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FUNDAMENTOS DE

BIOQUIMICA PARA

CIENCIAS BIOLOGICAS,

CIENCIAS DOS

ALIMENTOS,

AGRONOMICAS E

FLORESTAIS

PERMITIDO A REPRODUO

DESDE QUE SEM FINS LUCRATIVOS Prof. Dr. Luiz Antonio Gallo Prof. Dr. Luiz Carlos Basso MARO DE 2012

1

ESCOLA SUPERIOR DE AGRICULTURA LUIZ DE QUEROZ

UNIVERSIDADE DE SO PAULO

ESALQ USP

FUNDAMENTOS DE BIOQUIMICA PARA CIENCIAS BIOLOGICAS,

CIENCIAS DOS ALIMENTOS, AGRONOMICAS E FLORESTAIS

MATERIAL DIDATICO PARA OS ALUNOS DE GRADUAO

CONTEM TEXTOS DA INTERNET

MATERIAL INCOMPLETO

AINDA EM FASE DE REDAO

PROFS.

LUIZ ANTONIO GALLO

LUIZ CARLOS BASSO

Departamento de

CIENCIAS BIOLOGICAS

PIRACICABA

=2012=

2

NDICE

Conceitos se objetivos...........................................................................................1

Carboidratos ........................................................................................................3

Lipdios ..............................................................................................................13

Aminocidos ......................................................................................................22

Protenas ............................................................................................................35

cidos Nuclicos ...............................................................................................44

Energtica Bioqumica .......................................................................................52

Enzimas ..............................................................................................................60

Gliclise .............................................................................................................76

Ciclo de Krebs ....................................................................................................82

Cadeia Respiratria ............................................................................................86

Via Pentose Fosfato ............................................................................................90

Metabolismo dos Triglicerdios ..........................................................................93

Metabolismo Degradativo das Protenas e Aminocidos ....................................99

Integrao do Metabolismo .................................................................................106

Excreo do Nitrognio .......................................................................................111

Fotossntese .........................................................................................................116

Ciclo do Nitrognio .............................................................................................135

Biossntese de Protenas ......................................................................................157

3

BIOQUMICA ELEMENTAR

CONCEITO E OBJETIVOS

A Bioqumica o ramo da qumica que se preocupa com as transformaes moleculares

dos constituintes celulares. Ao conjunto dessas transformaes denominamos Metabolismo.

Dependendo da organizao estrutural atingida pelas molculas, o metabolismo pode ser

dirigido no sentido de sntese (anabolismo) ou de degradao (catabolismo). Durante o

metabolismo degradativo, molculas estruturalmente complexas so demolidas em entidades

mais simples, ao passo que a fase anablica se caracteriza pela formao de estruturas

moleculares mais complicadas a partir dessas entidades mais simples. O anabolismo e o

catabolismo ocorrem concomitantemente numa clula viva.

Esses constituintes celulares tambm denominados de biomolculas, se apresentam em

elevado nmero nas diferentes espcies. Assim estima se que em uma clula da bactria E.

coli existam 3000 diferentes protenas e nenhuma delas semelhantes s 100.000 diferentes

protenas encontras na clula humana. Levando se em considerao o nmero de espcies

animais e vegetais calcula se em 1010

ou 1012

o nmero de diferentes protenas.

Embora as macro biomolculas sejam extremamente numerosas, elas so formadas de

um nmero relativamente pequeno de algumas molculas simples (os blocos construtivos).

Assim todas as inmeras protenas so formadas pela unio de 20 diferentes

aminocidos. Os cidos nuclicos so formados por 8 diferentes nucleotdeos. Os cidos

nuclicos so formados de glicerol e alguns cidos graxos, e os polissacardios por uns poucos

monossacardios.

Todas as molculas encontradas na clula desempenham uma ou mais funes, dentre as

quais podemos mencionar:

a . funo estrutural: constituem o arcabouo ou envlucro, como as membranas,

limitando matria viva (protoplasma) e as vezes compartimentalizando os processos

bioqumicos, ou quer como esqueleto sustentando e dando forma ao organismo.

b. Funo energtica: quando atravs da degradao de tais compostos, a energia qumica

encerrada nas ligaes covalentes (C-C C-H e C-OH) de alguma forma utilizada para a

sntese de ATP (adenosina Trifosfato). O ATP posteriormente empregado na realizao

4

dos diversos trabalhos fisiolgicos (contrao muscular, excreo, transporte ativo, etc) bem

como nas atividades de biossntese ou anabolismo.

A bioqumica, embora uma cincia recente, no pode ser considerada uma extenso da

Qumica Orgnica, se reduzindo uma coleo dos compostos orgnicos encontrados na

clula e suas propriedades. Atualmente assentada em seus prprios princpios, fundamentados

na Lgica molecular da vida, a Bioqumica a cincia que tem por objetivo estudar, no seu

maior grau de intimidade, ou seja, ao nvel molecular, a natureza dos diversos processos

biolgicos (respirao, crescimento, transmisso da hereditariedade, fotossntese, etc) que

ocorrem nos organismos vivos, quer animais ou vegetal, superiores ou inferiores.

