Arlindo Ugulino Netto MEDICINA P1 2007.2

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FAMENE NETTO, Arlindo Ugulino. BIOQUMICA METABLICA

INTRODUO BIOQUMICA

(Professor Homero Perazzo Barbosa)

A bioqumica a cincia responsvel pelo estudo dos componentes da matria viva e suas respectivas funes metablicas. ela quem estuda as diversas reaes moleculares que regem o metabolismo do ser vivo. O objetivo da bioqumica explicar a forma e funo biolgica em termos qumicos. Uma das formas mais produtivas de se abordar o entendimento dos fenmenos biolgicos tem sido aquela de purificar os componentes qumicos individuais, tais como uma protena de um organismo vivo, e caracterizar a sua estrutura qumica ou sua atividade cataltica. Nos prximos captulos, revisaremos os princpios qumicos que governam as propriedades das molculas biolgicas: a ligao covalente dos tomos de carbono entre si e com outros elementos, os grupos funcionais que ocorrem nas molculas biolgicas comuns, a estrutura tridimensional e a estereoqumica dos compostos de carbono, e os tipos de reaes qumicas comuns que ocorrem nos organismos vivos. Esta reviso, contudo, ser sempre voltada aos interesses do ensinamento bsico para estudantes de medicina no que diz respeito s consideraes clnicas que sero realizadas ao longo de nosso estudo. Vale salientar que, de um modo direto ou oculta em outras disciplinas ao longo do ensinamento mdico, a bioqumica estar sempre presente e explicando, molecularmente, o mecanismo da maioria das doenas com as quais o mdico deve se deparar no seu cotidiano clnico. Entretanto, antes de iniciarmos o estudo da bioqumica molecular bsica para o estudante de medicina, devemos rever alguns conceitos importantes da cincia bioqumica. BIOMOLCULAS A qumica dos organismos vivos est organizada ao redor do elemento carbono, o qual representa mais da metade do peso seco das clulas. As biomolculas so compostos de carbonos que tm como elementos bsicos: Hidrognio (H), Oxignio (O), Nitrognio (N), Fsforo (P), Enxofre (S), Clcio (Ca), Sdio (Na), Cloro (Cl), entre outros. O carbono pode estabelecer ligaes simples e duplas com tomos de hidrognio, oxignio e nitrognio. Contudo, de maior importncia em biologia, a capacidade de os tomos de carbono compartilharem pares de eltrons entre si para formar ligaes simples carbono-carbono, as quais so muito estveis. Cada tomo de carbono tambm pode formar ligaes simples com um, dois, trs ou quatro outros tomos de carbono. Dois tomos de carbono podem tambm compartilhar dois (ou trs) pares de eltrons, formando assim ligaes duplas ou triplas carbono-carbono. OBS1: Elementos essenciais para a vida animal e para a manuteno da sade. Os macroelementos (destacadas em laranja na tabela peridica ao lado) so componentes estruturais das clulas e dos tecidos e necessrios na dieta em quantidades dirias medidas em gramas. Para os microelementos (sombreados em amarelo) as necessidades so muito menores: para os humanos bastam poucos miligramas por dia, tanto de ferro como de zinco, e ainda menos para muitos outros. OBS2: Ligao covalente. Dois tomos com eltrons desemparelhados nas suas camadas externas podem formar ligaes covalentes uns com os outros pelo compartilhamento de pares de eltrons. Os tomos participantes de ligaes covalentes tendem a preencher suas camadas eletrnicas externas.

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GRUPOS FUNCIONAIS A maioria das biomolculas pode ser vista como derivada dos hidrocarbonetos, os quais so compostos formados por um esqueleto de tomos de carbono ligados covalentemente entre si e aos quais esto ligados apenas tomos de hidrognio. Os esqueletos carbnicos desses compostos so muito estveis. Os tomos de hidrognio podem ser substitudos individualmente por uma grande variedade de grupos funcionais que determinaro as propriedades qumicas da molcula, formando famlias diferentes de compostos orgnicos.

Famlias tpicas de compostos orgnicos so: os alcois, os quais possuem um ou mais grupos hidroxilas (R-OH); as aminas, possuidoras de grupo funcional amino (R-NH2); os aldedos e as cetonas, os quais possuem o grupo carbonila (R-COH e R1-CO-R2, respectivamente); e os cidos carboxlicos, que exibem os grupos carboxilas (R-COOH).

MACROMOLCULAS E SUAS UNIDADES MONOMRICAS Muitas das molculas encontradas no interior das clulas so macromolculas, polmeros de alto peso molecular construdas com precursores relativamente simples (unidades monomricas). Os polissacardeos, as protenas e os cidos nuclicos, os quais podem ter pesos moleculares variando de dezenas de milhares at bilhes (como no caso do DNA), so construdos pela polimerizao de subunidades relativamente pequenas, de peso molecular ao redor de 500 unidades ou menos.

Unidade monomrica (Peso molecular 500 u): chamada unidade monomrica toda molcula que possui peso molecular menor que 500 u. Como exemplo, temos:

Glicose (C6H12O6) tem peso molecular de 180 u; Amino-cidos; cidos graxos; Nucleotdeos (guanina, citosina, adenina, timina e uracila).

