacionada com a marcha do
carbono na fotossiacutentese
Outra funccedilatildeo da via pentose-fosfato seria estabelecer a possibilidade de conversatildeo de hexose
pentose tetroses e trioses entre si com bastante significado econocircmico nos processos
biossinteacuteticos
Utilizando-se de glicose-1-14
C e glicose-6-14
C podemos avaliar as intensidades das vias
glicoliacutetica e pentose-fosfato em um tecido qualquer A premissa eacute de que se apenas a glicose
estiver operando a evoluccedilatildeo de 14
CO2 seraacute idecircntica quer se utilizado de glicose-1-14
C ou de
glicose-6-14
C pois que ambas ao serem metabolizadas (em ensaios separados) produziratildeo
aacutecido piruacutevivo-metil-14
C Esse aacutecido seraacute oxidado no Ciclo de Krebs liberando 14
CO2
Por outro lado se apenas a via pentose estiver operando a evoluccedilatildeo de 14
Co2 seraacute
primeiramente detectada quando da utilizaccedilatildeo de glicose-1-14
C
97
METABOLISMO DOS TRIGLICERIacuteDIOS
1 INTRODUCcedilAtildeO
Os lipiacutedios armazenados por organismos animais ou vegetais quase que exclusivamente na
forma de trigliceriacutedios constituem importante reserva energeacutetica do ponto de vista
quantitativo Assim enquanto os carboidratos constituem reserva energeacutetica limitada
especialmente nos organismos animais (05do peso muscular e 5 do peso do fiacutegado) os
depoacutesitos de gordura subcutacircnea podem representar uma fraccedilatildeo bastante significativa do peso
corpoacutereo
Do ponto de vista qualitativo podemos afirmar que os lipiacutedios satildeo alimentos energeacuteticos Por
excelecircncia
A grande quantidade de energia liberada durante a combustatildeo dos lipiacutedios eacute devido ao aacutetomo
de carbono estar reduzido (com baixo nuacutemero de oxidaccedilatildeo) Isso pelo baixo conteuacutedo de
oxigecircnio e elevado teor de hidrogecircnio na moleacutecula
Os trigliceriacutedios constituem a quase totalidade da fraccedilatildeo lipiacutedica de nossa dieta ou de uma
reaccedilatildeo animal e vem a ser a forma pela qual os organismos armazenam a maior parte da
energia quiacutemica Daiacute um maior interesse pelos trigliceriacutedios Essas reservas lipiacutedicas (como a
gordura subcutacircnea dos animais e os oacuteleos armazenam nas sementes dos vegetais) podem ser
rapidamente mobilizadas para atender a demanda energeacutetica ou outras necessidades do
organismo em questatildeo
2 HIDROacuteLISE DOS TRIGLICERIacuteDIOS E DESTINO DE SEUS PRODUTOS
A degradaccedilatildeo dos trigliceriacutedios quer sejam eles provenientes de uma dieta ou reaccedilatildeo ou
aqueles armazenados inicia-se com a hidroacutelise enzimaacutetica (pelas liacutepases) dos mesmos
originando glicerol e aacutecidos graxos seus constituintes essenciais
O glicerol eacute degradado pela via glicoliacutetica se transformando em piruvato e posteriormente em
acetil-CoA
98
Os aacutecidos graxos resultantes dos trigliceriacutedios sofrem metabolizaccedilatildeo diferente seratildeo
transformados em acetil-CoA independente do nuacutemero de aacutetomos de carbono por um
processo bioquiacutemico denominado de beta-oxidaccedilatildeo e efetuado pela mitococircndria
LIPIacuteDIOS
-Oxidaccedilatildeo de Lipiacutedios amp Ciclo do Glioxilato
Segundo Harper et al (1982) os lipiacutedios formam um grupo heterogecircneo de
compostos relacionados real ou potencialmente com os aacutecidos graxos Tecircm a propriedade comum de serem relativamente insoluacuteveis na aacutegua e soluacuteveis nos
solventes natildeo polares como o eacuteter o clorofoacutermio o benzeno Os lipiacutedios assim compreendem as gorduras os oacuteleos as ceras e compostos relacionados
Os lipiacutedios satildeo constituintes importante da dieta natildeo soacute pelo elevado valor energeacutetico como tambeacutem pelas vitaminas lipossoluacuteveis e aacutecidos graxos essenciais encontrados na gordura dos alimentos naturais No organismo a gordura serve de fonte eficiente de energia tanto direta quanto potencialmente quando armazenada no tecido adiposo Serve como material isolante nos tecidos subcutacircneos e agrave volta de certos oacutergatildeos O teor de gordura do tecido nervoso eacute particularmente elevado As combinaccedilotildees de gordura e proteiacutena (lipoproteiacutena) satildeo constituintes celulares importantes encontrando-se nas membranas celulares e nas mitococircndrias no interior do citoplasma e servindo tambeacutem como meio de transporte dos lipiacutedios no sangue Muitos hormocircnios vitaminas e detergentes bioloacutegicos satildeo lipiacutedios (Harper et al 1982 Wannmacher e Dias 1988)
A grande maioria dos lipiacutedios possui em sua constituiccedilatildeo pelo menos uma moleacutecula de aacutecidos graxos que satildeo aacutecidos carboxiacutelicos saturados (sem ligas duplas) ou insaturados (com uma ou mais ligas duplas) com nuacutemero variaacutevel de aacutetomos de carbono geralmente aciacuteclicos havendo alguns ramificados e outros hidroxilados Os aacutecidos graxos satildeo obtidos pela hidroacutelise das gorduras Os aacutecidos graxos existentes em gorduras naturais encerram usualmente um nuacutemero par de aacutetomos de carbono (porque satildeo sintetizados a partir de dois carbonos) e satildeo derivados de cadeia retiliacutenea (Harper et al 1982 Wannmacher e Dias 1988)
Os aacutecidos graxos constituem importante fonte de energia para a maioria dos tecidos Os aacutecidos graxos circulam pelo sangue combinados com albumina ou sob forma de trigliceriacutedios incorporados em lipoproteiacutenas Os trigliceriacutedios eacutesteres do aacutelcool glicerol com aacutecidos graxos circulantes satildeo originaacuterios da dieta ou da biossiacutentese hepaacutetica e resultam da hidroacutelise dos trigliceriacutedios das lipoproteinas no
99
leito vascular dos tecidos ou da hidroacutelise dos trigliceriacutedios armazenados no tecido adiposo (Harper et al 1982 Wannmacher e Dias 1988)
Lehninger (1985) salienta que os triacilgliceroacuteis (trigliceriacutedios) desempenham um papel extremamente importante coma fornecedor de energia nos animais Entre os nutrientes principais eles possuem o maior conteuacutedo energeacutetico (mais de 9 kcalg) satildeo depositados nas ceacutelulas do tecido gorduroso como gotiacuteculas quase puras de gordura e podem ser estocadas em grandes quantidades neste tecido Nas populaccedilotildees dos paiacuteses desenvolvidos em meacutedia quase quarenta por cento das necessidades energeacuteticas diaacuterias satildeo fornecidas pelos triacilgliceroacuteis da dieta Eles fornecem mais da metade da energia consumida por alguns oacutergatildeos especialmente o fiacutegado o rim e o muacutesculo esqueleacutetico em repouso Nos animais que hibernam e nos paacutessaros em migraccedilatildeo os estoques de triacilgliceroacuteis satildeo praticamente a uacutenica fonte de energia
Cerca de noventa e cinco por cento da energia biologicamente obtida dos triacilgliceroacuteis reside nos seus trecircs aacutecidos graxos de cadeias longa apenas cinco por
cento desta energia eacute fornecida pelo glicerol Por vias metaboacutelicas como a -oxidaccedilatildeo esses aacutecidos graxos ricos em energia satildeo oxidados ateacute dioacutexido de carbono e aacutegua
DEGRADACcedilAtildeO OXIDATIVA DE AacuteCIDOS GRAXOS
- OXIDACcedilAtildeO
1 APRESENTACcedilAtildeO RESUMIDA DOS PRINCIPAIS EVENTOS METABOacuteLICOS
Conceito
Via cataboacutelica de degradaccedilatildeo de aacutecidos graxos para produccedilatildeo de energia
Ocorre na matriz mitocondrial apoacutes a ativaccedilatildeo e a entrada dos aacutecidos graxos na mitococircndria
Pode ser dividida em 3 fases
A ativaccedilatildeo do aacutecido graxo
A - oxidaccedilatildeo propriamente dita
A respiraccedilatildeo celular
Ativaccedilatildeo Dos Aacutecidos Graxos
A ativaccedilatildeo dos aacutecidos graxos consiste na entrada destes na mitococircndria na forma de ACIL-CoA
100
O processo depende
1 Da ligaccedilatildeo do aacutecido graxo com a Coenzima A formando o Acil-CoA no citosol A reaccedilatildeo eacute catalizada pela enzima Acil-CoA Sintetase localizada na membrana mitocondrial externa
CH3-(CH2)n-COOH + ATP + CoA-SH eacute CH3-(CH2)n-CO-S-CoA + AMP + PPi
2 Do transporte do radical acila atraveacutes da MMI do citosol para a matriz
mediado pelo carreador especiacutefico carnitina A transferecircncia do radical acila da CoA para a carnitina eacute catalizada pela enzima carnitina-Acil-Transferase I
Acil-S-CoA + Carnitina eacute Acil-Carnitina + CoA-SH 3 Do lado da matriz mitocondrial a carnitina doa novamente o radical acila para
a CoA regenerando o Acil-CoA no interior da mitococircndria A reaccedilatildeo eacute catalisada pela arnitina-Acil-Transferase II localizada na face interna da MMI e eacute exatamente o inverso da descrita acima
- Oxidaccedilatildeo do Aacutecido Graxo
Consiste na quebra por oxidaccedilatildeo do aacutecido graxo sempre em seu carbono b convertendo-o na nova carbonila de um aacutecido graxo agora 2
carbonos mais curto
O processo eacute repetitivo e libera agrave cada quebra
1 NADH+H+ 1 FADH2
1 Acetil CoA
Satildeo 4 as enzimas envolvidas em cada etapa de oxidaccedilatildeo da via
Exemplo
CH3-CH2-CH2-CH2-CH2-CH2-CH2-CH2-CH2-CO-S-CoA + CoA-SH
CH3-CH2-CH2-CH2-CH2-CH2-CH2-CO-S-CoA + Acetil-CoA
CH3-CH2-CH2-CH2-CH2-CO-S-CoA + Acetil-CoA
CH3-CH2-CH2-CO-S-CoA + Acetil-CoA
Acetil-CoA + Acetil-CoA
101
Respiraccedilatildeo Celular
A siacutentese de ATP acoplada agrave - oxidaccedilatildeo vem
Do transporte de eleacutetrons do NADH e do FADH2 formados no processo pela cadeia respiratoacuteria
Da oxidaccedilatildeo dos radicais acetil dos Acetil-CoAs no ciclo de Krebs
Exemplo A oxidaccedilatildeo de uma aacutecido graxo com 16 carbonos rende para a ceacutelula em ATPs
8 Acetil-CoA = 96 ATPs (12 1)
7 NADH + H+ = 21 ATPs (3 1)
7 FADH2 = 14 ATPs (2 1)
Total = 131 ATPs
Regulaccedilatildeo da - Oxidaccedilatildeo
A regulaccedilatildeo da via eacute feita pela enzima reguladora carnitina-acil-transferase I que regula a velocidade de entrada do aacutecido graxo na mitococircndria desta forma a velocidade de sua degradaccedilatildeo
Esta enzima eacute inibida por malonil-CoA um intermediaacuterio cuja concentraccedilatildeo aumenta na ceacutelula quando esta tem carboidrato disponiacutevel e que funciona como precursor na biossiacutentese de aacutecido graxo
Oxidaccedilatildeo de Aacutecidos Graxos Insaturados
Se o aacutecido graxo a ser oxidado for insaturado o processo tem dois passos enzimaacuteticos adicionais
A conversatildeo do isocircmero cis em trans
A saturaccedilatildeo da dupla ligaccedilatildeo pela adiccedilatildeo de aacutegua
Uma vez o aacutecido graxo saturado ele pode seguir com o processo normal de oxidaccedilatildeo
Oxidaccedilatildeo de Aacutecidos Graxos com Nuacutemero Iacutempar de Carbonos
A oxidaccedilatildeo de um aacutecido graxo com nuacutemero de carbonos iacutempar leva aacute formaccedilatildeo de um resiacuteduo de propionol-CoA que atraveacutes de uma sequumlecircncia de reaccedilotildees enzimaacuteticas e com gasto de energia (1 ATP eacute hidrolisado para cada propionil-CoA convertido) eacute convertido em succinil-CoA que entra no ciclo de Krebs para ser oxidado
102
Corpos Cetocircnicos
A oxidaccedilatildeo dos aacutecidos graxos no fiacutegado leva agrave formaccedilatildeo de grande quantidade de Acetil-CoA que pode ser oxidado no proacuteprio fiacutegado ou convertido nos CORPOS CETOcircNICOS
Satildeo 3 os corpos cetocircnicos formados a partir do Acetil-CoA
Acetoacetato
- Hidroxibutirato
Acetona
O objetivo da formaccedilatildeo dos corpos cetocircnicos eacute permitir o transporte da energia obtida pela oxidaccedilatildeo dos aacutecidos graxos aos tecido perifeacutericos para laacute serem utilizados na siacutentese de ATP
A formaccedilatildeo de corpos cetocircnicos eacute uma via de superabundacircncia atraveacutes da qual o fiacutegado distribui energia a todo o organismo Nos tecidos perifeacutericos os corpos cetocircnicos regeneram o Acetil-CoA que entra no ciclo de Krebs para produccedilatildeo de energia
Normalmente a quantidade de corpos cetocircnicos no sangue eacute baixa mas
em situaccedilotildees como o jejum prolongado ou o diabetes mellitus suas concentraccedilotildees seacutericas podem aumentar muito levando o indiviacuteduo a um estado de CETOSE caracterizada por uma ACIDOSE METABOacuteLICA que pode ser fatal
2) -OXIDACcedilAtildeO DE LIPIacuteDIOS
21 Os aacutecidos graxos variam no comprimento da suas cadeias e no grau de nsaturaccedilatildeo dos aacutecidos graxos
Os aacutecidos graxos em sistemas bioloacutegicos comumente conteacutem um mesmo nuacutemero de aacutetomos de carbonos Tipicamente entre 14 e 24 aacutetomos Os aacutecidos graxos que conteacutem de 16 a 18 carbonos satildeo mais comuns As cadeias de hidrocarbonetos satildeo quase invariaacutevel nos aacutecidos graxos natildeo ramificados de animais A configuraccedilatildeo de duplas ligaccedilotildees em muitos aacutecidos graxos insaturados eacute tipo bdquocis‟ As duplas ligaccedilotildees em aacutecidos graxos poli-insaturados satildeo separadas por pelo menos um grupo metileno
As propriedades dos aacutecidos graxos e lipiacutedios derivados deles satildeo marcadamente dependentes sobre o comprimento das cadeias deles e sobre o grau de saturaccedilatildeo Aacutecidos graxos saturados tem um menos ponto de derretimento do que os aacutecidos graxos saturados de cadeia com o mesmo comprimento Por exemplo os
103
ponto de derretimento do aacutecido esteaacuterico eacute 696 oC e o aacutecido oleico eacute 134 oC que conteacutem uma dupla ligaccedilatildeo bdquocis‟ O ponto de fusatildeo dos aacutecidos graxos poli-insaturados da seacuteria com 18 carbonos satildeo muito mais baixos O comprimento das cadeias tambeacutem afeta o ponto de derretimento Isto eacute ilustrado pelo fato que a temperatura de derretimento do aacutecido palmiacutetico (C16) ser igual a 65 oC menor que o aacutecido esteaacuterico (C18)
Diante disto aacutecidos graxos com comprimento de cadeias curtas e aumento da insaturaccedilatildeo e aumenta a fluidez dos aacutecidos graxos e dos derivados deles
22 Triacilgliceroacuteis satildeo estoques de energia altamente concentrada
Triacilgliceroacuteis satildeo estoques de energia metaboacutelica altamente concentradas devido elas serem quimicamente reduzidas e anidras O rendimento de uma oxidaccedilatildeo completa de aacutecidos graxos eacute de 9 kcalg em contraste com quase 4 kcalg dos carboidratos e proteiacutenas As bases desta grande diferenccedila no rendimento caloacuterico eacute que os aacutecidos graxos satildeo muito mais altamente reduzidos Entretanto os triacilgliceroacuteis satildeo muito apolares e assim eles satildeo armazenados em uma forma quase anidra jaacute as proteiacutenas e carboidratos satildeo muito mais polares e portanto mais altamente hidratados
De fato uma grama de glicogecircnio seco liga-se a quase duas gramas de aacutegua Consequentemente uma grama de gordura quase anidra armazena mais que seis vezes a energia do que uma grama de glicogecircnio hidratado esta eacute a razatildeo para que os trigliceroacuteis foram evolutivamente selecionados como maior reserva de energia que o glicogecircnio
Considerando o peso de um homem tiacutepico com 70 kg que tem uma reserva de combustiacutevel de 100000 kcal em triacilgliceroacuteis 25000 kcal em proteiacutenas (mais em muacutesculos) 600 kcal em glicogecircnio e 40 kcal em glicose Os triacilgliceroacuteis constituem quase 11 kg deste total do peso do corpo Esta quantidade de energia se fosse armazenada em glicogecircnio seu peso total do corpo seria 55 kg maior
Em mamiacuteferos o maior siacutetio de acuacutemulo de triacilgliceroacuteis eacute o citoplasma das ceacutelulas adiposas - bdquoceacutelulas gordas‟ Gotiacuteculas de triacilglicerol unem-se para formar um grande gloacutebulo o qual pode ser maio do que o volume da ceacutelula A ceacutelula adiposa eacute especializada para a siacutentese e armazenamento de triacilgliceroacuteis e para a mobilizaccedilatildeo interna de moleacuteculas de combustiacutevel que satildeo transportadas para outros tecidos pelo sangue
23 Triacilgliceroacuteis satildeo mobilizados por AMP ciacuteclico regulados pelas lipases
104
O evento inicial no uso das gorduras como fonte de energia eacute a hidroacutelise dos triacilgliceroacuteis pelas lipases (Figura 1)
A atividade das lipases em ceacutelulas adiposas eacute regulada por hormocircnios Epinefrinas noraepinefrinas glucagocircnio e hormocircnio adrenocorticotroacutepico estimulam a ciclase adenilato das ceacutelulas adiposas O aumento do niacutevel de AMP ciacuteclico (monofosfato ciacuteclio de adenosina entatildeo estimula a proteina quinase que por sua vez ativa a lipase pela fosforilaccedilatildeo do AMP
Figura 1 Esquema da degradaccedilatildeo do tiacilglicerol para aacutecidos graxos
Entatildeo a epinefrinas noraepinefrinas glucagocircnio e hormocircnio
adrenocorticotroacutepico causam a lipoacutelise O AMP ciacuteclico eacute o mensageiro secundaacuterio na ativaccedilatildeo da lipoacutelise em ceacutelulas adiposas Que eacute um processo anaacutelogo a este papel na ativaccedilatildeo de quebra do glicogecircnio E ao contraacuterio a insulina inibe a lipoacutelise O glicerol formado pela lipoacutelise eacute fosforilado e oxidado para dihidroxiacetona fostado o qual sofre izomerizaccedilatildeo para gliceroladido 3-fosfato Estes intermediaacuterios ambos vatildeo para as vias glicoliacutetica e gliconeogecircnica Daiacute glicerol pode ser convertido
em piruvato ou glicose no fiacutegado que conteacutem enzimas apropriadas O processo reverso pode ocorrer pela reduccedilatildeo do dihidroxiacetona fosfato para glicerol 3-fosfato A hidroacutelise por uma fosfatase daacute origem ao glicerol Entatildeo glicerol e intermediaacuterios glicoliacuteticos satildeo prontamente interconversiacuteveis
24 -Oxidaccedilatildeo de Lipiacutedios Os aacutecidos graxos satildeo degradados pela remoccedilatildeo sequencial de duas unidades de carbono Em 1904 Franz Knoop contribuiu de forma importante e decisiva para elucidar o mecanismo da oxidaccedilatildeo de aacutecidos graxos Ele alimentou cachorros com aacutecidos
graxos de cadeia reta na qual o aacutetomo de carbono estava unido ao grupo fenil Knoop encontrou que a urina deste cachorros continham um derivado do aacutecido
105
fenilaceacutetico quando eles se alimentavam de fenilbutirato Em contraste um derivado do aacutecido benzoacuteico foi formado quando eles forma alimentados com fenilpropionato De fato aacutecido fenilaceacutetico foi produzido sem aacutecido graxo contendo um mesmo nuacutemero de aacutetomos de carbono que forma os cachorros alimentados No entanto o aacutecido benzoacuteico foi formado contendo aacutecidos graxos de nuacutemero iacutemparestranho ao que forma alimentados Knoop deduziu destes achado eacute que os aacutecidos graxos satildeo
degradados pela oxidaccedilatildeo carbono beta -
Estes experimentos foram marcados mundo agrave fora na bioquiacutemica devido eles serem o primeiro a usar roacutetulo sinteacutetico para elucidar mecanismos de reaccedilatildeo O deuteacuterio e radioisoacutetopos foram usados em bioquiacutemica apenas uma seacuterie de anos mais tarde
25 Aacutecidos graxos satildeo ligados a Coenzima A (CoA) antes de serem oxidados Eugene Kennedy amp Lehninger (1949) mostraram que os aacutecidos graxos satildeo oxidados na mitococircndria O trabalho subsequente demonstrou que eles satildeo ativados ante de entrarem na matriz mitocondrial O ATP (trifosfato de adenosina) dirige a formaccedilatildeo da ligaccedilatildeo tioeacutester do grupo carboxila do aacutecido graxo com o grupo sulfidrila da CoA Esta reaccedilatildeo de ativaccedilatildeo ocorre sobre o lado de fora da membrana mitocondrial onde ela eacute catalisada pela enzima sintetase acil CoA (tambeacutem chamada de tioquinase de aacutecidos graxos)
Figura 2 Ativaccedilatildeo do aacutecido graxo ligando-o a CoA
Paul Berg mostrou que a ativaccedilatildeo de aacutecido graxo ocorre em dois passo primeiro o aacutecido graxo reage com ATP para formar um adenilato acil Nesta mistura anidirda o grupo carboxila do aacutecido graxo eacute ligado ao grupo fosfato do AMP Os outros dois grupos fosforilas do substrato ATP satildeo liberados como pirofosfato O grupo sulfidrila da CoA entatildeo anexa o adenilato acil o qual eacute fracamente ligado agraves
enzimas para formar acil CoA e AMP
106
Figura 3 entrada e saiacuteda da acil carintirna na matriz mitocondiral mediada pela
enzima translocase
Esta reaccedilatildeo parcial eacute livremente reversiacutevel De fato a constante de equiliacutebrio da soma desta reaccedilatildeo eacute exatamente um (1)
R - COO- + CoA + ATP acil CoA + AMP + PPi
Uma ligaccedilatildeo altamente energeacutetica eacute quebrada (entre pirofosfato inorgacircnico e AMP) e uma reaccedilatildeo altamente energeacutetica eacute formada (o tioeacutester em acil CoA) Como esta reaccedilatildeo eacute dirigida A resposta eacute que o pirofosfato inorgacircnico eacute rapidamente hidrolisado por uma pirofosfatase
R - COO- + CoA + ATP + aacutegua acil CoA + AMP + 2Pi + 2H+
Isto torna a reaccedilatildeo altamente irreversiacutevel devido ao consumo de duas ligaccedilotildees altamente energeacuteticas Jaacute que apenas uma eacute formada Outro exemplo de outro tema recorrente em bioquiacutemica eacute
Muitas reaccedilotildees biossinteacuteticas satildeo feitas irreversiacuteveis pela hidroacutelise de pirofosfato inorgacircnico
Outro motivo surge nesta reaccedilatildeo de ativaccedilatildeo O intermediaacuterio adenilato acil ligado agrave enzima natildeo eacute o uacutenico para a siacutentese de acil CoA O adenilato acil eacute frequentemente formado quando grupos carboxilas satildeo ativados em reaccedilotildees bioquiacutemicas Por exemplo aminoaacutecidos satildeo ativados para a siacutentese de porteiacutenas por um mecanismo semelhante
107
26 Carnitina promove a ativaccedilatildeo de aacutecidos graxos de cadeia longa dentro da matriz mitocondrial
Os aacutecidos graxos satildeo ativados sobre a superfiacutecie externa da membrana mitocondrial onde os aminoaacutecidos satildeo oxidados na matriz mitocondrial Moleacuteculas acil CoA de cadeia longa natildeo atravessam para o interior da membrana mitocondrial e assim eacute necessaacuterio um mecanismo especial de transporte Aacutecidos graxos de cadeia longa satildeo carregados para o interior da membrana mitocondrial pela carnitina que eacute um tampatildeo (cargas positivas e negativas) formado a partir da lisina
Os grupos acil satildeo transferidos do aacutetomo de enxofre do CoA para os grupos hidroxilas da carnitina vinda da acil carnitina Esta reaccedilatildeo eacute catalisada pela enzima carnitina aciltransferase 1 que esta localizada na face do lado do citossol e dentro da membrana mitocondrial
Figura 4 entrada e saiacuteda da acil carnitina na matriz mitocondrial mediada pela enzima translocase
A carnitina acil eacute entatildeo lanccedilada atraveacutes do interior da membrana mitocondrial por uma translocase (Fig p474 meio Stryer) O grupo acil eacute transferido de volta para a
108
CoA sobre o lado da matriz da membrana Esta reaccedilatildeo que eacute catalisada por carnitina aciltransferase 2 e eacute termodinamicamente viaacutevel por causa da ligaccedilatildeo O-acil na
carnitina tendo um alto potencial na transferecircncia de grupos
Finalmente a carnitina eacute retornada para o lado citossoacutelico pela translocase na troca por uma acilcarnitina incomum
Um defeito na transferase ou translocase ou uma deficiecircncia de carnitina pode prejudicar a oxidaccedilatildeo de aacutecidos graxos de cadeia longa Tal desordem tem de fato sido encontrada gecircmeos idecircnticos que tem tido catildeibras dores musculares desde a infacircncia As dores foram precipitadas por raacutepido exerciacutecios ou alta teor de gordura na dieta A oxidaccedilatildeo de aacutecidos graxo eacute o processo de maior rendimento energeacutetico nestes trecircs estados As enzimas da glicoacutelise e da glicogenoacutelise foram encontradas ser normal A lipoacutelise dos triacilgliceroacuteis foi normal evidenciado pelo aumento na concentraccedilatildeo dos aacutecidos graxos natildeo esterificados encontrado no plasma apoacutes a corrida O ensaio de bioacutepsia do muacutesculo mostrou que a sintetase acil CoA de cadeia longa estava sempre ativa
Entretanto cadeia de aacutecidos graxos com comprimento meacutedio (C8 e C10) foram normalmente metabolizada Isto mostra que a carnitina natildeo eacute requerida para a permeaccedilatildeo dos grupos acil CoA de cadeia meacutedia no interior da matriz mitocondiral Este caso demonstra que o fluxo prejudicado de um metaboacutelito de um compartimento da ceacutelula para outro pode causar esta doenccedila
27 Acetil CoA NADH e FADH2 satildeo gerados em cada volta do ciclo de oxidaccedilatildeo dos aacutecidos graxos
Um acil CoA saturado eacute degradado por uma sequecircncia recorrente de quatro reaccedilotildees
Oxidaccedilatildeo por FAD (flavina adenina dinucleotiacutedio)
Hidrataccedilatildeo
Oxidaccedilatildeo por NAD+
109
Figura 5 Reaccedilatildeo de degradaccedilatildeo de aacutecidos graxos (oxidaccedilatildeo hidrataccedilatildeo oxidaccedilatildeo e finalmente tioacutelise resultando numa moleacutecula com dois carbonos a menos
A cadeia acil da gordura eacute encurtada por dois aacutetomos de carbono como um resultado destas reaccedilotildees e FADH2 NADH e acil CoA satildeo gerados David Green
110
Severo Ochoa e Feodor Lyenen contribuiacuteram de forma importante para a elucidaccedilatildeo
destas seacuterie de reaccedilotildees a qual chamaram de via da - oxidaccedilatildeo
A primeira reaccedilatildeo em cada volta da degradaccedilatildeo eacute a oxidaccedilatildeo do acil CoA por uma acil CoA desidrogenase para dar uma enoil CoA com uma duplas ligaccedilatildeo trans entre o C2 e C3
Acil CoA + E-FAD trans - 2 - enoil CoA + E-FADH2
Como na desidrogenaccedilatildeo do succinato no ciclo do aacutecido ciacutetrico FAD mais que
o NAD+ eacute o aceptor de eleacutetrons devido o G desta reaccedilatildeo ser insuficiente para dirigir a reduccedilatildeo do NAD+ Os eleacutetrons vindos do grupo prosteacutecido do FADH2 da desidrogenase acil CoA reduzida satildeo transferidos para a segunda flavoproteina chamada de flavoproteiacutena transferidora de eleacutetrons (ETF) Na volta a ETF doa eleacutetrons para a ETF-ubiquinona redutase uma proteiacutena Fe-S Ubiquinona eacute entatildeo reduzida para ubiquinol que entrega seu alto potencial de eleacutetrons ao siacutetio de bombeamento de proacutetons da cadeia respeiratoacuteria Consequentemente dois ATPs satildeo gerados do FADH2 formado neste passo de desidrogenaccedilatildeo como na oxidaccedilatildeo do succinato para fumarato
O proacuteximo passo eacute a hidrataccedilatildeo da dupla ligaccedilatildeo entre o C2 e C3 pela enoil CoA hidratase
trans - 2 - enoil CoA + H2O L-3-hidroxilacil CoA + E-FADH2
A hidrataccedilatildeo da enoil CoA eacute esteacuteroespeciacutefica como eacute a hidrataccedilatildeo do fumarato e aconitato Somente o L-isocircmero do 3-hidroxiacil CoA eacute formado quanado a ligaccedilatildeo
trans-2 eacute hidratada A enzima tambeacutem hidrata a dupla ligaccedilatildeo cis-2 mas o produto eacute
entatildeo do D-isocircmero
A hidrataccedilatildeo da enoil CoA eacute a preacutevia para reaccedilatildeo da segunda oxidaccedilatildeo que converte o grupo hidroxila para C3 dentro do grupo ceto e gera NADH Esta oxidaccedilatildeo eacute catalizada por L-3-hidroxiacil CoA desidrogenase a qual eacute absolutamente especiacutefica para o L-isocircmero do substrato hidroxiacil
L-3-hidroxilacil CoA + NAD+ 3-cetoacil CoA + NADH + H+
Estas trecircs reaccedilotildees em cada volta do ciclo de degradaccedilatildeo de aacutecidos graxos assemelha-se em pelo menos um passo ao ciclo do aacutecio ciacuteclico
111
Acil CoA enol CoA hidroxiacil CoA cetoacil CoA
succinato fumarato malato oxaloacetato
A reaccedilatildeo precedente tinha oxidado o grupo metileno no C3 para um grupo ceto O passo final eacute a clivagemquebra do 3-cetoacil CoA por um grupo tiol de uma segunda moleacutecula de CoA a qual rende acetil CoA e acil CoA encurtadas por 2
aacutetomos de carbono Esta clivagem tioliacutetica eacute catalizada por -cetotiolase
3-cetoacil CoA + HS-CoA aceil CoA + acil CoA (n -2 carbonos)
O acil CoA encurtado entatildeo sofre outro ciclo de oxidaccedilatildeo comeccedilando com a
reaccedilatildeo catalisada por acil CoA desidrogenase (Figura 6) -cetotiolase hidroxiacil desidrogenase e enoil CoA hidratase tem ampla especificidade com respeito ao comprimento do grupo acil
Figura 6 As trecircs primeiras reaccedilotildees de degradaccedilatildeo de aacutecido palmiacutetico pela remoccedilatildeo de dois aacutetomos de carbonos por ciclo de degradaccedilatildeo
112
Principais reaccedilotildees na oxidaccedilatildeo de aacutecidos graxos
1) aacutecido graxo + CoA + ATP acil CoA + AMP + Ppi
acil CoA sintetase (tioquinase de aacutecido graxoCoA ligase [AMP]
2) carnitina + acil CoA acil carnitina + CoA
carnitina aciltransferase
3) Acil CoA + E-FAD trans-2-enoil CoA + E-FADH2
acil CoA desidrogenases (vaacuterias)
4) trans-2-enoil Coa + H2O L-3-hidroxiacil CoA
enoil CoA hidratases (3-hidroxiacil CoA hidrolase)
5) L-3-hidroxiacil CoA + NAD+ 3-cetoacil CoA + NADH + H+
L-3-hidroxiacil CoA desidogenase
6) L-3-hidroxiacil CoA + CoA acetil CoA + acil CoA (encurtada por 2C)
-cetotiolase (tiolase)
O rendimento energeacutetico derivados da oxidaccedilatildeo de aacutecidos graxos pode ser calculada Em cada ciclo de reaccedilatildeo um acil CoA eacute encurtada por dois carbonos e um FADH2 e eacute formado NADH e acetil CoA
Cn-acil CoA + FAD + NAD+ + H2O + CoA Cn-2-acil CoA + FADH2 + NADH + acetil CoA + H+
A degradaccedilatildeo do palmitoil CoA (C16-acil CoA) requer sete ciclos de reaccedilotildees No seacutetimo ciclo o C4-ceotoacil CoA eacute tiolozado para duas moleacuteculas de acetil CoA Entatildeo a estequiometira da oxidaccedilatildeo do palmitoil CoA eacute
Palmitoil CoA + 7 FAD + 7 NAD+ + 7 H2O 8 acil CoA + 7 FADH2 + 7 NADH + 7 H+
Trecircs ATPs satildeo gerados quando cada destes NDAH eacute oxidado pela cadeira respiratoacuteria enquqnto 2 ATPs satildeo formados para cada FADH2 devido aos seus
113
eleacutetrons entram na cadeia ao niacutevel do ubiquinol Lembrando que a oxidaccedilatildeo do acetil CoA pelo ciacuteclo do aacutecido ciacutetrico rende 2 ATPs Considerando isto o nuacutemero de ATP formado na oxidaccedilatildeo do Palmitoil CoA eacute 21 e dos 7 FADH2 21 dos 7 NADH e 96 das 8 moleacuteculas de acetil CoA o que daacute um total de 131 ATPs Duas ligaccedilotildees fosfato de alta energia satildeo consumidas na ativaccedilatildeo do palmitato na qual o ATP eacute dividido AMP e 2 Pi Entatildeo o rendimento liacutequido da completa oxidaccedilatildeo do palmitato e 129 ATPs
A eficiecircncia da conservaccedilatildeo da energia na oxidaccedilatildeo de aacutecidos graxos pode ser estimada dado o nuacutemero de ATP formado e da energia de oxidaccedilatildeo do aacutecido palmiacutetico agrave CO2 e H2O
3) GERMINACcedilAtildeO DE SEMENTES amp -OXIDACcedilAtildeO DE LIPIacuteDIOS
No inicio da germinaccedilatildeo as proteiacutenas de armazenamento satildeo degradadas para aminoaacutecidos atraveacutes da siacutentese de enzimas requeridas para a mobilizaccedilatildeo de lipiacutedios
Estas enzimas incluem as lipases que catalisam a hidroacutelise de triacilgliceroacuteis para glicerol e aacutecidos graxos As lipases ligam-se agraves oleosinas do corpos de oacuteleo O glicerol formado pela hidroacutelise do triacilglicerol pode ser alimentado dentro da via da gliconeogecircnese apoacutes a fosforilaccedilatildeo do glicerol 3-fosfato e sua subsequente oxidaccedilatildeo para diidroxicetona fosfato A liberaccedilatildeo de aacutecidos graxos livres eacute primeiro ativado
como tioeacutesteres de CoA e entatildeo degradados para acetil CoA por -oxidaccedilatildeo Este processo ocorre em peroxiossomos especializados os quais satildeo chamados de
glioxiossomos A -oxidaccedilatildeo eacute um processo bioloacutegico importante para a germinaccedilatildeo das sementes em especial para as oleaginosas
Embora em princiacutepio -oxidaccedilatildeo represente uma forma invertida da siacutentese de aacutecidos graxos existe diferenccedilas distintas como habilidade de alto fluxo metaboacutelico entre estas duas vias metaboacutelicas que operam em direccedilotildees opostas
As principais diferenccedilas entre -oxidaccedilatildeo e a siacutentese de aacutecidos graxos satildeo
na desidrogenaccedilatildeo do acil CoA O hidrogecircnio eacute transferido via uma oxidase dependente de FAD para H2O2 A catalase irreversivelmente elimina a H2O2 no siacutetio de sua produccedilatildeo pela conversatildeo em aacutegua e O2
-L-hidroxiacil CoA eacute formada durante a hidrataccedilatildeo da enoil CoA in contrast para o correspondente D-enantioner durante a siacutentese
hidrogecircnio eacute transferido para o NAD durante o segundo passo da desidrogenaccedilatildeo Normalmente o sistema NAD na ceacutelula eacute altamente oxidado dirigindo a reaccedilatildeo em direccedilatildeo a oxidaccedilatildeo do hidroxiacil CoA Natildeo eacute conhecido qual reaccedilatildeo utiliza o NADH formado nos peroxiossomos
114
Em uma reaccedilatildeo irreversiacutevel de tioacutelises mediadas por CoASH que cliva -cetoacil CoA para formas uma moleacutecula de acetil CoA e uma de acil CoA encurtada para dois aacutetomos de carbono
Durante a degradaccedilatildeo de aacutecidos graxos insaturados produtos intermediaacuterios
satildeo formados e que natildeo podem ser metabolizados por reaccedilotildees de -oxidaccedilatildeo 3-cis-enoil CoA que eacute formado durante a degradaccedilatildeo do aacutecido oleico eacute convertido por uma
isomerase mudando a ligaccedilatildeo dupla para 2-trans-enoil CoA que eacute um intermediaacuterio
da -oxidaccedilatildeo Na -oxidaccedilatildeo dos aacutecidos linolecircnico e linoleico a segunda ligaccedilatildeo dupla no intermediaacuterio correspondente estaacute na posiccedilatildeo correta mas na configuraccedilatildeo cis com a consequecircncia que eacute a hidrataccedilatildeo pela hidratase enoil CoA resulta na
formaccedilatildeo de -D-hidroxiacil CoA Mais tarde eacute convertido por uma epimerase para L-
enantiomer o qual eacute um intermediaacuterio da -oxidaccedilatildeo
4) CICLO DO GLIOXILATO
Ao contraacuterio ao animais os quais satildeo haacutebeis para sintetizar glicose de acetil CoA As plantas e muitas bacteacuterias satildeo capazes de crescer sobre acetato ou outros componentes que lhe rendam acetil CoA As plantas podem fazer gliconeogecircnesis elas possuem as enzimas da gliconeogecircnesis para o ciclo do glioxilato
Nesta via metaboacutelica acetil com duas unidades de carbono satildeo convertidos para uma moleacutecula de quatro carbonos (succinato) Esta sequecircncia de reaccedilotildees eacute chamada de ciclo do glioxilato passagem livre para dois passos de descarboxilaccedilatildeo no cilco do aacutecido ciacutetrico Neste ciclo entram duas moleacuteculas de acetil CoA por cada ciclovolta do ciclo do glioxilato Uma ilustraccedilatildeo das principais reaccedilotildees do ciclo do glioxilato eacute apresentado na Figura 7
115
Figura 7 Ciclo do glioxilato e suas principais reaccedilotildees produtos e intermediaacuterios
O ciclo do glioxilato estaacute ligado ao ciclo do aacutecido ciacutetrico da seguinte maneira
acetil CoA condensa com oxaloacetato atraveacutes da enzima sintase do citrato e mais tarde eacute convertido para isocitrato pela aconitase
Isocitrato e dividido pela isocitrato liase em succinato e glioxilato
Glioxilato mais acetil CoA satildeo condensados pela sintase de malato para malato
Como no ciclo do citrato o malato eacute oxidado pela desidrogenase do malato para oxaloacetato complementando o ciclo
Uma moleacutecula de succinato gera duas de acetil CoA
succinato eacute transferido para mitococircndria e eacute convertido para oxaloacetato (por reaccedilatildeo parcial no ciclo do citrato)
116
oxaloacetato eacute transferido da mitococircndria por um transportador e no citossol eacute convertido para fosfoenolpiruvato (carboxiquinase do fosfoenolpiruvato)
fosfoenolpiruvato eacute precursor de hexoses na gliconeogecircnese e outras rotas metaboacutelicas
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URGS 1988
3 BETA-OXIDACcedilAtildeO DOS AacuteCIDOS GRAXOS
31 Histoacuterico Em 1904 Knoop administrou para catildees derivados fenilados de aacutecidos
graxos com diferentes nuacutemeros de aacutetomos de carbono na cadeia Pelo fato do grupamento fenil
ser de difiacutecil transformaccedilatildeo pelo organismo animal poder-se-ia pesquisar na urina os produtos
de degradaccedilatildeo de tais derivados fenilados e assim melhor conhecer o catabolismo dos aacutecidos
graxos
Quando eram ministrados derivados fenilados de aacutecidos graxos com nuacutemero par de aacutetomos de
carbono havia excreccedilatildeo de aacutecido fenilaceacutetico Quando eram empregados derivados fenilados
117
de aacutecido dos graxos com nuacutemero impar de aacutetomo de carbono havia excreccedilatildeo de aacutecido
benzoacuteico
Knoop postulou que os aacutecidos graxos sofreriam oxidaccedilotildees sucessivas no carbono beta () que
se transformaria em carboxila removendo-se assim sucessivamente unidades contendo 2
aacutetomos de carbono (ldquoC2rdquo)
Entretanto a exata compreensatildeo do processo somente foi possiacutevel depois da identificaccedilatildeo da
unidade ldquoC2rdquo como sendo o acetil-CoA e dos estudos de Lynen e Green que isolaram de
mitococircndrias 5 enzimas que catalizavam a beta-oxidaccedilatildeo dos aacutecidos graxos
32 Esquema helicoidal da beta-oxidaccedilatildeo dos aacutecidos graxos
1 tioquinase 2 desidrogenase de acil 3 hidrase de enoil 4 desidrogenase de
hidroxiacil 5 tiolase
33 Caracteriacutestica da beta-oxidaccedilatildeo
a Somente uma moleacutecula de ATP eacute requerida na ativaccedilatildeo do aacutecido graxo para sua
completa transformaccedilatildeo em acetil-CoA independente do nuacutemero de aacutetomos de
carbono
b As enzimas responsaacuteveis pela beta-oxidaccedilatildeo estatildeo contidas na mitococircndria o
que facilita o aproveitamento da energia visto que o acetil-CoA formado eacute
prontamente oxidado pelo Ciclo de Krebs bem como as coenzimas formadas
satildeo oxidadas na Cadeia Respiratoacuteria
c O sistema oxidativo dos aacutecidos eacute de ocorrecircncia universal sendo encontrado em
plantas animais e bacteacuterias
4 RENDIMENTO ENERGEacuteTICO DA BETA-OXIDACcedilAtildeO
Consideremos a oxidaccedilatildeo bioloacutegica completa do aacutecido palmiacutetico
C16H32O2 + 23O2 16CO2 + 16H2O G= -2338000 calmol
O aacutecido palmiacutetico (com 16 aacutetomos de C) desdobrado pela beta-oxidaccedilatildeo daacute origem a 8
moleacuteculas de acetil-CoA cada uma carregando 2 aacutetomos de C da moleacutecula do aacutecido graxo
Essas 8 moleacuteculas de acetil-CoA satildeo geradas em 7 ldquovoltasrdquo da sequumlecircncia helicoidal de
118
reaccedilotildees pois que na uacuteltima volta se formam 2 moleacuteculas de acetil-CoA Os equivalentes em
ATP em cada etapa seriam
Rendimento energeacutetico (R)
2338000 100
130 X 8000 R R= 100 X 130 X 8000 = 445
2338000
Problema ndash Calcular o nuacutemero de moleacuteculas de ATP gerados Pela oxidaccedilatildeo bioloacutegica
completa do trigliceriacutedios abaixo estruturado
CH2-O-CO-(CH2)14CH3
CH-O-CO-(CH2)16CH3
CH2-O-CO-(CH2)16CH3
119
5 BIOSSIacuteNTESE DE AacuteCIDOS GRAXOS
Logo de iniacutecio pensou-se em uma beta-muacuteltipla condensaccedilatildeo das mesmas unidades ldquoC2rdquo
(acetil-CoA) que resultasse na siacutentese de aacutecidos graxos mediante o reverso das reaccedilotildees da
beta-oxidaccedilatildeo
Atualmente se sabe que a biossiacutentese de aacutecidos graxos eacute processada por um equipamento
enzimaacutetico distinto utilizado o acetil-CoA substrato
A dessaturaccedilatildeo dos aacutecidos graxos introduccedilatildeo de duplas ligaccedilotildees eacute processada por plantas e
animais ao niacutevel mitocondrial ou microssomal requerendo coenzimas reduzidas e oxigecircnio
molecular Entretanto somente as plantas superiores possuem a habilidade de introduzirem
mais que uma dupla ligaccedilatildeo sintetizando assim aacutecidos poliinsaturados Tais aacutecidos graxos satildeo
considerados assenciais aos organismos animais
Nesta reaccedilatildeo o O2 (oxigecircnio molecular) se constitui em um substrato Este pode ser um dos
fatores que levam plantas e animais (com os peixes) de regiotildees temperadas (mais frias) a
sintetizarem aacutecidos graxos poliinsaturados em maior proporccedilatildeo visto que quanto menor a
temperatura maior a concentraccedilatildeo de oxigecircnio dissolvido no suco celular Esse mecanismo
parece ser responsaacutevel pelo menos em parte pela resistecircncia ao frio manifestada por animais
e vegetais das regiotildees frias Explicaria tambeacutem porque o cacaueiro cultivado distante da linha
do equador formada um manteiga com menor ponto de fusatildeo ou seja maior iacutendice de iocircdo
120
METABOLISMO DEGRADATIVO DA PROTEIacuteNAS E AMINOAacuteCIDOS
1 CONSIDERACcedilOtildeES GERAIS
Os aminoaacutecidos devem constar na dieta dos animais devido agrave sua funccedilatildeo de constituintes das
proteiacutenas corporais Os estudos sobre a nutriccedilatildeo animal e humana mostram que os
aminoaacutecidos podem ser divididos em dois grupos dependendo do metabolismo dos mesmos
a aminoaacutecidos essenciais ou indispensaacuteveis ndash aqueles que o organismo natildeo
sintetiza ou se o faz em quantidades aqueacutem da requerida lisina triptofano
metionina valina leucina isoleucina fenilalanina e treonina satildeo essenciais ao
homem
b aminoaacutecidos natildeo essenciais ou dispensaacuteveis ndash aqueles que o organismo
sintetiza nas quantidades requeridas aacutecido aspaacutertico aacutecido glutacircmico alanina
serina etc
As proteiacutenas alimentares (presente nos alimentos) podem ser consideradas de boa qualidade
quando rica em aminoaacutecidos essenciais e de maacute qualidade se satildeo pobres em aminoaacutecidos
essenciais O milho opaco-2 melhorando geneticamente apresenta maior conteuacutedo das
proteiacutenas glutelina e zeiacutena que satildeo ricas em lisina De uma maneira geral os cereais satildeo pobres
em lisina ao passo que os gratildeos da leguminosas satildeo deficientes em metionina
As proteiacutenas que ingerimos como alimento satildeo hidrolisadas nos aminoaacutecidos constituintes
pelas enzimas digestivas do estocircmago (pepsina) suco pancreaacutetico (amino e carboxipeptidases)
e suco intestinal (d - e tripeptidases) Os aminoaacutecidos livres satildeo absorvidos pelo intestino e
atraveacutes do sistema porta se dirigem ao fiacutegado para a siacutentese das proteiacutenas corporais individuais
(estruturais ou de atividade bioloacutegica com enzimas e hormocircnios) ou sofrem reaccedilotildees
especiacuteficas para cada aminoaacutecido
Ateacute recentemente acreditava-se que as proteiacutenas em contraste com os carboidratos e lipiacutedios
fossem inertes metabolicamente Assim uma vez sintetizada a moleacutecula proteacuteica
permaneceria intacta ateacute a morte da planta ou animal quando entatildeo se iniciava a sua
degradaccedilatildeo Este conceito prevaleceu pois era observado que os teores de lipiacutedios (e
carboidratos) num organismo animal variavam dependendo da condiccedilatildeo nutritiva Assim eacute que
os depoacutesitos de gordura podem ser aumentados quando da ingestatildeo de uma dieta rica em
calorias Igualmente ocorre o consumo dos depoacutesitos de gordura em condiccedilotildees de deficiecircncia
caloacuterica Em contraste as proteiacutenas corporais natildeo satildeo utilizadas para a produccedilatildeo de energia
ateacute que outras reservas (carboidratos e lipiacutedios) tenham sido esgotadas em condiccedilotildees de fome
extrema
Entretanto os Schoenheimen alimentando ratos adultos (que estavam em equiliacutebrio
nitrogenado nulo) com aminoaacutecidos marcados com isoacutetopo 15
N demonstraram que o aacutetomo de
N passou a integrar moleacuteculas de outros aminoaacutecidos (mediante reaccedilotildees de transaminaccedilatildeo) e
igualmente foram encontrados integrando moleacuteculas proteacuteicas no fiacutegado (siacutentese de proteiacutenas)
Ficou estabelecendo entatildeo que em animais adultos onde natildeo haacute mais crescimento ocorre
siacutentese de proteiacutena com relativa velocidade a qual eacute contrabalanceada por uma degradaccedilatildeo
proteacuteica de mesma intensidade de modo que o teor global de proteiacutena corpoacuterea permanece
constate
121
Assim cada moleacutecula proteacuteica difere quanto aacute intensidade de reciclagem (turnover) a
hemoglobina possui uma meia vida de 30dias enquanto esses valores seriam de 180 e 1000
dias para a miosina e colaacutegeno respectivamente Para um humano adulto calcula-se que 12 g
de proteiacutena por dia sofram degradaccedilatildeo e siacutentese por cada quilograma de peso vivo Dessa
degradaccedilatildeo proteacuteica um quarto dos aminoaacutecidos resultantes seriam oxidados de modo que os
mesmos devem ser restituiacutedos pela proteiacutena da dieta Desde que cerca de metade dos
aminoaacutecidos oxidados satildeo ldquoindispensaacuteveisrdquo facilmente se compreende a necessidade desses
aminoaacutecidos essenciais estarem contidos na dieta e nas quantidades adequadas
Quando haacute ingestatildeo de proteiacutena ou que a dieta ou reaccedilatildeo seja deficiente em aminoaacutecidos
essenciais ou ainda na maioria dos casos patoloacutegicos o organismo degrada suas proacuteprias
proteiacutenas para conseguir os aminoaacutecidos essenciais aacute siacutentese de outras proteiacutenas necessaacuterias no
momento Ocorre entatildeo uma alteraccedilatildeo no balanccedilo nitrogenado que passa a ser negativo
O balanccedilo nitrogenado eacute a diferenccedila entre o N ingerido por dia (dos alimentos) e o excretado
(pelas fezes e urina) Um individuo ou organismo em fase de crescimento apresenta um
balanccedilo nitrogenado positivo isto eacute a quantidade de N ingerida eacute maior que a excretada Os
indiviacuteduos adultos apresentam balanccedilo (ou equiliacutebrio) nitrogenado nulo visto que os
organismos animais natildeo mais acumulam compostos nitrogenados depois de cessado o
crescimento Ao contrario do que ocorre com os carboidratos e lipiacutedios as proteiacutenas natildeo
podem ser armazenadas Daiacute uma maior excreccedilatildeo de N devido a uma dieta rica em proteiacutenas
O zootecnista ou nutricionista deve pois levar em consideraccedilatildeo no balanceamento de reaccedilotildees
ou dietas que os carboidratos e lipiacutedios devem satisfazer as exigecircncias energeacuteticas enquanto
que as proteiacutenas (a mais cara das trecircs classes de alimentos) devem constituir fonte de
aminoaacutecidos para a siacutentese das proteiacutenas do organismo
2 ESSENCIALIDADE DE AMINOACIDOS PARA OS RUMINANTES
A medida que os organismos evoluem perdem a habilidade de siacutentese de alguns compostos
que lhes satildeo essenciais os quais devem ser encontrados em sua alimentaccedilatildeo Assim enquanto
as plantas sintetizam todos os aminoaacutecidos presentes em suas proteiacutenas os organismos
animais em maior ou menor escala necessitam de alguns previamente elaborados
(heterotrofismo) A microflora (bacteacuterias) existentes no rumem dos ruminantes possui a
habilidade de sintetizar todos os aminoaacutecidos a partir de carboidratos e compostos
nitrogenados simples Tais aminoaacutecidos iratildeo integrar as proteiacutenas nas microbianas as quais
apoacutes a morte das bacteacuterias constituiratildeo alimentos para os ruminantes Nisto se fundamenta a
zootecnista ao alimentar bovinos com melaccedilo e ureacuteia (ou outros compostos nitrogenados
como esterco de galinha etc) Os vegetais e aiacute tambeacutem as bacteacuterias do rumem possuem a
enzima ureacutease que hidrolisa a ureacuteia em NH3 e CO2
CO(NH2)2 + H2O CO2 + 2NH3
A amocircnia (NH3) eacute assimilada pelas bacteacuterias formando aminoaacutecidos cujo esqueleto
carbocircnico eacute orindo do accediluacutecar do melaccedilo Tais aminoaacutecidos inclusive os essenciais ao bovino
iratildeo integrar a proteiacutena microbiana
122
3 REACcedilOtildeES ESPECIacuteFICAS PARA ALGUNS AMINOAacuteCIDOS
31 Desanimaccedilatildeo reaccedilatildeo em que um aminoaacutecido perde o grupamento amino (-NH2) na
forma de amocircnia (NH3) se transformando em no -cetoacuteaacutecido correspondente
A desidrogenase glutacircmica eacute uma enzima de ocorrecircncia universal encontrada em organismos
animais e vegetais A reaccedilatildeo eacute reversiacutevel de modo que pode operar no sentido de siacutentese ou de
degradaccedilatildeo do aacutecido glutacircmico conforme a conveniecircncia
32 Transaminaccedilatildeo reaccedilatildeo em que ocorre a transferecircncia do grupamento amino (geralmente
do aacutecido glutacircmico) para um ceto aacutecido (oxaloaceacutetico ou piruacutevico) formando outros
aminoaacutecidos Duas enzimas se destacam transaminase glutacircmico-oxaloaceacutetico (TGO) e
transaminase glutacircmico-piruacutevica (TGP) ambas exigindo piridoxina (vitamina B6) como
cofator
33 Descarboxilaccedilatildeo - o aminoaacutecido perde a carboxila na forma de CO2 se transformando
em uma amina geralmente exibindo efeitos fisioloacutegicos
A descarboxilase de histidina leva aacute produccedilatildeo de histamina amina esta que estimula a
secreccedilatildeo gaacutestrica e estaacute presente em todos os processos aleacutergico
O gama-aminobutiacuterico eacute formado no sistema nervoso sendo aiacute um componente essencial do
metabolismo dos neurocircnios A DOPAMINA eacute precursora da adrenalina que tem atividade
vasoconstritora As aminas putrescina e cadaverina satildeo formadas especialmente pela
decomposiccedilatildeo bacteriana dos materiais proteacuteicos (putrefaccedilatildeo) Putrescina se acumula
particularmente em plantas deficientes em potaacutessio alcanccedilando niacuteveis toacutexicos causando os
sintomas especiacuteficos que caracterizam a deficiecircncia mineral em questatildeo
123
4 REACcedilOtildeES DEGRADATIVAS DOS AMINOAacuteCIDOS
Cada um dos 20 aminoaacutecidos proteacuteicos sofrem diferentes reaccedilotildees originando como produtos
dependendo do esqueleto carbocircnico dos mesmos apenas acetil-CoA aacutecidos piruacutevico
oxaloaceacutetico ou alfa-cetoglutaacuterico
Os aminoaacutecidos que originam aacutecido piruacutevico oxaloaceacutetico ou alfa-cetoglutaacuterico satildeo chamados
de ldquoglicogecircnicosrdquo Aqueles que datildeo formaccedilatildeo a acetoacetil-CoA satildeo os ldquocetogecircnicosrdquo
124
INTEGRACcedilAtildeO DO METABOLISMO DOS CARBOIDRATOS
LIPIacuteDIOS E PROTEIacuteNAS
1 FASES DA PRODUCcedilAtildeO DE ENERGIA
Carboidratos lipiacutedios e proteiacutenas satildeo as 3 principais fontes de energia para a maioria dos
organismos vivos Krebs e Kormberg deram ecircnfase ao fato que apesar de muitos serem os
compostos que servem como alimentos o nuacutemero de reaccedilotildees pelas quais deles se obtem
energia eacute relativamente pequeno independente do organismo planta ou animal A natureza eacute
por conseguinte bastante econocircmica nos processos por ela desenvolvido para degradar esses
compostos que podem ser enquadrados em 3 fases principais
a Fase 1 Eacute a ldquodigestatildeo dos alimentosrdquo de natureza hidroliacutetica Assim os
polissacariacutedios satildeo hidrolizados em monossacariacutedios usulmente hexoses os
trigliceriacutedios que constituem a quase totalidade da fraccedilatildeo lipiacutedica de uma dieta
satildeo hidrolizados em glicerol e aacutecido graxos e as proteiacutenas degradadas nos
aminoaacutecidos constituintes A energia contida nessas ligaccedilotildees (glicosiacutedicas dos
oligo e polissacariacutedios eacutesteres dos trigliceriacutedios e peptiacutedicas das proteiacutenas) eacute
liberada na forma de calor aumentando a temperatura do meio (que eacute
observada durante a digestatildeo e mesmo em sementes durante a germinaccedilatildeo)
b Fase 2 Os monossacariacutedios glicerol aacutecidos graxos e aminoaacutecidos satildeo
posteriormente degradadas a 3 substacircncias apenas por processos que podem
resultar na formaccedilatildeo de algumas ligaccedilotildees fosfatadas ricas em energia (ATP) O
glicerol apoacutes ser convertido em piruvato pela sequumlecircncia glicoliacutetica daraacute origem
a acetil-CoA O mesmo ocorre com os carboidratos Os aacutecidos graxos pela
beta-oxidaccedilatildeo se transformam em acetil-CoA Os 20 aminoaacutecidos integrantes
das proteiacutenas dependendo do seu esqueleto carbocircnico podem dar formaccedilatildeo aacute
acetil-CoA aacutecido-cetoglutaacuterico e aacutecido oxaloaceacutetico
c Fase 3 Os 3 compostos chaves formados anteriormante (acetil-CoA aacutecido
alfa-cetoglutaacuterico e aacutecido oxaloaceacutetico) seratildeo oxidados pelo Ciclo de Krebs
mediante a reduccedilatildeo de apenas 2 tipos de coenzimas (DPNH + H+ e FADH2)
que o serem reoxidadas na Cadeia Respiratoacuterias aacutes custas do oxigecircnio
molecular propiciam a ldquofosforilaccedilatildeo oxidativardquo
125
2 CONVERSAtildeO DE CARBOIDRATOS LIPIacuteDIOS E PROTEIacuteNAS ENTRE SI
21Transformaccedilatildeo de carboidratos em lipiacutedios Pela formaccedilatildeo primeira dos aminoaacutecidos
(natildeo essenciais ao organismo em questatildeo)Mediante as reaccedilotildees de desaminaccedilatildeo e
transaminaccedilatildeo o NH3 pode ser incorporado em esqueletos carbocircnicos formando aacutecido
glutacircmico aspaacutertico alanina etc desde que haja os cetoaacutecidos disponiacuteveis muitas enzimas
podem formar cetoaacutecidos dicarboxiacutelicos a partir de intermediaacuterios da glicoacutelise
23 Transformaccedilatildeo de proteiacutenas em carboidratos ou lipiacutedios - Estima-se que mais da
metade dos aminoaacutecidos existentes nas proteiacutenas animais podem se transformar em
carboidratos (glicose) Isto eacute de suma importacircncia para o metabolismo animal pois que 50
de suas proteiacutenas satildeo potencialmente capazes de se transformar em accediluacutecar Para tal os
aminoaacutecidos ldquoglicogecircnicosrdquo se transformar em aacutecido piruacutevico oxaloaceacutetico ou alfa-
cetoglutaacuterico produtos esses que se transformar em aacutecido fosfoenolpiruacutevico (PEP) e mediante
o reverso da glicoacutelise iratildeo formar accediluacutecar (processo esse denominado gluconeogecircnese) A
gluconeogecircnese eacute a formaccedilatildeo de glicose a partir de substacircncias natildeo gluciacutedicas
Os aminoaacutecidos que ao serem degradados levam aacute produccedilatildeo de acetoacetil-CoA satildeo
chamados de ldquocetogecircnicosrdquo pois satildeo responsaacuteveis pelo aparecimento dos ldquocorpos cetocircnicosrdquo
(acetoacetato hidroxibutiratoe acetona)
Um animal quando submeto a um regime de fome e apoacutes esgotar suas reservas de
carboidratos (glicose do sangue e gligecircnio muscular e hepaacutetico) e de lipiacutedios (depoacutesito
subscutacircneos de gordura) passa a se utilizar de suas proteiacutenas corporais Neste processo o
organismo utiliza primeiramente as proteiacutenas de menor importacircncia fisioloacutegica de inicio as
proteiacutenas do sangue (albuminas e globulinas) depois as do tecido muscular do tecido oacutesseo e
finalmente as do tecido nervoso Neste estaacutegio o organismo natildeo tem mais recuperaccedilatildeo
24 Transformaccedilatildeo de lipiacutedios em carboidratos - Tal transformaccedilatildeo somente eacute possiacutevel em
plantas fungos e bacteacuterias organismos esses que possuem o ldquoCiclo do Glioxilatordquo em funccedilatildeo
de possuiacuterem duas enzimas especiais siacutentese maacutelica e isocitrase
Tais enzimas satildeo particularmente ativas durante a germinaccedilatildeo de sementes ricas em oacuteleos
Natildeo satildeo encontradas no tecido animal Daiacute a impossibilidade dos organismos animais
transformarem gordura em carboidrato uma vez que a oxidase piruacutevica catalisa
irreverssivelmente a transformaccedilatildeo de piruvato em acetil-CoA
126
EXCRECcedilAtildeO DO NITROGEcircNIO
1 CONSIDERECcedilAtildeO GERAIS
Do metabolismo degradativo dos compostos nitrogenados especialmente dos aminoaacutecidos
resulta a amocircnia (NH3) Devido a natureza dinacircmica dos processos metaboacutelicos parte da
amocircnia eacute reutilizada pela ceacutelula mediante o processo da assimilaccedilatildeo da amocircnia enquanto o
restante deve ser eliminada por excreccedilatildeo
Sabe-se que os animai excretam o nitrogecircnio em uma das trecircs seguintes formas nitrogenadas
de excreccedilatildeo amocircnia ureacuteia e aacutecido uacuterico Destas formas a amocircnia eacute a mais toacutexicas e altamente
soluacutevel em aacutegua a ureacuteia eacute bem menos toacutexicas mas igualmente soluacutevel ao passo que o aacutecido
uacuterico eacute bastante insoluacutevel e natildeo toacutexico
Um dos capiacutetulos mais interessantes da bioquiacutemica comparada vem a ser aquele referente aacute
excreccedilatildeo do nitrogecircnio Existe evidecircncias suficientes de que a forma nitrogenada excretada
por um organismo eacute geralmente determinada pela disponibilidade de aacutegua para esse
organismo
Assim os animais aquaacuteticos que vivem circundados pela aacutegua podem excretar a amocircnia a
qual a despeito de ser toacutexica natildeo acarreta nenhum inconveniente devido aacute diluiccedilatildeo
instantacircnea no meio ambiente Jaacute os animais terrestres que possuem um suprimento limitado
de aacutegua natildeo podem acumular a amocircnia excretando pois o nitrogecircnio na forma de ureacuteia ou
aacutecido uacuterico
A escolha entre ureacuteia ou aacutecido eacute estabelecida pelas condiccedilotildees do desenvolvimento
embrionaacuterio Assim os mamiacuteferos nos quais o feto se desenvolve em contato iacutentimo com o
corpo materno atraveacutes do sistema circulatoacuterio sintetizam ureacuteia a qual sendo soluacutevel pode ser
removida do embriatildeo e excretada pela matildee Jaacute os embriotildees de paacutessaros e rapteis que se
desenvolvem no interior de um sistema fechado o ovo com um conteuacutedo de aacutegua bastante
limitado natildeo podem utilizar a ureacuteia como forma de excreccedilatildeo devido aacute sua solubilidade e
toxidez Tais organismos optaram entatildeo pelo aacutecido uacuterico o qual sendo insoluacutevel depositar-se-
ia na forma de um soacutelido na parte interna da casca Essas caracteriacutesticas de excreccedilatildeo
nitrogenada tatildeo importante para o desenvolvimento do embriotildees seriam entatildeo mantidas no
organismo adulto
2 EXCRECcedilAtildeO DA AMOcircNIA (NH3)
Nos animais amonioteacutelicos ou seja aqueles que excretam predominantes a amocircnia (como a
maior parte dos vertebrados aquaacuteticos especialmente os peixes oacutesseos e as larvas de anfiacutebios)
o catabolismo dos aminoaacutecidos se inicia com uma transaminaccedilatildeo envolvendo -cetoglutarato
formando-se glutamato Glutamato igualmente pode ser formado pela desidrogenase glutacircmica
utilizando-se de amocircnia livre (NH3) Entretanto devido aacute carga negativa do glutamato no pH
fisioloacutegico (apresenta as carboxilas desprotonizadas) o mesmo natildeo atravessa as membranas
lipoproteacuteicas Para contornar tal problema o glutamato se combina enzimaticamente com mais
amocircnai pela accedilatildeo da glutamina sintetase formando glutamina uma moleacutecula neutra natildeo
toacutexica capaz de se translocar transportando o N na forma amiacutedica para o fiacutegado (no caso da
maioria dos animais terrestres) ou para as guelras das formas aquaacuteticas
127
Nas guelras a glutamina perde o nitrogecircnio amiacutedico pela accedilatildeo da glutaminase aiacute presente
liberando o nitrogecircnio na forma de amocircnia (NH3) que eacute excretada no meio exterior
3 EXCRECcedilAtildeO DA UREacuteIA
A ureacuteia eacute a principal forma nitrogenada de excreccedilatildeo dos ureoteacutelicos que compreende as maior
parte dos vertebrados terrestres
A formaccedilatildeo da ureacuteia foi estudada por KREBS e HENSELEIT utilizando-se de fatias de fiacutegado
de rato Tal tecido tinha habilidade de sintetizar ureacuteia a partir de CO2 e NH3 em um processo
endergocircnico ou seja exigente em energia (ATP)
Tais pesquisadores demonstravam que quantidades cataliacuteticas de arginina citrulina e ornitina
propiciavam a formaccedilatildeo de uma quantidade apreciaacutevel de ureacuteia Foi proposto entatildeo um ciclo
de reaccedilotildees que tinha por finalidade promover a desintoxicaccedilatildeo da amocircnia o qual eacute
mencionado com ciclo da ureacuteia ciclo da ornitina-ureia ou ciclo de Krebs-Henseleit
Tal ciclo opera em animais e em plantas Entretanto em plantas devido aacute presenccedila da ureacutease a
siacutentese da ureacuteia natildeo teria propoacutesito e a funccedilatildeo do ciclo seria unicamente de propiciar a siacutentese
de arginina
O previleacutegio de se excretar o nitrogecircnio na forma de ureacuteia tem um preccedilo energeacutetico 4
moleacuteculas de ATP satildeo grandes por moleacuteculas de ureacuteia formada computando-se apenas as
reaccedilotildees do ciclo propriamente dito
4 FORMACcedilAtildeO DO AacuteCIDO UacuteRICO
Os animais uricoteacutelicos paacutessaros e reacutepteis excretam o nitrogecircnio mormente na forma
insoluacutevel de aacutecido uacuterico Composto com 33 de nitrogecircnio
Entretanto o aacutecido uacuterico tambeacutem eacute o principal sub-produto da degradaccedilatildeo das purinas (adenina
e guanina) nos primatas paacutessaros e reacutepteis
128
Haacute um consideraacutevel gasto de energia para a fabricaccedilatildeo do aacutecido uacuterico que eacute realizada aacutes
custas de pequenas moleacuteculas Inicialmente o nitrogecircnio de alguns aminoaacutecidos juntamente
com o carbono de outras moleacuteculas doadoras satildeo empregados para se confeccionar as bases
adenina e guanina as quais em seguida satildeo transformadas em aacutecido uacuterico
129
FOTOSSIacuteNTESE
1 INTRODUCcedilAtildeO
A fotossiacutentese eacute um importante processo bioloacutegico que ocorre na biosfera e dele dependem
todas as formas viventes O sol fornece energia para todos os processos bioloacutegicos em nosso
planetaAleacutem de ser o responsaacutevel pelo movimento de ar e aacutegua na superfiacutecie terrestre a vida
se originou na terra de modo a depender exclusivamente de seu contiacutenuo fornecimento de
energia Os organismos pigmentados e com especial referecircncia as plantas verdes utilizam a
energia radiante e a armazena na forma de ligaccedilotildees quiacutemicas Este fenocircmeno eacute chamado de
fotossiacutentese cuja equaccedilatildeo geral eacute
2 CLOROPLASTOS E PIGMENTOS
O centro Bioloacutegicos da fotossiacutentese eacute uma organela inclusa no citoplasma celular denominada
de cloroplasto Dentro do cloroplasto estatildeo os compostos responsaacuteveis pela absorccedilatildeo da
energia radiante e a posterior transformaccedilatildeo em energia quiacutemica Os compostos que recebem
essas radiaccedilotildees satildeo as clorofilas a e b carotenoacuteides e ficobilinas A posterior reduccedilatildeo o CO2 ao
niacutevel de carboidratos eacute efetuada por um equipamento enzimaacutetico aiacute presente Esses pigmentos
ocorrem na forma de lipoproteiacutenas dentro dos cloroplastos Os cloroplastos se apresentam de
forma elipsoidal com 3-5 de comprimento por 2 de espessura cujo nuacutemero varia nas algas
A estrutura dos cloroplastos revelada pela microscopia eletrocircnica se mostrou altamente
organizada uma membrana dupla isola a organela do citoplasma Inclusa numa matriz
denominada de estroma estatildeo corpos em forma de disco (tilacoacuteides) dispostos em camadas e
que se chama de grana O tilacoacuteide eacute a unidade fotossinteacutetica formada de camadas alternadas
de proteiacutenas (enzimas) e lipiacutedios (pigmentos e fosfolipiacutedios)
Pesquisa-se constantemente os passos bioquiacutemicos da fotossiacutentese e ainda pouco se sabe o
fenocircmeno da conversatildeo quacircntica ou seja como a energia luminosa eacute transformada em energia
quiacutemica
As clorofilas ldquoardquo e ldquobrdquo logo se apresentaram como sendo pigmentos muito relacionados com a
fotossiacutentese quando se estudou os seus espectros de absorccedilatildeo e a eficiecircncia fotossinteacutetica para
os diversos comprimentos de onda
130
O fato existir fotossinteacutetica em comprimento de onda que natildeo satildeo absorvidos pelas clorofilas
(500 a 600nm) levou-se a acreditar que outros pigmentos (carotenoacuteides e ficobilinas)
absorvessem essa luz e transferissem a energia para a moleacutecula de clorofila Salienta-se ainda
o fato de que os carotenoacuteides evitam a fotoxidaccedilatildeo da clorofila Os carotenoacuteides apresentam
pico de absorccedilatildeo em 430nm enquanto a ficobilina azul os apresentam em 560e 570nm e
660nm A ficobilina vermelha exibe picos de absorccedilatildeo em 500 e 570nm
3 UTILIZACcedilAtildeO DA AacuteGUA NA FOTOSSIacuteNTESE
Segundo a reaccedilatildeo anterior a aacutegua eacute o agente que eacute oxidado a O2 O estudo com
microorganismo fotossintetizadores (bacteacuterias) fornecem dados para se poder especular a
respeito do papel da aacutegua na fotossiacutentese
Em sulfobacteacuteias a reaccedilatildeo pode ser assim representada
Van Niel observou a analogia dessa reaccedilatildeo com aquela das plantas verdes e escreveu uma
equaccedilatildeo geral da fotossiacutentese
No caso especiacutefico das plantas verdes notamos que haacute necessidade da cisatildeo da moleacutecula de
H2O como primeiro passo para a reduccedilatildeo do CO2 havendo pois evoluccedilatildeo de O2 e que
segundo Van Niel este seria provenientes da aacutegua Tal afirmativa foi comprovada com o uso
de H2O18
e a reaccedilatildeo correta seria
No processo da fotossiacutentese a aacutegua seria sintetizada e consumida
4 REACcedilAtildeO DE HILL
Em 1937 Hill na Inglaterra estudou as reaccedilotildees da fotossiacutentese trabalhando com cloroplastos
isolados de espinafre acreditando conseguir melhores resultados Natildeo conseguiu o seu intento
em promover a reduccedilatildeo do CO2 ao niacutevel de carboidratos mas conseguiu promover a fotoacutelise
da H2O na presenccedila de outro agente oxidante o ferrioxalato de K
Observou-se ainda que a evoluccedilatildeo de O2 se processava segundo uma estequiometria em
relaccedilatildeo ao agente oxidante adicionado
131
Posteriormente foram identificados substitutos do ferrioxalato benzoquinona 26-
diclorofenolindofenol etc Essas reaccedilotildees foram muito criticadas na eacutepoca pelo fato de tais
compostos natildeo serem de ocorrecircncia natural na ceacutelula natildeo tendo importacircncia fisioloacutegica ou
bioquiacutemica
Mas em 1952 nos EUA foi observado que TPN+ (NADP+) podia ser facilmente reduzido na
presenccedila de luz e cloroplastos de espinafre Tal fato se revestiu de particular interesse pois que
jaacute era conhecida a capacidade do TPNH em promover a reduccedilatildeo de uma seacuterie de substrato
orgacircnico
Um dos enigmas da fotossiacutentese havia sido descoberto a fotoreduccedilatildeo do TPN+
Faltava apenas o que em 1954 na Califoacuternia foi conseguido por ARNON a reduccedilatildeo do CO2 a
carboidrato pela accedilatildeo da luz com cloroplastos intactos sem exigir outros componentes
celulares O CO2 foi reduzido enquanto houve oxidaccedilatildeo da aacutegua
Neste trabalho ARNON demonstrou uma segunda funccedilatildeo do cloroplastos produzir ATP a
partir de ADP + Pi com auxilio da luz
O processo foi chamado de fotofosforilaccedilatildeo
Ainda mais iluminado-se cloroplastos em presenccedila de ADP Pi e TPN+ e na ausecircncia de CO2
acumulavam-se ATP e NADPH Esse material quando em presenccedila de CO2 promovia a
reduccedilatildeo do mesmo ao niacutevel de carboidrato mesmo na obscuridade Separam-se entatildeo duas
reaccedilotildees ldquoreaccedilatildeo luminosardquo e ldquoreaccedilatildeo no escurordquo
5 CICLO DE CALVIN
O ciclo de reduccedilatildeo do CO2 foi estabelecido por Calvin e seus colaboradores quando buscavam
as respostas para as seguintes perguntas qual o primeiro composto orgacircnico formado pela
fixaccedilatildeo ou reduccedilatildeo do CO2 durante a fotossiacutentese Como seria bioquimicamente essa
fixaccedilatildeo Calvin utilizou o 14
CO2 algas chlorella e teacutecnicas cromatograacuteficas para identificar o
primeiro composto formado na fotossiacutentese A consideraccedilatildeo baacutesica era que
Apoacutes exposiccedilatildeo ao 14CO2 durante 30 segundos apareceram marcados diversos aminoaacutecidos
aacutecidos orgacircnicos e accedilucares
Depois de 7 segundos de exposiccedilatildeo 12 compostos radioativos entre eles hexose trioses e
tetroses
132
Depois de 5 segundos o aacutecido 3-fosfogliceacuterico retinha a maior atividade especifica e a
radioatividade estava no carbono da carboxila
Acredita-se de iniacutecio que o composto que recebia o CO2 seria uma moleacutecula com 2 aacutetomos de
carbono mas a busca foi infrutiacutefera Segundo uma teacutecnica de interrupccedilatildeo brusca no
fornecimento de CO2 observou-se o acuacutemulo de Ribulose ndash15-difosfato o aceptor de CO2
Posteriormente a enzima carboxidismutase foi identificada Ao mesmo tempo os estudos dos
compostos radioativos suas atividades especiacuteficas e a posiccedilatildeo do 14
C na moleacutecula permitiram
a calvin estabelecer o caminho do carbono na fotossiacutentese
6 VIA C-4 DOS AacuteCIDOS DICARBOXIacuteLICOS
Jaacute era conhecido haacute mais de quinze anos que algumas gramiacuteneas tropicais e outras espeacutecies
de plantas adaptas ao clima aacuterido se distinguiam pela alta taxa de fotossiacutentese baixa perda de
CO2 na luz (fotorrespiraccedilatildeo) anatomia foliar caracteriacutestica e baixo consumo de aacutegua por
unidade de mateacuteria seca produzida Todas estas caracteriacutesticas identificadas isolada e
independentemente tecircm conexatildeo como processo de fixaccedilatildeo do CO2 que ocorre em vaacuterios
grupos de plantas que realizam a fotossiacutentese atraveacutes do ciclo ldquoC-4rdquo Esta fixaccedilatildeo do CO2
diferente daquela proposta pelo ciclo de calvin jaacute tinha sido identificada em milho e canandashde-
accediluacutecar atraveacutes de experimentos com14
CO2 e subsequumlente identificaccedilatildeo dos produtos
radioativos formados Os resultados mostravam que um composto com 4 aacutetomos de carbono
aparecia como primeira substacircncia marcada diferente do 3-PGA como as plantas ldquoC-3rdquo
Folhas de cana-de-accediluacutecar apoacutes 1 segundo de exposiccedilatildeo ao 14
CO2 apresentavam 80 da
radioatividade nos aacutecidos oxaloaceacutetico maacutelico aspaacutertico O mesmo era observado com milho
sorgo e outras plantas com elevada capacidade fotossinteacutetica ou de produccedilatildeo de massa verde
Em tais plantas observa-se um alto valor de Km para o CO2 frente aacute carboxi-dismutase
(Ribulose-15-difosfato carboxilase)
Foram Kortschak e colaboradores em 1965 que mostravam de maneira convincente que o
primeiro composto acumulado durante a fotossiacutentese de cana-de-accediluacutecar era o malato Hatch e
Slack durante 1966 a 1970 completaram os estudos e estabeleceram as bases para o
conhecimento do ciclo ldquoC-4rdquo embora muitas adiccedilotildees tenham sido feitas mais recentemente
133
Uma caracteriacutestica anatocircmica associada ao processo de fixaccedilatildeo do CO2 pelas folhas das
plantas ldquoC-4rdquo refere-se agrave presenccedila de um anel de ceacutelulas que circundam os feixes vasculares a
bainha vascular
A assimilaccedilatildeo do CO2 da atmosfera ocorre nas ceacutelulas do mesoacutefilo sendo incorporado na
moleacutecula do aacutecido fosfoenolpiruacutevico (PEP) produzindo aacutecido oxaloaceacutetico (AOA) e em
seguida malato ou aspartato dependendo do tipo de planta considerada O malato ou aspartato
eacute transportado para a bainha vascular onde eacute descarboxilado sendo o CO2 produzindo na
reaccedilatildeo imediatamente fixado atraveacutes do ciclo de calvin
As reaccedilotildees iniciais da fixaccedilatildeo do CO2 satildeo as seguintes
7 METABOLISMO AacuteCIDO DAS CRASSULAacuteCEAS (CAM)
Vaacuterias espeacutecies de plantas que habitam em ambientes aacuteridos e quentes apresentam um sistema
de fixaccedilatildeo do CO2 especializado destinado principalmente a manter um balanccedilo positivo de
carbono nos tecidos ao mesmo tempo que desenvolvem um eficiente mecanismo de economia
de aacutegua Estas espeacutecies satildeo geralmente suculentas e englobam os membros da famiacutelia das
crassulaacuteceas Entretanto vaacuterios outros grupos de plantas exibem comportamento fisioloacutegico
semelhante ao das crassulaacuteceas (cactos abacaxi orquiacutedeas) caracterizado por uma produccedilatildeo
ciacuteclica diaacuteria de aacutecidos orgacircnicos daiacute a denominaccedilatildeo de metabolismo aacutecido das crassulaacuteceas
(CAM) As plantas que assimilam o gaacutes carbocircnico atraveacutes do sistema CAM devido aacutes
restriccedilotildees na disponibilidade de aacutegua e grande pressatildeo ambiental que resulta em elevada
transpiraccedilatildeo fecham os estocircmatos durante o dia a fim de manter a hidrataccedilatildeo dos tecidos Aacute
noite os estocircmatos se abrem e permitem a entrada do CO2 que eacute assimilado atraveacutes da reaccedilatildeo
catalisada pela enzima PEP-carboxilase
134
O oxaloacetato produzido eacute transformaccedilatildeo em malato pela NADH-malato desidrogenase e se
acumula No periacuteodo seguinte de iluminaccedilatildeo o malato eacute descarboxilado na reaccedilatildeo catalisada
pela enzima do aacutecido maacutelico-NADP (em algumas espeacutecies pela PEP-carboxiquinase) sendo
que o piruvato formado reage com ATP e regenera o PEP na reaccedilatildeo da piruvato-diquinase O
CO2 liberado no processo eacute captado pela RuDP-carboxilase e pela operaccedilatildeo do ciclo de
calvin resulta na produccedilatildeo de amido Estas reaccedilotildees que ocorrem durante o dia satildeo restritas
aos cloroplastos enquanto o sistema que opera durante a noite ocorre no citoplasma O amido
que se acumula durante o dia eacute degradado na noite seguinte formando hexose-fosfato que satildeo
oxidadas nas reaccedilotildees glicoliacuteticas que resultam em aacutecido fosfoenolpiruacutevato (PEP)
O caraacuteter adaptativo da plantas CAM eacute altamente evoluiacutedo e permite sua sobrevivecircncia em
condiccedilotildees extremas de ambiente O fechamento dos estocircmatos durante o dia resulta em um
aumento da temperatura das folhas que pode atingir ateacute 50C Entretanto a temperatura
oacutetima para a atividade da enzima de descarboxilaccedilatildeo (enzima do aacutecido maacutelico) e tambeacutem
bastante alta permitindo que a liberaccedilatildeo interna do CO2 ocorra normalmente Em condiccedilotildees
climaacuteticas mais amenas com boa disponibilidade de aacutegua as plantas CAM comportam-se de
maneira semelhante aacutes espeacutecies de fotossiacutentese ldquoC-3rdquo e o CO2 eacute fixado durante o dia pelo
ciclo de calvin
8 FOTORRESPIRACcedilAtildeO
Umas das caracteriacutesticas fisioloacutegicas mais importantes que diferenciam as plantas ldquoC-4rdquo das