FUNDAMENTOS DE QUIMICA ORGANICA

FUNES

Como se forma o nome do composto?

Com base na estrutura ou cadeia fundamental vamos indicar as caractersticas especiais do

composto. Estas caractersticas so indicadas por meio de prefixos e sufixos e por meio de

nmeros (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 indicado pelo sufixo

correspondente. Os outros grupos funcionais eventualmente presentes na molcula sero

indicados por prefixos.

Priori

dade Classe Grupo Sufixo Prefixo

1 Caties -nio

2 cidos carboxlicos -COOH

-(C)OOH

cido ...carboxlico

cido ... ico Carboxi-

3 cidos sulfnicos -SO2OH cido ... sulfnico Sulfo-

4 Sais -COOM

-(C)OOM

..carboxilato de M

-..(o)ato de M

Carboxilato de

M

5 steres -COOR

-(C)OOR

..carboxilato de R

-..(o)ato de R R-oxicarbonil

6 Halogenetos de cidos -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-

http://www2.ufp.pt/~pedros/qo2000/acidos.htmhttp://www2.ufp.pt/~pedros/qo2000/acidos.htm#estereshttp://www2.ufp.pt/~pedros/qo2000/acidos.htm#cooxhttp://www2.ufp.pt/~pedros/qo2000/acidos.htm#amidas

5

-

(C)(=NH)NH2

-amidina

9 Nitrilos -CN

-(C)N

-carbonitrilo

-nitrilo Ciano-

10 Isocianetos -NC -isonitrilo Isociano-

11 Aldedos -CHO

-(C)HO

-carbaldedo

-al

Formil-

Oxo-

12 Cetonas -(C)O -ona Oxo-

13 Alcois -OH -ol Hidroxi-

14 Fenis -OH -ol Hidroxi-

15 Tiis -SH -tiol Mercapto-

16 Aminas -NH2 -amina Amino-

17 Iminas =NH -imina Imino-

(Os tomos de carbono entre parntesis fazem parte da cadeia (ou estrutura) do composto

primitivo, pelo que so includos no nome do composto primitivo e no no sufixo)

Nombres de grupos Funcionales en orden de prioridad.

El grupo funcional que se encuentre ms abajo de la tabla ser el de mayor orden de prioridad y se usar como sufijo Si mas de un grupo funcional se encuentra presente el que tenga mayor prioridad se usar 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

http://www2.ufp.pt/~pedros/qo2000/aldeidos.htmhttp://www2.ufp.pt/~pedros/qo2000/aldeidos.htmhttp://www2.ufp.pt/~pedros/qo2000/alcoois.htm

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 carbnica

Analise o esquema abaixo:

Na ligao C - C numa sucesso s de tomos de carbono os eltrons da

ligao esto equidistantes de cada tomo. J numa sucesso de carbonos

terminada por um elemento muito eletronegativo, como o cloro, por exemplo,

ocorre uma deslocalizao de eltrons das ligaes C - C por causa do efeito da

ligao C - Cl. Esse efeito chamado efeito indutivo. O cloro funciona com um

ponto de atrao eletrnica, "puxando" para si os eltrons da ligao com o

carbono ligado a ele. como uma trilha de domin em que as peas caem umas

sobre as outras: o cloro atrai para si os eltrons da ligao com o carbono ligado a

7

ele; este, por sua vez, fica com uma certa "deficincia eletrnica" e, por isso,

atrai para si os eltrons da ligao com o carbono seguinte, tentando compensar

essa deficincia, e assim sucessivamente. Isso acaba gerando uma polarizao na cadeia carbnica.

Do ponto de vista do efeito indutivo, existem duas espcies de grupos que

podem se ligar a uma cadeia carbnica:

Grupos eltron-atraentes (efeito indutivo -I): So aqueles que atraem os

eltrons das ligaes em sua direo. Os mais importantes grupos eltron-

atraentes so aqueles que possuem elementos muito eletronegativos em relao

ao carbono (F, O, N, Cl, Br, I etc.) ou radicais insaturados. Os radicais

insaturados possuem ligaes pi, que por efeito de ressonncia, iro atrair os

eltrons das ligaes em sua direo.

Grupos eltron-repelentes (efeito indutivo +I): So aqueles que

"empurram" os eltrons das ligaes em direo oposta a eles. Os mais

importantes grupos eltron-repelentes so os radicais saturados (alquila) e os que

possuem carga eltrica negativa. Nos radicais alquila, quanto mais tomos de C e

H (com simples ligaes) tiver o radical mais eltron-repelente ele ser.