Macromolculas (Peso molecular > 500 u): chamada de macromolcula toda molcula formada pela unio

de diversas unidades monomricas, apresentando, portanto, peso molecular maior que 500 u. Como exemplo, temos: protenas, cidos nuclicos, polissacardeos e lipdeos.

Os polissacardeos (amido, glicognio, etc.), polmeros de aucares simples, como a glicose, tm duas funes principais: servem como armazenadores de alimentos, liberadores energia e como elementos estruturais extracelulares. Polmeros pequenos de aucares (oligossacardeos) ligados a protenas ou lipdios na superfcie celular servem como sinais celulares especficos.

As protenas (albumina, etc.), longos polmeros de aminocidos, constituem, ao lado da gua, a maior frao de macromolculas celulares. Algumas protenas tm atividade cataltica e funcionam como enzimas, outras servem como elementos estruturais e ainda outras transportam sinais especficos (no caso dos receptores) ou substncias especficas (no caso das protenas de transporte) para o interior ou o exterior das clulas. As protenas so talvez as mais versteis das biomolculas.

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Os cidos nuclicos, DNA e RNA, so polmeros de nucleotdeos. Eles armazenam, transmitem e transcrevem a informao gentica.

Os lipdios (triglicerol, etc.), derivados oleosos dos hidrocarbonetos, servem principalmente como componentes estruturais das membranas e como forma de armazenamento de alimentos ricos em energia.

Todas essas quatro classes de grandes biomolculas so sintetizadas em reaes de condensao. Nas

macromolculas (protenas, cidos nuclicos, polissacardeos), o nmero de subunidades monomricas muito grande. As protenas tm pesos moleculares que variam de 5000 at um milho; os cidos nuclicos tm pesos moleculares que variam na cada dos vrios milhes; os polissacardeos, como o amido, tambm tm pesos moleculares na casa dos vrios milhes. As molculas lipdicas individuais so muito menores (750 a 1500 u) e no so classificadas como macromolculas por alguns autores. Entretanto, quando um grande nmero de molculas lipdicas se associa no-covalentemente, resulta em estruturas muito grandes. As membranas celulares so construdas por enormes agregados que contm milhes de molculas de lipdios.

A sntese das macromolculas uma atividade celular que pode ser classificada como forte consumidora de energia. As macromolculas, por sua vez, podem ser arranjadas em complexos supramoleculares formando unidades funcionais como ribossomos, que so construdos com cerca de 70 protenas diferentes e vrias molculas de RNA diferentes. OBS3: Para designar o nmero de sequncias (S) possveis para um nmero N de subunidades monomricas disponveis, temos a seguinte frmula: S=NL, sendo L o tamanho da macromolcula, isto , nmero de unidades monomricas que compem a macromolcula.

Ex1: Sequncias possveis de nucleotdeos para formar uma cadeia de DNA com 9 nucleotdeos. Sabendo que N=4 (guanina, citosina, adenina e timina) e L=9 (tamanho da cadeia de DNA), temos:

S= 49

= 262144

Ex2: Sequncias possveis de aminocidos para compor uma protena de 5000 unidades monomricas. Sabendo que N=20 (nmero de aminocidos conhecidos e disponveis na natureza ou no organismo humano) e L=5000 (tamanho da cadeia de protena que se quer construir), temos:

S= 205000

BASES GERAIS DO METABOLISMO Todas as doenas apresentam uma base bioqumica. Por esta

razo, diz-se que a bioqumica e a medicina esto intimamente relacionadas: os estudos bioqumicos contribuem para o diagnstico, prognstico e tratamento. Da a importncia do estudo aprofundado da bioqumica para o estudante de medicina.

O termo metabolismo significa soma de todas as reaes qumicas quase sempre enzimas catalisadas que ocorrem nos organismos vivos. O metabolismo pode ser fracionado em:

Catabolismo: o processo degradativo do metabolismo em que molculas complexas so convertidas em produtos simples, para o aproveitamento dos seus componentes e/ou para gerao de energia.

Ex: Via Glicoltica (degradao da glicose); Via Lipoltica (degradao dos lipdeos)

Anabolismo ou biossntese: o processo no qual as biomolculas so sintetizadas a partir de compostos mais simples.

ESTGIOS DO METABOLISMO Todos os nutrientes fundamentais sofrem metabolismos por vias catablicas e anablicas diferentes mas que se comunicam em algumas etapas. De uma forma resumida, temos:

PROTENAS Aminocidos NH3, Piruvato e Acetil-CoA. CARBOIDRATOS Piruvato Acetil-CoA H2O, CO2 e

energia. LIPDEOS cidos graxos e glicerol Piruvato, Acetil-CoA e

Corpos cetnicos (em segunda instncia, podem ser utilizados como fonte de energia pelo crebro).

OBS4: O excesso de glicose (carboidratos) engorda uma vez que a acetil-CoA, um de seus metablitos, pode ser convertida de volta em lipdios. Com isso, o excesso de acetil-CoA que no convertido em energia convertido e armazenado na forma de gordura.