ldquoC-3rdquo eacute a ocorrecircncia de perdas de carbono pelas folhas simultaneamente com o processo de
absorccedilatildeo de gaacutes carbocircnico pela fotossiacutentese Este fenocircmeno de liberaccedilatildeo de CO2 na luz
funcional e metabolicamente ligado aacute fotossiacutentese eacute denominado fotorrespiraccedilatildeo O termo
fotorrespiraccedilatildeo inicialmente empregado por Decker no final da deacutecada de 50 significa que os
tecidos fotossintetizantes liberam CO2 com maior intensidade na luz do que na obscuridade
considerando que o processo da respiraccedilatildeo (glicoacutelise ciclo de Krebs e transporte eletrocircnico no
mitococircndrio) ocorre continuamente tanto no periacuteodo iluminado como no escuro
Uma das diferenccedilas baacutesicas entre o fenocircmeno de fotorrespiraccedilatildeo e respiraccedilatildeo refere-se ao
efeito do O2 sobre os dois sistemas A fotorrespiraccedilatildeo eacute aumentada com o aumento da
concentraccedilatildeo de oxigecircnio no meio a partir de 1-2 Em contraste a respiraccedilatildeo satura quando
o O2 atinge aproximadamente 2 e natildeo haacute e nenhum efeito da elevaccedilatildeo do conteuacutedo de
oxigecircnio ateacute aproximadamente 21 Esta influecircncia do oxigecircnio sobre a fotorrespiraccedilatildeo esta
intimamente associada com o efeito do oxigecircnio sobre a fotossiacutentese Jaacute em 1929 Warburg
descreveu uma diminuiccedilatildeo da fotossiacutentese com o aumento da concentraccedilatildeo de O2 Esta
inibiccedilatildeo denominada efeito de Warburg podia ser removida pelo aumento da concentratildeo de
CO2 sugerindo processos competitivos Mas foi com a interpretaccedilatildeo dada por Decker e Tio
(1959) na tentativa de explicar o brusco aumento da liberaccedilatildeo de CO2 que ocorre
imediatamente apoacutes a interrupccedilatildeo da iluminaccedilatildeo que os estudos do mecanismo da
fotorrespiraccedilatildeo foram intensificados Folhas iluminadas em condiccedilotildees de equiliacutebrio no que se
refere aacutes trocas de CO2 com o ambiente (ponto de compensaccedilatildeo de CO2) liberam alta
quantidade de gaacutes carbocircnico nos primeiros minutos que seguem ao iniacutecio do periacuteodo de
escuro Este ldquoaumento poacutes-iluminaccedilatildeordquo da liberaccedilatildeo de CO2 parecia significar que algum
composto sintetizado na luz se armazenaria e sua utilizaccedilatildeo continuaria a ocorrer no escuro
enquanto houvesse disponibilidade de substrato para o processo
135
A associaccedilatildeo entre fotossiacutentese e a fotorrespiraccedilatildeo foi definitivamente esclarecida com a
descriccedilatildeo do processo de oxidaccedilatildeo da ribulose difosfato atraveacutes da enzima RuDP-
carboxilaseoxigenase Em condiccedilotildees normais (003 CO2 21 O2) a enzima apresenta duas
atividades carboxilase e oxigenase A relaccedilatildeo entre as duas atividades eacute de aproximadamente
7030 dependendo da idade da folha condiccedilotildees climaacuteticas espeacutecies de planta etc Desta
competiccedilatildeo decorre uma diminuiccedilatildeo da assimilaccedilatildeo liacutequida do CO2 o que normalmente
resulta em um decreacutescimo da produtividade da planta
O processo de fotorrespiraccedilatildeo se inicia com a produccedilatildeo do aacutecido glicoacutelico a partir da queda da
moleacutecula de RuDP pela accedilatildeo do O2 sobre a enzima RuDP-carboxilase
O aacutecido fosfoglicoacutelico eacute transformado em aacutecido glicoacutelico atraveacutes da reaccedilatildeo catalisada pela
fosfatase e se configura com o principal substrato para a fotorrespiraccedilatildeo O metabolismo do
aacutecido glicoacutelico se daacute nos peroxissomos que satildeo organelas celulares presentes em todas as
ceacutelulas verdes em geral localizados proacuteximos dos cloroplastos frequumlentemente com os
envelopes externos justapostos a estes
Nos peroxissomos o aacutecido glicoacutelico eacute oxidado a aacutecido glioxiacutelico e em seguida eacute produzida a
glicina
A glicina formada no peroxissomo eacute transferida para o mitococircndrio onde se acumula e produz
serina Neste processo a condensaccedilatildeo de duas moleacuteculas de glicina resulta na formaccedilatildeo de
serina com a liberaccedilatildeo de CO2
O gaacutes carbocircnico formado eacute transportado para o meio externo constituindo-se em fonte de
perda de carbono pela fotorrespiraccedilatildeo
A serina volta ao peroxissomo eacute transformada em aacutecido hidroxipiruacutevico e em seguida em
aacutecido gliceacuterico
136
Com a transferecircncia do aacutecido gliceacuterico para o cloroplasto ocorre a produccedilatildeo de aacutecido
fosfogliceacuterico que em seguida eacute incorporado no ciclo de calvin
9 FISIOLOGIA COMPARA DAS PLANTAS ldquoC-3rdquo e ldquoC-4rdquo
Interna atividade de pesquisa desenvolvida nos uacuteltimos quinze anos mostrou que a atividade
fotossinteacutetica dos vaacuterios grupos de plantas difere em funccedilatildeo de caracteriacutestica especiacuteficas do
ponto de vista fisioloacutegico anatocircmico e bioquiacutemico
Um dos paracircmetros mais importantes na diferenciaccedilatildeo das plantas ldquoC-4rdquo das ldquoC-3rdquo refere-se aacute
capacidade dos tecidos das espeacutecies ldquoC-4 de concentrarem o CO2 atmosfeacuterico nos siacutetios de
produccedilatildeo de carboidratos ou seja nas ceacutelulas da bainha vascular Sabe-se que ambas as
plantas ldquoC-4rdquo e ldquoC-3rdquo apresentam o processo de fotorrespiraccedilatildeo ativo se bem com
intensidades diferentes mas as primeiras tecircm a capacidade de capturar o CO2 no seu caminho
em direccedilatildeo aacute atmosfera externa pela reaccedilatildeo da PEP-carboxilase que mostra grande afinidade
com o gaacutes carbocircnico (baixo valor do Km) Desta maneira as plantas ldquoC-4rdquo natildeo perdem CO2
para a atmosfera e o sistema de descarboxilaccedilatildeo do malato ou oxaloacetato que ocorre na
bainha vascular quantidade de gaacutes carbocircnico disponiacutevel no sitio da enzima RuDP-carboxilase
que funciona em concentraccedilatildeo de CO2 de 60 M ou mais (Hatch1976) Nestas condiccedilotildees a
RuDP-carboxilase apresenta maacutexima velocidade de reaccedilatildeo pois encontra-se em saturaccedilatildeo de
substrato considerando em Km de 20 microM (Hatch 1976)
A caracteriacutestica anatocircmica das plantas ldquoC-4rdquo representada pela siacutendrome de Kranz propicia
que os produtos da assimilaccedilatildeo do carbono principalmente os carboidratos aminoaacutecidos e
aacutecidos orgacircnicos sejam facilmente transferidos para o sistema vascular (floema) e
translocados para outras partes da planta com menor gasto de energia metaboacutelica
De maneira geral as plantas ldquoC-4rdquo apresentam elevada resistecircncia dos estocircmatos ao fluxo de
CO2 e de vapor d‟aacutegua que ocorre entre a folha e a atmosfera externa Entretanto devido aacute
grande afinidade da enzima PEP-carboxilase com o seu substrato o gaacutes carbocircnico as ceacutelulas
tecircm capacidade de assimilar o CO2
com bastante eficiecircncia ao mesmo tempo que restringem a perda de aacutegua atraveacutes da
transpiraccedilatildeo Assim as plantas ldquoC-4rdquo chegam a apresentar 50 mais eficiecircncia na utilizaccedilatildeo
da aacutegua para a produccedilatildeo de mateacuteria seca do que as plantas ldquoC-3rdquo
Outra importante caracteriacutestica fisioloacutegica que diferencia as plantas ldquoC-3rdquo e ldquoC-4rdquo refere-se aacute
eficiecircncia de utilizaccedilatildeo do nitrogecircnio nos processos de assimilaccedilatildeo Recentemente Black e
colaboradores (1977) demonstraram que as plantas ldquoC-4rdquo em comparaccedilatildeo com as ldquoC-3rdquo
produzem duas vezes mais mateacuteria seca por unidade de nitrogecircnio A localizaccedilatildeo da RuDP-
carboxilase quase que exclusivamente nas ceacutelulas de bainha vascular faz com que as
espeacutecies ldquoC-4rdquo utilizem de 10 a 25 da proteiacutena soluacutevel das folhas para a produccedilatildeo da
enzima enquanto as plantas ldquoC-3rdquo investem de 40 a 50 no mesmo processo Desta maneira
as plantas ldquoC-4rdquo tem a capacidade de sobreviver e produzir satisfatoriamente em solos pobres
em nitrogecircnio Estas plantas no qual os componentes satildeo separados temporal e espacialmente
Assim as enzimas que catalisam as reaccedilotildees de reduccedilatildeo do nitrato nas folhas especificamente
redutase de nitrato redutase de nitrato e glutamato desidrogenase localizam-se nas ceacutelulas do
mesoacutefilo como o sistema de assimilaccedilatildeo do nitrato requer aleacutem de esqueletos de carbono
(Magalhatildees 1978) alta quantidade de energia (ATP) e de compostos redutores (ferredoxina
NADPH) que tambeacutem satildeo necessaacuterios para o processo de assimilaccedilatildeo do CO2 eacute altamente
desejaacutevel que os dois sistemas (fixaccedilatildeo de CO2 e reduccedilatildeo de nitrato) estejam localizados em
137
compartimentos distintos como ocorre nas folhas das plantas ldquoC-4rdquo A competiccedilatildeo que se
estabelece entre os dois processos nas ceacutelulas das plantas ldquoC-3rdquo eacute parcialmente responsaacutevel
pela menor eficiecircncia de utilizaccedilatildeo do nitrogecircnio nestas plantas comparativamente com as
plantas ldquoC-4rdquo
Como decorrecircncia da economia de CO2 que eacute feita pelas espeacutecies ldquoC-4rdquo que natildeo perdem gaacutes
carbocircnico pela fotorrespiraccedilatildeo aquelas plantas apresentam ponto de compensaccedilatildeo ao redor de
5-10 ppm de CO2 enquanto as ldquoC-3rdquo mostram ponto de compensaccedilatildeo de 50 a 150 ppm de
CO2 Em funccedilatildeo das respostas das vaacuterias espeacutecies com relaccedilatildeo aacute concentraccedilatildeo do gaacutes
carbocircnico da atmosfera as plantas ldquoC-4rdquo tecircm maior capacidade de enfrentar a competiccedilatildeo que
se estabelece em comunidades vegetais muito densas nas quais poderaacute ocorrer limitaccedilatildeo de
CO2 para a fotossiacutentese
Estudos iniciais do ciclo ldquoC-4rdquo mostraram que a ocorrecircncia daquele processo prevalecia nas
plantas aclimatadas a ambiente tropical ou seja adaptadas aacute temperatura elevada e alta
intensidade luminosa Investigaccedilotildees mais recentes mostraram que vaacuterias espeacutecies ldquoC-3rdquo como
girassol mandioca e Camissonia que ocorrem em climas quentes e muito iluminados fazem
fotossiacutentese eficientemente em condiccedilotildees de stress (Mooney et al 1976)
Em geral as plantas ldquoC-4rdquo fazem fotossiacutentese tanto mais eficientemente quanto mais elevada
for a intensidade luminosa sem portanto apresentar uma saturaccedilatildeo na assimilaccedilatildeo do CO2
como ocorre nas plantas ldquoC-3rdquo em condiccedilotildees de iluminaccedilatildeo relativamente baixa (13 da
intensidade luminosa maacutexima)
Associada com a resposta aacute iluminaccedilatildeo as plantas ldquoC-4rdquo apresentam temperatura oacutetima para a
fotossiacutentese mais elevada do que as espeacutecies bdquoC-3rdquo Em soja (ldquoC-3rdquo) a fotossiacutentese liacutequida
decresce rapidamente com o aumento da temperatura elevada entre 30 e 40degC natildeo se mostra
inibitoacuteria para a assimilaccedilatildeo do CO2
138
CICLO DO NITROGEcircNIO
1 INTRODUCcedilAtildeO
Sob o aspecto agronocircmico ecoloacutegico e bioloacutegico em geral o CICLO DO NITROGEcircNIO eacute tatildeo
importante quanto o processo fotossinteacutetico Tal Ciclo vem a ser uma relaccedilatildeo de dependecircncia
entre todos os compostos nitrogenados quer orgacircnicos 9como aqueles encontrados na ceacutelula
viva aminoaacutecidos proteiacutenas aacutecidos nucleacuteicos alcaloacuteides vitaminas etc) todos eles
participantes deste fundamental processo que ocorre na biosfera
Na atmosfera se encontra a quase totalidade do nitrogecircnio na forma molecular (N2)
representando 78 das moleacuteculas aiacute existentes constituindo-se num reservatoacuterio praticamente
inesgotaacutevel de nitrogecircnio expotildee um berrante contraste com a carecircncia de proteiacutena para
humanos e animais bem como pela falta de nitrogecircnio em muitos solos cultivados
A quantidade de nitrogecircnio existentes nos solos eacute pequena com predominacircncia da forma
niacutetrica (NO3-) sobre a amoniacal (NH3) Nas rochas sedimentares o iacuteon amocircnio (NH4
+) pode
estar preso aacute rede cristalinas dos minerais silicatados e nas rochas iacutegneas o nitrogecircnio eacute mais
escasso ainda Por essa razatildeo ateacute a primeira metade do seacuteculoXIX acreditava-se que o ar
atmosfeacuterico contivesse amocircnia (NH3) em quantidade suficiente para atender as exigecircncias dos
vegetais De fato Liebig famoso quiacutemico alematildeo convenceu os demais cientistas da eacutepoca
de que a atmosfera era a principal fonte de nitrogecircnio para as plantas visto que plantas
deficientes em nitrogecircnio (cujas folhas se tornam amareladas) se tornavam de coloraccedilatildeo verde
escura saudaacutevel quando expostas em ambiente com pequena quantidade de NH3 na atmosfera
Ensaios cuidadosamente conduzidos tem demonstrados que a atmosfera realmente contribui
com algumas formas nitrogenadas Assim a quantidade de nitrogecircnio eacute proporcional aacute queda
pluviomeacutetrica Enquanto que o nitrato (NO3-) eacute formado pelas descartas eleacutetricas na atmosfera
a amocircnia (NH3) pode advir da atividade vulcacircnica queima de carvatildeo e outros materiais
orgacircnicos em fabricas bem como pelo fogo em florestas e pastagens
Traccedilos de nitrogecircnio podem tambeacutem ser carregadas do litoral para o interior devido aacute
atomizaccedilatildeo das aacuteguas oceacircnicas e subsequumlente arraste pelos ventos Mas enquanto o cloro
pode ser transportado centenas de quilocircmetros terra adentro o oceano natildeo parece ser
importante fonte de nitrogecircnio para as culturas Isto pelo fato da maior parte do nitrogecircnio do
placircncton estar na forma assimilada (orgacircnica) e predominante nas regiotildees mais profundas
O nitrogecircnio eacute encontrado em formas quiacutemicas com grande variabilidade no nuacutemero de
oxidaccedilatildeo
139
Como se vecirc o nitrogecircnio vem a se apresentar desde um estado altamente oxidado (NO-3) ateacute
um estado altamente reduzido (NH3)
2 FIXACcedilAtildeO DO NITROGEcircNIO
A fixaccedilatildeo do nitrogecircnio vem a ser a conversatildeo do nitrogecircnio molecular (N2) em qualquer uma
das formas anteriormente citadas A caracteriacutestica do processo eacute a separaccedilatildeo dos dois aacutetomos
da moleacutecula N2 mantidos por uma triacuteplice ligaccedilatildeo envolvendo 3 parte de eleacutetrons A
moleacutecula eacute bastante estaacutevel havendo necessidade de 24000 calmol para transformar N2 em
amocircnia
A fixaccedilatildeo do nitrogecircnio pode ser efetuada por vaacuterios processos
21 Fixaccedilatildeo Natildeo-Bioloacutegica eacute aquela efetuada sem o concurso dos organismos vivos
podendo ser conduzida por um processo industrial ou por um processo natural
211 Processo Industrial Tal processo tambeacutem denominado de processo Haber foi
desenvolvido na Alemanha durante a Primeira Guerra Mundial com o propoacutesito de
se obter explosivos
Atualmente esse processo estaacute acoplado aacutes refinarias de petroacuteleo para a produccedilatildeo de
fertilizantes nitrogenados
212 Processo Natural Durante as tempestades aacutes descargas eleacutetricas na atmosfera
por intermeacutedio das radiaccedilotildees ultra-violetas excitam o O2 e N2 que reagem
produzindo oacutexidos de nitrogecircnio (NO NO2 e outros) os quais hidratados datildeo
origem a nitrato e nitrato que se precipitam juntamente com a chuva
22 Fixaccedilatildeo Bioloacutegica Neste caso o processo eacute conduxido por diversos organismos tanto
de vida livre como em associaccedilotildees com outros organismos podendo portanto ser natildeo-
simbioacutetica e simbioacutetica respectivamente Neste processo o nitrogecircnio molecular (N2)
eacute reduzido a amocircnia (NH3)
A fixaccedilatildeo bioloacutegica natildeo simboacutetica pode ser processada por organismos autoacutetrofos
(Rnhodospirillum rubrum) ou heteroacutetrofos (Clostridium e Azotobacter)
A fixaccedilatildeo bioloacutegica simbioacutetica eacute encontrada em algumas associaccedilotildees como os liquens onde
ocorrem algas (do gecircnero Nostoc) e fungoa Do ponto de vista agronocircmico associaccedilatildeo entre o
Rhizobium e leguminosas eacute particularmente interessante embora outras associaccedilotildees entre
140
espeacutecies natildeo leguminosas tambeacutem podem fixar o nitrogecircnio entre elas gramiacuteneas como a
cana-de-accedilucar
Haacute duas deacutecadas foi estimada uma remoccedilatildeo de nitrogecircnio dos solos dos Estados Unidos
(pelas colheitas e lixiviaccedilatildeo) de 25 milhotildees de toneladas de N por ano Trecircs milhotildees de
toneladas de N por ano seriam adicionada na forma de fertilizantes Igual quantidade teria sido
resposta pelas chuvas A fixaccedilatildeo bioloacutegica depositaria 10 milhotildees de toneladas anuais
Clostridium e Azotobacter sendo heteroacutetrofos necessitam de uma fonte de carbono reduzido
(carboidrato geralmente) o qual quando oxidado forneceria hidrogecircnios iocircnicos (H+) e
eleacutetrons para a reduccedilatildeo do N2 a NH3 Jaacute a bacteacuteria Rhodospirillum rubrum utiliza a energia
radiante para a liberaccedilatildeo de eleacutetrons que seratildeo utilizados na reduccedilatildeo do N2 a NH3
As algas verdes-azuis (Nostoc) vivendo assimbioacuteticamente constituem-se no principal
fornecedor de N para os campos irrigados de arroz na Asia Geralmente satildeo organismos de
vida livre mas podem se associar a certos fungos formando liacutequens Eacute provaacutevel que nessas
algas os pigmentos fotossinteacuteticos captam a energia luminosa para a fotoacutelise da aacutegua cujos
eleacutetrons removidos satildeo utilizados para reduzir tanto o CO2 como o N2
O Rhizobium infecta as raiacutezes das leguminosas formando uma estrutura globular o noacutedulo A
leguminosa fornece carboidratos que seratildeo oxidados pelo microorganismo e os eleacutetrons
restantes seratildeo utilizados para reduccedilatildeo do N2 a NH3 O mecanismo de fixaccedilatildeo a despeito de
sua importacircncia ainda natildeo eacute bem compreendido havendo necessidade de leg-hemoglobina
(proteiacutena que conteacutem Feacute) molibdecircnio (como cofator) cobalto (constituinte da vitamina B12
envolvida na siacutentese de leg-hemoglobina) aleacutem de logicamente uma fonte de carbono
biologicamente oxidaacutevel
Estudos co N2 enriquecido com o isoacutetopo N15 demonstraram que o primeiro composto
formando foi a amocircnia (NH3) e que o aacutecido glutacircmico era o primeiro composto orgacircnico e se
apresenta com o referido isoacutetopo
A amocircnia (NH3) formada natildeo se acumula no organismo fixador mas sim eacute utilizada nas
siacutenteses de proteiacutenas aacutecidos nucleacuteicos etc O excesso de NH3 fixada eacute excretada no meio
raiacutezes de leguminosas excretam NH3 aminoaacutecidos e peptiacutedios Tais plantas sintetizam
tambeacutem grande quantidade de glutamina e asparagina muito possivelmente como reserva de
nitrogecircnio
Quando os organismos fixadores morrem suas proteiacutenas satildeo hidrolisadas e os aminoaacutecidos
resultantes satildeo degradados pela accedilatildeo das aminoaacutecido-oxidases transaminases e desidrogenase
da microflora existentes no solo liberando NH3 no mesmo Assim a fertilidade do solo eacute
construiacuteda pela aquisiccedilatildeo de NH3 diretamente dos organismos fixadores e indiretamente apoacutes
o aacutetomo de N pertencer aos aminoaacutecidos e proteiacutenas dos organismos natildeo fixadores
3 NITRIFICACcedilAtildeO
141
Embora a amocircnia seja a forma na qual o nitrogecircnio eacute adicionado no solo o teor da mesma eacute
baixo Isto porque ela eacute rapidamente transformada em nitrato (NO-3) sendo esta a principal
fonte de nitrogecircnio para os organismos natildeo fixadores
Essa oxidaccedilatildeo da amocircnia ateacute nitrato eacute efetuada por dois tipos de bacteacuterias denominadas de
bacteacuterias nitrificantes
a Bacteacuterias do gecircnero Nitrosomonas que transformam amocircnia em nitrito (NO-2)
segundo a equaccedilatildeo
b Bacteacuterias do gecircnero Nitrobacter que transformam o nitrito em nitrato (NO-3)
Esses organismos satildeo autoacutetrofos mais precisamente quimioautoacutetrofos reduzindo o CO2 ao
niacutevel de carboidrato com a energia obtida nessas reaccedilotildees de oxidaccedilatildeo
4 REDUCcedilAtildeO DO NITRATO
Como o nitrato eacute geralmente a forma nitrogenada mais abundante as plantas eacute demais
organismos desenvolveram a habilidade de aproveitar esse acircnion como fonte de nitrogecircnio
para o seu desenvolvimento
Entretanto o nitrogecircnio constituinte dos diversos compostos orgacircnicos se apresenta em niacutevel
bastante reduzido e logicamente uma primeira etapa na utilizaccedilatildeo do nitrato seria a sua
transformaccedilatildeo em amocircnia
A transformaccedilatildeo do nitrato em amocircnia um processo redutivo portanto eacute efetuada por um
equipamento enzimaacutetico com necessidades de NADH como coenzimas e de ferro em
molibidecircnio como metais ativadores
A redutase de nitrato eacute uma flavoproteiacutena que exige molibdecircnio como iocircnio ativador A sua
atividade eacute influenciada pela intensidade luminosa Em condiccedilotildees de baixa luminosidade haacute
baixa atividade enzimaacutetica e consequumlente acuacutemulo de nitrato nos tecidos vegetais
A redutase de nitrito eacute bastante ativa em condiccedilotildees de aerobiose natildeo permitindo acuacutemulo de
nitrito (altamente toacutexico) durante a reduccedilatildeo do nitrato A redutase de nitrito geralmente
presente em maior quantidade que a redutase de nitrito eacute uma ferroporfirina cujo
agrupamento siro-heme eacute capaz de transferir 6 eleacutetrons permitindo a reduccedilatildeo do nitrito (NO-
2) ateacute amocircnia (NH3) sem nenhum intermediaacuterio
Para a reduccedilatildeo do nitrito a amocircnia o agente redutor (doador de eleacutetrons e H+) seria o NADPH
+ H+ o qual nos tecidos verdes seria formado na fase luminosa da fotossiacutentese enquanto que
nos tecidos aclorofilados (como raiacutezes) seria produzido pela vista pentose fosfato)
Existem razotildees ecoloacutegicas para a amocircnia do solo ser rapidamente transformada em nitrato
(nitrificaccedilatildeo) e este novamente reduzido aacute amocircnia antes do nitrogecircnio integrar as moleacuteculas
orgacircnicas Como amocircnia pode se perder por volatilizaccedilatildeo nos solos alcalinos r ainda pelo fato
142
da mesma ser muito mais toacutexica do que o nitrato natildeo podendo se acumular nos tecidos
vegetais percebe-se as vantagens dessas transformaccedilotildees anteriormente citadas Tanto assim
que em relaccedilatildeo aacute amocircnia o nitrato eacute a forma mais abundante tanto no solo quanto nos tecidos
vegetais
5 ASSIMILACcedilAtildeO DA AMOcircNIA
A amocircnia (NH3) eacute a forma utilizada na siacutentese dos diversos constituintes celulares
nitrogenados como proteiacutenas adidos nucleacuteicos aminoaacutecidos aminas vitaminas etc
A assimilaccedilatildeo da amocircnia ou seja a transformaccedilatildeo de uma forma nitrogenada orgacircnica
(composto aminado) eacute processada por umas poucas vias metaboacutelicas Tais vias denominadas
pelas enzimas responsaacuteveis e de grande significado na nutriccedilatildeo nitrogenada dos vegetais
seriam
51 Desidrogenase Glutacircmica Enzima largamente distribuiacuteda na natureza cataliza a
aminaccedilatildeo do -cetoglutarato
O aacutecido glutacircmico assim formado doa por reaccedilotildees de transaminaccedilatildeo o grupo amino (-NH2)
para a siacutentese de outros aminoaacutecidos
52 Sintetase de Glutamina
A glutamina pode dar o seu grupo amido para o aacutecido aspaacutertico se transformar em asparagina
aspartato + glutamina + ATP asparagina + glutamato + AMP + PPi
A glutamina e sparagina satildeo amidas armazenadoras de nitrogecircnio especialmente nas
leguminosas
A glutamina contribui com o nitrogecircnio amiacutedico para a siacutentese se outros compostos
nitrogenados como as bases puacuteblicas e pirimiacutedicas dos aacutecidos nucleacuteicos
53Carbamil-quiacutenase
143
O carbomil-fosfato doa o seu nitrogecircnio amiacutedico para a siacutentese das bases pirimiacutedicas
Igualmente o grupo carbamil eacute utilizado na formaccedilatildeo do aminoaacutecido citrulina e posteriormente
arginina
6 DESNITRIFICACcedilAtildeO
O nitrato no solo que natildeo eacute absorvido pelos vegetais eacute lixiviado e nas regiotildees mais profundas
do mesmo fora do alcance das raiacutezes eacute metabolizado em parte por bacteacuterias do gecircnero
Pseudomonas Essas bacteacuterias vivendo em condiccedilotildees de amaerobiose provem a chamada
ldquorespiraccedilatildeo do nitratordquo reduzindo-o a N2 que retorna aacute atmosfera
Ao que parece esses organismos utilizam o NO-3 como aceptor de H+ e eleacutetrons em suas
oxidaccedilotildees bioloacutegicas
7 O CICLO DO NITROGEcircNIO
As transformaccedilotildees anteriores estudadas isoladamente podem ser resumidas no quadro que se
segue obtendo-se assim uma visatildeo global dos processos envolvendo os compostos
nitrogenados
144
AacuteCIDOS NUCLEacuteICOS
1 INTRODUCcedilAtildeO
Os aacutecidos nucleacuteicos tornaram-se objetos de investigaccedilotildees cientiacuteficas assim foram
primeiramente isolados do nuacutecleo celular haacute quase 100 anos Assim como as proteiacutenas tais
compostos demonstraram elevado peso molecular estruturalmente definidos como
biopoliacutemeros em que a unidade repetitiva vem a ser o nucleotiacutedio
Os aacutecidos nucleacuteicos satildeo encontrados em todas as ceacutelulas vivas atribuindo-se aos mesmos as
importantes funccedilotildees de conter transmitir e traduzir as informaccedilotildees geneacuteticas de um
determinado organismo
Existem dois tipos de aacutecidos nucleacuteicos
b o aacutecido desoxi-ribonuclecircico (DNA) encontrado no nuacutecleo dos eucarioacuteticos (que
armazenam as informaccedilotildees geneacuteticas e se mostram integrando nucleoproteiacutenas que
constituem os cromossomos)
c o aacutecido ribonucleacuteicos (RNA) encontrado predominantemente no citoplasma celular
existem diferentes tipos de RNA (m-RNA ou RNA mensageiro s-RNA soluacutevel e r-
RNA ribossocircmico)
2 CONSTITUINTES DOS AacuteCIDOS NUCLEcircICOS
O estudo quiacutemico dos aacutecidos nucleacuteicos revelou que tais compostos satildeo macromoleacuteculas
estruturadas pela polimerizaccedilatildeo de unidades que se repetem unidades essas denominadas de
nucleotiacutedios
Os nucleotiacutedios por sua vez podem ser desdobrados em entidades mais simples uma base
nitrogenada um accediluacutecar (pentose) e um radical fosfoacuterico
As bases nitrogenadas satildeo divididas em dois grupos
21 Bases Puacutericas adenina e guanina
22 Bases Pirimiacutedicas uracila (encontrada apenas no RNA)
Timina (encontrada apenas no DNA)
Citosina
As pentoses podem ser a ribose (encontrada no RNA) ou a desoxi-ribose (encontrada no
DNA)
145
O radical fosfoacuterico eacute oriundo do aacutecido ortofosfoacuterico (H3PO4) que apresenta 3 hidrogecircnios
ionizaacuteveis com pk1=21 pk2=72 e pk3=127
0
ǁ
HO˿ P˿ OH
ǀ
OH
NUCLEOSIacuteDIO as bases nitrogenadas satildeo capazes de se ligar aacutes pentoses para
formar os nucleosiacutedios Tal ligaccedilatildeo semelhante aacute glicosiacutedica se forma mediante uma desidrataccedilatildeo entre o nitrogecircnio 9 das bases puacutericas ou o nitrogecircnio 1 das bases pirimiacutedicas com o carbono 1rsquo da pentose Se a pentose for a desoxi-ribose tem-se o desoxi-ribonucleosiacutedio NUCLEOTIacuteDIO satildeo obtidos quando o aacutecido ortofosfoacuterico esterifica a hidroxila de posiccedilatildeo 5rsquo da pentose de um nucleosiacutedio _____________________________________________nucleotiacutedio_____________ base nitrogenada nucleosiacutedio monofosfatado difosfatado trifosfatado_______ adenina (A) adenosina AMP ADP ATP guanina (G) guanosina GMP GDP GTP uracila (U) uridina UMP UDP UTP timina (T) timidina TMP TDP TTP citosina (C) citidina CMP CDP CTP
146
Quando a pentose for a desoxi-ribose teremos os respectivos desoxi-ribonucleotiacutedios desoxiadeadenosina monofosfato (dAMP) dADP dATP e assim por diante ateacute dCTP
AMP= adenosina monofosfato ADP= adenosinadifosfato e ATP= adenosina trifosfato
3 POLINUCLEOTIacuteDIOS
Quimicamente os aacutecidos nucleacuteicos satildeo polinucleotiacutedios ou seja estruturas formadas pela
uniatildeo de muitos nucleotiacutedios Esses nucleotiacutedios satildeo unidos mediante a ligaccedilatildeo nucleotiacutedica
uma ligaccedilatildeo eacutester que se estabelece entre a hidroxila fosfoacuterica de um nucleotiacutedio com a
hidroxila de posiccedilatildeo 3‟ de outro nucleotiacutedio e assim por diante (fig 7) Resulta entatildeo uma
cadeia polinucleotiacutedica que busca uma configuraccedilatildeo mais estaacutevel do ponto de vista
termodinacircmico atribuindo-se aacute mesma quatro niacuteveis estruturais baacutesicos
4 ESTRUTURAS BAacuteSICAS DOS AacuteCIDOS NUCLEacuteICOS
Os niacuteveis estruturais baacutesicos dos aacutecidos nucleacuteicos satildeo semelhantes aqueles descritos
anteriormente para as proteiacutenas
41 Estruturas Primaacuterias vem a ser a sequumlecircncia da nucleotiacutedios e eacute mantida pela ligaccedilatildeo
nucleotiacutedica Com nos nucleotidios de um determinado a estrutura primaacuteria pode ser
simplificadamente representada pela sequumlecircncia de bases A-U-G-C-A-A-U
42 Estrutura Secundaacuteria eacute encontrada especialmente no DNA que se apresenta com
duas cadeias em espiral dupla unidas entre si por pontes de hidrogecircnio envolvendo as
bases nitrogenadas Adenina e timina permitem a formaccedilatildeo de duas pontes de
hidrogecircnio ao passo que citosina e guanina permitem trecircs
147
Tais bases satildeo ditas de complementares assim com as cadeias polinucleotiacutedicas (tambeacutem
referidas como cadeias antiparalelas) O pareamento de bases pode ocorrer tambeacutem no RNA
43 Estrutura Terciaacuteria pode ser entendida com a disposiccedilatildeo tridimensional da dupla
heacutelice do DNA Pode ser tambeacutem a forma preferencial que uma uacutenica cadeia
nucleotiacutedica adquire estabilizada por pontes de hidrogecircnio entre bases
complementares da mesma cadeia com eacute o caso do t-RNA (RNA de transporte) que
apresenta uma estrutura de ldquofolha-de-trevordquo
44 Estrutura Quaternaacuteria vem a ser aquela estabelecida pela uniatildeo de moleacuteculas
individuais denominadas de unidades ou sub-unidades Assim o r-RNA (RNA
ribossocircmico) eacute constituiacutedo de duas unidades uma com peso molecular de 1 milhaotildea e
outra de 18 milhotildees
5 HIDROacuteLISE DOS AacuteCIDOS NUCLEacuteICOS
As ligaccedilotildees nucleotiacutedicas (eacutester) podem ser hidrolizadas mediante
a aacutecido ndash hidroacutelise aacutecida
b base ndash hidroacutelise alcalina
c enzimas ndash hidroacutelise enzimaacutetica
As enzimas que hidrolizam os aacutecidos nucleacuteicos satildeo denominados genericamente de nucleases
Rnse O veneno de certas serpentes apresenta atividade de nuclease e tem sido utilizado
assim como outras nucleases para desvendar as estruturas dos aacutecidos nucleacuteicos
FIM
ESTA APOSTILA ESTA EM FASE DE CONSTRUCcedilAtildeO
POR FAVOR DESCULPE NOSSOS ERROS
OBRIGADO
148
6
-nitrilo ciano
-amida -
Haleto de -anoila -
Ac -sulfonico Sulfo
Acido -oico carboxi
-oato -
Estos prefijos el nombre incluye el carbono del grupo funcional Cuando se cuente no debe de contarse este carbono
1- Efeito Indutivo na cadeia carbocircnica
Analise o esquema abaixo
Na ligaccedilatildeo C - C numa sucessatildeo soacute de aacutetomos de carbono os eleacutetrons da
ligaccedilatildeo estatildeo equidistantes de cada aacutetomo Jaacute numa sucessatildeo de carbonos
terminada por um elemento muito eletronegativo como o cloro por exemplo
ocorre uma deslocalizaccedilatildeo de eleacutetrons das ligaccedilotildees C - C por causa do efeito da
ligaccedilatildeo C - Cl Esse efeito eacute chamado efeito indutivo O cloro funciona com um
ponto de atraccedilatildeo eletrocircnica puxando para si os eleacutetrons da ligaccedilatildeo com o
carbono ligado a ele Eacute como uma trilha de dominoacute em que as peccedilas caem umas
sobre as outras o cloro atrai para si os eleacutetrons da ligaccedilatildeo com o carbono ligado a
7
ele este por sua vez fica com uma certa deficiecircncia eletrocircnica e por isso
atrai para si os eleacutetrons da ligaccedilatildeo com o carbono seguinte tentando compensar
essa deficiecircncia e assim sucessivamente Isso acaba gerando uma polarizaccedilatildeo na
cadeia carbocircnica
Do ponto de vista do efeito indutivo existem duas espeacutecies de grupos que
podem se ligar a uma cadeia carbocircnica
Grupos eleacutetron-atraentes (efeito indutivo -I) Satildeo aqueles que atraem os
eleacutetrons das ligaccedilotildees em sua direccedilatildeo Os mais importantes grupos eleacutetron-
atraentes satildeo aqueles que possuem elementos muito eletronegativos em relaccedilatildeo
ao carbono (F O N Cl Br I etc) ou radicais insaturados Os radicais
insaturados possuem ligaccedilotildees pi que por efeito de ressonacircncia iratildeo atrair os
eleacutetrons das ligaccedilotildees em sua direccedilatildeo
Grupos eleacutetron-repelentes (efeito indutivo +I) Satildeo aqueles que
empurram os eleacutetrons das ligaccedilotildees em direccedilatildeo oposta a eles Os mais
importantes grupos eleacutetron-repelentes satildeo os radicais saturados (alquila) e os que
possuem carga eleacutetrica negativa Nos radicais alquila quanto mais aacutetomos de C e
H (com simples ligaccedilotildees) tiver o radical mais eleacutetron-repelente ele seraacute
2- Algumas consequecircncias do Efeito Indutivo
21) A estabilidade dos carbocaacutetions
Uma consequecircncia importantiacutessima do efeito indutivo relaciona-se com a
estabilidade do carbocaacutetion numa reaccedilatildeo quiacutemica em que haacute formaccedilatildeo desta
espeacutecie como intermediaacuteria no processo O tipo de carbocaacutetion formado pode
determinar que produtos seratildeo formados e em que proporccedilotildees relativas O
carbocaacutetion eacute um iacuteon que possui um carbono com apenas trecircs ligaccedilotildees (sp2) isto eacute
possui uma carga positiva Experimentalmente verifica-se uma grande facilidade
de se formarem carbocaacutetions terciaacuterios (cuja carga positiva estaacute num carbono
terciaacuterio) em relaccedilatildeo a carbocaacutetions secundaacuterios ou primaacuterios Essa estabilidade
diminui do carbocaacutetion terciaacuterio para o secundaacuterio e deste para o primaacuterio Veja
abaixo a possiacutevel explicaccedilatildeo para esse fato
8
Nesse caso a carga positiva funciona como o centro de atraccedilatildeo eletrocircnica
na cadeia Perceba que no carbocaacutetion primaacuterio apenas um sentido de corrente
eletrocircnica estaacute disponiacutevel para compensar a deficiecircncia de eleacutetrons do carbono
sp2 Jaacute no secundaacuterio existem dois sentidos de corrente e no terciaacuterio trecircs
sentidos Logicamente quanto maior a disponibilidade eletrocircnica para compensar
a carga positiva maior a facilidade do carbocaacutetion e maior a facilidade de ser
formado Muitas vezes devido agrave alta instabilidade os carbocaacutetions primaacuterios nem
chegam a se formar A natildeo ser que as condiccedilotildees do meio em que ocorre a reaccedilatildeo
sejam favoraacuteveis agrave sua formaccedilatildeo Maiores detalhes seratildeo vistos adiante nas
reaccedilotildees quiacutemicas que passam por carbocaacutetions
22) Forccedila de aacutecidos e bases
Outra consequumlecircncia interessante do efeito indutivo relaciona-se com a
forccedila de aacutecidos e bases orgacircnicos
Caraacuteter aacutecido - Vejamos um aacutecido carboxiacutelico que possui um grupo de
induccedilatildeo ligado agrave cadeia Esse grupo pode ser eleacutetron-atraente ou eleacutetron-
repelente
No primeiro caso (a) o grupo X eacute eleacutetron-atraente O efeito indutivo eacute -I
e portanto deixa a carbonila com deacuteficit eletrocircnico o que leva a um
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enfraquecimento da ligaccedilatildeo com o hidrogecircnio aacutecido Logo seraacute mais faacutecil a
liberaccedilatildeo do proacuteton Assim o caraacuteter aacutecido aumenta
No segundo caso (b) o grupo X eacute eleacutetron-repelente O efeito indutivo eacute +I
e portanto deixa a carbonila com superaacutevit eletrocircnico o que leva a um aumento
da forccedila de ligaccedilatildeo com o hidrogecircnio aacutecido Logo seraacute mais difiacutecil a liberaccedilatildeo do
proacuteton Assim o caraacuteter aacutecido diminui
Caraacuteter baacutesico - Vejamos agora o que ocorre com uma amina (base
orgacircnica)
Segundo a teoria de Lewis base eacute uma espeacutecie quiacutemica que possui um ou
mais pares eletrocircnicos natildeo-ligantes ou seja eacute capaz de coordenar pares
eletrocircnicos Dessa forma assim como a forccedila de um aacutecido estaacute relacionada com a
sua capacidade de receber eleacutetrons a forccedila de uma base relaciona-se com sua
capacidade de coordenar eleacutetrons Logo quanto maior a disponibilidade eletrocircnica
em uma espeacutecie quiacutemica maior seraacute seu caraacuteter baacutesico
No primeiro caso (a) o grupo X eacute eleacutetron-atraente O efeito indutivo eacute -I
e portanto deixa o grupo amino com deacuteficit eletrocircnico o que leva a uma
diminuiccedilatildeo do seu caraacuteter baacutesico
No segundo caso (b) o grupo X eacute eleacutetron-repelente O efeito indutivo eacute +I
e portanto deixa o grupo amino com superaacutevit eletrocircnico o que leva a um
aumento do seu caraacuteter baacutesico
10
CARBOIDRATOS
1 CONCEITO
Quimicamente podem ser definidos como aldeiacutedos ou cetonas poliidroxilados ou
substacircncias que mediante hidroacutelise liberem tais compostos Apresentam uma formulaccedilatildeo geral
Cx (H2O) Y com raras exceccedilotildees Assim a desoxirribose (encontrada no DNA) apresenta
foacutermula C5H1004 onde a relaccedilatildeo HO natildeo eacute de 21 Igualmente pode nos encontrar
carboidratos com outros elementos aleacutem do C H eacute O Embora natildeo muito frequumlente N S e P
podem integrar moleacuteculas de carboidratos Outras denominaccedilotildees hidratos de carbono
accediluacutecares gluciacutedios e gluacutecides
2 ESTEREOISOMERIA OacuteTICA
Eacute um fenocircmeno muito difundido entre os carboidratos e vem a ser decorrecircncia do composto
apresentar um ou mais aacutetomos de carbono assimeacutetrico na moleacutecula Aacutetomo de carbono
assimeacutetrico eacute aquele que se liga a 4 radicais diferentes e resulta geralmente que os
compostos que os apresentam se mostram oticamente ativos ou seja desviam o plano da luz
polarizada Se o desvio for para a direita o composto eacute dito de ldquodextrorrotatoacuteriordquo (+) e se
para a esquerda ldquolevorrotatoacuteriordquo (-) Como referecircncia utilizando o gliceraldeido que
apresenta 2 isocircmeros oacuteticos
11
As configuraccedilotildees D e L estatildeo relacionadas com o posicionamento da hidroxila (OH) do
carbono assimeacutetrico mais distante do grupo funcional (aldeiacutedo ou cetona) e necessariamente
nada tem com as propriedades dextro ou levorrotatoacuteria desses compostos exceto para o
gliceraldeiacutedo
3 CICLIZACcedilAtildeO DE PENTOSES E HEXOSES
Dependendo do comprimento da cadeia carbocircnica os carboidratos podem adquirir uma
estrutura ciacuteclica mantida pela ligaccedilatildeo hemiacetal Esta ligaccedilatildeo explica a baixa reatividade dos
grupamentos aldeiacutedos e cetonas de alguns accediluacutecares
Assim a moleacutecula de glicose pode se dobrar de modo a permitir uma aproximaccedilatildeo entre o
grupo aldeiacutedo do carbono 1 com a hidroxila do carbono 5 estabelecendo a ligaccedilatildeo hemiacetal
Configuraccedilotildees e conformaccedilotildees
Aacutelcools reagem com grupos carbonilas de aldeiacutedos e cetonas formando um hemiacetal ou um
hemicetal respectivamente (figura 4) Da mesma forma a hidroxila e o grupo aldeiacutedo ou
grupo cetona de um monossacariacutedeo podem reagir intramolecularmente para formar
hemiacetais ou hemicetais ciacuteclicos Tais configuraccedilotildees podem ser representadas atraveacutes da
projeccedilatildeo de Haworth
Um monossacariacutedeo composto por um anel de seis membros eacute chamado de piranose enquanto
um monossacariacutedeo formado por uma anel de cinco membros eacute chamado de furanose (figura
5)
12
13
4 CLASSIFICACcedilAtildeO DOS CARBOIDRATOS
Segundo uma complexidade satildeo estrutural os carboidratos podem ser classificados em
monossacariacutedios oligossacariacutedios e polissacariacutedios
41 Monossacariacutedios Satildeo os mais simples dos accediluacutecares natildeo sofrem hidroacutelise possuem
baixo peso molecular e satildeo soluacuteveis em aacutegua Apresentam sabor doce satildeo cristalinos
quando no estado soacutelido Satildeo todos considerados ldquoaccediluacutecares redutoresrdquo
Os monossacariacutedios se subdividem segundo o nuacutemero de aacutetomos de carbono na moleacutecula
Ndeg de aacutetomos de C Nome geneacuterico Representantes de importacircncia
fisioloacutegica
2 diose glicaldeido
3 triose gliceraldeido dihidroxiacetona
4 tetrose eritrose treose
5 pentose xilose xilulose ribose
6 hexose glicose frutose manose galactose
7 heptose sedoheptulose
8 octose _ _
9 nonose _ _
14
15
42 Oligossacariacutedios Satildeo accedilucares compostos que hidrolisados originam
monossacariacutedios satildeo classificados de acordo com o nuacutemero de monossacariacutedios que
16
satildeo liberados por moleacuteculas dissacariacutedios trissacariacutedios tetrassacariacutedios
pentassacariacutedios e hexassacariacutedios Estudaremos apenas alguns dissacariacutedios
sacarose - glicose - 12 rarr - frutose
maltose - glicose - 14 rarr - glicose
lactose - galactose ndash 14 rarr glicose
celobiose glicose ndash 14 rarr glicose
trehalose glicose ndash 11 rarr glicose
Maltose
celobiose
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Os dissacariacutedeos satildeo formados por dois monossacariacutedeos unidos por ligaccedilatildeo covalente
Existem vaacuterios dissacariacutedeos presentes na alimentaccedilatildeo como por exemplo
Trealose = glicose + glicose a (1-1)
Celobiose = b-glicose + b-glicose (1- 4)
Maltose(1 - 4) e a Iso-maltose (1 - 6) duas moleacuteculas de glicose e estatildeo presente
no malte (maltose) e satildeo subproduto da digestatildeo do amido e glicogecircnio (iso-maltose)
Lactose glicose + galactose (1- 4) eacute o principal carboidrato do leite
Sacarose glicose + frutose (1 - 2) sendo a forma mais comum de accediluacutecar obtida da
cana-de-accediluacutecar
Accediluacutecar redutor eacute aquele que apresenta um grupo aldeiacutedo ou um grupo cetocircnico livre isto eacute
natildeo participante de ligaccedilatildeo glicosiacutedica A ligaccedilatildeo hemiacetal responsaacutevel pela estrutura
ciacuteclica de alguns accedilucares natildeo compromete o caraacuteter redutor Os accedilucares redutores satildeo assim
chamados por poderem reduzir o iacuteon Cu++
em meio alcalino
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reativo detecta coloraccedilatildeo
1 - Tese de Fehling sol
Cupro alcalina
accedilredutores vermelho
2 - Teste de Benedict glicose azul
3 - Reaccedilatildeo de Molish geral AR anel puacuterpura
4 - ldquo de Bial pentoses azul
5 - ldquo de Tollens pentoses rosa
6 - ldquo de Seliwanoff frutose vermelho
43 Polissacariacutedios Satildeo compostos que por hidroacutelise liberam grande nuacutemero de
monossacariacutedios Satildeo insiacutepidos insoluacuteveis em aacutegua e amorfos no estado soacutelido Apresentam
elevado peso molecular Diversos representantes desempenham funccedilotildees estrutural e energeacutetica
nos diversos organismos
a Amido reserva energeacutetica dos organismos vegetais constituiacutedo de amilose e
amilopectina
A amilose eacute constituiacuteda de - glicose mantida pela ligaccedilatildeo - 14 glicosiacutedica apresentando
peso molecular entre 4000 e 150000
A amilopectina eacute formada de - glicose mantida por ligaccedilotildees - 14 e - 16 com peso
molecular de ateacute 500000
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b Glicogecircnio Reserva energeacutetica dos organismos animais estruturalmente semelhantes
agrave amilopectina poreacutem mais ramificado isto eacute com maior proporccedilatildeo de ligaccedilotildees -
16 o que torna a moleacutecula mais compacta Apresenta peso molecular de ateacute
2000000
c Celulose Formada de - glucose unidas pela ligaccedilatildeo - 14 constitui a parede celular
das ceacutelulas vegetais
20
d Quitina Constitui a carapaccedila (exoesqueleto) dos insetos e crustaacuteceos Eacute um poliacutemero
de N ndashacetil - - glicosamina altamente insoluacutevel
Sob o mar
Descobrindo a rentabilidade que existe nos desperdicios marinhos
Por Nancy Garcia
A quitina eacute um polissacariacutedeo formadora da carapaccedila dos insetos e crustaacuteceos Eacute um
produto do processamento industrial de camarotildees siris lagostas e tem novas e prometedoras
aplicaccedilotildees industriais
A quitina eacute um polissacariacutedeos formado pela polimerizaccedilatildeo de resiacuteduos de N-acetil
glicosamina Eacute o segundo produto orgacircnico mais abundante que existe na natureza depois da
celulose Eacute o principal componente da cutiacutecula dos artropodos crustaacuteceos e insetos estando
presente em moluscos e forma parte das paredes celulares de alguns microorganismos como
fungos e leveduras Entre suas principaius caracteriacutesticas esta a abundancia ser biodegradaacutevel
e natildeo toacutexica
A carapaccedila dos crustaceos e camarotildees representam a primeira fonte para se obter quitina As
carapaccedilas alem de conter quitina tambeacutem contem pigmentos vermelhos e proteiacutenas com a
mesma qualidade da carne do crustaacuteceo
A quitina e um poliacutemero muito grande parecido com a celuilose Por natildeo ser degradaacutevel em
aacutegua e necessariose modificar a estrutura do poliacutemero para se obter seus derivos soluacuteveis
Dentre estes derivados estatildeo a qutinase empregada como biocida como bactericida
fungicida e herbicida e o quitosam que serve para o tratamento de aacuteguas industriais e como
um ingrediente nutritivo pois ajuda a eliminar o colesterol ajuda previnir doenccedilas
cardiovasculares e tem efeito anti gaacutestrico e anti atritico
21
O quitosan aplicado em industrias papeleiras permite que a polpa tenha maior forccedila para fixar
as tintas e os corantes dostecidos Na industria de alimentos eacute empregado como espumante e
emulsificante
A traveacutes de dicho poliacutemero se encapsulan medicamentos de liberacioacuten prolongada Se
emplea como biomaterial para hacer lentes de contacto hilos de sotura y proacutetesis ya que tiene la propiedad de ayudar a la regeneracioacuten de huesos En el aacuterea de la cirugiacutea plaacutestica ayuda al reestablecimiento de los tejidos evita la mala cicatrizacioacuten sirve para la fabricacioacuten de piel sinteacutetica y es un agente que inhibe las infecciones en heridas
Es material para la creacioacuten de peliacuteculas envolventes que prolongan la vida de los alimentos perecederos como envases biodegradables (Para ahondar en este tema consulte la seccioacuten Marketing de esta edicioacuten y considere los beneficios de emplear estos envases en su negocio)
Las oportunidades Meacutexico es uno de los paiacuteses con mayor produccioacuten de camarones al ocupar el seacuteptimo lugar a nivel mundial (casi 100 mil toneladas de peso vivo durante 2001 seguacuten datos de Sagarpa)
Tambieacuten se producen en promedio 20 mil toneladas anuales de jaiba tres mil 500 de langostino y casi tres mil toneladas de langosta (todos en peso vivo) Es posible capturar estas especies en la regioacuten comprendida del Atlaacutentico la peniacutensula de Yucataacuten y el Golfo de Meacutexico
En la regioacuten al Este de la Repuacuteblica se ha reportado la produccioacuten de una langostilla que debido a su tamantildeo pequentildeo no sirve para consumo y se considera maacutes una plaga al ser capturada junto con el camaroacuten y causar un sobrepeso que rompe las redes Esta langostilla no se ha aprovechado ampliamente (soacutelo se le utiliza para la creacioacuten de harina para granjas camaroneras) sin embargo se ha calculado que tiene una produccioacuten anual de 250 mil toneladas que se queda varada en las costas originando un
verdadero problema ambiental Seriacutea ideal utilizarla para producir quitina
En la captura de crustaacuteceos soacutelo se aprovecha su carne quedando los caparazones como desperdicios Escudero expresa que a partir de este desperdicio se puede comenzar toda una industria dedicada a la produccioacuten de quitina y sus diferentes derivados Por su parte Patricia Miranda comenta que el costo de una empresa dedicada a la produccioacuten de quitina se calcula alrededor de dos millones de pesos por el tipo de instalaciones y equipo
que se usa en el proceso
Escudero comenta que para instalarla se necesita baacutesicamente un reactor de desmineralizacioacuten otro de desproteinizador molino secador y fermentador Los productos pueden ser refinados lo cual aumenta su valor por lo que se debe contar con espectrofotoacutemetro centrifugadora balanza autoclave y agitadora La inversioacuten en maquinaria es de alrededor de un milloacuten de pesos El precio de la materia prima las
cutiacuteculas de los crustaacuteceos no se ha establecido al ser un desperdicio por lo mismo
22
ambas investigadoras afirman que se puede llegar a un acuerdo con las cooperativas camaroneras para determinar un valor
La quitina en el mercado tiene un costo aproximado de US$20 por kilo la quitinasa refinada con alto grado de desacetilacioacuten tiene un precio de US$300 diez gramos mientras que el quitosaacuten de baja calidad llega a US$70 por kilo
Una de las ventajas es que no se necesita personal especializado soacutelo capacitado para poder operar los reactores y conocer el proceso afirma Miranda
Los mercados De acuerdo con Escudero la quitina y sus derivados tienen uso potencial en diferentes paiacuteses principalmente Japoacuten China y Estados Unidos En todos ellos ya existe una industria consolidada alrededor de este poliacutemero siendo China el principal productor y exportador de quitina Chile y Espantildea estaacuten en una fase incipiente a la par de Ameacuterica
Latina
En Meacutexico es praacutecticamente un tema nuevo no obstante ya existe una empresa que comienza a abrirse camino en este campo Neptuno ubicada en Sonora
Representantes de Neptuno comentaron que junto con un grupo de investigadores llevan a cabo una serie de actividades como participar en exposiciones o en conferencias para promover sus productos a pesar de que mundialmente el uso de la quitina y sus derivados va en aumento De hecho hay amplias posibilidades de exportarlo a la Unioacuten Americana y algunos paiacuteses latinoamericanos
Recoleccioacuten de caparazones Una posibilidad para poder entrar en el negocio sin tener que realizar una inversioacuten tan importante al inicio consiste en recolectar los caparazones limpiarlos y molerlos que es el proceso primario para la elaboracioacuten de la quitina El caparazoacuten molido se puede vender a las empresas que elaboran el compuesto y de ahiacute capitalizar para adquirir el equipo necesario para la fabricacioacuten del polisacaacuterido De hecho empresas como Neptuno y otras en Estados Unidos estaacuten dispuestas a comprar los caparazones limpios sin necesidad de molerlos
Para ello soacutelo se necesita establecer las formas de recoleccioacuten sin dejar de considerar que entre maacutes joacutevenes sean los crustaacuteceos mayor seraacute la cantidad y calidad de las sales de calcio contar con secadoras y grandes cantidades de agua
En caso de no contarse con los secadores se pude secar al sol en un terreno amplio y colocar limpios los caparazones
Existen institutos y empresas dedicadas al disentildeo de envase y embalaje (Instituto Mexicano de Profesionales en Envase y Embalaje) que en estos casos dan asesoriacutea para enviar el producto con costos reducidos
El ejemplo de la quitina es uno de los tantos avances cientiacuteficos que ha tenido una aplicacioacuten praacutectica en la industria y por ende abre brecha para desarrollar maacutes de uno de los tantos negocio del futuro
23
Cientos de posibilidades El quitosaacuten sirve para
En tratamiento de aguas residuales En la elaboracioacuten de pulpa para papel estaacutendar fotograacutefico y carboacuten En el campo meacutedico y de salud se le emplea en la creacioacuten de vasos sanguiacuteneos
artificiales como antinflamatorio inhibidor de tumores y de placa dental antiviral y procesos de cicatrizacioacuten Tambieacuten se usa en la formacioacuten de esponjas y vendas para
heridas asiacute como en la confeccioacuten de ropa esteacuteril para personas convalecientes Es un material que protege contra la radiacioacuten En el sector de alimentos es un aditivo para la estabilizacioacuten del color conservadores y remocioacuten de soacutelidos En el aacuterea cosmeacutetica se usa para fabricar polvo para maquillaje barniz de untildeas humectante fijadores para el cabello crema humectante pasta de dientes En la agricultura se utiliza para el recubrimiento de semillas y hojas fertilizantes y
liberacioacuten de controlada de agroquiacutemicos
La quitina y su potencial industrial
Como un escudo de alta eficiencia construido con pura
quiacutemica una sustancia que forma parte del carapazoacuten defiende
a insectos crustaacuteceos moluscos y otros seres vivos de su
contacto con lo externo La poseen en diversa cantidad jaibas
camarones langostas arantildeas y cucarachas Incluso algunos
hongos y algas Se llama quitina y es un compuesto natural
con variados beneficios para el ser humano uacutetil en las industrias farmaceacuteutica de alimentos
cosmeacutetica y de empaques
De basura a materia prima que filtra agua contaminada ofrece consistencia a alimentos
procesados atrapa grasa es antibactericida y sirve como envoltura biodegradable entre otros
beneficios la quitina estaacute involucrada en la proteccioacuten de varias especies Su nombre
derivado del griego kiacutetos significa cavidad o boacuteveda y el sitio en que se encuentra el
caparazoacuten de muchos artroacutepodos tambieacuten refiere su capacidad para enfrentar a diversos
agentes externos
Despueacutes de la celulosa es el segundo poliacutemero maacutes abundante en el planeta por lo que su
utilizacioacuten a gran escala en Meacutexico es muy prometedora como lo ha sido en Japoacuten en donde
alrededor de 250 empresas explotan la quitina
Una investigadora de la Universidad Nacional Autoacutenoma de Meacutexico (UNAM) la maestra en
ciencias Patricia Miranda Castro estudia desde hace siete antildeos la quitina y su principal
derivado el quitosaacuten En el Laboratorio de Biotecnologiacutea de la Facultad de Estudios
Superiores Cuautitlaacuten (FES-C) esta quiacutemica farmacobioacuteloga ha logrado una metodologiacutea
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propia para extraer la quitina y el quitosaacuten del camaroacuten utilizando caparazones y cabezas de
los crustaacuteceos que para la industria pesquera son desechos
Meacutexico es el seacuteptimo productor de camaroacuten en el mundo asiacute que muchas toneladas de
cabezas del crustaacuteceo regresan al mar cada antildeo y grandes cantidades de caparazones se t iran
diacutea a diacutea en las marisqueriacuteas de todo el paiacutes Nos parece interesante sumarnos a un proceso en
donde la sustancia que buscamos estaacute en lo que otros consideran basura explica la maestra
Miranda quien en su laboratorio ha ensayado durante varios antildeos una forma eficiente para
obtener la quitina
La patente de esta metodologiacutea para la extraccioacuten obtencioacuten y purificacioacuten de la quitina y el
quitosaacuten estaacute en traacutemite ante el Instituto Mexicano de Propiedad Industrial y de otorgarse la
UNAM podraacute realizar transferencias tecnoloacutegicas con este producto de origen natural
De la marisqueriacutea al laboratorio
La quitina es un poliacutemero es decir una moleacutecula de gran tamantildeo constituida esencialmente de
azuacutecares (es un polisacaacuterido) y oxiacutegeno Sus moleacuteculas son fibrosas y logran un material de
gran resistencia quiacutemica y mecaacutenica
Las caracteriacutesticas maacutes uacutetiles para la industria estaacuten en el quitosaacuten un derivado de la quitina
Asiacute que lo primero que hicimos fue conseguir en las marisqueriacuteas caparazones de diversos
animales estudiar en donde existe la sustancia en mayor cantidad y desarrollar un meacutetodo
propio para extraer la quitina y transformarla en quitosaacuten Encontramos que los caparazones
de jaibas y langostas tienen maacutes calcio y menos quitina mientras que las de camaroacuten maacutes
blandas contienen mayor cantidad de la sustancia explica la especialista
Ya en el laboratorio los caparazones se limpian se muelen hasta pulverizarse y se someten a
un proceso de hidroacutelisis aacutecida utilizando aacutecido clorhiacutedrico el cual convierte a los carbonatos
en cloruros y solubiliza los minerales baacutesicamente el calcio
Ya desmineralizado se aplica una hidroacutelisis alcalina pues el aacutelcali que se usa rompe la
estructura de la matriz y hace solubles las proteiacutenas las cuales arrastran consigo grasas y
pigmentos componentes todos que constituyen el caparazoacuten Los pigmentos ya separados (de
colores rosa y anaranjado) son un subproducto del proceso que pueden utilizarse para
alimentar flamingos y salmones especies a las que les ayuda a mantener su color
caracteriacutestico
Despueacutes de ambas etapas se obtiene la quitina en polvo que no es soluble en agua lo que lo
hace poco praacutectica para su aplicacioacuten Asiacute que se somete a un proceso llamado desacetilar
que significa quitar de la sustancia una parte de su estructura el grupo acetilo Con esto se
obtiene como derivado el quitosaacuten presente en el 70 por ciento de la quitosina pero ahora ya
aislado y purificadoEsta metodologiacutea es una innovacioacuten tecnoloacutegica de la maestra Patricia
Miranda Castro
Las cualidades del quitosaacuten
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El quitosaacuten es soluble en agua acidificada Esta solubilidad y su viscosidad (que puede hacerse
maacutes espesa o maacutes ligera seguacuten se requiera) son caracteriacutesticas que lo hacen aplicable a usos
variados asiacute como su accioacuten de imaacuten bioquiacutemico capaz de detectar sustancias nocivas Por
ejemplo en el estoacutemago humano atrapa grasas como el colesterol y los trigliceacuteridos a los que
conduce por el intestino capturados hasta evacuarlos Asiacute que una aplicacioacuten farmaceacuteutica lo
utiliza como regulador del peso corporal mientras que tambieacuten sirve como regulador de la
presioacuten arterial consecuente a la disminucioacuten de grasas
En la industria de alimentos este derivado de la quitosina se utiliza para dar consistencia y
viscosidad a los aderezos para ensaladas y mayonesas mientras que en las frutas y verduras
frescas sirve como un protector antimicrobiano
Otras aplicaciones estaacuten en la industria de los cosmeacuteticos en donde el quitosaacuten se introduce en
cremas humectantes pues es una moleacutecula que absorbe el agua Algunos fabricantes de
shampoo lo utilizan como ingrediente ya que desarrolla una peliacutecula que da proteccioacuten y
brillo al cabello
En la industria papelera donde el principal insumo es la celulosa el quitosaacuten sirve para fijar y
dar resistencia al papel mientras que una de sus maacutes prometedoras aplicaciones podriacutea ser
como plaacutestico biodegradable sustituyendo al plaacutestico tradicional derivado del petroacuteleo uno de
los materiales maacutes utilizados en el mundo y maacutes difiacuteciles de degradarse lo que genera mucha
contaminacioacuten
Como material plaacutestico alternativo el quitosaacuten ya ha sido sometido a pruebas en el
Laboratorio de Biotecnologiacutea de la maestra Patricia Miranda Castro quien desarrolloacute una
especie de celofaacuten a partir de esta sustancia natural una envoltura que incluso podriacutea
comerse finaliza la especialista universitaria
e Outros polissacariacutedios estruturais e de reserva
Entre os principais polissacariacutedeos de reserva em plantas estatildeo o amido os frutanos e os
polissacariacutedeos de reserva de parede celular (PRPC)
Como compostos de reserva o amido e os frutanos possuem as vantagens de serem formados
por glucose e frutose respectivamente Esses accediluacutecares satildeo prontamente utilizados pelo
metabolismo de geraccedilatildeo de energia e tambeacutem fornecem carbono para a biossiacutentese da maioria
das biomoleacuteculas presentes em ceacutelulas vegetais
Cada um dos principais polissacariacutedeos de reserva apresenta caracteriacutesticas que fazem com
que eles sejam mais convenientes para o metabolismo em certas situaccedilotildees Uma dessas
caracteriacutesticas eacute o fato que nenhum deles possui radicais livres Esta eacute uma vantagem quando
comparada ao acuacutemulo de monossacariacutedeos uma vez que a presenccedila de tais compostos
26
poderia levar agrave glicosilaccedilatildeo inespeciacutefica de elementos celulares Outra vantagem eacute a relativa
inatividade osmoacutetica dos poliacutemeros
A tabela a seguir resume as principais caracteriacutesticas dos trecircs tipos de grupos mais
importantes de polissacariacutedeos de reserva de plantas Estas evidenciam diferentes funccedilotildees
considerando como eles satildeo degradados e seus locais de deposiccedilatildeo na ceacutelula e na planta
Composto de
reserva
Biossiacutentese Mobilizaccedilatildeo Localizaccedilatildeo
celular
Localizaccedilatildeo na planta
Amido A partir de ADP-
glucose
Hidroacutelise por
fosforilaccedilatildeo
Plastiacutedeos e
gracircnulos no
citossol
Sementes caule
folhas frutos e oacutergatildeos
Frutanos A partir de
sacarose por
transglicosilaccedilatildeo
Hidroacutelise Vacuacuteolos e
fluido
apoplaacutestico
Folhas raiacutezes caules e
oacutergatildeos subterracircneos
PRPC A partir de
UDPGDP accediluacutecares
no complexo de
Golgi
Hidroacutelise e
transglicosila
ccedilatildeo
Parede celular Sementes e oacutergatildeos
subterracircneos
Dextrana ndash polissacariacutedios elaborado pelo Leuconostoc mesenteroides a partir de sacarose
Causa viscosidade no caldo de cana bem como diminui o rendimento da cristalizaccedilatildeo da
sacarose
27
POLISSACARIacuteDEOS DE PAREDE CELULAR (PRPC)
Os polissacariacutedeos de reserva de parede celular (PRPC) satildeo relativamente inertes no que concerne agrave sua reatividade quiacutemica e apresentam diferentes graus de solubilidade em aacutegua Essas caracteriacutesticas conferem alta compactaccedilatildeo e baixa reatividade e tornam possiacutevel a existencia de um compartimento celular ( a parede celular) que permite o fluxo de aacutegua com um grau de liberdade consideraacutevel
O custo para produzir tais poliacutemeros eacute alto pois tais compostos necessitam de um complexo sistema de biossiacutentese secreccedilatildeo e montagem no meio extracelular A biossiacutentese dos polissacariacutedeos de parede celular requer nucleotiacutedeo-accediluacutecares como doadores de monossacariacutedeos Na tabela a seguir estatildeo relacionados alguns dos polissacariacutedeos de parede e seus respectivos nucleotiacutedeo-accediluacutecares doadores
Polissacariacutedeos Nucleotiacutedeos-accediluacutecares
Celulose UDP-glucose Calose UDP-glucose Glucanos de cadeia mista UDP-glucose Xiloglucano UDP-glucose UDP-galactose UDP-
xilose e GDP-fucose Galactomanano GDP-manose UDP-galactose Glucoronoarabinoxilanos UDP-arabinose UDP-xilose UDP-aacutedico
galacturocircnico Ramnogalacturonano GDP-ramnose UDP-aacutedico galacturocircnico
FRUTANOS
Os frutanos encontram-se entre os carboidratos alternativos de reserva mais amplamente distribuiacutedos entre as plantas superiores sendo encontrados em aproximadamente 15 das angiospermas A presenccedila de frutanos em Asteraceae foi amplamente documentada para a flora de regiotildees temperadas e para a flora tropical e subtropical em regiatildeo restrita do cerrado brasileiro A maioria das espeacutecies ricas em frutanos encontra-se fora da regiatildeo tropical sendo mais abundantes em aacutereas onde o crescimento eacute sazonal Vaacuterios autores sugerem que o acuacutemulo de altas concentraccedilotildees de frutanos e de accediluacutecares soluacuteveis pode contribuir para o aumento do potencial osmoacutetico das ceacutelulas e por conseguinte promover toleracircncia agrave seca e ao congelamento Os frutanos satildeo acumulados em oacutergatildeos fotossintetizantes como folhas e caules em oacutergatildeos subterracircneos de reserva como raiacutezes tuberosas tubeacuterculos e bulbos e em inflorescecircncia e sementes Nas ceacutelulas os frutanos e as enzimas envolvidas em seu
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metabolismo satildeo encontrados nos vacuacuteolos embora recentemente sua presenccedila e a da enzima frutaexohidrolase tenham sido detectadas no fluido apoplaacutestico
Frutanos consistem de seacuteries homoacutelogas de oligo e polissacariacutedeos natildeo redutores onde cada membro da seacuterie conteacutem um resiacuteduo a mais de frutose do que o membro anterior Esses poliacutemeros de D - frutose carregam um resiacuteduo de D - glucose
geralmente localizado na extremidade da cadeia unido por uma ligaccedilatildeo do tipo 12 como na sacarose sendo assim o frutano mais simples eacute um monofrutosil sacarose um trissacariacutedeo O trissacariacutedeo que daacute origem agrave seacuterie da inulina a 1- cestose ou 1-
cestotriose (1 - F - frutosil sacarose -glu-12--fru-12-fru) foi o primeiro a ser caracterizado por Bell e colaboradores (Pollock et al 1996 e referecircncias ali contidas) A 1-cestose eacute encontrada em todas as espeacutecies que acumulam frutanos mesmo naquelas onde a seacuterie predominante apresenta outro tipo de ligaccedilatildeo entre os resiacuteduos de frutose Cinco classes estruturais de frutanos foram identificadas (figura 11) a)
frutano baseado em 1-cestose com ligaccedilotildees - 21 (inulina) encontrado principalmente em Asterales (ex tubeacuterculos de Helianthus tuberosus) b) frutano
baseado em 6-cestose com ligaccedilotildees - 26 (levano) caracteriacutestico de Poales (ex folhas de Phleum pratense) c) frutano com ligaccedilotildees mistas e ramificados com glucose na extremidade da cadeia tambeacutem encontrado em Poales ( ex Triticum) d) frutano
baseado em neocestose com ligaccedilotildees - 21 encontrado em Liliaceae ( ex Asparagus
) e e) frutano baseado em neocestose com ligaccedilotildees -26 presente em alguns membros de Poales ( ex Avena )
Pectinas A pectina eacute o maior constituinte da parede celular primaacuteria e tambeacutem estaacute presente na lamela meacutedia entra as ceacutelulas de todos os tipos Contecircm uma alta concentraccedilatildeo de resiacuteduos de aacutecido D- -4) Dentre as pectinas encontrados Homogalacturonanos que apresentam predominante ou exclusivamente esta
estrutura (aacutecido galacturocircnico e resiacuteduos metilgalacturonados) como mostrado na figura 15
ramnogalactoruronanos conteacutem resiacuteduos de L-ramnose Neste caso o aacutecido galacturocircnico se li -2) e a ramnose ao outro resiacuteduo
-4) Os resiacuteduos de ramnose servem como pontos de ancoragem para cadeias laterais se unirem ramificando o poliacutemero
(figura 16) Galactanos Existem dois t -13-
-14 e o outro mais frequente eacute composto (figura 17) -14 com ramificaccedilotildees de L-arabinofuranose a cada 16-21 resiacuteduos
da cadeia principal Apoacutes a germinaccedilatildeo maior parte da galactose e arabinose eacute
29
removida da parede deixando um material residual enriquecido em ramnose aacutecido urocircnico e glucose Matheson e Saini (1977) reportaram a presenccedila de duas
- -galactosidases em cotilecircdones de Lupinus luteus estas enzimas aumentaram apoacutes a germinaccedilatildeo e os autores levantaram a possibilidade do galactano estar envolvido no controle da expansatildeo celular aleacutem de ser um polissacariacutedeo de reserva
Hemicelulose Alguns autores consideram hemicelulose o material extraiacutedo da parede por extraccedilatildeo alcalina Para outros trata-se de um poliacutemero da parede celular com um tipo particular de estrutura molecular e com provaacutevel funccedilatildeo de mobilidade Dentre as hemiceluloses encontramos
Galactoglucomananos (figura 18) moleacutecula linear cadeia cam resiacuteduos de D-glucopiranose e D- -4) Difere da celulose pela presenccedila dos resiacuteduos de manose A razatildeo manosilglucosil eacute geralmente 3 A cadeia de glucomanano apresenta curtas ramificaccedilotildees resiacuteduos de D-
-6) aos resiacuteduos de manose Arabino-4-O-metilglucuronoxilano poliacutemero linear de D-xilose unidos por
-4) com cadeias laterais de dois tipos resiacuteduos de 4-O-metil D-glucurocircnico unidos agrave xilose po -2) ou resiacuteduos de L-arabinose unidos
-3) () 4-O-metilglucuronoxilano cadeia de resiacuteduos de D-xilopiranose unidos por
-4) e substituiacutedo por resiacuteduos de 4-O-metil-D-glucurocircnico unidos por ligaccedilatildeo -2) na cadeia de xilose
Glucomananos semelhantes agrave estrutura de galactoglucomananos com a glucose e -4)
Xilanos de parede secundaacuteria de gramiacuteneas () aparece grande variedade de cadeias laterais curtas1-4) D-xilano) incluindo
L-arabinofuranose no carbono 2 ou 3 da xilose - D -glucosano e -O-metil-D-glucuronopiranose no carbono 2 da xilose
cadeias laterais mais complexa contendo galactose e xilose Glucanos de cadeias mistas (1-3) e (1-4) -D-14-glucano
-16 por resiacuteduos de D- -D-galactopiranosiacutedeos-(12)-D-xilopiranosiacutedeos (figura 22) Exceto pela ausecircncia de terminais fucosil -L- -D-galactosiacutedeos existe uma grande semelhanccedila entre xiloglucanos de reserva (em sementes) e xiloglucanos estruturais de paredes primaacuterias Teriam funccedilotildees no controle da embebiccedilatildeo de aacutegua e xeroproteccedilatildeo Foi proposta uma nomenclatura para os blocos estruturais de xiloglucano com base na cadeia principal Glucoses natildeo substituiacutedas satildeo
30
denominadas G glucoses ramificadas com xilose satildeo denominadas X e se a galactose estaacute ligada agrave xilose o trissacariacutedeo eacute denominado L As proporccedilotildees entre estas unidades demonstraram a existecircncia de estruturas finas (distribuiccedilatildeo das ramificaccedilotildees de galactose) especiacuteficas entre as diferentes espeacutecies e entre populaccedilotildees de mesma espeacutecie crescidas em diferentes ambientes Apesar das diferenccedilas em estrutura fina todos os xiloglucanos de sementes examinados apresentam proporccedilatildeo de monossacariacutedeos muito proacutexima preservando desse modo o total de ramificaccedilotildees com galactose de forma independente da sua distribuiccedilatildeo Jaacute foram isoladas as quatro principais enzimas responsaacuteveis pela degradaccedilatildeo de xiloglucano em Tropaeolum majus sendo uma endo- -14-glucanase especiacutefica para xiloglucano ou xiloglucano endo-transglicosilase (XET)
- -xilosidase ou oligoxiloglucano exo-hidrolase especiacutefica para oligossacariacutedeos de
-glucosidase No modelo proposto por Crombie et al (1998) as quatro enzimas atacam o poliacutemero de um modo sincronizado produzindo galactose glucose e xilose livres Embora nenhuma evidecircncia direta indique ainda que os xiloglucanos de sementes tenham dupla funccedilatildeo esta proposiccedilatildeo pode ser feita com base no fato de que os xiloglucanos possuem propriedades hidrodinacircmicas muito semelhantes agraves encontradas em galactomananos isto eacute os xiloglucanos teriam funccedilotildees no controle da embebiccedilatildeo de aacutegua e xeroproteccedilatildeo Eacute interessante observar que as relaccedilotildees entre estrutura e funccedilatildeo em xiloglucano estatildeo nas mudanccedilas de estrutura fina que satildeo tambeacutem relacionadas com o posicionamento das galactoses na moleacutecula
O grau de ramificaccedilatildeo dos mananos define suas relaccedilotildees estrutura-funccedilatildeo Quanto menos ramificado maior a indicaccedilatildeo de que a funccedilatildeo bioloacutegica estaacute relacionada com a dureza e a proteccedilatildeo do embriatildeo Por outro lado quanto maior o grau de ramificaccedilatildeo mais soluacutevel o polissacariacutedeo e maior a participaccedilatildeo deste em funccedilotildees como as relaccedilotildees hiacutedricas
Mananos e galactomanos satildeo moleacuteculas multifuncionais desempenhando suas funccedilotildees durante fases distintas do crescimento e desenvolvimento das plantas
Mananos puros satildeo artificialmente definidos como contendo mais de 90 de
natildeo o restante estar ramificado com galactose Satildeo estruturalmente relacionados aos galactomananos apenas apresentando um grau menor de ramificaccedilatildeo com galactose Abaixo de 10 de ramificaccedilotildees os mananos tornam-se insoluacuteveis e precipitam rapidamente em soluccedilatildeo aquosa Assim os mananos satildeo estruturalmente relacionados aos galactomananos apenas apresentando um grau menor de ramificaccedilatildeo com galactose Os mananos portanto apresentam alto grau de interatividade intermolecular formando cristais na parede celular o que
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confere dureza e diminui sua solubilidade Satildeo encontrados em endospermas de sementes de espeacutecies como Phoenix dactylifera Phytelephas macrocarpa e Coffea arabica Aparentemente tem outras funccedilotildees aleacutem de reserva eles conferem dureza agraves sementes que os acumulam e isso pode ser associado com um sistema de proteccedilatildeo do embriatildeo contra danos mecacircnicos Sendo assim os mananos exerceriam as funccedilotildees de constritor e protetor mecacircnico do embriatildeo e tambeacutem de polissacariacutedeos de reserva
Galactomananos satildeo compostos por uma cadeia linear de resiacuteduos de manose -14 agrave qual resiacuteduos de galactose estatildeo unidos
em endospermas de sementes de leguminosas A razatildeo manosegalactose e a distribuiccedilatildeo dos resiacuteduos de galactose ao longo da cadeia de manose variam de espeacutecie para espeacutecie sendo importante para estudos quimiotaxonomicos e evolutivos As trecircs famiacutelias de Leguminosae podem ser distinguidas utilizando-se este paracircmetro A mobilizaccedilatildeo de galactomananos foi estudada em leguminosas
-galactosidase endo- --manosidase) confirmando que a mobilizaccedilatildeo do galactomanano
ocorre atraveacutes da hidroacutelise Em todos os casos estudados o polissacariacutedeo eacute desmontado ateacute seus monossacariacutedeos constituintes (manose e galactose) ao mesmo tempo em que haacute produccedilatildeo de sacarose Aleacutem do papel de reserva o galactomanano influencia no fluxo de aacutegua devido a sua maior solubilidade nos primeiros estaacutegios da germinaccedilatildeo Este polissacariacutedeo absorve grande quantidade de aacutegua e redistribui ao redor do embriatildeo O endosperma embebido protege o embriatildeo contra perda de aacutegua atraveacutes de um efeito conhecido como ldquotampatildeo de aacuteguardquo durante periacuteodos de seca poacutes-embebiccedilatildeo