2- Algumas consequncias do Efeito Indutivo

2.1) A estabilidade dos carboctions:

Uma consequncia importantssima do efeito indutivo relaciona-se com a

estabilidade do carboction numa reao qumica em que h formao desta

espcie como intermediria no processo. O tipo de carboction formado pode

determinar que produtos sero formados e em que propores relativas. O

carboction um on que possui um carbono com apenas trs ligaes (sp2), isto ,

possui uma carga positiva. Experimentalmente verifica-se uma grande facilidade

de se formarem carboctions tercirios (cuja carga positiva est num carbono

tercirio) em relao a carboctions secundrios ou primrios. Essa estabilidade

diminui do carboction tercirio para o secundrio e deste para o primrio. Veja

abaixo a possvel explicao para esse fato:

http://www.google.com.br/search?q=cache:23nUjlzvQfcJ:www.geocities.com/Vienna/Choir/9201/ligacoes_quimicas.htm#5

8

Nesse caso, a carga positiva funciona como o centro de atrao eletrnica

na cadeia. Perceba que no carboction primrio apenas um sentido de corrente

eletrnica est disponvel para compensar a deficincia de eltrons do carbono

sp2. J no secundrio existem dois sentidos de corrente, e no tercirio, trs

sentidos. Logicamente, quanto maior a disponibilidade eletrnica para compensar

a carga positiva, maior a facilidade do carboction e maior a facilidade de ser

formado. Muitas vezes, devido alta instabilidade, os carboctions primrios nem

chegam a se formar. A no ser que as condies do meio em que ocorre a reao

sejam favorveis sua formao. Maiores detalhes sero vistos adiante nas

reaes qumicas que passam por carboctions.

2.2) Fora de cidos e bases:

Outra conseqncia interessante do efeito indutivo relaciona-se com a

fora de cidos e bases orgnicos.

Carter cido - Vejamos um cido carboxlico que possui um grupo de

induo ligado cadeia. Esse grupo pode ser eltron-atraente ou eltron-

repelente:

No primeiro caso (a) o grupo X eltron-atraente. O efeito indutivo -I

e, portanto, deixa a carbonila com dficit eletrnico, o que leva a um

9

enfraquecimento da ligao com o hidrognio cido. Logo, ser mais fcil a

liberao do prton. Assim, o carter cido aumenta.

No segundo caso (b) o grupo X eltron-repelente. O efeito indutivo +I

e, portanto, deixa a carbonila com supervit eletrnico, o que leva a um aumento

da fora de ligao com o hidrognio cido. Logo, ser mais difcil a liberao do

prton. Assim, o carter cido diminui.

Carter bsico - Vejamos agora o que ocorre com uma amina (base

orgnica):

Segundo a teoria de Lewis, base uma espcie qumica que possui um ou

mais pares eletrnicos no-ligantes, ou seja, capaz de coordenar pares

eletrnicos. Dessa forma, assim como a fora de um cido est relacionada com a

sua capacidade de receber eltrons, a "fora" de uma base relaciona-se com sua

capacidade de coordenar eltrons. Logo, quanto maior a disponibilidade eletrnica

em uma espcie qumica, maior ser seu carter bsico.

No primeiro caso (a) o grupo X eltron-atraente. O efeito indutivo -I

e, portanto, deixa o grupo amino com dficit eletrnico, o que leva a uma

diminuio do seu carter bsico.

No segundo caso (b) o grupo X eltron-repelente. O efeito indutivo +I

e, portanto, deixa o grupo amino com supervit eletrnico, o que leva a um

aumento do seu carter bsico.

http://www.google.com.br/search?q=cache:23nUjlzvQfcJ:www.geocities.com/Vienna/Choir/9201/teoria_acido_base.htm#5

10

CARBOIDRATOS

1. CONCEITO

Quimicamente podem ser definidos como aldedos ou cetonas poliidroxilados ou

substncias que mediante hidrlise liberem tais compostos. Apresentam uma formulao geral

Cx (H2O) Y, com raras excees. Assim a desoxirribose (encontrada no DNA) apresenta

frmula C5H1004, onde a relao H:O no de 2:1. Igualmente pode nos encontrar

carboidratos com outros elementos alm do C, H O. Embora no muito freqente, N, S e P

podem integrar molculas de carboidratos. Outras denominaes: hidratos de carbono,

acares, glucdios e glcides.

2. ESTEREOISOMERIA TICA

um fenmeno muito difundido entre os carboidratos, e vem a ser decorrncia do composto

apresentar um ou mais tomos de carbono assimtrico na molcula. tomo de carbono

assimtrico 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 dito de dextrorrotatrio (+) e se

para a esquerda levorrotatrio (-). Como referncia utilizando o gliceraldeido que

apresenta 2 ismeros ticos:

11

As configuraes D e L esto relacionadas com o posicionamento da hidroxila (OH) do

carbono assimtrico mais distante do grupo funcional (aldedo ou cetona), e necessariamente

nada tem com as propriedades dextro ou levorrotatria desses compostos, exceto para o

gliceraldedo.

3. CICLIZAO DE PENTOSES E HEXOSES

Dependendo do comprimento da cadeia carbnica os carboidratos podem adquirir uma

estrutura cclica mantida pela ligao hemiacetal. Esta ligao explica a baixa reatividade dos

grupamentos aldedos e cetonas de alguns acares.