5 FATORES ANTINUTRITIVOS DE NATUREZA GLUCIacuteDICA
a Linamarina carboidratos cianogecircnio encontrado em certas variedades
Mecanismo de detoxicaccedilatildeo da planta
CN + S2O3 = SCN
+ SO3 =
O tiocianato (SCNmacr) impede a captaccedilatildeo de iodo pela tireoacuteide causando o boacutecio
A intoxicaccedilatildeo crocircnica com cianeto (CNmacr) acarreta a Neuropatia Tropical que se caracteriza
por alteraccedilatildeo irreversiacuteveis das ceacutelulas nervosas provocando falta de coordenaccedilatildeo dos
movimentos e uma apatia generalizada A ocorrecircncia de boacutecio no litoral nordeste brasileiro
pode ser atribuiacutedo ao elevado consumo de produtos de mandioca
b Fatores causadores de flatulecircncia Muitos legumes ( feijatildeo soja etc ) apresenta os
oligossacariacutedios rafinose estaquiose e verbascose que escapam aacute digestatildeo por natildeo
32
termos a enzima galactosidase natildeo sendo pois absorvidos ao niacutevel do intestino
delgado As bacteacuterias do intestino grosso metabolizam esses accedilucares produzindo CO2
H2e abaixando o ph Satildeo pois responsaacuteveis pela flatulecircncia quando daacute ingestatildeo de
legumes
c Glucosinolatos Substacircncias encontradas nas cruciacuteferas especialmente do gecircnero
Brassica que diminuem o valor bioloacutegico dos alimentos Manifestam atividades
bociacutegena acarretando hipertrofia das tireoacuteides Satildeo comumente encontradas em couve
repolho nabo mostarda colza etc
El potencial terapeacuteutico de algunas verduras
Por el Dr Heacutector E Soloacuterzano del Riacuteo
Coordinador de Medicina Ortomolecular del Centro de Estudios de Medicina
Integradora de la Universidad Autoacutenoma de Guadalajara y Presidente de la Sociedad
Meacutedica de Investigaciones Enzimaacuteticas AC
El indol-3-carbinol es un producto derivado de la glucobrasicina glucosinolato tambieacuten
conocido como indol-3-glucosinolato Los glucosinolatos se encuentran principalmente en los
vegetales cruciacuteferos (broacutecoli col col de Bruselas coliflor col rizada nabos etc)
Entre las recomendaciones que se dan para seguir una buena dieta estaacute el consumir
diariamente 5 raciones de verduras frescas y 5 raciones de frutas frescas
En un antiguo tratado Romano de medicina se afirma que si aparece una uacutelcera cancerosa en
las mamas apliacutequese una hoja de col machacada y se pondraacute bien Con el machacar una hoja
de col el indol-3-glucosinolato se convertiriacutea en indol-3-carbinol entre otras reacciones
(Albert-Puleo M Physiological effects of cabbage with reference to its potential as a dietary
cancer-inhibitor and its use in ancient medicine J Ethnopharm 1983 9261-272)
El propio I-3-C no es activo Cuando el I-3-C entra en contacto con el aacutecido gaacutestrico se
convierte en sus metabolitos activos el diindoilmetano y el indoilcarbazol Por eso el I-3-C
administrado parenteralmente no produce metabolitos activos
En la actualidad sabemos que el I-3-C puede modular el metabolismo de los estroacutegenos
Tambieacuten puede tener efectos anti-aterogeacutenicos antioxidantes y anticanceriacutegenos
El I-3-C puede estimular a las enzimas naturales desintoxicantes de nuestro cuerpo
Se ha demostrado que los metabolitos estrogeacutenicos 16 alfa-hidroxiestrona y 4-hidroxiestrona
son canceriacutegenos y se cree que son responsables los posibles efectos canceriacutegenos del
estroacutegeno Por otro lado se ha descubierto que el metabolito estrogeacutenico 2-hidroxiestrona es
protectora contra varios tipos de caacutencer incluyendo el caacutencer de mamaacute Se ha demostrado que
el I-3-C aumenta la relacioacuten de 2-hidroxiestrona a 16 alfa-hidroxiestrona y tambieacuten inhibe la
4-hidroxilacioacuten del estradiol (Bailey GS Hendricks JD Shelton DW et a Enhancement of
33
carcinogenesis by the natural anti-carcinogen indole-3-carbinol J Natl Cancer Inst 1987
78931-934)
Algunos estudios han demostrado que el I-3-C restaura la funcioacuten del gen supresor p21
retrasa la propagacioacuten de ceacutelulas aberrantes de proacutestata y mama e induce la apoptosis de
ceacutelulas aberrantes
Como ya lo mencioneacute arriba el I-3-C induce la siacutentesis de 2-hidroxiestrona Se he descubierto
que la 2-hidroxiestrona inhibe la oxidacioacuten de la lipoproteiacutena de baja densidad Esto nos indica
que el I-3-C tiene un efecto antioxidante indirecto Parece que la 2-hidroxiestrona tambieacuten
tiene la capacidad de inhibir la proliferacioacuten del muacutesculo liso La inhibicioacuten de la proliferacioacuten
de muacutesculo liso y la inhibicioacuten de la oxidacioacuten de LDL son importantes para los efectos anti-
aterogeacutenicos del I-3-C
Algunas de nuestras investigaciones nos han demostrado que el I-3-C puede ser uacutetil para
inhibir la formacioacuten de quistes de papilomatosis causados por el virus del papiloma humano
incluyendo en la boca los pulmones y las cuerdas vocales
Parece que el tratamiento con I-3-C durante 12 semanas causa una regresioacuten completa de la
neoplasia intraepitelial cervical en el 50 de las pacientes con estadio II-III de la NIC (Bell
MC Crwoley Nowick P Bradlow HL et al Preliminary results of the use of indole-3-carbinol
in the treatment of CIN Gynecol Oncol 2000 78123-9)
Hay un estudio que reporta por primera vez que el I-3-C ejerce efectos anticancerosos en las
ceacutelulas tumorales pancreaacuteticas in vitro Se ha demostrado que el I-3-C inhibe el crecimiento de
varias liacuteneas de ceacutelulas cancerosas ovaacutericas lo mismo que sobre el caacutencer de mama y de
proacutestata
El ensayo mencionado se enfocoacute en los efectos anticanceriacutegenos en varios biomarcadores
moleculares y celulares del caacutencer de paacutencreas Se investigaron los efectos del I-3-C sobre la
proliferacioacuten celular la apoptosis la expresioacuten de la DT-diaforasa la expresioacuten de Cox-1 y 2
la expresioacuten de NFkappaB y sus efectos sobre la invasioacuten celular tumoral
Una de las claves acerca de la causa del envejecimiento es que los animales senectos
desarrollan autoinmunidad La autoinmunidad consiste en que el cuerpo se hace aleacutergico a sus
propias ceacutelulas y empieza a destruirlas Los autoanticuerpos provocan una respuesta
inflamatoria croacutenica Cuando los autoanticuerpos atacan por ejemplo a las articulaciones se
presenta la artritis reumatoide Se conocen aproximadamente 60 enfermedades autoinmunes
Entre eacutestas encontramos a la esclerosis muacuteltiple la alopecia areata el vitiacuteligo la espondilitis
anquilosante etc
El tratamiento convencional se basa en la administracioacuten de corticoides e inmunosupresores
lo cual causa graves efectos adversos (Alving CR Swartz GM Jr Antibodies to cholesterol
cholesterol conjugates and liposomes implications for atherosclerosis and autoimmunity Crit
Rev Immunol 199110(5)441-53
Varios estudios realizados en algunas universidades en ratones autoinmunes -- los cuales
usualmente desarrollan enfermedad renal mortal autoinmune-- mostraron buenos resultados
con el I-3-C
34
El I-3-C tiene un efecto importante protector contra la autoinmunidad Las pruebas
demostraron que este complemento alimenticio redujo draacutesticamente la enfermedad renal
autoinmune Despueacutes de un antildeo todos los animales que recibieron el complemento todaviacutea
estaban vivos comparado con solamente el 30 de los controles Dos meses maacutes tarde todos
los controles habiacutean muerto mientras que muchos de los ratones que recibieron el I-3-C
sobrevivieron otros 6 meses y unos pocos sobrevivieron durante maacutes de 20 meses casi el 50
maacutes que los ratones controles
Se ha notado en forma interesante que la restriccioacuten caloacuterica podriacutea tener los mismos efectos
en los ratones autoinmunes (Ogura M Ogura H Lorenz E Ikehara S Good RA
Undernutrition without malnutrition restricts the numbers and propor tions of Ly-1 B
lymphocytes in autoimmune (MRLI and BXSB) mice Proc Soc Exp Biol Med 1990
Jan193(1)6-12) La restriccioacuten caloacuterica revierte la autoinmunidad y extiende el periacuteodo de
vida
Pues bien se cree que el I-3-C puede imitar los efectos de la restriccioacuten caloacuterica y prolongar el
periacuteodo de vida (Howitz KT Bitterman KJ Cohen HY et al Small molecule activators of
sirtuins extend Saccharomyces cerevisiae life span Nature 2003 Sep 11425 (6954)191-6
Epub 2003 Aug 24) El I-3-C y la restriccioacuten caloacuterica afectan a un proceso conocido como
metilacioacuten (Morse MA LaGreca SD Amin SG Chung FL Effects of indole-3-carbinol on
lung tumorigenesis and DNA methylation induced by 4-(methylnitrosamino)-1-(3- pyridyl)-1-
butanone (NNK) and on the metabolism and disposition of NNK in AJ mice Cancer Res
1990 May 150(9)2613-7) Puedo mencionar que la metilacioacuten es una reaccioacuten bioquiacutemica
que sucede en forma natural dentro de nuestro cuerpo Este proceso disminuye con la edad y
se altera con la autoinmunidad (Yung R Ray D Eisenbraun JK et al Unexpected effects of
heterozygous dnmt1 null mutation on age-dependent DNA hypomethylation and
autoimmunity J Gerontol A Biol Sci Med Sci 2001 Jun56(6)B268-76)
Las uacuteltimas tendencias en la investigacioacuten nutricional y oncoloacutegica estaacuten examinando coacutemo
ciertos compuestos fitoterapeacuteuticos afectan a los genes utilizando microarreglos de ADN Los
microarreglos para el I-3-C muestran que esta substancia natural ejerce un potente efecto en
los genes relacionados con el caacutencer Entre otras cosas estas substancias activan a los genes
tumorales supresores a otros genes que destruyen a las ceacutelulas cancerosas y a los genes que
nos desintoxican de agentes quiacutemicos Tambieacuten el I-3-C suprime genes que capacitan a las
ceacutelulas cancerosas a comunicarse con otras ceacutelulas Esta capacidad para entrar en las ceacutelulas
cancerosas y activar o desactivar genes es una poderosa arma contra el crecimiento del caacutencer
Esta habilidad para ejercer estos efectos sin alguna toxicidad (como lo hace el I-3-C) lo
convierte en un agente quimiopreventivo extremadamente deseable
En pocas palabras el I-3-C se usa para la prevencioacuten y tratamiento del caacutencer de mama
caacutencer de colon y otros tipos de caacutencer Tambieacuten se usa oralmente para fibromialgia
papilomatosis lariacutengea displasia cervical y en varias enfermedades autoinmunes como el
lupus eritematoso sisteacutemico Varios estudios demuestran que es uacutetil para equilibrar los niveles
hormonales desintoxicar a los intestinos y el hiacutegado y para apoyar al sistema inmunoloacutegico
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Couve-broacutecolo - potenciais efeitos anticanceriacutegenos Ana Sofia Rodrigues (1) Eduardo Rosa (2) (1)Escola Superior Agraacuteria de Ponte de
Lima Mosteiro de Refoios 4990-706 Ponte de Lima Portugal (2) Universidade
Traacutes-os-Montes e Alto Douro Dpt Fitoteacutecnia Apartado 202 5001-911 Vila Real
Portugal
Resumo
As plantas da famiacutelia Brassicaceae incluindo a couve-broacutecolo apresentam um
grupo de compostos secundaacuterios os glucosinolatos com reconhecidas
propriedades anticanceriacutegenas especialmente os hidrolisados do glucosinolato
glucorafanina e dos glucosinolatos indoacutelicos Contudo os potenciais benefiacutecios na
sauacutede dependem das concentraccedilotildees destes compostos que por sua vez dependem
das variedades consumidas e das condiccedilotildees de crescimento da cultura
Neste estudo avaliou-se a variaccedilatildeo do teor em glucosinolatos nas inflorescecircncias
primaacuterias e secundaacuterias de onze cultivares de couve-broacutecolo em duas estaccedilotildees de
crescimento Primavera-Veratildeo e Veratildeo-Inverno Os teores em glucosinolatos
foram significativamente superiores no Veratildeo-Inverno Nesta estaccedilatildeo os teores
mais elevados ocorreram nas inflorescecircncias secundaacuterias O grupo dos
glucosinolatos indoacutelicos representou entre 19 e 77 dos totais A glucorafanina foi
o glucosinolato que surgiu em maior concentraccedilatildeo (gt500 moles100 g-1 PS) em
todas as cultivares Considerando o potencial efeito anticanceriacutegeno do
isotiocianato derivado da glucorafanina sulforafano a cultivar Shogun destaca-se
das outras por apresentar maiores teores desse glucosinolato
3- Butenilglucosinolato (GLUCONAPINA)
36
37
38
39
2- Hidroacutexi ndash3- butenil glucosinolato (PROGOITRINA)
CH2 = CH ndash CH ndash CH2 ndash NCS + HSO
4 + C6H12O6 ( - glicose)
OH
2- Hidroacutexi ndash3- butenil isotiocianato
5- Vinil oxazolidina ndash2- tiona
(5-vinil-2-tioxazolidina)
(GOITRINA)
40
Lipiacutedios
1 CONCEITO
Os lipiacutedios constituem juntamente com os carboidratos e proteiacutenas outra classe de substacircncias
consideradas como alimento Os seus representantes satildeo compostos bastante heterogecircneos das
mais variadas funccedilotildees quiacutemicas que se caracterizam pela insolubilidade em aacutegua e
solubilidade em solventes orgacircnicos (eacuteter acetona aacutelcool clorofoacutermio etc) Essa natureza
hidrofoacutebica eacute consequumlecircncia da natureza quiacutemica da moleacutecula que possui extensas cadeias de
carbono e hidrogecircnio lembrando muito os hidrocarbonetos
Satildeo considerados os mais energeacuteticos dos alimentos devido a essas cadeias hidrocarbonetadas
apresentando o aacutetomo de carbono em estaacutegio bastante reduzido isto eacute com baixo nuacutemero de
oxidaccedilatildeo devido ao baixo teor de oxigecircnio na moleacutecula
Composiccedilatildeo quiacutemica elementar () K calg________
Classe C O H N____________________
Proteiacutena 53 23 7 16 4
Carboidratos 44 49 6 _ 4
Lipiacutedios 76 11 12 _ 9___________
Constituem portanto uma excelente opccedilatildeo para a ceacutelula viva ou organismo qualquer o
armazenamento de energia quiacutemica na forma de lipiacutedios
Do ponto de vista estrutural os lipiacutedios constituem as membranas de permeabilidade
diferencial como a membrana citoplasmaacutetica e as membranas que revestem as organelas e
outras entidades de atividade bioquiacutemica especializadas (como o retiacuteculo endoplasmaacutetico o
sistema lamelar dos cloroplastos etc) Alguns representantes dessa classe ainda
desempenham funccedilotildees altamente especializadas como algumas vitaminas e a clorofila
(pigmento receptor da energia radiante no processo fotossinteacutetico)
2 CLASSIFICACcedilAtildeO
Segundo suas propriedades quiacutemicas os lipiacutedios podem ser classificados em
21 Lipiacutedios neutros gliceriacutedios monogliceriacutedios
ceras digliceriacutedios
trigliceriacutedios
22 fosfatiacutedios
23 esfingolipiacutedios
24 glicolipiacutedios
25 lipoproteiacutenas
26 terpenoacuteides carotenoacuteides
esteroacuteides
41
3 TRIGLICERIacuteDIOS
Constituem a quase totalidade da fraccedilatildeo lipiacutedios de uma dieta alimentar ou uma reaccedilatildeo
animal Eacute tambeacutem a forma pela qual os organismos animais ou vegetais armazenam parte
significativa da energia quiacutemica
Quimicamente satildeo eacutesteres do glicerol e aacutecidos graxos produtos esses que satildeo obtidos
mediante hidroacutelise dos trigliceriacutedios
As propriedades fiacutesicondashquiacutemicas os trigliceriacutedios satildeo regidas pela natureza dos aacutecidos graxos
integrantes desde que o glicerol eacute comum a todos eles
31 Hidroacutelise dos trigliceriacutedios Existem 3 modalidades de se promover a hidroacutelise dos
trigliceriacutedios
1 hidroacutelise aacutecida (reversiacutevel)
2 hidroacutelise alcalina ou reaccedilatildeo de saponificaccedilatildeo (irreversiacutevel)
3 hidroacutelise enzimaacutetica (pela accedilatildeo das liacutepases)
Da hidroacutelise alcalina resulta um sal soacutedico ou potaacutessico (conforme se use NaOH ou
KOH para a hidroacutelise) do aacutecido graxo o qual eacute denominado de sabatildeo com propriedade
detergente Para que uma substacircncia manifeste propriedade detergente a mesma deve
apresentar em sua moleacutecula uma porccedilatildeo hidrofoacutebica (apolar) e outra hidrofiacutelica (polar) Os
detergentes estabelecendo uma ponte aproximando as moleacuteculas polares (aacutegua) das
moleacuteculas apolares (gordura) promove a solubilizaccedilatildeo ou emulsificaccedilatildeo das gorduras e dos
oacuteleos
32 Aacutecidos Graxos Satildeo aacutecidos carboxiacutelicos que apresentam um radical R de natureza
graxa ou apolar R ndash COOH onde R deve se apresentar com mais de 4 aacutetomos de carbono em
estaacutegio reduzido
De um modo geral aumentando-se o nuacutemero de aacutetomos de carbono na moleacutecula
aumenta-se o ponto de fusatildeo do aacutecido graxo (ateacute 8 aacutetomos de carbono os aacutecidos carboxiacutelicos
satildeo liacutequidos com 1 e 2 aacutetomos de C satildeo volaacuteteis)
A presenccedila da dupla ligaccedilatildeo na cadeia do aacutecido graxo diminui o ponto de fusatildeo do
mesmo
42
Aacutecidos graxos Estrutura Ponto de Fusatildeo
Saturados
Laacuteurico CH3(CH2)10COOH 44deg
Miriacutestico CH3(CH2)12COOH 54deg
Palmiacutetico CH3(CH2)14COOH 63deg
Esteaacuterico CH3(CH2)16COOH 70deg
Araquiacutedico CH3(CH2)18COOH 75deg
Beecircnico CH3(CH2)20COOH 80deg
Lignoceacuterico CH3(CH2)22COOH 84deg
Natildeo-saturados
Oleacuteico CH3(CH2)7CHCH(CH2)7COOH
Vaccecircnico CH3(CH2)5CHCH(CH2)9COOH
Ricinoleico CH3(CH2)5CHOHCH2CHCH(CH2)7COOH
Linoleico CH3(CH2)4(CHCHCH2)2(CH2)6COOH
Linolecircnico CH3CH2(CHCHCH2)3(CH2)6COOH
Araquidocircnico CH3(CH2)4(CHCHCH2)4(CH2)2COOH
Pouco comuns
-alaioesteaacuterico CH3(CH2)3CHCHCHCHCHCH
Taririco (CH2)7COOH
Isacircnico CH3(CH2)10CequivC(CH2)4COOH
CH2CH(CH2)4CCCC(CH2)7COOH
CH2
Lactobacilico
Vernoacutelico
43
Os oacuteleos de origem vegetal satildeo trigliceriacutedios que apresentam elevada proporccedilatildeo de
aacutecidos graxos poliinsaturados que possuem baixo ponto de fusatildeo conferindo a esses
trigliceriacutedios o estado liacutequido aacute temperatura ambiente (20-25degC) Jaacute as gorduras de origem
animal se apresentam no estado soacutelido aacute temperatura ambiente pelo fato de haver
predominacircncia de aacutecidos graxos saturados
Uma dieta rica oacuteleos vegetais eacute aconselhaacutevel aacutes pessoas com distuacuterbios cardiovasculares
possuidoras de elevados teores de colesterol no sangue Tais problemas satildeo manifestados pela
arteriosclerose (endurecimento das arteacuterias) eou ateroesclerose (diminuiccedilatildeo da luz arterial)
Sabe-se que o colesterol no inferior da ceacutelula se encontra livre ao passo que fora dela (no
sangue por exemplo) se encontra asterificado por aacutecidos graxos Dependendo da saturaccedilatildeo do
aacutecido graxo o mesmo pode propiciar a disposiccedilatildeo do eacutester do colesterol na parede interna das
arteacuterias diminuindo a luz das mesmas causando os citados distuacuterbios cardiovasculares
Eacutester do colesterol com aacutec graxo saturado
Eacutester do colesterol com aacutecido graxo poli-insaturado
44
45
A margarina obtida pela hidrogenaccedilatildeo cataliacutetica do oacuteleos vegetais com a finalidade
de dar aos mesmos a consistecircncia soacutelida da manteiga natildeo se constitui num
substituto adequado desta quando se pretende evitar os inconvenientes da gordura
animal Isto porque a caracteriacutestica desejaacutevel dos oacuteleos vegetais (presenccedila de
aacutecidos graxos poliinsaturados) eacute alterada quando se efetua a hidrogenaccedilatildeo dos
mesmos para se obter um produto de maior ponto de fusatildeo
4 CEcircRAS
Quimicamente satildeo eacutesteres de aacutecidos graxos de cadeia longa com alcoois monohidroxilados
tambeacutem de cadeia longa (16 a 36 aacutetomos de carbono)
A cecircra de abelha (palmitado de miricila)
B cecircra de carnaacuteuba (cerotato de miricila)
Devido aacute natureza das cadeias tanto do aacutecido graxo como do aacutelcool tais compostos
satildeo bastante hidrofoacutebicos altamente insoluacuteveis em aacutegua razatildeo pela qual plantas e
animais optaram por uma camada cerosa para proteccedilatildeo e impermeabilizaccedilatildeo
Assim certas plantas apresentam uma camada de cecircra (cutiacutecula) para proteccedilatildeo da
epiderme aves aquaacuteticas efetuam a impermeabilizaccedilatildeo das penas com auxiacutelio de
mateacuteria cerosa das glacircndulas cericiacutegenas
5 FOSFATIacuteDIOS
Satildeo derivados do aacutecido fosfatiacutedico Um representante desse grupo eacute a lecitina que estaacute
associada aacutes membranas de permeabilidade diferencial com funccedilatildeo ainda pouco conhecida
talvez regendo o transporte de substacircncias atraveacutes dessas membranas
46
6 GLICOLIPIacuteDIOS
Citamos os galactolipiacutedios e sulfolipiacutedios encontrados no tecido fotossintetizador das plantas
Suas funccedilotildees natildeo satildeo bem conhecidas
7 LIPOPROTEIacuteNAS
Satildeo associaccedilotildees entre proteiacutenas e lipiacutedios especialmente fosfolipiacutedios que se arranjam
segundo a polaridade das moleacuteculas sem envolvimento de ligaccedilatildeo covalentes As membranas
de permeabilidade diferencial (citoplasmaacutetica e aquelas que revestem as organelas celulares
bem como o retiacuteculo endoplasmaacutetico e o sistema lamelar dos cloroplastos) satildeo constituiacutedos de
lipoproteiacutenas
8 TERPENOacuteIDES CAROTENOacuteIDES E OUTROS COMPOSTOS DE NATUREZA
LIPIacuteDICA
Como os lipiacutedios congregam compostos da mais variada natureza quiacutemica encontramos
representantes desempenhando funccedilotildees altamente especializadas aleacutem daquelas jaacute
mencionadas (funccedilotildees energeacutetica e estrutural)
Assim algumas vitaminas bem como pigmentos receptores de energia radiante no processo
fotossinteacutetico satildeo exemplo de lipiacutedios desempenhando outras funccedilotildees
AMINOACIDOS E PROTEINAS
AMINOAacuteCIDOS
1 CONCEITO
Como o nome indica os aminoaacutecidos satildeo compostos que carregam em suas moleacuteculas um
grupo amino (de caraacuteter baacutesico) e um grupo carboxiacutelico (de caraacuteter aacutecido) Satildeo eles as
entidades que constituem as proteiacutenas e o conhecimento de suas estruturas se reveste de um
particular interesse pelas propriedades que conferem aacute moleacutecula proteacuteica que integram
47
Ademais os aminoaacutecidos desempenham outras funccedilotildees especiacuteficas quer participando de
processos bioloacutegicos (ciclo da ureacuteia por exemplo) ou se constituindo em substrato para muitos
constituintes celulares
Os aminoaacutecidos encontrados normalmente nas proteiacutenas satildeo identificados com sendo - L-
aminoaacutecido Alfa () porque o grupo amino (-NH2) se prende ao carbono de posiccedilatildeo
adjacente aacute carboxila (-COOH) e L devido a configuraccedilatildeo do grupo amino tendo como
referecircncia o D-gliceraldeido
2 TITULACcedilAtildeO DE AMINOAacuteCIDOS E EVIDEcircNCIA DE SEU CARAacuteTER IOcircNICO
Os aminoaacutecidos via de regra satildeo soluacuteveis em aacutegua e insoluacuteveis em solventes orgacircnicos
(clorofoacutermio acetona eacuteter aacutelcool etc) Tal propriedade natildeo coaduna com a estrutura geral
formulada (R-CHNH2-COOH) Como sabe os aacutecidos carboxiacutelicos e as aminas orgacircnicas satildeo
pouco ou quase insoluacuteveis em aacutegua especialmente os compostos de cadeia alifaacutetica ou
aromaacutetica com diversos aacutetomos de carbono Outra propriedade fiacutesica interessante eacute o alto
ponto fusatildeo dos aminoaacutecidos em situaccedilatildeo oposta aos aacutecidos carboxiacutelicos e aminas que
apresentam baixo ponto de fusatildeo e bem definido
A real estrutura dos aminoaacutecidos pode ser visualizada em soluccedilatildeo considerando o seu
comportamento como eletroacutelito Assim um aminoaacutecido pelo fato de conter um grupo
carboxiacutelico e um grupo amino pode reagir tanto como uma base como um aacutecido sendo
considerado uma substacircncia anfoacutetera Se o amino aacutecido estiver dissolvido em um meio aacutecido
ele se torna carregado positivamente (migra para o caacutetodo num campo eletroforeacutetico) e se o
meio for alcalino ele se torna carregado negativamente
Para se melhor compreender o caraacuteter iocircnico dos aminoaacutecidos eacute inicialmente necessaacuterio
conhecer algumas caracteriacutesticas dos diversos grupos ionizaacuteveis Para tal estudaremos as
ionizaccedilotildees da carboxila de um aacutecido e do grupo amino de uma amina orgacircnica
21 Titulaccedilatildeo da carboxila de um aacutecido (aceacutetico) O aacutecido aceacutetico se ioniza liberando
proacuteton (H+) conforme a equaccedilatildeo
A constante de dissociaccedilatildeo (K) do aacutecido aceacutetico eacute
Para esse valor de K podemos afirmar que o aacutecido aceacutetico eacute um aacutecido fraco pois apenas uma
pequena fraccedilatildeo das moleacuteculas eacute que se ionizam proacuteton
48
Aplicando-se logariacutetimos
Quando o ph do meio for numericamente igual ao ph
Teremos
Portanto
Isto eacute as concentraccedilotildees das formas protonizada e desprotonizada se equivalem
Podemos concluir portanto que o ph de um grupo ionizaacutevel corresponde a um valor de ph no
qual coexistem as formas protonizada e desprotonizada em idecircnticas concentraccedilotildees Em outras
palavras eacute o ph que corresponde aacute semi-titulaccedilatildeo ou semi-neutralizaccedilatildeo do referido grupo
ionizaacutevel
Curva de titulaccedilatildeo do aacutecido aceacutetico
22 Titulaccedilatildeo do Grupo Amino (-NH2)
Seja a amina metilina que pode ceder proacuteton conforme a equaccedilatildeo
49
Curva de Titulaccedilatildeo da Metilamina
23 Titulaccedilatildeo de um amino aacutecido neutro (alamina)
Formas Iocircnicas
Carga eletroforeacutetica +1
Curva de titulaccedilatildeo da alamina
Problema Quais as formas iocircnicas existentes bem como as proporccedilotildees das mesmas para
alamina no pH fisioloacutegico (70)
Resposta a forma iocircnica da alamina mais abundante no pH fisioloacutegico (70) eacute a forma
=99 81 desprovida de carga eletroforeacutetica
24 Titulaccedilatildeo de um minoaacutecido dicarboxiacutelico aacutecido aspaacutertico
50
Curva de Titulaccedilatildeo do Aacutecido Aspaacutertico
3 Curva de titulaccedilatildeo obtida quendo 20 ml de aacutecido aspaacutertico HCI01M satildeo titulados com
NaOH01M
Problema Calcular as proporccedilotildees das formas iocircnicas do aacutecido aspaacutertico existentes no pH
fisioloacutegico (Ph=70)
PH=Pk+log R
PH=70
PK=pK3=98 (o mais proacuteximo de 70) do grupo -amino
R= cone da forma protonizada em relaccedilatildeo ao grupo amino= IV
coc da forma protonizada em relaccedilatildeo ao grupo amino III
Substituindo
7 = 98 +log IV
III
7 = 98 + log R
log R = 7-98 = -28
log 1 = 28
R
1 =629 ou R = _1_ =
R 629
R = __1_ = IV
51
629 III
III = 629 IV
III + IV = 100 (1)
substituindo o valor de III em (1) temos
629 IV ldquo+ IV = 100
630 IV = 100
IV = _100_ = 016
630
[III] = 629 X 016 (01587301)
[III] = 9984
Resposta A forma mais abundante (9984) eacute a forma III carregada negativamente
25 Titulaccedilatildeo de um aminoaacutecido baacutesico (lisina)
Problema Qual eacute e em que proporccedilatildeo se apresenta a forma iocircnica mais abundante do
aminoaacutecido lisina no pH fisioloacutegico (70)
PH = pK + log R
PH = 70
PK = Pk2 = 90 ( o mais proacuteximo de 70 corresponde ao grupo -amino)
R = conc da forma desprotonizada em relaccedilatildeo ao grupo -amino = [III]
conc da forma protonizada em relaccedilatildeo ao grupo -amino [II]
Substituindo
52
70 = 90 + log R
log R=70 ndash 90 = -20
log 1 = 2
R
1= 100 ou R = _1__
R 100
Portanto R = __1__ = _[III]_ ou
100 [II]
[II] =100 [III]
[II] + [III] = 100 (1)
Substituindo o valor de [II] em (1)
100 [III] + [III] = 100
101 [III] = 100[III] = _100_ = 099
101
Logo [II] = 100 X 099 = 99
Resposta A forma iocircnica mais abundante eacute a forma II na proporccedilatildeo de 99
Resumindo o que se observou para os 3 aminoaacutecidos temos
Aminoaacutecido pI forma iocircnica predominante no pH fisioloacutegico (70)
Neutro 7 sem carga eletroforeacutetica
Aacutecido lt 7 carregado negativamente
Baacutesico gt 7 carregado positivamente
4 CLASSIFICACcedilAtildeO DOS AMINOAacuteCIDOS
Os aminoaacutecidos satildeo classificados segundo a natureza do radical R vaacuterios criteacuterios de
classificaccedilatildeo podem ser adotados Assim quanto aacute estrutura do radical R eles podem ser
classificados em
a aminoaacutecidos alifaacuteticos
b aminoaacutecidos aromaacuteticos
c aminoaacutecidos heterociacuteclicos
53
Mais significativa entretanto eacute a classificaccedilatildeo baseada na polaridade do radical R uma vez
que ela enfatiza o papel funcional que cada aminoaacutecido desempenha na proteiacutenaAssim os 20
aminoaacutecidos comumente encontrados nas proteiacutenas satildeo classificados em
31 Aminoaacutecidos com Radical R natildeo Polar ou Hidrofoacutebico
32 Aminoaacutecidos com Radical R Polar sem Carga no pH Fisioloacutegico
A maioria desses aminoaacutecidos tem um radical polar que pode participar de pontes de
hidrogecircnio alguns possuem o grupo hidroxila (-OH) outros a sulfidrila (-SH) enquanto
asparagina e glutamina possuem grupos amida A glicina embora desprovida de radical R eacute
considerada uma moleacutecula polar pelo fato dos grupos amino e carboxila representar grande
parte da massa da moleacutecula
33 Aminoaacutecidos com Radical R Polar Carregados Negativamente no pH Fisioloacutegico
Nesta classe estatildeo aminoaacutecidos dicarboxiacutelicos
33 Aminoaacutecidos com Radical R Polar Carregado Positivamente no pH Fisioloacutegico
Trecircs aminoaacutecidos satildeo incluiacutedos nesta categoria lisina (com grupo adicional E ndash amino com
pK = 105 arginina com o grupo guanidiacutenico de pK = 125 e a histidina com o grupo imidazol
com pK = 60)
54
Outros aminoaacutecidos aleacutem desses podem ser encontrados Assim L-hidroxilisina e L-
hidroxiprolina sccedilao abundantes no colaacutegeno apenas e por isso denominados de aminoaacutecidos
proteacuteicos raros
Muitos aminoaacutecidos natildeo satildeo encontrados em proteiacutenas mas ocorrem na forma livre Satildeo os
aminoaacutecidos natildeo proteacuteicos que atualmente satildeo em nuacutemero de aproximadamente 200
encontrados comumente no reino vegetal Alguns desempenham funccedilotildees conhecidas (como a
ornitina e citrulina que participam do ciclo da ureacuteia em plantas e animais e a beta ndash alanina
que faz parte da estrutura do aacutecido pantotecircnico) enquanto a maioria natildeo tem uma funccedilatildeo
fisioloacutegica definida Alguns deles se mostram toacutexicos para animais e humanos como o aacutecido
- diaminobutiacuterico encontrado nas sementes da Lathirus sativus o qual causa o
Neurolatirismo (fraqueza muscular a paralizia dos membros inferiores)
Citrulina encontrado pela 1ordf vez em Citrullus vulgaris melancia
PROTEIacuteNAS
1 CONCEITO
Satildeo poliacutemeros formados pela uniatildeo dos aminoaacutecidos unidos que satildeo pela ligaccedilatildeo peptyacutedica
Tais poliacutemeros apresentam peso molecular entre 10000 a alguns milhotildees de Daltons
A ligaccedilatildeo peptiacutedica eacute aquela que se estabelece entre a carboxila (-COOH) de aminoaacutecido com
o grupo amino (-NH2) de outro aminoaacutecido
55
A ligaccedilatildeo peptiacutedica eacute de natureza covalente Se une dois aminoaacutecidos teremos um dipeptiacutedio
se une trecircs um tripeptiacutedio e assim por diante As proteiacutenas podem ser consideradas
polipeptiacutedios
2 NIacuteVEIS ESTRUTURAIS BAacuteSICOS
A cadeia polipeptiacutedica busca um estado de maior estabilidade termodinacircmica que eacute atingido
apoacutes rearranjos levando a proteiacutena aacute niacuteveis estruturais complexos Tais niacuteveis podem ser
estendidas como as seguintes estruturas
3 Estrutura primaacuteria eacute a sequumlecircncia de aminoaacutecidos na cadeia polipeptiacutedica Eacute mantida
pela ligaccedilatildeo peptiacutedica
Com os 21 aminoaacutecidos normalmente encontrado nas proteiacutenas podemos arranja-los formando
polipeptiacutedios com 100 ateacute alguns milhares de aminoaacutecidos Tais arranjos permitem a formaccedilatildeo
de um nuacutemero extremamente grande de diferentes moleacuteculas protecircicas que possivelmente
possam existir
22 Estrutura Secundaacuteria a cadeia polipeptiacutedica pode adquirir a forma de uma espiral
voltada aacute direita estrutura essa chamada de - heacutelice eacute estabilizada por pontes de hidrogecircnio
que se estabelece entre o grupo carbonilo (=C=O) de uma ligaccedilatildeo peptiacutedica com o grupo
imido (=NH) da 3ordf ligaccedilatildeo peptiacutedica na sequumlecircncia regular da cadeia A estrutura secundaacuteria
tambeacutem pode se manifestar na forma de ldquofolha pregueadardquo
23 Estrutura Terciaacuteria diz respeito ao dobramento da cadeia polipeptiacutedica sobre se mesma
se enovelando e adquirindo uma chamada estrutura globular mais compacta A manutenccedilatildeo
de tal estrutura eacute atribuiacuteda aacutes diferentes reatividades dos radicais R dos aminoaacutecidos
componentes e tal estrutura estaacute intimamente relacionada com as propriedades cataliacuteticas das
proteiacutenas biologicamente ativas como as enzimas
Entre as ligaccedilotildees envolvendo os radicais R e responsaacuteveis pela estruturaccedilatildeo terciaacuteria
podemos observar
a ligaccedilotildees ou interaccedilotildees eletrostaacuteticas ndash entre a carboxila dissociada (-COO-) e grupos
protonizados (amino guanidino ou amidazol)
b pontes de hidrogecircnio
c interaccedilatildeo hidrofoacutebica
56
d interaccedilatildeo dipolo ndash dipolo com radicais de polarizaccedilatildeo semelhantes)
e ligaccedilatildeo ou ponte de dissulfeto (ligaccedilatildeo covalente que se estabelece entre 2 aacutetomos de S
de dois resiacuteduos de cisteiacutena)
Alguns tipos de ligaccedilotildees natildeo ndash covalentes que estabilizam a estrutura proteacuteica
a) interaccedilatildeo eletrostaacutetica b) ligaccedilatildeo de hidrogecircnio entre resiacuteduos de tirosina e
grupos carboxiacutelicos nas cadeias laterais c)interaccedilatildeo hidrofoacutebica de cadeias
laterais natildeo ndash polares causada pela muacutetua repulsatildeo de solventes d) interaccedilatildeo
dipolo ndash dipolo e) ligaccedilatildeo de dissulfeto uma ligaccedilatildeo covalente [De acordo
com C B Anfinsen The Molecular Basic of Evolution John Wiley and Sons
Nova Iorque p 1021959]
Representaccedilatildeo esquemaacutetica das cadeias polipeptiacutedicos de proteiacutenas bem definidas C indica o
carboxilo de aminoaacutecido terminal N grupo amino livre do aminoaacutecido terminal os nuacutemeros
em parecircnteses satildeo os radicais de aminoaacutecidos -S- ligaccedilotildees de dissulfeto
24 Estrutura Quaternaacuterias eacute apresentada por apenas algumas proteiacutenas e quase sempre
biologicamente ativas tal estruturaccedilatildeo pode ser definida como o grau de polimerizaccedilatildeo de
unidades proteacuteicas formando diacutemeros triacutemeros tetracircmeros etc As forccedilas que manteacutem a
estrutura quaternaacuteria satildeo as mesmas responsaacuteveis pela manutenccedilatildeo da estrutura terciaacuteria Em
alguns casos caacutetions metaacutelicos (Ca++
K+ Mg
++ Mn
++ etc) auxiliam a manutenccedilatildeo da
estrutura quaternaacuteria
Assim a fosforilase ldquoardquo (tetracircmero) eacute formada pela uniatildeo de 4 subunidade proteacuteicas e
manifesta atividades cataliacutetica Jaacute na forma de diacutemero (fosforilase ldquobrdquo) a mesma eacute inativa
Um tetracircmero de unidades proteacuteicas ilustrado quaternaacuteria de uma proteiacutena globular complexa
3 DESNATURACcedilAtildeO DAS PROTEIacuteNAS
Vem a ser qualquer desarranjo nas estruturas secundaacuterias terciaacuterias ou quaternaacuteria de uma
proteiacutena As enzimas assim que desnaturadas perdem a atividade cataliacutetica Os agentes
57
desnaturantes das proteiacutenas satildeo aacutecidos bases forccedila iocircnica elevada calor solventes orgacircnicos
(apolares) agitaccedilatildeo mecacircnica etc
4 HIDROacuteLISE DAS PROTEIacuteNAS
Eacute o rompimento das ligaccedilotildees peptiacutedicas que manteacutem a estrutura primaacuteria e pode ser efetuada
por aacutecidos bases ou enzimas (genericamente denominadas de proteases ou enzimas
proteoliacuteticas) Tal hidroacutelise liberta os aminoaacutecidos na forma livre os quais podem ser
identificados e quantificados conhecendo-se assim a composiccedilatildeo aminoaciacutedica das proteiacutenas
5 FUNCcedilOtildeES BIOLOacuteGICAS DAS PROTEIacuteNAS
Devido ao nuacutemero incriacutevelmente elevado de diferentes moleacuteculas proteacuteicas que podem ser
fabricadas pelos organismos cujas propriedades seratildeo reflexo direto da sequumlecircncia de
aminoaacutecidos na cadeia polipeptiacutedica a natureza aproveitando-se desta particularidade atribui
inuacutemeras funccedilotildees para as proteiacutenas Assim podemos identificar classes de proteiacutenas de acordo
com suas funccedilotildees bioloacutegicas
51 Enzimas proteiacutenas com atividade cataliacuteticas acelerando reaccedilotildees no interior da ceacutelula
52 Proteiacutenas de Transporte A Hemoglobina transporta oxigecircnio lipoproteiacutenas do
plasma transportam lipiacutedios A passagem de iacuteons e outras substacircncias atraveacutes das
membranas (de permeabilidade diferencial) eacute auxiliada por proteiacutenas de transporte
53 Proteiacutenas Nutritivas ovoalbumina caseiacutena ferritina (armazenadora de ferro) etc
54 Proteiacutenas Contraacutecteis Actina miosina tubulina (dos ciliados e flagelados)
55 Proteiacutenas Estruturais colaacutegeno elastina fibroinas queratina etc
56 Proteiacutenas de Defesa imunoglobulinas (anticorpos) fibrinogecircnio e trombina
57 Proteiacutenas Reguladoras hormocircnios e repressores (regulam a siacutentese de enzimas)
6 CLASSIFICACcedilAtildeO DAS PROTEIacuteNAS
Diversos criteacuterios podem ser adotadas para a classificaccedilatildeo das proteiacutenas todos eles algo
subjetivo
61 Quanto aacute composiccedilatildeo
a proteiacutenas simples - quando formadas apenas de aminoaacutecidos (albuminas globulinas)
b proteiacutenas conjugadas ndash quando apresentam uma porccedilatildeo natildeo proteacuteica (denominado de
grupo prosteacutetico) precircso aacute cadeia polipeptiacutedica
proteiacutena conjugada grupo prosteacutetico glicoproteiacutena carboidrato
lipoproteiacutena lipiacutedios
nucleoproteyacutena aacutecido nucleacuteico
metaloproteiacutena metal
______________________________________________
58
62 Quanto aacute conformaccedilatildeo
a proteiacutenas globulares ndash aqueles cuja cadeia polipeptiacutedica se dobrou
consideravelmente adquirindo a forma esfeacuterica ou globular geralmente com os
radicais polares dos aminoaacutecidos na superfiacutecie externa e os apolares voltados para o
interior Em consequumlecircncia essas proteiacutenas globulares satildeo soluacuteveis no sistemas aquosos
e se difundem facilmente Enzimas hormocircnios e anticorpos satildeo exemplos de proteiacutenas
globulares e para a manifestaccedilatildeo de suas atividades bioloacutegicas a solubilidade eacute uma
propriedade desejada
b Proteiacutena fibrosas ndash essas proteiacutenas podem ser subdivididas em 3
classes segundo a estrutura detalhada das mesmas
- - heacutelice de passo direito (queratina da pele pecirclo unhas)
- folha - pregueada (seda)
- heacutelice tripla (coleacutegeno)
Tais proteiacutenas satildeo altamente insoluacuteveis caracteriacutestica necessaacuteria para as suas funccedilotildees
bioloacutegicas
7 FATORES ANTINUTRICIONAIS DE NATUREZA PEPTIacuteDICA
Os gratildeos de algumas leguminosas como feijatildeo e soja apresentam peptiacutedios de baixo peso
molecular que possuem habilidade de inativar as enzimas digestivas - amilase e a tripsina
Tais peptiacutedios jaacute identificados satildeo denominados de fator ldquoanti-amilaserdquo e fator ldquoanti-tripsinardquo
e satildeo responsaacuteveis pelo menos em parte pelo efeito toacutexico observado quando da indigestatildeo de
feijatildeo cru especialmente em animais domeacutesticos felizmente esses fatores antinutricionais satildeo
desnaturados pelo calor de modo que o cozimento dos alimentos destroacutei essa atividade
antitriacuteptica e antiamilaacutesica de muitos gratildeos de legumes e de alguns cereais Em alguns
legumes esses fatores satildeo termoestaacuteveis
59
QUESTIONAacuteRIO
1 Qual eacute o objetivo da Bioquiacutemica
2 O que vem a ser metabolismo
3 O que eacute um carboidrato
4 O que eacute uma ligaccedilatildeo hemiacetal O que eacute uma ligaccedilatildeo glicosiacutedica
5 O que vem a ser um accediluacutecar redutor
6 Por que a sacarose natildeo eacute redutora
7 Por que a ceacutelula prefere armazenar como reserva energeacutetica
carboidrato na forma de polissacariacutedio
8 Quais os fatores antinutricionais de natureza gluciacutedica encontrados
na mandioca nas cruciacuteferas e nos legumes O que causam tais
substacircncias
9 Cite carboidratos desempenhado funccedilatildeo estrutural e energeacutetica em
animais e vegetais
10 O que eacute um lipiacutedio
11 Por que satildeo os mais energeacuteticos dos alimentos
12 O que resulta da hidroacutelise de um trigliceriacutedio
13 Qual a relaccedilatildeo entre a resistecircncia aacutes geadas e a proporccedilatildeo de
aacutecidos graxos poliinsaturados nas membranas dos vegetais
14 Por que os oacuteleos vegetais satildeo recomendados aqueles que
apresentam distuacuterbios cardiovasculares
15 Como se classificam os lipiacutedios
16 A margarina eacute boa substituta da manteiga quando se pretende
evitar os inconvenientes da gordura animal
17 Cite lipiacutedios desempenhando funccedilatildeo estrutural funccedilatildeo energeacutetica
e outra funccedilatildeo especiacutefica
18 Por que os aminoaacutecidos satildeo estruturas polares
19 Qual eacute o significado do pk de um grupo ionizaacutevel
20 Cite alguns aminoaacutecidos natildeo proteacuteicos
21 Cite um aminoaacutecido toacutexico onde eacute encontrado e qual o distuacuterbio
de sua ingestatildeo
22 O que eacute uma ligaccedilatildeo peptiacutedica e como pode ser rompida
23 O que vem a ser estrutura primaacuteria secundaacuteria e terciaacuteria de uma
proteiacutena e quais as ligaccedilotildees que as manteacutem
24 O que vem a ser desnaturaccedilatildeo de uma proteiacutena e quais os agentes
que efetuam tal desnaturaccedilatildeo
60
ENZIMAS
1 INTRODUCcedilAtildeO
Uma peculiaridade interessante da ceacutelula viva eacute a de permitir que em seu interior ocorram
reaccedilotildees complexas a uma velocidade razoaacutevel aacute temperatura do meio Tais reaccedilotildees natildeo
ocorreriam ou se processariam muito lentamente aquela temperatura se na ausecircncia da ceacutelula
Isso eacute possiacutevel devido a presenccedila de catalizadores bioloacutegicos as enzimas ou biocatalizadores
As enzimas satildeo proteiacutenas sintetizadas pela proacutepria ceacutelula que aceleram reaccedilotildees
termodinamicamente possiacuteveis natildeo alterando a constante de equiliacutebrio (k) e nem a variaccedilatildeo de
energia livre da reaccedilatildeo (G) Como catalizadores operam em concentraccedilotildees extremamente
baixas em relaccedilatildeo aacute quantidade de substrato transformada
Sendo uma proteiacutena a enzima perde a sua atividade cataliacutetica assim que desnaturada (a
enzima fica inativa) Outra propriedade das enzimas vem a ser a sua especificidade milhares
de diferentes enzimas ocorrem no interior da ceacutelula
2 MODALIDADE DE SE AUMENTAR A VELOCIDADE DE UMA
REACcedilAtildeO
21 Pelo Aumento da Temperatura o aumento de temperatura causa um aumento na energia
cineacutetica das moleacuteculas (Ec) tornando-as mais aptas a transpor a barreira energeacutetica
estabelecida pela energia de ativaccedilatildeo (Ea)
22 Pela Diminuiccedilatildeo da Energia de Ativaccedilatildeo A energia de ativaccedilatildeo eacute uma quantidade de
energia que deve ser fornecida aacutes moleacuteculas reagentes para atingir o estado excitado e se
iniciar a reaccedilatildeo Supotildee-se que as enzimas como os demais catalizadores diminuam a energia
de ativaccedilatildeo requerida para que a reaccedilatildeo ocorra
Hidroacutelise da ureacuteia
CO (NH2)2 + H2O __H+__ CO2 + 2 NH3 Ea= 24600 calmol
CO (NH2)2 + H2O _ureacutease CO2 + 2 NH3 Ea= 6800 calmol
Decomposiccedilatildeo da aacutegua oxidada
H2O2 __Fe + +__ H2O + 1 O2 Ea= 10100 calmol
2
H2O2 __catalase__ H2O + 1 02 Ea= 1700 calmol
2
61
3 EQUACcedilAtildeO DE MICHAELIS ndash MENTEN
No inicio da reaccedilatildeo (tempo zero) existe apenas enzima e substratoApoacutes um lapso de tempo
ocorre a formaccedilatildeo do complexo enzima-substrato e daiacute a dissociaccedilatildeo do mesmo para formar o
produto da reaccedilatildeo (P) Durante o transcurso da reaccedilatildeo o produto deve ser formado com uma
velocidade constante estando a reaccedilatildeo no seu estado de equiliacutebrio dinacircmico
Para que a velocidade de formaccedilatildeo de produto seja constante a concentraccedilatildeo do complexo
enzima-substrato (ES) igualmente deveraacute ser constante
Para que [ES] seja constante a velocidade de sua dissociaccedilatildeo (v2+v3)
Experimentalmente em laboratoacuterio podemos controlar a concentraccedilatildeo de substrato [S] e a
concentraccedilatildeo de enzima adicionada [E]
Seja portanto
[E] = concentraccedilatildeo de enzima adicionada
[S] = concentraccedilatildeo de substrato
[ES] = concentraccedilatildeo do complexo enzima-substrato no estado de equiliacutebrio dinacircmico
[E] = [ES] = concentraccedilatildeo de enzima livre
Sabemos que V1= V2+V3 (I) para que [ES] seja constante
V1 = K1 [E] ndash [ES][S]
V2 = K2 [ES]
V3-K3 [ES] = velocidade de formaccedilatildeo de produto = v (medida experimentalmente)
Substituindo em I
K1 [E] ndash [ES] [S] = K2 [ES] + K3 [ES]
K1 [E] [S] - K1 [ES] [S] = [ES] (K2 + K3)
Dividindo-se por K1
[E] [S] ndash [ES] [S] = [ES] K2 + K3
K1
K2 + K3 = Km (constante de Michaelis)
K1
[E] [S]ndash [ES] [S] = [ES] Km
[ES] Km + [ES] [S] = [E] [S]
[ES] (Km + [S]) = [E] [S]
[ES] = _[E] [S]_
Km + [S]
Multiplicando-se ambos os membros por K3 teremos
K3 [ES] = _K3 [E] [S]_
62
Km + [S]
Ora K3 [ES] = V (Velocidade de formaccedilatildeo de produto a qual eacute medida experimentalmente)
K3 [E] = Vm (Velocidade maacutexima de reaccedilatildeo quando toda enzima adicionada [E] estiver na
forma do complexo enzima-substrato bdquoES Nessa ocasiatildeo [ES] = [E] ou seja eacute a maacutexima
concentraccedilatildeo do complexo enzima-substrato que se pode conseguir)
Logo V = _Vm [S]_
Km + [S]
Esta eacute uma equaccedilatildeo de hipeacuterbole quadraacutetica que representa ou melhor que se ajusta bem ao
tipo de curva observada experimentalmente
Assim lim _Vm [S]_ = 00 (indeterminaccedilatildeo matemaacutetica)
S Km + [S] 00
Levantando-se indeterminaccedilatildeo (dividindo-se por [S])
Lim _____Vm_____ ____Vm____
_Km _+ __[S]__ = lim Vm
[S] [S] S 00 _Km_ + 1
[S]
Ou seja aacute medida que a concentraccedilatildeo de substrato tende para o infinito (00) a velocidade de
reaccedilatildeo tende para a velocidade maacutexima
Quando V= Vm teremos
2
Vm = __Vm [S]__
Km + [S]
2 [S] = Km + [S] ou Km = [S]
Donde se conclui que para uma velocidade de reaccedilatildeo igual metade da velocidade maacutexima
(_Vm_) a concentraccedilatildeo de substrato corresponde numericamente aacute constante de Michaelis
2
(Km) Concluiacutemos tambeacutem que Km eacute a concentraccedilatildeo de semi-saturaccedilatildeo dos siacutetios ativos da
enzima Portanto a constante de Michaelis pode ser bioquimicamente interpretada como
sendo
a concentraccedilatildeo de substrato que satura 50 dos siacutetios ativos da enzimas presentes
b Um valor cujo inverso mede a afinidade entre a enzima e o substrato
c Um valor muito proacuteximo da constante de dissociaccedilatildeo do complexo enzima-substrato
63
A velocidade maacutexima (Vm) eacute aquela atingida quando toda enzima (100) estiver na forma do
complexo enzima-substrato ou seja quando todos os siacutetios ativos possuiacuterem substrato alojado
em seu interior Dizendo que foi atingida a saturaccedilatildeo dos siacutetios ativos
RETIFICACcedilAtildeO DA HIPEacuteRBOLE = TRANSFORMACcedilAtildeO DE LINEWEAVER E BURK
Experimentalmente eacute muito mais simples trabalhar uma equaccedilatildeo de reta do que curva
hiperboacutelica Daiacute a retificaccedilatildeo da hipeacuterbole
V = _Vm [S]_
Km + [S]
Tornando-se o inverso
_1_ = _Km + [S]_
V Vm [S]
_1_ = ___Km___ + ___[S]___
V Vm [S] Vm [S]
_1_ = _Km_ _1_ + _1_ (I)
V Vm [S] Vm
_1_ = variaacutevel dependente
V
_1_ = variaacutevel independente
[S]
_Km_ = coeficiente angular
Vm
_1_ = coeficiente linear
Vm
Para _1_ = 0 teremos a intersecccedilatildeo no eixo de _1_
V [S]
_1_ = - _Km_ x0 + __1__ _1_ = __1__
Vm Vm Vm V Vm
Por intermeacutedio deste tipo de anaacutelise graacutefica determinamos experimentalmente os paracircmetros
Km para uma reaccedilatildeo enzimaacutetica
64
4 FATORES QUE AFETAM A VELOCIDADE DE UMA REACcedilAtildeO
ENZIMAacuteTICA
41 Efeito da Concentraccedilatildeo de Enzima
A velocidade maacutexima (Vm) eacute proporcional aacute concentraccedilatildeo de enzima [E] mas Km constante
que independe da concentraccedilatildeo de enzima
42 Efeito da Concentraccedilatildeo de Substrato foi estudado na equaccedilatildeo de Michaelis-Menten
43 Efeito da Concentraccedilatildeo Hidrogenioiocircnica (Ph) Em valores extremos de pH (maiores
que 10 e menores que 3) ocorre o efeito desnaturante do aacutecido ou da base sobre a enzima
igualmente o efeito da forccedila iocircnica elevada pode desnaturar a enzima
Jaacute em regiotildees proacuteximas ao pH oacutetimo pequenas alteraccedilotildees no pH acarretam alteraccedilotildees na
configuraccedilatildeo espacial dos siacutetios ativos facilitando ou dificultando a entrada do substrato no
mesmo
O pH no interior da ceacutelula estaacute ao redor da naturalidade (pH = 6 ou 7) sendo adequado para a
maioria das enzimas A ceacutelula regula o metabolismo exercendo um controle sobre o pH em
algumas regiotildees da ceacutelula Em algumas ocasiotildees as enzimas estatildeo adaptadas aacutes condiccedilotildees de
pH do meio nem sempre proacutexima aacute neutralidade
44 Efeito da Temperatura Sabe-se que a cada aumento de 10degC resulta numa duplicaccedilatildeo
da velocidade de uma reaccedilatildeo quiacutemica qualquer
Um aumento da temperatura aleacutem de aumentar a energia das moleacuteculas regentes promove a
termo-desnaturaccedilatildeo das enzimas tornando-as inativas Essa eacute a razatildeo existecircncia de uma
temperatura oacutetima onde a velocidade de reaccedilatildeo eacute maacutexima
65
A zero graus centiacutegrados podemos ter 100 das moleacuteculas enzimaacuteticas ativas aptas a
catalizarem a reaccedilatildeo mas as moleacuteculas possuem baixa energia cineacutetica e a reaccedilatildeo natildeo ocorre
Aumentando-se a temperatura aumenta-se a energia cineacutetica das moleacuteculas mas igualmente
aumenta-se proporccedilatildeo de enzimas desnaturada (inativa) Geralmente acima de 50C a
velocidade de reaccedilatildeo eacute nula pois que a despeito da elevada energia cineacutetica das moleacuteculas
reagentes todas as enzimas jaacute sofrem termodesnaturaccedilatildeo
Algumas enzimas satildeo particularmente resistentes aacute elevadas temperaturas como a
polifenoloxidase que manifesta atividade cataliacutetica mesmo a 80degC
45 Efeito de Inibidores Inibidores satildeo substacircncias da mais variada natureza quiacutemica que
penetram no siacutetio ativo das enzimas prejudicando a accedilatildeo da cataacutelise Tais substacircncias satildeo
geralmente estranhas ao metabolismo celular Dependendo do mecanismo de accedilatildeo eles podem
ser considerados inibidores competitivos ou inibidores natildeo competitivos
451 Inibidores Competitivos Tais inibidores apresentam semelhanccedila estrutural com o
substrato ocupando o siacutetio ativo sem sofrerem transformaccedilotildees Como exemplo desse tipo de
inibiccedilatildeo temos o aacutecido malocircnico inibindo a desidrogenase succiacutenica (enzima do ciclo de
Klebs) cuja cineacutetica de inibiccedilatildeo apresenta as seguintes caracteriacutesticas
A cineacutetica dessa inibiccedilatildeo demonstra que Vm eacute atingida mesmo na presenccedila do inibidor mas
Km eacute aumentada Concluiacutemos que o inibidor eacute deslocado do siacutetio ativo mediante aumento na
concentraccedilatildeo de substrato Tal tipo de inibiccedilatildeo eacute reversiacutevel
452 Inibidores natildeo Competitivos Esses inibidores se ligam de maneira irreversiacutevel no siacutetio
ativo mediante ligaccedilatildeo covalente natildeo sendo deslocados mediante aumento na concentraccedilatildeo
de substrato Tais conclusotildees satildeo obtidas da cineacutetica de inibiccedilatildeo que apresenta as seguintes
caracteriacutesticas
O fluoracetato (FCH2-COOH) encontrado em certas plantas toacutexicas do gecircnero Policourea os
metais pesados (Hg Pb Cd etc) o gaacutes de guerra (ou gaacutes dos nervos ou Lewisita) assim como
os inseticidas organo-fosforado satildeo potentes inibidores da acetil-colinesterase e de outras
66
enzimas que apresentam o grupo sulfidrila (-SH) no siacutetio ativo Tais inibidores se ligam de
maneira irreversiacutevel com a sulfidrila do siacutetio ativo
46 Efetores Alosteacutericos Satildeo substacircncias consideradas metaboacutelitos normais da ceacutelula que as
alojam no siacutetio alosteacuterico de algumas enzimas (que recebem a denominaccedilatildeo de enzima
alosteacutericas ou reguladoras) O efetor alosteacutetico entrando no siacutetio alosteacuterico causa uma
alteraccedilatildeo na conformaccedilatildeo espacial do siacutetio ativo podendo facilitar ou dificultar a entrada do
substrato no siacutetio ativo O seu efeito portanto eacute de acelerar ou retardar a velocidade de uma
reaccedilatildeo e o efetor eacute qualificado de positivo ou negativo respectivamente
A alosteria se constitui num mecanismo para a ceacutelula acelerar ou retardar a velocidade das
reaccedilotildees enzimaacuteticas com o propoacutesito de se controlar o metabolismo
Aumentando-se a concentraccedilatildeo do efetor alosteacuterico positivo aumenta-se a velocidade de
reaccedilatildeo
Aumentando-se a concentraccedilatildeo do efetor alosteacuterico negativo diminuiu-se a velocidade de
reaccedilatildeo
Um dentre os inuacutemeros exemplos de alosteria eacute o controle na arginina a partir de aacutecido
aspaacutertico
Tal mecanismo tambeacutem eacute denominado de retroinibiccedilatildeo inibiccedilatildeo pelo produto fina ou ldquofeed-
backrdquo Tem por objetivo evitar que o aacutecido aspaacutertico seja consumido desnecessariamente
(quando a siacutentese proteacuteica jaacute natildeo eacute necessaacuteria) visto que o mesmo tambeacutem eacute usado na siacutentese
de outros constituintes celulares
47 Cofatores Enzimaacuteticos Satildeo compostos da mais variada natureza quiacutemica que auxiliam a
cataacutelise Se subdividem em
a grupo prosteacutetico estrutura natildeo protecircica ligada covalentemente aacute proteiacutena enzimaacutetica
FMN = flavina-mononucleotiacutedio
FAD = flavina-adenina dinucleotiacutedio
67
A flavina eacute derivada da riboflavina (vitamina B2)
b coenzimas Satildeo estruturas natildeo proteacuteicas que natildeo estatildeo ligadas aacutes proteiacutenas enzimaacuteticas
NAD+ = nicotinamida-adenina-dinucleotiacutedio ou
DPN+ = difosforidina nucleotiacutedio
NADP+ = nicotinamida-adenina-dinucleotiacutedio fosfato ou
TPN+ = trifosfopiridina nucleotiacutedio
TPP = tiamina pirosfofato (vitamina B1)
Piridoxal fosfato (vitamina B6)
c Iocircnios ativadores muitas enzimas requerem ions para manifestar atividade cataliacutetica
Os mais frequumlentes satildeo Cl- K
+ Ca
++ Mg
++ Zn
++ Cu
++ Feacute
++ Mn
++ etc
As necessidades de algumas vitaminas (especialmente do complexo B) e sais minerais podem
ser explicadas em algumas situaccedilotildees pela funccedilatildeo dessas substacircncias de atuarem como
cofatores enzimaacuteticos
Exemplos de reaccedilotildees enzimaacuteticas com participaccedilatildeo de grupo prosteacutetico e coezima
respectivamente
O aacutecido succiacutenico se oxidou a aacutecido fumaacuterico para tal perdeu 2 eleacutetrons (e-) e 2 proacutetons (H
+)
O FAD recebeu os 2 e- e os 2 H
+ se reduzindo a FADH2
O aacutecido recebe 2H+ e 2 eleacutetrons provenientes do NAD
+ cedendo os H
+ e eleacutetrons
68
ENERGEacuteTICA BIOQUIacuteMICA
1 CICLO ENERGEacuteTICO CELULAR
Parte da energia quiacutemica liberada nos processos cataboacutelicos eacute utilizada para a siacutentese se ATP
(adenosina-trifosfato) O ATP eacuteposteriormente empregado na realizaccedilatildeo de trabalhos
fisioloacutegicos (excreccedilatildeo contraccedilatildeo muscular transporte ativo etc) e para atividades de
biossiacutentese de constituintes celulares (anabolismo)
2 CONCEITO DE ENERGIA LIVRE DE UMA REACcedilAtildeO
Seja uma reaccedilatildeo quiacutemica qualquer A B Os conteuacutedos de energia de A e B natildeo podem ser
medidos de modo absoluto mas eacute possiacutevel medir a variaccedilatildeo de energia quando A se
transforma em B
G = EB - EA
quando EA EB G eacute negativa e a reaccedilatildeo eacute exergocircnica
quando EBgt EA G eacute positiva e a reaccedilatildeo eacute endergocircnia
As reaccedilotildees espontacircneas satildeo espontacircneas satildeo exergocircnicas mas o valor de G natildeo se relaciona
com a velocidade de reaccedilatildeo a qual eacute funccedilatildeo da energia de ativaccedilatildeo (Ea)
Energia de ativaccedilatildeo eacute uma quantidade de energia necessaacuteria para que os reagentes adquiram o
estado excitado para que a reaccedilatildeo ocorra
Considere-se combustatildeo da glicose
C6-H2O6 + 6026C02 + 6H02 G= -686000 calmol
Numa reaccedilatildeo exergocircnica a variaccedilatildeo de energia livre eacute a quantidade maacutexima de energia que se
torna disponiacutevel a com a qual se pode realizar trabalho
69
A rigor H = G + TS ou G = H -TS onde
H= variaccedilatildeo de energia entalpia (variaccedilatildeo caloacuterica quando a reaccedilatildeo se processa sob pressatildeo
constante)
G= variaccedilatildeo de energia livre (utilizada para realizar trabalhos)
S= variaccedilatildeo de entropia (mede o grau de desordem de um sistema)
Os processos fiacutesicos e quiacutemicos se conduzem no sentido de se aumentar a entropia
Numa reaccedilatildeo em que A B podemos derivar a seguinte expressatildeo
G= G0 + RT1n B
A
onde G0 eacute a variaccedilatildeo de energia livre padratildeo R eacute a constante universal dos gases (1987
calmolgrau) T eacute a temperatura absoluta e B e A satildeo as concentraccedilotildees em molaridade
Para uma condiccedilatildeo de equiliacutebrio quiacutemico natildeo haacute conversatildeo liacutequida de A em B e portanto
G=O Igualmente a relaccedilatildeo B A corresponderaacute a constante de equiliacutebrio Keq Teremos
entatildeo
O=Go + RT 1n Keq
Go=-RT 1n Keq
Para uma condiccedilatildeo de 25oC portanto T= 273+25=2980K teremos
G0=-1987X298X1n Keq
Go= -1987x298x2303 log Keq=-1363 log Keq
A tabela abaixo relaciona Segundo a equaccedilatildeo acima a Keq com o correspondente valor de
Go
Relaccedilatildeo entre Keq e G0
Keq log1 0Keq G0= -1363 log1 0Keq (cal)
0001 -3 4089
001 -2 2726
01 -1 1363
10 0 0
10 1 -1363
100 2 -2726
1000 3 4089
Para uma situaccedilatildeo em que A=B = 1M temos
G=G0 + RT 1n 1
G=G0
70
ou seja G0 pode ser definida como a variaccedilatildeo de energia livre quando reagentes e produtos
estatildeo presentes em concentraccedilotildees unitaacuterias ou seja no ldquoestado padratildeordquo se H+ satildeo produzidos
ou utilizados na reaccedilatildeo a sua concentraccedilatildeo deve ser considerada 1M ou pH=O Como na ceacutelula
as reaccedilotildees natildeo ocorrem em pH=O mas sim ao redor de pH=70 o valor deGo eacute corrigido
para Go se a reaccedilatildeo em questatildeo envolver H+
Alguns metaboacutelitos e a variaccedilatildeo de energia livre de sua hidroacutelise satildeo apresentados na tabela
abaixo
____ Composto Goacute a pH 70 (calmol)___
fosfoenol piruvato -12800
13-difosfoglicerato -11800
ATP -8000
glicose-1-fosfato -5000
frutose-1-fosfato -3800
glicose-1-fosfato -3300
____________________________________________________
3 COMPOSTOS RICOS EM ENERGIA
Vem a ser qualquer composto que por hidroacutelise libere mais que 7000 calmol ou seja que
apresente G menor que ndash7000 calmol Entre tais compostos podemos identificar as
seguintes caracteriacutesticas
b compostos pirofosfatados (anidridos de aacutecido fosfoacuterico)
A repulsatildeo entre os aacutetomos de fosfoacuterico polarizados positivamente causa uma instabilidade
na moleacutecula que eacute aliviada pela hidroacutelise A hidroacutelise do primeiro radical fosfato eacute
acompanhada da liberaccedilatildeo de 8000 calmol
Estrutura do ATP
71
The Nature of ATP
Adenosine triphosphate (ATP) the energy currency or coin of the cell transfers
energy from chemical bonds to endergonic (energy absorbing) reactions within the
cell Structurally ATP consists of the adenine nucleotide (ribose sugar adenine
base and phosphate group PO4-2) plus two other phosphate groups
A 2-D stick view of the structure of ATP The above drawing of ATP is from EcoCyc at
httphapunaaisricom1555new-imagetype=COMPOUND-IN-PATHWAYampobject=ATP
A cartoon and space-filling view of ATP Image from Purves et al Life The Science of
Biology 4th Edition by Sinauer Associates (wwwsinauercom) and WH Freeman
(wwwwhfreemancom) used with permission
Energy is stored in the covalent bonds between phosphates with the greatest
amount of energy (approximately 7 kcalmole) in the bond between the second and
third phosphate groups This covalent bond is known as a pyrophosphate bond
We can write the chemical reaction for the formation of ATP as
a) in chemicalese ADP + Pi + energy ----gt ATP
b) in English Adenosine diphosphate + inorganic Phosphate + energy produces Adenosine
Triphosphate
The chemical formula for the expenditurerelease of ATP energy can be written as
a) in chemicalese ATP ----gt ADP + energy + Pi
72
b) in English Adenosine Triphosphate produces Adenosine diphosphate + energy + inorganic
Phosphate
An analogy between ATP and rechargeable batteries is appropriate The batteries
are used giving up their potential energy until it has all been converted into kinetic
energy and heatunusable energy Recharged batteries (into which energy has been
put) can be used only after the input of additional energy Thus ATP is the higher
energy form (the recharged battery) while ADP is the lower energy form (the used
battery) When the terminal (third) phosphate is cut loose ATP becomes ADP
(Adenosine diphosphate di= two) and the stored energy is released for some
biological process to utilize The input of additional energy (plus a phosphate
group) recharges ADP into ATP (as in my analogy the spent batteries are
recharged by the input of additional energy)
How to Make ATP | Back to Top
Two processes convert ADP into ATP 1) substrate-level phosphorylation and 2)
chemiosmosis Substrate-level phosphorylation occurs in the cytoplasm when an
enzyme attaches a third phosphate to the ADP (both ADP and the phosphates are
the substrates on which the enzyme acts)
73
Enzymes and the formation of NADH and ATP Images from Purves et al Life The
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Chemiosmosis involves more than the single enzyme of substrate-level
phosphorylation Enzymes in chemiosmotic synthesis are arranged in an electron
transport chain that is embedded in a membrane In eukaryotes this membrane is in
either the chloroplast or mitochondrion According to the chemiosmosis hypothesis
proposed by Peter Mitchell in 1961 a special ATP-synthesizing enzyme is also
located in the membranes Mitchell would later win the Nobel Prize for his work
74
75
A typical representation of an electron transport chain Images from Purves et al Life
The Science of Biology 4th Edition by Sinauer Associates (wwwsinauercom) and WH
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During chemiosmosis in eukaryotes H+ ions are pumped across an organelle
membrane into a confined space (bounded by membranes) that contains numerous
hydrogen ions The energy for the pumping comes from the coupled oxidation-
reduction reactions in the electron transport chain Electrons are passed from one
membrane-bound enzyme to another losing some energy with each tansfer (as per
the second law of thermodynamics) This lost energy allows for the pumping of
hydrogen ions against the concentration gradient (there are fewer hydrogen ions
outside the confined space than there are inside the confined space) The confined
hydrogens cannot pass back through the membrane Their only exit is through the
ATP synthesizing enzyme that is located in the confining membrane As the
hydrogen passes through the ATP synthesizing enzyme energy from the enzyme is
used to attach a third phosphate to ADP converting it to ATP
76
A generalized view of an electron transport system Image from Purves et al Life The
Science of Biology 4th Edition by Sinauer Associates (wwwsinauercom) and WH Freeman
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Usually the terminal phosphate is not simply removed but instead is attached to
another molecule This process is known as phosphorylation
W + ATP -----gt W~P + ADP where W is any compound for example
glucose + ATP -----gt glucose~P + ADP
Glucose can be converted into Glucose-6-phosphate by the addition of the
phosphate group from ATP
ATP serves as the biological energy company releasing energy for both anabolic
and catabolic processes and being recharged by energy generated from other
catabolic reactions
Learning Objectives | Back to Top
These learning objectives are taken from my Biology for Nonmajors class (BIO
102) I have tried to add a link to each that will direct you to a part of this chapter or
another website that will facilitate your completion of the objective
1 Describe the components organization and functions of an electron transport
system
2 ATP is composed of ribose a five-carbon sugar three phosphate groups and
adenine a nitrogen-containing compound (also known as a nitrogenous
77
base) What class of organic macromolecules is composed of monomers
similar to ATP
3 ATP directly or indirectly delivers energy to almost all metabolic pathways
Explain the functioning of the ATPADP cycle
4 Adding a phosphate to a molecule is called phosphorylation What two
methods do cells use to phosphorylate ADP into ATP
httpwwwemcmaricopaedufacultyfarabeeBIOBKBioBookATPhtml
Hidroacutelise dos nucleotiacutedios de adenosina
ATP + H2O ADP + H3PO4 (Pi) G = -8000 calmol
ADP + H2O AMP + Pi G = -6500 calmol
AMP + H2O Adenosina + Pi G = -2200 calmol
c acil fosfato como no caso do 13-difosfoglicerato aleacutem da repulsatildeo entre foacutesforo e
carbono positivamente polarizados pode-se mencionar a tendecircncia dos produtos da
reaccedilatildeo de se dissociarem deslocando o equiliacutebrio favorecendo a hidroacutelise
d Tioeacutester o enxofre impede a possibilidade de ressonacircncia aumentando a tendecircncia de
hidroacutelise
e Fosfatos enoacutelicos eacute o caso da hidroacutelise do fosfoenolpiruvato (PEP) com formaccedilatildeo de
um enol instaacutevel que instantaneamente tautomeriza na forma certo mais estaacutevel
f Fosfatos guanidiacutenicos fosfocreatina e fosfoarginina nos quais os produtos da
hidroacutelise apresentam um maior nuacutemero de formas de ressonacircncia
78
4 G EM REACcedilOtildeES DE OacuteXIDO-REDUCcedilAtildeO
As reaccedilotildees com transferecircncia de eleacutetrons satildeo denominadas de oacutexido-reduccedilatildeo A tendecircncia de
um composto em fornecer eleacutetrons eacute quantificada pelo potencial de reduccedilatildeo (Eo) expresso em
volts tornando-se como referecircncia o H2 (com Eo = OV a pH=O) O valor do potencial de
reduccedilatildeo corrigindo para pH 70 seria E‟o=-0420 V Em relaccedilatildeo a este valor padratildeo eacute possiacutevel
determinar o potencial determinar o potencial de reduccedilatildeo de qualquer composto capaz de se
oxidar ou se reduzir com referecircncia ao hidrogecircnio Quanto maior o potencial de reduccedilatildeo maior
eacute a tendecircncia do composto em aceitar eleacutetrons reduzindo-se portanto sendo tais compostos
bons agentes oxidantes Por outro lado os compostos com baixo potencial de reduccedilatildeo satildeo
bons agentes redutores
A tabela a seguir mostra o potencial de reduccedilatildeo de algumas reaccedilotildees de importacircncia bioloacutegicas
Potenciais de reduccedilatildeo de alguns hemi - reaccedilatildeo redox de importacircncia bioloacutegica
Hemi ndash reaccedilatildeo (escrita com uma reduccedilatildeo) E‟0 em Ph 70 (V)
1 +2H + 2e
- H2O 082
2
Fe3 +
+ 1e Fe2+
077
Citocromo a-Fe3+
1e- Citocromo a-Fe
2+ 029
Citocromo c-Fe3 + + 1e
- Citocromo c-Fe
2+ 025
Ubiquinona + 2H + + 2e
- Ubiquinona 010
Aacutecido deidroascoacuterbico + 2H+ + 2e
- Aacutecido ascoacuterbico 006
Glutation oxidado + 2H + + 2e
- 2 Glutation reduzido 004
Fumarato + 2H + + 2e
- Succinato 003
Citocromo b-Fe3 +
+ 1e- Citocromo b-Fe
2 + -004
Oxalacetato +2H + + 2e
- Malato -010
Enzima amarela + 2H + +2e
- Enzima amarela reduzida -012
Acetaldeido + 2H + + 2e
- Etanol -016
Piruvato + 2H + + 2e
- Lactato -019
Riboflavina + 2H + + 2e
- Riboflavina ndash H2 -020
Aacutecido13-difosfogliceacuterico + 2H + +2e
- Gliceraldeido ndash 3 ndash fosfato + Pi -029
NAD + + 2H
+ +2e
- NADH + H
+ -032
Acetil ndash CoA + 2H + +2e
- Acetaldeido + CoA ndash SH -041
H + +1e
- 1 H
2 -042
2
Ferredoxina ndash Fe3 + + 1e
- Ferredoxina ndash Fe
2+ -043
Acetato + 2H + + 2e
- Acetaldeido + H2O -047
Para uma reaccedilatildeo de oacutexido ndash reduccedilatildeo podemos deduzir
G= - nFE‟O‟
79
onde n= ndeg de eleacutetrons transferidos na reaccedilatildeo
F= constante de Faraday = 23063 calvolt Equiv
E‟O= diferenccedila entre os potenciais de reduccedilatildeo do agente oxidante e agentes redutor
Consideremos a reduccedilatildeo do acetaldeido a etanol uacuteltima reaccedilatildeo da fermentaccedilatildeo alcooacutelica cujo
agente redutor eacute o NADH+H+
CHO CH2OH
+ NADH+H+
CH3 CH3 + NAD+
Acetaldeido etanol
E‟O= potencial de reduccedilatildeo do acetaldeido (agente oxidante)- potencial de reduccedilatildeo do
NADH+H+ (agente redutor)
E‟O= -0163 ndash (-0320) = + 0157 volts
Portanto
G= -nFE‟o
G= -2 x 23063 x 0157 = -7240 calmol
REACcedilAtildeO ACOPLADAS
O ATP ocupa uma posiccedilatildeo intermediaacuteria entre os diversos metaboacutelitos considerados existindo
compostos que aprisionam energia com maior eficiecircncia Essa posiccedilatildeo intermediaacuteria responde
pela grande importacircncia do APT visto que o mesmo pode ser formado quando da hidroacutelise de
um metaboacutelito com G menor que ndash8000 calmol Igualmente o ATP pode fornecer energia
para fosforilar a glicose durante o catabolismo da mesma
80
METABOLISMO
CELLULAR METABOLISM AND FERMENTATION
Glycolysis the Universal Process
Nine reactions each catalyzed by a specific enzyme makeup the process we call
glycolysis ALL organisms have glycolysis occurring in their cytoplasm
At steps 1 and 3 ATP is converted into ADP inputting energy into the reaction as
well as attaching a phosphate to the glucose At steps 6 and 9 ADP is converted into
the higher energy ATP At step 5 NAD+ is converted into NADH + H+
The process works on glucose a 6-C until step 4 splits the 6-C into two 3-C
compounds Glyceraldehyde phosphate (GAP also known as
phosphoglyceraldehyde PGAL) is the more readily used of the two
Dihydroxyacetone phosphate can be converted into GAP by the enzyme Isomerase
The end of the glycolysis process yields two pyruvic acid (3-C) molecules and a
net gain of 2 ATP and two NADH per glucose
Graphic summary of the glycolysis process Image from Purves et al Life The Science
of Biology 4th Edition by Sinauer Associates (wwwsinauercom) and WH Freeman
(wwwwhfreemancom) used with permission
Anaerobic Pathways | Back to Top
Under anaerobic conditions the absence of oxygen pyruvic acid can be routed by
the organism into one of three pathways lactic acid fermentation alcohol
fermentation or cellular (anaerobic) respiration Humans cannot ferment alcohol in
81
their own bodies we lack the genetic information to do so These biochemical
pathways with their myriad reactions catalyzed by reaction-specific enzymes all
under genetic control are extremely complex We will only skim the surface at this
time and in this course
Alcohol fermentation is the formation of alcohol from sugar Yeast when under
anaerobic conditions convert glucose to pyruvic acid via the glycolysis pathways
then go one step farther converting pyruvic acid into ethanol a C-2 compound
Fermentation of ethanol Image from Purves et al Life The Science of Biology 4th
Edition by Sinauer Associates (wwwsinauercom) and WH Freeman (wwwwhfreemancom)
used with permission
Many organisms will also ferment pyruvic acid into other chemicals such as lactic
acid Humans ferment lactic acid in muscles where oxygen becomes depleted
resulting in localized anaerobic conditions This lactic acid causes the muscle
stiffness couch-potatoes feel after beginning exercise programs The stiffness goes
away after a few days since the cessation of strenuous activity allows aerobic
conditions to return to the muscle and the lactic acid can be converted into ATP via
the normal aerobic respiration pathways
82
Fermentation of lactate (lactic acid) Image from Purves et al Life The Science of
Biology 4th Edition by Sinauer Associates (wwwsinauercom) and WH Freeman
(wwwwhfreemancom) used with permission
Aerobic Respiration | Back to Top
When oxygen is present (aerobic conditions) most organisms will undergo two
more steps Krebs Cycle and Electron Transport to produce their ATP In
eukaryotes these processes occur in the mitochondria while in prokaryotes they
occur in the cytoplasm
83
Overview of the cellular respiration processes Image from Purves et al Life The
Science of Biology 4th Edition by Sinauer Associates (wwwsinauercom) and WH Freeman
(wwwwhfreemancom) used with permission
Acetyl Co-A The Transition Reaction
Pyruvic acid is first altered in the transition reaction by removal of a carbon and two
oxygens (which form carbon dioxide) When the carbon dioxide is removed energy
is given off and NAD+ is converted into the higher energy form NADH Coenzyme
A attaches to the remaining 2-C (acetyl) unit forming acetyl Co-A This process is
a prelude to the Krebs Cycle
Krebs Cycle (aka Citric Acid Cycle)
The Acetyl Co-A (2-C) is attached to a 4-C chemical (oxaloacetic acid) The Co-A
is released and returns to await another pyruvic acid The 2-C and 4-C make another
chemical known as Citric acid a 6-C Krebs Cycle is also known as the Citric Acid
Cycle The process after Citric Acid is essentially removing carbon dioxide getting
out energy in the form of ATP GTP NADH and FADH2 and lastly regenerating
the cycle Between Isocitric Acid and -Ketoglutaric Acid carbon dioxide is given
off and NAD+ is converted into NADH Between -Ketoglutaric Acid and Succinic
Acid the release of carbon dioxide and reduction of NAD+ into NADH happens
again resulting in a 4-C chemical succinic acid GTP (Guanine Triphosphate
which transfers its energy to ATP) is also formed here (GTP is formed by attaching