Assim, a molcula de glicose pode se dobrar de modo a permitir uma aproximao entre o

grupo aldedo do carbono 1 com a hidroxila do carbono 5, estabelecendo a ligao hemiacetal:

Configuraes e conformaes

lcools reagem com grupos carbonilas de aldedos e cetonas formando um hemiacetal ou um

hemicetal, respectivamente (figura 4). Da mesma forma, a hidroxila e o grupo aldedo ou

grupo cetona de um monossacardeo podem reagir intramolecularmente para formar

hemiacetais ou hemicetais cclicos. Tais configuraes podem ser representadas atravs da

projeo de Haworth.

Um monossacardeo composto por um anel de seis membros chamado de piranose, enquanto

um monossacardeo formado por uma anel de cinco membros chamado de furanose (figura

5).

13

4. CLASSIFICAO DOS CARBOIDRATOS

Segundo uma complexidade so estrutural os carboidratos podem ser classificados em

monossacardios, oligossacardios e polissacardios.

4.1. Monossacardios: So os mais simples dos acares, no sofrem hidrlise; possuem baixo peso molecular e so solveis em gua. Apresentam sabor doce, so cristalinos

quando no estado slido. So todos considerados acares redutores.

Os monossacardios se subdividem segundo o nmero de tomos de carbono na molcula:

N de tomos de C Nome genrico Representantes de importncia

fisiolgica

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 _ _

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4.2. Oligossacardios: So aucares compostos que hidrolisados originam monossacardios; so classificados de acordo com o nmero de monossacardios que

16

so liberados por molculas: dissacardios, trissacardios, tetrassacardios,

pentassacardios e hexassacardios. Estudaremos apenas alguns dissacardios.

sacarose: - glicose - 1,2 - frutose

maltose: - glicose - 1,4 - glicose

lactose: - galactose 1,4 glicose

celobiose: glicose 1,4 glicose

trehalose: glicose 1,1 glicose

Maltose

celobiose

17

Os dissacardeos so formados por dois monossacardeos unidos por ligao covalente.

Existem vrios dissacardeos presentes na alimentao, 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 molculas de glicose e esto presente

no malte (maltose) e so subproduto da digesto do amido e glicognio (iso-maltose);

Lactose glicose + galactose (1- 4): o principal carboidrato do leite;

Sacarose: glicose + frutose (1 - 2), sendo a forma mais comum de acar, obtida da

cana-de-acar.

Acar redutor: aquele que apresenta um grupo aldedo ou um grupo cetnico livre, isto ,

no participante de ligao glicosdica. A ligao hemiacetal, responsvel pela estrutura

cclica de alguns aucares, no compromete o carter redutor. Os aucares redutores so assim

chamados por poderem reduzir o on Cu++

em meio alcalino.

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reativo detecta colorao

1 - Tese de Fehling sol.

Cupro alcalina

a.redutores vermelho

2 - Teste de Benedict glicose azul

3 - Reao de Molish geral AR anel prpura

4 - de Bial pentoses azul

5 - de Tollens pentoses rosa

6 - de Seliwanoff frutose vermelho

4.3 Polissacardios: So compostos que por hidrlise liberam grande nmero de

monossacardios. So inspidos, insolveis em gua e amorfos no estado slido. Apresentam

elevado peso molecular. Diversos representantes desempenham funes estrutural e energtica

nos diversos organismos.

a. Amido: reserva energtica dos organismos vegetais, constitudo de amilose e amilopectina.

A amilose constituda de - glicose mantida pela ligao - 1,4 glicosdica, apresentando

peso molecular entre 4.000 e 150.000.

A amilopectina formada de - glicose mantida por ligaes - 1,4 e - 1,6 com peso

molecular de at 500.000.

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b. Glicognio: Reserva energtica dos organismos animais, estruturalmente semelhantes

amilopectina, porm mais ramificado, isto , com maior proporo de ligaes -

1,6, o que torna a molcula mais compacta. Apresenta peso molecular de at

2.000,000.

c. Celulose: Formada de - glucose unidas pela ligao - 1,4; constitui a parede celular das clulas vegetais.

20

d. Quitina: Constitui a carapaa (exoesqueleto) dos insetos e crustceos. um polmero

de N acetil - - glicosamina, altamente insolvel.

Sob o mar

Descobrindo a rentabilidade que existe nos desperdicios marinhos

Por Nancy Garcia

A quitina um polissacardeo formadora da carapaa dos insetos e crustceos. um produto do processamento industrial de camares, siris, lagostas, e tem novas e prometedoras

aplicaes industriais.

A quitina um polissacardeos formado pela polimerizao de resduos de N-acetil

glicosamina. o segundo produto orgnico mais abundante que existe na natureza depois da

celulose. o principal componente da cutcula dos artropodos, crustceos e insetos, estando

presente em moluscos e forma parte das paredes celulares de alguns microorganismos como

fungos e leveduras. Entre suas principaius caractersticas esta a abundancia, ser biodegradvel

e no txica.

A carapaa dos crustaceos e camares representam a primeira fonte para se obter quitina. As

carapaas alem de conter quitina, tambm contem pigmentos vermelhos e protenas com a

mesma qualidade da carne do crustceo.

A quitina e um polmero muito grande parecido com a celuilose. Por no ser degradvel em

gua, e necessariose modificar a estrutura do polmero para se obter seus derivos solveis.

Dentre estes derivados esto a qutinase, empregada como biocida , como bactericida,

fungicida e herbicida, e o quitosam que serve para o tratamento de guas industriais e como

um ingrediente nutritivo, pois ajuda a eliminar o colesterol, ajuda previnir doenas

cardiovasculares e tem efeito anti gstrico e anti atritico.

21

O quitosan aplicado em industrias papeleiras, permite que a polpa tenha maior fora para fixar

as tintas e os corantes dostecidos. Na industria de alimentos empregado como espumante e

emulsificante.

A travs de dicho polmero se encapsulan medicamentos de liberacin prolongada. Se

emplea como biomaterial para hacer lentes de contacto, hilos de sotura y prtesis, ya que tiene la propiedad de ayudar a la regeneracin de huesos. En el rea de la ciruga plstica ayuda al reestablecimiento de los tejidos, evita la mala cicatrizacin, sirve para la fabricacin de piel sinttica y es un agente que inhibe las infecciones en heridas.

Es material para la creacin de pelculas envolventes que prolongan la vida de los alimentos perecederos como envases biodegradables. (Para ahondar en este tema, consulte la seccin Marketing de esta edicin y considere los beneficios de emplear estos envases en su negocio).

Las oportunidades Mxico es uno de los pases con mayor produccin de camarones al ocupar el sptimo lugar a nivel mundial (casi 100 mil toneladas de peso vivo durante 2001, segn datos de Sagarpa).

Tambin 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 regin comprendida del Atlntico, la pennsula de Yucatn y el Golfo de Mxico.

En la regin al Este de la Repblica se ha reportado la produccin de una langostilla que, debido a su tamao pequeo, no sirve para consumo y se considera ms una plaga al ser capturada junto con el camarn y causar un sobrepeso que rompe las redes. Esta langostilla no se ha aprovechado ampliamente (slo se le utiliza para la creacin de harina para granjas camaroneras), sin embargo, se ha calculado que tiene una produccin anual de 250 mil toneladas que se queda varada en las costas originando un

verdadero problema ambiental. Sera ideal utilizarla para producir quitina.

En la captura de crustceos slo 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 produccin de quitina y sus diferentes derivados". Por su parte, Patricia Miranda comenta que el costo de una empresa dedicada a la produccin 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 bsicamente un reactor de desmineralizacin, otro de desproteinizador, molino, secador y fermentador. Los productos pueden ser refinados lo cual aumenta su valor, por lo que se debe contar con espectrofotmetro, centrifugadora, balanza, autoclave y agitadora. La inversin en maquinaria es de alrededor de un milln de pesos. El precio de la materia prima, las

cutculas de los crustceos, 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 desacetilacin tiene un precio de US$300, diez gramos; mientras que el quitosn de baja calidad llega a US$70 por kilo.

"Una de las ventajas es que no se necesita personal especializado, slo 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 pases, principalmente Japn, China y Estados Unidos. En todos ellos ya existe una industria consolidada alrededor de este polmero, siendo China el principal productor y exportador de quitina. Chile y Espaa estn en una fase incipiente, a la par de Amrica

Latina.

En Mxico es prcticamente 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 Unin Americana y algunos pases latinoamericanos.

Recoleccin de caparazones Una posibilidad para poder entrar en el negocio sin tener que realizar una inversin tan importante al inicio, consiste en recolectar los caparazones, limpiarlos y molerlos, que es el proceso primario para la elaboracin de la quitina. El caparazn molido se puede vender a las empresas que elaboran el compuesto y de ah capitalizar para adquirir el equipo necesario para la fabricacin del polisacrido. De hecho, empresas como Neptuno y otras en Estados Unidos, estn dispuestas a comprar los caparazones limpios sin necesidad de molerlos.

Para ello slo se necesita establecer las formas de recoleccin, sin dejar de considerar que entre ms jvenes sean los crustceos mayor ser 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 diseo de envase y embalaje (Instituto Mexicano de Profesionales en Envase y Embalaje) que en estos casos dan asesora para enviar el producto con costos reducidos.

El ejemplo de la quitina es uno de los tantos avances cientficos que ha tenido una aplicacin prctica en la industria, y por ende abre brecha para desarrollar ms de uno de los tantos negocio del futuro.