a phosphate to GDP)
The remaining energy carrier-generating steps involve the shifting of atomic
arrangements within the 4-C molecules Between Succinic Acid and Fumaric Acid
the molecular shifting releases not enough energy to make ATP or NADH outright
but instead this energy is captured by a new energy carrier Flavin adenine
dinucleotide (FAD) FAD is reduced by the addition of two Hs to become FADH2
FADH2 is not as rich an energy carrier as NADH yielding less ATP than the latter
The last step between Malic Acid and Oxaloacetic Acid reforms OA to complete
the cycle Energy is given off and trapped by the reduction of NAD+ to NADH The
carbon dioxide released by cells is generated by the Krebs Cycle as are the energy
carriers (NADH and FADH2) which play a role in the next step
84
Summary of the Krebs (or citric acid) cycle Image from Purves et al Life The Science
of Biology 4th Edition by Sinauer Associates (wwwsinauercom) and WH Freeman
(wwwwhfreemancom) used with permission
Electron Transport Phosphorylation
Whereas Krebs Cycle occurs in the matrix of the mitochondrion the Electron
Transport System (ETS) chemicals are embedded in the membranes known as the
cristae Krebs cycle completely oxidized the carbons in the pyruvic acids
producing a small amount of ATP and reducing NAD and FAD into higher energy
forms In the ETS those higher energy forms are cashed in producing ATP
Cytochromes are molecules that pass the hot potatoes (electrons) along the ETS
chain Energy released by the downhill passage of electrons is captured as ATP
by ADP molecules The ADP is reduced by the gain of electrons ATP formed in
this way is made by the process of oxidative phosphorylation The mechanism for
the oxidative phosphorylation process is the gradient of H+ ions discovered across
the inner mitochondrial membrane This mechanism is known as chemiosmotic
coupling This involves both chemical and transport processes Drops in the
potential energy of electrons moving down the ETS chain occur at three points
These points turn out to be where ADP + P are converted into ATP Potential
energy is captured by ADP and stored in the pyrophosphate bond NADH enters the
ETS chain at the beginning yielding 3 ATP per NADH FADH2 enters at Co-Q
producing only 2 ATP per FADH2
85
Electron transport system Images from Purves et al Life The Science of Biology 4th
Edition by Sinauer Associates (wwwsinauercom) and WH Freeman (wwwwhfreemancom)
used with permission
86
Catabolism and Anabolism
The above image is from httpwwwbiosciugaedualmanacbio_104notesjun_4html
REFERENCES
Biology Project Metabolism Problem Set (University of Arizona) Questions and
answers along with tutorials about metaboilism an excellent site
DIY Glycolysis (Leeds University UK) An excellent tutorial on the molecular shifts
needed to perform glycolysis
Introduction to Glycolysis (Leeds University UK) An introduction for those less
chemically skewed perhaps a nioce start before tackling DIY Glycolysis (also be the
same folks)
Step-by-Step Glycolysis (Leeds University UK) Browse fact sheets as well as view
short animations
Glycolysis (OUMA Graphics)
EcoCyc Glycolysis Pathway EcoCyc an electronic encyclopedia of E coli genes and
metabolism provides an interactive diagram of the glycolysis pathway
87
EcoCyc Fermentation Pathway EcoCyc an electronic encyclopedia of E coli genes
and metabolism provides an interactive diagram of alcohol (ethanolk) fermentation
Reconstructions of Metabolism Reconstructed metabolic pathways for bactreria
humans and other critters
Glycolysis Main Page You will need the Chime plugin to view interactive rotating
images of the molecules in the Glycolysis pathway VERY cool
TCA Cycle Main Page Similar to the above images and informastion about Krebs
Cycle
88
METABOLISMO DE CARBOIDRATOS
RESPIRACcedilAtildeO ANAEROBICA E AEROBICA
GLICOacuteLISE
1 CONCEITO
Eacute a degradaccedilatildeo anaeroacutebica dos carboidratos mediante uma sequumlecircncia de reaccedilotildees catalisadas
enzimaacuteticamente Eacute de ocorrecircncia generalizada entre os organismos vivos (animais e vegetais)
e ocorre predominantemente no citoplasma celular de tecidos que desempenham qualquer
atividade fisioloacutegica ou biossiacutentese ou seja onde houver demanda de energia (ATP)
A glicoacutelise tem por finalidade pois a raacutepida produccedilatildeo de energia (ATP) em condiccedilotildees de
anaerobiose bem ocorreraacute na mitococircndria
2 SEQUEcircNCIA DE REACcedilOtildeES
Substrato Iniciais
Quando a degradaccedilatildeo anaeroacutebica do carboidrato eacute efetuada por microorganismo o processo eacute
denominado de fermentaccedilatildeoAssim a produccedilatildeo de aacutecido laacutetico a partir de carboidrato pela
bcteacuteria Lactobacillus sp Saccharomyces sp
O tempo glicoacutelise embora geneacuterico eacute usado para denominar a degradaccedilatildeo anaeroacutebica dos
carboidratos ateacute aacutecido laacutetico efetuada pelos demais organismos como aquela processada pelos
tecidos musculares
89
GLICOacuteLISE
3 BALANCcedilO DE COEZIMAS
O processo eacute anaeroacutebico natildeo oxidativo portanto o que pode ser observado pela constacircncia do
nuacutemero de oxidaccedilatildeo do aacutetomo de carbono
Tanto a glicose (substrato inicial) como o aacutecido laacutetico igual a zero natildeo havendo oxidaccedilatildeo e
nem reduccedilatildeo nessa transformaccedilatildeo Jaacute na produccedilatildeo de etanol e CO2 observamos que uma
porccedilatildeo da moleacutecula de glicose correspondente a 4 aacutetomos de carbono sofre reduccedilatildeo
originando 2 moleacuteculas de etanol A outra porccedilatildeo (com 2 aacutetomos restantes) eacute oxidada ateacute gaacutes
carbocircnico O que ocorre entatildeo na fermentaccedilatildeo alcooacutelica eacute uma ruptura da moleacutecula de glicose
sendo que uma porccedilatildeo se reduz (recebendo 8 eleacutetrons) aacutes custas de outra que se oxida ateacute CO2
(cedendo 8 eleacutetrons) sem a necessidade de doadores ou receptores externos de eleacutetrons
As reaccedilotildees de oacutexido-reduccedilatildeo da glicoacutelise (catalisadas pelas desidrogenases de gliceraldeiacutedo-3-
fosfato e alcooacutelica ou laacutetica) utilizam-se do NAD+ ou NADH+H+ (nicotinamida-adenina-
dinucleotiacutedio) com a transferecircncia de 2 eleacutetrons
Na sequumlecircncia glicoliacutetica temos uma reaccedilatildeo em que o substrato eacute oxidado perdendo 2 eleacutetrons
(reaccedilatildeo catalisada pela desidrogenase de gliceraldeiacutedo-3-fosfato) e posteriormente ocorre uma
reduccedilatildeo de igual intensidade (recebimento de 2 eleacutetrons) para a formaccedilatildeo do aacutecido laacutetico (pela
desidrogenase laacutetica) ou para a formaccedilatildeo de etanol (pela desidrogenase alcooacutelica ) No
computo geral portanto o carbono Daiacute o processo ser anaeroacutebico isto eacute natildeo sendo oxidativo
natildeo exigiria a participaccedilatildeo do oxigecircnio (O2) como agente oxidante
4 RENDIMENTO ENERGEacuteTICO EM ANAEROBIOSE
Consideramos a degradaccedilatildeo anaeroacutebica processada pelas ceacutelulas do tecido muscular quando
transforma glicose em aacutecido laacutetico
C6H12O6 2C3H6O3 G = -47000calmol
ATP + H2O ADP +Pi G = -8000 calmol
Ndeg de ATP gastos 1 ATPglicose (pela hexoquinase)
1 ATP glicose (pela fosfofrutoquinase)
2 ATPglicose
90
ndeg de ATP formados 2 APTglicose (pela fosfogliceroquinase
2 ATPglicose (pela quinase piruacutevica)
3 ATPglicose
Ndeg de ATP liacutequido formado 4 ndash 2 = 2 ATPglicose
Caacutelculo de rendimento (R)
47000 ______ 100
2 X 8000____R
R = 100 X 2 X 8000 = 34
47000
O rendimento energeacutetico vem a ser o percentual da energia colocada em disponibilidade que eacute
utilizada para a siacutentese de ATP A energia restante eacute dissipada na forma de calor aquecendo o
meio onde se processa a reaccedilatildeo
100 47000 calorias (energia colocada em disponibilidade)
34 16000 calorias (energia utilizada para a siacutentese de ATP)
66 31000 calorias (energia dissipada como calor)
PROBLEMA Calcular o rendimento energeacutetico quando da degradaccedilatildeo anaeroacutebica do
glicogecircnio pela ceacutelula muscular Dados
(C6H1206)n (C6H1206) n-1 + 2C3H6O3 G = -52000 calmol
ATP ADP + Pi G = -8000 calmol
Ndeg de ATP gastos 1 ATPresiacuteduo de glicose (pela fosfofrutoquinase)
Ndeg de ATP formados 2 ATPresiacuteduo de glicose (pela fosfogliceroquinase)
2 ATPresiacuteduo de glicose (pela quinase piruacutevica)
4ATPresiacuteduo de glicose
ndeg de ATP formado = 4-1 = 3 ATPresiacuteduo de glicose do glicogecircnio
caacutelculo do rendimento (R)
100 _______ 52000 cal
R __________ 3 x 8000 cal
R = 100 x 3 x 8000 = 46
52000
O rendimento obtido pela ceacutelula quando degrada o glicogecircnio eacute maior que aquele obtido pela
degradaccedilatildeo de glicose Isto porque a fosforilase adiciona um radical fosfato aacute extremidade natildeo
redutora do glicogecircnio sem gastos de ATP (ver esquema da glicoacutelise - 1ordf reaccedilatildeo)
91
5 APLICACcedilOtildeES PRAacuteTICAS DA GLICOacuteLISE FERMENTACcedilAtildeO LAacuteTICA E
FERMENTACcedilAtildeO ALCOacuteOLICA
51 Produccedilatildeo de aacutelcool a partir de monossacariacutedios dissacariacutedios (especialmente
sacarose) e polissacariacutedios (amido de milho mandioca etc)
Quando se utiliza o amido como mateacuteria prima este deve inicialmente ser hidrolisado em
glicose ou maltose (num processo denominado sacarificaccedilatildeo do amido) accedilucares esses que
podem ser desdobrados pela levedura Saccharomyces sp A sacarificaccedilatildeo pode ser
a enzimaacutetica - amilase salivar (confecccedilatildeo do cauim pelos indiacutegenas)
- amilases de sementes em germinaccedilatildeo (malte para produccedilatildeo de whisky rum
etc
- amilases extrayacutedas de fungos e bacteacuterias
b tratamento quiacutemico (hidroacutelise cHCl)
- produccedilatildeo industrial de glicose de milho
52 Produccedilatildeo de Aacutecido Laacutetico com finalidade de conservaccedilatildeo de alimentos picles
ensilagem chucrutes iogurtes e coalhadas
53 Abate de Animais Descansados o que propicia uma carne de mais faacutecil conservaccedilatildeo
e mais macia (devido aacute formaccedilatildeo de lactato a partir do glicogecircnio muscular apoacutes o
abate)
METABOLISMO AEROacuteBICO
CICLO DE KREBS OU DOS AacuteCIDOS TRICARBOXIacuteLICOS
1 INTRODUCcedilAtildeO E ASPECTOS HISTOacuteRICOS
Fisiologistas observaram que muacutesculos estimulados a se contraiacuterem
acumulavam aacutecido laacutetico provenientes da glicoacutelise O acuacutemulo de aacutecido laacutetico o muacutesculo aacute
fadiga perdendo o mesmo a habilidade de contraccedilatildeo Tal habilidade poderia ser restaurada em
presenccedila de oxigecircnio molecular (aerobiose) quando entatildeo havia desaparecimento do aacutecido
laacutetico
Posteriormente demonstrou-se que homogeinados de muacutesculos eram capazes de catalisar a
oxidaccedilatildeo do lactato pelo O2 Isto demonstrava o processo como sendo de natureza enzimaacutetica
Outros aacutecidos podiam ser oxidados sendo piruvato citrato oxaloacetato fumarato malato os
mais rapidamente oxidados
Depois de elaborada a sequumlecircncia glicoliacutetica em muacutesculo e levedura observou-se que o
composto que era em suma oxidado ateacute CO2 vinha a ser o aacutecido piruacutevico como demonstrava
os experimentos de Gyorgi utilizando-se de homogeinados de muacutesculos de peito de pombo
Muitos pesquisadores contribuiacuteram para o entendimento do processo mas foi o bioquiacutemico
Inglecircs Sir Hans Krebs que em 1937 postulou um conjunto de reaccedilotildees de natureza ciacuteclica que
92
demonstrava a oxidaccedilatildeo do piruvato ateacute Co2 Devido aacute importacircncia de suas descobertas Krebs
recebeu em 1953 o Precircmio Nobel de Medicina
O ciclo de Krebs eacute de ocorrecircncia universal sendo encontrado em ceacutelulas animais e vegetais
tanto em organismos superiores como inferiores O equipamento enzimaacutetico responsaacutevel por
tais reaccedilotildees estaacute confinado na mitococircndria
2 SEQUEcircNCIA DE REACcedilOtildeES
3 IMPORTAcircNCIA ENERGEacuteTICA
Tal ciclo eacute de grande importacircncia na economia energeacutetica da ceacutelula visto que a energia
liberada no processo eacute enorme em relaccedilatildeo ao processo anaeroacutebico
100 C6H12O6 + 6O2 6CO2 + 6H2O G = -686000 calmol
7 C6H12O6 anaerobiose 2C3H6O3 G = -47000 calmol
93 C3H6O3 + 3O2 aerobiose 3CO2 + 3H2O G = -319500 calmol
Em anaerobiose apenas 7 (47000calmol) da energia contida na moleacutecula de glicose eacute
colocada em disponibilidade O restante dessa energia (93) contida no lactato eacute posta em
disponibilidade em condiccedilotildees de anaerobiose
4 INIBIDORES DO CICLO DE KREBS
41 Aacutecido Malocircnico Inibidor competitivo de desidrogenase succiacutenica Tal inibidor tem
semelhanccedila estrutural com o substrato natural (aacutecido succiacutenico) ocupando o siacutetio ativo da
enzima mas sendo desalojado mediante aumanto na concentraccedilatildeo de substrato Haacute acuacutemulo
de succiacutenato no sistema inibido Adicionando-se ao sistema fumarato malato ou
oxoloacetato haacute oxidaccedilatildeodo piruvato podendo ser adicionado em quantidades
estequiomeacutetricas equivalentes ao acetil ndash CoA a ser consumido A adiccedilatildeo de citrato isocitrato
ou - cetolglutarato natildeo permite a utilizaccedilatildeo do acetil-CoA pois que tais compostos estariam
aqueacutem da desidrogenase succiacutenica na sequumlecircncia ciacuteclica de reaccedilotildees Foi a utilizaccedilatildeodo aacutecido
malocircnico como inibidor que demonstrou o processo como sendo de natureza ciacuteclica
42 Fluoracetato (FCH2 ndash COOH) Certas plantas africanas e algumas encontradas no
Brasil especialmente do gecircnero Policourea possuem tal composto o qual se constitui no
principio toacutexico Tais plantas distantes dos centros consumidores
93
O fluoracetato aleacutem de inibir de maneira natildeo competitiva as enzimas dependentes de
sulfidrila (-SH) no siacutetio ativo (como a acetilcolinesterase) pode se transformar num inibidor
ativo (como de Krebs Para tal o fluoracetil ndash CoA Devido aacute falta de especificidade de
enzima de condensaccedilatildeo (1ordf enzima do Ciclo de Krebs) o potente inibidor da aconitase
acumulando-se aacutecido ciacutetrico no tecido envenenado
IICADEIA RESPIRATOacuteRIA
1 CONCEITO E FUNCcedilAtildeO
Vem a ser uma sequumlecircncia de reaccedilotildees de oacutexido ndash reduccedilatildeo em ordem estabelecida
segundo o potencial de reduccedilatildeo de seus componentes e que tem por finalidade transportar
para o oxigecircnio molecular (O2) os H+ e eleacutetrons das coenzimas reduzidas (NADH + H
+ e
FADH2)
Geradas no ciclo de Krebs Eacute tambeacutem chamada de cadeia de transporte de eleacutetrons
Durante esse transporte reaccedilotildees com ldquoqueda de potencial eletroquiacutemicordquo adequada
permitem a siacutentese de ATP a partir de ADP e Pi (foacutesforo inorgacircnico) pela chamada
ldquofosforilaccedilatildeo oxidativardquo A ldquoFosforilaccedilatildeo ao niacutevel de substratordquo se refere aacute siacutentese de ATP
em reaccedilotildees acopladas cuja energia eacute obtida da hidroacutelise de certas ligaccedilotildees ricas em energia
(como na glicoacutelise e no Ciclo de Krebs)
Na cadeia respiratoacuteria os eleacutetrons caminham a partir de um composto com baixo
potencial de reduccedilatildeo para outro com potencial de reduccedilatildeo maior isto eacute que tem maior
tendecircncia em aceitar esses eleacutetrons ocorrendo uma queda ldquocitocromosrdquo que satildeo
metaloproteiacutenas (ferroporfirinas) onde o aacutetomo de Feacute se oxida e se reduz transportando assim
os eleacutetrons
Feacute+3 + 1 e- ___reduccedilatildeo__
__oxidaccedilatildeo__
(oxidado) (reduzido)
O oxigecircnio molecular (O2) eacute o uacuteltimo aceptor dos eleacutetrons e H+ ocorrendo a biossiacutentese da
aacutegua Nesse processo formar-se 3 moles de ATP por mol NADH +H+ oxidado e 2 moles de
ATPmol de FADH2
3 VENENOS RESPIRATOacuteRIOS
Os citocromos especialmente o citocromo oxidase (ou ldquoa3rdquo) pode ter o seu aacutetomo de Feacute
complexado pelo CN- (cianeto) CO (monoacutexido de carbono) ou H2O (gaacutes sulfiacutedrico) o que
evita o mesmo de se oxidar ou se reduzir interrompendo assim o transporte de eleacutetrons Essa eacute
a razatildeo de tais compostos serem toacutexicos para plantas e animais ou seja organismos que
respirem possuidores portanto da cadeia respiratoacuteria O 24-DNP e a oligomicina promovem o
desacoplamento da fosforilaccedilatildeo oxidativa (consumo de O2 sem formaccedilatildeo de ATP)
94
4ESTRUTURA DA MITOCOcircNDRIA
Ela eacute considerada a casa de forccedila de uma ceacutelula Nela estatildeo contidas as enzimas do Ciclo de
Krebs bem como a Cadeia Respiratoacuteria Nela deve entrar piruvato ou acetil-CoA juntamente
com acetil-CoA
A parede interna da mitococircndria se apresenta enrugada para aumentar a superfiacutecie de contacto
com o estroma fazendo co que as coenzimas reduzidas geradas no Ciclo de Krebs sejam
prontamente oxidadas na Cadeia Respiratoacuteria
Quando portanto escrevemos a equaccedilatildeo geral da respiraccedilatildeo da glicose
C6H12O6 + 6O2 _respiraccedilatildeo_ + 6CO2 + 6H2O + 686000 calmol devemos considerar que esse
processo envolve dezenas de reaccedilotildees sendo o CO2 liberando principalmente pelo Ciclo de
Krebs e a aacutegua (H2O) gerada na cadeia respiratoacuteria Uma parte da energia liberada seraacute
utilizada para a siacutentese de ATP tanto pela fosforilaccedilatildeo ao niacutevel de substrato (glicoacutelise e Ciclo
de Krebs) como pela fosforilaccedilatildeo oxidativa (acoplada aacute cadeia respiratoacuteria)
1 RENDIMENTO ENERGEacuteTICO EM AEROBIOSE
Consideremos a oxidaccedilatildeo total o acetil-CoA pelo Ciclo de Krebs e cadeia respiratoacuteria
Cada mol de acetil-CoA oxidado completamente (ateacute CO2 e H2O) pelo Ciclo de Krebs e
Cadeia Respiratoacuteria propiacutecia a formaccedilatildeo de 12 moles de ATP
Podemos agora calcular o rendimento energeacutetico quando uma ceacutelula efetua a combustatildeo
completa (ateacute CO2 e H2O) da glicose Dados
95
443 da energia posta em disponibilidade eacute utilizada para a siacutentese de ATP O restante (100-
443 = 557) eacute dissipada na forma de calor servindo apenas para aquecer o meio onde a
reaccedilatildeo se processa
VIA PENTOSE FOSFATO
1 INTRODUCcedilAtildeO
A glicoacutelise natildeo eacute a uacutenica via degradativa da glicose e entre elas se destaca a via pentose
fosfato que ocorre no citossol de ceacutelulas animais e vegetais Tal via jaacute fora percebida em
tecidos que tinham capacidade de degradar a glicose mesmo na presenccedila dos inibidores
claacutessicos da glicoacutelise (fluoretos e iodoacetato) A descoberta do NADP+ por Warburg e a
oxidaccedilatildeo da glicose-6-fosfato em aacutecido 6-fosfoglucocircnico levada a moleacutecula de glucose para
vias metaboacutelicas desconhecidas O empregeo do C14 em pesquisas bioquiacutemicas e os estudos
de Lipmann Dickens Horecker e Racker resultaram no entendimento dos passos metaboacutelicos
conhecidos como o ldquodesvio das pentosesrdquo
2 SEQUEcircNCIA DAS REACcedilOtildeES
3 ESTEQUIOMETRIA DA VIA PENTOSE FOSFATO
Consideremos o processamento de 6 moleacuteculas de glicose pelas trecircs primeiras reaccedilotildees da via
pentose
6 hexosendashfosfato + 12 NADP+ 6H2O 6 pentosendashfosfato + 6CO2 + 12 NADPH + 12 H+
A seguir consideremos que 4 moleacuteculas de pentose fosfato reajam segundo as reaccedilotildees 6 e 7
produzindo 2 moleacuteculas de tetrose-fosfato e 2 moleacuteculas de hexosendashfosfato
2 pentose-fosfato 2 hexose-fosfato + 2 tetrose-fosfato
Pela accedilatildeo da transcetolase 2 moleacuteculas de tetrose-fosfato reagem com 2 moleacuteculas de pentose-
fosfato para formar 2 moleacuteculas de hexose-fosfato e 2 moleacuteculas de triose-fosfato
2 tetrose-fosfato + 2 pentose-fosfato 2 hexose-fosfato + 2 triose-P
Quanto aacutes 2 triose-fosfato uma delas pode por isomerizaccedilatildeo se tranformar em di-
hidroxiacetona-fosfato condensarem numa hexose-difosfato e se hidrolisar em hexose-fosfato
+ H3PO4
96
2 triose-fosfato 1 hexose-fosfato + H3PO4
A somatoacuteria dessas reaccedilotildees individuais resulta que
Hexose-fosfato + 12 NADP+ + 6H2O 6CO2 + NADPH + 12H+
O processo eacute oxidativo resultando em nucleotiacutedio reduzindo
4 SIGNIFICADO FISIOLOacuteGICO DA VIA PENTOSE FOSFATO
O NADH gerado em reaccedilotildees oxidativas da glicoacutelise e Ciclo de Krebs tem como importante
destino ser oxidado pela cadeia respiratoacuteria propiciando a formaccedilatildeo de ATP Jaacute o NADPH
natildeo eacute utilizado na cadeia respiratoacuteria mas sim empregado em inuacutemeros processos
biossinteacuteticos como na biossiacutentese e lipiacutedios esteroacuteides aminoaacutecidos etc A ribose gerada na
via pentose eacute utilizada na siacutentese dos aacutecidos nucleacuteicos enquanto a eritrose-fosfato eacute precursora
via aacutecido chiquiacutemico na produccedilatildeo de aminoaacutecidos reguladores compostos fenoacutelicos lignina
e outros especialmente em plantas
No que se refere a tecidos animais a via pentose eacute bastante ativa na glacircndulas mamaacuterias
tecidos adiposos coacutertex adrenal e fiacutegado onde o NADPH fornece o poder redutor para as
biossiacutenteses O muacutesculo esqueleacutetico com pouca atividade de biossiacutentese de lipiacutedios natildeo
apresenta a via pentose fosfato
Em tecidos vegetais jovens e meristemaacuteticos a atividade glicoliacutetica eacute mais intensa e a medida
que o tecido vai se tornando maduro a via pentose-fosfato se intensifica para propiciar a
disposiccedilatildeo de lignina e demais compostos secundaacuterios sintetizados com o concurso do
NADPH
Ainda em plantas a via pentose-fosfato supre o processo fotossinteacutetico com NADPH
necessaacuterio aacute assimilaccedilatildeo do CO2 bem como estaacute intimamente relacionada com a marcha do
carbono na fotossiacutentese
Outra funccedilatildeo da via pentose-fosfato seria estabelecer a possibilidade de conversatildeo de hexose
pentose tetroses e trioses entre si com bastante significado econocircmico nos processos
biossinteacuteticos
Utilizando-se de glicose-1-14
C e glicose-6-14
C podemos avaliar as intensidades das vias
glicoliacutetica e pentose-fosfato em um tecido qualquer A premissa eacute de que se apenas a glicose
estiver operando a evoluccedilatildeo de 14
CO2 seraacute idecircntica quer se utilizado de glicose-1-14
C ou de
glicose-6-14
C pois que ambas ao serem metabolizadas (em ensaios separados) produziratildeo
aacutecido piruacutevivo-metil-14
C Esse aacutecido seraacute oxidado no Ciclo de Krebs liberando 14
CO2
Por outro lado se apenas a via pentose estiver operando a evoluccedilatildeo de 14
Co2 seraacute
primeiramente detectada quando da utilizaccedilatildeo de glicose-1-14
C
97
METABOLISMO DOS TRIGLICERIacuteDIOS
1 INTRODUCcedilAtildeO
Os lipiacutedios armazenados por organismos animais ou vegetais quase que exclusivamente na
forma de trigliceriacutedios constituem importante reserva energeacutetica do ponto de vista
quantitativo Assim enquanto os carboidratos constituem reserva energeacutetica limitada
especialmente nos organismos animais (05do peso muscular e 5 do peso do fiacutegado) os
depoacutesitos de gordura subcutacircnea podem representar uma fraccedilatildeo bastante significativa do peso
corpoacutereo
Do ponto de vista qualitativo podemos afirmar que os lipiacutedios satildeo alimentos energeacuteticos Por
excelecircncia
A grande quantidade de energia liberada durante a combustatildeo dos lipiacutedios eacute devido ao aacutetomo
de carbono estar reduzido (com baixo nuacutemero de oxidaccedilatildeo) Isso pelo baixo conteuacutedo de
oxigecircnio e elevado teor de hidrogecircnio na moleacutecula
Os trigliceriacutedios constituem a quase totalidade da fraccedilatildeo lipiacutedica de nossa dieta ou de uma
reaccedilatildeo animal e vem a ser a forma pela qual os organismos armazenam a maior parte da
energia quiacutemica Daiacute um maior interesse pelos trigliceriacutedios Essas reservas lipiacutedicas (como a
gordura subcutacircnea dos animais e os oacuteleos armazenam nas sementes dos vegetais) podem ser
rapidamente mobilizadas para atender a demanda energeacutetica ou outras necessidades do
organismo em questatildeo
2 HIDROacuteLISE DOS TRIGLICERIacuteDIOS E DESTINO DE SEUS PRODUTOS
A degradaccedilatildeo dos trigliceriacutedios quer sejam eles provenientes de uma dieta ou reaccedilatildeo ou
aqueles armazenados inicia-se com a hidroacutelise enzimaacutetica (pelas liacutepases) dos mesmos
originando glicerol e aacutecidos graxos seus constituintes essenciais
O glicerol eacute degradado pela via glicoliacutetica se transformando em piruvato e posteriormente em
acetil-CoA
98
Os aacutecidos graxos resultantes dos trigliceriacutedios sofrem metabolizaccedilatildeo diferente seratildeo
transformados em acetil-CoA independente do nuacutemero de aacutetomos de carbono por um
processo bioquiacutemico denominado de beta-oxidaccedilatildeo e efetuado pela mitococircndria
LIPIacuteDIOS
-Oxidaccedilatildeo de Lipiacutedios amp Ciclo do Glioxilato
Segundo Harper et al (1982) os lipiacutedios formam um grupo heterogecircneo de
compostos relacionados real ou potencialmente com os aacutecidos graxos Tecircm a propriedade comum de serem relativamente insoluacuteveis na aacutegua e soluacuteveis nos
solventes natildeo polares como o eacuteter o clorofoacutermio o benzeno Os lipiacutedios assim compreendem as gorduras os oacuteleos as ceras e compostos relacionados
Os lipiacutedios satildeo constituintes importante da dieta natildeo soacute pelo elevado valor energeacutetico como tambeacutem pelas vitaminas lipossoluacuteveis e aacutecidos graxos essenciais encontrados na gordura dos alimentos naturais No organismo a gordura serve de fonte eficiente de energia tanto direta quanto potencialmente quando armazenada no tecido adiposo Serve como material isolante nos tecidos subcutacircneos e agrave volta de certos oacutergatildeos O teor de gordura do tecido nervoso eacute particularmente elevado As combinaccedilotildees de gordura e proteiacutena (lipoproteiacutena) satildeo constituintes celulares importantes encontrando-se nas membranas celulares e nas mitococircndrias no interior do citoplasma e servindo tambeacutem como meio de transporte dos lipiacutedios no sangue Muitos hormocircnios vitaminas e detergentes bioloacutegicos satildeo lipiacutedios (Harper et al 1982 Wannmacher e Dias 1988)
A grande maioria dos lipiacutedios possui em sua constituiccedilatildeo pelo menos uma moleacutecula de aacutecidos graxos que satildeo aacutecidos carboxiacutelicos saturados (sem ligas duplas) ou insaturados (com uma ou mais ligas duplas) com nuacutemero variaacutevel de aacutetomos de carbono geralmente aciacuteclicos havendo alguns ramificados e outros hidroxilados Os aacutecidos graxos satildeo obtidos pela hidroacutelise das gorduras Os aacutecidos graxos existentes em gorduras naturais encerram usualmente um nuacutemero par de aacutetomos de carbono (porque satildeo sintetizados a partir de dois carbonos) e satildeo derivados de cadeia retiliacutenea (Harper et al 1982 Wannmacher e Dias 1988)
Os aacutecidos graxos constituem importante fonte de energia para a maioria dos tecidos Os aacutecidos graxos circulam pelo sangue combinados com albumina ou sob forma de trigliceriacutedios incorporados em lipoproteiacutenas Os trigliceriacutedios eacutesteres do aacutelcool glicerol com aacutecidos graxos circulantes satildeo originaacuterios da dieta ou da biossiacutentese hepaacutetica e resultam da hidroacutelise dos trigliceriacutedios das lipoproteinas no
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leito vascular dos tecidos ou da hidroacutelise dos trigliceriacutedios armazenados no tecido adiposo (Harper et al 1982 Wannmacher e Dias 1988)
Lehninger (1985) salienta que os triacilgliceroacuteis (trigliceriacutedios) desempenham um papel extremamente importante coma fornecedor de energia nos animais Entre os nutrientes principais eles possuem o maior conteuacutedo energeacutetico (mais de 9 kcalg) satildeo depositados nas ceacutelulas do tecido gorduroso como gotiacuteculas quase puras de gordura e podem ser estocadas em grandes quantidades neste tecido Nas populaccedilotildees dos paiacuteses desenvolvidos em meacutedia quase quarenta por cento das necessidades energeacuteticas diaacuterias satildeo fornecidas pelos triacilgliceroacuteis da dieta Eles fornecem mais da metade da energia consumida por alguns oacutergatildeos especialmente o fiacutegado o rim e o muacutesculo esqueleacutetico em repouso Nos animais que hibernam e nos paacutessaros em migraccedilatildeo os estoques de triacilgliceroacuteis satildeo praticamente a uacutenica fonte de energia
Cerca de noventa e cinco por cento da energia biologicamente obtida dos triacilgliceroacuteis reside nos seus trecircs aacutecidos graxos de cadeias longa apenas cinco por
cento desta energia eacute fornecida pelo glicerol Por vias metaboacutelicas como a -oxidaccedilatildeo esses aacutecidos graxos ricos em energia satildeo oxidados ateacute dioacutexido de carbono e aacutegua
DEGRADACcedilAtildeO OXIDATIVA DE AacuteCIDOS GRAXOS
- OXIDACcedilAtildeO
1 APRESENTACcedilAtildeO RESUMIDA DOS PRINCIPAIS EVENTOS METABOacuteLICOS
Conceito
Via cataboacutelica de degradaccedilatildeo de aacutecidos graxos para produccedilatildeo de energia
Ocorre na matriz mitocondrial apoacutes a ativaccedilatildeo e a entrada dos aacutecidos graxos na mitococircndria
Pode ser dividida em 3 fases
A ativaccedilatildeo do aacutecido graxo
A - oxidaccedilatildeo propriamente dita
A respiraccedilatildeo celular
Ativaccedilatildeo Dos Aacutecidos Graxos
A ativaccedilatildeo dos aacutecidos graxos consiste na entrada destes na mitococircndria na forma de ACIL-CoA
100
O processo depende
1 Da ligaccedilatildeo do aacutecido graxo com a Coenzima A formando o Acil-CoA no citosol A reaccedilatildeo eacute catalizada pela enzima Acil-CoA Sintetase localizada na membrana mitocondrial externa
CH3-(CH2)n-COOH + ATP + CoA-SH eacute CH3-(CH2)n-CO-S-CoA + AMP + PPi
2 Do transporte do radical acila atraveacutes da MMI do citosol para a matriz
mediado pelo carreador especiacutefico carnitina A transferecircncia do radical acila da CoA para a carnitina eacute catalizada pela enzima carnitina-Acil-Transferase I
Acil-S-CoA + Carnitina eacute Acil-Carnitina + CoA-SH 3 Do lado da matriz mitocondrial a carnitina doa novamente o radical acila para
a CoA regenerando o Acil-CoA no interior da mitococircndria A reaccedilatildeo eacute catalisada pela arnitina-Acil-Transferase II localizada na face interna da MMI e eacute exatamente o inverso da descrita acima
- Oxidaccedilatildeo do Aacutecido Graxo
Consiste na quebra por oxidaccedilatildeo do aacutecido graxo sempre em seu carbono b convertendo-o na nova carbonila de um aacutecido graxo agora 2
carbonos mais curto
O processo eacute repetitivo e libera agrave cada quebra
1 NADH+H+ 1 FADH2
1 Acetil CoA
Satildeo 4 as enzimas envolvidas em cada etapa de oxidaccedilatildeo da via
Exemplo
CH3-CH2-CH2-CH2-CH2-CH2-CH2-CH2-CH2-CO-S-CoA + CoA-SH
CH3-CH2-CH2-CH2-CH2-CH2-CH2-CO-S-CoA + Acetil-CoA
CH3-CH2-CH2-CH2-CH2-CO-S-CoA + Acetil-CoA
CH3-CH2-CH2-CO-S-CoA + Acetil-CoA
Acetil-CoA + Acetil-CoA
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Respiraccedilatildeo Celular
A siacutentese de ATP acoplada agrave - oxidaccedilatildeo vem
Do transporte de eleacutetrons do NADH e do FADH2 formados no processo pela cadeia respiratoacuteria
Da oxidaccedilatildeo dos radicais acetil dos Acetil-CoAs no ciclo de Krebs
Exemplo A oxidaccedilatildeo de uma aacutecido graxo com 16 carbonos rende para a ceacutelula em ATPs
8 Acetil-CoA = 96 ATPs (12 1)
7 NADH + H+ = 21 ATPs (3 1)
7 FADH2 = 14 ATPs (2 1)
Total = 131 ATPs
Regulaccedilatildeo da - Oxidaccedilatildeo
A regulaccedilatildeo da via eacute feita pela enzima reguladora carnitina-acil-transferase I que regula a velocidade de entrada do aacutecido graxo na mitococircndria desta forma a velocidade de sua degradaccedilatildeo
Esta enzima eacute inibida por malonil-CoA um intermediaacuterio cuja concentraccedilatildeo aumenta na ceacutelula quando esta tem carboidrato disponiacutevel e que funciona como precursor na biossiacutentese de aacutecido graxo
Oxidaccedilatildeo de Aacutecidos Graxos Insaturados
Se o aacutecido graxo a ser oxidado for insaturado o processo tem dois passos enzimaacuteticos adicionais
A conversatildeo do isocircmero cis em trans
A saturaccedilatildeo da dupla ligaccedilatildeo pela adiccedilatildeo de aacutegua
Uma vez o aacutecido graxo saturado ele pode seguir com o processo normal de oxidaccedilatildeo
Oxidaccedilatildeo de Aacutecidos Graxos com Nuacutemero Iacutempar de Carbonos
A oxidaccedilatildeo de um aacutecido graxo com nuacutemero de carbonos iacutempar leva aacute formaccedilatildeo de um resiacuteduo de propionol-CoA que atraveacutes de uma sequumlecircncia de reaccedilotildees enzimaacuteticas e com gasto de energia (1 ATP eacute hidrolisado para cada propionil-CoA convertido) eacute convertido em succinil-CoA que entra no ciclo de Krebs para ser oxidado
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Corpos Cetocircnicos
A oxidaccedilatildeo dos aacutecidos graxos no fiacutegado leva agrave formaccedilatildeo de grande quantidade de Acetil-CoA que pode ser oxidado no proacuteprio fiacutegado ou convertido nos CORPOS CETOcircNICOS
Satildeo 3 os corpos cetocircnicos formados a partir do Acetil-CoA
Acetoacetato
- Hidroxibutirato
Acetona
O objetivo da formaccedilatildeo dos corpos cetocircnicos eacute permitir o transporte da energia obtida pela oxidaccedilatildeo dos aacutecidos graxos aos tecido perifeacutericos para laacute serem utilizados na siacutentese de ATP
A formaccedilatildeo de corpos cetocircnicos eacute uma via de superabundacircncia atraveacutes da qual o fiacutegado distribui energia a todo o organismo Nos tecidos perifeacutericos os corpos cetocircnicos regeneram o Acetil-CoA que entra no ciclo de Krebs para produccedilatildeo de energia
Normalmente a quantidade de corpos cetocircnicos no sangue eacute baixa mas
em situaccedilotildees como o jejum prolongado ou o diabetes mellitus suas concentraccedilotildees seacutericas podem aumentar muito levando o indiviacuteduo a um estado de CETOSE caracterizada por uma ACIDOSE METABOacuteLICA que pode ser fatal
2) -OXIDACcedilAtildeO DE LIPIacuteDIOS
21 Os aacutecidos graxos variam no comprimento da suas cadeias e no grau de nsaturaccedilatildeo dos aacutecidos graxos
Os aacutecidos graxos em sistemas bioloacutegicos comumente conteacutem um mesmo nuacutemero de aacutetomos de carbonos Tipicamente entre 14 e 24 aacutetomos Os aacutecidos graxos que conteacutem de 16 a 18 carbonos satildeo mais comuns As cadeias de hidrocarbonetos satildeo quase invariaacutevel nos aacutecidos graxos natildeo ramificados de animais A configuraccedilatildeo de duplas ligaccedilotildees em muitos aacutecidos graxos insaturados eacute tipo bdquocis‟ As duplas ligaccedilotildees em aacutecidos graxos poli-insaturados satildeo separadas por pelo menos um grupo metileno
As propriedades dos aacutecidos graxos e lipiacutedios derivados deles satildeo marcadamente dependentes sobre o comprimento das cadeias deles e sobre o grau de saturaccedilatildeo Aacutecidos graxos saturados tem um menos ponto de derretimento do que os aacutecidos graxos saturados de cadeia com o mesmo comprimento Por exemplo os
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ponto de derretimento do aacutecido esteaacuterico eacute 696 oC e o aacutecido oleico eacute 134 oC que conteacutem uma dupla ligaccedilatildeo bdquocis‟ O ponto de fusatildeo dos aacutecidos graxos poli-insaturados da seacuteria com 18 carbonos satildeo muito mais baixos O comprimento das cadeias tambeacutem afeta o ponto de derretimento Isto eacute ilustrado pelo fato que a temperatura de derretimento do aacutecido palmiacutetico (C16) ser igual a 65 oC menor que o aacutecido esteaacuterico (C18)
Diante disto aacutecidos graxos com comprimento de cadeias curtas e aumento da insaturaccedilatildeo e aumenta a fluidez dos aacutecidos graxos e dos derivados deles
22 Triacilgliceroacuteis satildeo estoques de energia altamente concentrada
Triacilgliceroacuteis satildeo estoques de energia metaboacutelica altamente concentradas devido elas serem quimicamente reduzidas e anidras O rendimento de uma oxidaccedilatildeo completa de aacutecidos graxos eacute de 9 kcalg em contraste com quase 4 kcalg dos carboidratos e proteiacutenas As bases desta grande diferenccedila no rendimento caloacuterico eacute que os aacutecidos graxos satildeo muito mais altamente reduzidos Entretanto os triacilgliceroacuteis satildeo muito apolares e assim eles satildeo armazenados em uma forma quase anidra jaacute as proteiacutenas e carboidratos satildeo muito mais polares e portanto mais altamente hidratados
De fato uma grama de glicogecircnio seco liga-se a quase duas gramas de aacutegua Consequentemente uma grama de gordura quase anidra armazena mais que seis vezes a energia do que uma grama de glicogecircnio hidratado esta eacute a razatildeo para que os trigliceroacuteis foram evolutivamente selecionados como maior reserva de energia que o glicogecircnio
Considerando o peso de um homem tiacutepico com 70 kg que tem uma reserva de combustiacutevel de 100000 kcal em triacilgliceroacuteis 25000 kcal em proteiacutenas (mais em muacutesculos) 600 kcal em glicogecircnio e 40 kcal em glicose Os triacilgliceroacuteis constituem quase 11 kg deste total do peso do corpo Esta quantidade de energia se fosse armazenada em glicogecircnio seu peso total do corpo seria 55 kg maior
Em mamiacuteferos o maior siacutetio de acuacutemulo de triacilgliceroacuteis eacute o citoplasma das ceacutelulas adiposas - bdquoceacutelulas gordas‟ Gotiacuteculas de triacilglicerol unem-se para formar um grande gloacutebulo o qual pode ser maio do que o volume da ceacutelula A ceacutelula adiposa eacute especializada para a siacutentese e armazenamento de triacilgliceroacuteis e para a mobilizaccedilatildeo interna de moleacuteculas de combustiacutevel que satildeo transportadas para outros tecidos pelo sangue
23 Triacilgliceroacuteis satildeo mobilizados por AMP ciacuteclico regulados pelas lipases
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O evento inicial no uso das gorduras como fonte de energia eacute a hidroacutelise dos triacilgliceroacuteis pelas lipases (Figura 1)
A atividade das lipases em ceacutelulas adiposas eacute regulada por hormocircnios Epinefrinas noraepinefrinas glucagocircnio e hormocircnio adrenocorticotroacutepico estimulam a ciclase adenilato das ceacutelulas adiposas O aumento do niacutevel de AMP ciacuteclico (monofosfato ciacuteclio de adenosina entatildeo estimula a proteina quinase que por sua vez ativa a lipase pela fosforilaccedilatildeo do AMP
Figura 1 Esquema da degradaccedilatildeo do tiacilglicerol para aacutecidos graxos
Entatildeo a epinefrinas noraepinefrinas glucagocircnio e hormocircnio
adrenocorticotroacutepico causam a lipoacutelise O AMP ciacuteclico eacute o mensageiro secundaacuterio na ativaccedilatildeo da lipoacutelise em ceacutelulas adiposas Que eacute um processo anaacutelogo a este papel na ativaccedilatildeo de quebra do glicogecircnio E ao contraacuterio a insulina inibe a lipoacutelise O glicerol formado pela lipoacutelise eacute fosforilado e oxidado para dihidroxiacetona fostado o qual sofre izomerizaccedilatildeo para gliceroladido 3-fosfato Estes intermediaacuterios ambos vatildeo para as vias glicoliacutetica e gliconeogecircnica Daiacute glicerol pode ser convertido
em piruvato ou glicose no fiacutegado que conteacutem enzimas apropriadas O processo reverso pode ocorrer pela reduccedilatildeo do dihidroxiacetona fosfato para glicerol 3-fosfato A hidroacutelise por uma fosfatase daacute origem ao glicerol Entatildeo glicerol e intermediaacuterios glicoliacuteticos satildeo prontamente interconversiacuteveis
24 -Oxidaccedilatildeo de Lipiacutedios Os aacutecidos graxos satildeo degradados pela remoccedilatildeo sequencial de duas unidades de carbono Em 1904 Franz Knoop contribuiu de forma importante e decisiva para elucidar o mecanismo da oxidaccedilatildeo de aacutecidos graxos Ele alimentou cachorros com aacutecidos
graxos de cadeia reta na qual o aacutetomo de carbono estava unido ao grupo fenil Knoop encontrou que a urina deste cachorros continham um derivado do aacutecido
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fenilaceacutetico quando eles se alimentavam de fenilbutirato Em contraste um derivado do aacutecido benzoacuteico foi formado quando eles forma alimentados com fenilpropionato De fato aacutecido fenilaceacutetico foi produzido sem aacutecido graxo contendo um mesmo nuacutemero de aacutetomos de carbono que forma os cachorros alimentados No entanto o aacutecido benzoacuteico foi formado contendo aacutecidos graxos de nuacutemero iacutemparestranho ao que forma alimentados Knoop deduziu destes achado eacute que os aacutecidos graxos satildeo
degradados pela oxidaccedilatildeo carbono beta -
Estes experimentos foram marcados mundo agrave fora na bioquiacutemica devido eles serem o primeiro a usar roacutetulo sinteacutetico para elucidar mecanismos de reaccedilatildeo O deuteacuterio e radioisoacutetopos foram usados em bioquiacutemica apenas uma seacuterie de anos mais tarde
25 Aacutecidos graxos satildeo ligados a Coenzima A (CoA) antes de serem oxidados Eugene Kennedy amp Lehninger (1949) mostraram que os aacutecidos graxos satildeo oxidados na mitococircndria O trabalho subsequente demonstrou que eles satildeo ativados ante de entrarem na matriz mitocondrial O ATP (trifosfato de adenosina) dirige a formaccedilatildeo da ligaccedilatildeo tioeacutester do grupo carboxila do aacutecido graxo com o grupo sulfidrila da CoA Esta reaccedilatildeo de ativaccedilatildeo ocorre sobre o lado de fora da membrana mitocondrial onde ela eacute catalisada pela enzima sintetase acil CoA (tambeacutem chamada de tioquinase de aacutecidos graxos)
Figura 2 Ativaccedilatildeo do aacutecido graxo ligando-o a CoA
Paul Berg mostrou que a ativaccedilatildeo de aacutecido graxo ocorre em dois passo primeiro o aacutecido graxo reage com ATP para formar um adenilato acil Nesta mistura anidirda o grupo carboxila do aacutecido graxo eacute ligado ao grupo fosfato do AMP Os outros dois grupos fosforilas do substrato ATP satildeo liberados como pirofosfato O grupo sulfidrila da CoA entatildeo anexa o adenilato acil o qual eacute fracamente ligado agraves
enzimas para formar acil CoA e AMP
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Figura 3 entrada e saiacuteda da acil carintirna na matriz mitocondiral mediada pela
enzima translocase
Esta reaccedilatildeo parcial eacute livremente reversiacutevel De fato a constante de equiliacutebrio da soma desta reaccedilatildeo eacute exatamente um (1)
R - COO- + CoA + ATP acil CoA + AMP + PPi
Uma ligaccedilatildeo altamente energeacutetica eacute quebrada (entre pirofosfato inorgacircnico e AMP) e uma reaccedilatildeo altamente energeacutetica eacute formada (o tioeacutester em acil CoA) Como esta reaccedilatildeo eacute dirigida A resposta eacute que o pirofosfato inorgacircnico eacute rapidamente hidrolisado por uma pirofosfatase
R - COO- + CoA + ATP + aacutegua acil CoA + AMP + 2Pi + 2H+
Isto torna a reaccedilatildeo altamente irreversiacutevel devido ao consumo de duas ligaccedilotildees altamente energeacuteticas Jaacute que apenas uma eacute formada Outro exemplo de outro tema recorrente em bioquiacutemica eacute
Muitas reaccedilotildees biossinteacuteticas satildeo feitas irreversiacuteveis pela hidroacutelise de pirofosfato inorgacircnico
Outro motivo surge nesta reaccedilatildeo de ativaccedilatildeo O intermediaacuterio adenilato acil ligado agrave enzima natildeo eacute o uacutenico para a siacutentese de acil CoA O adenilato acil eacute frequentemente formado quando grupos carboxilas satildeo ativados em reaccedilotildees bioquiacutemicas Por exemplo aminoaacutecidos satildeo ativados para a siacutentese de porteiacutenas por um mecanismo semelhante
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26 Carnitina promove a ativaccedilatildeo de aacutecidos graxos de cadeia longa dentro da matriz mitocondrial
Os aacutecidos graxos satildeo ativados sobre a superfiacutecie externa da membrana mitocondrial onde os aminoaacutecidos satildeo oxidados na matriz mitocondrial Moleacuteculas acil CoA de cadeia longa natildeo atravessam para o interior da membrana mitocondrial e assim eacute necessaacuterio um mecanismo especial de transporte Aacutecidos graxos de cadeia longa satildeo carregados para o interior da membrana mitocondrial pela carnitina que eacute um tampatildeo (cargas positivas e negativas) formado a partir da lisina
Os grupos acil satildeo transferidos do aacutetomo de enxofre do CoA para os grupos hidroxilas da carnitina vinda da acil carnitina Esta reaccedilatildeo eacute catalisada pela enzima carnitina aciltransferase 1 que esta localizada na face do lado do citossol e dentro da membrana mitocondrial
Figura 4 entrada e saiacuteda da acil carnitina na matriz mitocondrial mediada pela enzima translocase
A carnitina acil eacute entatildeo lanccedilada atraveacutes do interior da membrana mitocondrial por uma translocase (Fig p474 meio Stryer) O grupo acil eacute transferido de volta para a
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CoA sobre o lado da matriz da membrana Esta reaccedilatildeo que eacute catalisada por carnitina aciltransferase 2 e eacute termodinamicamente viaacutevel por causa da ligaccedilatildeo O-acil na
carnitina tendo um alto potencial na transferecircncia de grupos
Finalmente a carnitina eacute retornada para o lado citossoacutelico pela translocase na troca por uma acilcarnitina incomum
Um defeito na transferase ou translocase ou uma deficiecircncia de carnitina pode prejudicar a oxidaccedilatildeo de aacutecidos graxos de cadeia longa Tal desordem tem de fato sido encontrada gecircmeos idecircnticos que tem tido catildeibras dores musculares desde a infacircncia As dores foram precipitadas por raacutepido exerciacutecios ou alta teor de gordura na dieta A oxidaccedilatildeo de aacutecidos graxo eacute o processo de maior rendimento energeacutetico nestes trecircs estados As enzimas da glicoacutelise e da glicogenoacutelise foram encontradas ser normal A lipoacutelise dos triacilgliceroacuteis foi normal evidenciado pelo aumento na concentraccedilatildeo dos aacutecidos graxos natildeo esterificados encontrado no plasma apoacutes a corrida O ensaio de bioacutepsia do muacutesculo mostrou que a sintetase acil CoA de cadeia longa estava sempre ativa
Entretanto cadeia de aacutecidos graxos com comprimento meacutedio (C8 e C10) foram normalmente metabolizada Isto mostra que a carnitina natildeo eacute requerida para a permeaccedilatildeo dos grupos acil CoA de cadeia meacutedia no interior da matriz mitocondiral Este caso demonstra que o fluxo prejudicado de um metaboacutelito de um compartimento da ceacutelula para outro pode causar esta doenccedila
27 Acetil CoA NADH e FADH2 satildeo gerados em cada volta do ciclo de oxidaccedilatildeo dos aacutecidos graxos
Um acil CoA saturado eacute degradado por uma sequecircncia recorrente de quatro reaccedilotildees
Oxidaccedilatildeo por FAD (flavina adenina dinucleotiacutedio)
Hidrataccedilatildeo
Oxidaccedilatildeo por NAD+
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Figura 5 Reaccedilatildeo de degradaccedilatildeo de aacutecidos graxos (oxidaccedilatildeo hidrataccedilatildeo oxidaccedilatildeo e finalmente tioacutelise resultando numa moleacutecula com dois carbonos a menos
A cadeia acil da gordura eacute encurtada por dois aacutetomos de carbono como um resultado destas reaccedilotildees e FADH2 NADH e acil CoA satildeo gerados David Green
110
Severo Ochoa e Feodor Lyenen contribuiacuteram de forma importante para a elucidaccedilatildeo
destas seacuterie de reaccedilotildees a qual chamaram de via da - oxidaccedilatildeo
A primeira reaccedilatildeo em cada volta da degradaccedilatildeo eacute a oxidaccedilatildeo do acil CoA por uma acil CoA desidrogenase para dar uma enoil CoA com uma duplas ligaccedilatildeo trans entre o C2 e C3
Acil CoA + E-FAD trans - 2 - enoil CoA + E-FADH2
Como na desidrogenaccedilatildeo do succinato no ciclo do aacutecido ciacutetrico FAD mais que
o NAD+ eacute o aceptor de eleacutetrons devido o G desta reaccedilatildeo ser insuficiente para dirigir a reduccedilatildeo do NAD+ Os eleacutetrons vindos do grupo prosteacutecido do FADH2 da desidrogenase acil CoA reduzida satildeo transferidos para a segunda flavoproteina chamada de flavoproteiacutena transferidora de eleacutetrons (ETF) Na volta a ETF doa eleacutetrons para a ETF-ubiquinona redutase uma proteiacutena Fe-S Ubiquinona eacute entatildeo reduzida para ubiquinol que entrega seu alto potencial de eleacutetrons ao siacutetio de bombeamento de proacutetons da cadeia respeiratoacuteria Consequentemente dois ATPs satildeo gerados do FADH2 formado neste passo de desidrogenaccedilatildeo como na oxidaccedilatildeo do succinato para fumarato
O proacuteximo passo eacute a hidrataccedilatildeo da dupla ligaccedilatildeo entre o C2 e C3 pela enoil CoA hidratase
trans - 2 - enoil CoA + H2O L-3-hidroxilacil CoA + E-FADH2
A hidrataccedilatildeo da enoil CoA eacute esteacuteroespeciacutefica como eacute a hidrataccedilatildeo do fumarato e aconitato Somente o L-isocircmero do 3-hidroxiacil CoA eacute formado quanado a ligaccedilatildeo
trans-2 eacute hidratada A enzima tambeacutem hidrata a dupla ligaccedilatildeo cis-2 mas o produto eacute
entatildeo do D-isocircmero
A hidrataccedilatildeo da enoil CoA eacute a preacutevia para reaccedilatildeo da segunda oxidaccedilatildeo que converte o grupo hidroxila para C3 dentro do grupo ceto e gera NADH Esta oxidaccedilatildeo eacute catalizada por L-3-hidroxiacil CoA desidrogenase a qual eacute absolutamente especiacutefica para o L-isocircmero do substrato hidroxiacil
L-3-hidroxilacil CoA + NAD+ 3-cetoacil CoA + NADH + H+
Estas trecircs reaccedilotildees em cada volta do ciclo de degradaccedilatildeo de aacutecidos graxos assemelha-se em pelo menos um passo ao ciclo do aacutecio ciacuteclico
111
Acil CoA enol CoA hidroxiacil CoA cetoacil CoA
succinato fumarato malato oxaloacetato
A reaccedilatildeo precedente tinha oxidado o grupo metileno no C3 para um grupo ceto O passo final eacute a clivagemquebra do 3-cetoacil CoA por um grupo tiol de uma segunda moleacutecula de CoA a qual rende acetil CoA e acil CoA encurtadas por 2
aacutetomos de carbono Esta clivagem tioliacutetica eacute catalizada por -cetotiolase
3-cetoacil CoA + HS-CoA aceil CoA + acil CoA (n -2 carbonos)
O acil CoA encurtado entatildeo sofre outro ciclo de oxidaccedilatildeo comeccedilando com a
reaccedilatildeo catalisada por acil CoA desidrogenase (Figura 6) -cetotiolase hidroxiacil desidrogenase e enoil CoA hidratase tem ampla especificidade com respeito ao comprimento do grupo acil
Figura 6 As trecircs primeiras reaccedilotildees de degradaccedilatildeo de aacutecido palmiacutetico pela remoccedilatildeo de dois aacutetomos de carbonos por ciclo de degradaccedilatildeo
112
Principais reaccedilotildees na oxidaccedilatildeo de aacutecidos graxos
1) aacutecido graxo + CoA + ATP acil CoA + AMP + Ppi
acil CoA sintetase (tioquinase de aacutecido graxoCoA ligase [AMP]
2) carnitina + acil CoA acil carnitina + CoA
carnitina aciltransferase
3) Acil CoA + E-FAD trans-2-enoil CoA + E-FADH2
acil CoA desidrogenases (vaacuterias)
4) trans-2-enoil Coa + H2O L-3-hidroxiacil CoA
enoil CoA hidratases (3-hidroxiacil CoA hidrolase)
5) L-3-hidroxiacil CoA + NAD+ 3-cetoacil CoA + NADH + H+
L-3-hidroxiacil CoA desidogenase
6) L-3-hidroxiacil CoA + CoA acetil CoA + acil CoA (encurtada por 2C)
-cetotiolase (tiolase)
O rendimento energeacutetico derivados da oxidaccedilatildeo de aacutecidos graxos pode ser calculada Em cada ciclo de reaccedilatildeo um acil CoA eacute encurtada por dois carbonos e um FADH2 e eacute formado NADH e acetil CoA
Cn-acil CoA + FAD + NAD+ + H2O + CoA Cn-2-acil CoA + FADH2 + NADH + acetil CoA + H+
A degradaccedilatildeo do palmitoil CoA (C16-acil CoA) requer sete ciclos de reaccedilotildees No seacutetimo ciclo o C4-ceotoacil CoA eacute tiolozado para duas moleacuteculas de acetil CoA Entatildeo a estequiometira da oxidaccedilatildeo do palmitoil CoA eacute
Palmitoil CoA + 7 FAD + 7 NAD+ + 7 H2O 8 acil CoA + 7 FADH2 + 7 NADH + 7 H+
Trecircs ATPs satildeo gerados quando cada destes NDAH eacute oxidado pela cadeira respiratoacuteria enquqnto 2 ATPs satildeo formados para cada FADH2 devido aos seus
113
eleacutetrons entram na cadeia ao niacutevel do ubiquinol Lembrando que a oxidaccedilatildeo do acetil CoA pelo ciacuteclo do aacutecido ciacutetrico rende 2 ATPs Considerando isto o nuacutemero de ATP formado na oxidaccedilatildeo do Palmitoil CoA eacute 21 e dos 7 FADH2 21 dos 7 NADH e 96 das 8 moleacuteculas de acetil CoA o que daacute um total de 131 ATPs Duas ligaccedilotildees fosfato de alta energia satildeo consumidas na ativaccedilatildeo do palmitato na qual o ATP eacute dividido AMP e 2 Pi Entatildeo o rendimento liacutequido da completa oxidaccedilatildeo do palmitato e 129 ATPs
A eficiecircncia da conservaccedilatildeo da energia na oxidaccedilatildeo de aacutecidos graxos pode ser estimada dado o nuacutemero de ATP formado e da energia de oxidaccedilatildeo do aacutecido palmiacutetico agrave CO2 e H2O
3) GERMINACcedilAtildeO DE SEMENTES amp -OXIDACcedilAtildeO DE LIPIacuteDIOS
No inicio da germinaccedilatildeo as proteiacutenas de armazenamento satildeo degradadas para aminoaacutecidos atraveacutes da siacutentese de enzimas requeridas para a mobilizaccedilatildeo de lipiacutedios
Estas enzimas incluem as lipases que catalisam a hidroacutelise de triacilgliceroacuteis para glicerol e aacutecidos graxos As lipases ligam-se agraves oleosinas do corpos de oacuteleo O glicerol formado pela hidroacutelise do triacilglicerol pode ser alimentado dentro da via da gliconeogecircnese apoacutes a fosforilaccedilatildeo do glicerol 3-fosfato e sua subsequente oxidaccedilatildeo para diidroxicetona fosfato A liberaccedilatildeo de aacutecidos graxos livres eacute primeiro ativado
como tioeacutesteres de CoA e entatildeo degradados para acetil CoA por -oxidaccedilatildeo Este processo ocorre em peroxiossomos especializados os quais satildeo chamados de
glioxiossomos A -oxidaccedilatildeo eacute um processo bioloacutegico importante para a germinaccedilatildeo das sementes em especial para as oleaginosas
Embora em princiacutepio -oxidaccedilatildeo represente uma forma invertida da siacutentese de aacutecidos graxos existe diferenccedilas distintas como habilidade de alto fluxo metaboacutelico entre estas duas vias metaboacutelicas que operam em direccedilotildees opostas
As principais diferenccedilas entre -oxidaccedilatildeo e a siacutentese de aacutecidos graxos satildeo
na desidrogenaccedilatildeo do acil CoA O hidrogecircnio eacute transferido via uma oxidase dependente de FAD para H2O2 A catalase irreversivelmente elimina a H2O2 no siacutetio de sua produccedilatildeo pela conversatildeo em aacutegua e O2
-L-hidroxiacil CoA eacute formada durante a hidrataccedilatildeo da enoil CoA in contrast para o correspondente D-enantioner durante a siacutentese
hidrogecircnio eacute transferido para o NAD durante o segundo passo da desidrogenaccedilatildeo Normalmente o sistema NAD na ceacutelula eacute altamente oxidado dirigindo a reaccedilatildeo em direccedilatildeo a oxidaccedilatildeo do hidroxiacil CoA Natildeo eacute conhecido qual reaccedilatildeo utiliza o NADH formado nos peroxiossomos
114
Em uma reaccedilatildeo irreversiacutevel de tioacutelises mediadas por CoASH que cliva -cetoacil CoA para formas uma moleacutecula de acetil CoA e uma de acil CoA encurtada para dois aacutetomos de carbono
Durante a degradaccedilatildeo de aacutecidos graxos insaturados produtos intermediaacuterios
satildeo formados e que natildeo podem ser metabolizados por reaccedilotildees de -oxidaccedilatildeo 3-cis-enoil CoA que eacute formado durante a degradaccedilatildeo do aacutecido oleico eacute convertido por uma
isomerase mudando a ligaccedilatildeo dupla para 2-trans-enoil CoA que eacute um intermediaacuterio
da -oxidaccedilatildeo Na -oxidaccedilatildeo dos aacutecidos linolecircnico e linoleico a segunda ligaccedilatildeo dupla no intermediaacuterio correspondente estaacute na posiccedilatildeo correta mas na configuraccedilatildeo cis com a consequecircncia que eacute a hidrataccedilatildeo pela hidratase enoil CoA resulta na
formaccedilatildeo de -D-hidroxiacil CoA Mais tarde eacute convertido por uma epimerase para L-
enantiomer o qual eacute um intermediaacuterio da -oxidaccedilatildeo
4) CICLO DO GLIOXILATO
Ao contraacuterio ao animais os quais satildeo haacutebeis para sintetizar glicose de acetil CoA As plantas e muitas bacteacuterias satildeo capazes de crescer sobre acetato ou outros componentes que lhe rendam acetil CoA As plantas podem fazer gliconeogecircnesis elas possuem as enzimas da gliconeogecircnesis para o ciclo do glioxilato
Nesta via metaboacutelica acetil com duas unidades de carbono satildeo convertidos para uma moleacutecula de quatro carbonos (succinato) Esta sequecircncia de reaccedilotildees eacute chamada de ciclo do glioxilato passagem livre para dois passos de descarboxilaccedilatildeo no cilco do aacutecido ciacutetrico Neste ciclo entram duas moleacuteculas de acetil CoA por cada ciclovolta do ciclo do glioxilato Uma ilustraccedilatildeo das principais reaccedilotildees do ciclo do glioxilato eacute apresentado na Figura 7
115
Figura 7 Ciclo do glioxilato e suas principais reaccedilotildees produtos e intermediaacuterios
O ciclo do glioxilato estaacute ligado ao ciclo do aacutecido ciacutetrico da seguinte maneira
acetil CoA condensa com oxaloacetato atraveacutes da enzima sintase do citrato e mais tarde eacute convertido para isocitrato pela aconitase
Isocitrato e dividido pela isocitrato liase em succinato e glioxilato
Glioxilato mais acetil CoA satildeo condensados pela sintase de malato para malato
Como no ciclo do citrato o malato eacute oxidado pela desidrogenase do malato para oxaloacetato complementando o ciclo
Uma moleacutecula de succinato gera duas de acetil CoA
succinato eacute transferido para mitococircndria e eacute convertido para oxaloacetato (por reaccedilatildeo parcial no ciclo do citrato)
116
oxaloacetato eacute transferido da mitococircndria por um transportador e no citossol eacute convertido para fosfoenolpiruvato (carboxiquinase do fosfoenolpiruvato)
fosfoenolpiruvato eacute precursor de hexoses na gliconeogecircnese e outras rotas metaboacutelicas
BIBLIOGRAFIA
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Guanabara Koogan 1976 WANNMACHER CMD DIAS RD Bioquiacutemica fundamental 6 ed Porto Alegre
URGS 1988
3 BETA-OXIDACcedilAtildeO DOS AacuteCIDOS GRAXOS
31 Histoacuterico Em 1904 Knoop administrou para catildees derivados fenilados de aacutecidos
graxos com diferentes nuacutemeros de aacutetomos de carbono na cadeia Pelo fato do grupamento fenil
ser de difiacutecil transformaccedilatildeo pelo organismo animal poder-se-ia pesquisar na urina os produtos
de degradaccedilatildeo de tais derivados fenilados e assim melhor conhecer o catabolismo dos aacutecidos
graxos
Quando eram ministrados derivados fenilados de aacutecidos graxos com nuacutemero par de aacutetomos de
carbono havia excreccedilatildeo de aacutecido fenilaceacutetico Quando eram empregados derivados fenilados
117
de aacutecido dos graxos com nuacutemero impar de aacutetomo de carbono havia excreccedilatildeo de aacutecido
benzoacuteico
Knoop postulou que os aacutecidos graxos sofreriam oxidaccedilotildees sucessivas no carbono beta () que
se transformaria em carboxila removendo-se assim sucessivamente unidades contendo 2
aacutetomos de carbono (ldquoC2rdquo)
Entretanto a exata compreensatildeo do processo somente foi possiacutevel depois da identificaccedilatildeo da
unidade ldquoC2rdquo como sendo o acetil-CoA e dos estudos de Lynen e Green que isolaram de
mitococircndrias 5 enzimas que catalizavam a beta-oxidaccedilatildeo dos aacutecidos graxos
32 Esquema helicoidal da beta-oxidaccedilatildeo dos aacutecidos graxos
1 tioquinase 2 desidrogenase de acil 3 hidrase de enoil 4 desidrogenase de
hidroxiacil 5 tiolase
33 Caracteriacutestica da beta-oxidaccedilatildeo
a Somente uma moleacutecula de ATP eacute requerida na ativaccedilatildeo do aacutecido graxo para sua
completa transformaccedilatildeo em acetil-CoA independente do nuacutemero de aacutetomos de
carbono
b As enzimas responsaacuteveis pela beta-oxidaccedilatildeo estatildeo contidas na mitococircndria o
que facilita o aproveitamento da energia visto que o acetil-CoA formado eacute
prontamente oxidado pelo Ciclo de Krebs bem como as coenzimas formadas
satildeo oxidadas na Cadeia Respiratoacuteria
c O sistema oxidativo dos aacutecidos eacute de ocorrecircncia universal sendo encontrado em
plantas animais e bacteacuterias
4 RENDIMENTO ENERGEacuteTICO DA BETA-OXIDACcedilAtildeO
Consideremos a oxidaccedilatildeo bioloacutegica completa do aacutecido palmiacutetico
C16H32O2 + 23O2 16CO2 + 16H2O G= -2338000 calmol
O aacutecido palmiacutetico (com 16 aacutetomos de C) desdobrado pela beta-oxidaccedilatildeo daacute origem a 8
moleacuteculas de acetil-CoA cada uma carregando 2 aacutetomos de C da moleacutecula do aacutecido graxo
Essas 8 moleacuteculas de acetil-CoA satildeo geradas em 7 ldquovoltasrdquo da sequumlecircncia helicoidal de
118
reaccedilotildees pois que na uacuteltima volta se formam 2 moleacuteculas de acetil-CoA Os equivalentes em
ATP em cada etapa seriam
Rendimento energeacutetico (R)
2338000 100
130 X 8000 R R= 100 X 130 X 8000 = 445
2338000
Problema ndash Calcular o nuacutemero de moleacuteculas de ATP gerados Pela oxidaccedilatildeo bioloacutegica
completa do trigliceriacutedios abaixo estruturado
CH2-O-CO-(CH2)14CH3
CH-O-CO-(CH2)16CH3
CH2-O-CO-(CH2)16CH3
119
5 BIOSSIacuteNTESE DE AacuteCIDOS GRAXOS
Logo de iniacutecio pensou-se em uma beta-muacuteltipla condensaccedilatildeo das mesmas unidades ldquoC2rdquo
(acetil-CoA) que resultasse na siacutentese de aacutecidos graxos mediante o reverso das reaccedilotildees da
beta-oxidaccedilatildeo
Atualmente se sabe que a biossiacutentese de aacutecidos graxos eacute processada por um equipamento
enzimaacutetico distinto utilizado o acetil-CoA substrato
A dessaturaccedilatildeo dos aacutecidos graxos introduccedilatildeo de duplas ligaccedilotildees eacute processada por plantas e
animais ao niacutevel mitocondrial ou microssomal requerendo coenzimas reduzidas e oxigecircnio
molecular Entretanto somente as plantas superiores possuem a habilidade de introduzirem
mais que uma dupla ligaccedilatildeo sintetizando assim aacutecidos poliinsaturados Tais aacutecidos graxos satildeo
considerados assenciais aos organismos animais
Nesta reaccedilatildeo o O2 (oxigecircnio molecular) se constitui em um substrato Este pode ser um dos
fatores que levam plantas e animais (com os peixes) de regiotildees temperadas (mais frias) a
sintetizarem aacutecidos graxos poliinsaturados em maior proporccedilatildeo visto que quanto menor a
temperatura maior a concentraccedilatildeo de oxigecircnio dissolvido no suco celular Esse mecanismo
parece ser responsaacutevel pelo menos em parte pela resistecircncia ao frio manifestada por animais
e vegetais das regiotildees frias Explicaria tambeacutem porque o cacaueiro cultivado distante da linha
do equador formada um manteiga com menor ponto de fusatildeo ou seja maior iacutendice de iocircdo
120
METABOLISMO DEGRADATIVO DA PROTEIacuteNAS E AMINOAacuteCIDOS
1 CONSIDERACcedilOtildeES GERAIS
Os aminoaacutecidos devem constar na dieta dos animais devido agrave sua funccedilatildeo de constituintes das
proteiacutenas corporais Os estudos sobre a nutriccedilatildeo animal e humana mostram que os
aminoaacutecidos podem ser divididos em dois grupos dependendo do metabolismo dos mesmos
a aminoaacutecidos essenciais ou indispensaacuteveis ndash aqueles que o organismo natildeo
sintetiza ou se o faz em quantidades aqueacutem da requerida lisina triptofano
metionina valina leucina isoleucina fenilalanina e treonina satildeo essenciais ao
homem
b aminoaacutecidos natildeo essenciais ou dispensaacuteveis ndash aqueles que o organismo
sintetiza nas quantidades requeridas aacutecido aspaacutertico aacutecido glutacircmico alanina
serina etc
As proteiacutenas alimentares (presente nos alimentos) podem ser consideradas de boa qualidade
quando rica em aminoaacutecidos essenciais e de maacute qualidade se satildeo pobres em aminoaacutecidos
essenciais O milho opaco-2 melhorando geneticamente apresenta maior conteuacutedo das
proteiacutenas glutelina e zeiacutena que satildeo ricas em lisina De uma maneira geral os cereais satildeo pobres
em lisina ao passo que os gratildeos da leguminosas satildeo deficientes em metionina
As proteiacutenas que ingerimos como alimento satildeo hidrolisadas nos aminoaacutecidos constituintes
pelas enzimas digestivas do estocircmago (pepsina) suco pancreaacutetico (amino e carboxipeptidases)
e suco intestinal (d - e tripeptidases) Os aminoaacutecidos livres satildeo absorvidos pelo intestino e
atraveacutes do sistema porta se dirigem ao fiacutegado para a siacutentese das proteiacutenas corporais individuais
(estruturais ou de atividade bioloacutegica com enzimas e hormocircnios) ou sofrem reaccedilotildees
especiacuteficas para cada aminoaacutecido
Ateacute recentemente acreditava-se que as proteiacutenas em contraste com os carboidratos e lipiacutedios
fossem inertes metabolicamente Assim uma vez sintetizada a moleacutecula proteacuteica
permaneceria intacta ateacute a morte da planta ou animal quando entatildeo se iniciava a sua
degradaccedilatildeo Este conceito prevaleceu pois era observado que os teores de lipiacutedios (e
carboidratos) num organismo animal variavam dependendo da condiccedilatildeo nutritiva Assim eacute que
os depoacutesitos de gordura podem ser aumentados quando da ingestatildeo de uma dieta rica em
calorias Igualmente ocorre o consumo dos depoacutesitos de gordura em condiccedilotildees de deficiecircncia
caloacuterica Em contraste as proteiacutenas corporais natildeo satildeo utilizadas para a produccedilatildeo de energia
ateacute que outras reservas (carboidratos e lipiacutedios) tenham sido esgotadas em condiccedilotildees de fome
extrema
Entretanto os Schoenheimen alimentando ratos adultos (que estavam em equiliacutebrio
nitrogenado nulo) com aminoaacutecidos marcados com isoacutetopo 15
N demonstraram que o aacutetomo de
N passou a integrar moleacuteculas de outros aminoaacutecidos (mediante reaccedilotildees de transaminaccedilatildeo) e
igualmente foram encontrados integrando moleacuteculas proteacuteicas no fiacutegado (siacutentese de proteiacutenas)
Ficou estabelecendo entatildeo que em animais adultos onde natildeo haacute mais crescimento ocorre
siacutentese de proteiacutena com relativa velocidade a qual eacute contrabalanceada por uma degradaccedilatildeo
proteacuteica de mesma intensidade de modo que o teor global de proteiacutena corpoacuterea permanece
constate
121
Assim cada moleacutecula proteacuteica difere quanto aacute intensidade de reciclagem (turnover) a
hemoglobina possui uma meia vida de 30dias enquanto esses valores seriam de 180 e 1000
dias para a miosina e colaacutegeno respectivamente Para um humano adulto calcula-se que 12 g
de proteiacutena por dia sofram degradaccedilatildeo e siacutentese por cada quilograma de peso vivo Dessa
degradaccedilatildeo proteacuteica um quarto dos aminoaacutecidos resultantes seriam oxidados de modo que os
mesmos devem ser restituiacutedos pela proteiacutena da dieta Desde que cerca de metade dos
aminoaacutecidos oxidados satildeo ldquoindispensaacuteveisrdquo facilmente se compreende a necessidade desses
aminoaacutecidos essenciais estarem contidos na dieta e nas quantidades adequadas
Quando haacute ingestatildeo de proteiacutena ou que a dieta ou reaccedilatildeo seja deficiente em aminoaacutecidos
essenciais ou ainda na maioria dos casos patoloacutegicos o organismo degrada suas proacuteprias
proteiacutenas para conseguir os aminoaacutecidos essenciais aacute siacutentese de outras proteiacutenas necessaacuterias no
momento Ocorre entatildeo uma alteraccedilatildeo no balanccedilo nitrogenado que passa a ser negativo
O balanccedilo nitrogenado eacute a diferenccedila entre o N ingerido por dia (dos alimentos) e o excretado
(pelas fezes e urina) Um individuo ou organismo em fase de crescimento apresenta um
balanccedilo nitrogenado positivo isto eacute a quantidade de N ingerida eacute maior que a excretada Os
indiviacuteduos adultos apresentam balanccedilo (ou equiliacutebrio) nitrogenado nulo visto que os
organismos animais natildeo mais acumulam compostos nitrogenados depois de cessado o
crescimento Ao contrario do que ocorre com os carboidratos e lipiacutedios as proteiacutenas natildeo
podem ser armazenadas Daiacute uma maior excreccedilatildeo de N devido a uma dieta rica em proteiacutenas
O zootecnista ou nutricionista deve pois levar em consideraccedilatildeo no balanceamento de reaccedilotildees
ou dietas que os carboidratos e lipiacutedios devem satisfazer as exigecircncias energeacuteticas enquanto
que as proteiacutenas (a mais cara das trecircs classes de alimentos) devem constituir fonte de
aminoaacutecidos para a siacutentese das proteiacutenas do organismo
2 ESSENCIALIDADE DE AMINOACIDOS PARA OS RUMINANTES
A medida que os organismos evoluem perdem a habilidade de siacutentese de alguns compostos
que lhes satildeo essenciais os quais devem ser encontrados em sua alimentaccedilatildeo Assim enquanto
as plantas sintetizam todos os aminoaacutecidos presentes em suas proteiacutenas os organismos
animais em maior ou menor escala necessitam de alguns previamente elaborados
(heterotrofismo) A microflora (bacteacuterias) existentes no rumem dos ruminantes possui a
habilidade de sintetizar todos os aminoaacutecidos a partir de carboidratos e compostos
nitrogenados simples Tais aminoaacutecidos iratildeo integrar as proteiacutenas nas microbianas as quais
apoacutes a morte das bacteacuterias constituiratildeo alimentos para os ruminantes Nisto se fundamenta a
zootecnista ao alimentar bovinos com melaccedilo e ureacuteia (ou outros compostos nitrogenados
como esterco de galinha etc) Os vegetais e aiacute tambeacutem as bacteacuterias do rumem possuem a
enzima ureacutease que hidrolisa a ureacuteia em NH3 e CO2
CO(NH2)2 + H2O CO2 + 2NH3
A amocircnia (NH3) eacute assimilada pelas bacteacuterias formando aminoaacutecidos cujo esqueleto
carbocircnico eacute orindo do accediluacutecar do melaccedilo Tais aminoaacutecidos inclusive os essenciais ao bovino
iratildeo integrar a proteiacutena microbiana
122
3 REACcedilOtildeES ESPECIacuteFICAS PARA ALGUNS AMINOAacuteCIDOS
31 Desanimaccedilatildeo reaccedilatildeo em que um aminoaacutecido perde o grupamento amino (-NH2) na
forma de amocircnia (NH3) se transformando em no -cetoacuteaacutecido correspondente
A desidrogenase glutacircmica eacute uma enzima de ocorrecircncia universal encontrada em organismos
animais e vegetais A reaccedilatildeo eacute reversiacutevel de modo que pode operar no sentido de siacutentese ou de
degradaccedilatildeo do aacutecido glutacircmico conforme a conveniecircncia
32 Transaminaccedilatildeo reaccedilatildeo em que ocorre a transferecircncia do grupamento amino (geralmente
do aacutecido glutacircmico) para um ceto aacutecido (oxaloaceacutetico ou piruacutevico) formando outros
aminoaacutecidos Duas enzimas se destacam transaminase glutacircmico-oxaloaceacutetico (TGO) e
transaminase glutacircmico-piruacutevica (TGP) ambas exigindo piridoxina (vitamina B6) como
cofator
33 Descarboxilaccedilatildeo - o aminoaacutecido perde a carboxila na forma de CO2 se transformando
em uma amina geralmente exibindo efeitos fisioloacutegicos
A descarboxilase de histidina leva aacute produccedilatildeo de histamina amina esta que estimula a
secreccedilatildeo gaacutestrica e estaacute presente em todos os processos aleacutergico
O gama-aminobutiacuterico eacute formado no sistema nervoso sendo aiacute um componente essencial do
metabolismo dos neurocircnios A DOPAMINA eacute precursora da adrenalina que tem atividade
vasoconstritora As aminas putrescina e cadaverina satildeo formadas especialmente pela
decomposiccedilatildeo bacteriana dos materiais proteacuteicos (putrefaccedilatildeo) Putrescina se acumula
particularmente em plantas deficientes em potaacutessio alcanccedilando niacuteveis toacutexicos causando os
sintomas especiacuteficos que caracterizam a deficiecircncia mineral em questatildeo
123
4 REACcedilOtildeES DEGRADATIVAS DOS AMINOAacuteCIDOS
Cada um dos 20 aminoaacutecidos proteacuteicos sofrem diferentes reaccedilotildees originando como produtos
dependendo do esqueleto carbocircnico dos mesmos apenas acetil-CoA aacutecidos piruacutevico
oxaloaceacutetico ou alfa-cetoglutaacuterico
Os aminoaacutecidos que originam aacutecido piruacutevico oxaloaceacutetico ou alfa-cetoglutaacuterico satildeo chamados
de ldquoglicogecircnicosrdquo Aqueles que datildeo formaccedilatildeo a acetoacetil-CoA satildeo os ldquocetogecircnicosrdquo
124
INTEGRACcedilAtildeO DO METABOLISMO DOS CARBOIDRATOS
LIPIacuteDIOS E PROTEIacuteNAS
1 FASES DA PRODUCcedilAtildeO DE ENERGIA
Carboidratos lipiacutedios e proteiacutenas satildeo as 3 principais fontes de energia para a maioria dos
organismos vivos Krebs e Kormberg deram ecircnfase ao fato que apesar de muitos serem os
compostos que servem como alimentos o nuacutemero de reaccedilotildees pelas quais deles se obtem
energia eacute relativamente pequeno independente do organismo planta ou animal A natureza eacute
por conseguinte bastante econocircmica nos processos por ela desenvolvido para degradar esses
compostos que podem ser enquadrados em 3 fases principais
a Fase 1 Eacute a ldquodigestatildeo dos alimentosrdquo de natureza hidroliacutetica Assim os
polissacariacutedios satildeo hidrolizados em monossacariacutedios usulmente hexoses os
trigliceriacutedios que constituem a quase totalidade da fraccedilatildeo lipiacutedica de uma dieta
satildeo hidrolizados em glicerol e aacutecido graxos e as proteiacutenas degradadas nos
aminoaacutecidos constituintes A energia contida nessas ligaccedilotildees (glicosiacutedicas dos
oligo e polissacariacutedios eacutesteres dos trigliceriacutedios e peptiacutedicas das proteiacutenas) eacute
liberada na forma de calor aumentando a temperatura do meio (que eacute
observada durante a digestatildeo e mesmo em sementes durante a germinaccedilatildeo)
b Fase 2 Os monossacariacutedios glicerol aacutecidos graxos e aminoaacutecidos satildeo
posteriormente degradadas a 3 substacircncias apenas por processos que podem
resultar na formaccedilatildeo de algumas ligaccedilotildees fosfatadas ricas em energia (ATP) O
glicerol apoacutes ser convertido em piruvato pela sequumlecircncia glicoliacutetica daraacute origem
a acetil-CoA O mesmo ocorre com os carboidratos Os aacutecidos graxos pela
beta-oxidaccedilatildeo se transformam em acetil-CoA Os 20 aminoaacutecidos integrantes
das proteiacutenas dependendo do seu esqueleto carbocircnico podem dar formaccedilatildeo aacute
acetil-CoA aacutecido-cetoglutaacuterico e aacutecido oxaloaceacutetico