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Cientos de posibilidades El quitosn sirve para:

En tratamiento de aguas residuales. En la elaboracin de pulpa para papel estndar, fotogrfico y carbn. En el campo mdico y de salud se le emplea en la creacin de vasos sanguneos

artificiales, como antinflamatorio, inhibidor de tumores y de placa dental, antiviral y procesos de cicatrizacin. Tambin se usa en la formacin de esponjas y vendas para

heridas, as como en la confeccin de ropa estril para personas convalecientes. Es un material que protege contra la radiacin. En el sector de alimentos es un aditivo para la estabilizacin del color, conservadores y remocin de slidos. En el rea cosmtica se usa para fabricar polvo para maquillaje, barniz de uas, humectante, fijadores para el cabello, crema humectante, pasta de dientes. En la agricultura se utiliza para el recubrimiento de semillas y hojas, fertilizantes y

liberacin de controlada de agroqumicos.

La quitina y su potencial industrial

Como un escudo de alta eficiencia construido con pura

qumica, una sustancia que forma parte del carapazn defiende

a insectos, crustceos, moluscos y otros seres vivos de su

contacto con lo externo. La poseen en diversa cantidad jaibas,

camarones, langostas, araas y cucarachas. Incluso algunos

hongos y algas. Se llama quitina y es un compuesto natural

con variados beneficios para el ser humano, til en las industrias farmacutica, de alimentos,

cosmtica 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 est involucrada en la proteccin de varias especies. Su nombre,

derivado del griego ktos, significa cavidad o bveda, y el sitio en que se encuentra, el

caparazn de muchos artrpodos, tambin refiere su capacidad para enfrentar a diversos

agentes externos.

Despus de la celulosa, es el segundo polmero ms abundante en el planeta, por lo que su

utilizacin a gran escala en Mxico es muy prometedora, como lo ha sido en Japn, en donde

alrededor de 250 empresas explotan la quitina.

Una investigadora de la Universidad Nacional Autnoma de Mxico (UNAM), la maestra en

ciencias Patricia Miranda Castro, estudia desde hace siete aos la quitina y su principal

derivado, el quitosn. En el Laboratorio de Biotecnologa de la Facultad de Estudios

Superiores Cuautitln (FES-C), esta qumica farmacobiloga ha logrado una metodologa

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propia para extraer la quitina y el quitosn del camarn, utilizando caparazones y cabezas de

los crustceos que para la industria pesquera son desechos.

"Mxico es el sptimo productor de camarn en el mundo, as que muchas toneladas de

cabezas del crustceo regresan al mar cada ao, y grandes cantidades de caparazones se t iran

da a da en las marisqueras de todo el pas. Nos parece interesante sumarnos a un proceso en

donde la sustancia que buscamos est en lo que otros consideran basura", explica la maestra

Miranda, quien en su laboratorio ha ensayado durante varios aos una forma eficiente para

obtener la quitina.

La patente de esta metodologa para la extraccin, obtencin y purificacin de la quitina y el

quitosn est en trmite ante el Instituto Mexicano de Propiedad Industrial y de otorgarse la

UNAM podr realizar transferencias tecnolgicas con este producto de origen natural.

De la marisquera al laboratorio

La quitina es un polmero, es decir, una molcula de gran tamao constituida esencialmente de

azcares (es un polisacrido) y oxgeno. Sus molculas son fibrosas, y logran un material de

gran resistencia qumica y mecnica.

"Las caractersticas ms tiles para la industria estn en el quitosn, un derivado de la quitina.

As que lo primero que hicimos fue conseguir en las marisqueras caparazones de diversos

animales, estudiar en donde existe la sustancia en mayor cantidad, y desarrollar un mtodo

propio para extraer la quitina y transformarla en quitosn. Encontramos que los caparazones

de jaibas y langostas tienen ms calcio y menos quitina, mientras que las de camarn, ms

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 hidrlisis cida, utilizando cido clorhdrico, el cual convierte a los carbonatos

en cloruros y solubiliza los minerales, bsicamente el calcio.

Ya desmineralizado, se aplica una hidrlisis alcalina, pues el lcali que se usa rompe la

estructura de la matriz y hace solubles las protenas, las cuales arrastran consigo grasas y

pigmentos, componentes todos que constituyen el caparazn. 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

caracterstico.

Despus de ambas etapas se obtiene la quitina en polvo, que no es soluble en agua, lo que lo

hace poco prctica para su aplicacin. As 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 quitosn, presente en el 70 por ciento de la quitosina, pero ahora ya

aislado y purificado.Esta metodologa es una innovacin tecnolgica de la maestra Patricia

Miranda Castro.

Las cualidades del quitosn

25

El quitosn es soluble en agua acidificada. Esta solubilidad y su viscosidad (que puede hacerse

ms espesa o ms ligera, segn se requiera) son caractersticas que lo hacen aplicable a usos

variados, as como su accin de "imn bioqumico", capaz de detectar sustancias nocivas. Por

ejemplo, en el estmago humano, atrapa grasas como el colesterol y los triglicridos, a los que

conduce por el intestino capturados hasta evacuarlos. As que una aplicacin farmacutica lo

utiliza como regulador del peso corporal, mientras que tambin sirve como regulador de la

presin arterial, consecuente a la disminucin 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 estn en la industria de los cosmticos, en donde el quitosn se introduce en

cremas humectantes, pues es una molcula que absorbe el agua. Algunos fabricantes de

shampoo lo utilizan como ingrediente, ya que desarrolla una pelcula que da proteccin y

brillo al cabello.