c Fase 3 Os 3 compostos chaves formados anteriormante (acetil-CoA aacutecido
alfa-cetoglutaacuterico e aacutecido oxaloaceacutetico) seratildeo oxidados pelo Ciclo de Krebs
mediante a reduccedilatildeo de apenas 2 tipos de coenzimas (DPNH + H+ e FADH2)
que o serem reoxidadas na Cadeia Respiratoacuterias aacutes custas do oxigecircnio
molecular propiciam a ldquofosforilaccedilatildeo oxidativardquo
125
2 CONVERSAtildeO DE CARBOIDRATOS LIPIacuteDIOS E PROTEIacuteNAS ENTRE SI
21Transformaccedilatildeo de carboidratos em lipiacutedios Pela formaccedilatildeo primeira dos aminoaacutecidos
(natildeo essenciais ao organismo em questatildeo)Mediante as reaccedilotildees de desaminaccedilatildeo e
transaminaccedilatildeo o NH3 pode ser incorporado em esqueletos carbocircnicos formando aacutecido
glutacircmico aspaacutertico alanina etc desde que haja os cetoaacutecidos disponiacuteveis muitas enzimas
podem formar cetoaacutecidos dicarboxiacutelicos a partir de intermediaacuterios da glicoacutelise
23 Transformaccedilatildeo de proteiacutenas em carboidratos ou lipiacutedios - Estima-se que mais da
metade dos aminoaacutecidos existentes nas proteiacutenas animais podem se transformar em
carboidratos (glicose) Isto eacute de suma importacircncia para o metabolismo animal pois que 50
de suas proteiacutenas satildeo potencialmente capazes de se transformar em accediluacutecar Para tal os
aminoaacutecidos ldquoglicogecircnicosrdquo se transformar em aacutecido piruacutevico oxaloaceacutetico ou alfa-
cetoglutaacuterico produtos esses que se transformar em aacutecido fosfoenolpiruacutevico (PEP) e mediante
o reverso da glicoacutelise iratildeo formar accediluacutecar (processo esse denominado gluconeogecircnese) A
gluconeogecircnese eacute a formaccedilatildeo de glicose a partir de substacircncias natildeo gluciacutedicas
Os aminoaacutecidos que ao serem degradados levam aacute produccedilatildeo de acetoacetil-CoA satildeo
chamados de ldquocetogecircnicosrdquo pois satildeo responsaacuteveis pelo aparecimento dos ldquocorpos cetocircnicosrdquo
(acetoacetato hidroxibutiratoe acetona)
Um animal quando submeto a um regime de fome e apoacutes esgotar suas reservas de
carboidratos (glicose do sangue e gligecircnio muscular e hepaacutetico) e de lipiacutedios (depoacutesito
subscutacircneos de gordura) passa a se utilizar de suas proteiacutenas corporais Neste processo o
organismo utiliza primeiramente as proteiacutenas de menor importacircncia fisioloacutegica de inicio as
proteiacutenas do sangue (albuminas e globulinas) depois as do tecido muscular do tecido oacutesseo e
finalmente as do tecido nervoso Neste estaacutegio o organismo natildeo tem mais recuperaccedilatildeo
24 Transformaccedilatildeo de lipiacutedios em carboidratos - Tal transformaccedilatildeo somente eacute possiacutevel em
plantas fungos e bacteacuterias organismos esses que possuem o ldquoCiclo do Glioxilatordquo em funccedilatildeo
de possuiacuterem duas enzimas especiais siacutentese maacutelica e isocitrase
Tais enzimas satildeo particularmente ativas durante a germinaccedilatildeo de sementes ricas em oacuteleos
Natildeo satildeo encontradas no tecido animal Daiacute a impossibilidade dos organismos animais
transformarem gordura em carboidrato uma vez que a oxidase piruacutevica catalisa
irreverssivelmente a transformaccedilatildeo de piruvato em acetil-CoA
126
EXCRECcedilAtildeO DO NITROGEcircNIO
1 CONSIDERECcedilAtildeO GERAIS
Do metabolismo degradativo dos compostos nitrogenados especialmente dos aminoaacutecidos
resulta a amocircnia (NH3) Devido a natureza dinacircmica dos processos metaboacutelicos parte da
amocircnia eacute reutilizada pela ceacutelula mediante o processo da assimilaccedilatildeo da amocircnia enquanto o
restante deve ser eliminada por excreccedilatildeo
Sabe-se que os animai excretam o nitrogecircnio em uma das trecircs seguintes formas nitrogenadas
de excreccedilatildeo amocircnia ureacuteia e aacutecido uacuterico Destas formas a amocircnia eacute a mais toacutexicas e altamente
soluacutevel em aacutegua a ureacuteia eacute bem menos toacutexicas mas igualmente soluacutevel ao passo que o aacutecido
uacuterico eacute bastante insoluacutevel e natildeo toacutexico
Um dos capiacutetulos mais interessantes da bioquiacutemica comparada vem a ser aquele referente aacute
excreccedilatildeo do nitrogecircnio Existe evidecircncias suficientes de que a forma nitrogenada excretada
por um organismo eacute geralmente determinada pela disponibilidade de aacutegua para esse
organismo
Assim os animais aquaacuteticos que vivem circundados pela aacutegua podem excretar a amocircnia a
qual a despeito de ser toacutexica natildeo acarreta nenhum inconveniente devido aacute diluiccedilatildeo
instantacircnea no meio ambiente Jaacute os animais terrestres que possuem um suprimento limitado
de aacutegua natildeo podem acumular a amocircnia excretando pois o nitrogecircnio na forma de ureacuteia ou
aacutecido uacuterico
A escolha entre ureacuteia ou aacutecido eacute estabelecida pelas condiccedilotildees do desenvolvimento
embrionaacuterio Assim os mamiacuteferos nos quais o feto se desenvolve em contato iacutentimo com o
corpo materno atraveacutes do sistema circulatoacuterio sintetizam ureacuteia a qual sendo soluacutevel pode ser
removida do embriatildeo e excretada pela matildee Jaacute os embriotildees de paacutessaros e rapteis que se
desenvolvem no interior de um sistema fechado o ovo com um conteuacutedo de aacutegua bastante
limitado natildeo podem utilizar a ureacuteia como forma de excreccedilatildeo devido aacute sua solubilidade e
toxidez Tais organismos optaram entatildeo pelo aacutecido uacuterico o qual sendo insoluacutevel depositar-se-
ia na forma de um soacutelido na parte interna da casca Essas caracteriacutesticas de excreccedilatildeo
nitrogenada tatildeo importante para o desenvolvimento do embriotildees seriam entatildeo mantidas no
organismo adulto
2 EXCRECcedilAtildeO DA AMOcircNIA (NH3)
Nos animais amonioteacutelicos ou seja aqueles que excretam predominantes a amocircnia (como a
maior parte dos vertebrados aquaacuteticos especialmente os peixes oacutesseos e as larvas de anfiacutebios)
o catabolismo dos aminoaacutecidos se inicia com uma transaminaccedilatildeo envolvendo -cetoglutarato
formando-se glutamato Glutamato igualmente pode ser formado pela desidrogenase glutacircmica
utilizando-se de amocircnia livre (NH3) Entretanto devido aacute carga negativa do glutamato no pH
fisioloacutegico (apresenta as carboxilas desprotonizadas) o mesmo natildeo atravessa as membranas
lipoproteacuteicas Para contornar tal problema o glutamato se combina enzimaticamente com mais
amocircnai pela accedilatildeo da glutamina sintetase formando glutamina uma moleacutecula neutra natildeo
toacutexica capaz de se translocar transportando o N na forma amiacutedica para o fiacutegado (no caso da
maioria dos animais terrestres) ou para as guelras das formas aquaacuteticas
127
Nas guelras a glutamina perde o nitrogecircnio amiacutedico pela accedilatildeo da glutaminase aiacute presente
liberando o nitrogecircnio na forma de amocircnia (NH3) que eacute excretada no meio exterior
3 EXCRECcedilAtildeO DA UREacuteIA
A ureacuteia eacute a principal forma nitrogenada de excreccedilatildeo dos ureoteacutelicos que compreende as maior
parte dos vertebrados terrestres
A formaccedilatildeo da ureacuteia foi estudada por KREBS e HENSELEIT utilizando-se de fatias de fiacutegado
de rato Tal tecido tinha habilidade de sintetizar ureacuteia a partir de CO2 e NH3 em um processo
endergocircnico ou seja exigente em energia (ATP)
Tais pesquisadores demonstravam que quantidades cataliacuteticas de arginina citrulina e ornitina
propiciavam a formaccedilatildeo de uma quantidade apreciaacutevel de ureacuteia Foi proposto entatildeo um ciclo
de reaccedilotildees que tinha por finalidade promover a desintoxicaccedilatildeo da amocircnia o qual eacute
mencionado com ciclo da ureacuteia ciclo da ornitina-ureia ou ciclo de Krebs-Henseleit
Tal ciclo opera em animais e em plantas Entretanto em plantas devido aacute presenccedila da ureacutease a
siacutentese da ureacuteia natildeo teria propoacutesito e a funccedilatildeo do ciclo seria unicamente de propiciar a siacutentese
de arginina
O previleacutegio de se excretar o nitrogecircnio na forma de ureacuteia tem um preccedilo energeacutetico 4
moleacuteculas de ATP satildeo grandes por moleacuteculas de ureacuteia formada computando-se apenas as
reaccedilotildees do ciclo propriamente dito
4 FORMACcedilAtildeO DO AacuteCIDO UacuteRICO
Os animais uricoteacutelicos paacutessaros e reacutepteis excretam o nitrogecircnio mormente na forma
insoluacutevel de aacutecido uacuterico Composto com 33 de nitrogecircnio
Entretanto o aacutecido uacuterico tambeacutem eacute o principal sub-produto da degradaccedilatildeo das purinas (adenina
e guanina) nos primatas paacutessaros e reacutepteis
128
Haacute um consideraacutevel gasto de energia para a fabricaccedilatildeo do aacutecido uacuterico que eacute realizada aacutes
custas de pequenas moleacuteculas Inicialmente o nitrogecircnio de alguns aminoaacutecidos juntamente
com o carbono de outras moleacuteculas doadoras satildeo empregados para se confeccionar as bases
adenina e guanina as quais em seguida satildeo transformadas em aacutecido uacuterico
129
FOTOSSIacuteNTESE
1 INTRODUCcedilAtildeO
A fotossiacutentese eacute um importante processo bioloacutegico que ocorre na biosfera e dele dependem
todas as formas viventes O sol fornece energia para todos os processos bioloacutegicos em nosso
planetaAleacutem de ser o responsaacutevel pelo movimento de ar e aacutegua na superfiacutecie terrestre a vida
se originou na terra de modo a depender exclusivamente de seu contiacutenuo fornecimento de
energia Os organismos pigmentados e com especial referecircncia as plantas verdes utilizam a
energia radiante e a armazena na forma de ligaccedilotildees quiacutemicas Este fenocircmeno eacute chamado de
fotossiacutentese cuja equaccedilatildeo geral eacute
2 CLOROPLASTOS E PIGMENTOS
O centro Bioloacutegicos da fotossiacutentese eacute uma organela inclusa no citoplasma celular denominada
de cloroplasto Dentro do cloroplasto estatildeo os compostos responsaacuteveis pela absorccedilatildeo da
energia radiante e a posterior transformaccedilatildeo em energia quiacutemica Os compostos que recebem
essas radiaccedilotildees satildeo as clorofilas a e b carotenoacuteides e ficobilinas A posterior reduccedilatildeo o CO2 ao
niacutevel de carboidratos eacute efetuada por um equipamento enzimaacutetico aiacute presente Esses pigmentos
ocorrem na forma de lipoproteiacutenas dentro dos cloroplastos Os cloroplastos se apresentam de
forma elipsoidal com 3-5 de comprimento por 2 de espessura cujo nuacutemero varia nas algas
A estrutura dos cloroplastos revelada pela microscopia eletrocircnica se mostrou altamente
organizada uma membrana dupla isola a organela do citoplasma Inclusa numa matriz
denominada de estroma estatildeo corpos em forma de disco (tilacoacuteides) dispostos em camadas e
que se chama de grana O tilacoacuteide eacute a unidade fotossinteacutetica formada de camadas alternadas
de proteiacutenas (enzimas) e lipiacutedios (pigmentos e fosfolipiacutedios)
Pesquisa-se constantemente os passos bioquiacutemicos da fotossiacutentese e ainda pouco se sabe o
fenocircmeno da conversatildeo quacircntica ou seja como a energia luminosa eacute transformada em energia
quiacutemica
As clorofilas ldquoardquo e ldquobrdquo logo se apresentaram como sendo pigmentos muito relacionados com a
fotossiacutentese quando se estudou os seus espectros de absorccedilatildeo e a eficiecircncia fotossinteacutetica para
os diversos comprimentos de onda
130
O fato existir fotossinteacutetica em comprimento de onda que natildeo satildeo absorvidos pelas clorofilas
(500 a 600nm) levou-se a acreditar que outros pigmentos (carotenoacuteides e ficobilinas)
absorvessem essa luz e transferissem a energia para a moleacutecula de clorofila Salienta-se ainda
o fato de que os carotenoacuteides evitam a fotoxidaccedilatildeo da clorofila Os carotenoacuteides apresentam
pico de absorccedilatildeo em 430nm enquanto a ficobilina azul os apresentam em 560e 570nm e
660nm A ficobilina vermelha exibe picos de absorccedilatildeo em 500 e 570nm
3 UTILIZACcedilAtildeO DA AacuteGUA NA FOTOSSIacuteNTESE
Segundo a reaccedilatildeo anterior a aacutegua eacute o agente que eacute oxidado a O2 O estudo com
microorganismo fotossintetizadores (bacteacuterias) fornecem dados para se poder especular a
respeito do papel da aacutegua na fotossiacutentese
Em sulfobacteacuteias a reaccedilatildeo pode ser assim representada
Van Niel observou a analogia dessa reaccedilatildeo com aquela das plantas verdes e escreveu uma
equaccedilatildeo geral da fotossiacutentese
No caso especiacutefico das plantas verdes notamos que haacute necessidade da cisatildeo da moleacutecula de
H2O como primeiro passo para a reduccedilatildeo do CO2 havendo pois evoluccedilatildeo de O2 e que
segundo Van Niel este seria provenientes da aacutegua Tal afirmativa foi comprovada com o uso
de H2O18
e a reaccedilatildeo correta seria
No processo da fotossiacutentese a aacutegua seria sintetizada e consumida
4 REACcedilAtildeO DE HILL
Em 1937 Hill na Inglaterra estudou as reaccedilotildees da fotossiacutentese trabalhando com cloroplastos
isolados de espinafre acreditando conseguir melhores resultados Natildeo conseguiu o seu intento
em promover a reduccedilatildeo do CO2 ao niacutevel de carboidratos mas conseguiu promover a fotoacutelise
da H2O na presenccedila de outro agente oxidante o ferrioxalato de K
Observou-se ainda que a evoluccedilatildeo de O2 se processava segundo uma estequiometria em
relaccedilatildeo ao agente oxidante adicionado
131
Posteriormente foram identificados substitutos do ferrioxalato benzoquinona 26-
diclorofenolindofenol etc Essas reaccedilotildees foram muito criticadas na eacutepoca pelo fato de tais
compostos natildeo serem de ocorrecircncia natural na ceacutelula natildeo tendo importacircncia fisioloacutegica ou
bioquiacutemica
Mas em 1952 nos EUA foi observado que TPN+ (NADP+) podia ser facilmente reduzido na
presenccedila de luz e cloroplastos de espinafre Tal fato se revestiu de particular interesse pois que
jaacute era conhecida a capacidade do TPNH em promover a reduccedilatildeo de uma seacuterie de substrato
orgacircnico
Um dos enigmas da fotossiacutentese havia sido descoberto a fotoreduccedilatildeo do TPN+
Faltava apenas o que em 1954 na Califoacuternia foi conseguido por ARNON a reduccedilatildeo do CO2 a
carboidrato pela accedilatildeo da luz com cloroplastos intactos sem exigir outros componentes
celulares O CO2 foi reduzido enquanto houve oxidaccedilatildeo da aacutegua
Neste trabalho ARNON demonstrou uma segunda funccedilatildeo do cloroplastos produzir ATP a
partir de ADP + Pi com auxilio da luz
O processo foi chamado de fotofosforilaccedilatildeo
Ainda mais iluminado-se cloroplastos em presenccedila de ADP Pi e TPN+ e na ausecircncia de CO2
acumulavam-se ATP e NADPH Esse material quando em presenccedila de CO2 promovia a
reduccedilatildeo do mesmo ao niacutevel de carboidrato mesmo na obscuridade Separam-se entatildeo duas
reaccedilotildees ldquoreaccedilatildeo luminosardquo e ldquoreaccedilatildeo no escurordquo
5 CICLO DE CALVIN
O ciclo de reduccedilatildeo do CO2 foi estabelecido por Calvin e seus colaboradores quando buscavam
as respostas para as seguintes perguntas qual o primeiro composto orgacircnico formado pela
fixaccedilatildeo ou reduccedilatildeo do CO2 durante a fotossiacutentese Como seria bioquimicamente essa
fixaccedilatildeo Calvin utilizou o 14
CO2 algas chlorella e teacutecnicas cromatograacuteficas para identificar o
primeiro composto formado na fotossiacutentese A consideraccedilatildeo baacutesica era que
Apoacutes exposiccedilatildeo ao 14CO2 durante 30 segundos apareceram marcados diversos aminoaacutecidos
aacutecidos orgacircnicos e accedilucares
Depois de 7 segundos de exposiccedilatildeo 12 compostos radioativos entre eles hexose trioses e
tetroses
132
Depois de 5 segundos o aacutecido 3-fosfogliceacuterico retinha a maior atividade especifica e a
radioatividade estava no carbono da carboxila
Acredita-se de iniacutecio que o composto que recebia o CO2 seria uma moleacutecula com 2 aacutetomos de
carbono mas a busca foi infrutiacutefera Segundo uma teacutecnica de interrupccedilatildeo brusca no
fornecimento de CO2 observou-se o acuacutemulo de Ribulose ndash15-difosfato o aceptor de CO2
Posteriormente a enzima carboxidismutase foi identificada Ao mesmo tempo os estudos dos
compostos radioativos suas atividades especiacuteficas e a posiccedilatildeo do 14
C na moleacutecula permitiram
a calvin estabelecer o caminho do carbono na fotossiacutentese
6 VIA C-4 DOS AacuteCIDOS DICARBOXIacuteLICOS
Jaacute era conhecido haacute mais de quinze anos que algumas gramiacuteneas tropicais e outras espeacutecies
de plantas adaptas ao clima aacuterido se distinguiam pela alta taxa de fotossiacutentese baixa perda de
CO2 na luz (fotorrespiraccedilatildeo) anatomia foliar caracteriacutestica e baixo consumo de aacutegua por
unidade de mateacuteria seca produzida Todas estas caracteriacutesticas identificadas isolada e
independentemente tecircm conexatildeo como processo de fixaccedilatildeo do CO2 que ocorre em vaacuterios
grupos de plantas que realizam a fotossiacutentese atraveacutes do ciclo ldquoC-4rdquo Esta fixaccedilatildeo do CO2
diferente daquela proposta pelo ciclo de calvin jaacute tinha sido identificada em milho e canandashde-
accediluacutecar atraveacutes de experimentos com14
CO2 e subsequumlente identificaccedilatildeo dos produtos
radioativos formados Os resultados mostravam que um composto com 4 aacutetomos de carbono
aparecia como primeira substacircncia marcada diferente do 3-PGA como as plantas ldquoC-3rdquo
Folhas de cana-de-accediluacutecar apoacutes 1 segundo de exposiccedilatildeo ao 14
CO2 apresentavam 80 da
radioatividade nos aacutecidos oxaloaceacutetico maacutelico aspaacutertico O mesmo era observado com milho
sorgo e outras plantas com elevada capacidade fotossinteacutetica ou de produccedilatildeo de massa verde
Em tais plantas observa-se um alto valor de Km para o CO2 frente aacute carboxi-dismutase
(Ribulose-15-difosfato carboxilase)
Foram Kortschak e colaboradores em 1965 que mostravam de maneira convincente que o
primeiro composto acumulado durante a fotossiacutentese de cana-de-accediluacutecar era o malato Hatch e
Slack durante 1966 a 1970 completaram os estudos e estabeleceram as bases para o
conhecimento do ciclo ldquoC-4rdquo embora muitas adiccedilotildees tenham sido feitas mais recentemente
133
Uma caracteriacutestica anatocircmica associada ao processo de fixaccedilatildeo do CO2 pelas folhas das
plantas ldquoC-4rdquo refere-se agrave presenccedila de um anel de ceacutelulas que circundam os feixes vasculares a
bainha vascular
A assimilaccedilatildeo do CO2 da atmosfera ocorre nas ceacutelulas do mesoacutefilo sendo incorporado na
moleacutecula do aacutecido fosfoenolpiruacutevico (PEP) produzindo aacutecido oxaloaceacutetico (AOA) e em
seguida malato ou aspartato dependendo do tipo de planta considerada O malato ou aspartato
eacute transportado para a bainha vascular onde eacute descarboxilado sendo o CO2 produzindo na
reaccedilatildeo imediatamente fixado atraveacutes do ciclo de calvin
As reaccedilotildees iniciais da fixaccedilatildeo do CO2 satildeo as seguintes
7 METABOLISMO AacuteCIDO DAS CRASSULAacuteCEAS (CAM)
Vaacuterias espeacutecies de plantas que habitam em ambientes aacuteridos e quentes apresentam um sistema
de fixaccedilatildeo do CO2 especializado destinado principalmente a manter um balanccedilo positivo de
carbono nos tecidos ao mesmo tempo que desenvolvem um eficiente mecanismo de economia
de aacutegua Estas espeacutecies satildeo geralmente suculentas e englobam os membros da famiacutelia das
crassulaacuteceas Entretanto vaacuterios outros grupos de plantas exibem comportamento fisioloacutegico
semelhante ao das crassulaacuteceas (cactos abacaxi orquiacutedeas) caracterizado por uma produccedilatildeo
ciacuteclica diaacuteria de aacutecidos orgacircnicos daiacute a denominaccedilatildeo de metabolismo aacutecido das crassulaacuteceas
(CAM) As plantas que assimilam o gaacutes carbocircnico atraveacutes do sistema CAM devido aacutes
restriccedilotildees na disponibilidade de aacutegua e grande pressatildeo ambiental que resulta em elevada
transpiraccedilatildeo fecham os estocircmatos durante o dia a fim de manter a hidrataccedilatildeo dos tecidos Aacute
noite os estocircmatos se abrem e permitem a entrada do CO2 que eacute assimilado atraveacutes da reaccedilatildeo
catalisada pela enzima PEP-carboxilase
134
O oxaloacetato produzido eacute transformaccedilatildeo em malato pela NADH-malato desidrogenase e se
acumula No periacuteodo seguinte de iluminaccedilatildeo o malato eacute descarboxilado na reaccedilatildeo catalisada
pela enzima do aacutecido maacutelico-NADP (em algumas espeacutecies pela PEP-carboxiquinase) sendo
que o piruvato formado reage com ATP e regenera o PEP na reaccedilatildeo da piruvato-diquinase O
CO2 liberado no processo eacute captado pela RuDP-carboxilase e pela operaccedilatildeo do ciclo de
calvin resulta na produccedilatildeo de amido Estas reaccedilotildees que ocorrem durante o dia satildeo restritas
aos cloroplastos enquanto o sistema que opera durante a noite ocorre no citoplasma O amido
que se acumula durante o dia eacute degradado na noite seguinte formando hexose-fosfato que satildeo
oxidadas nas reaccedilotildees glicoliacuteticas que resultam em aacutecido fosfoenolpiruacutevato (PEP)
O caraacuteter adaptativo da plantas CAM eacute altamente evoluiacutedo e permite sua sobrevivecircncia em
condiccedilotildees extremas de ambiente O fechamento dos estocircmatos durante o dia resulta em um
aumento da temperatura das folhas que pode atingir ateacute 50C Entretanto a temperatura
oacutetima para a atividade da enzima de descarboxilaccedilatildeo (enzima do aacutecido maacutelico) e tambeacutem
bastante alta permitindo que a liberaccedilatildeo interna do CO2 ocorra normalmente Em condiccedilotildees
climaacuteticas mais amenas com boa disponibilidade de aacutegua as plantas CAM comportam-se de
maneira semelhante aacutes espeacutecies de fotossiacutentese ldquoC-3rdquo e o CO2 eacute fixado durante o dia pelo
ciclo de calvin
8 FOTORRESPIRACcedilAtildeO
Umas das caracteriacutesticas fisioloacutegicas mais importantes que diferenciam as plantas ldquoC-4rdquo das
ldquoC-3rdquo eacute a ocorrecircncia de perdas de carbono pelas folhas simultaneamente com o processo de
absorccedilatildeo de gaacutes carbocircnico pela fotossiacutentese Este fenocircmeno de liberaccedilatildeo de CO2 na luz
funcional e metabolicamente ligado aacute fotossiacutentese eacute denominado fotorrespiraccedilatildeo O termo
fotorrespiraccedilatildeo inicialmente empregado por Decker no final da deacutecada de 50 significa que os
tecidos fotossintetizantes liberam CO2 com maior intensidade na luz do que na obscuridade
considerando que o processo da respiraccedilatildeo (glicoacutelise ciclo de Krebs e transporte eletrocircnico no
mitococircndrio) ocorre continuamente tanto no periacuteodo iluminado como no escuro
Uma das diferenccedilas baacutesicas entre o fenocircmeno de fotorrespiraccedilatildeo e respiraccedilatildeo refere-se ao
efeito do O2 sobre os dois sistemas A fotorrespiraccedilatildeo eacute aumentada com o aumento da
concentraccedilatildeo de oxigecircnio no meio a partir de 1-2 Em contraste a respiraccedilatildeo satura quando
o O2 atinge aproximadamente 2 e natildeo haacute e nenhum efeito da elevaccedilatildeo do conteuacutedo de
oxigecircnio ateacute aproximadamente 21 Esta influecircncia do oxigecircnio sobre a fotorrespiraccedilatildeo esta
intimamente associada com o efeito do oxigecircnio sobre a fotossiacutentese Jaacute em 1929 Warburg
descreveu uma diminuiccedilatildeo da fotossiacutentese com o aumento da concentraccedilatildeo de O2 Esta
inibiccedilatildeo denominada efeito de Warburg podia ser removida pelo aumento da concentratildeo de
CO2 sugerindo processos competitivos Mas foi com a interpretaccedilatildeo dada por Decker e Tio
(1959) na tentativa de explicar o brusco aumento da liberaccedilatildeo de CO2 que ocorre
imediatamente apoacutes a interrupccedilatildeo da iluminaccedilatildeo que os estudos do mecanismo da
fotorrespiraccedilatildeo foram intensificados Folhas iluminadas em condiccedilotildees de equiliacutebrio no que se
refere aacutes trocas de CO2 com o ambiente (ponto de compensaccedilatildeo de CO2) liberam alta
quantidade de gaacutes carbocircnico nos primeiros minutos que seguem ao iniacutecio do periacuteodo de
escuro Este ldquoaumento poacutes-iluminaccedilatildeordquo da liberaccedilatildeo de CO2 parecia significar que algum
composto sintetizado na luz se armazenaria e sua utilizaccedilatildeo continuaria a ocorrer no escuro
enquanto houvesse disponibilidade de substrato para o processo
135
A associaccedilatildeo entre fotossiacutentese e a fotorrespiraccedilatildeo foi definitivamente esclarecida com a
descriccedilatildeo do processo de oxidaccedilatildeo da ribulose difosfato atraveacutes da enzima RuDP-
carboxilaseoxigenase Em condiccedilotildees normais (003 CO2 21 O2) a enzima apresenta duas
atividades carboxilase e oxigenase A relaccedilatildeo entre as duas atividades eacute de aproximadamente
7030 dependendo da idade da folha condiccedilotildees climaacuteticas espeacutecies de planta etc Desta
competiccedilatildeo decorre uma diminuiccedilatildeo da assimilaccedilatildeo liacutequida do CO2 o que normalmente
resulta em um decreacutescimo da produtividade da planta
O processo de fotorrespiraccedilatildeo se inicia com a produccedilatildeo do aacutecido glicoacutelico a partir da queda da
moleacutecula de RuDP pela accedilatildeo do O2 sobre a enzima RuDP-carboxilase
O aacutecido fosfoglicoacutelico eacute transformado em aacutecido glicoacutelico atraveacutes da reaccedilatildeo catalisada pela
fosfatase e se configura com o principal substrato para a fotorrespiraccedilatildeo O metabolismo do
aacutecido glicoacutelico se daacute nos peroxissomos que satildeo organelas celulares presentes em todas as
ceacutelulas verdes em geral localizados proacuteximos dos cloroplastos frequumlentemente com os
envelopes externos justapostos a estes
Nos peroxissomos o aacutecido glicoacutelico eacute oxidado a aacutecido glioxiacutelico e em seguida eacute produzida a
glicina
A glicina formada no peroxissomo eacute transferida para o mitococircndrio onde se acumula e produz
serina Neste processo a condensaccedilatildeo de duas moleacuteculas de glicina resulta na formaccedilatildeo de
serina com a liberaccedilatildeo de CO2
O gaacutes carbocircnico formado eacute transportado para o meio externo constituindo-se em fonte de
perda de carbono pela fotorrespiraccedilatildeo
A serina volta ao peroxissomo eacute transformada em aacutecido hidroxipiruacutevico e em seguida em
aacutecido gliceacuterico
136
Com a transferecircncia do aacutecido gliceacuterico para o cloroplasto ocorre a produccedilatildeo de aacutecido
fosfogliceacuterico que em seguida eacute incorporado no ciclo de calvin
9 FISIOLOGIA COMPARA DAS PLANTAS ldquoC-3rdquo e ldquoC-4rdquo
Interna atividade de pesquisa desenvolvida nos uacuteltimos quinze anos mostrou que a atividade
fotossinteacutetica dos vaacuterios grupos de plantas difere em funccedilatildeo de caracteriacutestica especiacuteficas do
ponto de vista fisioloacutegico anatocircmico e bioquiacutemico
Um dos paracircmetros mais importantes na diferenciaccedilatildeo das plantas ldquoC-4rdquo das ldquoC-3rdquo refere-se aacute
capacidade dos tecidos das espeacutecies ldquoC-4 de concentrarem o CO2 atmosfeacuterico nos siacutetios de
produccedilatildeo de carboidratos ou seja nas ceacutelulas da bainha vascular Sabe-se que ambas as
plantas ldquoC-4rdquo e ldquoC-3rdquo apresentam o processo de fotorrespiraccedilatildeo ativo se bem com
intensidades diferentes mas as primeiras tecircm a capacidade de capturar o CO2 no seu caminho
em direccedilatildeo aacute atmosfera externa pela reaccedilatildeo da PEP-carboxilase que mostra grande afinidade
com o gaacutes carbocircnico (baixo valor do Km) Desta maneira as plantas ldquoC-4rdquo natildeo perdem CO2
para a atmosfera e o sistema de descarboxilaccedilatildeo do malato ou oxaloacetato que ocorre na
bainha vascular quantidade de gaacutes carbocircnico disponiacutevel no sitio da enzima RuDP-carboxilase
que funciona em concentraccedilatildeo de CO2 de 60 M ou mais (Hatch1976) Nestas condiccedilotildees a
RuDP-carboxilase apresenta maacutexima velocidade de reaccedilatildeo pois encontra-se em saturaccedilatildeo de
substrato considerando em Km de 20 microM (Hatch 1976)
A caracteriacutestica anatocircmica das plantas ldquoC-4rdquo representada pela siacutendrome de Kranz propicia
que os produtos da assimilaccedilatildeo do carbono principalmente os carboidratos aminoaacutecidos e
aacutecidos orgacircnicos sejam facilmente transferidos para o sistema vascular (floema) e
translocados para outras partes da planta com menor gasto de energia metaboacutelica
De maneira geral as plantas ldquoC-4rdquo apresentam elevada resistecircncia dos estocircmatos ao fluxo de
CO2 e de vapor d‟aacutegua que ocorre entre a folha e a atmosfera externa Entretanto devido aacute
grande afinidade da enzima PEP-carboxilase com o seu substrato o gaacutes carbocircnico as ceacutelulas
tecircm capacidade de assimilar o CO2
com bastante eficiecircncia ao mesmo tempo que restringem a perda de aacutegua atraveacutes da
transpiraccedilatildeo Assim as plantas ldquoC-4rdquo chegam a apresentar 50 mais eficiecircncia na utilizaccedilatildeo
da aacutegua para a produccedilatildeo de mateacuteria seca do que as plantas ldquoC-3rdquo
Outra importante caracteriacutestica fisioloacutegica que diferencia as plantas ldquoC-3rdquo e ldquoC-4rdquo refere-se aacute
eficiecircncia de utilizaccedilatildeo do nitrogecircnio nos processos de assimilaccedilatildeo Recentemente Black e
colaboradores (1977) demonstraram que as plantas ldquoC-4rdquo em comparaccedilatildeo com as ldquoC-3rdquo
produzem duas vezes mais mateacuteria seca por unidade de nitrogecircnio A localizaccedilatildeo da RuDP-
carboxilase quase que exclusivamente nas ceacutelulas de bainha vascular faz com que as
espeacutecies ldquoC-4rdquo utilizem de 10 a 25 da proteiacutena soluacutevel das folhas para a produccedilatildeo da
enzima enquanto as plantas ldquoC-3rdquo investem de 40 a 50 no mesmo processo Desta maneira
as plantas ldquoC-4rdquo tem a capacidade de sobreviver e produzir satisfatoriamente em solos pobres
em nitrogecircnio Estas plantas no qual os componentes satildeo separados temporal e espacialmente
Assim as enzimas que catalisam as reaccedilotildees de reduccedilatildeo do nitrato nas folhas especificamente
redutase de nitrato redutase de nitrato e glutamato desidrogenase localizam-se nas ceacutelulas do
mesoacutefilo como o sistema de assimilaccedilatildeo do nitrato requer aleacutem de esqueletos de carbono
(Magalhatildees 1978) alta quantidade de energia (ATP) e de compostos redutores (ferredoxina
NADPH) que tambeacutem satildeo necessaacuterios para o processo de assimilaccedilatildeo do CO2 eacute altamente
desejaacutevel que os dois sistemas (fixaccedilatildeo de CO2 e reduccedilatildeo de nitrato) estejam localizados em
137
compartimentos distintos como ocorre nas folhas das plantas ldquoC-4rdquo A competiccedilatildeo que se
estabelece entre os dois processos nas ceacutelulas das plantas ldquoC-3rdquo eacute parcialmente responsaacutevel
pela menor eficiecircncia de utilizaccedilatildeo do nitrogecircnio nestas plantas comparativamente com as
plantas ldquoC-4rdquo
Como decorrecircncia da economia de CO2 que eacute feita pelas espeacutecies ldquoC-4rdquo que natildeo perdem gaacutes
carbocircnico pela fotorrespiraccedilatildeo aquelas plantas apresentam ponto de compensaccedilatildeo ao redor de
5-10 ppm de CO2 enquanto as ldquoC-3rdquo mostram ponto de compensaccedilatildeo de 50 a 150 ppm de
CO2 Em funccedilatildeo das respostas das vaacuterias espeacutecies com relaccedilatildeo aacute concentraccedilatildeo do gaacutes
carbocircnico da atmosfera as plantas ldquoC-4rdquo tecircm maior capacidade de enfrentar a competiccedilatildeo que
se estabelece em comunidades vegetais muito densas nas quais poderaacute ocorrer limitaccedilatildeo de
CO2 para a fotossiacutentese
Estudos iniciais do ciclo ldquoC-4rdquo mostraram que a ocorrecircncia daquele processo prevalecia nas
plantas aclimatadas a ambiente tropical ou seja adaptadas aacute temperatura elevada e alta
intensidade luminosa Investigaccedilotildees mais recentes mostraram que vaacuterias espeacutecies ldquoC-3rdquo como
girassol mandioca e Camissonia que ocorrem em climas quentes e muito iluminados fazem
fotossiacutentese eficientemente em condiccedilotildees de stress (Mooney et al 1976)
Em geral as plantas ldquoC-4rdquo fazem fotossiacutentese tanto mais eficientemente quanto mais elevada
for a intensidade luminosa sem portanto apresentar uma saturaccedilatildeo na assimilaccedilatildeo do CO2
como ocorre nas plantas ldquoC-3rdquo em condiccedilotildees de iluminaccedilatildeo relativamente baixa (13 da
intensidade luminosa maacutexima)
Associada com a resposta aacute iluminaccedilatildeo as plantas ldquoC-4rdquo apresentam temperatura oacutetima para a
fotossiacutentese mais elevada do que as espeacutecies bdquoC-3rdquo Em soja (ldquoC-3rdquo) a fotossiacutentese liacutequida
decresce rapidamente com o aumento da temperatura elevada entre 30 e 40degC natildeo se mostra
inibitoacuteria para a assimilaccedilatildeo do CO2
138
CICLO DO NITROGEcircNIO
1 INTRODUCcedilAtildeO
Sob o aspecto agronocircmico ecoloacutegico e bioloacutegico em geral o CICLO DO NITROGEcircNIO eacute tatildeo
importante quanto o processo fotossinteacutetico Tal Ciclo vem a ser uma relaccedilatildeo de dependecircncia
entre todos os compostos nitrogenados quer orgacircnicos 9como aqueles encontrados na ceacutelula
viva aminoaacutecidos proteiacutenas aacutecidos nucleacuteicos alcaloacuteides vitaminas etc) todos eles
participantes deste fundamental processo que ocorre na biosfera
Na atmosfera se encontra a quase totalidade do nitrogecircnio na forma molecular (N2)
representando 78 das moleacuteculas aiacute existentes constituindo-se num reservatoacuterio praticamente
inesgotaacutevel de nitrogecircnio expotildee um berrante contraste com a carecircncia de proteiacutena para
humanos e animais bem como pela falta de nitrogecircnio em muitos solos cultivados
A quantidade de nitrogecircnio existentes nos solos eacute pequena com predominacircncia da forma
niacutetrica (NO3-) sobre a amoniacal (NH3) Nas rochas sedimentares o iacuteon amocircnio (NH4
+) pode
estar preso aacute rede cristalinas dos minerais silicatados e nas rochas iacutegneas o nitrogecircnio eacute mais
escasso ainda Por essa razatildeo ateacute a primeira metade do seacuteculoXIX acreditava-se que o ar
atmosfeacuterico contivesse amocircnia (NH3) em quantidade suficiente para atender as exigecircncias dos
vegetais De fato Liebig famoso quiacutemico alematildeo convenceu os demais cientistas da eacutepoca
de que a atmosfera era a principal fonte de nitrogecircnio para as plantas visto que plantas
deficientes em nitrogecircnio (cujas folhas se tornam amareladas) se tornavam de coloraccedilatildeo verde
escura saudaacutevel quando expostas em ambiente com pequena quantidade de NH3 na atmosfera
Ensaios cuidadosamente conduzidos tem demonstrados que a atmosfera realmente contribui
com algumas formas nitrogenadas Assim a quantidade de nitrogecircnio eacute proporcional aacute queda
pluviomeacutetrica Enquanto que o nitrato (NO3-) eacute formado pelas descartas eleacutetricas na atmosfera
a amocircnia (NH3) pode advir da atividade vulcacircnica queima de carvatildeo e outros materiais
orgacircnicos em fabricas bem como pelo fogo em florestas e pastagens
Traccedilos de nitrogecircnio podem tambeacutem ser carregadas do litoral para o interior devido aacute
atomizaccedilatildeo das aacuteguas oceacircnicas e subsequumlente arraste pelos ventos Mas enquanto o cloro
pode ser transportado centenas de quilocircmetros terra adentro o oceano natildeo parece ser
importante fonte de nitrogecircnio para as culturas Isto pelo fato da maior parte do nitrogecircnio do
placircncton estar na forma assimilada (orgacircnica) e predominante nas regiotildees mais profundas
O nitrogecircnio eacute encontrado em formas quiacutemicas com grande variabilidade no nuacutemero de
oxidaccedilatildeo
139
Como se vecirc o nitrogecircnio vem a se apresentar desde um estado altamente oxidado (NO-3) ateacute
um estado altamente reduzido (NH3)
2 FIXACcedilAtildeO DO NITROGEcircNIO
A fixaccedilatildeo do nitrogecircnio vem a ser a conversatildeo do nitrogecircnio molecular (N2) em qualquer uma
das formas anteriormente citadas A caracteriacutestica do processo eacute a separaccedilatildeo dos dois aacutetomos
da moleacutecula N2 mantidos por uma triacuteplice ligaccedilatildeo envolvendo 3 parte de eleacutetrons A
moleacutecula eacute bastante estaacutevel havendo necessidade de 24000 calmol para transformar N2 em
amocircnia
A fixaccedilatildeo do nitrogecircnio pode ser efetuada por vaacuterios processos
21 Fixaccedilatildeo Natildeo-Bioloacutegica eacute aquela efetuada sem o concurso dos organismos vivos
podendo ser conduzida por um processo industrial ou por um processo natural
211 Processo Industrial Tal processo tambeacutem denominado de processo Haber foi
desenvolvido na Alemanha durante a Primeira Guerra Mundial com o propoacutesito de
se obter explosivos
Atualmente esse processo estaacute acoplado aacutes refinarias de petroacuteleo para a produccedilatildeo de
fertilizantes nitrogenados
212 Processo Natural Durante as tempestades aacutes descargas eleacutetricas na atmosfera
por intermeacutedio das radiaccedilotildees ultra-violetas excitam o O2 e N2 que reagem
produzindo oacutexidos de nitrogecircnio (NO NO2 e outros) os quais hidratados datildeo
origem a nitrato e nitrato que se precipitam juntamente com a chuva
22 Fixaccedilatildeo Bioloacutegica Neste caso o processo eacute conduxido por diversos organismos tanto
de vida livre como em associaccedilotildees com outros organismos podendo portanto ser natildeo-
simbioacutetica e simbioacutetica respectivamente Neste processo o nitrogecircnio molecular (N2)
eacute reduzido a amocircnia (NH3)
A fixaccedilatildeo bioloacutegica natildeo simboacutetica pode ser processada por organismos autoacutetrofos
(Rnhodospirillum rubrum) ou heteroacutetrofos (Clostridium e Azotobacter)
A fixaccedilatildeo bioloacutegica simbioacutetica eacute encontrada em algumas associaccedilotildees como os liquens onde
ocorrem algas (do gecircnero Nostoc) e fungoa Do ponto de vista agronocircmico associaccedilatildeo entre o
Rhizobium e leguminosas eacute particularmente interessante embora outras associaccedilotildees entre
140
espeacutecies natildeo leguminosas tambeacutem podem fixar o nitrogecircnio entre elas gramiacuteneas como a
cana-de-accedilucar
Haacute duas deacutecadas foi estimada uma remoccedilatildeo de nitrogecircnio dos solos dos Estados Unidos
(pelas colheitas e lixiviaccedilatildeo) de 25 milhotildees de toneladas de N por ano Trecircs milhotildees de
toneladas de N por ano seriam adicionada na forma de fertilizantes Igual quantidade teria sido
resposta pelas chuvas A fixaccedilatildeo bioloacutegica depositaria 10 milhotildees de toneladas anuais
Clostridium e Azotobacter sendo heteroacutetrofos necessitam de uma fonte de carbono reduzido
(carboidrato geralmente) o qual quando oxidado forneceria hidrogecircnios iocircnicos (H+) e
eleacutetrons para a reduccedilatildeo do N2 a NH3 Jaacute a bacteacuteria Rhodospirillum rubrum utiliza a energia
radiante para a liberaccedilatildeo de eleacutetrons que seratildeo utilizados na reduccedilatildeo do N2 a NH3
As algas verdes-azuis (Nostoc) vivendo assimbioacuteticamente constituem-se no principal
fornecedor de N para os campos irrigados de arroz na Asia Geralmente satildeo organismos de
vida livre mas podem se associar a certos fungos formando liacutequens Eacute provaacutevel que nessas
algas os pigmentos fotossinteacuteticos captam a energia luminosa para a fotoacutelise da aacutegua cujos
eleacutetrons removidos satildeo utilizados para reduzir tanto o CO2 como o N2
O Rhizobium infecta as raiacutezes das leguminosas formando uma estrutura globular o noacutedulo A
leguminosa fornece carboidratos que seratildeo oxidados pelo microorganismo e os eleacutetrons
restantes seratildeo utilizados para reduccedilatildeo do N2 a NH3 O mecanismo de fixaccedilatildeo a despeito de
sua importacircncia ainda natildeo eacute bem compreendido havendo necessidade de leg-hemoglobina
(proteiacutena que conteacutem Feacute) molibdecircnio (como cofator) cobalto (constituinte da vitamina B12
envolvida na siacutentese de leg-hemoglobina) aleacutem de logicamente uma fonte de carbono
biologicamente oxidaacutevel
Estudos co N2 enriquecido com o isoacutetopo N15 demonstraram que o primeiro composto
formando foi a amocircnia (NH3) e que o aacutecido glutacircmico era o primeiro composto orgacircnico e se
apresenta com o referido isoacutetopo
A amocircnia (NH3) formada natildeo se acumula no organismo fixador mas sim eacute utilizada nas
siacutenteses de proteiacutenas aacutecidos nucleacuteicos etc O excesso de NH3 fixada eacute excretada no meio
raiacutezes de leguminosas excretam NH3 aminoaacutecidos e peptiacutedios Tais plantas sintetizam
tambeacutem grande quantidade de glutamina e asparagina muito possivelmente como reserva de
nitrogecircnio
Quando os organismos fixadores morrem suas proteiacutenas satildeo hidrolisadas e os aminoaacutecidos
resultantes satildeo degradados pela accedilatildeo das aminoaacutecido-oxidases transaminases e desidrogenase
da microflora existentes no solo liberando NH3 no mesmo Assim a fertilidade do solo eacute
construiacuteda pela aquisiccedilatildeo de NH3 diretamente dos organismos fixadores e indiretamente apoacutes
o aacutetomo de N pertencer aos aminoaacutecidos e proteiacutenas dos organismos natildeo fixadores
3 NITRIFICACcedilAtildeO
141
Embora a amocircnia seja a forma na qual o nitrogecircnio eacute adicionado no solo o teor da mesma eacute
baixo Isto porque ela eacute rapidamente transformada em nitrato (NO-3) sendo esta a principal
fonte de nitrogecircnio para os organismos natildeo fixadores
Essa oxidaccedilatildeo da amocircnia ateacute nitrato eacute efetuada por dois tipos de bacteacuterias denominadas de
bacteacuterias nitrificantes
a Bacteacuterias do gecircnero Nitrosomonas que transformam amocircnia em nitrito (NO-2)
segundo a equaccedilatildeo
b Bacteacuterias do gecircnero Nitrobacter que transformam o nitrito em nitrato (NO-3)
Esses organismos satildeo autoacutetrofos mais precisamente quimioautoacutetrofos reduzindo o CO2 ao
niacutevel de carboidrato com a energia obtida nessas reaccedilotildees de oxidaccedilatildeo
4 REDUCcedilAtildeO DO NITRATO
Como o nitrato eacute geralmente a forma nitrogenada mais abundante as plantas eacute demais
organismos desenvolveram a habilidade de aproveitar esse acircnion como fonte de nitrogecircnio
para o seu desenvolvimento
Entretanto o nitrogecircnio constituinte dos diversos compostos orgacircnicos se apresenta em niacutevel
bastante reduzido e logicamente uma primeira etapa na utilizaccedilatildeo do nitrato seria a sua
transformaccedilatildeo em amocircnia
A transformaccedilatildeo do nitrato em amocircnia um processo redutivo portanto eacute efetuada por um
equipamento enzimaacutetico com necessidades de NADH como coenzimas e de ferro em
molibidecircnio como metais ativadores
A redutase de nitrato eacute uma flavoproteiacutena que exige molibdecircnio como iocircnio ativador A sua
atividade eacute influenciada pela intensidade luminosa Em condiccedilotildees de baixa luminosidade haacute
baixa atividade enzimaacutetica e consequumlente acuacutemulo de nitrato nos tecidos vegetais
A redutase de nitrito eacute bastante ativa em condiccedilotildees de aerobiose natildeo permitindo acuacutemulo de
nitrito (altamente toacutexico) durante a reduccedilatildeo do nitrato A redutase de nitrito geralmente
presente em maior quantidade que a redutase de nitrito eacute uma ferroporfirina cujo
agrupamento siro-heme eacute capaz de transferir 6 eleacutetrons permitindo a reduccedilatildeo do nitrito (NO-
2) ateacute amocircnia (NH3) sem nenhum intermediaacuterio
Para a reduccedilatildeo do nitrito a amocircnia o agente redutor (doador de eleacutetrons e H+) seria o NADPH
+ H+ o qual nos tecidos verdes seria formado na fase luminosa da fotossiacutentese enquanto que
nos tecidos aclorofilados (como raiacutezes) seria produzido pela vista pentose fosfato)
Existem razotildees ecoloacutegicas para a amocircnia do solo ser rapidamente transformada em nitrato
(nitrificaccedilatildeo) e este novamente reduzido aacute amocircnia antes do nitrogecircnio integrar as moleacuteculas
orgacircnicas Como amocircnia pode se perder por volatilizaccedilatildeo nos solos alcalinos r ainda pelo fato
142
da mesma ser muito mais toacutexica do que o nitrato natildeo podendo se acumular nos tecidos
vegetais percebe-se as vantagens dessas transformaccedilotildees anteriormente citadas Tanto assim
que em relaccedilatildeo aacute amocircnia o nitrato eacute a forma mais abundante tanto no solo quanto nos tecidos
vegetais
5 ASSIMILACcedilAtildeO DA AMOcircNIA
A amocircnia (NH3) eacute a forma utilizada na siacutentese dos diversos constituintes celulares
nitrogenados como proteiacutenas adidos nucleacuteicos aminoaacutecidos aminas vitaminas etc
A assimilaccedilatildeo da amocircnia ou seja a transformaccedilatildeo de uma forma nitrogenada orgacircnica
(composto aminado) eacute processada por umas poucas vias metaboacutelicas Tais vias denominadas
pelas enzimas responsaacuteveis e de grande significado na nutriccedilatildeo nitrogenada dos vegetais
seriam
51 Desidrogenase Glutacircmica Enzima largamente distribuiacuteda na natureza cataliza a
aminaccedilatildeo do -cetoglutarato
O aacutecido glutacircmico assim formado doa por reaccedilotildees de transaminaccedilatildeo o grupo amino (-NH2)
para a siacutentese de outros aminoaacutecidos
52 Sintetase de Glutamina
A glutamina pode dar o seu grupo amido para o aacutecido aspaacutertico se transformar em asparagina
aspartato + glutamina + ATP asparagina + glutamato + AMP + PPi
A glutamina e sparagina satildeo amidas armazenadoras de nitrogecircnio especialmente nas
leguminosas
A glutamina contribui com o nitrogecircnio amiacutedico para a siacutentese se outros compostos
nitrogenados como as bases puacuteblicas e pirimiacutedicas dos aacutecidos nucleacuteicos
53Carbamil-quiacutenase
143
O carbomil-fosfato doa o seu nitrogecircnio amiacutedico para a siacutentese das bases pirimiacutedicas
Igualmente o grupo carbamil eacute utilizado na formaccedilatildeo do aminoaacutecido citrulina e posteriormente
arginina
6 DESNITRIFICACcedilAtildeO
O nitrato no solo que natildeo eacute absorvido pelos vegetais eacute lixiviado e nas regiotildees mais profundas
do mesmo fora do alcance das raiacutezes eacute metabolizado em parte por bacteacuterias do gecircnero
Pseudomonas Essas bacteacuterias vivendo em condiccedilotildees de amaerobiose provem a chamada
ldquorespiraccedilatildeo do nitratordquo reduzindo-o a N2 que retorna aacute atmosfera
Ao que parece esses organismos utilizam o NO-3 como aceptor de H+ e eleacutetrons em suas
oxidaccedilotildees bioloacutegicas
7 O CICLO DO NITROGEcircNIO
As transformaccedilotildees anteriores estudadas isoladamente podem ser resumidas no quadro que se
segue obtendo-se assim uma visatildeo global dos processos envolvendo os compostos
nitrogenados
144
AacuteCIDOS NUCLEacuteICOS
1 INTRODUCcedilAtildeO
Os aacutecidos nucleacuteicos tornaram-se objetos de investigaccedilotildees cientiacuteficas assim foram
primeiramente isolados do nuacutecleo celular haacute quase 100 anos Assim como as proteiacutenas tais
compostos demonstraram elevado peso molecular estruturalmente definidos como
biopoliacutemeros em que a unidade repetitiva vem a ser o nucleotiacutedio
Os aacutecidos nucleacuteicos satildeo encontrados em todas as ceacutelulas vivas atribuindo-se aos mesmos as
importantes funccedilotildees de conter transmitir e traduzir as informaccedilotildees geneacuteticas de um
determinado organismo
Existem dois tipos de aacutecidos nucleacuteicos
b o aacutecido desoxi-ribonuclecircico (DNA) encontrado no nuacutecleo dos eucarioacuteticos (que
armazenam as informaccedilotildees geneacuteticas e se mostram integrando nucleoproteiacutenas que
constituem os cromossomos)
c o aacutecido ribonucleacuteicos (RNA) encontrado predominantemente no citoplasma celular
existem diferentes tipos de RNA (m-RNA ou RNA mensageiro s-RNA soluacutevel e r-
RNA ribossocircmico)
2 CONSTITUINTES DOS AacuteCIDOS NUCLEcircICOS
O estudo quiacutemico dos aacutecidos nucleacuteicos revelou que tais compostos satildeo macromoleacuteculas
estruturadas pela polimerizaccedilatildeo de unidades que se repetem unidades essas denominadas de
nucleotiacutedios
Os nucleotiacutedios por sua vez podem ser desdobrados em entidades mais simples uma base
nitrogenada um accediluacutecar (pentose) e um radical fosfoacuterico
As bases nitrogenadas satildeo divididas em dois grupos
21 Bases Puacutericas adenina e guanina
22 Bases Pirimiacutedicas uracila (encontrada apenas no RNA)
Timina (encontrada apenas no DNA)
Citosina
As pentoses podem ser a ribose (encontrada no RNA) ou a desoxi-ribose (encontrada no
DNA)
145
O radical fosfoacuterico eacute oriundo do aacutecido ortofosfoacuterico (H3PO4) que apresenta 3 hidrogecircnios
ionizaacuteveis com pk1=21 pk2=72 e pk3=127
0
ǁ
HO˿ P˿ OH
ǀ
OH
NUCLEOSIacuteDIO as bases nitrogenadas satildeo capazes de se ligar aacutes pentoses para
formar os nucleosiacutedios Tal ligaccedilatildeo semelhante aacute glicosiacutedica se forma mediante uma desidrataccedilatildeo entre o nitrogecircnio 9 das bases puacutericas ou o nitrogecircnio 1 das bases pirimiacutedicas com o carbono 1rsquo da pentose Se a pentose for a desoxi-ribose tem-se o desoxi-ribonucleosiacutedio NUCLEOTIacuteDIO satildeo obtidos quando o aacutecido ortofosfoacuterico esterifica a hidroxila de posiccedilatildeo 5rsquo da pentose de um nucleosiacutedio _____________________________________________nucleotiacutedio_____________ base nitrogenada nucleosiacutedio monofosfatado difosfatado trifosfatado_______ adenina (A) adenosina AMP ADP ATP guanina (G) guanosina GMP GDP GTP uracila (U) uridina UMP UDP UTP timina (T) timidina TMP TDP TTP citosina (C) citidina CMP CDP CTP
146
Quando a pentose for a desoxi-ribose teremos os respectivos desoxi-ribonucleotiacutedios desoxiadeadenosina monofosfato (dAMP) dADP dATP e assim por diante ateacute dCTP
AMP= adenosina monofosfato ADP= adenosinadifosfato e ATP= adenosina trifosfato
3 POLINUCLEOTIacuteDIOS
Quimicamente os aacutecidos nucleacuteicos satildeo polinucleotiacutedios ou seja estruturas formadas pela
uniatildeo de muitos nucleotiacutedios Esses nucleotiacutedios satildeo unidos mediante a ligaccedilatildeo nucleotiacutedica
uma ligaccedilatildeo eacutester que se estabelece entre a hidroxila fosfoacuterica de um nucleotiacutedio com a
hidroxila de posiccedilatildeo 3‟ de outro nucleotiacutedio e assim por diante (fig 7) Resulta entatildeo uma
cadeia polinucleotiacutedica que busca uma configuraccedilatildeo mais estaacutevel do ponto de vista
termodinacircmico atribuindo-se aacute mesma quatro niacuteveis estruturais baacutesicos
4 ESTRUTURAS BAacuteSICAS DOS AacuteCIDOS NUCLEacuteICOS
Os niacuteveis estruturais baacutesicos dos aacutecidos nucleacuteicos satildeo semelhantes aqueles descritos
anteriormente para as proteiacutenas
41 Estruturas Primaacuterias vem a ser a sequumlecircncia da nucleotiacutedios e eacute mantida pela ligaccedilatildeo
nucleotiacutedica Com nos nucleotidios de um determinado a estrutura primaacuteria pode ser
simplificadamente representada pela sequumlecircncia de bases A-U-G-C-A-A-U
42 Estrutura Secundaacuteria eacute encontrada especialmente no DNA que se apresenta com
duas cadeias em espiral dupla unidas entre si por pontes de hidrogecircnio envolvendo as
bases nitrogenadas Adenina e timina permitem a formaccedilatildeo de duas pontes de
hidrogecircnio ao passo que citosina e guanina permitem trecircs
147
Tais bases satildeo ditas de complementares assim com as cadeias polinucleotiacutedicas (tambeacutem
referidas como cadeias antiparalelas) O pareamento de bases pode ocorrer tambeacutem no RNA
43 Estrutura Terciaacuteria pode ser entendida com a disposiccedilatildeo tridimensional da dupla
heacutelice do DNA Pode ser tambeacutem a forma preferencial que uma uacutenica cadeia
nucleotiacutedica adquire estabilizada por pontes de hidrogecircnio entre bases
complementares da mesma cadeia com eacute o caso do t-RNA (RNA de transporte) que
apresenta uma estrutura de ldquofolha-de-trevordquo
44 Estrutura Quaternaacuteria vem a ser aquela estabelecida pela uniatildeo de moleacuteculas
individuais denominadas de unidades ou sub-unidades Assim o r-RNA (RNA
ribossocircmico) eacute constituiacutedo de duas unidades uma com peso molecular de 1 milhaotildea e
outra de 18 milhotildees
5 HIDROacuteLISE DOS AacuteCIDOS NUCLEacuteICOS
As ligaccedilotildees nucleotiacutedicas (eacutester) podem ser hidrolizadas mediante
a aacutecido ndash hidroacutelise aacutecida
b base ndash hidroacutelise alcalina
c enzimas ndash hidroacutelise enzimaacutetica
As enzimas que hidrolizam os aacutecidos nucleacuteicos satildeo denominados genericamente de nucleases
Rnse O veneno de certas serpentes apresenta atividade de nuclease e tem sido utilizado
assim como outras nucleases para desvendar as estruturas dos aacutecidos nucleacuteicos
FIM
ESTA APOSTILA ESTA EM FASE DE CONSTRUCcedilAtildeO
POR FAVOR DESCULPE NOSSOS ERROS
OBRIGADO
148
7
ele este por sua vez fica com uma certa deficiecircncia eletrocircnica e por isso
atrai para si os eleacutetrons da ligaccedilatildeo com o carbono seguinte tentando compensar
essa deficiecircncia e assim sucessivamente Isso acaba gerando uma polarizaccedilatildeo na
cadeia carbocircnica
Do ponto de vista do efeito indutivo existem duas espeacutecies de grupos que
podem se ligar a uma cadeia carbocircnica
Grupos eleacutetron-atraentes (efeito indutivo -I) Satildeo aqueles que atraem os
eleacutetrons das ligaccedilotildees em sua direccedilatildeo Os mais importantes grupos eleacutetron-
atraentes satildeo aqueles que possuem elementos muito eletronegativos em relaccedilatildeo
ao carbono (F O N Cl Br I etc) ou radicais insaturados Os radicais
insaturados possuem ligaccedilotildees pi que por efeito de ressonacircncia iratildeo atrair os
eleacutetrons das ligaccedilotildees em sua direccedilatildeo
Grupos eleacutetron-repelentes (efeito indutivo +I) Satildeo aqueles que
empurram os eleacutetrons das ligaccedilotildees em direccedilatildeo oposta a eles Os mais
importantes grupos eleacutetron-repelentes satildeo os radicais saturados (alquila) e os que
possuem carga eleacutetrica negativa Nos radicais alquila quanto mais aacutetomos de C e
H (com simples ligaccedilotildees) tiver o radical mais eleacutetron-repelente ele seraacute
2- Algumas consequecircncias do Efeito Indutivo
21) A estabilidade dos carbocaacutetions
Uma consequecircncia importantiacutessima do efeito indutivo relaciona-se com a
estabilidade do carbocaacutetion numa reaccedilatildeo quiacutemica em que haacute formaccedilatildeo desta
espeacutecie como intermediaacuteria no processo O tipo de carbocaacutetion formado pode
determinar que produtos seratildeo formados e em que proporccedilotildees relativas O
carbocaacutetion eacute um iacuteon que possui um carbono com apenas trecircs ligaccedilotildees (sp2) isto eacute
possui uma carga positiva Experimentalmente verifica-se uma grande facilidade
de se formarem carbocaacutetions terciaacuterios (cuja carga positiva estaacute num carbono
terciaacuterio) em relaccedilatildeo a carbocaacutetions secundaacuterios ou primaacuterios Essa estabilidade
diminui do carbocaacutetion terciaacuterio para o secundaacuterio e deste para o primaacuterio Veja
abaixo a possiacutevel explicaccedilatildeo para esse fato
8
Nesse caso a carga positiva funciona como o centro de atraccedilatildeo eletrocircnica
na cadeia Perceba que no carbocaacutetion primaacuterio apenas um sentido de corrente
eletrocircnica estaacute disponiacutevel para compensar a deficiecircncia de eleacutetrons do carbono
sp2 Jaacute no secundaacuterio existem dois sentidos de corrente e no terciaacuterio trecircs
sentidos Logicamente quanto maior a disponibilidade eletrocircnica para compensar
a carga positiva maior a facilidade do carbocaacutetion e maior a facilidade de ser
formado Muitas vezes devido agrave alta instabilidade os carbocaacutetions primaacuterios nem
chegam a se formar A natildeo ser que as condiccedilotildees do meio em que ocorre a reaccedilatildeo
sejam favoraacuteveis agrave sua formaccedilatildeo Maiores detalhes seratildeo vistos adiante nas
reaccedilotildees quiacutemicas que passam por carbocaacutetions
22) Forccedila de aacutecidos e bases
Outra consequumlecircncia interessante do efeito indutivo relaciona-se com a
forccedila de aacutecidos e bases orgacircnicos
Caraacuteter aacutecido - Vejamos um aacutecido carboxiacutelico que possui um grupo de
induccedilatildeo ligado agrave cadeia Esse grupo pode ser eleacutetron-atraente ou eleacutetron-
repelente
No primeiro caso (a) o grupo X eacute eleacutetron-atraente O efeito indutivo eacute -I
e portanto deixa a carbonila com deacuteficit eletrocircnico o que leva a um
9
enfraquecimento da ligaccedilatildeo com o hidrogecircnio aacutecido Logo seraacute mais faacutecil a
liberaccedilatildeo do proacuteton Assim o caraacuteter aacutecido aumenta
No segundo caso (b) o grupo X eacute eleacutetron-repelente O efeito indutivo eacute +I
e portanto deixa a carbonila com superaacutevit eletrocircnico o que leva a um aumento
da forccedila de ligaccedilatildeo com o hidrogecircnio aacutecido Logo seraacute mais difiacutecil a liberaccedilatildeo do
proacuteton Assim o caraacuteter aacutecido diminui
Caraacuteter baacutesico - Vejamos agora o que ocorre com uma amina (base
orgacircnica)
Segundo a teoria de Lewis base eacute uma espeacutecie quiacutemica que possui um ou
mais pares eletrocircnicos natildeo-ligantes ou seja eacute capaz de coordenar pares
eletrocircnicos Dessa forma assim como a forccedila de um aacutecido estaacute relacionada com a
sua capacidade de receber eleacutetrons a forccedila de uma base relaciona-se com sua
capacidade de coordenar eleacutetrons Logo quanto maior a disponibilidade eletrocircnica
em uma espeacutecie quiacutemica maior seraacute seu caraacuteter baacutesico
No primeiro caso (a) o grupo X eacute eleacutetron-atraente O efeito indutivo eacute -I
e portanto deixa o grupo amino com deacuteficit eletrocircnico o que leva a uma
diminuiccedilatildeo do seu caraacuteter baacutesico
No segundo caso (b) o grupo X eacute eleacutetron-repelente O efeito indutivo eacute +I
e portanto deixa o grupo amino com superaacutevit eletrocircnico o que leva a um
aumento do seu caraacuteter baacutesico
10
CARBOIDRATOS
1 CONCEITO
Quimicamente podem ser definidos como aldeiacutedos ou cetonas poliidroxilados ou
substacircncias que mediante hidroacutelise liberem tais compostos Apresentam uma formulaccedilatildeo geral
Cx (H2O) Y com raras exceccedilotildees Assim a desoxirribose (encontrada no DNA) apresenta
foacutermula C5H1004 onde a relaccedilatildeo HO natildeo eacute de 21 Igualmente pode nos encontrar
carboidratos com outros elementos aleacutem do C H eacute O Embora natildeo muito frequumlente N S e P
podem integrar moleacuteculas de carboidratos Outras denominaccedilotildees hidratos de carbono
accediluacutecares gluciacutedios e gluacutecides
2 ESTEREOISOMERIA OacuteTICA
Eacute um fenocircmeno muito difundido entre os carboidratos e vem a ser decorrecircncia do composto
apresentar um ou mais aacutetomos de carbono assimeacutetrico na moleacutecula Aacutetomo de carbono
assimeacutetrico eacute aquele que se liga a 4 radicais diferentes e resulta geralmente que os
compostos que os apresentam se mostram oticamente ativos ou seja desviam o plano da luz
polarizada Se o desvio for para a direita o composto eacute dito de ldquodextrorrotatoacuteriordquo (+) e se
para a esquerda ldquolevorrotatoacuteriordquo (-) Como referecircncia utilizando o gliceraldeido que
apresenta 2 isocircmeros oacuteticos
11
As configuraccedilotildees D e L estatildeo relacionadas com o posicionamento da hidroxila (OH) do
carbono assimeacutetrico mais distante do grupo funcional (aldeiacutedo ou cetona) e necessariamente
nada tem com as propriedades dextro ou levorrotatoacuteria desses compostos exceto para o
gliceraldeiacutedo
3 CICLIZACcedilAtildeO DE PENTOSES E HEXOSES
Dependendo do comprimento da cadeia carbocircnica os carboidratos podem adquirir uma
estrutura ciacuteclica mantida pela ligaccedilatildeo hemiacetal Esta ligaccedilatildeo explica a baixa reatividade dos
grupamentos aldeiacutedos e cetonas de alguns accediluacutecares
Assim a moleacutecula de glicose pode se dobrar de modo a permitir uma aproximaccedilatildeo entre o
grupo aldeiacutedo do carbono 1 com a hidroxila do carbono 5 estabelecendo a ligaccedilatildeo hemiacetal
Configuraccedilotildees e conformaccedilotildees
Aacutelcools reagem com grupos carbonilas de aldeiacutedos e cetonas formando um hemiacetal ou um
hemicetal respectivamente (figura 4) Da mesma forma a hidroxila e o grupo aldeiacutedo ou
grupo cetona de um monossacariacutedeo podem reagir intramolecularmente para formar
hemiacetais ou hemicetais ciacuteclicos Tais configuraccedilotildees podem ser representadas atraveacutes da
projeccedilatildeo de Haworth
Um monossacariacutedeo composto por um anel de seis membros eacute chamado de piranose enquanto
um monossacariacutedeo formado por uma anel de cinco membros eacute chamado de furanose (figura
5)
12
13
4 CLASSIFICACcedilAtildeO DOS CARBOIDRATOS
Segundo uma complexidade satildeo estrutural os carboidratos podem ser classificados em
monossacariacutedios oligossacariacutedios e polissacariacutedios
41 Monossacariacutedios Satildeo os mais simples dos accediluacutecares natildeo sofrem hidroacutelise possuem
baixo peso molecular e satildeo soluacuteveis em aacutegua Apresentam sabor doce satildeo cristalinos
quando no estado soacutelido Satildeo todos considerados ldquoaccediluacutecares redutoresrdquo
Os monossacariacutedios se subdividem segundo o nuacutemero de aacutetomos de carbono na moleacutecula
Ndeg de aacutetomos de C Nome geneacuterico Representantes de importacircncia
fisioloacutegica
2 diose glicaldeido
3 triose gliceraldeido dihidroxiacetona
4 tetrose eritrose treose
5 pentose xilose xilulose ribose
6 hexose glicose frutose manose galactose
7 heptose sedoheptulose
8 octose _ _
9 nonose _ _
14
15
42 Oligossacariacutedios Satildeo accedilucares compostos que hidrolisados originam
monossacariacutedios satildeo classificados de acordo com o nuacutemero de monossacariacutedios que
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satildeo liberados por moleacuteculas dissacariacutedios trissacariacutedios tetrassacariacutedios
pentassacariacutedios e hexassacariacutedios Estudaremos apenas alguns dissacariacutedios
sacarose - glicose - 12 rarr - frutose
maltose - glicose - 14 rarr - glicose
lactose - galactose ndash 14 rarr glicose
celobiose glicose ndash 14 rarr glicose
trehalose glicose ndash 11 rarr glicose
Maltose
celobiose
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Os dissacariacutedeos satildeo formados por dois monossacariacutedeos unidos por ligaccedilatildeo covalente
Existem vaacuterios dissacariacutedeos presentes na alimentaccedilatildeo como por exemplo
Trealose = glicose + glicose a (1-1)
Celobiose = b-glicose + b-glicose (1- 4)
Maltose(1 - 4) e a Iso-maltose (1 - 6) duas moleacuteculas de glicose e estatildeo presente
no malte (maltose) e satildeo subproduto da digestatildeo do amido e glicogecircnio (iso-maltose)
Lactose glicose + galactose (1- 4) eacute o principal carboidrato do leite
Sacarose glicose + frutose (1 - 2) sendo a forma mais comum de accediluacutecar obtida da
cana-de-accediluacutecar
Accediluacutecar redutor eacute aquele que apresenta um grupo aldeiacutedo ou um grupo cetocircnico livre isto eacute
natildeo participante de ligaccedilatildeo glicosiacutedica A ligaccedilatildeo hemiacetal responsaacutevel pela estrutura
ciacuteclica de alguns accedilucares natildeo compromete o caraacuteter redutor Os accedilucares redutores satildeo assim
chamados por poderem reduzir o iacuteon Cu++
em meio alcalino
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reativo detecta coloraccedilatildeo
1 - Tese de Fehling sol
Cupro alcalina
accedilredutores vermelho
2 - Teste de Benedict glicose azul
3 - Reaccedilatildeo de Molish geral AR anel puacuterpura
4 - ldquo de Bial pentoses azul
5 - ldquo de Tollens pentoses rosa
6 - ldquo de Seliwanoff frutose vermelho
43 Polissacariacutedios Satildeo compostos que por hidroacutelise liberam grande nuacutemero de
monossacariacutedios Satildeo insiacutepidos insoluacuteveis em aacutegua e amorfos no estado soacutelido Apresentam
elevado peso molecular Diversos representantes desempenham funccedilotildees estrutural e energeacutetica
nos diversos organismos
a Amido reserva energeacutetica dos organismos vegetais constituiacutedo de amilose e
amilopectina
A amilose eacute constituiacuteda de - glicose mantida pela ligaccedilatildeo - 14 glicosiacutedica apresentando
peso molecular entre 4000 e 150000
A amilopectina eacute formada de - glicose mantida por ligaccedilotildees - 14 e - 16 com peso
molecular de ateacute 500000
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b Glicogecircnio Reserva energeacutetica dos organismos animais estruturalmente semelhantes
agrave amilopectina poreacutem mais ramificado isto eacute com maior proporccedilatildeo de ligaccedilotildees -
16 o que torna a moleacutecula mais compacta Apresenta peso molecular de ateacute
2000000
c Celulose Formada de - glucose unidas pela ligaccedilatildeo - 14 constitui a parede celular
das ceacutelulas vegetais
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d Quitina Constitui a carapaccedila (exoesqueleto) dos insetos e crustaacuteceos Eacute um poliacutemero
de N ndashacetil - - glicosamina altamente insoluacutevel
Sob o mar
Descobrindo a rentabilidade que existe nos desperdicios marinhos
Por Nancy Garcia
A quitina eacute um polissacariacutedeo formadora da carapaccedila dos insetos e crustaacuteceos Eacute um
produto do processamento industrial de camarotildees siris lagostas e tem novas e prometedoras
aplicaccedilotildees industriais
A quitina eacute um polissacariacutedeos formado pela polimerizaccedilatildeo de resiacuteduos de N-acetil
glicosamina Eacute o segundo produto orgacircnico mais abundante que existe na natureza depois da
celulose Eacute o principal componente da cutiacutecula dos artropodos crustaacuteceos e insetos estando
presente em moluscos e forma parte das paredes celulares de alguns microorganismos como
fungos e leveduras Entre suas principaius caracteriacutesticas esta a abundancia ser biodegradaacutevel
e natildeo toacutexica
A carapaccedila dos crustaceos e camarotildees representam a primeira fonte para se obter quitina As
carapaccedilas alem de conter quitina tambeacutem contem pigmentos vermelhos e proteiacutenas com a
mesma qualidade da carne do crustaacuteceo
A quitina e um poliacutemero muito grande parecido com a celuilose Por natildeo ser degradaacutevel em
aacutegua e necessariose modificar a estrutura do poliacutemero para se obter seus derivos soluacuteveis
Dentre estes derivados estatildeo a qutinase empregada como biocida como bactericida
fungicida e herbicida e o quitosam que serve para o tratamento de aacuteguas industriais e como
um ingrediente nutritivo pois ajuda a eliminar o colesterol ajuda previnir doenccedilas
cardiovasculares e tem efeito anti gaacutestrico e anti atritico
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O quitosan aplicado em industrias papeleiras permite que a polpa tenha maior forccedila para fixar
as tintas e os corantes dostecidos Na industria de alimentos eacute empregado como espumante e
emulsificante
A traveacutes de dicho poliacutemero se encapsulan medicamentos de liberacioacuten prolongada Se
emplea como biomaterial para hacer lentes de contacto hilos de sotura y proacutetesis ya que tiene la propiedad de ayudar a la regeneracioacuten de huesos En el aacuterea de la cirugiacutea plaacutestica ayuda al reestablecimiento de los tejidos evita la mala cicatrizacioacuten sirve para la fabricacioacuten de piel sinteacutetica y es un agente que inhibe las infecciones en heridas
Es material para la creacioacuten de peliacuteculas envolventes que prolongan la vida de los alimentos perecederos como envases biodegradables (Para ahondar en este tema consulte la seccioacuten Marketing de esta edicioacuten y considere los beneficios de emplear estos envases en su negocio)
Las oportunidades Meacutexico es uno de los paiacuteses con mayor produccioacuten de camarones al ocupar el seacuteptimo lugar a nivel mundial (casi 100 mil toneladas de peso vivo durante 2001 seguacuten datos de Sagarpa)
Tambieacuten se producen en promedio 20 mil toneladas anuales de jaiba tres mil 500 de langostino y casi tres mil toneladas de langosta (todos en peso vivo) Es posible capturar estas especies en la regioacuten comprendida del Atlaacutentico la peniacutensula de Yucataacuten y el Golfo de Meacutexico
En la regioacuten al Este de la Repuacuteblica se ha reportado la produccioacuten de una langostilla que debido a su tamantildeo pequentildeo no sirve para consumo y se considera maacutes una plaga al ser capturada junto con el camaroacuten y causar un sobrepeso que rompe las redes Esta langostilla no se ha aprovechado ampliamente (soacutelo se le utiliza para la creacioacuten de harina para granjas camaroneras) sin embargo se ha calculado que tiene una produccioacuten anual de 250 mil toneladas que se queda varada en las costas originando un
verdadero problema ambiental Seriacutea ideal utilizarla para producir quitina
En la captura de crustaacuteceos soacutelo se aprovecha su carne quedando los caparazones como desperdicios Escudero expresa que a partir de este desperdicio se puede comenzar toda una industria dedicada a la produccioacuten de quitina y sus diferentes derivados Por su parte Patricia Miranda comenta que el costo de una empresa dedicada a la produccioacuten de quitina se calcula alrededor de dos millones de pesos por el tipo de instalaciones y equipo
que se usa en el proceso
Escudero comenta que para instalarla se necesita baacutesicamente un reactor de desmineralizacioacuten otro de desproteinizador molino secador y fermentador Los productos pueden ser refinados lo cual aumenta su valor por lo que se debe contar con espectrofotoacutemetro centrifugadora balanza autoclave y agitadora La inversioacuten en maquinaria es de alrededor de un milloacuten de pesos El precio de la materia prima las
cutiacuteculas de los crustaacuteceos no se ha establecido al ser un desperdicio por lo mismo
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ambas investigadoras afirman que se puede llegar a un acuerdo con las cooperativas camaroneras para determinar un valor
La quitina en el mercado tiene un costo aproximado de US$20 por kilo la quitinasa refinada con alto grado de desacetilacioacuten tiene un precio de US$300 diez gramos mientras que el quitosaacuten de baja calidad llega a US$70 por kilo
Una de las ventajas es que no se necesita personal especializado soacutelo capacitado para poder operar los reactores y conocer el proceso afirma Miranda
Los mercados De acuerdo con Escudero la quitina y sus derivados tienen uso potencial en diferentes paiacuteses principalmente Japoacuten China y Estados Unidos En todos ellos ya existe una industria consolidada alrededor de este poliacutemero siendo China el principal productor y exportador de quitina Chile y Espantildea estaacuten en una fase incipiente a la par de Ameacuterica
Latina
En Meacutexico es praacutecticamente un tema nuevo no obstante ya existe una empresa que comienza a abrirse camino en este campo Neptuno ubicada en Sonora
Representantes de Neptuno comentaron que junto con un grupo de investigadores llevan a cabo una serie de actividades como participar en exposiciones o en conferencias para promover sus productos a pesar de que mundialmente el uso de la quitina y sus derivados va en aumento De hecho hay amplias posibilidades de exportarlo a la Unioacuten Americana y algunos paiacuteses latinoamericanos
Recoleccioacuten de caparazones Una posibilidad para poder entrar en el negocio sin tener que realizar una inversioacuten tan importante al inicio consiste en recolectar los caparazones limpiarlos y molerlos que es el proceso primario para la elaboracioacuten de la quitina El caparazoacuten molido se puede vender a las empresas que elaboran el compuesto y de ahiacute capitalizar para adquirir el equipo necesario para la fabricacioacuten del polisacaacuterido De hecho empresas como Neptuno y otras en Estados Unidos estaacuten dispuestas a comprar los caparazones limpios sin necesidad de molerlos
Para ello soacutelo se necesita establecer las formas de recoleccioacuten sin dejar de considerar que entre maacutes joacutevenes sean los crustaacuteceos mayor seraacute la cantidad y calidad de las sales de calcio contar con secadoras y grandes cantidades de agua
En caso de no contarse con los secadores se pude secar al sol en un terreno amplio y colocar limpios los caparazones
Existen institutos y empresas dedicadas al disentildeo de envase y embalaje (Instituto Mexicano de Profesionales en Envase y Embalaje) que en estos casos dan asesoriacutea para enviar el producto con costos reducidos
El ejemplo de la quitina es uno de los tantos avances cientiacuteficos que ha tenido una aplicacioacuten praacutectica en la industria y por ende abre brecha para desarrollar maacutes de uno de los tantos negocio del futuro
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Cientos de posibilidades El quitosaacuten sirve para
En tratamiento de aguas residuales En la elaboracioacuten de pulpa para papel estaacutendar fotograacutefico y carboacuten En el campo meacutedico y de salud se le emplea en la creacioacuten de vasos sanguiacuteneos
artificiales como antinflamatorio inhibidor de tumores y de placa dental antiviral y procesos de cicatrizacioacuten Tambieacuten se usa en la formacioacuten de esponjas y vendas para
heridas asiacute como en la confeccioacuten de ropa esteacuteril para personas convalecientes Es un material que protege contra la radiacioacuten En el sector de alimentos es un aditivo para la estabilizacioacuten del color conservadores y remocioacuten de soacutelidos En el aacuterea cosmeacutetica se usa para fabricar polvo para maquillaje barniz de untildeas humectante fijadores para el cabello crema humectante pasta de dientes En la agricultura se utiliza para el recubrimiento de semillas y hojas fertilizantes y
liberacioacuten de controlada de agroquiacutemicos
La quitina y su potencial industrial
Como un escudo de alta eficiencia construido con pura
quiacutemica una sustancia que forma parte del carapazoacuten defiende
a insectos crustaacuteceos moluscos y otros seres vivos de su
contacto con lo externo La poseen en diversa cantidad jaibas
camarones langostas arantildeas y cucarachas Incluso algunos
hongos y algas Se llama quitina y es un compuesto natural
con variados beneficios para el ser humano uacutetil en las industrias farmaceacuteutica de alimentos
cosmeacutetica y de empaques
De basura a materia prima que filtra agua contaminada ofrece consistencia a alimentos
procesados atrapa grasa es antibactericida y sirve como envoltura biodegradable entre otros
beneficios la quitina estaacute involucrada en la proteccioacuten de varias especies Su nombre
derivado del griego kiacutetos significa cavidad o boacuteveda y el sitio en que se encuentra el
caparazoacuten de muchos artroacutepodos tambieacuten refiere su capacidad para enfrentar a diversos
agentes externos
Despueacutes de la celulosa es el segundo poliacutemero maacutes abundante en el planeta por lo que su
utilizacioacuten a gran escala en Meacutexico es muy prometedora como lo ha sido en Japoacuten en donde
alrededor de 250 empresas explotan la quitina
Una investigadora de la Universidad Nacional Autoacutenoma de Meacutexico (UNAM) la maestra en
ciencias Patricia Miranda Castro estudia desde hace siete antildeos la quitina y su principal
derivado el quitosaacuten En el Laboratorio de Biotecnologiacutea de la Facultad de Estudios
Superiores Cuautitlaacuten (FES-C) esta quiacutemica farmacobioacuteloga ha logrado una metodologiacutea
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propia para extraer la quitina y el quitosaacuten del camaroacuten utilizando caparazones y cabezas de
los crustaacuteceos que para la industria pesquera son desechos
Meacutexico es el seacuteptimo productor de camaroacuten en el mundo asiacute que muchas toneladas de
cabezas del crustaacuteceo regresan al mar cada antildeo y grandes cantidades de caparazones se t iran
diacutea a diacutea en las marisqueriacuteas de todo el paiacutes Nos parece interesante sumarnos a un proceso en
donde la sustancia que buscamos estaacute en lo que otros consideran basura explica la maestra
Miranda quien en su laboratorio ha ensayado durante varios antildeos una forma eficiente para
obtener la quitina
La patente de esta metodologiacutea para la extraccioacuten obtencioacuten y purificacioacuten de la quitina y el
quitosaacuten estaacute en traacutemite ante el Instituto Mexicano de Propiedad Industrial y de otorgarse la
UNAM podraacute realizar transferencias tecnoloacutegicas con este producto de origen natural
De la marisqueriacutea al laboratorio
La quitina es un poliacutemero es decir una moleacutecula de gran tamantildeo constituida esencialmente de
azuacutecares (es un polisacaacuterido) y oxiacutegeno Sus moleacuteculas son fibrosas y logran un material de
gran resistencia quiacutemica y mecaacutenica
Las caracteriacutesticas maacutes uacutetiles para la industria estaacuten en el quitosaacuten un derivado de la quitina
Asiacute que lo primero que hicimos fue conseguir en las marisqueriacuteas caparazones de diversos
animales estudiar en donde existe la sustancia en mayor cantidad y desarrollar un meacutetodo
propio para extraer la quitina y transformarla en quitosaacuten Encontramos que los caparazones
de jaibas y langostas tienen maacutes calcio y menos quitina mientras que las de camaroacuten maacutes
blandas contienen mayor cantidad de la sustancia explica la especialista
Ya en el laboratorio los caparazones se limpian se muelen hasta pulverizarse y se someten a
un proceso de hidroacutelisis aacutecida utilizando aacutecido clorhiacutedrico el cual convierte a los carbonatos
en cloruros y solubiliza los minerales baacutesicamente el calcio
Ya desmineralizado se aplica una hidroacutelisis alcalina pues el aacutelcali que se usa rompe la
estructura de la matriz y hace solubles las proteiacutenas las cuales arrastran consigo grasas y
pigmentos componentes todos que constituyen el caparazoacuten Los pigmentos ya separados (de
colores rosa y anaranjado) son un subproducto del proceso que pueden utilizarse para
alimentar flamingos y salmones especies a las que les ayuda a mantener su color
caracteriacutestico
Despueacutes de ambas etapas se obtiene la quitina en polvo que no es soluble en agua lo que lo
hace poco praacutectica para su aplicacioacuten Asiacute que se somete a un proceso llamado desacetilar
que significa quitar de la sustancia una parte de su estructura el grupo acetilo Con esto se
obtiene como derivado el quitosaacuten presente en el 70 por ciento de la quitosina pero ahora ya
aislado y purificadoEsta metodologiacutea es una innovacioacuten tecnoloacutegica de la maestra Patricia
Miranda Castro
Las cualidades del quitosaacuten
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El quitosaacuten es soluble en agua acidificada Esta solubilidad y su viscosidad (que puede hacerse
maacutes espesa o maacutes ligera seguacuten se requiera) son caracteriacutesticas que lo hacen aplicable a usos
variados asiacute como su accioacuten de imaacuten bioquiacutemico capaz de detectar sustancias nocivas Por
ejemplo en el estoacutemago humano atrapa grasas como el colesterol y los trigliceacuteridos a los que
conduce por el intestino capturados hasta evacuarlos Asiacute que una aplicacioacuten farmaceacuteutica lo
utiliza como regulador del peso corporal mientras que tambieacuten sirve como regulador de la
presioacuten arterial consecuente a la disminucioacuten de grasas
En la industria de alimentos este derivado de la quitosina se utiliza para dar consistencia y
viscosidad a los aderezos para ensaladas y mayonesas mientras que en las frutas y verduras
frescas sirve como un protector antimicrobiano
Otras aplicaciones estaacuten en la industria de los cosmeacuteticos en donde el quitosaacuten se introduce en
cremas humectantes pues es una moleacutecula que absorbe el agua Algunos fabricantes de
shampoo lo utilizan como ingrediente ya que desarrolla una peliacutecula que da proteccioacuten y
brillo al cabello
En la industria papelera donde el principal insumo es la celulosa el quitosaacuten sirve para fijar y
dar resistencia al papel mientras que una de sus maacutes prometedoras aplicaciones podriacutea ser
como plaacutestico biodegradable sustituyendo al plaacutestico tradicional derivado del petroacuteleo uno de
los materiales maacutes utilizados en el mundo y maacutes difiacuteciles de degradarse lo que genera mucha
contaminacioacuten
Como material plaacutestico alternativo el quitosaacuten ya ha sido sometido a pruebas en el
Laboratorio de Biotecnologiacutea de la maestra Patricia Miranda Castro quien desarrolloacute una
especie de celofaacuten a partir de esta sustancia natural una envoltura que incluso podriacutea
comerse finaliza la especialista universitaria
e Outros polissacariacutedios estruturais e de reserva
Entre os principais polissacariacutedeos de reserva em plantas estatildeo o amido os frutanos e os
polissacariacutedeos de reserva de parede celular (PRPC)
Como compostos de reserva o amido e os frutanos possuem as vantagens de serem formados
por glucose e frutose respectivamente Esses accediluacutecares satildeo prontamente utilizados pelo
metabolismo de geraccedilatildeo de energia e tambeacutem fornecem carbono para a biossiacutentese da maioria
das biomoleacuteculas presentes em ceacutelulas vegetais
Cada um dos principais polissacariacutedeos de reserva apresenta caracteriacutesticas que fazem com
que eles sejam mais convenientes para o metabolismo em certas situaccedilotildees Uma dessas
caracteriacutesticas eacute o fato que nenhum deles possui radicais livres Esta eacute uma vantagem quando
comparada ao acuacutemulo de monossacariacutedeos uma vez que a presenccedila de tais compostos
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poderia levar agrave glicosilaccedilatildeo inespeciacutefica de elementos celulares Outra vantagem eacute a relativa
inatividade osmoacutetica dos poliacutemeros
A tabela a seguir resume as principais caracteriacutesticas dos trecircs tipos de grupos mais
importantes de polissacariacutedeos de reserva de plantas Estas evidenciam diferentes funccedilotildees
considerando como eles satildeo degradados e seus locais de deposiccedilatildeo na ceacutelula e na planta
Composto de
reserva
Biossiacutentese Mobilizaccedilatildeo Localizaccedilatildeo
celular
Localizaccedilatildeo na planta
Amido A partir de ADP-
glucose
Hidroacutelise por
fosforilaccedilatildeo
Plastiacutedeos e
gracircnulos no
citossol
Sementes caule
folhas frutos e oacutergatildeos
Frutanos A partir de
sacarose por
transglicosilaccedilatildeo
Hidroacutelise Vacuacuteolos e
fluido
apoplaacutestico
Folhas raiacutezes caules e
oacutergatildeos subterracircneos
PRPC A partir de
UDPGDP accediluacutecares
no complexo de
Golgi
Hidroacutelise e
transglicosila
ccedilatildeo
Parede celular Sementes e oacutergatildeos
subterracircneos
Dextrana ndash polissacariacutedios elaborado pelo Leuconostoc mesenteroides a partir de sacarose
Causa viscosidade no caldo de cana bem como diminui o rendimento da cristalizaccedilatildeo da
sacarose
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POLISSACARIacuteDEOS DE PAREDE CELULAR (PRPC)
Os polissacariacutedeos de reserva de parede celular (PRPC) satildeo relativamente inertes no que concerne agrave sua reatividade quiacutemica e apresentam diferentes graus de solubilidade em aacutegua Essas caracteriacutesticas conferem alta compactaccedilatildeo e baixa reatividade e tornam possiacutevel a existencia de um compartimento celular ( a parede celular) que permite o fluxo de aacutegua com um grau de liberdade consideraacutevel
O custo para produzir tais poliacutemeros eacute alto pois tais compostos necessitam de um complexo sistema de biossiacutentese secreccedilatildeo e montagem no meio extracelular A biossiacutentese dos polissacariacutedeos de parede celular requer nucleotiacutedeo-accediluacutecares como doadores de monossacariacutedeos Na tabela a seguir estatildeo relacionados alguns dos polissacariacutedeos de parede e seus respectivos nucleotiacutedeo-accediluacutecares doadores
Polissacariacutedeos Nucleotiacutedeos-accediluacutecares
Celulose UDP-glucose Calose UDP-glucose Glucanos de cadeia mista UDP-glucose Xiloglucano UDP-glucose UDP-galactose UDP-
xilose e GDP-fucose Galactomanano GDP-manose UDP-galactose Glucoronoarabinoxilanos UDP-arabinose UDP-xilose UDP-aacutedico
galacturocircnico Ramnogalacturonano GDP-ramnose UDP-aacutedico galacturocircnico
FRUTANOS
Os frutanos encontram-se entre os carboidratos alternativos de reserva mais amplamente distribuiacutedos entre as plantas superiores sendo encontrados em aproximadamente 15 das angiospermas A presenccedila de frutanos em Asteraceae foi amplamente documentada para a flora de regiotildees temperadas e para a flora tropical e subtropical em regiatildeo restrita do cerrado brasileiro A maioria das espeacutecies ricas em frutanos encontra-se fora da regiatildeo tropical sendo mais abundantes em aacutereas onde o crescimento eacute sazonal Vaacuterios autores sugerem que o acuacutemulo de altas concentraccedilotildees de frutanos e de accediluacutecares soluacuteveis pode contribuir para o aumento do potencial osmoacutetico das ceacutelulas e por conseguinte promover toleracircncia agrave seca e ao congelamento Os frutanos satildeo acumulados em oacutergatildeos fotossintetizantes como folhas e caules em oacutergatildeos subterracircneos de reserva como raiacutezes tuberosas tubeacuterculos e bulbos e em inflorescecircncia e sementes Nas ceacutelulas os frutanos e as enzimas envolvidas em seu
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metabolismo satildeo encontrados nos vacuacuteolos embora recentemente sua presenccedila e a da enzima frutaexohidrolase tenham sido detectadas no fluido apoplaacutestico
Frutanos consistem de seacuteries homoacutelogas de oligo e polissacariacutedeos natildeo redutores onde cada membro da seacuterie conteacutem um resiacuteduo a mais de frutose do que o membro anterior Esses poliacutemeros de D - frutose carregam um resiacuteduo de D - glucose
geralmente localizado na extremidade da cadeia unido por uma ligaccedilatildeo do tipo 12 como na sacarose sendo assim o frutano mais simples eacute um monofrutosil sacarose um trissacariacutedeo O trissacariacutedeo que daacute origem agrave seacuterie da inulina a 1- cestose ou 1-
cestotriose (1 - F - frutosil sacarose -glu-12--fru-12-fru) foi o primeiro a ser caracterizado por Bell e colaboradores (Pollock et al 1996 e referecircncias ali contidas) A 1-cestose eacute encontrada em todas as espeacutecies que acumulam frutanos mesmo naquelas onde a seacuterie predominante apresenta outro tipo de ligaccedilatildeo entre os resiacuteduos de frutose Cinco classes estruturais de frutanos foram identificadas (figura 11) a)
frutano baseado em 1-cestose com ligaccedilotildees - 21 (inulina) encontrado principalmente em Asterales (ex tubeacuterculos de Helianthus tuberosus) b) frutano
baseado em 6-cestose com ligaccedilotildees - 26 (levano) caracteriacutestico de Poales (ex folhas de Phleum pratense) c) frutano com ligaccedilotildees mistas e ramificados com glucose na extremidade da cadeia tambeacutem encontrado em Poales ( ex Triticum) d) frutano
baseado em neocestose com ligaccedilotildees - 21 encontrado em Liliaceae ( ex Asparagus
) e e) frutano baseado em neocestose com ligaccedilotildees -26 presente em alguns membros de Poales ( ex Avena )
Pectinas A pectina eacute o maior constituinte da parede celular primaacuteria e tambeacutem estaacute presente na lamela meacutedia entra as ceacutelulas de todos os tipos Contecircm uma alta concentraccedilatildeo de resiacuteduos de aacutecido D- -4) Dentre as pectinas encontrados Homogalacturonanos que apresentam predominante ou exclusivamente esta
estrutura (aacutecido galacturocircnico e resiacuteduos metilgalacturonados) como mostrado na figura 15
ramnogalactoruronanos conteacutem resiacuteduos de L-ramnose Neste caso o aacutecido galacturocircnico se li -2) e a ramnose ao outro resiacuteduo
-4) Os resiacuteduos de ramnose servem como pontos de ancoragem para cadeias laterais se unirem ramificando o poliacutemero
(figura 16) Galactanos Existem dois t -13-
-14 e o outro mais frequente eacute composto (figura 17) -14 com ramificaccedilotildees de L-arabinofuranose a cada 16-21 resiacuteduos
da cadeia principal Apoacutes a germinaccedilatildeo maior parte da galactose e arabinose eacute
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removida da parede deixando um material residual enriquecido em ramnose aacutecido urocircnico e glucose Matheson e Saini (1977) reportaram a presenccedila de duas
- -galactosidases em cotilecircdones de Lupinus luteus estas enzimas aumentaram apoacutes a germinaccedilatildeo e os autores levantaram a possibilidade do galactano estar envolvido no controle da expansatildeo celular aleacutem de ser um polissacariacutedeo de reserva
Hemicelulose Alguns autores consideram hemicelulose o material extraiacutedo da parede por extraccedilatildeo alcalina Para outros trata-se de um poliacutemero da parede celular com um tipo particular de estrutura molecular e com provaacutevel funccedilatildeo de mobilidade Dentre as hemiceluloses encontramos
Galactoglucomananos (figura 18) moleacutecula linear cadeia cam resiacuteduos de D-glucopiranose e D- -4) Difere da celulose pela presenccedila dos resiacuteduos de manose A razatildeo manosilglucosil eacute geralmente 3 A cadeia de glucomanano apresenta curtas ramificaccedilotildees resiacuteduos de D-
-6) aos resiacuteduos de manose Arabino-4-O-metilglucuronoxilano poliacutemero linear de D-xilose unidos por
-4) com cadeias laterais de dois tipos resiacuteduos de 4-O-metil D-glucurocircnico unidos agrave xilose po -2) ou resiacuteduos de L-arabinose unidos
-3) () 4-O-metilglucuronoxilano cadeia de resiacuteduos de D-xilopiranose unidos por
-4) e substituiacutedo por resiacuteduos de 4-O-metil-D-glucurocircnico unidos por ligaccedilatildeo -2) na cadeia de xilose
Glucomananos semelhantes agrave estrutura de galactoglucomananos com a glucose e -4)
Xilanos de parede secundaacuteria de gramiacuteneas () aparece grande variedade de cadeias laterais curtas1-4) D-xilano) incluindo
L-arabinofuranose no carbono 2 ou 3 da xilose - D -glucosano e -O-metil-D-glucuronopiranose no carbono 2 da xilose
cadeias laterais mais complexa contendo galactose e xilose Glucanos de cadeias mistas (1-3) e (1-4) -D-14-glucano
-16 por resiacuteduos de D- -D-galactopiranosiacutedeos-(12)-D-xilopiranosiacutedeos (figura 22) Exceto pela ausecircncia de terminais fucosil -L- -D-galactosiacutedeos existe uma grande semelhanccedila entre xiloglucanos de reserva (em sementes) e xiloglucanos estruturais de paredes primaacuterias Teriam funccedilotildees no controle da embebiccedilatildeo de aacutegua e xeroproteccedilatildeo Foi proposta uma nomenclatura para os blocos estruturais de xiloglucano com base na cadeia principal Glucoses natildeo substituiacutedas satildeo
30
denominadas G glucoses ramificadas com xilose satildeo denominadas X e se a galactose estaacute ligada agrave xilose o trissacariacutedeo eacute denominado L As proporccedilotildees entre estas unidades demonstraram a existecircncia de estruturas finas (distribuiccedilatildeo das ramificaccedilotildees de galactose) especiacuteficas entre as diferentes espeacutecies e entre populaccedilotildees de mesma espeacutecie crescidas em diferentes ambientes Apesar das diferenccedilas em estrutura fina todos os xiloglucanos de sementes examinados apresentam proporccedilatildeo de monossacariacutedeos muito proacutexima preservando desse modo o total de ramificaccedilotildees com galactose de forma independente da sua distribuiccedilatildeo Jaacute foram isoladas as quatro principais enzimas responsaacuteveis pela degradaccedilatildeo de xiloglucano em Tropaeolum majus sendo uma endo- -14-glucanase especiacutefica para xiloglucano ou xiloglucano endo-transglicosilase (XET)
- -xilosidase ou oligoxiloglucano exo-hidrolase especiacutefica para oligossacariacutedeos de
-glucosidase No modelo proposto por Crombie et al (1998) as quatro enzimas atacam o poliacutemero de um modo sincronizado produzindo galactose glucose e xilose livres Embora nenhuma evidecircncia direta indique ainda que os xiloglucanos de sementes tenham dupla funccedilatildeo esta proposiccedilatildeo pode ser feita com base no fato de que os xiloglucanos possuem propriedades hidrodinacircmicas muito semelhantes agraves encontradas em galactomananos isto eacute os xiloglucanos teriam funccedilotildees no controle da embebiccedilatildeo de aacutegua e xeroproteccedilatildeo Eacute interessante observar que as relaccedilotildees entre estrutura e funccedilatildeo em xiloglucano estatildeo nas mudanccedilas de estrutura fina que satildeo tambeacutem relacionadas com o posicionamento das galactoses na moleacutecula
O grau de ramificaccedilatildeo dos mananos define suas relaccedilotildees estrutura-funccedilatildeo Quanto menos ramificado maior a indicaccedilatildeo de que a funccedilatildeo bioloacutegica estaacute relacionada com a dureza e a proteccedilatildeo do embriatildeo Por outro lado quanto maior o grau de ramificaccedilatildeo mais soluacutevel o polissacariacutedeo e maior a participaccedilatildeo deste em funccedilotildees como as relaccedilotildees hiacutedricas
Mananos e galactomanos satildeo moleacuteculas multifuncionais desempenhando suas funccedilotildees durante fases distintas do crescimento e desenvolvimento das plantas
Mananos puros satildeo artificialmente definidos como contendo mais de 90 de
natildeo o restante estar ramificado com galactose Satildeo estruturalmente relacionados aos galactomananos apenas apresentando um grau menor de ramificaccedilatildeo com galactose Abaixo de 10 de ramificaccedilotildees os mananos tornam-se insoluacuteveis e precipitam rapidamente em soluccedilatildeo aquosa Assim os mananos satildeo estruturalmente relacionados aos galactomananos apenas apresentando um grau menor de ramificaccedilatildeo com galactose Os mananos portanto apresentam alto grau de interatividade intermolecular formando cristais na parede celular o que
31
confere dureza e diminui sua solubilidade Satildeo encontrados em endospermas de sementes de espeacutecies como Phoenix dactylifera Phytelephas macrocarpa e Coffea arabica Aparentemente tem outras funccedilotildees aleacutem de reserva eles conferem dureza agraves sementes que os acumulam e isso pode ser associado com um sistema de proteccedilatildeo do embriatildeo contra danos mecacircnicos Sendo assim os mananos exerceriam as funccedilotildees de constritor e protetor mecacircnico do embriatildeo e tambeacutem de polissacariacutedeos de reserva
Galactomananos satildeo compostos por uma cadeia linear de resiacuteduos de manose -14 agrave qual resiacuteduos de galactose estatildeo unidos
em endospermas de sementes de leguminosas A razatildeo manosegalactose e a distribuiccedilatildeo dos resiacuteduos de galactose ao longo da cadeia de manose variam de espeacutecie para espeacutecie sendo importante para estudos quimiotaxonomicos e evolutivos As trecircs famiacutelias de Leguminosae podem ser distinguidas utilizando-se este paracircmetro A mobilizaccedilatildeo de galactomananos foi estudada em leguminosas
-galactosidase endo- --manosidase) confirmando que a mobilizaccedilatildeo do galactomanano
ocorre atraveacutes da hidroacutelise Em todos os casos estudados o polissacariacutedeo eacute desmontado ateacute seus monossacariacutedeos constituintes (manose e galactose) ao mesmo tempo em que haacute produccedilatildeo de sacarose Aleacutem do papel de reserva o galactomanano influencia no fluxo de aacutegua devido a sua maior solubilidade nos primeiros estaacutegios da germinaccedilatildeo Este polissacariacutedeo absorve grande quantidade de aacutegua e redistribui ao redor do embriatildeo O endosperma embebido protege o embriatildeo contra perda de aacutegua atraveacutes de um efeito conhecido como ldquotampatildeo de aacuteguardquo durante periacuteodos de seca poacutes-embebiccedilatildeo
5 FATORES ANTINUTRITIVOS DE NATUREZA GLUCIacuteDICA
a Linamarina carboidratos cianogecircnio encontrado em certas variedades
Mecanismo de detoxicaccedilatildeo da planta
CN + S2O3 = SCN
+ SO3 =
O tiocianato (SCNmacr) impede a captaccedilatildeo de iodo pela tireoacuteide causando o boacutecio
A intoxicaccedilatildeo crocircnica com cianeto (CNmacr) acarreta a Neuropatia Tropical que se caracteriza
por alteraccedilatildeo irreversiacuteveis das ceacutelulas nervosas provocando falta de coordenaccedilatildeo dos
movimentos e uma apatia generalizada A ocorrecircncia de boacutecio no litoral nordeste brasileiro
pode ser atribuiacutedo ao elevado consumo de produtos de mandioca
b Fatores causadores de flatulecircncia Muitos legumes ( feijatildeo soja etc ) apresenta os
oligossacariacutedios rafinose estaquiose e verbascose que escapam aacute digestatildeo por natildeo
32
termos a enzima galactosidase natildeo sendo pois absorvidos ao niacutevel do intestino
delgado As bacteacuterias do intestino grosso metabolizam esses accedilucares produzindo CO2
H2e abaixando o ph Satildeo pois responsaacuteveis pela flatulecircncia quando daacute ingestatildeo de
legumes
c Glucosinolatos Substacircncias encontradas nas cruciacuteferas especialmente do gecircnero
Brassica que diminuem o valor bioloacutegico dos alimentos Manifestam atividades
bociacutegena acarretando hipertrofia das tireoacuteides Satildeo comumente encontradas em couve
repolho nabo mostarda colza etc
El potencial terapeacuteutico de algunas verduras
Por el Dr Heacutector E Soloacuterzano del Riacuteo
Coordinador de Medicina Ortomolecular del Centro de Estudios de Medicina
Integradora de la Universidad Autoacutenoma de Guadalajara y Presidente de la Sociedad
Meacutedica de Investigaciones Enzimaacuteticas AC
El indol-3-carbinol es un producto derivado de la glucobrasicina glucosinolato tambieacuten
conocido como indol-3-glucosinolato Los glucosinolatos se encuentran principalmente en los
vegetales cruciacuteferos (broacutecoli col col de Bruselas coliflor col rizada nabos etc)
Entre las recomendaciones que se dan para seguir una buena dieta estaacute el consumir
diariamente 5 raciones de verduras frescas y 5 raciones de frutas frescas
En un antiguo tratado Romano de medicina se afirma que si aparece una uacutelcera cancerosa en
las mamas apliacutequese una hoja de col machacada y se pondraacute bien Con el machacar una hoja
de col el indol-3-glucosinolato se convertiriacutea en indol-3-carbinol entre otras reacciones
(Albert-Puleo M Physiological effects of cabbage with reference to its potential as a dietary
cancer-inhibitor and its use in ancient medicine J Ethnopharm 1983 9261-272)
El propio I-3-C no es activo Cuando el I-3-C entra en contacto con el aacutecido gaacutestrico se
convierte en sus metabolitos activos el diindoilmetano y el indoilcarbazol Por eso el I-3-C
administrado parenteralmente no produce metabolitos activos
En la actualidad sabemos que el I-3-C puede modular el metabolismo de los estroacutegenos
Tambieacuten puede tener efectos anti-aterogeacutenicos antioxidantes y anticanceriacutegenos
El I-3-C puede estimular a las enzimas naturales desintoxicantes de nuestro cuerpo
Se ha demostrado que los metabolitos estrogeacutenicos 16 alfa-hidroxiestrona y 4-hidroxiestrona
son canceriacutegenos y se cree que son responsables los posibles efectos canceriacutegenos del
estroacutegeno Por otro lado se ha descubierto que el metabolito estrogeacutenico 2-hidroxiestrona es
protectora contra varios tipos de caacutencer incluyendo el caacutencer de mamaacute Se ha demostrado que
el I-3-C aumenta la relacioacuten de 2-hidroxiestrona a 16 alfa-hidroxiestrona y tambieacuten inhibe la
4-hidroxilacioacuten del estradiol (Bailey GS Hendricks JD Shelton DW et a Enhancement of
33
carcinogenesis by the natural anti-carcinogen indole-3-carbinol J Natl Cancer Inst 1987
78931-934)
Algunos estudios han demostrado que el I-3-C restaura la funcioacuten del gen supresor p21
retrasa la propagacioacuten de ceacutelulas aberrantes de proacutestata y mama e induce la apoptosis de
ceacutelulas aberrantes
Como ya lo mencioneacute arriba el I-3-C induce la siacutentesis de 2-hidroxiestrona Se he descubierto
que la 2-hidroxiestrona inhibe la oxidacioacuten de la lipoproteiacutena de baja densidad Esto nos indica
que el I-3-C tiene un efecto antioxidante indirecto Parece que la 2-hidroxiestrona tambieacuten
tiene la capacidad de inhibir la proliferacioacuten del muacutesculo liso La inhibicioacuten de la proliferacioacuten
de muacutesculo liso y la inhibicioacuten de la oxidacioacuten de LDL son importantes para los efectos anti-
aterogeacutenicos del I-3-C
Algunas de nuestras investigaciones nos han demostrado que el I-3-C puede ser uacutetil para
inhibir la formacioacuten de quistes de papilomatosis causados por el virus del papiloma humano
incluyendo en la boca los pulmones y las cuerdas vocales
Parece que el tratamiento con I-3-C durante 12 semanas causa una regresioacuten completa de la
neoplasia intraepitelial cervical en el 50 de las pacientes con estadio II-III de la NIC (Bell
MC Crwoley Nowick P Bradlow HL et al Preliminary results of the use of indole-3-carbinol
in the treatment of CIN Gynecol Oncol 2000 78123-9)
Hay un estudio que reporta por primera vez que el I-3-C ejerce efectos anticancerosos en las
ceacutelulas tumorales pancreaacuteticas in vitro Se ha demostrado que el I-3-C inhibe el crecimiento de
varias liacuteneas de ceacutelulas cancerosas ovaacutericas lo mismo que sobre el caacutencer de mama y de
proacutestata
El ensayo mencionado se enfocoacute en los efectos anticanceriacutegenos en varios biomarcadores
moleculares y celulares del caacutencer de paacutencreas Se investigaron los efectos del I-3-C sobre la
proliferacioacuten celular la apoptosis la expresioacuten de la DT-diaforasa la expresioacuten de Cox-1 y 2
la expresioacuten de NFkappaB y sus efectos sobre la invasioacuten celular tumoral
Una de las claves acerca de la causa del envejecimiento es que los animales senectos
desarrollan autoinmunidad La autoinmunidad consiste en que el cuerpo se hace aleacutergico a sus
propias ceacutelulas y empieza a destruirlas Los autoanticuerpos provocan una respuesta
inflamatoria croacutenica Cuando los autoanticuerpos atacan por ejemplo a las articulaciones se
presenta la artritis reumatoide Se conocen aproximadamente 60 enfermedades autoinmunes
Entre eacutestas encontramos a la esclerosis muacuteltiple la alopecia areata el vitiacuteligo la espondilitis
anquilosante etc
El tratamiento convencional se basa en la administracioacuten de corticoides e inmunosupresores
lo cual causa graves efectos adversos (Alving CR Swartz GM Jr Antibodies to cholesterol
cholesterol conjugates and liposomes implications for atherosclerosis and autoimmunity Crit
Rev Immunol 199110(5)441-53
Varios estudios realizados en algunas universidades en ratones autoinmunes -- los cuales
usualmente desarrollan enfermedad renal mortal autoinmune-- mostraron buenos resultados
con el I-3-C
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El I-3-C tiene un efecto importante protector contra la autoinmunidad Las pruebas
demostraron que este complemento alimenticio redujo draacutesticamente la enfermedad renal
autoinmune Despueacutes de un antildeo todos los animales que recibieron el complemento todaviacutea
estaban vivos comparado con solamente el 30 de los controles Dos meses maacutes tarde todos
los controles habiacutean muerto mientras que muchos de los ratones que recibieron el I-3-C
sobrevivieron otros 6 meses y unos pocos sobrevivieron durante maacutes de 20 meses casi el 50
maacutes que los ratones controles
Se ha notado en forma interesante que la restriccioacuten caloacuterica podriacutea tener los mismos efectos
en los ratones autoinmunes (Ogura M Ogura H Lorenz E Ikehara S Good RA
Undernutrition without malnutrition restricts the numbers and propor tions of Ly-1 B
lymphocytes in autoimmune (MRLI and BXSB) mice Proc Soc Exp Biol Med 1990
Jan193(1)6-12) La restriccioacuten caloacuterica revierte la autoinmunidad y extiende el periacuteodo de
vida
Pues bien se cree que el I-3-C puede imitar los efectos de la restriccioacuten caloacuterica y prolongar el
periacuteodo de vida (Howitz KT Bitterman KJ Cohen HY et al Small molecule activators of
sirtuins extend Saccharomyces cerevisiae life span Nature 2003 Sep 11425 (6954)191-6
Epub 2003 Aug 24) El I-3-C y la restriccioacuten caloacuterica afectan a un proceso conocido como
metilacioacuten (Morse MA LaGreca SD Amin SG Chung FL Effects of indole-3-carbinol on
lung tumorigenesis and DNA methylation induced by 4-(methylnitrosamino)-1-(3- pyridyl)-1-
butanone (NNK) and on the metabolism and disposition of NNK in AJ mice Cancer Res
1990 May 150(9)2613-7) Puedo mencionar que la metilacioacuten es una reaccioacuten bioquiacutemica
que sucede en forma natural dentro de nuestro cuerpo Este proceso disminuye con la edad y
se altera con la autoinmunidad (Yung R Ray D Eisenbraun JK et al Unexpected effects of
heterozygous dnmt1 null mutation on age-dependent DNA hypomethylation and
autoimmunity J Gerontol A Biol Sci Med Sci 2001 Jun56(6)B268-76)
Las uacuteltimas tendencias en la investigacioacuten nutricional y oncoloacutegica estaacuten examinando coacutemo
ciertos compuestos fitoterapeacuteuticos afectan a los genes utilizando microarreglos de ADN Los
microarreglos para el I-3-C muestran que esta substancia natural ejerce un potente efecto en
los genes relacionados con el caacutencer Entre otras cosas estas substancias activan a los genes
tumorales supresores a otros genes que destruyen a las ceacutelulas cancerosas y a los genes que
nos desintoxican de agentes quiacutemicos Tambieacuten el I-3-C suprime genes que capacitan a las
ceacutelulas cancerosas a comunicarse con otras ceacutelulas Esta capacidad para entrar en las ceacutelulas
cancerosas y activar o desactivar genes es una poderosa arma contra el crecimiento del caacutencer
Esta habilidad para ejercer estos efectos sin alguna toxicidad (como lo hace el I-3-C) lo
convierte en un agente quimiopreventivo extremadamente deseable
En pocas palabras el I-3-C se usa para la prevencioacuten y tratamiento del caacutencer de mama
caacutencer de colon y otros tipos de caacutencer Tambieacuten se usa oralmente para fibromialgia
papilomatosis lariacutengea displasia cervical y en varias enfermedades autoinmunes como el
lupus eritematoso sisteacutemico Varios estudios demuestran que es uacutetil para equilibrar los niveles
hormonales desintoxicar a los intestinos y el hiacutegado y para apoyar al sistema inmunoloacutegico
35
Couve-broacutecolo - potenciais efeitos anticanceriacutegenos Ana Sofia Rodrigues (1) Eduardo Rosa (2) (1)Escola Superior Agraacuteria de Ponte de
Lima Mosteiro de Refoios 4990-706 Ponte de Lima Portugal (2) Universidade
Traacutes-os-Montes e Alto Douro Dpt Fitoteacutecnia Apartado 202 5001-911 Vila Real
Portugal
Resumo
As plantas da famiacutelia Brassicaceae incluindo a couve-broacutecolo apresentam um
grupo de compostos secundaacuterios os glucosinolatos com reconhecidas
propriedades anticanceriacutegenas especialmente os hidrolisados do glucosinolato
glucorafanina e dos glucosinolatos indoacutelicos Contudo os potenciais benefiacutecios na
sauacutede dependem das concentraccedilotildees destes compostos que por sua vez dependem
das variedades consumidas e das condiccedilotildees de crescimento da cultura
Neste estudo avaliou-se a variaccedilatildeo do teor em glucosinolatos nas inflorescecircncias
primaacuterias e secundaacuterias de onze cultivares de couve-broacutecolo em duas estaccedilotildees de
crescimento Primavera-Veratildeo e Veratildeo-Inverno Os teores em glucosinolatos
foram significativamente superiores no Veratildeo-Inverno Nesta estaccedilatildeo os teores
mais elevados ocorreram nas inflorescecircncias secundaacuterias O grupo dos
glucosinolatos indoacutelicos representou entre 19 e 77 dos totais A glucorafanina foi
o glucosinolato que surgiu em maior concentraccedilatildeo (gt500 moles100 g-1 PS) em
todas as cultivares Considerando o potencial efeito anticanceriacutegeno do
isotiocianato derivado da glucorafanina sulforafano a cultivar Shogun destaca-se
das outras por apresentar maiores teores desse glucosinolato
3- Butenilglucosinolato (GLUCONAPINA)
36
37
38
39
2- Hidroacutexi ndash3- butenil glucosinolato (PROGOITRINA)
CH2 = CH ndash CH ndash CH2 ndash NCS + HSO
4 + C6H12O6 ( - glicose)
OH
2- Hidroacutexi ndash3- butenil isotiocianato
5- Vinil oxazolidina ndash2- tiona
(5-vinil-2-tioxazolidina)
(GOITRINA)
40
Lipiacutedios
1 CONCEITO
Os lipiacutedios constituem juntamente com os carboidratos e proteiacutenas outra classe de substacircncias
consideradas como alimento Os seus representantes satildeo compostos bastante heterogecircneos das
mais variadas funccedilotildees quiacutemicas que se caracterizam pela insolubilidade em aacutegua e
solubilidade em solventes orgacircnicos (eacuteter acetona aacutelcool clorofoacutermio etc) Essa natureza
hidrofoacutebica eacute consequumlecircncia da natureza quiacutemica da moleacutecula que possui extensas cadeias de
carbono e hidrogecircnio lembrando muito os hidrocarbonetos
Satildeo considerados os mais energeacuteticos dos alimentos devido a essas cadeias hidrocarbonetadas
apresentando o aacutetomo de carbono em estaacutegio bastante reduzido isto eacute com baixo nuacutemero de
oxidaccedilatildeo devido ao baixo teor de oxigecircnio na moleacutecula
Composiccedilatildeo quiacutemica elementar () K calg________
Classe C O H N____________________
Proteiacutena 53 23 7 16 4
Carboidratos 44 49 6 _ 4
Lipiacutedios 76 11 12 _ 9___________
Constituem portanto uma excelente opccedilatildeo para a ceacutelula viva ou organismo qualquer o
armazenamento de energia quiacutemica na forma de lipiacutedios
Do ponto de vista estrutural os lipiacutedios constituem as membranas de permeabilidade
diferencial como a membrana citoplasmaacutetica e as membranas que revestem as organelas e
outras entidades de atividade bioquiacutemica especializadas (como o retiacuteculo endoplasmaacutetico o
sistema lamelar dos cloroplastos etc) Alguns representantes dessa classe ainda
desempenham funccedilotildees altamente especializadas como algumas vitaminas e a clorofila
(pigmento receptor da energia radiante no processo fotossinteacutetico)
2 CLASSIFICACcedilAtildeO
Segundo suas propriedades quiacutemicas os lipiacutedios podem ser classificados em
21 Lipiacutedios neutros gliceriacutedios monogliceriacutedios
ceras digliceriacutedios
trigliceriacutedios
22 fosfatiacutedios
23 esfingolipiacutedios
24 glicolipiacutedios
25 lipoproteiacutenas
26 terpenoacuteides carotenoacuteides
esteroacuteides
41
3 TRIGLICERIacuteDIOS
Constituem a quase totalidade da fraccedilatildeo lipiacutedios de uma dieta alimentar ou uma reaccedilatildeo
animal Eacute tambeacutem a forma pela qual os organismos animais ou vegetais armazenam parte
significativa da energia quiacutemica
Quimicamente satildeo eacutesteres do glicerol e aacutecidos graxos produtos esses que satildeo obtidos
mediante hidroacutelise dos trigliceriacutedios
As propriedades fiacutesicondashquiacutemicas os trigliceriacutedios satildeo regidas pela natureza dos aacutecidos graxos
integrantes desde que o glicerol eacute comum a todos eles
31 Hidroacutelise dos trigliceriacutedios Existem 3 modalidades de se promover a hidroacutelise dos
trigliceriacutedios
1 hidroacutelise aacutecida (reversiacutevel)
2 hidroacutelise alcalina ou reaccedilatildeo de saponificaccedilatildeo (irreversiacutevel)
3 hidroacutelise enzimaacutetica (pela accedilatildeo das liacutepases)
Da hidroacutelise alcalina resulta um sal soacutedico ou potaacutessico (conforme se use NaOH ou
KOH para a hidroacutelise) do aacutecido graxo o qual eacute denominado de sabatildeo com propriedade
detergente Para que uma substacircncia manifeste propriedade detergente a mesma deve
apresentar em sua moleacutecula uma porccedilatildeo hidrofoacutebica (apolar) e outra hidrofiacutelica (polar) Os
detergentes estabelecendo uma ponte aproximando as moleacuteculas polares (aacutegua) das
moleacuteculas apolares (gordura) promove a solubilizaccedilatildeo ou emulsificaccedilatildeo das gorduras e dos
oacuteleos
32 Aacutecidos Graxos Satildeo aacutecidos carboxiacutelicos que apresentam um radical R de natureza
graxa ou apolar R ndash COOH onde R deve se apresentar com mais de 4 aacutetomos de carbono em
estaacutegio reduzido
De um modo geral aumentando-se o nuacutemero de aacutetomos de carbono na moleacutecula
aumenta-se o ponto de fusatildeo do aacutecido graxo (ateacute 8 aacutetomos de carbono os aacutecidos carboxiacutelicos
satildeo liacutequidos com 1 e 2 aacutetomos de C satildeo volaacuteteis)
A presenccedila da dupla ligaccedilatildeo na cadeia do aacutecido graxo diminui o ponto de fusatildeo do
mesmo
42
Aacutecidos graxos Estrutura Ponto de Fusatildeo
Saturados
Laacuteurico CH3(CH2)10COOH 44deg
Miriacutestico CH3(CH2)12COOH 54deg
Palmiacutetico CH3(CH2)14COOH 63deg
Esteaacuterico CH3(CH2)16COOH 70deg
Araquiacutedico CH3(CH2)18COOH 75deg
Beecircnico CH3(CH2)20COOH 80deg
Lignoceacuterico CH3(CH2)22COOH 84deg
Natildeo-saturados
Oleacuteico CH3(CH2)7CHCH(CH2)7COOH
Vaccecircnico CH3(CH2)5CHCH(CH2)9COOH
Ricinoleico CH3(CH2)5CHOHCH2CHCH(CH2)7COOH
Linoleico CH3(CH2)4(CHCHCH2)2(CH2)6COOH
Linolecircnico CH3CH2(CHCHCH2)3(CH2)6COOH
Araquidocircnico CH3(CH2)4(CHCHCH2)4(CH2)2COOH
Pouco comuns
-alaioesteaacuterico CH3(CH2)3CHCHCHCHCHCH
Taririco (CH2)7COOH
Isacircnico CH3(CH2)10CequivC(CH2)4COOH
CH2CH(CH2)4CCCC(CH2)7COOH
CH2
Lactobacilico
Vernoacutelico
43
Os oacuteleos de origem vegetal satildeo trigliceriacutedios que apresentam elevada proporccedilatildeo de
aacutecidos graxos poliinsaturados que possuem baixo ponto de fusatildeo conferindo a esses
trigliceriacutedios o estado liacutequido aacute temperatura ambiente (20-25degC) Jaacute as gorduras de origem
animal se apresentam no estado soacutelido aacute temperatura ambiente pelo fato de haver
predominacircncia de aacutecidos graxos saturados
Uma dieta rica oacuteleos vegetais eacute aconselhaacutevel aacutes pessoas com distuacuterbios cardiovasculares
possuidoras de elevados teores de colesterol no sangue Tais problemas satildeo manifestados pela
arteriosclerose (endurecimento das arteacuterias) eou ateroesclerose (diminuiccedilatildeo da luz arterial)
Sabe-se que o colesterol no inferior da ceacutelula se encontra livre ao passo que fora dela (no
sangue por exemplo) se encontra asterificado por aacutecidos graxos Dependendo da saturaccedilatildeo do
aacutecido graxo o mesmo pode propiciar a disposiccedilatildeo do eacutester do colesterol na parede interna das
arteacuterias diminuindo a luz das mesmas causando os citados distuacuterbios cardiovasculares
Eacutester do colesterol com aacutec graxo saturado
Eacutester do colesterol com aacutecido graxo poli-insaturado
44
45
A margarina obtida pela hidrogenaccedilatildeo cataliacutetica do oacuteleos vegetais com a finalidade
de dar aos mesmos a consistecircncia soacutelida da manteiga natildeo se constitui num
substituto adequado desta quando se pretende evitar os inconvenientes da gordura
animal Isto porque a caracteriacutestica desejaacutevel dos oacuteleos vegetais (presenccedila de
aacutecidos graxos poliinsaturados) eacute alterada quando se efetua a hidrogenaccedilatildeo dos
mesmos para se obter um produto de maior ponto de fusatildeo
4 CEcircRAS
Quimicamente satildeo eacutesteres de aacutecidos graxos de cadeia longa com alcoois monohidroxilados
tambeacutem de cadeia longa (16 a 36 aacutetomos de carbono)
A cecircra de abelha (palmitado de miricila)
B cecircra de carnaacuteuba (cerotato de miricila)
Devido aacute natureza das cadeias tanto do aacutecido graxo como do aacutelcool tais compostos
satildeo bastante hidrofoacutebicos altamente insoluacuteveis em aacutegua razatildeo pela qual plantas e
animais optaram por uma camada cerosa para proteccedilatildeo e impermeabilizaccedilatildeo
Assim certas plantas apresentam uma camada de cecircra (cutiacutecula) para proteccedilatildeo da
epiderme aves aquaacuteticas efetuam a impermeabilizaccedilatildeo das penas com auxiacutelio de
mateacuteria cerosa das glacircndulas cericiacutegenas
5 FOSFATIacuteDIOS
Satildeo derivados do aacutecido fosfatiacutedico Um representante desse grupo eacute a lecitina que estaacute
associada aacutes membranas de permeabilidade diferencial com funccedilatildeo ainda pouco conhecida
talvez regendo o transporte de substacircncias atraveacutes dessas membranas
46
6 GLICOLIPIacuteDIOS
Citamos os galactolipiacutedios e sulfolipiacutedios encontrados no tecido fotossintetizador das plantas
Suas funccedilotildees natildeo satildeo bem conhecidas
7 LIPOPROTEIacuteNAS
Satildeo associaccedilotildees entre proteiacutenas e lipiacutedios especialmente fosfolipiacutedios que se arranjam
segundo a polaridade das moleacuteculas sem envolvimento de ligaccedilatildeo covalentes As membranas
de permeabilidade diferencial (citoplasmaacutetica e aquelas que revestem as organelas celulares
bem como o retiacuteculo endoplasmaacutetico e o sistema lamelar dos cloroplastos) satildeo constituiacutedos de
lipoproteiacutenas
8 TERPENOacuteIDES CAROTENOacuteIDES E OUTROS COMPOSTOS DE NATUREZA
LIPIacuteDICA
Como os lipiacutedios congregam compostos da mais variada natureza quiacutemica encontramos
representantes desempenhando funccedilotildees altamente especializadas aleacutem daquelas jaacute
mencionadas (funccedilotildees energeacutetica e estrutural)
Assim algumas vitaminas bem como pigmentos receptores de energia radiante no processo
fotossinteacutetico satildeo exemplo de lipiacutedios desempenhando outras funccedilotildees
AMINOACIDOS E PROTEINAS
AMINOAacuteCIDOS
1 CONCEITO
Como o nome indica os aminoaacutecidos satildeo compostos que carregam em suas moleacuteculas um
grupo amino (de caraacuteter baacutesico) e um grupo carboxiacutelico (de caraacuteter aacutecido) Satildeo eles as
entidades que constituem as proteiacutenas e o conhecimento de suas estruturas se reveste de um
particular interesse pelas propriedades que conferem aacute moleacutecula proteacuteica que integram
47
Ademais os aminoaacutecidos desempenham outras funccedilotildees especiacuteficas quer participando de
processos bioloacutegicos (ciclo da ureacuteia por exemplo) ou se constituindo em substrato para muitos
constituintes celulares
Os aminoaacutecidos encontrados normalmente nas proteiacutenas satildeo identificados com sendo - L-
aminoaacutecido Alfa () porque o grupo amino (-NH2) se prende ao carbono de posiccedilatildeo
adjacente aacute carboxila (-COOH) e L devido a configuraccedilatildeo do grupo amino tendo como
referecircncia o D-gliceraldeido
2 TITULACcedilAtildeO DE AMINOAacuteCIDOS E EVIDEcircNCIA DE SEU CARAacuteTER IOcircNICO
Os aminoaacutecidos via de regra satildeo soluacuteveis em aacutegua e insoluacuteveis em solventes orgacircnicos
(clorofoacutermio acetona eacuteter aacutelcool etc) Tal propriedade natildeo coaduna com a estrutura geral
formulada (R-CHNH2-COOH) Como sabe os aacutecidos carboxiacutelicos e as aminas orgacircnicas satildeo
pouco ou quase insoluacuteveis em aacutegua especialmente os compostos de cadeia alifaacutetica ou
aromaacutetica com diversos aacutetomos de carbono Outra propriedade fiacutesica interessante eacute o alto
ponto fusatildeo dos aminoaacutecidos em situaccedilatildeo oposta aos aacutecidos carboxiacutelicos e aminas que
apresentam baixo ponto de fusatildeo e bem definido
A real estrutura dos aminoaacutecidos pode ser visualizada em soluccedilatildeo considerando o seu
comportamento como eletroacutelito Assim um aminoaacutecido pelo fato de conter um grupo
carboxiacutelico e um grupo amino pode reagir tanto como uma base como um aacutecido sendo
considerado uma substacircncia anfoacutetera Se o amino aacutecido estiver dissolvido em um meio aacutecido
ele se torna carregado positivamente (migra para o caacutetodo num campo eletroforeacutetico) e se o
meio for alcalino ele se torna carregado negativamente
Para se melhor compreender o caraacuteter iocircnico dos aminoaacutecidos eacute inicialmente necessaacuterio
conhecer algumas caracteriacutesticas dos diversos grupos ionizaacuteveis Para tal estudaremos as
ionizaccedilotildees da carboxila de um aacutecido e do grupo amino de uma amina orgacircnica
21 Titulaccedilatildeo da carboxila de um aacutecido (aceacutetico) O aacutecido aceacutetico se ioniza liberando
proacuteton (H+) conforme a equaccedilatildeo
A constante de dissociaccedilatildeo (K) do aacutecido aceacutetico eacute
Para esse valor de K podemos afirmar que o aacutecido aceacutetico eacute um aacutecido fraco pois apenas uma
pequena fraccedilatildeo das moleacuteculas eacute que se ionizam proacuteton
48
Aplicando-se logariacutetimos
Quando o ph do meio for numericamente igual ao ph
Teremos
Portanto
Isto eacute as concentraccedilotildees das formas protonizada e desprotonizada se equivalem
Podemos concluir portanto que o ph de um grupo ionizaacutevel corresponde a um valor de ph no
qual coexistem as formas protonizada e desprotonizada em idecircnticas concentraccedilotildees Em outras
palavras eacute o ph que corresponde aacute semi-titulaccedilatildeo ou semi-neutralizaccedilatildeo do referido grupo
ionizaacutevel
Curva de titulaccedilatildeo do aacutecido aceacutetico
22 Titulaccedilatildeo do Grupo Amino (-NH2)
Seja a amina metilina que pode ceder proacuteton conforme a equaccedilatildeo
49
Curva de Titulaccedilatildeo da Metilamina
23 Titulaccedilatildeo de um amino aacutecido neutro (alamina)
Formas Iocircnicas
Carga eletroforeacutetica +1
Curva de titulaccedilatildeo da alamina
Problema Quais as formas iocircnicas existentes bem como as proporccedilotildees das mesmas para
alamina no pH fisioloacutegico (70)
Resposta a forma iocircnica da alamina mais abundante no pH fisioloacutegico (70) eacute a forma
=99 81 desprovida de carga eletroforeacutetica
24 Titulaccedilatildeo de um minoaacutecido dicarboxiacutelico aacutecido aspaacutertico
50
Curva de Titulaccedilatildeo do Aacutecido Aspaacutertico
3 Curva de titulaccedilatildeo obtida quendo 20 ml de aacutecido aspaacutertico HCI01M satildeo titulados com
NaOH01M
Problema Calcular as proporccedilotildees das formas iocircnicas do aacutecido aspaacutertico existentes no pH
fisioloacutegico (Ph=70)
PH=Pk+log R
PH=70
PK=pK3=98 (o mais proacuteximo de 70) do grupo -amino
R= cone da forma protonizada em relaccedilatildeo ao grupo amino= IV
coc da forma protonizada em relaccedilatildeo ao grupo amino III
Substituindo
7 = 98 +log IV
III
7 = 98 + log R
log R = 7-98 = -28
log 1 = 28
R
1 =629 ou R = _1_ =
R 629
R = __1_ = IV
51
629 III
III = 629 IV
III + IV = 100 (1)
substituindo o valor de III em (1) temos
629 IV ldquo+ IV = 100
630 IV = 100
IV = _100_ = 016
630
[III] = 629 X 016 (01587301)
[III] = 9984
Resposta A forma mais abundante (9984) eacute a forma III carregada negativamente
25 Titulaccedilatildeo de um aminoaacutecido baacutesico (lisina)
Problema Qual eacute e em que proporccedilatildeo se apresenta a forma iocircnica mais abundante do
aminoaacutecido lisina no pH fisioloacutegico (70)
PH = pK + log R
PH = 70
PK = Pk2 = 90 ( o mais proacuteximo de 70 corresponde ao grupo -amino)
R = conc da forma desprotonizada em relaccedilatildeo ao grupo -amino = [III]
conc da forma protonizada em relaccedilatildeo ao grupo -amino [II]
Substituindo
52
70 = 90 + log R
log R=70 ndash 90 = -20
log 1 = 2
R
1= 100 ou R = _1__
R 100
Portanto R = __1__ = _[III]_ ou
100 [II]
[II] =100 [III]
[II] + [III] = 100 (1)
Substituindo o valor de [II] em (1)
100 [III] + [III] = 100
101 [III] = 100[III] = _100_ = 099
101
Logo [II] = 100 X 099 = 99
Resposta A forma iocircnica mais abundante eacute a forma II na proporccedilatildeo de 99
Resumindo o que se observou para os 3 aminoaacutecidos temos
Aminoaacutecido pI forma iocircnica predominante no pH fisioloacutegico (70)
Neutro 7 sem carga eletroforeacutetica
Aacutecido lt 7 carregado negativamente
Baacutesico gt 7 carregado positivamente
4 CLASSIFICACcedilAtildeO DOS AMINOAacuteCIDOS
Os aminoaacutecidos satildeo classificados segundo a natureza do radical R vaacuterios criteacuterios de
classificaccedilatildeo podem ser adotados Assim quanto aacute estrutura do radical R eles podem ser
classificados em
a aminoaacutecidos alifaacuteticos
b aminoaacutecidos aromaacuteticos
c aminoaacutecidos heterociacuteclicos
53
Mais significativa entretanto eacute a classificaccedilatildeo baseada na polaridade do radical R uma vez
que ela enfatiza o papel funcional que cada aminoaacutecido desempenha na proteiacutenaAssim os 20
aminoaacutecidos comumente encontrados nas proteiacutenas satildeo classificados em
31 Aminoaacutecidos com Radical R natildeo Polar ou Hidrofoacutebico
32 Aminoaacutecidos com Radical R Polar sem Carga no pH Fisioloacutegico
A maioria desses aminoaacutecidos tem um radical polar que pode participar de pontes de
hidrogecircnio alguns possuem o grupo hidroxila (-OH) outros a sulfidrila (-SH) enquanto
asparagina e glutamina possuem grupos amida A glicina embora desprovida de radical R eacute
considerada uma moleacutecula polar pelo fato dos grupos amino e carboxila representar grande
parte da massa da moleacutecula
33 Aminoaacutecidos com Radical R Polar Carregados Negativamente no pH Fisioloacutegico
Nesta classe estatildeo aminoaacutecidos dicarboxiacutelicos
33 Aminoaacutecidos com Radical R Polar Carregado Positivamente no pH Fisioloacutegico
Trecircs aminoaacutecidos satildeo incluiacutedos nesta categoria lisina (com grupo adicional E ndash amino com
pK = 105 arginina com o grupo guanidiacutenico de pK = 125 e a histidina com o grupo imidazol
com pK = 60)
54
Outros aminoaacutecidos aleacutem desses podem ser encontrados Assim L-hidroxilisina e L-
hidroxiprolina sccedilao abundantes no colaacutegeno apenas e por isso denominados de aminoaacutecidos
proteacuteicos raros
Muitos aminoaacutecidos natildeo satildeo encontrados em proteiacutenas mas ocorrem na forma livre Satildeo os
aminoaacutecidos natildeo proteacuteicos que atualmente satildeo em nuacutemero de aproximadamente 200
encontrados comumente no reino vegetal Alguns desempenham funccedilotildees conhecidas (como a
ornitina e citrulina que participam do ciclo da ureacuteia em plantas e animais e a beta ndash alanina
que faz parte da estrutura do aacutecido pantotecircnico) enquanto a maioria natildeo tem uma funccedilatildeo
fisioloacutegica definida Alguns deles se mostram toacutexicos para animais e humanos como o aacutecido
- diaminobutiacuterico encontrado nas sementes da Lathirus sativus o qual causa o
Neurolatirismo (fraqueza muscular a paralizia dos membros inferiores)
Citrulina encontrado pela 1ordf vez em Citrullus vulgaris melancia
PROTEIacuteNAS
1 CONCEITO
Satildeo poliacutemeros formados pela uniatildeo dos aminoaacutecidos unidos que satildeo pela ligaccedilatildeo peptyacutedica
Tais poliacutemeros apresentam peso molecular entre 10000 a alguns milhotildees de Daltons
A ligaccedilatildeo peptiacutedica eacute aquela que se estabelece entre a carboxila (-COOH) de aminoaacutecido com
o grupo amino (-NH2) de outro aminoaacutecido
55
A ligaccedilatildeo peptiacutedica eacute de natureza covalente Se une dois aminoaacutecidos teremos um dipeptiacutedio
se une trecircs um tripeptiacutedio e assim por diante As proteiacutenas podem ser consideradas
polipeptiacutedios
2 NIacuteVEIS ESTRUTURAIS BAacuteSICOS
A cadeia polipeptiacutedica busca um estado de maior estabilidade termodinacircmica que eacute atingido
apoacutes rearranjos levando a proteiacutena aacute niacuteveis estruturais complexos Tais niacuteveis podem ser
estendidas como as seguintes estruturas
3 Estrutura primaacuteria eacute a sequumlecircncia de aminoaacutecidos na cadeia polipeptiacutedica Eacute mantida
pela ligaccedilatildeo peptiacutedica
Com os 21 aminoaacutecidos normalmente encontrado nas proteiacutenas podemos arranja-los formando
polipeptiacutedios com 100 ateacute alguns milhares de aminoaacutecidos Tais arranjos permitem a formaccedilatildeo
de um nuacutemero extremamente grande de diferentes moleacuteculas protecircicas que possivelmente
possam existir
22 Estrutura Secundaacuteria a cadeia polipeptiacutedica pode adquirir a forma de uma espiral
voltada aacute direita estrutura essa chamada de - heacutelice eacute estabilizada por pontes de hidrogecircnio
que se estabelece entre o grupo carbonilo (=C=O) de uma ligaccedilatildeo peptiacutedica com o grupo
imido (=NH) da 3ordf ligaccedilatildeo peptiacutedica na sequumlecircncia regular da cadeia A estrutura secundaacuteria
tambeacutem pode se manifestar na forma de ldquofolha pregueadardquo
23 Estrutura Terciaacuteria diz respeito ao dobramento da cadeia polipeptiacutedica sobre se mesma
se enovelando e adquirindo uma chamada estrutura globular mais compacta A manutenccedilatildeo
de tal estrutura eacute atribuiacuteda aacutes diferentes reatividades dos radicais R dos aminoaacutecidos
componentes e tal estrutura estaacute intimamente relacionada com as propriedades cataliacuteticas das
proteiacutenas biologicamente ativas como as enzimas
Entre as ligaccedilotildees envolvendo os radicais R e responsaacuteveis pela estruturaccedilatildeo terciaacuteria
podemos observar
a ligaccedilotildees ou interaccedilotildees eletrostaacuteticas ndash entre a carboxila dissociada (-COO-) e grupos
protonizados (amino guanidino ou amidazol)
b pontes de hidrogecircnio
c interaccedilatildeo hidrofoacutebica
56
d interaccedilatildeo dipolo ndash dipolo com radicais de polarizaccedilatildeo semelhantes)
e ligaccedilatildeo ou ponte de dissulfeto (ligaccedilatildeo covalente que se estabelece entre 2 aacutetomos de S
de dois resiacuteduos de cisteiacutena)
Alguns tipos de ligaccedilotildees natildeo ndash covalentes que estabilizam a estrutura proteacuteica
a) interaccedilatildeo eletrostaacutetica b) ligaccedilatildeo de hidrogecircnio entre resiacuteduos de tirosina e
grupos carboxiacutelicos nas cadeias laterais c)interaccedilatildeo hidrofoacutebica de cadeias
laterais natildeo ndash polares causada pela muacutetua repulsatildeo de solventes d) interaccedilatildeo
dipolo ndash dipolo e) ligaccedilatildeo de dissulfeto uma ligaccedilatildeo covalente [De acordo
com C B Anfinsen The Molecular Basic of Evolution John Wiley and Sons
Nova Iorque p 1021959]
Representaccedilatildeo esquemaacutetica das cadeias polipeptiacutedicos de proteiacutenas bem definidas C indica o
carboxilo de aminoaacutecido terminal N grupo amino livre do aminoaacutecido terminal os nuacutemeros
em parecircnteses satildeo os radicais de aminoaacutecidos -S- ligaccedilotildees de dissulfeto
24 Estrutura Quaternaacuterias eacute apresentada por apenas algumas proteiacutenas e quase sempre
biologicamente ativas tal estruturaccedilatildeo pode ser definida como o grau de polimerizaccedilatildeo de
unidades proteacuteicas formando diacutemeros triacutemeros tetracircmeros etc As forccedilas que manteacutem a
estrutura quaternaacuteria satildeo as mesmas responsaacuteveis pela manutenccedilatildeo da estrutura terciaacuteria Em
alguns casos caacutetions metaacutelicos (Ca++
K+ Mg
++ Mn
++ etc) auxiliam a manutenccedilatildeo da
estrutura quaternaacuteria
Assim a fosforilase ldquoardquo (tetracircmero) eacute formada pela uniatildeo de 4 subunidade proteacuteicas e
manifesta atividades cataliacutetica Jaacute na forma de diacutemero (fosforilase ldquobrdquo) a mesma eacute inativa
Um tetracircmero de unidades proteacuteicas ilustrado quaternaacuteria de uma proteiacutena globular complexa
3 DESNATURACcedilAtildeO DAS PROTEIacuteNAS
Vem a ser qualquer desarranjo nas estruturas secundaacuterias terciaacuterias ou quaternaacuteria de uma
proteiacutena As enzimas assim que desnaturadas perdem a atividade cataliacutetica Os agentes
57
desnaturantes das proteiacutenas satildeo aacutecidos bases forccedila iocircnica elevada calor solventes orgacircnicos
(apolares) agitaccedilatildeo mecacircnica etc
4 HIDROacuteLISE DAS PROTEIacuteNAS
Eacute o rompimento das ligaccedilotildees peptiacutedicas que manteacutem a estrutura primaacuteria e pode ser efetuada
por aacutecidos bases ou enzimas (genericamente denominadas de proteases ou enzimas
proteoliacuteticas) Tal hidroacutelise liberta os aminoaacutecidos na forma livre os quais podem ser
identificados e quantificados conhecendo-se assim a composiccedilatildeo aminoaciacutedica das proteiacutenas
5 FUNCcedilOtildeES BIOLOacuteGICAS DAS PROTEIacuteNAS
Devido ao nuacutemero incriacutevelmente elevado de diferentes moleacuteculas proteacuteicas que podem ser
fabricadas pelos organismos cujas propriedades seratildeo reflexo direto da sequumlecircncia de
aminoaacutecidos na cadeia polipeptiacutedica a natureza aproveitando-se desta particularidade atribui
inuacutemeras funccedilotildees para as proteiacutenas Assim podemos identificar classes de proteiacutenas de acordo
com suas funccedilotildees bioloacutegicas
51 Enzimas proteiacutenas com atividade cataliacuteticas acelerando reaccedilotildees no interior da ceacutelula
52 Proteiacutenas de Transporte A Hemoglobina transporta oxigecircnio lipoproteiacutenas do
plasma transportam lipiacutedios A passagem de iacuteons e outras substacircncias atraveacutes das
membranas (de permeabilidade diferencial) eacute auxiliada por proteiacutenas de transporte
53 Proteiacutenas Nutritivas ovoalbumina caseiacutena ferritina (armazenadora de ferro) etc
54 Proteiacutenas Contraacutecteis Actina miosina tubulina (dos ciliados e flagelados)
55 Proteiacutenas Estruturais colaacutegeno elastina fibroinas queratina etc
56 Proteiacutenas de Defesa imunoglobulinas (anticorpos) fibrinogecircnio e trombina
57 Proteiacutenas Reguladoras hormocircnios e repressores (regulam a siacutentese de enzimas)
6 CLASSIFICACcedilAtildeO DAS PROTEIacuteNAS
Diversos criteacuterios podem ser adotadas para a classificaccedilatildeo das proteiacutenas todos eles algo
subjetivo
61 Quanto aacute composiccedilatildeo
a proteiacutenas simples - quando formadas apenas de aminoaacutecidos (albuminas globulinas)
b proteiacutenas conjugadas ndash quando apresentam uma porccedilatildeo natildeo proteacuteica (denominado de
grupo prosteacutetico) precircso aacute cadeia polipeptiacutedica
proteiacutena conjugada grupo prosteacutetico glicoproteiacutena carboidrato
lipoproteiacutena lipiacutedios
nucleoproteyacutena aacutecido nucleacuteico
metaloproteiacutena metal
______________________________________________
58
62 Quanto aacute conformaccedilatildeo
a proteiacutenas globulares ndash aqueles cuja cadeia polipeptiacutedica se dobrou
consideravelmente adquirindo a forma esfeacuterica ou globular geralmente com os
radicais polares dos aminoaacutecidos na superfiacutecie externa e os apolares voltados para o
interior Em consequumlecircncia essas proteiacutenas globulares satildeo soluacuteveis no sistemas aquosos
e se difundem facilmente Enzimas hormocircnios e anticorpos satildeo exemplos de proteiacutenas
globulares e para a manifestaccedilatildeo de suas atividades bioloacutegicas a solubilidade eacute uma
propriedade desejada
b Proteiacutena fibrosas ndash essas proteiacutenas podem ser subdivididas em 3
classes segundo a estrutura detalhada das mesmas
- - heacutelice de passo direito (queratina da pele pecirclo unhas)
- folha - pregueada (seda)
- heacutelice tripla (coleacutegeno)
Tais proteiacutenas satildeo altamente insoluacuteveis caracteriacutestica necessaacuteria para as suas funccedilotildees
bioloacutegicas
7 FATORES ANTINUTRICIONAIS DE NATUREZA PEPTIacuteDICA
Os gratildeos de algumas leguminosas como feijatildeo e soja apresentam peptiacutedios de baixo peso
molecular que possuem habilidade de inativar as enzimas digestivas - amilase e a tripsina
Tais peptiacutedios jaacute identificados satildeo denominados de fator ldquoanti-amilaserdquo e fator ldquoanti-tripsinardquo
e satildeo responsaacuteveis pelo menos em parte pelo efeito toacutexico observado quando da indigestatildeo de
feijatildeo cru especialmente em animais domeacutesticos felizmente esses fatores antinutricionais satildeo
desnaturados pelo calor de modo que o cozimento dos alimentos destroacutei essa atividade
antitriacuteptica e antiamilaacutesica de muitos gratildeos de legumes e de alguns cereais Em alguns
legumes esses fatores satildeo termoestaacuteveis
59
QUESTIONAacuteRIO
1 Qual eacute o objetivo da Bioquiacutemica
2 O que vem a ser metabolismo
3 O que eacute um carboidrato
4 O que eacute uma ligaccedilatildeo hemiacetal O que eacute uma ligaccedilatildeo glicosiacutedica
5 O que vem a ser um accediluacutecar redutor
6 Por que a sacarose natildeo eacute redutora
7 Por que a ceacutelula prefere armazenar como reserva energeacutetica
carboidrato na forma de polissacariacutedio
8 Quais os fatores antinutricionais de natureza gluciacutedica encontrados
na mandioca nas cruciacuteferas e nos legumes O que causam tais
substacircncias
9 Cite carboidratos desempenhado funccedilatildeo estrutural e energeacutetica em
animais e vegetais
10 O que eacute um lipiacutedio
11 Por que satildeo os mais energeacuteticos dos alimentos
12 O que resulta da hidroacutelise de um trigliceriacutedio
13 Qual a relaccedilatildeo entre a resistecircncia aacutes geadas e a proporccedilatildeo de
aacutecidos graxos poliinsaturados nas membranas dos vegetais
14 Por que os oacuteleos vegetais satildeo recomendados aqueles que
apresentam distuacuterbios cardiovasculares
15 Como se classificam os lipiacutedios
16 A margarina eacute boa substituta da manteiga quando se pretende
evitar os inconvenientes da gordura animal
17 Cite lipiacutedios desempenhando funccedilatildeo estrutural funccedilatildeo energeacutetica
e outra funccedilatildeo especiacutefica
18 Por que os aminoaacutecidos satildeo estruturas polares
19 Qual eacute o significado do pk de um grupo ionizaacutevel
20 Cite alguns aminoaacutecidos natildeo proteacuteicos
21 Cite um aminoaacutecido toacutexico onde eacute encontrado e qual o distuacuterbio
de sua ingestatildeo
22 O que eacute uma ligaccedilatildeo peptiacutedica e como pode ser rompida
23 O que vem a ser estrutura primaacuteria secundaacuteria e terciaacuteria de uma
proteiacutena e quais as ligaccedilotildees que as manteacutem
24 O que vem a ser desnaturaccedilatildeo de uma proteiacutena e quais os agentes
que efetuam tal desnaturaccedilatildeo
60
ENZIMAS
1 INTRODUCcedilAtildeO
Uma peculiaridade interessante da ceacutelula viva eacute a de permitir que em seu interior ocorram
reaccedilotildees complexas a uma velocidade razoaacutevel aacute temperatura do meio Tais reaccedilotildees natildeo
ocorreriam ou se processariam muito lentamente aquela temperatura se na ausecircncia da ceacutelula
Isso eacute possiacutevel devido a presenccedila de catalizadores bioloacutegicos as enzimas ou biocatalizadores
As enzimas satildeo proteiacutenas sintetizadas pela proacutepria ceacutelula que aceleram reaccedilotildees
termodinamicamente possiacuteveis natildeo alterando a constante de equiliacutebrio (k) e nem a variaccedilatildeo de
energia livre da reaccedilatildeo (G) Como catalizadores operam em concentraccedilotildees extremamente
baixas em relaccedilatildeo aacute quantidade de substrato transformada
Sendo uma proteiacutena a enzima perde a sua atividade cataliacutetica assim que desnaturada (a
enzima fica inativa) Outra propriedade das enzimas vem a ser a sua especificidade milhares
de diferentes enzimas ocorrem no interior da ceacutelula
2 MODALIDADE DE SE AUMENTAR A VELOCIDADE DE UMA
REACcedilAtildeO
21 Pelo Aumento da Temperatura o aumento de temperatura causa um aumento na energia
cineacutetica das moleacuteculas (Ec) tornando-as mais aptas a transpor a barreira energeacutetica
estabelecida pela energia de ativaccedilatildeo (Ea)
22 Pela Diminuiccedilatildeo da Energia de Ativaccedilatildeo A energia de ativaccedilatildeo eacute uma quantidade de
energia que deve ser fornecida aacutes moleacuteculas reagentes para atingir o estado excitado e se
iniciar a reaccedilatildeo Supotildee-se que as enzimas como os demais catalizadores diminuam a energia
de ativaccedilatildeo requerida para que a reaccedilatildeo ocorra
Hidroacutelise da ureacuteia
CO (NH2)2 + H2O __H+__ CO2 + 2 NH3 Ea= 24600 calmol
CO (NH2)2 + H2O _ureacutease CO2 + 2 NH3 Ea= 6800 calmol
Decomposiccedilatildeo da aacutegua oxidada
H2O2 __Fe + +__ H2O + 1 O2 Ea= 10100 calmol
2
H2O2 __catalase__ H2O + 1 02 Ea= 1700 calmol
2
61
3 EQUACcedilAtildeO DE MICHAELIS ndash MENTEN
No inicio da reaccedilatildeo (tempo zero) existe apenas enzima e substratoApoacutes um lapso de tempo
ocorre a formaccedilatildeo do complexo enzima-substrato e daiacute a dissociaccedilatildeo do mesmo para formar o
produto da reaccedilatildeo (P) Durante o transcurso da reaccedilatildeo o produto deve ser formado com uma
velocidade constante estando a reaccedilatildeo no seu estado de equiliacutebrio dinacircmico
Para que a velocidade de formaccedilatildeo de produto seja constante a concentraccedilatildeo do complexo
enzima-substrato (ES) igualmente deveraacute ser constante
Para que [ES] seja constante a velocidade de sua dissociaccedilatildeo (v2+v3)
Experimentalmente em laboratoacuterio podemos controlar a concentraccedilatildeo de substrato [S] e a
concentraccedilatildeo de enzima adicionada [E]
Seja portanto
[E] = concentraccedilatildeo de enzima adicionada
[S] = concentraccedilatildeo de substrato
[ES] = concentraccedilatildeo do complexo enzima-substrato no estado de equiliacutebrio dinacircmico
[E] = [ES] = concentraccedilatildeo de enzima livre
Sabemos que V1= V2+V3 (I) para que [ES] seja constante
V1 = K1 [E] ndash [ES][S]
V2 = K2 [ES]
V3-K3 [ES] = velocidade de formaccedilatildeo de produto = v (medida experimentalmente)
Substituindo em I
K1 [E] ndash [ES] [S] = K2 [ES] + K3 [ES]
K1 [E] [S] - K1 [ES] [S] = [ES] (K2 + K3)
Dividindo-se por K1
[E] [S] ndash [ES] [S] = [ES] K2 + K3
K1
K2 + K3 = Km (constante de Michaelis)
K1
[E] [S]ndash [ES] [S] = [ES] Km
[ES] Km + [ES] [S] = [E] [S]
[ES] (Km + [S]) = [E] [S]
[ES] = _[E] [S]_
Km + [S]
Multiplicando-se ambos os membros por K3 teremos
K3 [ES] = _K3 [E] [S]_
62
Km + [S]
Ora K3 [ES] = V (Velocidade de formaccedilatildeo de produto a qual eacute medida experimentalmente)
K3 [E] = Vm (Velocidade maacutexima de reaccedilatildeo quando toda enzima adicionada [E] estiver na
forma do complexo enzima-substrato bdquoES Nessa ocasiatildeo [ES] = [E] ou seja eacute a maacutexima
concentraccedilatildeo do complexo enzima-substrato que se pode conseguir)
Logo V = _Vm [S]_
Km + [S]
Esta eacute uma equaccedilatildeo de hipeacuterbole quadraacutetica que representa ou melhor que se ajusta bem ao
tipo de curva observada experimentalmente
Assim lim _Vm [S]_ = 00 (indeterminaccedilatildeo matemaacutetica)
S Km + [S] 00
Levantando-se indeterminaccedilatildeo (dividindo-se por [S])
Lim _____Vm_____ ____Vm____
_Km _+ __[S]__ = lim Vm
[S] [S] S 00 _Km_ + 1
[S]
Ou seja aacute medida que a concentraccedilatildeo de substrato tende para o infinito (00) a velocidade de
reaccedilatildeo tende para a velocidade maacutexima
Quando V= Vm teremos
2
Vm = __Vm [S]__
Km + [S]
2 [S] = Km + [S] ou Km = [S]
Donde se conclui que para uma velocidade de reaccedilatildeo igual metade da velocidade maacutexima
(_Vm_) a concentraccedilatildeo de substrato corresponde numericamente aacute constante de Michaelis
2
(Km) Concluiacutemos tambeacutem que Km eacute a concentraccedilatildeo de semi-saturaccedilatildeo dos siacutetios ativos da
enzima Portanto a constante de Michaelis pode ser bioquimicamente interpretada como
sendo
a concentraccedilatildeo de substrato que satura 50 dos siacutetios ativos da enzimas presentes
b Um valor cujo inverso mede a afinidade entre a enzima e o substrato
c Um valor muito proacuteximo da constante de dissociaccedilatildeo do complexo enzima-substrato
63
A velocidade maacutexima (Vm) eacute aquela atingida quando toda enzima (100) estiver na forma do
complexo enzima-substrato ou seja quando todos os siacutetios ativos possuiacuterem substrato alojado
em seu interior Dizendo que foi atingida a saturaccedilatildeo dos siacutetios ativos
RETIFICACcedilAtildeO DA HIPEacuteRBOLE = TRANSFORMACcedilAtildeO DE LINEWEAVER E BURK
Experimentalmente eacute muito mais simples trabalhar uma equaccedilatildeo de reta do que curva
hiperboacutelica Daiacute a retificaccedilatildeo da hipeacuterbole
V = _Vm [S]_
Km + [S]
Tornando-se o inverso
_1_ = _Km + [S]_
V Vm [S]
_1_ = ___Km___ + ___[S]___
V Vm [S] Vm [S]
_1_ = _Km_ _1_ + _1_ (I)
V Vm [S] Vm
_1_ = variaacutevel dependente
V
_1_ = variaacutevel independente
[S]
_Km_ = coeficiente angular
Vm
_1_ = coeficiente linear
Vm
Para _1_ = 0 teremos a intersecccedilatildeo no eixo de _1_
V [S]
_1_ = - _Km_ x0 + __1__ _1_ = __1__
Vm Vm Vm V Vm
Por intermeacutedio deste tipo de anaacutelise graacutefica determinamos experimentalmente os paracircmetros
Km para uma reaccedilatildeo enzimaacutetica
64
4 FATORES QUE AFETAM A VELOCIDADE DE UMA REACcedilAtildeO
ENZIMAacuteTICA
41 Efeito da Concentraccedilatildeo de Enzima
A velocidade maacutexima (Vm) eacute proporcional aacute concentraccedilatildeo de enzima [E] mas Km constante
que independe da concentraccedilatildeo de enzima
42 Efeito da Concentraccedilatildeo de Substrato foi estudado na equaccedilatildeo de Michaelis-Menten
43 Efeito da Concentraccedilatildeo Hidrogenioiocircnica (Ph) Em valores extremos de pH (maiores
que 10 e menores que 3) ocorre o efeito desnaturante do aacutecido ou da base sobre a enzima
igualmente o efeito da forccedila iocircnica elevada pode desnaturar a enzima
Jaacute em regiotildees proacuteximas ao pH oacutetimo pequenas alteraccedilotildees no pH acarretam alteraccedilotildees na
configuraccedilatildeo espacial dos siacutetios ativos facilitando ou dificultando a entrada do substrato no
mesmo
O pH no interior da ceacutelula estaacute ao redor da naturalidade (pH = 6 ou 7) sendo adequado para a
maioria das enzimas A ceacutelula regula o metabolismo exercendo um controle sobre o pH em
algumas regiotildees da ceacutelula Em algumas ocasiotildees as enzimas estatildeo adaptadas aacutes condiccedilotildees de
pH do meio nem sempre proacutexima aacute neutralidade
44 Efeito da Temperatura Sabe-se que a cada aumento de 10degC resulta numa duplicaccedilatildeo
da velocidade de uma reaccedilatildeo quiacutemica qualquer
Um aumento da temperatura aleacutem de aumentar a energia das moleacuteculas regentes promove a
termo-desnaturaccedilatildeo das enzimas tornando-as inativas Essa eacute a razatildeo existecircncia de uma
temperatura oacutetima onde a velocidade de reaccedilatildeo eacute maacutexima
65
A zero graus centiacutegrados podemos ter 100 das moleacuteculas enzimaacuteticas ativas aptas a
catalizarem a reaccedilatildeo mas as moleacuteculas possuem baixa energia cineacutetica e a reaccedilatildeo natildeo ocorre
Aumentando-se a temperatura aumenta-se a energia cineacutetica das moleacuteculas mas igualmente
aumenta-se proporccedilatildeo de enzimas desnaturada (inativa) Geralmente acima de 50C a
velocidade de reaccedilatildeo eacute nula pois que a despeito da elevada energia cineacutetica das moleacuteculas
reagentes todas as enzimas jaacute sofrem termodesnaturaccedilatildeo
Algumas enzimas satildeo particularmente resistentes aacute elevadas temperaturas como a
polifenoloxidase que manifesta atividade cataliacutetica mesmo a 80degC
45 Efeito de Inibidores Inibidores satildeo substacircncias da mais variada natureza quiacutemica que
penetram no siacutetio ativo das enzimas prejudicando a accedilatildeo da cataacutelise Tais substacircncias satildeo
geralmente estranhas ao metabolismo celular Dependendo do mecanismo de accedilatildeo eles podem
ser considerados inibidores competitivos ou inibidores natildeo competitivos
451 Inibidores Competitivos Tais inibidores apresentam semelhanccedila estrutural com o
substrato ocupando o siacutetio ativo sem sofrerem transformaccedilotildees Como exemplo desse tipo de
inibiccedilatildeo temos o aacutecido malocircnico inibindo a desidrogenase succiacutenica (enzima do ciclo de
Klebs) cuja cineacutetica de inibiccedilatildeo apresenta as seguintes caracteriacutesticas
A cineacutetica dessa inibiccedilatildeo demonstra que Vm eacute atingida mesmo na presenccedila do inibidor mas
Km eacute aumentada Concluiacutemos que o inibidor eacute deslocado do siacutetio ativo mediante aumento na
concentraccedilatildeo de substrato Tal tipo de inibiccedilatildeo eacute reversiacutevel
452 Inibidores natildeo Competitivos Esses inibidores se ligam de maneira irreversiacutevel no siacutetio
ativo mediante ligaccedilatildeo covalente natildeo sendo deslocados mediante aumento na concentraccedilatildeo
de substrato Tais conclusotildees satildeo obtidas da cineacutetica de inibiccedilatildeo que apresenta as seguintes
caracteriacutesticas
O fluoracetato (FCH2-COOH) encontrado em certas plantas toacutexicas do gecircnero Policourea os
metais pesados (Hg Pb Cd etc) o gaacutes de guerra (ou gaacutes dos nervos ou Lewisita) assim como
os inseticidas organo-fosforado satildeo potentes inibidores da acetil-colinesterase e de outras
66
enzimas que apresentam o grupo sulfidrila (-SH) no siacutetio ativo Tais inibidores se ligam de
maneira irreversiacutevel com a sulfidrila do siacutetio ativo
46 Efetores Alosteacutericos Satildeo substacircncias consideradas metaboacutelitos normais da ceacutelula que as
alojam no siacutetio alosteacuterico de algumas enzimas (que recebem a denominaccedilatildeo de enzima