En la industria papelera, donde el principal insumo es la celulosa, el quitosn sirve para fijar y

dar resistencia al papel, mientras que una de sus ms prometedoras aplicaciones podra ser

como plstico biodegradable, sustituyendo al plstico tradicional derivado del petrleo, uno de

los materiales ms utilizados en el mundo y ms difciles de degradarse, lo que genera mucha

contaminacin.

Como material plstico alternativo, el quitosn ya ha sido sometido a pruebas en el

Laboratorio de Biotecnologa de la maestra Patricia Miranda Castro, quien desarroll una

especie de celofn a partir de esta sustancia natural, "una envoltura que incluso podra

comerse", finaliza la especialista universitaria.

e. Outros polissacardios estruturais e de reserva:

Entre os principais polissacardeos de reserva em plantas esto o amido, os frutanos e os

polissacardeos 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 acares so prontamente utilizados pelo

metabolismo de gerao de energia e tambm fornecem carbono para a biossntese da maioria

das biomolculas presentes em clulas vegetais.

Cada um dos principais polissacardeos de reserva apresenta caractersticas que fazem com

que eles sejam mais convenientes para o metabolismo em certas situaes. Uma dessas

caractersticas o fato que nenhum deles possui radicais livres. Esta uma vantagem quando

comparada ao acmulo de monossacardeos, uma vez que a presena de tais compostos

26

poderia levar glicosilao inespecfica de elementos celulares. Outra vantagem a relativa

inatividade osmtica dos polmeros.

A tabela a seguir resume as principais caractersticas dos trs tipos de grupos mais

importantes de polissacardeos de reserva de plantas. Estas evidenciam diferentes funes

considerando como eles so degradados e seus locais de deposio na clula e na planta.

Composto de

reserva

Biossntese Mobilizao Localizao

celular

Localizao na planta

Amido A partir de ADP-

glucose

Hidrlise por

fosforilao

Plastdeos e

grnulos no

citossol

Sementes, caule,

folhas, frutos e rgos

Frutanos A partir de

sacarose por

transglicosilao

Hidrlise Vacolos e

fluido

apoplstico

Folhas, razes, caules e

rgos subterrneos

PRPC A partir de

UDP/GDP acares

no complexo de

Golgi

Hidrlise e

transglicosila

o

Parede celular Sementes e rgos

subterrneos

Dextrana polissacardios elaborado pelo Leuconostoc mesenteroides a partir de sacarose.

Causa viscosidade no caldo de cana bem como diminui o rendimento da cristalizao da

sacarose.

27

POLISSACARDEOS DE PAREDE CELULAR (PRPC)

Os polissacardeos de reserva de parede celular (PRPC) so relativamente inertes no que concerne sua reatividade qumica e apresentam diferentes graus de solubilidade em gua. Essas caractersticas conferem : alta compactao e baixa reatividade e tornam possvel a existencia de um compartimento celular ( a parede celular) que permite o fluxo de gua com um grau de liberdade considervel.

O custo para produzir tais polmeros alto, pois tais compostos necessitam de um complexo sistema de biossntese, secreo e montagem no meio extracelular. A biossntese dos polissacardeos de parede celular requer nucleotdeo-acares como doadores de monossacardeos. Na tabela a seguir esto relacionados alguns dos polissacardeos de parede e seus respectivos nucleotdeo-acares doadores.

Polissacardeos Nucleotdeos-acares

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-dico

galacturnico Ramnogalacturonano GDP-ramnose, UDP-dico galacturnico

FRUTANOS

Os frutanos encontram-se entre os carboidratos alternativos de reserva mais amplamente distribudos entre as plantas superiores, sendo encontrados em aproximadamente 15% das angiospermas. A presena de frutanos em Asteraceae foi amplamente documentada para a flora de regies temperadas e para a flora tropical e subtropical em regio restrita do cerrado brasileiro. A maioria das espcies ricas em frutanos encontra-se fora da regio tropical, sendo mais abundantes em reas onde o crescimento sazonal. Vrios autores sugerem que o acmulo de altas concentraes de frutanos e de acares solveis pode contribuir para o aumento do potencial osmtico das clulas e, por conseguinte promover tolerncia seca e ao congelamento. Os frutanos so acumulados em rgos fotossintetizantes como folhas e caules, em rgos subterrneos de reserva como razes tuberosas, tubrculos e bulbos, e em inflorescncia e sementes. Nas clulas, os frutanos e as enzimas envolvidas em seu

28

metabolismo so encontrados nos vacolos, embora recentemente sua presena e a da enzima frutaexohidrolase tenham sido detectadas no fluido apoplstico.