alosteacutericas ou reguladoras) O efetor alosteacutetico entrando no siacutetio alosteacuterico causa uma
alteraccedilatildeo na conformaccedilatildeo espacial do siacutetio ativo podendo facilitar ou dificultar a entrada do
substrato no siacutetio ativo O seu efeito portanto eacute de acelerar ou retardar a velocidade de uma
reaccedilatildeo e o efetor eacute qualificado de positivo ou negativo respectivamente
A alosteria se constitui num mecanismo para a ceacutelula acelerar ou retardar a velocidade das
reaccedilotildees enzimaacuteticas com o propoacutesito de se controlar o metabolismo
Aumentando-se a concentraccedilatildeo do efetor alosteacuterico positivo aumenta-se a velocidade de
reaccedilatildeo
Aumentando-se a concentraccedilatildeo do efetor alosteacuterico negativo diminuiu-se a velocidade de
reaccedilatildeo
Um dentre os inuacutemeros exemplos de alosteria eacute o controle na arginina a partir de aacutecido
aspaacutertico
Tal mecanismo tambeacutem eacute denominado de retroinibiccedilatildeo inibiccedilatildeo pelo produto fina ou ldquofeed-
backrdquo Tem por objetivo evitar que o aacutecido aspaacutertico seja consumido desnecessariamente
(quando a siacutentese proteacuteica jaacute natildeo eacute necessaacuteria) visto que o mesmo tambeacutem eacute usado na siacutentese
de outros constituintes celulares
47 Cofatores Enzimaacuteticos Satildeo compostos da mais variada natureza quiacutemica que auxiliam a
cataacutelise Se subdividem em
a grupo prosteacutetico estrutura natildeo protecircica ligada covalentemente aacute proteiacutena enzimaacutetica
FMN = flavina-mononucleotiacutedio
FAD = flavina-adenina dinucleotiacutedio
67
A flavina eacute derivada da riboflavina (vitamina B2)
b coenzimas Satildeo estruturas natildeo proteacuteicas que natildeo estatildeo ligadas aacutes proteiacutenas enzimaacuteticas
NAD+ = nicotinamida-adenina-dinucleotiacutedio ou
DPN+ = difosforidina nucleotiacutedio
NADP+ = nicotinamida-adenina-dinucleotiacutedio fosfato ou
TPN+ = trifosfopiridina nucleotiacutedio
TPP = tiamina pirosfofato (vitamina B1)
Piridoxal fosfato (vitamina B6)
c Iocircnios ativadores muitas enzimas requerem ions para manifestar atividade cataliacutetica
Os mais frequumlentes satildeo Cl- K
+ Ca
++ Mg
++ Zn
++ Cu
++ Feacute
++ Mn
++ etc
As necessidades de algumas vitaminas (especialmente do complexo B) e sais minerais podem
ser explicadas em algumas situaccedilotildees pela funccedilatildeo dessas substacircncias de atuarem como
cofatores enzimaacuteticos
Exemplos de reaccedilotildees enzimaacuteticas com participaccedilatildeo de grupo prosteacutetico e coezima
respectivamente
O aacutecido succiacutenico se oxidou a aacutecido fumaacuterico para tal perdeu 2 eleacutetrons (e-) e 2 proacutetons (H
+)
O FAD recebeu os 2 e- e os 2 H
+ se reduzindo a FADH2
O aacutecido recebe 2H+ e 2 eleacutetrons provenientes do NAD
+ cedendo os H
+ e eleacutetrons
68
ENERGEacuteTICA BIOQUIacuteMICA
1 CICLO ENERGEacuteTICO CELULAR
Parte da energia quiacutemica liberada nos processos cataboacutelicos eacute utilizada para a siacutentese se ATP
(adenosina-trifosfato) O ATP eacuteposteriormente empregado na realizaccedilatildeo de trabalhos
fisioloacutegicos (excreccedilatildeo contraccedilatildeo muscular transporte ativo etc) e para atividades de
biossiacutentese de constituintes celulares (anabolismo)
2 CONCEITO DE ENERGIA LIVRE DE UMA REACcedilAtildeO
Seja uma reaccedilatildeo quiacutemica qualquer A B Os conteuacutedos de energia de A e B natildeo podem ser
medidos de modo absoluto mas eacute possiacutevel medir a variaccedilatildeo de energia quando A se
transforma em B
G = EB - EA
quando EA EB G eacute negativa e a reaccedilatildeo eacute exergocircnica
quando EBgt EA G eacute positiva e a reaccedilatildeo eacute endergocircnia
As reaccedilotildees espontacircneas satildeo espontacircneas satildeo exergocircnicas mas o valor de G natildeo se relaciona
com a velocidade de reaccedilatildeo a qual eacute funccedilatildeo da energia de ativaccedilatildeo (Ea)
Energia de ativaccedilatildeo eacute uma quantidade de energia necessaacuteria para que os reagentes adquiram o
estado excitado para que a reaccedilatildeo ocorra
Considere-se combustatildeo da glicose
C6-H2O6 + 6026C02 + 6H02 G= -686000 calmol
Numa reaccedilatildeo exergocircnica a variaccedilatildeo de energia livre eacute a quantidade maacutexima de energia que se
torna disponiacutevel a com a qual se pode realizar trabalho
69
A rigor H = G + TS ou G = H -TS onde
H= variaccedilatildeo de energia entalpia (variaccedilatildeo caloacuterica quando a reaccedilatildeo se processa sob pressatildeo
constante)
G= variaccedilatildeo de energia livre (utilizada para realizar trabalhos)
S= variaccedilatildeo de entropia (mede o grau de desordem de um sistema)
Os processos fiacutesicos e quiacutemicos se conduzem no sentido de se aumentar a entropia
Numa reaccedilatildeo em que A B podemos derivar a seguinte expressatildeo
G= G0 + RT1n B
A
onde G0 eacute a variaccedilatildeo de energia livre padratildeo R eacute a constante universal dos gases (1987
calmolgrau) T eacute a temperatura absoluta e B e A satildeo as concentraccedilotildees em molaridade
Para uma condiccedilatildeo de equiliacutebrio quiacutemico natildeo haacute conversatildeo liacutequida de A em B e portanto
G=O Igualmente a relaccedilatildeo B A corresponderaacute a constante de equiliacutebrio Keq Teremos
entatildeo
O=Go + RT 1n Keq
Go=-RT 1n Keq
Para uma condiccedilatildeo de 25oC portanto T= 273+25=2980K teremos
G0=-1987X298X1n Keq
Go= -1987x298x2303 log Keq=-1363 log Keq
A tabela abaixo relaciona Segundo a equaccedilatildeo acima a Keq com o correspondente valor de
Go
Relaccedilatildeo entre Keq e G0
Keq log1 0Keq G0= -1363 log1 0Keq (cal)
0001 -3 4089
001 -2 2726
01 -1 1363
10 0 0
10 1 -1363
100 2 -2726
1000 3 4089
Para uma situaccedilatildeo em que A=B = 1M temos
G=G0 + RT 1n 1
G=G0
70
ou seja G0 pode ser definida como a variaccedilatildeo de energia livre quando reagentes e produtos
estatildeo presentes em concentraccedilotildees unitaacuterias ou seja no ldquoestado padratildeordquo se H+ satildeo produzidos
ou utilizados na reaccedilatildeo a sua concentraccedilatildeo deve ser considerada 1M ou pH=O Como na ceacutelula
as reaccedilotildees natildeo ocorrem em pH=O mas sim ao redor de pH=70 o valor deGo eacute corrigido
para Go se a reaccedilatildeo em questatildeo envolver H+
Alguns metaboacutelitos e a variaccedilatildeo de energia livre de sua hidroacutelise satildeo apresentados na tabela
abaixo
____ Composto Goacute a pH 70 (calmol)___
fosfoenol piruvato -12800
13-difosfoglicerato -11800
ATP -8000
glicose-1-fosfato -5000
frutose-1-fosfato -3800
glicose-1-fosfato -3300
____________________________________________________
3 COMPOSTOS RICOS EM ENERGIA
Vem a ser qualquer composto que por hidroacutelise libere mais que 7000 calmol ou seja que
apresente G menor que ndash7000 calmol Entre tais compostos podemos identificar as
seguintes caracteriacutesticas
b compostos pirofosfatados (anidridos de aacutecido fosfoacuterico)
A repulsatildeo entre os aacutetomos de fosfoacuterico polarizados positivamente causa uma instabilidade
na moleacutecula que eacute aliviada pela hidroacutelise A hidroacutelise do primeiro radical fosfato eacute
acompanhada da liberaccedilatildeo de 8000 calmol
Estrutura do ATP
71
The Nature of ATP
Adenosine triphosphate (ATP) the energy currency or coin of the cell transfers
energy from chemical bonds to endergonic (energy absorbing) reactions within the
cell Structurally ATP consists of the adenine nucleotide (ribose sugar adenine
base and phosphate group PO4-2) plus two other phosphate groups
A 2-D stick view of the structure of ATP The above drawing of ATP is from EcoCyc at
httphapunaaisricom1555new-imagetype=COMPOUND-IN-PATHWAYampobject=ATP
A cartoon and space-filling view of ATP Image from Purves et al Life The Science of
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Energy is stored in the covalent bonds between phosphates with the greatest
amount of energy (approximately 7 kcalmole) in the bond between the second and
third phosphate groups This covalent bond is known as a pyrophosphate bond
We can write the chemical reaction for the formation of ATP as
a) in chemicalese ADP + Pi + energy ----gt ATP
b) in English Adenosine diphosphate + inorganic Phosphate + energy produces Adenosine
Triphosphate
The chemical formula for the expenditurerelease of ATP energy can be written as
a) in chemicalese ATP ----gt ADP + energy + Pi
72
b) in English Adenosine Triphosphate produces Adenosine diphosphate + energy + inorganic
Phosphate
An analogy between ATP and rechargeable batteries is appropriate The batteries
are used giving up their potential energy until it has all been converted into kinetic
energy and heatunusable energy Recharged batteries (into which energy has been
put) can be used only after the input of additional energy Thus ATP is the higher
energy form (the recharged battery) while ADP is the lower energy form (the used
battery) When the terminal (third) phosphate is cut loose ATP becomes ADP
(Adenosine diphosphate di= two) and the stored energy is released for some
biological process to utilize The input of additional energy (plus a phosphate
group) recharges ADP into ATP (as in my analogy the spent batteries are
recharged by the input of additional energy)
How to Make ATP | Back to Top
Two processes convert ADP into ATP 1) substrate-level phosphorylation and 2)
chemiosmosis Substrate-level phosphorylation occurs in the cytoplasm when an
enzyme attaches a third phosphate to the ADP (both ADP and the phosphates are
the substrates on which the enzyme acts)
73
Enzymes and the formation of NADH and ATP Images from Purves et al Life The
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Chemiosmosis involves more than the single enzyme of substrate-level
phosphorylation Enzymes in chemiosmotic synthesis are arranged in an electron
transport chain that is embedded in a membrane In eukaryotes this membrane is in
either the chloroplast or mitochondrion According to the chemiosmosis hypothesis
proposed by Peter Mitchell in 1961 a special ATP-synthesizing enzyme is also
located in the membranes Mitchell would later win the Nobel Prize for his work
74
75
A typical representation of an electron transport chain Images from Purves et al Life
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During chemiosmosis in eukaryotes H+ ions are pumped across an organelle
membrane into a confined space (bounded by membranes) that contains numerous
hydrogen ions The energy for the pumping comes from the coupled oxidation-
reduction reactions in the electron transport chain Electrons are passed from one
membrane-bound enzyme to another losing some energy with each tansfer (as per
the second law of thermodynamics) This lost energy allows for the pumping of
hydrogen ions against the concentration gradient (there are fewer hydrogen ions
outside the confined space than there are inside the confined space) The confined
hydrogens cannot pass back through the membrane Their only exit is through the
ATP synthesizing enzyme that is located in the confining membrane As the
hydrogen passes through the ATP synthesizing enzyme energy from the enzyme is
used to attach a third phosphate to ADP converting it to ATP
76
A generalized view of an electron transport system Image from Purves et al Life The
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Usually the terminal phosphate is not simply removed but instead is attached to
another molecule This process is known as phosphorylation
W + ATP -----gt W~P + ADP where W is any compound for example
glucose + ATP -----gt glucose~P + ADP
Glucose can be converted into Glucose-6-phosphate by the addition of the
phosphate group from ATP
ATP serves as the biological energy company releasing energy for both anabolic
and catabolic processes and being recharged by energy generated from other
catabolic reactions
Learning Objectives | Back to Top
These learning objectives are taken from my Biology for Nonmajors class (BIO
102) I have tried to add a link to each that will direct you to a part of this chapter or
another website that will facilitate your completion of the objective
1 Describe the components organization and functions of an electron transport
system
2 ATP is composed of ribose a five-carbon sugar three phosphate groups and
adenine a nitrogen-containing compound (also known as a nitrogenous
77
base) What class of organic macromolecules is composed of monomers
similar to ATP
3 ATP directly or indirectly delivers energy to almost all metabolic pathways
Explain the functioning of the ATPADP cycle
4 Adding a phosphate to a molecule is called phosphorylation What two
methods do cells use to phosphorylate ADP into ATP
httpwwwemcmaricopaedufacultyfarabeeBIOBKBioBookATPhtml
Hidroacutelise dos nucleotiacutedios de adenosina
ATP + H2O ADP + H3PO4 (Pi) G = -8000 calmol
ADP + H2O AMP + Pi G = -6500 calmol
AMP + H2O Adenosina + Pi G = -2200 calmol
c acil fosfato como no caso do 13-difosfoglicerato aleacutem da repulsatildeo entre foacutesforo e
carbono positivamente polarizados pode-se mencionar a tendecircncia dos produtos da
reaccedilatildeo de se dissociarem deslocando o equiliacutebrio favorecendo a hidroacutelise
d Tioeacutester o enxofre impede a possibilidade de ressonacircncia aumentando a tendecircncia de
hidroacutelise
e Fosfatos enoacutelicos eacute o caso da hidroacutelise do fosfoenolpiruvato (PEP) com formaccedilatildeo de
um enol instaacutevel que instantaneamente tautomeriza na forma certo mais estaacutevel
f Fosfatos guanidiacutenicos fosfocreatina e fosfoarginina nos quais os produtos da
hidroacutelise apresentam um maior nuacutemero de formas de ressonacircncia
78
4 G EM REACcedilOtildeES DE OacuteXIDO-REDUCcedilAtildeO
As reaccedilotildees com transferecircncia de eleacutetrons satildeo denominadas de oacutexido-reduccedilatildeo A tendecircncia de
um composto em fornecer eleacutetrons eacute quantificada pelo potencial de reduccedilatildeo (Eo) expresso em
volts tornando-se como referecircncia o H2 (com Eo = OV a pH=O) O valor do potencial de
reduccedilatildeo corrigindo para pH 70 seria E‟o=-0420 V Em relaccedilatildeo a este valor padratildeo eacute possiacutevel
determinar o potencial determinar o potencial de reduccedilatildeo de qualquer composto capaz de se
oxidar ou se reduzir com referecircncia ao hidrogecircnio Quanto maior o potencial de reduccedilatildeo maior
eacute a tendecircncia do composto em aceitar eleacutetrons reduzindo-se portanto sendo tais compostos
bons agentes oxidantes Por outro lado os compostos com baixo potencial de reduccedilatildeo satildeo
bons agentes redutores
A tabela a seguir mostra o potencial de reduccedilatildeo de algumas reaccedilotildees de importacircncia bioloacutegicas
Potenciais de reduccedilatildeo de alguns hemi - reaccedilatildeo redox de importacircncia bioloacutegica
Hemi ndash reaccedilatildeo (escrita com uma reduccedilatildeo) E‟0 em Ph 70 (V)
1 +2H + 2e
- H2O 082
2
Fe3 +
+ 1e Fe2+
077
Citocromo a-Fe3+
1e- Citocromo a-Fe
2+ 029
Citocromo c-Fe3 + + 1e
- Citocromo c-Fe
2+ 025
Ubiquinona + 2H + + 2e
- Ubiquinona 010
Aacutecido deidroascoacuterbico + 2H+ + 2e
- Aacutecido ascoacuterbico 006
Glutation oxidado + 2H + + 2e
- 2 Glutation reduzido 004
Fumarato + 2H + + 2e
- Succinato 003
Citocromo b-Fe3 +
+ 1e- Citocromo b-Fe
2 + -004
Oxalacetato +2H + + 2e
- Malato -010
Enzima amarela + 2H + +2e
- Enzima amarela reduzida -012
Acetaldeido + 2H + + 2e
- Etanol -016
Piruvato + 2H + + 2e
- Lactato -019
Riboflavina + 2H + + 2e
- Riboflavina ndash H2 -020
Aacutecido13-difosfogliceacuterico + 2H + +2e
- Gliceraldeido ndash 3 ndash fosfato + Pi -029
NAD + + 2H
+ +2e
- NADH + H
+ -032
Acetil ndash CoA + 2H + +2e
- Acetaldeido + CoA ndash SH -041
H + +1e
- 1 H
2 -042
2
Ferredoxina ndash Fe3 + + 1e
- Ferredoxina ndash Fe
2+ -043
Acetato + 2H + + 2e
- Acetaldeido + H2O -047
Para uma reaccedilatildeo de oacutexido ndash reduccedilatildeo podemos deduzir
G= - nFE‟O‟
79
onde n= ndeg de eleacutetrons transferidos na reaccedilatildeo
F= constante de Faraday = 23063 calvolt Equiv
E‟O= diferenccedila entre os potenciais de reduccedilatildeo do agente oxidante e agentes redutor
Consideremos a reduccedilatildeo do acetaldeido a etanol uacuteltima reaccedilatildeo da fermentaccedilatildeo alcooacutelica cujo
agente redutor eacute o NADH+H+
CHO CH2OH
+ NADH+H+
CH3 CH3 + NAD+
Acetaldeido etanol
E‟O= potencial de reduccedilatildeo do acetaldeido (agente oxidante)- potencial de reduccedilatildeo do
NADH+H+ (agente redutor)
E‟O= -0163 ndash (-0320) = + 0157 volts
Portanto
G= -nFE‟o
G= -2 x 23063 x 0157 = -7240 calmol
REACcedilAtildeO ACOPLADAS
O ATP ocupa uma posiccedilatildeo intermediaacuteria entre os diversos metaboacutelitos considerados existindo
compostos que aprisionam energia com maior eficiecircncia Essa posiccedilatildeo intermediaacuteria responde
pela grande importacircncia do APT visto que o mesmo pode ser formado quando da hidroacutelise de
um metaboacutelito com G menor que ndash8000 calmol Igualmente o ATP pode fornecer energia
para fosforilar a glicose durante o catabolismo da mesma
80
METABOLISMO
CELLULAR METABOLISM AND FERMENTATION
Glycolysis the Universal Process
Nine reactions each catalyzed by a specific enzyme makeup the process we call
glycolysis ALL organisms have glycolysis occurring in their cytoplasm
At steps 1 and 3 ATP is converted into ADP inputting energy into the reaction as
well as attaching a phosphate to the glucose At steps 6 and 9 ADP is converted into
the higher energy ATP At step 5 NAD+ is converted into NADH + H+
The process works on glucose a 6-C until step 4 splits the 6-C into two 3-C
compounds Glyceraldehyde phosphate (GAP also known as
phosphoglyceraldehyde PGAL) is the more readily used of the two
Dihydroxyacetone phosphate can be converted into GAP by the enzyme Isomerase
The end of the glycolysis process yields two pyruvic acid (3-C) molecules and a
net gain of 2 ATP and two NADH per glucose
Graphic summary of the glycolysis process Image from Purves et al Life The Science
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Anaerobic Pathways | Back to Top
Under anaerobic conditions the absence of oxygen pyruvic acid can be routed by
the organism into one of three pathways lactic acid fermentation alcohol
fermentation or cellular (anaerobic) respiration Humans cannot ferment alcohol in
81
their own bodies we lack the genetic information to do so These biochemical
pathways with their myriad reactions catalyzed by reaction-specific enzymes all
under genetic control are extremely complex We will only skim the surface at this
time and in this course
Alcohol fermentation is the formation of alcohol from sugar Yeast when under
anaerobic conditions convert glucose to pyruvic acid via the glycolysis pathways
then go one step farther converting pyruvic acid into ethanol a C-2 compound
Fermentation of ethanol Image from Purves et al Life The Science of Biology 4th
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Many organisms will also ferment pyruvic acid into other chemicals such as lactic
acid Humans ferment lactic acid in muscles where oxygen becomes depleted
resulting in localized anaerobic conditions This lactic acid causes the muscle
stiffness couch-potatoes feel after beginning exercise programs The stiffness goes
away after a few days since the cessation of strenuous activity allows aerobic
conditions to return to the muscle and the lactic acid can be converted into ATP via
the normal aerobic respiration pathways
82
Fermentation of lactate (lactic acid) Image from Purves et al Life The Science of
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Aerobic Respiration | Back to Top
When oxygen is present (aerobic conditions) most organisms will undergo two
more steps Krebs Cycle and Electron Transport to produce their ATP In
eukaryotes these processes occur in the mitochondria while in prokaryotes they
occur in the cytoplasm
83
Overview of the cellular respiration processes Image from Purves et al Life The
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Acetyl Co-A The Transition Reaction
Pyruvic acid is first altered in the transition reaction by removal of a carbon and two
oxygens (which form carbon dioxide) When the carbon dioxide is removed energy
is given off and NAD+ is converted into the higher energy form NADH Coenzyme
A attaches to the remaining 2-C (acetyl) unit forming acetyl Co-A This process is
a prelude to the Krebs Cycle
Krebs Cycle (aka Citric Acid Cycle)
The Acetyl Co-A (2-C) is attached to a 4-C chemical (oxaloacetic acid) The Co-A
is released and returns to await another pyruvic acid The 2-C and 4-C make another
chemical known as Citric acid a 6-C Krebs Cycle is also known as the Citric Acid
Cycle The process after Citric Acid is essentially removing carbon dioxide getting
out energy in the form of ATP GTP NADH and FADH2 and lastly regenerating
the cycle Between Isocitric Acid and -Ketoglutaric Acid carbon dioxide is given
off and NAD+ is converted into NADH Between -Ketoglutaric Acid and Succinic
Acid the release of carbon dioxide and reduction of NAD+ into NADH happens
again resulting in a 4-C chemical succinic acid GTP (Guanine Triphosphate
which transfers its energy to ATP) is also formed here (GTP is formed by attaching
a phosphate to GDP)
The remaining energy carrier-generating steps involve the shifting of atomic
arrangements within the 4-C molecules Between Succinic Acid and Fumaric Acid
the molecular shifting releases not enough energy to make ATP or NADH outright
but instead this energy is captured by a new energy carrier Flavin adenine
dinucleotide (FAD) FAD is reduced by the addition of two Hs to become FADH2
FADH2 is not as rich an energy carrier as NADH yielding less ATP than the latter
The last step between Malic Acid and Oxaloacetic Acid reforms OA to complete
the cycle Energy is given off and trapped by the reduction of NAD+ to NADH The
carbon dioxide released by cells is generated by the Krebs Cycle as are the energy
carriers (NADH and FADH2) which play a role in the next step
84
Summary of the Krebs (or citric acid) cycle Image from Purves et al Life The Science
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Electron Transport Phosphorylation
Whereas Krebs Cycle occurs in the matrix of the mitochondrion the Electron
Transport System (ETS) chemicals are embedded in the membranes known as the
cristae Krebs cycle completely oxidized the carbons in the pyruvic acids
producing a small amount of ATP and reducing NAD and FAD into higher energy
forms In the ETS those higher energy forms are cashed in producing ATP
Cytochromes are molecules that pass the hot potatoes (electrons) along the ETS
chain Energy released by the downhill passage of electrons is captured as ATP
by ADP molecules The ADP is reduced by the gain of electrons ATP formed in
this way is made by the process of oxidative phosphorylation The mechanism for
the oxidative phosphorylation process is the gradient of H+ ions discovered across
the inner mitochondrial membrane This mechanism is known as chemiosmotic
coupling This involves both chemical and transport processes Drops in the
potential energy of electrons moving down the ETS chain occur at three points
These points turn out to be where ADP + P are converted into ATP Potential
energy is captured by ADP and stored in the pyrophosphate bond NADH enters the
ETS chain at the beginning yielding 3 ATP per NADH FADH2 enters at Co-Q
producing only 2 ATP per FADH2
85
Electron transport system Images from Purves et al Life The Science of Biology 4th
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86
Catabolism and Anabolism
The above image is from httpwwwbiosciugaedualmanacbio_104notesjun_4html
REFERENCES
Biology Project Metabolism Problem Set (University of Arizona) Questions and
answers along with tutorials about metaboilism an excellent site
DIY Glycolysis (Leeds University UK) An excellent tutorial on the molecular shifts
needed to perform glycolysis
Introduction to Glycolysis (Leeds University UK) An introduction for those less
chemically skewed perhaps a nioce start before tackling DIY Glycolysis (also be the
same folks)
Step-by-Step Glycolysis (Leeds University UK) Browse fact sheets as well as view
short animations
Glycolysis (OUMA Graphics)
EcoCyc Glycolysis Pathway EcoCyc an electronic encyclopedia of E coli genes and
metabolism provides an interactive diagram of the glycolysis pathway
87
EcoCyc Fermentation Pathway EcoCyc an electronic encyclopedia of E coli genes
and metabolism provides an interactive diagram of alcohol (ethanolk) fermentation
Reconstructions of Metabolism Reconstructed metabolic pathways for bactreria
humans and other critters
Glycolysis Main Page You will need the Chime plugin to view interactive rotating
images of the molecules in the Glycolysis pathway VERY cool
TCA Cycle Main Page Similar to the above images and informastion about Krebs
Cycle
88
METABOLISMO DE CARBOIDRATOS
RESPIRACcedilAtildeO ANAEROBICA E AEROBICA
GLICOacuteLISE
1 CONCEITO
Eacute a degradaccedilatildeo anaeroacutebica dos carboidratos mediante uma sequumlecircncia de reaccedilotildees catalisadas
enzimaacuteticamente Eacute de ocorrecircncia generalizada entre os organismos vivos (animais e vegetais)
e ocorre predominantemente no citoplasma celular de tecidos que desempenham qualquer
atividade fisioloacutegica ou biossiacutentese ou seja onde houver demanda de energia (ATP)
A glicoacutelise tem por finalidade pois a raacutepida produccedilatildeo de energia (ATP) em condiccedilotildees de
anaerobiose bem ocorreraacute na mitococircndria
2 SEQUEcircNCIA DE REACcedilOtildeES
Substrato Iniciais
Quando a degradaccedilatildeo anaeroacutebica do carboidrato eacute efetuada por microorganismo o processo eacute
denominado de fermentaccedilatildeoAssim a produccedilatildeo de aacutecido laacutetico a partir de carboidrato pela
bcteacuteria Lactobacillus sp Saccharomyces sp
O tempo glicoacutelise embora geneacuterico eacute usado para denominar a degradaccedilatildeo anaeroacutebica dos
carboidratos ateacute aacutecido laacutetico efetuada pelos demais organismos como aquela processada pelos
tecidos musculares
89
GLICOacuteLISE
3 BALANCcedilO DE COEZIMAS
O processo eacute anaeroacutebico natildeo oxidativo portanto o que pode ser observado pela constacircncia do
nuacutemero de oxidaccedilatildeo do aacutetomo de carbono
Tanto a glicose (substrato inicial) como o aacutecido laacutetico igual a zero natildeo havendo oxidaccedilatildeo e
nem reduccedilatildeo nessa transformaccedilatildeo Jaacute na produccedilatildeo de etanol e CO2 observamos que uma
porccedilatildeo da moleacutecula de glicose correspondente a 4 aacutetomos de carbono sofre reduccedilatildeo
originando 2 moleacuteculas de etanol A outra porccedilatildeo (com 2 aacutetomos restantes) eacute oxidada ateacute gaacutes
carbocircnico O que ocorre entatildeo na fermentaccedilatildeo alcooacutelica eacute uma ruptura da moleacutecula de glicose
sendo que uma porccedilatildeo se reduz (recebendo 8 eleacutetrons) aacutes custas de outra que se oxida ateacute CO2
(cedendo 8 eleacutetrons) sem a necessidade de doadores ou receptores externos de eleacutetrons
As reaccedilotildees de oacutexido-reduccedilatildeo da glicoacutelise (catalisadas pelas desidrogenases de gliceraldeiacutedo-3-
fosfato e alcooacutelica ou laacutetica) utilizam-se do NAD+ ou NADH+H+ (nicotinamida-adenina-
dinucleotiacutedio) com a transferecircncia de 2 eleacutetrons
Na sequumlecircncia glicoliacutetica temos uma reaccedilatildeo em que o substrato eacute oxidado perdendo 2 eleacutetrons
(reaccedilatildeo catalisada pela desidrogenase de gliceraldeiacutedo-3-fosfato) e posteriormente ocorre uma
reduccedilatildeo de igual intensidade (recebimento de 2 eleacutetrons) para a formaccedilatildeo do aacutecido laacutetico (pela
desidrogenase laacutetica) ou para a formaccedilatildeo de etanol (pela desidrogenase alcooacutelica ) No
computo geral portanto o carbono Daiacute o processo ser anaeroacutebico isto eacute natildeo sendo oxidativo
natildeo exigiria a participaccedilatildeo do oxigecircnio (O2) como agente oxidante
4 RENDIMENTO ENERGEacuteTICO EM ANAEROBIOSE
Consideramos a degradaccedilatildeo anaeroacutebica processada pelas ceacutelulas do tecido muscular quando
transforma glicose em aacutecido laacutetico
C6H12O6 2C3H6O3 G = -47000calmol
ATP + H2O ADP +Pi G = -8000 calmol
Ndeg de ATP gastos 1 ATPglicose (pela hexoquinase)
1 ATP glicose (pela fosfofrutoquinase)
2 ATPglicose
90
ndeg de ATP formados 2 APTglicose (pela fosfogliceroquinase
2 ATPglicose (pela quinase piruacutevica)
3 ATPglicose
Ndeg de ATP liacutequido formado 4 ndash 2 = 2 ATPglicose
Caacutelculo de rendimento (R)
47000 ______ 100
2 X 8000____R
R = 100 X 2 X 8000 = 34
47000
O rendimento energeacutetico vem a ser o percentual da energia colocada em disponibilidade que eacute
utilizada para a siacutentese de ATP A energia restante eacute dissipada na forma de calor aquecendo o
meio onde se processa a reaccedilatildeo
100 47000 calorias (energia colocada em disponibilidade)
34 16000 calorias (energia utilizada para a siacutentese de ATP)
66 31000 calorias (energia dissipada como calor)
PROBLEMA Calcular o rendimento energeacutetico quando da degradaccedilatildeo anaeroacutebica do
glicogecircnio pela ceacutelula muscular Dados
(C6H1206)n (C6H1206) n-1 + 2C3H6O3 G = -52000 calmol
ATP ADP + Pi G = -8000 calmol
Ndeg de ATP gastos 1 ATPresiacuteduo de glicose (pela fosfofrutoquinase)
Ndeg de ATP formados 2 ATPresiacuteduo de glicose (pela fosfogliceroquinase)
2 ATPresiacuteduo de glicose (pela quinase piruacutevica)
4ATPresiacuteduo de glicose
ndeg de ATP formado = 4-1 = 3 ATPresiacuteduo de glicose do glicogecircnio
caacutelculo do rendimento (R)
100 _______ 52000 cal
R __________ 3 x 8000 cal
R = 100 x 3 x 8000 = 46
52000
O rendimento obtido pela ceacutelula quando degrada o glicogecircnio eacute maior que aquele obtido pela
degradaccedilatildeo de glicose Isto porque a fosforilase adiciona um radical fosfato aacute extremidade natildeo
redutora do glicogecircnio sem gastos de ATP (ver esquema da glicoacutelise - 1ordf reaccedilatildeo)
91
5 APLICACcedilOtildeES PRAacuteTICAS DA GLICOacuteLISE FERMENTACcedilAtildeO LAacuteTICA E
FERMENTACcedilAtildeO ALCOacuteOLICA
51 Produccedilatildeo de aacutelcool a partir de monossacariacutedios dissacariacutedios (especialmente
sacarose) e polissacariacutedios (amido de milho mandioca etc)
Quando se utiliza o amido como mateacuteria prima este deve inicialmente ser hidrolisado em
glicose ou maltose (num processo denominado sacarificaccedilatildeo do amido) accedilucares esses que
podem ser desdobrados pela levedura Saccharomyces sp A sacarificaccedilatildeo pode ser
a enzimaacutetica - amilase salivar (confecccedilatildeo do cauim pelos indiacutegenas)
- amilases de sementes em germinaccedilatildeo (malte para produccedilatildeo de whisky rum
etc
- amilases extrayacutedas de fungos e bacteacuterias
b tratamento quiacutemico (hidroacutelise cHCl)
- produccedilatildeo industrial de glicose de milho
52 Produccedilatildeo de Aacutecido Laacutetico com finalidade de conservaccedilatildeo de alimentos picles
ensilagem chucrutes iogurtes e coalhadas
53 Abate de Animais Descansados o que propicia uma carne de mais faacutecil conservaccedilatildeo
e mais macia (devido aacute formaccedilatildeo de lactato a partir do glicogecircnio muscular apoacutes o
abate)
METABOLISMO AEROacuteBICO
CICLO DE KREBS OU DOS AacuteCIDOS TRICARBOXIacuteLICOS
1 INTRODUCcedilAtildeO E ASPECTOS HISTOacuteRICOS
Fisiologistas observaram que muacutesculos estimulados a se contraiacuterem
acumulavam aacutecido laacutetico provenientes da glicoacutelise O acuacutemulo de aacutecido laacutetico o muacutesculo aacute
fadiga perdendo o mesmo a habilidade de contraccedilatildeo Tal habilidade poderia ser restaurada em
presenccedila de oxigecircnio molecular (aerobiose) quando entatildeo havia desaparecimento do aacutecido
laacutetico
Posteriormente demonstrou-se que homogeinados de muacutesculos eram capazes de catalisar a
oxidaccedilatildeo do lactato pelo O2 Isto demonstrava o processo como sendo de natureza enzimaacutetica
Outros aacutecidos podiam ser oxidados sendo piruvato citrato oxaloacetato fumarato malato os
mais rapidamente oxidados
Depois de elaborada a sequumlecircncia glicoliacutetica em muacutesculo e levedura observou-se que o
composto que era em suma oxidado ateacute CO2 vinha a ser o aacutecido piruacutevico como demonstrava
os experimentos de Gyorgi utilizando-se de homogeinados de muacutesculos de peito de pombo
Muitos pesquisadores contribuiacuteram para o entendimento do processo mas foi o bioquiacutemico
Inglecircs Sir Hans Krebs que em 1937 postulou um conjunto de reaccedilotildees de natureza ciacuteclica que
92
demonstrava a oxidaccedilatildeo do piruvato ateacute Co2 Devido aacute importacircncia de suas descobertas Krebs
recebeu em 1953 o Precircmio Nobel de Medicina
O ciclo de Krebs eacute de ocorrecircncia universal sendo encontrado em ceacutelulas animais e vegetais
tanto em organismos superiores como inferiores O equipamento enzimaacutetico responsaacutevel por
tais reaccedilotildees estaacute confinado na mitococircndria
2 SEQUEcircNCIA DE REACcedilOtildeES
3 IMPORTAcircNCIA ENERGEacuteTICA
Tal ciclo eacute de grande importacircncia na economia energeacutetica da ceacutelula visto que a energia
liberada no processo eacute enorme em relaccedilatildeo ao processo anaeroacutebico
100 C6H12O6 + 6O2 6CO2 + 6H2O G = -686000 calmol
7 C6H12O6 anaerobiose 2C3H6O3 G = -47000 calmol
93 C3H6O3 + 3O2 aerobiose 3CO2 + 3H2O G = -319500 calmol
Em anaerobiose apenas 7 (47000calmol) da energia contida na moleacutecula de glicose eacute
colocada em disponibilidade O restante dessa energia (93) contida no lactato eacute posta em
disponibilidade em condiccedilotildees de anaerobiose
4 INIBIDORES DO CICLO DE KREBS
41 Aacutecido Malocircnico Inibidor competitivo de desidrogenase succiacutenica Tal inibidor tem
semelhanccedila estrutural com o substrato natural (aacutecido succiacutenico) ocupando o siacutetio ativo da
enzima mas sendo desalojado mediante aumanto na concentraccedilatildeo de substrato Haacute acuacutemulo
de succiacutenato no sistema inibido Adicionando-se ao sistema fumarato malato ou
oxoloacetato haacute oxidaccedilatildeodo piruvato podendo ser adicionado em quantidades
estequiomeacutetricas equivalentes ao acetil ndash CoA a ser consumido A adiccedilatildeo de citrato isocitrato
ou - cetolglutarato natildeo permite a utilizaccedilatildeo do acetil-CoA pois que tais compostos estariam
aqueacutem da desidrogenase succiacutenica na sequumlecircncia ciacuteclica de reaccedilotildees Foi a utilizaccedilatildeodo aacutecido
malocircnico como inibidor que demonstrou o processo como sendo de natureza ciacuteclica
42 Fluoracetato (FCH2 ndash COOH) Certas plantas africanas e algumas encontradas no
Brasil especialmente do gecircnero Policourea possuem tal composto o qual se constitui no
principio toacutexico Tais plantas distantes dos centros consumidores
93
O fluoracetato aleacutem de inibir de maneira natildeo competitiva as enzimas dependentes de
sulfidrila (-SH) no siacutetio ativo (como a acetilcolinesterase) pode se transformar num inibidor
ativo (como de Krebs Para tal o fluoracetil ndash CoA Devido aacute falta de especificidade de
enzima de condensaccedilatildeo (1ordf enzima do Ciclo de Krebs) o potente inibidor da aconitase
acumulando-se aacutecido ciacutetrico no tecido envenenado
IICADEIA RESPIRATOacuteRIA
1 CONCEITO E FUNCcedilAtildeO
Vem a ser uma sequumlecircncia de reaccedilotildees de oacutexido ndash reduccedilatildeo em ordem estabelecida
segundo o potencial de reduccedilatildeo de seus componentes e que tem por finalidade transportar
para o oxigecircnio molecular (O2) os H+ e eleacutetrons das coenzimas reduzidas (NADH + H
+ e
FADH2)
Geradas no ciclo de Krebs Eacute tambeacutem chamada de cadeia de transporte de eleacutetrons
Durante esse transporte reaccedilotildees com ldquoqueda de potencial eletroquiacutemicordquo adequada
permitem a siacutentese de ATP a partir de ADP e Pi (foacutesforo inorgacircnico) pela chamada
ldquofosforilaccedilatildeo oxidativardquo A ldquoFosforilaccedilatildeo ao niacutevel de substratordquo se refere aacute siacutentese de ATP
em reaccedilotildees acopladas cuja energia eacute obtida da hidroacutelise de certas ligaccedilotildees ricas em energia
(como na glicoacutelise e no Ciclo de Krebs)
Na cadeia respiratoacuteria os eleacutetrons caminham a partir de um composto com baixo
potencial de reduccedilatildeo para outro com potencial de reduccedilatildeo maior isto eacute que tem maior
tendecircncia em aceitar esses eleacutetrons ocorrendo uma queda ldquocitocromosrdquo que satildeo
metaloproteiacutenas (ferroporfirinas) onde o aacutetomo de Feacute se oxida e se reduz transportando assim
os eleacutetrons
Feacute+3 + 1 e- ___reduccedilatildeo__
__oxidaccedilatildeo__
(oxidado) (reduzido)
O oxigecircnio molecular (O2) eacute o uacuteltimo aceptor dos eleacutetrons e H+ ocorrendo a biossiacutentese da
aacutegua Nesse processo formar-se 3 moles de ATP por mol NADH +H+ oxidado e 2 moles de
ATPmol de FADH2
3 VENENOS RESPIRATOacuteRIOS
Os citocromos especialmente o citocromo oxidase (ou ldquoa3rdquo) pode ter o seu aacutetomo de Feacute
complexado pelo CN- (cianeto) CO (monoacutexido de carbono) ou H2O (gaacutes sulfiacutedrico) o que
evita o mesmo de se oxidar ou se reduzir interrompendo assim o transporte de eleacutetrons Essa eacute
a razatildeo de tais compostos serem toacutexicos para plantas e animais ou seja organismos que
respirem possuidores portanto da cadeia respiratoacuteria O 24-DNP e a oligomicina promovem o
desacoplamento da fosforilaccedilatildeo oxidativa (consumo de O2 sem formaccedilatildeo de ATP)
94
4ESTRUTURA DA MITOCOcircNDRIA
Ela eacute considerada a casa de forccedila de uma ceacutelula Nela estatildeo contidas as enzimas do Ciclo de
Krebs bem como a Cadeia Respiratoacuteria Nela deve entrar piruvato ou acetil-CoA juntamente
com acetil-CoA
A parede interna da mitococircndria se apresenta enrugada para aumentar a superfiacutecie de contacto
com o estroma fazendo co que as coenzimas reduzidas geradas no Ciclo de Krebs sejam
prontamente oxidadas na Cadeia Respiratoacuteria
Quando portanto escrevemos a equaccedilatildeo geral da respiraccedilatildeo da glicose
C6H12O6 + 6O2 _respiraccedilatildeo_ + 6CO2 + 6H2O + 686000 calmol devemos considerar que esse
processo envolve dezenas de reaccedilotildees sendo o CO2 liberando principalmente pelo Ciclo de
Krebs e a aacutegua (H2O) gerada na cadeia respiratoacuteria Uma parte da energia liberada seraacute
utilizada para a siacutentese de ATP tanto pela fosforilaccedilatildeo ao niacutevel de substrato (glicoacutelise e Ciclo
de Krebs) como pela fosforilaccedilatildeo oxidativa (acoplada aacute cadeia respiratoacuteria)
1 RENDIMENTO ENERGEacuteTICO EM AEROBIOSE
Consideremos a oxidaccedilatildeo total o acetil-CoA pelo Ciclo de Krebs e cadeia respiratoacuteria
Cada mol de acetil-CoA oxidado completamente (ateacute CO2 e H2O) pelo Ciclo de Krebs e
Cadeia Respiratoacuteria propiacutecia a formaccedilatildeo de 12 moles de ATP
Podemos agora calcular o rendimento energeacutetico quando uma ceacutelula efetua a combustatildeo
completa (ateacute CO2 e H2O) da glicose Dados
95
443 da energia posta em disponibilidade eacute utilizada para a siacutentese de ATP O restante (100-
443 = 557) eacute dissipada na forma de calor servindo apenas para aquecer o meio onde a
reaccedilatildeo se processa
VIA PENTOSE FOSFATO
1 INTRODUCcedilAtildeO
A glicoacutelise natildeo eacute a uacutenica via degradativa da glicose e entre elas se destaca a via pentose
fosfato que ocorre no citossol de ceacutelulas animais e vegetais Tal via jaacute fora percebida em
tecidos que tinham capacidade de degradar a glicose mesmo na presenccedila dos inibidores
claacutessicos da glicoacutelise (fluoretos e iodoacetato) A descoberta do NADP+ por Warburg e a
oxidaccedilatildeo da glicose-6-fosfato em aacutecido 6-fosfoglucocircnico levada a moleacutecula de glucose para
vias metaboacutelicas desconhecidas O empregeo do C14 em pesquisas bioquiacutemicas e os estudos
de Lipmann Dickens Horecker e Racker resultaram no entendimento dos passos metaboacutelicos
conhecidos como o ldquodesvio das pentosesrdquo
2 SEQUEcircNCIA DAS REACcedilOtildeES
3 ESTEQUIOMETRIA DA VIA PENTOSE FOSFATO
Consideremos o processamento de 6 moleacuteculas de glicose pelas trecircs primeiras reaccedilotildees da via
pentose
6 hexosendashfosfato + 12 NADP+ 6H2O 6 pentosendashfosfato + 6CO2 + 12 NADPH + 12 H+
A seguir consideremos que 4 moleacuteculas de pentose fosfato reajam segundo as reaccedilotildees 6 e 7
produzindo 2 moleacuteculas de tetrose-fosfato e 2 moleacuteculas de hexosendashfosfato
2 pentose-fosfato 2 hexose-fosfato + 2 tetrose-fosfato
Pela accedilatildeo da transcetolase 2 moleacuteculas de tetrose-fosfato reagem com 2 moleacuteculas de pentose-
fosfato para formar 2 moleacuteculas de hexose-fosfato e 2 moleacuteculas de triose-fosfato
2 tetrose-fosfato + 2 pentose-fosfato 2 hexose-fosfato + 2 triose-P
Quanto aacutes 2 triose-fosfato uma delas pode por isomerizaccedilatildeo se tranformar em di-
hidroxiacetona-fosfato condensarem numa hexose-difosfato e se hidrolisar em hexose-fosfato
+ H3PO4
96
2 triose-fosfato 1 hexose-fosfato + H3PO4
A somatoacuteria dessas reaccedilotildees individuais resulta que
Hexose-fosfato + 12 NADP+ + 6H2O 6CO2 + NADPH + 12H+
O processo eacute oxidativo resultando em nucleotiacutedio reduzindo
4 SIGNIFICADO FISIOLOacuteGICO DA VIA PENTOSE FOSFATO
O NADH gerado em reaccedilotildees oxidativas da glicoacutelise e Ciclo de Krebs tem como importante
destino ser oxidado pela cadeia respiratoacuteria propiciando a formaccedilatildeo de ATP Jaacute o NADPH
natildeo eacute utilizado na cadeia respiratoacuteria mas sim empregado em inuacutemeros processos
biossinteacuteticos como na biossiacutentese e lipiacutedios esteroacuteides aminoaacutecidos etc A ribose gerada na
via pentose eacute utilizada na siacutentese dos aacutecidos nucleacuteicos enquanto a eritrose-fosfato eacute precursora
via aacutecido chiquiacutemico na produccedilatildeo de aminoaacutecidos reguladores compostos fenoacutelicos lignina
e outros especialmente em plantas
No que se refere a tecidos animais a via pentose eacute bastante ativa na glacircndulas mamaacuterias
tecidos adiposos coacutertex adrenal e fiacutegado onde o NADPH fornece o poder redutor para as
biossiacutenteses O muacutesculo esqueleacutetico com pouca atividade de biossiacutentese de lipiacutedios natildeo
apresenta a via pentose fosfato
Em tecidos vegetais jovens e meristemaacuteticos a atividade glicoliacutetica eacute mais intensa e a medida
que o tecido vai se tornando maduro a via pentose-fosfato se intensifica para propiciar a
disposiccedilatildeo de lignina e demais compostos secundaacuterios sintetizados com o concurso do
NADPH
Ainda em plantas a via pentose-fosfato supre o processo fotossinteacutetico com NADPH
necessaacuterio aacute assimilaccedilatildeo do CO2 bem como estaacute intimamente relacionada com a marcha do
carbono na fotossiacutentese
Outra funccedilatildeo da via pentose-fosfato seria estabelecer a possibilidade de conversatildeo de hexose
pentose tetroses e trioses entre si com bastante significado econocircmico nos processos
biossinteacuteticos
Utilizando-se de glicose-1-14
C e glicose-6-14
C podemos avaliar as intensidades das vias
glicoliacutetica e pentose-fosfato em um tecido qualquer A premissa eacute de que se apenas a glicose
estiver operando a evoluccedilatildeo de 14
CO2 seraacute idecircntica quer se utilizado de glicose-1-14
C ou de
glicose-6-14
C pois que ambas ao serem metabolizadas (em ensaios separados) produziratildeo
aacutecido piruacutevivo-metil-14
C Esse aacutecido seraacute oxidado no Ciclo de Krebs liberando 14
CO2
Por outro lado se apenas a via pentose estiver operando a evoluccedilatildeo de 14
Co2 seraacute
primeiramente detectada quando da utilizaccedilatildeo de glicose-1-14
C
97
METABOLISMO DOS TRIGLICERIacuteDIOS
1 INTRODUCcedilAtildeO
Os lipiacutedios armazenados por organismos animais ou vegetais quase que exclusivamente na
forma de trigliceriacutedios constituem importante reserva energeacutetica do ponto de vista
quantitativo Assim enquanto os carboidratos constituem reserva energeacutetica limitada
especialmente nos organismos animais (05do peso muscular e 5 do peso do fiacutegado) os
depoacutesitos de gordura subcutacircnea podem representar uma fraccedilatildeo bastante significativa do peso
corpoacutereo
Do ponto de vista qualitativo podemos afirmar que os lipiacutedios satildeo alimentos energeacuteticos Por
excelecircncia
A grande quantidade de energia liberada durante a combustatildeo dos lipiacutedios eacute devido ao aacutetomo
de carbono estar reduzido (com baixo nuacutemero de oxidaccedilatildeo) Isso pelo baixo conteuacutedo de
oxigecircnio e elevado teor de hidrogecircnio na moleacutecula
Os trigliceriacutedios constituem a quase totalidade da fraccedilatildeo lipiacutedica de nossa dieta ou de uma
reaccedilatildeo animal e vem a ser a forma pela qual os organismos armazenam a maior parte da
energia quiacutemica Daiacute um maior interesse pelos trigliceriacutedios Essas reservas lipiacutedicas (como a
gordura subcutacircnea dos animais e os oacuteleos armazenam nas sementes dos vegetais) podem ser
rapidamente mobilizadas para atender a demanda energeacutetica ou outras necessidades do
organismo em questatildeo
2 HIDROacuteLISE DOS TRIGLICERIacuteDIOS E DESTINO DE SEUS PRODUTOS
A degradaccedilatildeo dos trigliceriacutedios quer sejam eles provenientes de uma dieta ou reaccedilatildeo ou
aqueles armazenados inicia-se com a hidroacutelise enzimaacutetica (pelas liacutepases) dos mesmos
originando glicerol e aacutecidos graxos seus constituintes essenciais
O glicerol eacute degradado pela via glicoliacutetica se transformando em piruvato e posteriormente em
acetil-CoA
98
Os aacutecidos graxos resultantes dos trigliceriacutedios sofrem metabolizaccedilatildeo diferente seratildeo
transformados em acetil-CoA independente do nuacutemero de aacutetomos de carbono por um
processo bioquiacutemico denominado de beta-oxidaccedilatildeo e efetuado pela mitococircndria
LIPIacuteDIOS
-Oxidaccedilatildeo de Lipiacutedios amp Ciclo do Glioxilato
Segundo Harper et al (1982) os lipiacutedios formam um grupo heterogecircneo de
compostos relacionados real ou potencialmente com os aacutecidos graxos Tecircm a propriedade comum de serem relativamente insoluacuteveis na aacutegua e soluacuteveis nos
solventes natildeo polares como o eacuteter o clorofoacutermio o benzeno Os lipiacutedios assim compreendem as gorduras os oacuteleos as ceras e compostos relacionados
Os lipiacutedios satildeo constituintes importante da dieta natildeo soacute pelo elevado valor energeacutetico como tambeacutem pelas vitaminas lipossoluacuteveis e aacutecidos graxos essenciais encontrados na gordura dos alimentos naturais No organismo a gordura serve de fonte eficiente de energia tanto direta quanto potencialmente quando armazenada no tecido adiposo Serve como material isolante nos tecidos subcutacircneos e agrave volta de certos oacutergatildeos O teor de gordura do tecido nervoso eacute particularmente elevado As combinaccedilotildees de gordura e proteiacutena (lipoproteiacutena) satildeo constituintes celulares importantes encontrando-se nas membranas celulares e nas mitococircndrias no interior do citoplasma e servindo tambeacutem como meio de transporte dos lipiacutedios no sangue Muitos hormocircnios vitaminas e detergentes bioloacutegicos satildeo lipiacutedios (Harper et al 1982 Wannmacher e Dias 1988)
A grande maioria dos lipiacutedios possui em sua constituiccedilatildeo pelo menos uma moleacutecula de aacutecidos graxos que satildeo aacutecidos carboxiacutelicos saturados (sem ligas duplas) ou insaturados (com uma ou mais ligas duplas) com nuacutemero variaacutevel de aacutetomos de carbono geralmente aciacuteclicos havendo alguns ramificados e outros hidroxilados Os aacutecidos graxos satildeo obtidos pela hidroacutelise das gorduras Os aacutecidos graxos existentes em gorduras naturais encerram usualmente um nuacutemero par de aacutetomos de carbono (porque satildeo sintetizados a partir de dois carbonos) e satildeo derivados de cadeia retiliacutenea (Harper et al 1982 Wannmacher e Dias 1988)
Os aacutecidos graxos constituem importante fonte de energia para a maioria dos tecidos Os aacutecidos graxos circulam pelo sangue combinados com albumina ou sob forma de trigliceriacutedios incorporados em lipoproteiacutenas Os trigliceriacutedios eacutesteres do aacutelcool glicerol com aacutecidos graxos circulantes satildeo originaacuterios da dieta ou da biossiacutentese hepaacutetica e resultam da hidroacutelise dos trigliceriacutedios das lipoproteinas no
99
leito vascular dos tecidos ou da hidroacutelise dos trigliceriacutedios armazenados no tecido adiposo (Harper et al 1982 Wannmacher e Dias 1988)
Lehninger (1985) salienta que os triacilgliceroacuteis (trigliceriacutedios) desempenham um papel extremamente importante coma fornecedor de energia nos animais Entre os nutrientes principais eles possuem o maior conteuacutedo energeacutetico (mais de 9 kcalg) satildeo depositados nas ceacutelulas do tecido gorduroso como gotiacuteculas quase puras de gordura e podem ser estocadas em grandes quantidades neste tecido Nas populaccedilotildees dos paiacuteses desenvolvidos em meacutedia quase quarenta por cento das necessidades energeacuteticas diaacuterias satildeo fornecidas pelos triacilgliceroacuteis da dieta Eles fornecem mais da metade da energia consumida por alguns oacutergatildeos especialmente o fiacutegado o rim e o muacutesculo esqueleacutetico em repouso Nos animais que hibernam e nos paacutessaros em migraccedilatildeo os estoques de triacilgliceroacuteis satildeo praticamente a uacutenica fonte de energia
Cerca de noventa e cinco por cento da energia biologicamente obtida dos triacilgliceroacuteis reside nos seus trecircs aacutecidos graxos de cadeias longa apenas cinco por
cento desta energia eacute fornecida pelo glicerol Por vias metaboacutelicas como a -oxidaccedilatildeo esses aacutecidos graxos ricos em energia satildeo oxidados ateacute dioacutexido de carbono e aacutegua
DEGRADACcedilAtildeO OXIDATIVA DE AacuteCIDOS GRAXOS
- OXIDACcedilAtildeO
1 APRESENTACcedilAtildeO RESUMIDA DOS PRINCIPAIS EVENTOS METABOacuteLICOS
Conceito
Via cataboacutelica de degradaccedilatildeo de aacutecidos graxos para produccedilatildeo de energia
Ocorre na matriz mitocondrial apoacutes a ativaccedilatildeo e a entrada dos aacutecidos graxos na mitococircndria
Pode ser dividida em 3 fases
A ativaccedilatildeo do aacutecido graxo
A - oxidaccedilatildeo propriamente dita
A respiraccedilatildeo celular
Ativaccedilatildeo Dos Aacutecidos Graxos
A ativaccedilatildeo dos aacutecidos graxos consiste na entrada destes na mitococircndria na forma de ACIL-CoA
100
O processo depende
1 Da ligaccedilatildeo do aacutecido graxo com a Coenzima A formando o Acil-CoA no citosol A reaccedilatildeo eacute catalizada pela enzima Acil-CoA Sintetase localizada na membrana mitocondrial externa
CH3-(CH2)n-COOH + ATP + CoA-SH eacute CH3-(CH2)n-CO-S-CoA + AMP + PPi
2 Do transporte do radical acila atraveacutes da MMI do citosol para a matriz
mediado pelo carreador especiacutefico carnitina A transferecircncia do radical acila da CoA para a carnitina eacute catalizada pela enzima carnitina-Acil-Transferase I
Acil-S-CoA + Carnitina eacute Acil-Carnitina + CoA-SH 3 Do lado da matriz mitocondrial a carnitina doa novamente o radical acila para
a CoA regenerando o Acil-CoA no interior da mitococircndria A reaccedilatildeo eacute catalisada pela arnitina-Acil-Transferase II localizada na face interna da MMI e eacute exatamente o inverso da descrita acima
- Oxidaccedilatildeo do Aacutecido Graxo
Consiste na quebra por oxidaccedilatildeo do aacutecido graxo sempre em seu carbono b convertendo-o na nova carbonila de um aacutecido graxo agora 2
carbonos mais curto
O processo eacute repetitivo e libera agrave cada quebra
1 NADH+H+ 1 FADH2
1 Acetil CoA
Satildeo 4 as enzimas envolvidas em cada etapa de oxidaccedilatildeo da via
Exemplo
CH3-CH2-CH2-CH2-CH2-CH2-CH2-CH2-CH2-CO-S-CoA + CoA-SH
CH3-CH2-CH2-CH2-CH2-CH2-CH2-CO-S-CoA + Acetil-CoA
CH3-CH2-CH2-CH2-CH2-CO-S-CoA + Acetil-CoA
CH3-CH2-CH2-CO-S-CoA + Acetil-CoA
Acetil-CoA + Acetil-CoA
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Respiraccedilatildeo Celular
A siacutentese de ATP acoplada agrave - oxidaccedilatildeo vem
Do transporte de eleacutetrons do NADH e do FADH2 formados no processo pela cadeia respiratoacuteria
Da oxidaccedilatildeo dos radicais acetil dos Acetil-CoAs no ciclo de Krebs
Exemplo A oxidaccedilatildeo de uma aacutecido graxo com 16 carbonos rende para a ceacutelula em ATPs
8 Acetil-CoA = 96 ATPs (12 1)
7 NADH + H+ = 21 ATPs (3 1)
7 FADH2 = 14 ATPs (2 1)
Total = 131 ATPs
Regulaccedilatildeo da - Oxidaccedilatildeo
A regulaccedilatildeo da via eacute feita pela enzima reguladora carnitina-acil-transferase I que regula a velocidade de entrada do aacutecido graxo na mitococircndria desta forma a velocidade de sua degradaccedilatildeo
Esta enzima eacute inibida por malonil-CoA um intermediaacuterio cuja concentraccedilatildeo aumenta na ceacutelula quando esta tem carboidrato disponiacutevel e que funciona como precursor na biossiacutentese de aacutecido graxo
Oxidaccedilatildeo de Aacutecidos Graxos Insaturados
Se o aacutecido graxo a ser oxidado for insaturado o processo tem dois passos enzimaacuteticos adicionais
A conversatildeo do isocircmero cis em trans
A saturaccedilatildeo da dupla ligaccedilatildeo pela adiccedilatildeo de aacutegua
Uma vez o aacutecido graxo saturado ele pode seguir com o processo normal de oxidaccedilatildeo
Oxidaccedilatildeo de Aacutecidos Graxos com Nuacutemero Iacutempar de Carbonos
A oxidaccedilatildeo de um aacutecido graxo com nuacutemero de carbonos iacutempar leva aacute formaccedilatildeo de um resiacuteduo de propionol-CoA que atraveacutes de uma sequumlecircncia de reaccedilotildees enzimaacuteticas e com gasto de energia (1 ATP eacute hidrolisado para cada propionil-CoA convertido) eacute convertido em succinil-CoA que entra no ciclo de Krebs para ser oxidado
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Corpos Cetocircnicos
A oxidaccedilatildeo dos aacutecidos graxos no fiacutegado leva agrave formaccedilatildeo de grande quantidade de Acetil-CoA que pode ser oxidado no proacuteprio fiacutegado ou convertido nos CORPOS CETOcircNICOS
Satildeo 3 os corpos cetocircnicos formados a partir do Acetil-CoA
Acetoacetato
- Hidroxibutirato
Acetona
O objetivo da formaccedilatildeo dos corpos cetocircnicos eacute permitir o transporte da energia obtida pela oxidaccedilatildeo dos aacutecidos graxos aos tecido perifeacutericos para laacute serem utilizados na siacutentese de ATP
A formaccedilatildeo de corpos cetocircnicos eacute uma via de superabundacircncia atraveacutes da qual o fiacutegado distribui energia a todo o organismo Nos tecidos perifeacutericos os corpos cetocircnicos regeneram o Acetil-CoA que entra no ciclo de Krebs para produccedilatildeo de energia
Normalmente a quantidade de corpos cetocircnicos no sangue eacute baixa mas
em situaccedilotildees como o jejum prolongado ou o diabetes mellitus suas concentraccedilotildees seacutericas podem aumentar muito levando o indiviacuteduo a um estado de CETOSE caracterizada por uma ACIDOSE METABOacuteLICA que pode ser fatal
2) -OXIDACcedilAtildeO DE LIPIacuteDIOS
21 Os aacutecidos graxos variam no comprimento da suas cadeias e no grau de nsaturaccedilatildeo dos aacutecidos graxos
Os aacutecidos graxos em sistemas bioloacutegicos comumente conteacutem um mesmo nuacutemero de aacutetomos de carbonos Tipicamente entre 14 e 24 aacutetomos Os aacutecidos graxos que conteacutem de 16 a 18 carbonos satildeo mais comuns As cadeias de hidrocarbonetos satildeo quase invariaacutevel nos aacutecidos graxos natildeo ramificados de animais A configuraccedilatildeo de duplas ligaccedilotildees em muitos aacutecidos graxos insaturados eacute tipo bdquocis‟ As duplas ligaccedilotildees em aacutecidos graxos poli-insaturados satildeo separadas por pelo menos um grupo metileno
As propriedades dos aacutecidos graxos e lipiacutedios derivados deles satildeo marcadamente dependentes sobre o comprimento das cadeias deles e sobre o grau de saturaccedilatildeo Aacutecidos graxos saturados tem um menos ponto de derretimento do que os aacutecidos graxos saturados de cadeia com o mesmo comprimento Por exemplo os
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ponto de derretimento do aacutecido esteaacuterico eacute 696 oC e o aacutecido oleico eacute 134 oC que conteacutem uma dupla ligaccedilatildeo bdquocis‟ O ponto de fusatildeo dos aacutecidos graxos poli-insaturados da seacuteria com 18 carbonos satildeo muito mais baixos O comprimento das cadeias tambeacutem afeta o ponto de derretimento Isto eacute ilustrado pelo fato que a temperatura de derretimento do aacutecido palmiacutetico (C16) ser igual a 65 oC menor que o aacutecido esteaacuterico (C18)
Diante disto aacutecidos graxos com comprimento de cadeias curtas e aumento da insaturaccedilatildeo e aumenta a fluidez dos aacutecidos graxos e dos derivados deles
22 Triacilgliceroacuteis satildeo estoques de energia altamente concentrada
Triacilgliceroacuteis satildeo estoques de energia metaboacutelica altamente concentradas devido elas serem quimicamente reduzidas e anidras O rendimento de uma oxidaccedilatildeo completa de aacutecidos graxos eacute de 9 kcalg em contraste com quase 4 kcalg dos carboidratos e proteiacutenas As bases desta grande diferenccedila no rendimento caloacuterico eacute que os aacutecidos graxos satildeo muito mais altamente reduzidos Entretanto os triacilgliceroacuteis satildeo muito apolares e assim eles satildeo armazenados em uma forma quase anidra jaacute as proteiacutenas e carboidratos satildeo muito mais polares e portanto mais altamente hidratados
De fato uma grama de glicogecircnio seco liga-se a quase duas gramas de aacutegua Consequentemente uma grama de gordura quase anidra armazena mais que seis vezes a energia do que uma grama de glicogecircnio hidratado esta eacute a razatildeo para que os trigliceroacuteis foram evolutivamente selecionados como maior reserva de energia que o glicogecircnio
Considerando o peso de um homem tiacutepico com 70 kg que tem uma reserva de combustiacutevel de 100000 kcal em triacilgliceroacuteis 25000 kcal em proteiacutenas (mais em muacutesculos) 600 kcal em glicogecircnio e 40 kcal em glicose Os triacilgliceroacuteis constituem quase 11 kg deste total do peso do corpo Esta quantidade de energia se fosse armazenada em glicogecircnio seu peso total do corpo seria 55 kg maior
Em mamiacuteferos o maior siacutetio de acuacutemulo de triacilgliceroacuteis eacute o citoplasma das ceacutelulas adiposas - bdquoceacutelulas gordas‟ Gotiacuteculas de triacilglicerol unem-se para formar um grande gloacutebulo o qual pode ser maio do que o volume da ceacutelula A ceacutelula adiposa eacute especializada para a siacutentese e armazenamento de triacilgliceroacuteis e para a mobilizaccedilatildeo interna de moleacuteculas de combustiacutevel que satildeo transportadas para outros tecidos pelo sangue
23 Triacilgliceroacuteis satildeo mobilizados por AMP ciacuteclico regulados pelas lipases
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O evento inicial no uso das gorduras como fonte de energia eacute a hidroacutelise dos triacilgliceroacuteis pelas lipases (Figura 1)
A atividade das lipases em ceacutelulas adiposas eacute regulada por hormocircnios Epinefrinas noraepinefrinas glucagocircnio e hormocircnio adrenocorticotroacutepico estimulam a ciclase adenilato das ceacutelulas adiposas O aumento do niacutevel de AMP ciacuteclico (monofosfato ciacuteclio de adenosina entatildeo estimula a proteina quinase que por sua vez ativa a lipase pela fosforilaccedilatildeo do AMP
Figura 1 Esquema da degradaccedilatildeo do tiacilglicerol para aacutecidos graxos
Entatildeo a epinefrinas noraepinefrinas glucagocircnio e hormocircnio
adrenocorticotroacutepico causam a lipoacutelise O AMP ciacuteclico eacute o mensageiro secundaacuterio na ativaccedilatildeo da lipoacutelise em ceacutelulas adiposas Que eacute um processo anaacutelogo a este papel na ativaccedilatildeo de quebra do glicogecircnio E ao contraacuterio a insulina inibe a lipoacutelise O glicerol formado pela lipoacutelise eacute fosforilado e oxidado para dihidroxiacetona fostado o qual sofre izomerizaccedilatildeo para gliceroladido 3-fosfato Estes intermediaacuterios ambos vatildeo para as vias glicoliacutetica e gliconeogecircnica Daiacute glicerol pode ser convertido
em piruvato ou glicose no fiacutegado que conteacutem enzimas apropriadas O processo reverso pode ocorrer pela reduccedilatildeo do dihidroxiacetona fosfato para glicerol 3-fosfato A hidroacutelise por uma fosfatase daacute origem ao glicerol Entatildeo glicerol e intermediaacuterios glicoliacuteticos satildeo prontamente interconversiacuteveis
24 -Oxidaccedilatildeo de Lipiacutedios Os aacutecidos graxos satildeo degradados pela remoccedilatildeo sequencial de duas unidades de carbono Em 1904 Franz Knoop contribuiu de forma importante e decisiva para elucidar o mecanismo da oxidaccedilatildeo de aacutecidos graxos Ele alimentou cachorros com aacutecidos
graxos de cadeia reta na qual o aacutetomo de carbono estava unido ao grupo fenil Knoop encontrou que a urina deste cachorros continham um derivado do aacutecido
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fenilaceacutetico quando eles se alimentavam de fenilbutirato Em contraste um derivado do aacutecido benzoacuteico foi formado quando eles forma alimentados com fenilpropionato De fato aacutecido fenilaceacutetico foi produzido sem aacutecido graxo contendo um mesmo nuacutemero de aacutetomos de carbono que forma os cachorros alimentados No entanto o aacutecido benzoacuteico foi formado contendo aacutecidos graxos de nuacutemero iacutemparestranho ao que forma alimentados Knoop deduziu destes achado eacute que os aacutecidos graxos satildeo
degradados pela oxidaccedilatildeo carbono beta -
Estes experimentos foram marcados mundo agrave fora na bioquiacutemica devido eles serem o primeiro a usar roacutetulo sinteacutetico para elucidar mecanismos de reaccedilatildeo O deuteacuterio e radioisoacutetopos foram usados em bioquiacutemica apenas uma seacuterie de anos mais tarde
25 Aacutecidos graxos satildeo ligados a Coenzima A (CoA) antes de serem oxidados Eugene Kennedy amp Lehninger (1949) mostraram que os aacutecidos graxos satildeo oxidados na mitococircndria O trabalho subsequente demonstrou que eles satildeo ativados ante de entrarem na matriz mitocondrial O ATP (trifosfato de adenosina) dirige a formaccedilatildeo da ligaccedilatildeo tioeacutester do grupo carboxila do aacutecido graxo com o grupo sulfidrila da CoA Esta reaccedilatildeo de ativaccedilatildeo ocorre sobre o lado de fora da membrana mitocondrial onde ela eacute catalisada pela enzima sintetase acil CoA (tambeacutem chamada de tioquinase de aacutecidos graxos)
Figura 2 Ativaccedilatildeo do aacutecido graxo ligando-o a CoA
Paul Berg mostrou que a ativaccedilatildeo de aacutecido graxo ocorre em dois passo primeiro o aacutecido graxo reage com ATP para formar um adenilato acil Nesta mistura anidirda o grupo carboxila do aacutecido graxo eacute ligado ao grupo fosfato do AMP Os outros dois grupos fosforilas do substrato ATP satildeo liberados como pirofosfato O grupo sulfidrila da CoA entatildeo anexa o adenilato acil o qual eacute fracamente ligado agraves
enzimas para formar acil CoA e AMP
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Figura 3 entrada e saiacuteda da acil carintirna na matriz mitocondiral mediada pela
enzima translocase
Esta reaccedilatildeo parcial eacute livremente reversiacutevel De fato a constante de equiliacutebrio da soma desta reaccedilatildeo eacute exatamente um (1)
R - COO- + CoA + ATP acil CoA + AMP + PPi
Uma ligaccedilatildeo altamente energeacutetica eacute quebrada (entre pirofosfato inorgacircnico e AMP) e uma reaccedilatildeo altamente energeacutetica eacute formada (o tioeacutester em acil CoA) Como esta reaccedilatildeo eacute dirigida A resposta eacute que o pirofosfato inorgacircnico eacute rapidamente hidrolisado por uma pirofosfatase
R - COO- + CoA + ATP + aacutegua acil CoA + AMP + 2Pi + 2H+
Isto torna a reaccedilatildeo altamente irreversiacutevel devido ao consumo de duas ligaccedilotildees altamente energeacuteticas Jaacute que apenas uma eacute formada Outro exemplo de outro tema recorrente em bioquiacutemica eacute
Muitas reaccedilotildees biossinteacuteticas satildeo feitas irreversiacuteveis pela hidroacutelise de pirofosfato inorgacircnico
Outro motivo surge nesta reaccedilatildeo de ativaccedilatildeo O intermediaacuterio adenilato acil ligado agrave enzima natildeo eacute o uacutenico para a siacutentese de acil CoA O adenilato acil eacute frequentemente formado quando grupos carboxilas satildeo ativados em reaccedilotildees bioquiacutemicas Por exemplo aminoaacutecidos satildeo ativados para a siacutentese de porteiacutenas por um mecanismo semelhante
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26 Carnitina promove a ativaccedilatildeo de aacutecidos graxos de cadeia longa dentro da matriz mitocondrial
Os aacutecidos graxos satildeo ativados sobre a superfiacutecie externa da membrana mitocondrial onde os aminoaacutecidos satildeo oxidados na matriz mitocondrial Moleacuteculas acil CoA de cadeia longa natildeo atravessam para o interior da membrana mitocondrial e assim eacute necessaacuterio um mecanismo especial de transporte Aacutecidos graxos de cadeia longa satildeo carregados para o interior da membrana mitocondrial pela carnitina que eacute um tampatildeo (cargas positivas e negativas) formado a partir da lisina
Os grupos acil satildeo transferidos do aacutetomo de enxofre do CoA para os grupos hidroxilas da carnitina vinda da acil carnitina Esta reaccedilatildeo eacute catalisada pela enzima carnitina aciltransferase 1 que esta localizada na face do lado do citossol e dentro da membrana mitocondrial
Figura 4 entrada e saiacuteda da acil carnitina na matriz mitocondrial mediada pela enzima translocase
A carnitina acil eacute entatildeo lanccedilada atraveacutes do interior da membrana mitocondrial por uma translocase (Fig p474 meio Stryer) O grupo acil eacute transferido de volta para a
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CoA sobre o lado da matriz da membrana Esta reaccedilatildeo que eacute catalisada por carnitina aciltransferase 2 e eacute termodinamicamente viaacutevel por causa da ligaccedilatildeo O-acil na
carnitina tendo um alto potencial na transferecircncia de grupos
Finalmente a carnitina eacute retornada para o lado citossoacutelico pela translocase na troca por uma acilcarnitina incomum
Um defeito na transferase ou translocase ou uma deficiecircncia de carnitina pode prejudicar a oxidaccedilatildeo de aacutecidos graxos de cadeia longa Tal desordem tem de fato sido encontrada gecircmeos idecircnticos que tem tido catildeibras dores musculares desde a infacircncia As dores foram precipitadas por raacutepido exerciacutecios ou alta teor de gordura na dieta A oxidaccedilatildeo de aacutecidos graxo eacute o processo de maior rendimento energeacutetico nestes trecircs estados As enzimas da glicoacutelise e da glicogenoacutelise foram encontradas ser normal A lipoacutelise dos triacilgliceroacuteis foi normal evidenciado pelo aumento na concentraccedilatildeo dos aacutecidos graxos natildeo esterificados encontrado no plasma apoacutes a corrida O ensaio de bioacutepsia do muacutesculo mostrou que a sintetase acil CoA de cadeia longa estava sempre ativa
Entretanto cadeia de aacutecidos graxos com comprimento meacutedio (C8 e C10) foram normalmente metabolizada Isto mostra que a carnitina natildeo eacute requerida para a permeaccedilatildeo dos grupos acil CoA de cadeia meacutedia no interior da matriz mitocondiral Este caso demonstra que o fluxo prejudicado de um metaboacutelito de um compartimento da ceacutelula para outro pode causar esta doenccedila
27 Acetil CoA NADH e FADH2 satildeo gerados em cada volta do ciclo de oxidaccedilatildeo dos aacutecidos graxos
Um acil CoA saturado eacute degradado por uma sequecircncia recorrente de quatro reaccedilotildees
Oxidaccedilatildeo por FAD (flavina adenina dinucleotiacutedio)
Hidrataccedilatildeo
Oxidaccedilatildeo por NAD+
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Figura 5 Reaccedilatildeo de degradaccedilatildeo de aacutecidos graxos (oxidaccedilatildeo hidrataccedilatildeo oxidaccedilatildeo e finalmente tioacutelise resultando numa moleacutecula com dois carbonos a menos
A cadeia acil da gordura eacute encurtada por dois aacutetomos de carbono como um resultado destas reaccedilotildees e FADH2 NADH e acil CoA satildeo gerados David Green
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Severo Ochoa e Feodor Lyenen contribuiacuteram de forma importante para a elucidaccedilatildeo
destas seacuterie de reaccedilotildees a qual chamaram de via da - oxidaccedilatildeo
A primeira reaccedilatildeo em cada volta da degradaccedilatildeo eacute a oxidaccedilatildeo do acil CoA por uma acil CoA desidrogenase para dar uma enoil CoA com uma duplas ligaccedilatildeo trans entre o C2 e C3
Acil CoA + E-FAD trans - 2 - enoil CoA + E-FADH2
Como na desidrogenaccedilatildeo do succinato no ciclo do aacutecido ciacutetrico FAD mais que
o NAD+ eacute o aceptor de eleacutetrons devido o G desta reaccedilatildeo ser insuficiente para dirigir a reduccedilatildeo do NAD+ Os eleacutetrons vindos do grupo prosteacutecido do FADH2 da desidrogenase acil CoA reduzida satildeo transferidos para a segunda flavoproteina chamada de flavoproteiacutena transferidora de eleacutetrons (ETF) Na volta a ETF doa eleacutetrons para a ETF-ubiquinona redutase uma proteiacutena Fe-S Ubiquinona eacute entatildeo reduzida para ubiquinol que entrega seu alto potencial de eleacutetrons ao siacutetio de bombeamento de proacutetons da cadeia respeiratoacuteria Consequentemente dois ATPs satildeo gerados do FADH2 formado neste passo de desidrogenaccedilatildeo como na oxidaccedilatildeo do succinato para fumarato
O proacuteximo passo eacute a hidrataccedilatildeo da dupla ligaccedilatildeo entre o C2 e C3 pela enoil CoA hidratase
trans - 2 - enoil CoA + H2O L-3-hidroxilacil CoA + E-FADH2
A hidrataccedilatildeo da enoil CoA eacute esteacuteroespeciacutefica como eacute a hidrataccedilatildeo do fumarato e aconitato Somente o L-isocircmero do 3-hidroxiacil CoA eacute formado quanado a ligaccedilatildeo
trans-2 eacute hidratada A enzima tambeacutem hidrata a dupla ligaccedilatildeo cis-2 mas o produto eacute
entatildeo do D-isocircmero
A hidrataccedilatildeo da enoil CoA eacute a preacutevia para reaccedilatildeo da segunda oxidaccedilatildeo que converte o grupo hidroxila para C3 dentro do grupo ceto e gera NADH Esta oxidaccedilatildeo eacute catalizada por L-3-hidroxiacil CoA desidrogenase a qual eacute absolutamente especiacutefica para o L-isocircmero do substrato hidroxiacil
L-3-hidroxilacil CoA + NAD+ 3-cetoacil CoA + NADH + H+
Estas trecircs reaccedilotildees em cada volta do ciclo de degradaccedilatildeo de aacutecidos graxos assemelha-se em pelo menos um passo ao ciclo do aacutecio ciacuteclico
111
Acil CoA enol CoA hidroxiacil CoA cetoacil CoA
succinato fumarato malato oxaloacetato
A reaccedilatildeo precedente tinha oxidado o grupo metileno no C3 para um grupo ceto O passo final eacute a clivagemquebra do 3-cetoacil CoA por um grupo tiol de uma segunda moleacutecula de CoA a qual rende acetil CoA e acil CoA encurtadas por 2
aacutetomos de carbono Esta clivagem tioliacutetica eacute catalizada por -cetotiolase
3-cetoacil CoA + HS-CoA aceil CoA + acil CoA (n -2 carbonos)
O acil CoA encurtado entatildeo sofre outro ciclo de oxidaccedilatildeo comeccedilando com a
reaccedilatildeo catalisada por acil CoA desidrogenase (Figura 6) -cetotiolase hidroxiacil desidrogenase e enoil CoA hidratase tem ampla especificidade com respeito ao comprimento do grupo acil
Figura 6 As trecircs primeiras reaccedilotildees de degradaccedilatildeo de aacutecido palmiacutetico pela remoccedilatildeo de dois aacutetomos de carbonos por ciclo de degradaccedilatildeo
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Principais reaccedilotildees na oxidaccedilatildeo de aacutecidos graxos
1) aacutecido graxo + CoA + ATP acil CoA + AMP + Ppi
acil CoA sintetase (tioquinase de aacutecido graxoCoA ligase [AMP]
2) carnitina + acil CoA acil carnitina + CoA
carnitina aciltransferase
3) Acil CoA + E-FAD trans-2-enoil CoA + E-FADH2
acil CoA desidrogenases (vaacuterias)
4) trans-2-enoil Coa + H2O L-3-hidroxiacil CoA
enoil CoA hidratases (3-hidroxiacil CoA hidrolase)
5) L-3-hidroxiacil CoA + NAD+ 3-cetoacil CoA + NADH + H+
L-3-hidroxiacil CoA desidogenase
6) L-3-hidroxiacil CoA + CoA acetil CoA + acil CoA (encurtada por 2C)
-cetotiolase (tiolase)
O rendimento energeacutetico derivados da oxidaccedilatildeo de aacutecidos graxos pode ser calculada Em cada ciclo de reaccedilatildeo um acil CoA eacute encurtada por dois carbonos e um FADH2 e eacute formado NADH e acetil CoA
Cn-acil CoA + FAD + NAD+ + H2O + CoA Cn-2-acil CoA + FADH2 + NADH + acetil CoA + H+
A degradaccedilatildeo do palmitoil CoA (C16-acil CoA) requer sete ciclos de reaccedilotildees No seacutetimo ciclo o C4-ceotoacil CoA eacute tiolozado para duas moleacuteculas de acetil CoA Entatildeo a estequiometira da oxidaccedilatildeo do palmitoil CoA eacute
Palmitoil CoA + 7 FAD + 7 NAD+ + 7 H2O 8 acil CoA + 7 FADH2 + 7 NADH + 7 H+
Trecircs ATPs satildeo gerados quando cada destes NDAH eacute oxidado pela cadeira respiratoacuteria enquqnto 2 ATPs satildeo formados para cada FADH2 devido aos seus
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eleacutetrons entram na cadeia ao niacutevel do ubiquinol Lembrando que a oxidaccedilatildeo do acetil CoA pelo ciacuteclo do aacutecido ciacutetrico rende 2 ATPs Considerando isto o nuacutemero de ATP formado na oxidaccedilatildeo do Palmitoil CoA eacute 21 e dos 7 FADH2 21 dos 7 NADH e 96 das 8 moleacuteculas de acetil CoA o que daacute um total de 131 ATPs Duas ligaccedilotildees fosfato de alta energia satildeo consumidas na ativaccedilatildeo do palmitato na qual o ATP eacute dividido AMP e 2 Pi Entatildeo o rendimento liacutequido da completa oxidaccedilatildeo do palmitato e 129 ATPs
A eficiecircncia da conservaccedilatildeo da energia na oxidaccedilatildeo de aacutecidos graxos pode ser estimada dado o nuacutemero de ATP formado e da energia de oxidaccedilatildeo do aacutecido palmiacutetico agrave CO2 e H2O
3) GERMINACcedilAtildeO DE SEMENTES amp -OXIDACcedilAtildeO DE LIPIacuteDIOS
No inicio da germinaccedilatildeo as proteiacutenas de armazenamento satildeo degradadas para aminoaacutecidos atraveacutes da siacutentese de enzimas requeridas para a mobilizaccedilatildeo de lipiacutedios
Estas enzimas incluem as lipases que catalisam a hidroacutelise de triacilgliceroacuteis para glicerol e aacutecidos graxos As lipases ligam-se agraves oleosinas do corpos de oacuteleo O glicerol formado pela hidroacutelise do triacilglicerol pode ser alimentado dentro da via da gliconeogecircnese apoacutes a fosforilaccedilatildeo do glicerol 3-fosfato e sua subsequente oxidaccedilatildeo para diidroxicetona fosfato A liberaccedilatildeo de aacutecidos graxos livres eacute primeiro ativado
como tioeacutesteres de CoA e entatildeo degradados para acetil CoA por -oxidaccedilatildeo Este processo ocorre em peroxiossomos especializados os quais satildeo chamados de
glioxiossomos A -oxidaccedilatildeo eacute um processo bioloacutegico importante para a germinaccedilatildeo das sementes em especial para as oleaginosas
Embora em princiacutepio -oxidaccedilatildeo represente uma forma invertida da siacutentese de aacutecidos graxos existe diferenccedilas distintas como habilidade de alto fluxo metaboacutelico entre estas duas vias metaboacutelicas que operam em direccedilotildees opostas
As principais diferenccedilas entre -oxidaccedilatildeo e a siacutentese de aacutecidos graxos satildeo
na desidrogenaccedilatildeo do acil CoA O hidrogecircnio eacute transferido via uma oxidase dependente de FAD para H2O2 A catalase irreversivelmente elimina a H2O2 no siacutetio de sua produccedilatildeo pela conversatildeo em aacutegua e O2
-L-hidroxiacil CoA eacute formada durante a hidrataccedilatildeo da enoil CoA in contrast para o correspondente D-enantioner durante a siacutentese
hidrogecircnio eacute transferido para o NAD durante o segundo passo da desidrogenaccedilatildeo Normalmente o sistema NAD na ceacutelula eacute altamente oxidado dirigindo a reaccedilatildeo em direccedilatildeo a oxidaccedilatildeo do hidroxiacil CoA Natildeo eacute conhecido qual reaccedilatildeo utiliza o NADH formado nos peroxiossomos
114
Em uma reaccedilatildeo irreversiacutevel de tioacutelises mediadas por CoASH que cliva -cetoacil CoA para formas uma moleacutecula de acetil CoA e uma de acil CoA encurtada para dois aacutetomos de carbono
Durante a degradaccedilatildeo de aacutecidos graxos insaturados produtos intermediaacuterios
satildeo formados e que natildeo podem ser metabolizados por reaccedilotildees de -oxidaccedilatildeo 3-cis-enoil CoA que eacute formado durante a degradaccedilatildeo do aacutecido oleico eacute convertido por uma
isomerase mudando a ligaccedilatildeo dupla para 2-trans-enoil CoA que eacute um intermediaacuterio
da -oxidaccedilatildeo Na -oxidaccedilatildeo dos aacutecidos linolecircnico e linoleico a segunda ligaccedilatildeo dupla no intermediaacuterio correspondente estaacute na posiccedilatildeo correta mas na configuraccedilatildeo cis com a consequecircncia que eacute a hidrataccedilatildeo pela hidratase enoil CoA resulta na
formaccedilatildeo de -D-hidroxiacil CoA Mais tarde eacute convertido por uma epimerase para L-
enantiomer o qual eacute um intermediaacuterio da -oxidaccedilatildeo
4) CICLO DO GLIOXILATO
Ao contraacuterio ao animais os quais satildeo haacutebeis para sintetizar glicose de acetil CoA As plantas e muitas bacteacuterias satildeo capazes de crescer sobre acetato ou outros componentes que lhe rendam acetil CoA As plantas podem fazer gliconeogecircnesis elas possuem as enzimas da gliconeogecircnesis para o ciclo do glioxilato
Nesta via metaboacutelica acetil com duas unidades de carbono satildeo convertidos para uma moleacutecula de quatro carbonos (succinato) Esta sequecircncia de reaccedilotildees eacute chamada de ciclo do glioxilato passagem livre para dois passos de descarboxilaccedilatildeo no cilco do aacutecido ciacutetrico Neste ciclo entram duas moleacuteculas de acetil CoA por cada ciclovolta do ciclo do glioxilato Uma ilustraccedilatildeo das principais reaccedilotildees do ciclo do glioxilato eacute apresentado na Figura 7
115
Figura 7 Ciclo do glioxilato e suas principais reaccedilotildees produtos e intermediaacuterios
O ciclo do glioxilato estaacute ligado ao ciclo do aacutecido ciacutetrico da seguinte maneira
acetil CoA condensa com oxaloacetato atraveacutes da enzima sintase do citrato e mais tarde eacute convertido para isocitrato pela aconitase
Isocitrato e dividido pela isocitrato liase em succinato e glioxilato
Glioxilato mais acetil CoA satildeo condensados pela sintase de malato para malato
Como no ciclo do citrato o malato eacute oxidado pela desidrogenase do malato para oxaloacetato complementando o ciclo
Uma moleacutecula de succinato gera duas de acetil CoA
succinato eacute transferido para mitococircndria e eacute convertido para oxaloacetato (por reaccedilatildeo parcial no ciclo do citrato)
116
oxaloacetato eacute transferido da mitococircndria por um transportador e no citossol eacute convertido para fosfoenolpiruvato (carboxiquinase do fosfoenolpiruvato)
fosfoenolpiruvato eacute precursor de hexoses na gliconeogecircnese e outras rotas metaboacutelicas
BIBLIOGRAFIA
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Guanabara Koogan 1976 WANNMACHER CMD DIAS RD Bioquiacutemica fundamental 6 ed Porto Alegre
URGS 1988
3 BETA-OXIDACcedilAtildeO DOS AacuteCIDOS GRAXOS
31 Histoacuterico Em 1904 Knoop administrou para catildees derivados fenilados de aacutecidos
graxos com diferentes nuacutemeros de aacutetomos de carbono na cadeia Pelo fato do grupamento fenil
ser de difiacutecil transformaccedilatildeo pelo organismo animal poder-se-ia pesquisar na urina os produtos
de degradaccedilatildeo de tais derivados fenilados e assim melhor conhecer o catabolismo dos aacutecidos
graxos
Quando eram ministrados derivados fenilados de aacutecidos graxos com nuacutemero par de aacutetomos de
carbono havia excreccedilatildeo de aacutecido fenilaceacutetico Quando eram empregados derivados fenilados
117
de aacutecido dos graxos com nuacutemero impar de aacutetomo de carbono havia excreccedilatildeo de aacutecido
benzoacuteico
Knoop postulou que os aacutecidos graxos sofreriam oxidaccedilotildees sucessivas no carbono beta () que
se transformaria em carboxila removendo-se assim sucessivamente unidades contendo 2
aacutetomos de carbono (ldquoC2rdquo)
Entretanto a exata compreensatildeo do processo somente foi possiacutevel depois da identificaccedilatildeo da
unidade ldquoC2rdquo como sendo o acetil-CoA e dos estudos de Lynen e Green que isolaram de
mitococircndrias 5 enzimas que catalizavam a beta-oxidaccedilatildeo dos aacutecidos graxos
32 Esquema helicoidal da beta-oxidaccedilatildeo dos aacutecidos graxos
1 tioquinase 2 desidrogenase de acil 3 hidrase de enoil 4 desidrogenase de
hidroxiacil 5 tiolase
33 Caracteriacutestica da beta-oxidaccedilatildeo
a Somente uma moleacutecula de ATP eacute requerida na ativaccedilatildeo do aacutecido graxo para sua
completa transformaccedilatildeo em acetil-CoA independente do nuacutemero de aacutetomos de
carbono
b As enzimas responsaacuteveis pela beta-oxidaccedilatildeo estatildeo contidas na mitococircndria o
que facilita o aproveitamento da energia visto que o acetil-CoA formado eacute
prontamente oxidado pelo Ciclo de Krebs bem como as coenzimas formadas
satildeo oxidadas na Cadeia Respiratoacuteria
c O sistema oxidativo dos aacutecidos eacute de ocorrecircncia universal sendo encontrado em
plantas animais e bacteacuterias
4 RENDIMENTO ENERGEacuteTICO DA BETA-OXIDACcedilAtildeO
Consideremos a oxidaccedilatildeo bioloacutegica completa do aacutecido palmiacutetico
C16H32O2 + 23O2 16CO2 + 16H2O G= -2338000 calmol
O aacutecido palmiacutetico (com 16 aacutetomos de C) desdobrado pela beta-oxidaccedilatildeo daacute origem a 8
moleacuteculas de acetil-CoA cada uma carregando 2 aacutetomos de C da moleacutecula do aacutecido graxo
Essas 8 moleacuteculas de acetil-CoA satildeo geradas em 7 ldquovoltasrdquo da sequumlecircncia helicoidal de
118
reaccedilotildees pois que na uacuteltima volta se formam 2 moleacuteculas de acetil-CoA Os equivalentes em
ATP em cada etapa seriam
Rendimento energeacutetico (R)
2338000 100
130 X 8000 R R= 100 X 130 X 8000 = 445
2338000
Problema ndash Calcular o nuacutemero de moleacuteculas de ATP gerados Pela oxidaccedilatildeo bioloacutegica
completa do trigliceriacutedios abaixo estruturado
CH2-O-CO-(CH2)14CH3
CH-O-CO-(CH2)16CH3
CH2-O-CO-(CH2)16CH3
119
5 BIOSSIacuteNTESE DE AacuteCIDOS GRAXOS
Logo de iniacutecio pensou-se em uma beta-muacuteltipla condensaccedilatildeo das mesmas unidades ldquoC2rdquo
(acetil-CoA) que resultasse na siacutentese de aacutecidos graxos mediante o reverso das reaccedilotildees da
beta-oxidaccedilatildeo
Atualmente se sabe que a biossiacutentese de aacutecidos graxos eacute processada por um equipamento
enzimaacutetico distinto utilizado o acetil-CoA substrato
A dessaturaccedilatildeo dos aacutecidos graxos introduccedilatildeo de duplas ligaccedilotildees eacute processada por plantas e
animais ao niacutevel mitocondrial ou microssomal requerendo coenzimas reduzidas e oxigecircnio
molecular Entretanto somente as plantas superiores possuem a habilidade de introduzirem
mais que uma dupla ligaccedilatildeo sintetizando assim aacutecidos poliinsaturados Tais aacutecidos graxos satildeo
considerados assenciais aos organismos animais
Nesta reaccedilatildeo o O2 (oxigecircnio molecular) se constitui em um substrato Este pode ser um dos
fatores que levam plantas e animais (com os peixes) de regiotildees temperadas (mais frias) a
sintetizarem aacutecidos graxos poliinsaturados em maior proporccedilatildeo visto que quanto menor a
temperatura maior a concentraccedilatildeo de oxigecircnio dissolvido no suco celular Esse mecanismo
parece ser responsaacutevel pelo menos em parte pela resistecircncia ao frio manifestada por animais
e vegetais das regiotildees frias Explicaria tambeacutem porque o cacaueiro cultivado distante da linha
do equador formada um manteiga com menor ponto de fusatildeo ou seja maior iacutendice de iocircdo
120
METABOLISMO DEGRADATIVO DA PROTEIacuteNAS E AMINOAacuteCIDOS
1 CONSIDERACcedilOtildeES GERAIS
Os aminoaacutecidos devem constar na dieta dos animais devido agrave sua funccedilatildeo de constituintes das
proteiacutenas corporais Os estudos sobre a nutriccedilatildeo animal e humana mostram que os
aminoaacutecidos podem ser divididos em dois grupos dependendo do metabolismo dos mesmos
a aminoaacutecidos essenciais ou indispensaacuteveis ndash aqueles que o organismo natildeo
sintetiza ou se o faz em quantidades aqueacutem da requerida lisina triptofano
metionina valina leucina isoleucina fenilalanina e treonina satildeo essenciais ao
homem
b aminoaacutecidos natildeo essenciais ou dispensaacuteveis ndash aqueles que o organismo
sintetiza nas quantidades requeridas aacutecido aspaacutertico aacutecido glutacircmico alanina
serina etc
As proteiacutenas alimentares (presente nos alimentos) podem ser consideradas de boa qualidade
quando rica em aminoaacutecidos essenciais e de maacute qualidade se satildeo pobres em aminoaacutecidos
essenciais O milho opaco-2 melhorando geneticamente apresenta maior conteuacutedo das
proteiacutenas glutelina e zeiacutena que satildeo ricas em lisina De uma maneira geral os cereais satildeo pobres
em lisina ao passo que os gratildeos da leguminosas satildeo deficientes em metionina
As proteiacutenas que ingerimos como alimento satildeo hidrolisadas nos aminoaacutecidos constituintes
pelas enzimas digestivas do estocircmago (pepsina) suco pancreaacutetico (amino e carboxipeptidases)
e suco intestinal (d - e tripeptidases) Os aminoaacutecidos livres satildeo absorvidos pelo intestino e
atraveacutes do sistema porta se dirigem ao fiacutegado para a siacutentese das proteiacutenas corporais individuais
(estruturais ou de atividade bioloacutegica com enzimas e hormocircnios) ou sofrem reaccedilotildees
especiacuteficas para cada aminoaacutecido
Ateacute recentemente acreditava-se que as proteiacutenas em contraste com os carboidratos e lipiacutedios
fossem inertes metabolicamente Assim uma vez sintetizada a moleacutecula proteacuteica
permaneceria intacta ateacute a morte da planta ou animal quando entatildeo se iniciava a sua
degradaccedilatildeo Este conceito prevaleceu pois era observado que os teores de lipiacutedios (e
carboidratos) num organismo animal variavam dependendo da condiccedilatildeo nutritiva Assim eacute que
os depoacutesitos de gordura podem ser aumentados quando da ingestatildeo de uma dieta rica em
calorias Igualmente ocorre o consumo dos depoacutesitos de gordura em condiccedilotildees de deficiecircncia
caloacuterica Em contraste as proteiacutenas corporais natildeo satildeo utilizadas para a produccedilatildeo de energia
ateacute que outras reservas (carboidratos e lipiacutedios) tenham sido esgotadas em condiccedilotildees de fome
extrema
Entretanto os Schoenheimen alimentando ratos adultos (que estavam em equiliacutebrio
nitrogenado nulo) com aminoaacutecidos marcados com isoacutetopo 15
N demonstraram que o aacutetomo de
N passou a integrar moleacuteculas de outros aminoaacutecidos (mediante reaccedilotildees de transaminaccedilatildeo) e
igualmente foram encontrados integrando moleacuteculas proteacuteicas no fiacutegado (siacutentese de proteiacutenas)
Ficou estabelecendo entatildeo que em animais adultos onde natildeo haacute mais crescimento ocorre
siacutentese de proteiacutena com relativa velocidade a qual eacute contrabalanceada por uma degradaccedilatildeo
proteacuteica de mesma intensidade de modo que o teor global de proteiacutena corpoacuterea permanece
constate
121
Assim cada moleacutecula proteacuteica difere quanto aacute intensidade de reciclagem (turnover) a
hemoglobina possui uma meia vida de 30dias enquanto esses valores seriam de 180 e 1000
dias para a miosina e colaacutegeno respectivamente Para um humano adulto calcula-se que 12 g
de proteiacutena por dia sofram degradaccedilatildeo e siacutentese por cada quilograma de peso vivo Dessa
degradaccedilatildeo proteacuteica um quarto dos aminoaacutecidos resultantes seriam oxidados de modo que os
mesmos devem ser restituiacutedos pela proteiacutena da dieta Desde que cerca de metade dos
aminoaacutecidos oxidados satildeo ldquoindispensaacuteveisrdquo facilmente se compreende a necessidade desses
aminoaacutecidos essenciais estarem contidos na dieta e nas quantidades adequadas
Quando haacute ingestatildeo de proteiacutena ou que a dieta ou reaccedilatildeo seja deficiente em aminoaacutecidos
essenciais ou ainda na maioria dos casos patoloacutegicos o organismo degrada suas proacuteprias
proteiacutenas para conseguir os aminoaacutecidos essenciais aacute siacutentese de outras proteiacutenas necessaacuterias no
momento Ocorre entatildeo uma alteraccedilatildeo no balanccedilo nitrogenado que passa a ser negativo
O balanccedilo nitrogenado eacute a diferenccedila entre o N ingerido por dia (dos alimentos) e o excretado
(pelas fezes e urina) Um individuo ou organismo em fase de crescimento apresenta um
balanccedilo nitrogenado positivo isto eacute a quantidade de N ingerida eacute maior que a excretada Os
indiviacuteduos adultos apresentam balanccedilo (ou equiliacutebrio) nitrogenado nulo visto que os
organismos animais natildeo mais acumulam compostos nitrogenados depois de cessado o
crescimento Ao contrario do que ocorre com os carboidratos e lipiacutedios as proteiacutenas natildeo
podem ser armazenadas Daiacute uma maior excreccedilatildeo de N devido a uma dieta rica em proteiacutenas
O zootecnista ou nutricionista deve pois levar em consideraccedilatildeo no balanceamento de reaccedilotildees
ou dietas que os carboidratos e lipiacutedios devem satisfazer as exigecircncias energeacuteticas enquanto
que as proteiacutenas (a mais cara das trecircs classes de alimentos) devem constituir fonte de
aminoaacutecidos para a siacutentese das proteiacutenas do organismo
2 ESSENCIALIDADE DE AMINOACIDOS PARA OS RUMINANTES
A medida que os organismos evoluem perdem a habilidade de siacutentese de alguns compostos
que lhes satildeo essenciais os quais devem ser encontrados em sua alimentaccedilatildeo Assim enquanto
as plantas sintetizam todos os aminoaacutecidos presentes em suas proteiacutenas os organismos
animais em maior ou menor escala necessitam de alguns previamente elaborados
(heterotrofismo) A microflora (bacteacuterias) existentes no rumem dos ruminantes possui a
habilidade de sintetizar todos os aminoaacutecidos a partir de carboidratos e compostos
nitrogenados simples Tais aminoaacutecidos iratildeo integrar as proteiacutenas nas microbianas as quais
apoacutes a morte das bacteacuterias constituiratildeo alimentos para os ruminantes Nisto se fundamenta a
zootecnista ao alimentar bovinos com melaccedilo e ureacuteia (ou outros compostos nitrogenados
como esterco de galinha etc) Os vegetais e aiacute tambeacutem as bacteacuterias do rumem possuem a
enzima ureacutease que hidrolisa a ureacuteia em NH3 e CO2
CO(NH2)2 + H2O CO2 + 2NH3
A amocircnia (NH3) eacute assimilada pelas bacteacuterias formando aminoaacutecidos cujo esqueleto
carbocircnico eacute orindo do accediluacutecar do melaccedilo Tais aminoaacutecidos inclusive os essenciais ao bovino
iratildeo integrar a proteiacutena microbiana
122
3 REACcedilOtildeES ESPECIacuteFICAS PARA ALGUNS AMINOAacuteCIDOS
31 Desanimaccedilatildeo reaccedilatildeo em que um aminoaacutecido perde o grupamento amino (-NH2) na
forma de amocircnia (NH3) se transformando em no -cetoacuteaacutecido correspondente
A desidrogenase glutacircmica eacute uma enzima de ocorrecircncia universal encontrada em organismos
animais e vegetais A reaccedilatildeo eacute reversiacutevel de modo que pode operar no sentido de siacutentese ou de
degradaccedilatildeo do aacutecido glutacircmico conforme a conveniecircncia
32 Transaminaccedilatildeo reaccedilatildeo em que ocorre a transferecircncia do grupamento amino (geralmente
do aacutecido glutacircmico) para um ceto aacutecido (oxaloaceacutetico ou piruacutevico) formando outros
aminoaacutecidos Duas enzimas se destacam transaminase glutacircmico-oxaloaceacutetico (TGO) e
transaminase glutacircmico-piruacutevica (TGP) ambas exigindo piridoxina (vitamina B6) como
cofator
33 Descarboxilaccedilatildeo - o aminoaacutecido perde a carboxila na forma de CO2 se transformando
em uma amina geralmente exibindo efeitos fisioloacutegicos
A descarboxilase de histidina leva aacute produccedilatildeo de histamina amina esta que estimula a
secreccedilatildeo gaacutestrica e estaacute presente em todos os processos aleacutergico
O gama-aminobutiacuterico eacute formado no sistema nervoso sendo aiacute um componente essencial do
metabolismo dos neurocircnios A DOPAMINA eacute precursora da adrenalina que tem atividade
vasoconstritora As aminas putrescina e cadaverina satildeo formadas especialmente pela
decomposiccedilatildeo bacteriana dos materiais proteacuteicos (putrefaccedilatildeo) Putrescina se acumula
particularmente em plantas deficientes em potaacutessio alcanccedilando niacuteveis toacutexicos causando os
sintomas especiacuteficos que caracterizam a deficiecircncia mineral em questatildeo
123
4 REACcedilOtildeES DEGRADATIVAS DOS AMINOAacuteCIDOS
Cada um dos 20 aminoaacutecidos proteacuteicos sofrem diferentes reaccedilotildees originando como produtos
dependendo do esqueleto carbocircnico dos mesmos apenas acetil-CoA aacutecidos piruacutevico
oxaloaceacutetico ou alfa-cetoglutaacuterico
Os aminoaacutecidos que originam aacutecido piruacutevico oxaloaceacutetico ou alfa-cetoglutaacuterico satildeo chamados
de ldquoglicogecircnicosrdquo Aqueles que datildeo formaccedilatildeo a acetoacetil-CoA satildeo os ldquocetogecircnicosrdquo
124
INTEGRACcedilAtildeO DO METABOLISMO DOS CARBOIDRATOS
LIPIacuteDIOS E PROTEIacuteNAS
1 FASES DA PRODUCcedilAtildeO DE ENERGIA
Carboidratos lipiacutedios e proteiacutenas satildeo as 3 principais fontes de energia para a maioria dos
organismos vivos Krebs e Kormberg deram ecircnfase ao fato que apesar de muitos serem os
compostos que servem como alimentos o nuacutemero de reaccedilotildees pelas quais deles se obtem
energia eacute relativamente pequeno independente do organismo planta ou animal A natureza eacute
por conseguinte bastante econocircmica nos processos por ela desenvolvido para degradar esses
compostos que podem ser enquadrados em 3 fases principais
a Fase 1 Eacute a ldquodigestatildeo dos alimentosrdquo de natureza hidroliacutetica Assim os
polissacariacutedios satildeo hidrolizados em monossacariacutedios usulmente hexoses os
trigliceriacutedios que constituem a quase totalidade da fraccedilatildeo lipiacutedica de uma dieta
satildeo hidrolizados em glicerol e aacutecido graxos e as proteiacutenas degradadas nos
aminoaacutecidos constituintes A energia contida nessas ligaccedilotildees (glicosiacutedicas dos
oligo e polissacariacutedios eacutesteres dos trigliceriacutedios e peptiacutedicas das proteiacutenas) eacute
liberada na forma de calor aumentando a temperatura do meio (que eacute
observada durante a digestatildeo e mesmo em sementes durante a germinaccedilatildeo)
b Fase 2 Os monossacariacutedios glicerol aacutecidos graxos e aminoaacutecidos satildeo
posteriormente degradadas a 3 substacircncias apenas por processos que podem
resultar na formaccedilatildeo de algumas ligaccedilotildees fosfatadas ricas em energia (ATP) O
glicerol apoacutes ser convertido em piruvato pela sequumlecircncia glicoliacutetica daraacute origem
a acetil-CoA O mesmo ocorre com os carboidratos Os aacutecidos graxos pela
beta-oxidaccedilatildeo se transformam em acetil-CoA Os 20 aminoaacutecidos integrantes
das proteiacutenas dependendo do seu esqueleto carbocircnico podem dar formaccedilatildeo aacute
acetil-CoA aacutecido-cetoglutaacuterico e aacutecido oxaloaceacutetico
c Fase 3 Os 3 compostos chaves formados anteriormante (acetil-CoA aacutecido
alfa-cetoglutaacuterico e aacutecido oxaloaceacutetico) seratildeo oxidados pelo Ciclo de Krebs
mediante a reduccedilatildeo de apenas 2 tipos de coenzimas (DPNH + H+ e FADH2)
que o serem reoxidadas na Cadeia Respiratoacuterias aacutes custas do oxigecircnio
molecular propiciam a ldquofosforilaccedilatildeo oxidativardquo
125
2 CONVERSAtildeO DE CARBOIDRATOS LIPIacuteDIOS E PROTEIacuteNAS ENTRE SI
21Transformaccedilatildeo de carboidratos em lipiacutedios Pela formaccedilatildeo primeira dos aminoaacutecidos
(natildeo essenciais ao organismo em questatildeo)Mediante as reaccedilotildees de desaminaccedilatildeo e
transaminaccedilatildeo o NH3 pode ser incorporado em esqueletos carbocircnicos formando aacutecido
glutacircmico aspaacutertico alanina etc desde que haja os cetoaacutecidos disponiacuteveis muitas enzimas
podem formar cetoaacutecidos dicarboxiacutelicos a partir de intermediaacuterios da glicoacutelise
23 Transformaccedilatildeo de proteiacutenas em carboidratos ou lipiacutedios - Estima-se que mais da
metade dos aminoaacutecidos existentes nas proteiacutenas animais podem se transformar em
carboidratos (glicose) Isto eacute de suma importacircncia para o metabolismo animal pois que 50
de suas proteiacutenas satildeo potencialmente capazes de se transformar em accediluacutecar Para tal os
aminoaacutecidos ldquoglicogecircnicosrdquo se transformar em aacutecido piruacutevico oxaloaceacutetico ou alfa-
cetoglutaacuterico produtos esses que se transformar em aacutecido fosfoenolpiruacutevico (PEP) e mediante
o reverso da glicoacutelise iratildeo formar accediluacutecar (processo esse denominado gluconeogecircnese) A
gluconeogecircnese eacute a formaccedilatildeo de glicose a partir de substacircncias natildeo gluciacutedicas
Os aminoaacutecidos que ao serem degradados levam aacute produccedilatildeo de acetoacetil-CoA satildeo
chamados de ldquocetogecircnicosrdquo pois satildeo responsaacuteveis pelo aparecimento dos ldquocorpos cetocircnicosrdquo
(acetoacetato hidroxibutiratoe acetona)
Um animal quando submeto a um regime de fome e apoacutes esgotar suas reservas de
carboidratos (glicose do sangue e gligecircnio muscular e hepaacutetico) e de lipiacutedios (depoacutesito
subscutacircneos de gordura) passa a se utilizar de suas proteiacutenas corporais Neste processo o
organismo utiliza primeiramente as proteiacutenas de menor importacircncia fisioloacutegica de inicio as
proteiacutenas do sangue (albuminas e globulinas) depois as do tecido muscular do tecido oacutesseo e
finalmente as do tecido nervoso Neste estaacutegio o organismo natildeo tem mais recuperaccedilatildeo
24 Transformaccedilatildeo de lipiacutedios em carboidratos - Tal transformaccedilatildeo somente eacute possiacutevel em
plantas fungos e bacteacuterias organismos esses que possuem o ldquoCiclo do Glioxilatordquo em funccedilatildeo
de possuiacuterem duas enzimas especiais siacutentese maacutelica e isocitrase
Tais enzimas satildeo particularmente ativas durante a germinaccedilatildeo de sementes ricas em oacuteleos
Natildeo satildeo encontradas no tecido animal Daiacute a impossibilidade dos organismos animais
transformarem gordura em carboidrato uma vez que a oxidase piruacutevica catalisa
irreverssivelmente a transformaccedilatildeo de piruvato em acetil-CoA
126
EXCRECcedilAtildeO DO NITROGEcircNIO
1 CONSIDERECcedilAtildeO GERAIS
Do metabolismo degradativo dos compostos nitrogenados especialmente dos aminoaacutecidos
resulta a amocircnia (NH3) Devido a natureza dinacircmica dos processos metaboacutelicos parte da
amocircnia eacute reutilizada pela ceacutelula mediante o processo da assimilaccedilatildeo da amocircnia enquanto o
restante deve ser eliminada por excreccedilatildeo
Sabe-se que os animai excretam o nitrogecircnio em uma das trecircs seguintes formas nitrogenadas
de excreccedilatildeo amocircnia ureacuteia e aacutecido uacuterico Destas formas a amocircnia eacute a mais toacutexicas e altamente
soluacutevel em aacutegua a ureacuteia eacute bem menos toacutexicas mas igualmente soluacutevel ao passo que o aacutecido
uacuterico eacute bastante insoluacutevel e natildeo toacutexico
Um dos capiacutetulos mais interessantes da bioquiacutemica comparada vem a ser aquele referente aacute
excreccedilatildeo do nitrogecircnio Existe evidecircncias suficientes de que a forma nitrogenada excretada
por um organismo eacute geralmente determinada pela disponibilidade de aacutegua para esse
organismo
Assim os animais aquaacuteticos que vivem circundados pela aacutegua podem excretar a amocircnia a
qual a despeito de ser toacutexica natildeo acarreta nenhum inconveniente devido aacute diluiccedilatildeo
instantacircnea no meio ambiente Jaacute os animais terrestres que possuem um suprimento limitado
de aacutegua natildeo podem acumular a amocircnia excretando pois o nitrogecircnio na forma de ureacuteia ou
aacutecido uacuterico
A escolha entre ureacuteia ou aacutecido eacute estabelecida pelas condiccedilotildees do desenvolvimento
embrionaacuterio Assim os mamiacuteferos nos quais o feto se desenvolve em contato iacutentimo com o
corpo materno atraveacutes do sistema circulatoacuterio sintetizam ureacuteia a qual sendo soluacutevel pode ser
removida do embriatildeo e excretada pela matildee Jaacute os embriotildees de paacutessaros e rapteis que se
desenvolvem no interior de um sistema fechado o ovo com um conteuacutedo de aacutegua bastante
limitado natildeo podem utilizar a ureacuteia como forma de excreccedilatildeo devido aacute sua solubilidade e
toxidez Tais organismos optaram entatildeo pelo aacutecido uacuterico o qual sendo insoluacutevel depositar-se-
ia na forma de um soacutelido na parte interna da casca Essas caracteriacutesticas de excreccedilatildeo
nitrogenada tatildeo importante para o desenvolvimento do embriotildees seriam entatildeo mantidas no
organismo adulto
2 EXCRECcedilAtildeO DA AMOcircNIA (NH3)
Nos animais amonioteacutelicos ou seja aqueles que excretam predominantes a amocircnia (como a
maior parte dos vertebrados aquaacuteticos especialmente os peixes oacutesseos e as larvas de anfiacutebios)
o catabolismo dos aminoaacutecidos se inicia com uma transaminaccedilatildeo envolvendo -cetoglutarato
formando-se glutamato Glutamato igualmente pode ser formado pela desidrogenase glutacircmica
utilizando-se de amocircnia livre (NH3) Entretanto devido aacute carga negativa do glutamato no pH
fisioloacutegico (apresenta as carboxilas desprotonizadas) o mesmo natildeo atravessa as membranas
lipoproteacuteicas Para contornar tal problema o glutamato se combina enzimaticamente com mais
amocircnai pela accedilatildeo da glutamina sintetase formando glutamina uma moleacutecula neutra natildeo
toacutexica capaz de se translocar transportando o N na forma amiacutedica para o fiacutegado (no caso da
maioria dos animais terrestres) ou para as guelras das formas aquaacuteticas
127
Nas guelras a glutamina perde o nitrogecircnio amiacutedico pela accedilatildeo da glutaminase aiacute presente
liberando o nitrogecircnio na forma de amocircnia (NH3) que eacute excretada no meio exterior
3 EXCRECcedilAtildeO DA UREacuteIA
A ureacuteia eacute a principal forma nitrogenada de excreccedilatildeo dos ureoteacutelicos que compreende as maior
parte dos vertebrados terrestres
A formaccedilatildeo da ureacuteia foi estudada por KREBS e HENSELEIT utilizando-se de fatias de fiacutegado
de rato Tal tecido tinha habilidade de sintetizar ureacuteia a partir de CO2 e NH3 em um processo
endergocircnico ou seja exigente em energia (ATP)
Tais pesquisadores demonstravam que quantidades cataliacuteticas de arginina citrulina e ornitina
propiciavam a formaccedilatildeo de uma quantidade apreciaacutevel de ureacuteia Foi proposto entatildeo um ciclo
de reaccedilotildees que tinha por finalidade promover a desintoxicaccedilatildeo da amocircnia o qual eacute
mencionado com ciclo da ureacuteia ciclo da ornitina-ureia ou ciclo de Krebs-Henseleit
Tal ciclo opera em animais e em plantas Entretanto em plantas devido aacute presenccedila da ureacutease a
siacutentese da ureacuteia natildeo teria propoacutesito e a funccedilatildeo do ciclo seria unicamente de propiciar a siacutentese
de arginina
O previleacutegio de se excretar o nitrogecircnio na forma de ureacuteia tem um preccedilo energeacutetico 4
moleacuteculas de ATP satildeo grandes por moleacuteculas de ureacuteia formada computando-se apenas as
reaccedilotildees do ciclo propriamente dito
4 FORMACcedilAtildeO DO AacuteCIDO UacuteRICO
Os animais uricoteacutelicos paacutessaros e reacutepteis excretam o nitrogecircnio mormente na forma
insoluacutevel de aacutecido uacuterico Composto com 33 de nitrogecircnio
Entretanto o aacutecido uacuterico tambeacutem eacute o principal sub-produto da degradaccedilatildeo das purinas (adenina
e guanina) nos primatas paacutessaros e reacutepteis
128
Haacute um consideraacutevel gasto de energia para a fabricaccedilatildeo do aacutecido uacuterico que eacute realizada aacutes
custas de pequenas moleacuteculas Inicialmente o nitrogecircnio de alguns aminoaacutecidos juntamente
com o carbono de outras moleacuteculas doadoras satildeo empregados para se confeccionar as bases
adenina e guanina as quais em seguida satildeo transformadas em aacutecido uacuterico
129
FOTOSSIacuteNTESE
1 INTRODUCcedilAtildeO
A fotossiacutentese eacute um importante processo bioloacutegico que ocorre na biosfera e dele dependem
todas as formas viventes O sol fornece energia para todos os processos bioloacutegicos em nosso
planetaAleacutem de ser o responsaacutevel pelo movimento de ar e aacutegua na superfiacutecie terrestre a vida
se originou na terra de modo a depender exclusivamente de seu contiacutenuo fornecimento de
energia Os organismos pigmentados e com especial referecircncia as plantas verdes utilizam a
energia radiante e a armazena na forma de ligaccedilotildees quiacutemicas Este fenocircmeno eacute chamado de
fotossiacutentese cuja equaccedilatildeo geral eacute
2 CLOROPLASTOS E PIGMENTOS
O centro Bioloacutegicos da fotossiacutentese eacute uma organela inclusa no citoplasma celular denominada
de cloroplasto Dentro do cloroplasto estatildeo os compostos responsaacuteveis pela absorccedilatildeo da
energia radiante e a posterior transformaccedilatildeo em energia quiacutemica Os compostos que recebem
essas radiaccedilotildees satildeo as clorofilas a e b carotenoacuteides e ficobilinas A posterior reduccedilatildeo o CO2 ao
niacutevel de carboidratos eacute efetuada por um equipamento enzimaacutetico aiacute presente Esses pigmentos
ocorrem na forma de lipoproteiacutenas dentro dos cloroplastos Os cloroplastos se apresentam de
forma elipsoidal com 3-5 de comprimento por 2 de espessura cujo nuacutemero varia nas algas
A estrutura dos cloroplastos revelada pela microscopia eletrocircnica se mostrou altamente
organizada uma membrana dupla isola a organela do citoplasma Inclusa numa matriz
denominada de estroma estatildeo corpos em forma de disco (tilacoacuteides) dispostos em camadas e
que se chama de grana O tilacoacuteide eacute a unidade fotossinteacutetica formada de camadas alternadas
de proteiacutenas (enzimas) e lipiacutedios (pigmentos e fosfolipiacutedios)
Pesquisa-se constantemente os passos bioquiacutemicos da fotossiacutentese e ainda pouco se sabe o
fenocircmeno da conversatildeo quacircntica ou seja como a energia luminosa eacute transformada em energia
quiacutemica
As clorofilas ldquoardquo e ldquobrdquo logo se apresentaram como sendo pigmentos muito relacionados com a
fotossiacutentese quando se estudou os seus espectros de absorccedilatildeo e a eficiecircncia fotossinteacutetica para
os diversos comprimentos de onda
130
O fato existir fotossinteacutetica em comprimento de onda que natildeo satildeo absorvidos pelas clorofilas
(500 a 600nm) levou-se a acreditar que outros pigmentos (carotenoacuteides e ficobilinas)
absorvessem essa luz e transferissem a energia para a moleacutecula de clorofila Salienta-se ainda
o fato de que os carotenoacuteides evitam a fotoxidaccedilatildeo da clorofila Os carotenoacuteides apresentam
pico de absorccedilatildeo em 430nm enquanto a ficobilina azul os apresentam em 560e 570nm e
660nm A ficobilina vermelha exibe picos de absorccedilatildeo em 500 e 570nm
3 UTILIZACcedilAtildeO DA AacuteGUA NA FOTOSSIacuteNTESE
Segundo a reaccedilatildeo anterior a aacutegua eacute o agente que eacute oxidado a O2 O estudo com
microorganismo fotossintetizadores (bacteacuterias) fornecem dados para se poder especular a
respeito do papel da aacutegua na fotossiacutentese
Em sulfobacteacuteias a reaccedilatildeo pode ser assim representada
Van Niel observou a analogia dessa reaccedilatildeo com aquela das plantas verdes e escreveu uma
equaccedilatildeo geral da fotossiacutentese
No caso especiacutefico das plantas verdes notamos que haacute necessidade da cisatildeo da moleacutecula de
H2O como primeiro passo para a reduccedilatildeo do CO2 havendo pois evoluccedilatildeo de O2 e que
segundo Van Niel este seria provenientes da aacutegua Tal afirmativa foi comprovada com o uso
de H2O18
e a reaccedilatildeo correta seria
No processo da fotossiacutentese a aacutegua seria sintetizada e consumida
4 REACcedilAtildeO DE HILL
Em 1937 Hill na Inglaterra estudou as reaccedilotildees da fotossiacutentese trabalhando com cloroplastos
isolados de espinafre acreditando conseguir melhores resultados Natildeo conseguiu o seu intento
em promover a reduccedilatildeo do CO2 ao niacutevel de carboidratos mas conseguiu promover a fotoacutelise
da H2O na presenccedila de outro agente oxidante o ferrioxalato de K
Observou-se ainda que a evoluccedilatildeo de O2 se processava segundo uma estequiometria em
relaccedilatildeo ao agente oxidante adicionado
131
Posteriormente foram identificados substitutos do ferrioxalato benzoquinona 26-
diclorofenolindofenol etc Essas reaccedilotildees foram muito criticadas na eacutepoca pelo fato de tais
compostos natildeo serem de ocorrecircncia natural na ceacutelula natildeo tendo importacircncia fisioloacutegica ou
bioquiacutemica
Mas em 1952 nos EUA foi observado que TPN+ (NADP+) podia ser facilmente reduzido na
presenccedila de luz e cloroplastos de espinafre Tal fato se revestiu de particular interesse pois que
jaacute era conhecida a capacidade do TPNH em promover a reduccedilatildeo de uma seacuterie de substrato
orgacircnico
Um dos enigmas da fotossiacutentese havia sido descoberto a fotoreduccedilatildeo do TPN+
Faltava apenas o que em 1954 na Califoacuternia foi conseguido por ARNON a reduccedilatildeo do CO2 a
carboidrato pela accedilatildeo da luz com cloroplastos intactos sem exigir outros componentes
celulares O CO2 foi reduzido enquanto houve oxidaccedilatildeo da aacutegua
Neste trabalho ARNON demonstrou uma segunda funccedilatildeo do cloroplastos produzir ATP a
partir de ADP + Pi com auxilio da luz
O processo foi chamado de fotofosforilaccedilatildeo
Ainda mais iluminado-se cloroplastos em presenccedila de ADP Pi e TPN+ e na ausecircncia de CO2
acumulavam-se ATP e NADPH Esse material quando em presenccedila de CO2 promovia a
reduccedilatildeo do mesmo ao niacutevel de carboidrato mesmo na obscuridade Separam-se entatildeo duas
reaccedilotildees ldquoreaccedilatildeo luminosardquo e ldquoreaccedilatildeo no escurordquo
5 CICLO DE CALVIN
O ciclo de reduccedilatildeo do CO2 foi estabelecido por Calvin e seus colaboradores quando buscavam
as respostas para as seguintes perguntas qual o primeiro composto orgacircnico formado pela
fixaccedilatildeo ou reduccedilatildeo do CO2 durante a fotossiacutentese Como seria bioquimicamente essa
fixaccedilatildeo Calvin utilizou o 14
CO2 algas chlorella e teacutecnicas cromatograacuteficas para identificar o
primeiro composto formado na fotossiacutentese A consideraccedilatildeo baacutesica era que
Apoacutes exposiccedilatildeo ao 14CO2 durante 30 segundos apareceram marcados diversos aminoaacutecidos
aacutecidos orgacircnicos e accedilucares
Depois de 7 segundos de exposiccedilatildeo 12 compostos radioativos entre eles hexose trioses e
tetroses
132
Depois de 5 segundos o aacutecido 3-fosfogliceacuterico retinha a maior atividade especifica e a
radioatividade estava no carbono da carboxila
Acredita-se de iniacutecio que o composto que recebia o CO2 seria uma moleacutecula com 2 aacutetomos de
carbono mas a busca foi infrutiacutefera Segundo uma teacutecnica de interrupccedilatildeo brusca no
fornecimento de CO2 observou-se o acuacutemulo de Ribulose ndash15-difosfato o aceptor de CO2
Posteriormente a enzima carboxidismutase foi identificada Ao mesmo tempo os estudos dos
compostos radioativos suas atividades especiacuteficas e a posiccedilatildeo do 14
C na moleacutecula permitiram
a calvin estabelecer o caminho do carbono na fotossiacutentese
6 VIA C-4 DOS AacuteCIDOS DICARBOXIacuteLICOS
Jaacute era conhecido haacute mais de quinze anos que algumas gramiacuteneas tropicais e outras espeacutecies
de plantas adaptas ao clima aacuterido se distinguiam pela alta taxa de fotossiacutentese baixa perda de
CO2 na luz (fotorrespiraccedilatildeo) anatomia foliar caracteriacutestica e baixo consumo de aacutegua por
unidade de mateacuteria seca produzida Todas estas caracteriacutesticas identificadas isolada e
independentemente tecircm conexatildeo como processo de fixaccedilatildeo do CO2 que ocorre em vaacuterios
grupos de plantas que realizam a fotossiacutentese atraveacutes do ciclo ldquoC-4rdquo Esta fixaccedilatildeo do CO2
diferente daquela proposta pelo ciclo de calvin jaacute tinha sido identificada em milho e canandashde-
accediluacutecar atraveacutes de experimentos com14
CO2 e subsequumlente identificaccedilatildeo dos produtos
radioativos formados Os resultados mostravam que um composto com 4 aacutetomos de carbono
aparecia como primeira substacircncia marcada diferente do 3-PGA como as plantas ldquoC-3rdquo
Folhas de cana-de-accediluacutecar apoacutes 1 segundo de exposiccedilatildeo ao 14
CO2 apresentavam 80 da
radioatividade nos aacutecidos oxaloaceacutetico maacutelico aspaacutertico O mesmo era observado com milho
sorgo e outras plantas com elevada capacidade fotossinteacutetica ou de produccedilatildeo de massa verde
Em tais plantas observa-se um alto valor de Km para o CO2 frente aacute carboxi-dismutase
(Ribulose-15-difosfato carboxilase)
Foram Kortschak e colaboradores em 1965 que mostravam de maneira convincente que o
primeiro composto acumulado durante a fotossiacutentese de cana-de-accediluacutecar era o malato Hatch e
Slack durante 1966 a 1970 completaram os estudos e estabeleceram as bases para o
conhecimento do ciclo ldquoC-4rdquo embora muitas adiccedilotildees tenham sido feitas mais recentemente
133
Uma caracteriacutestica anatocircmica associada ao processo de fixaccedilatildeo do CO2 pelas folhas das
plantas ldquoC-4rdquo refere-se agrave presenccedila de um anel de ceacutelulas que circundam os feixes vasculares a
bainha vascular
A assimilaccedilatildeo do CO2 da atmosfera ocorre nas ceacutelulas do mesoacutefilo sendo incorporado na
moleacutecula do aacutecido fosfoenolpiruacutevico (PEP) produzindo aacutecido oxaloaceacutetico (AOA) e em
seguida malato ou aspartato dependendo do tipo de planta considerada O malato ou aspartato
eacute transportado para a bainha vascular onde eacute descarboxilado sendo o CO2 produzindo na
reaccedilatildeo imediatamente fixado atraveacutes do ciclo de calvin
As reaccedilotildees iniciais da fixaccedilatildeo do CO2 satildeo as seguintes
7 METABOLISMO AacuteCIDO DAS CRASSULAacuteCEAS (CAM)
Vaacuterias espeacutecies de plantas que habitam em ambientes aacuteridos e quentes apresentam um sistema
de fixaccedilatildeo do CO2 especializado destinado principalmente a manter um balanccedilo positivo de
carbono nos tecidos ao mesmo tempo que desenvolvem um eficiente mecanismo de economia
de aacutegua Estas espeacutecies satildeo geralmente suculentas e englobam os membros da famiacutelia das
crassulaacuteceas Entretanto vaacuterios outros grupos de plantas exibem comportamento fisioloacutegico
semelhante ao das crassulaacuteceas (cactos abacaxi orquiacutedeas) caracterizado por uma produccedilatildeo
ciacuteclica diaacuteria de aacutecidos orgacircnicos daiacute a denominaccedilatildeo de metabolismo aacutecido das crassulaacuteceas
(CAM) As plantas que assimilam o gaacutes carbocircnico atraveacutes do sistema CAM devido aacutes
restriccedilotildees na disponibilidade de aacutegua e grande pressatildeo ambiental que resulta em elevada
transpiraccedilatildeo fecham os estocircmatos durante o dia a fim de manter a hidrataccedilatildeo dos tecidos Aacute
noite os estocircmatos se abrem e permitem a entrada do CO2 que eacute assimilado atraveacutes da reaccedilatildeo
catalisada pela enzima PEP-carboxilase
134
O oxaloacetato produzido eacute transformaccedilatildeo em malato pela NADH-malato desidrogenase e se
acumula No periacuteodo seguinte de iluminaccedilatildeo o malato eacute descarboxilado na reaccedilatildeo catalisada
pela enzima do aacutecido maacutelico-NADP (em algumas espeacutecies pela PEP-carboxiquinase) sendo
que o piruvato formado reage com ATP e regenera o PEP na reaccedilatildeo da piruvato-diquinase O
CO2 liberado no processo eacute captado pela RuDP-carboxilase e pela operaccedilatildeo do ciclo de
calvin resulta na produccedilatildeo de amido Estas reaccedilotildees que ocorrem durante o dia satildeo restritas
aos cloroplastos enquanto o sistema que opera durante a noite ocorre no citoplasma O amido
que se acumula durante o dia eacute degradado na noite seguinte formando hexose-fosfato que satildeo
oxidadas nas reaccedilotildees glicoliacuteticas que resultam em aacutecido fosfoenolpiruacutevato (PEP)
O caraacuteter adaptativo da plantas CAM eacute altamente evoluiacutedo e permite sua sobrevivecircncia em
condiccedilotildees extremas de ambiente O fechamento dos estocircmatos durante o dia resulta em um
aumento da temperatura das folhas que pode atingir ateacute 50C Entretanto a temperatura
oacutetima para a atividade da enzima de descarboxilaccedilatildeo (enzima do aacutecido maacutelico) e tambeacutem
bastante alta permitindo que a liberaccedilatildeo interna do CO2 ocorra normalmente Em condiccedilotildees
climaacuteticas mais amenas com boa disponibilidade de aacutegua as plantas CAM comportam-se de
maneira semelhante aacutes espeacutecies de fotossiacutentese ldquoC-3rdquo e o CO2 eacute fixado durante o dia pelo
ciclo de calvin
8 FOTORRESPIRACcedilAtildeO
Umas das caracteriacutesticas fisioloacutegicas mais importantes que diferenciam as plantas ldquoC-4rdquo das
ldquoC-3rdquo eacute a ocorrecircncia de perdas de carbono pelas folhas simultaneamente com o processo de
absorccedilatildeo de gaacutes carbocircnico pela fotossiacutentese Este fenocircmeno de liberaccedilatildeo de CO2 na luz
funcional e metabolicamente ligado aacute fotossiacutentese eacute denominado fotorrespiraccedilatildeo O termo
fotorrespiraccedilatildeo inicialmente empregado por Decker no final da deacutecada de 50 significa que os
tecidos fotossintetizantes liberam CO2 com maior intensidade na luz do que na obscuridade
considerando que o processo da respiraccedilatildeo (glicoacutelise ciclo de Krebs e transporte eletrocircnico no
mitococircndrio) ocorre continuamente tanto no periacuteodo iluminado como no escuro
Uma das diferenccedilas baacutesicas entre o fenocircmeno de fotorrespiraccedilatildeo e respiraccedilatildeo refere-se ao
efeito do O2 sobre os dois sistemas A fotorrespiraccedilatildeo eacute aumentada com o aumento da
concentraccedilatildeo de oxigecircnio no meio a partir de 1-2 Em contraste a respiraccedilatildeo satura quando
o O2 atinge aproximadamente 2 e natildeo haacute e nenhum efeito da elevaccedilatildeo do conteuacutedo de
oxigecircnio ateacute aproximadamente 21 Esta influecircncia do oxigecircnio sobre a fotorrespiraccedilatildeo esta
intimamente associada com o efeito do oxigecircnio sobre a fotossiacutentese Jaacute em 1929 Warburg
descreveu uma diminuiccedilatildeo da fotossiacutentese com o aumento da concentraccedilatildeo de O2 Esta
inibiccedilatildeo denominada efeito de Warburg podia ser removida pelo aumento da concentratildeo de
CO2 sugerindo processos competitivos Mas foi com a interpretaccedilatildeo dada por Decker e Tio
(1959) na tentativa de explicar o brusco aumento da liberaccedilatildeo de CO2 que ocorre
imediatamente apoacutes a interrupccedilatildeo da iluminaccedilatildeo que os estudos do mecanismo da
fotorrespiraccedilatildeo foram intensificados Folhas iluminadas em condiccedilotildees de equiliacutebrio no que se
refere aacutes trocas de CO2 com o ambiente (ponto de compensaccedilatildeo de CO2) liberam alta
quantidade de gaacutes carbocircnico nos primeiros minutos que seguem ao iniacutecio do periacuteodo de
escuro Este ldquoaumento poacutes-iluminaccedilatildeordquo da liberaccedilatildeo de CO2 parecia significar que algum
composto sintetizado na luz se armazenaria e sua utilizaccedilatildeo continuaria a ocorrer no escuro
enquanto houvesse disponibilidade de substrato para o processo
135
A associaccedilatildeo entre fotossiacutentese e a fotorrespiraccedilatildeo foi definitivamente esclarecida com a
descriccedilatildeo do processo de oxidaccedilatildeo da ribulose difosfato atraveacutes da enzima RuDP-
carboxilaseoxigenase Em condiccedilotildees normais (003 CO2 21 O2) a enzima apresenta duas
atividades carboxilase e oxigenase A relaccedilatildeo entre as duas atividades eacute de aproximadamente
7030 dependendo da idade da folha condiccedilotildees climaacuteticas espeacutecies de planta etc Desta
competiccedilatildeo decorre uma diminuiccedilatildeo da assimilaccedilatildeo liacutequida do CO2 o que normalmente
resulta em um decreacutescimo da produtividade da planta
O processo de fotorrespiraccedilatildeo se inicia com a produccedilatildeo do aacutecido glicoacutelico a partir da queda da
moleacutecula de RuDP pela accedilatildeo do O2 sobre a enzima RuDP-carboxilase
O aacutecido fosfoglicoacutelico eacute transformado em aacutecido glicoacutelico atraveacutes da reaccedilatildeo catalisada pela
fosfatase e se configura com o principal substrato para a fotorrespiraccedilatildeo O metabolismo do
aacutecido glicoacutelico se daacute nos peroxissomos que satildeo organelas celulares presentes em todas as
ceacutelulas verdes em geral localizados proacuteximos dos cloroplastos frequumlentemente com os
envelopes externos justapostos a estes
Nos peroxissomos o aacutecido glicoacutelico eacute oxidado a aacutecido glioxiacutelico e em seguida eacute produzida a
glicina
A glicina formada no peroxissomo eacute transferida para o mitococircndrio onde se acumula e produz
serina Neste processo a condensaccedilatildeo de duas moleacuteculas de glicina resulta na formaccedilatildeo de
serina com a liberaccedilatildeo de CO2
O gaacutes carbocircnico formado eacute transportado para o meio externo constituindo-se em fonte de
perda de carbono pela fotorrespiraccedilatildeo
A serina volta ao peroxissomo eacute transformada em aacutecido hidroxipiruacutevico e em seguida em
aacutecido gliceacuterico
136
Com a transferecircncia do aacutecido gliceacuterico para o cloroplasto ocorre a produccedilatildeo de aacutecido
fosfogliceacuterico que em seguida eacute incorporado no ciclo de calvin
9 FISIOLOGIA COMPARA DAS PLANTAS ldquoC-3rdquo e ldquoC-4rdquo
Interna atividade de pesquisa desenvolvida nos uacuteltimos quinze anos mostrou que a atividade
fotossinteacutetica dos vaacuterios grupos de plantas difere em funccedilatildeo de caracteriacutestica especiacuteficas do
ponto de vista fisioloacutegico anatocircmico e bioquiacutemico
Um dos paracircmetros mais importantes na diferenciaccedilatildeo das plantas ldquoC-4rdquo das ldquoC-3rdquo refere-se aacute
capacidade dos tecidos das espeacutecies ldquoC-4 de concentrarem o CO2 atmosfeacuterico nos siacutetios de
produccedilatildeo de carboidratos ou seja nas ceacutelulas da bainha vascular Sabe-se que ambas as
plantas ldquoC-4rdquo e ldquoC-3rdquo apresentam o processo de fotorrespiraccedilatildeo ativo se bem com
intensidades diferentes mas as primeiras tecircm a capacidade de capturar o CO2 no seu caminho
em direccedilatildeo aacute atmosfera externa pela reaccedilatildeo da PEP-carboxilase que mostra grande afinidade
com o gaacutes carbocircnico (baixo valor do Km) Desta maneira as plantas ldquoC-4rdquo natildeo perdem CO2
para a atmosfera e o sistema de descarboxilaccedilatildeo do malato ou oxaloacetato que ocorre na
bainha vascular quantidade de gaacutes carbocircnico disponiacutevel no sitio da enzima RuDP-carboxilase
que funciona em concentraccedilatildeo de CO2 de 60 M ou mais (Hatch1976) Nestas condiccedilotildees a
RuDP-carboxilase apresenta maacutexima velocidade de reaccedilatildeo pois encontra-se em saturaccedilatildeo de
substrato considerando em Km de 20 microM (Hatch 1976)
A caracteriacutestica anatocircmica das plantas ldquoC-4rdquo representada pela siacutendrome de Kranz propicia
que os produtos da assimilaccedilatildeo do carbono principalmente os carboidratos aminoaacutecidos e
aacutecidos orgacircnicos sejam facilmente transferidos para o sistema vascular (floema) e
translocados para outras partes da planta com menor gasto de energia metaboacutelica
De maneira geral as plantas ldquoC-4rdquo apresentam elevada resistecircncia dos estocircmatos ao fluxo de
CO2 e de vapor d‟aacutegua que ocorre entre a folha e a atmosfera externa Entretanto devido aacute
grande afinidade da enzima PEP-carboxilase com o seu substrato o gaacutes carbocircnico as ceacutelulas
tecircm capacidade de assimilar o CO2
com bastante eficiecircncia ao mesmo tempo que restringem a perda de aacutegua atraveacutes da
transpiraccedilatildeo Assim as plantas ldquoC-4rdquo chegam a apresentar 50 mais eficiecircncia na utilizaccedilatildeo
da aacutegua para a produccedilatildeo de mateacuteria seca do que as plantas ldquoC-3rdquo
Outra importante caracteriacutestica fisioloacutegica que diferencia as plantas ldquoC-3rdquo e ldquoC-4rdquo refere-se aacute
eficiecircncia de utilizaccedilatildeo do nitrogecircnio nos processos de assimilaccedilatildeo Recentemente Black e
colaboradores (1977) demonstraram que as plantas ldquoC-4rdquo em comparaccedilatildeo com as ldquoC-3rdquo
produzem duas vezes mais mateacuteria seca por unidade de nitrogecircnio A localizaccedilatildeo da RuDP-
carboxilase quase que exclusivamente nas ceacutelulas de bainha vascular faz com que as
espeacutecies ldquoC-4rdquo utilizem de 10 a 25 da proteiacutena soluacutevel das folhas para a produccedilatildeo da
enzima enquanto as plantas ldquoC-3rdquo investem de 40 a 50 no mesmo processo Desta maneira
as plantas ldquoC-4rdquo tem a capacidade de sobreviver e produzir satisfatoriamente em solos pobres
em nitrogecircnio Estas plantas no qual os componentes satildeo separados temporal e espacialmente
Assim as enzimas que catalisam as reaccedilotildees de reduccedilatildeo do nitrato nas folhas especificamente
redutase de nitrato redutase de nitrato e glutamato desidrogenase localizam-se nas ceacutelulas do
mesoacutefilo como o sistema de assimilaccedilatildeo do nitrato requer aleacutem de esqueletos de carbono
(Magalhatildees 1978) alta quantidade de energia (ATP) e de compostos redutores (ferredoxina
NADPH) que tambeacutem satildeo necessaacuterios para o processo de assimilaccedilatildeo do CO2 eacute altamente
desejaacutevel que os dois sistemas (fixaccedilatildeo de CO2 e reduccedilatildeo de nitrato) estejam localizados em
137
compartimentos distintos como ocorre nas folhas das plantas ldquoC-4rdquo A competiccedilatildeo que se
estabelece entre os dois processos nas ceacutelulas das plantas ldquoC-3rdquo eacute parcialmente responsaacutevel
pela menor eficiecircncia de utilizaccedilatildeo do nitrogecircnio nestas plantas comparativamente com as
plantas ldquoC-4rdquo
Como decorrecircncia da economia de CO2 que eacute feita pelas espeacutecies ldquoC-4rdquo que natildeo perdem gaacutes
carbocircnico pela fotorrespiraccedilatildeo aquelas plantas apresentam ponto de compensaccedilatildeo ao redor de
5-10 ppm de CO2 enquanto as ldquoC-3rdquo mostram ponto de compensaccedilatildeo de 50 a 150 ppm de
CO2 Em funccedilatildeo das respostas das vaacuterias espeacutecies com relaccedilatildeo aacute concentraccedilatildeo do gaacutes
carbocircnico da atmosfera as plantas ldquoC-4rdquo tecircm maior capacidade de enfrentar a competiccedilatildeo que
se estabelece em comunidades vegetais muito densas nas quais poderaacute ocorrer limitaccedilatildeo de
CO2 para a fotossiacutentese
Estudos iniciais do ciclo ldquoC-4rdquo mostraram que a ocorrecircncia daquele processo prevalecia nas
plantas aclimatadas a ambiente tropical ou seja adaptadas aacute temperatura elevada e alta
intensidade luminosa Investigaccedilotildees mais recentes mostraram que vaacuterias espeacutecies ldquoC-3rdquo como
girassol mandioca e Camissonia que ocorrem em climas quentes e muito iluminados fazem
fotossiacutentese eficientemente em condiccedilotildees de stress (Mooney et al 1976)
Em geral as plantas ldquoC-4rdquo fazem fotossiacutentese tanto mais eficientemente quanto mais elevada
for a intensidade luminosa sem portanto apresentar uma saturaccedilatildeo na assimilaccedilatildeo do CO2
como ocorre nas plantas ldquoC-3rdquo em condiccedilotildees de iluminaccedilatildeo relativamente baixa (13 da
intensidade luminosa maacutexima)
Associada com a resposta aacute iluminaccedilatildeo as plantas ldquoC-4rdquo apresentam temperatura oacutetima para a
fotossiacutentese mais elevada do que as espeacutecies bdquoC-3rdquo Em soja (ldquoC-3rdquo) a fotossiacutentese liacutequida
decresce rapidamente com o aumento da temperatura elevada entre 30 e 40degC natildeo se mostra
inibitoacuteria para a assimilaccedilatildeo do CO2
138
CICLO DO NITROGEcircNIO
1 INTRODUCcedilAtildeO
Sob o aspecto agronocircmico ecoloacutegico e bioloacutegico em geral o CICLO DO NITROGEcircNIO eacute tatildeo
importante quanto o processo fotossinteacutetico Tal Ciclo vem a ser uma relaccedilatildeo de dependecircncia
entre todos os compostos nitrogenados quer orgacircnicos 9como aqueles encontrados na ceacutelula
viva aminoaacutecidos proteiacutenas aacutecidos nucleacuteicos alcaloacuteides vitaminas etc) todos eles
participantes deste fundamental processo que ocorre na biosfera
Na atmosfera se encontra a quase totalidade do nitrogecircnio na forma molecular (N2)
representando 78 das moleacuteculas aiacute existentes constituindo-se num reservatoacuterio praticamente
inesgotaacutevel de nitrogecircnio expotildee um berrante contraste com a carecircncia de proteiacutena para
humanos e animais bem como pela falta de nitrogecircnio em muitos solos cultivados
A quantidade de nitrogecircnio existentes nos solos eacute pequena com predominacircncia da forma
niacutetrica (NO3-) sobre a amoniacal (NH3) Nas rochas sedimentares o iacuteon amocircnio (NH4
+) pode
estar preso aacute rede cristalinas dos minerais silicatados e nas rochas iacutegneas o nitrogecircnio eacute mais
escasso ainda Por essa razatildeo ateacute a primeira metade do seacuteculoXIX acreditava-se que o ar
atmosfeacuterico contivesse amocircnia (NH3) em quantidade suficiente para atender as exigecircncias dos
vegetais De fato Liebig famoso quiacutemico alematildeo convenceu os demais cientistas da eacutepoca
de que a atmosfera era a principal fonte de nitrogecircnio para as plantas visto que plantas
deficientes em nitrogecircnio (cujas folhas se tornam amareladas) se tornavam de coloraccedilatildeo verde
escura saudaacutevel quando expostas em ambiente com pequena quantidade de NH3 na atmosfera
Ensaios cuidadosamente conduzidos tem demonstrados que a atmosfera realmente contribui
com algumas formas nitrogenadas Assim a quantidade de nitrogecircnio eacute proporcional aacute queda
pluviomeacutetrica Enquanto que o nitrato (NO3-) eacute formado pelas descartas eleacutetricas na atmosfera
a amocircnia (NH3) pode advir da atividade vulcacircnica queima de carvatildeo e outros materiais
orgacircnicos em fabricas bem como pelo fogo em florestas e pastagens
Traccedilos de nitrogecircnio podem tambeacutem ser carregadas do litoral para o interior devido aacute
atomizaccedilatildeo das aacuteguas oceacircnicas e subsequumlente arraste pelos ventos Mas enquanto o cloro
pode ser transportado centenas de quilocircmetros terra adentro o oceano natildeo parece ser
importante fonte de nitrogecircnio para as culturas Isto pelo fato da maior parte do nitrogecircnio do
placircncton estar na forma assimilada (orgacircnica) e predominante nas regiotildees mais profundas
O nitrogecircnio eacute encontrado em formas quiacutemicas com grande variabilidade no nuacutemero de
oxidaccedilatildeo
139
Como se vecirc o nitrogecircnio vem a se apresentar desde um estado altamente oxidado (NO-3) ateacute
um estado altamente reduzido (NH3)
2 FIXACcedilAtildeO DO NITROGEcircNIO
A fixaccedilatildeo do nitrogecircnio vem a ser a conversatildeo do nitrogecircnio molecular (N2) em qualquer uma
das formas anteriormente citadas A caracteriacutestica do processo eacute a separaccedilatildeo dos dois aacutetomos
da moleacutecula N2 mantidos por uma triacuteplice ligaccedilatildeo envolvendo 3 parte de eleacutetrons A
moleacutecula eacute bastante estaacutevel havendo necessidade de 24000 calmol para transformar N2 em
amocircnia
A fixaccedilatildeo do nitrogecircnio pode ser efetuada por vaacuterios processos
21 Fixaccedilatildeo Natildeo-Bioloacutegica eacute aquela efetuada sem o concurso dos organismos vivos
podendo ser conduzida por um processo industrial ou por um processo natural
211 Processo Industrial Tal processo tambeacutem denominado de processo Haber foi
desenvolvido na Alemanha durante a Primeira Guerra Mundial com o propoacutesito de
se obter explosivos
Atualmente esse processo estaacute acoplado aacutes refinarias de petroacuteleo para a produccedilatildeo de
fertilizantes nitrogenados
212 Processo Natural Durante as tempestades aacutes descargas eleacutetricas na atmosfera
por intermeacutedio das radiaccedilotildees ultra-violetas excitam o O2 e N2 que reagem
produzindo oacutexidos de nitrogecircnio (NO NO2 e outros) os quais hidratados datildeo
origem a nitrato e nitrato que se precipitam juntamente com a chuva
22 Fixaccedilatildeo Bioloacutegica Neste caso o processo eacute conduxido por diversos organismos tanto
de vida livre como em associaccedilotildees com outros organismos podendo portanto ser natildeo-
simbioacutetica e simbioacutetica respectivamente Neste processo o nitrogecircnio molecular (N2)
eacute reduzido a amocircnia (NH3)
A fixaccedilatildeo bioloacutegica natildeo simboacutetica pode ser processada por organismos autoacutetrofos
(Rnhodospirillum rubrum) ou heteroacutetrofos (Clostridium e Azotobacter)
A fixaccedilatildeo bioloacutegica simbioacutetica eacute encontrada em algumas associaccedilotildees como os liquens onde
ocorrem algas (do gecircnero Nostoc) e fungoa Do ponto de vista agronocircmico associaccedilatildeo entre o
Rhizobium e leguminosas eacute particularmente interessante embora outras associaccedilotildees entre
140
espeacutecies natildeo leguminosas tambeacutem podem fixar o nitrogecircnio entre elas gramiacuteneas como a
cana-de-accedilucar
Haacute duas deacutecadas foi estimada uma remoccedilatildeo de nitrogecircnio dos solos dos Estados Unidos
(pelas colheitas e lixiviaccedilatildeo) de 25 milhotildees de toneladas de N por ano Trecircs milhotildees de
toneladas de N por ano seriam adicionada na forma de fertilizantes Igual quantidade teria sido
resposta pelas chuvas A fixaccedilatildeo bioloacutegica depositaria 10 milhotildees de toneladas anuais
Clostridium e Azotobacter sendo heteroacutetrofos necessitam de uma fonte de carbono reduzido
(carboidrato geralmente) o qual quando oxidado forneceria hidrogecircnios iocircnicos (H+) e
eleacutetrons para a reduccedilatildeo do N2 a NH3 Jaacute a bacteacuteria Rhodospirillum rubrum utiliza a energia
radiante para a liberaccedilatildeo de eleacutetrons que seratildeo utilizados na reduccedilatildeo do N2 a NH3
As algas verdes-azuis (Nostoc) vivendo assimbioacuteticamente constituem-se no principal
fornecedor de N para os campos irrigados de arroz na Asia Geralmente satildeo organismos de
vida livre mas podem se associar a certos fungos formando liacutequens Eacute provaacutevel que nessas
algas os pigmentos fotossinteacuteticos captam a energia luminosa para a fotoacutelise da aacutegua cujos
eleacutetrons removidos satildeo utilizados para reduzir tanto o CO2 como o N2
O Rhizobium infecta as raiacutezes das leguminosas formando uma estrutura globular o noacutedulo A
leguminosa fornece carboidratos que seratildeo oxidados pelo microorganismo e os eleacutetrons
restantes seratildeo utilizados para reduccedilatildeo do N2 a NH3 O mecanismo de fixaccedilatildeo a despeito de
sua importacircncia ainda natildeo eacute bem compreendido havendo necessidade de leg-hemoglobina
(proteiacutena que conteacutem Feacute) molibdecircnio (como cofator) cobalto (constituinte da vitamina B12
envolvida na siacutentese de leg-hemoglobina) aleacutem de logicamente uma fonte de carbono
biologicamente oxidaacutevel
Estudos co N2 enriquecido com o isoacutetopo N15 demonstraram que o primeiro composto
formando foi a amocircnia (NH3) e que o aacutecido glutacircmico era o primeiro composto orgacircnico e se
apresenta com o referido isoacutetopo
A amocircnia (NH3) formada natildeo se acumula no organismo fixador mas sim eacute utilizada nas
siacutenteses de proteiacutenas aacutecidos nucleacuteicos etc O excesso de NH3 fixada eacute excretada no meio
raiacutezes de leguminosas excretam NH3 aminoaacutecidos e peptiacutedios Tais plantas sintetizam
tambeacutem grande quantidade de glutamina e asparagina muito possivelmente como reserva de
nitrogecircnio
Quando os organismos fixadores morrem suas proteiacutenas satildeo hidrolisadas e os aminoaacutecidos
resultantes satildeo degradados pela accedilatildeo das aminoaacutecido-oxidases transaminases e desidrogenase
da microflora existentes no solo liberando NH3 no mesmo Assim a fertilidade do solo eacute
construiacuteda pela aquisiccedilatildeo de NH3 diretamente dos organismos fixadores e indiretamente apoacutes
o aacutetomo de N pertencer aos aminoaacutecidos e proteiacutenas dos organismos natildeo fixadores
3 NITRIFICACcedilAtildeO
141
Embora a amocircnia seja a forma na qual o nitrogecircnio eacute adicionado no solo o teor da mesma eacute
baixo Isto porque ela eacute rapidamente transformada em nitrato (NO-3) sendo esta a principal
fonte de nitrogecircnio para os organismos natildeo fixadores
Essa oxidaccedilatildeo da amocircnia ateacute nitrato eacute efetuada por dois tipos de bacteacuterias denominadas de
bacteacuterias nitrificantes
a Bacteacuterias do gecircnero Nitrosomonas que transformam amocircnia em nitrito (NO-2)
segundo a equaccedilatildeo
b Bacteacuterias do gecircnero Nitrobacter que transformam o nitrito em nitrato (NO-3)
Esses organismos satildeo autoacutetrofos mais precisamente quimioautoacutetrofos reduzindo o CO2 ao
niacutevel de carboidrato com a energia obtida nessas reaccedilotildees de oxidaccedilatildeo
4 REDUCcedilAtildeO DO NITRATO
Como o nitrato eacute geralmente a forma nitrogenada mais abundante as plantas eacute demais
organismos desenvolveram a habilidade de aproveitar esse acircnion como fonte de nitrogecircnio
para o seu desenvolvimento
Entretanto o nitrogecircnio constituinte dos diversos compostos orgacircnicos se apresenta em niacutevel
bastante reduzido e logicamente uma primeira etapa na utilizaccedilatildeo do nitrato seria a sua
transformaccedilatildeo em amocircnia
A transformaccedilatildeo do nitrato em amocircnia um processo redutivo portanto eacute efetuada por um
equipamento enzimaacutetico com necessidades de NADH como coenzimas e de ferro em
molibidecircnio como metais ativadores
A redutase de nitrato eacute uma flavoproteiacutena que exige molibdecircnio como iocircnio ativador A sua
atividade eacute influenciada pela intensidade luminosa Em condiccedilotildees de baixa luminosidade haacute
baixa atividade enzimaacutetica e consequumlente acuacutemulo de nitrato nos tecidos vegetais
A redutase de nitrito eacute bastante ativa em condiccedilotildees de aerobiose natildeo permitindo acuacutemulo de
nitrito (altamente toacutexico) durante a reduccedilatildeo do nitrato A redutase de nitrito geralmente
presente em maior quantidade que a redutase de nitrito eacute uma ferroporfirina cujo
agrupamento siro-heme eacute capaz de transferir 6 eleacutetrons permitindo a reduccedilatildeo do nitrito (NO-
2) ateacute amocircnia (NH3) sem nenhum intermediaacuterio
Para a reduccedilatildeo do nitrito a amocircnia o agente redutor (doador de eleacutetrons e H+) seria o NADPH
+ H+ o qual nos tecidos verdes seria formado na fase luminosa da fotossiacutentese enquanto que
nos tecidos aclorofilados (como raiacutezes) seria produzido pela vista pentose fosfato)
Existem razotildees ecoloacutegicas para a amocircnia do solo ser rapidamente transformada em nitrato
(nitrificaccedilatildeo) e este novamente reduzido aacute amocircnia antes do nitrogecircnio integrar as moleacuteculas
orgacircnicas Como amocircnia pode se perder por volatilizaccedilatildeo nos solos alcalinos r ainda pelo fato
142
da mesma ser muito mais toacutexica do que o nitrato natildeo podendo se acumular nos tecidos
vegetais percebe-se as vantagens dessas transformaccedilotildees anteriormente citadas Tanto assim
que em relaccedilatildeo aacute amocircnia o nitrato eacute a forma mais abundante tanto no solo quanto nos tecidos
vegetais
5 ASSIMILACcedilAtildeO DA AMOcircNIA
A amocircnia (NH3) eacute a forma utilizada na siacutentese dos diversos constituintes celulares
nitrogenados como proteiacutenas adidos nucleacuteicos aminoaacutecidos aminas vitaminas etc
A assimilaccedilatildeo da amocircnia ou seja a transformaccedilatildeo de uma forma nitrogenada orgacircnica
(composto aminado) eacute processada por umas poucas vias metaboacutelicas Tais vias denominadas
pelas enzimas responsaacuteveis e de grande significado na nutriccedilatildeo nitrogenada dos vegetais
seriam
51 Desidrogenase Glutacircmica Enzima largamente distribuiacuteda na natureza cataliza a
aminaccedilatildeo do -cetoglutarato
O aacutecido glutacircmico assim formado doa por reaccedilotildees de transaminaccedilatildeo o grupo amino (-NH2)
para a siacutentese de outros aminoaacutecidos
52 Sintetase de Glutamina
A glutamina pode dar o seu grupo amido para o aacutecido aspaacutertico se transformar em asparagina
aspartato + glutamina + ATP asparagina + glutamato + AMP + PPi
A glutamina e sparagina satildeo amidas armazenadoras de nitrogecircnio especialmente nas
leguminosas
A glutamina contribui com o nitrogecircnio amiacutedico para a siacutentese se outros compostos
nitrogenados como as bases puacuteblicas e pirimiacutedicas dos aacutecidos nucleacuteicos
53Carbamil-quiacutenase
143
O carbomil-fosfato doa o seu nitrogecircnio amiacutedico para a siacutentese das bases pirimiacutedicas
Igualmente o grupo carbamil eacute utilizado na formaccedilatildeo do aminoaacutecido citrulina e posteriormente
arginina
6 DESNITRIFICACcedilAtildeO
O nitrato no solo que natildeo eacute absorvido pelos vegetais eacute lixiviado e nas regiotildees mais profundas
do mesmo fora do alcance das raiacutezes eacute metabolizado em parte por bacteacuterias do gecircnero
Pseudomonas Essas bacteacuterias vivendo em condiccedilotildees de amaerobiose provem a chamada
ldquorespiraccedilatildeo do nitratordquo reduzindo-o a N2 que retorna aacute atmosfera
Ao que parece esses organismos utilizam o NO-3 como aceptor de H+ e eleacutetrons em suas
oxidaccedilotildees bioloacutegicas
7 O CICLO DO NITROGEcircNIO
As transformaccedilotildees anteriores estudadas isoladamente podem ser resumidas no quadro que se
segue obtendo-se assim uma visatildeo global dos processos envolvendo os compostos
nitrogenados
144
AacuteCIDOS NUCLEacuteICOS
1 INTRODUCcedilAtildeO
Os aacutecidos nucleacuteicos tornaram-se objetos de investigaccedilotildees cientiacuteficas assim foram
primeiramente isolados do nuacutecleo celular haacute quase 100 anos Assim como as proteiacutenas tais
compostos demonstraram elevado peso molecular estruturalmente definidos como
biopoliacutemeros em que a unidade repetitiva vem a ser o nucleotiacutedio
Os aacutecidos nucleacuteicos satildeo encontrados em todas as ceacutelulas vivas atribuindo-se aos mesmos as
importantes funccedilotildees de conter transmitir e traduzir as informaccedilotildees geneacuteticas de um
determinado organismo
Existem dois tipos de aacutecidos nucleacuteicos
b o aacutecido desoxi-ribonuclecircico (DNA) encontrado no nuacutecleo dos eucarioacuteticos (que
armazenam as informaccedilotildees geneacuteticas e se mostram integrando nucleoproteiacutenas que
constituem os cromossomos)
c o aacutecido ribonucleacuteicos (RNA) encontrado predominantemente no citoplasma celular
existem diferentes tipos de RNA (m-RNA ou RNA mensageiro s-RNA soluacutevel e r-
RNA ribossocircmico)
2 CONSTITUINTES DOS AacuteCIDOS NUCLEcircICOS
O estudo quiacutemico dos aacutecidos nucleacuteicos revelou que tais compostos satildeo macromoleacuteculas
estruturadas pela polimerizaccedilatildeo de unidades que se repetem unidades essas denominadas de
nucleotiacutedios
Os nucleotiacutedios por sua vez podem ser desdobrados em entidades mais simples uma base
nitrogenada um accediluacutecar (pentose) e um radical fosfoacuterico
As bases nitrogenadas satildeo divididas em dois grupos
21 Bases Puacutericas adenina e guanina
22 Bases Pirimiacutedicas uracila (encontrada apenas no RNA)
Timina (encontrada apenas no DNA)
Citosina
As pentoses podem ser a ribose (encontrada no RNA) ou a desoxi-ribose (encontrada no
DNA)
145
O radical fosfoacuterico eacute oriundo do aacutecido ortofosfoacuterico (H3PO4) que apresenta 3 hidrogecircnios
ionizaacuteveis com pk1=21 pk2=72 e pk3=127
0
ǁ
HO˿ P˿ OH
ǀ
OH
NUCLEOSIacuteDIO as bases nitrogenadas satildeo capazes de se ligar aacutes pentoses para
formar os nucleosiacutedios Tal ligaccedilatildeo semelhante aacute glicosiacutedica se forma mediante uma desidrataccedilatildeo entre o nitrogecircnio 9 das bases puacutericas ou o nitrogecircnio 1 das bases pirimiacutedicas com o carbono 1rsquo da pentose Se a pentose for a desoxi-ribose tem-se o desoxi-ribonucleosiacutedio NUCLEOTIacuteDIO satildeo obtidos quando o aacutecido ortofosfoacuterico esterifica a hidroxila de posiccedilatildeo 5rsquo da pentose de um nucleosiacutedio _____________________________________________nucleotiacutedio_____________ base nitrogenada nucleosiacutedio monofosfatado difosfatado trifosfatado_______ adenina (A) adenosina AMP ADP ATP guanina (G) guanosina GMP GDP GTP uracila (U) uridina UMP UDP UTP timina (T) timidina TMP TDP TTP citosina (C) citidina CMP CDP CTP
146
Quando a pentose for a desoxi-ribose teremos os respectivos desoxi-ribonucleotiacutedios desoxiadeadenosina monofosfato (dAMP) dADP dATP e assim por diante ateacute dCTP
AMP= adenosina monofosfato ADP= adenosinadifosfato e ATP= adenosina trifosfato
3 POLINUCLEOTIacuteDIOS
Quimicamente os aacutecidos nucleacuteicos satildeo polinucleotiacutedios ou seja estruturas formadas pela
uniatildeo de muitos nucleotiacutedios Esses nucleotiacutedios satildeo unidos mediante a ligaccedilatildeo nucleotiacutedica
uma ligaccedilatildeo eacutester que se estabelece entre a hidroxila fosfoacuterica de um nucleotiacutedio com a
hidroxila de posiccedilatildeo 3‟ de outro nucleotiacutedio e assim por diante (fig 7) Resulta entatildeo uma
cadeia polinucleotiacutedica que busca uma configuraccedilatildeo mais estaacutevel do ponto de vista
termodinacircmico atribuindo-se aacute mesma quatro niacuteveis estruturais baacutesicos
4 ESTRUTURAS BAacuteSICAS DOS AacuteCIDOS NUCLEacuteICOS
Os niacuteveis estruturais baacutesicos dos aacutecidos nucleacuteicos satildeo semelhantes aqueles descritos
anteriormente para as proteiacutenas
41 Estruturas Primaacuterias vem a ser a sequumlecircncia da nucleotiacutedios e eacute mantida pela ligaccedilatildeo
nucleotiacutedica Com nos nucleotidios de um determinado a estrutura primaacuteria pode ser
simplificadamente representada pela sequumlecircncia de bases A-U-G-C-A-A-U
42 Estrutura Secundaacuteria eacute encontrada especialmente no DNA que se apresenta com
duas cadeias em espiral dupla unidas entre si por pontes de hidrogecircnio envolvendo as
bases nitrogenadas Adenina e timina permitem a formaccedilatildeo de duas pontes de
hidrogecircnio ao passo que citosina e guanina permitem trecircs
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Tais bases satildeo ditas de complementares assim com as cadeias polinucleotiacutedicas (tambeacutem
referidas como cadeias antiparalelas) O pareamento de bases pode ocorrer tambeacutem no RNA
43 Estrutura Terciaacuteria pode ser entendida com a disposiccedilatildeo tridimensional da dupla
heacutelice do DNA Pode ser tambeacutem a forma preferencial que uma uacutenica cadeia
nucleotiacutedica adquire estabilizada por pontes de hidrogecircnio entre bases
complementares da mesma cadeia com eacute o caso do t-RNA (RNA de transporte) que
apresenta uma estrutura de ldquofolha-de-trevordquo
44 Estrutura Quaternaacuteria vem a ser aquela estabelecida pela uniatildeo de moleacuteculas
individuais denominadas de unidades ou sub-unidades Assim o r-RNA (RNA
ribossocircmico) eacute constituiacutedo de duas unidades uma com peso molecular de 1 milhaotildea e
outra de 18 milhotildees
5 HIDROacuteLISE DOS AacuteCIDOS NUCLEacuteICOS
As ligaccedilotildees nucleotiacutedicas (eacutester) podem ser hidrolizadas mediante
a aacutecido ndash hidroacutelise aacutecida
b base ndash hidroacutelise alcalina
c enzimas ndash hidroacutelise enzimaacutetica
As enzimas que hidrolizam os aacutecidos nucleacuteicos satildeo denominados genericamente de nucleases
Rnse O veneno de certas serpentes apresenta atividade de nuclease e tem sido utilizado
assim como outras nucleases para desvendar as estruturas dos aacutecidos nucleacuteicos
FIM
ESTA APOSTILA ESTA EM FASE DE CONSTRUCcedilAtildeO
POR FAVOR DESCULPE NOSSOS ERROS
OBRIGADO
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