Frutanos consistem de sries homlogas de oligo e polissacardeos no redutores, onde cada membro da srie contm um resduo a mais de frutose do que o membro anterior. Esses polmeros de D - frutose carregam um resduo de D - glucose

geralmente localizado na extremidade da cadeia, unido por uma ligao do tipo 1,2 como na sacarose, sendo assim o frutano mais simples um monofrutosil sacarose, um trissacardeo. O trissacardeo que d origem srie da inulina, a 1- cestose ou 1-

cestotriose (1 - F - frutosil sacarose, -glu-1,2--fru-1,2-fru), foi o primeiro a ser caracterizado por Bell e colaboradores (Pollock et al. 1996 e referncias ali contidas). A 1-cestose encontrada em todas as espcies que acumulam frutanos, mesmo naquelas onde a srie predominante apresenta outro tipo de ligao entre os resduos de frutose. Cinco classes estruturais de frutanos foram identificadas (figura 11): a)

frutano baseado em 1-cestose, com ligaes - 2,1 (inulina), encontrado principalmente em Asterales (ex.: tubrculos de Helianthus tuberosus); b) frutano

baseado em 6-cestose com ligaes - 2,6 (levano), caracterstico de Poales (ex.: folhas de Phleum pratense); c) frutano com ligaes mistas e ramificados, com glucose na extremidade da cadeia, tambm encontrado em Poales ( ex.: Triticum); d) frutano

baseado em neocestose com ligaes - 2,1, encontrado em Liliaceae ( ex. : Asparagus

) e e) frutano baseado em neocestose, com ligaes -2,6, presente em alguns membros de Poales ( ex. : Avena ).

Pectinas A pectina o maior constituinte da parede celular primria e tambm est presente na lamela mdia entra as clulas de todos os tipos. Contm uma alta concentrao de resduos de cido D- -4). Dentre as pectinas encontrados : Homogalacturonanos: que apresentam predominante ou exclusivamente esta

estrutura (cido galacturnico e resduos metilgalacturonados) como mostrado na figura 15.

ramnogalactoruronanos : contm resduos de L-ramnose. Neste caso, o cido galacturnico se li -2), e a ramnose ao outro resduo

-4). Os resduos de ramnose servem como pontos de ancoragem para cadeias laterais se unirem, ramificando o polmero

(figura 16). Galactanos : Existem dois t -1,3-

-1,4 e o outro, mais frequente composto (figura 17) -1,4 com ramificaes de L-arabinofuranose a cada 16-21 resduos

da cadeia principal. Aps a germinao, maior parte da galactose e arabinose

29

removida da parede, deixando um material residual enriquecido em ramnose, cido urnico e glucose. Matheson e Saini (1977) reportaram a presena de duas

- -galactosidases em cotildones de Lupinus luteus, estas enzimas aumentaram aps a germinao e os autores levantaram a possibilidade do galactano estar envolvido no controle da expanso celular, alm de ser um polissacardeo de reserva.

Hemicelulose Alguns autores consideram hemicelulose o material extrado da parede por extrao alcalina. Para outros, trata-se de um polmero da parede celular com um tipo particular de estrutura molecular e com provvel funo de mobilidade. Dentre as hemiceluloses encontramos:

Galactoglucomananos: (figura 18) molcula linear, cadeia cam resduos de D-glucopiranose e D- -4). Difere da celulose pela presena dos resduos de manose. A razo manosil:glucosil geralmente 3. A cadeia de glucomanano apresenta curtas ramificaes: resduos de D-

-6) aos resduos de manose. Arabino-4-O-metilglucuronoxilano: polmero linear de D-xilose unidos por

-4), com cadeias laterais de dois tipos: resduos de 4-O-metil D-glucurnico unidos xilose po -2) ou resduos de L-arabinose unidos

-3) (). 4-O-metilglucuronoxilano: cadeia de resduos de D-xilopiranose unidos por

-4) e substitudo por resduos de 4-O-metil-D-glucurnico unidos por ligao -2) na cadeia de xilose.

Glucomananos: semelhantes estrutura de galactoglucomananos, com a glucose e -4).

Xilanos de parede secundria de gramneas, () 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-1,4-glucano

-1,6 por resduos de D- -D-galactopiranosdeos-(1,2)-D-xilopiranosdeos (figura 22). Exceto pela ausncia de terminais fucosil -L- -D-galactosdeos, existe uma grande semelhana entre xiloglucanos de reserva (em sementes) e xiloglucanos estruturais de paredes primrias. Teriam funes no controle da embebio de gua e xeroproteo. Foi proposta uma nomenclatura para os blocos estruturais de xiloglucano com base na cadeia principal. Glucoses no substitudas so

30

denominadas G, glucoses ramificadas com xilose so denominadas X e se a galactose est ligada xilose, o trissacardeo denominado L. As propores entre estas unidades demonstraram a existncia de estruturas finas (distribuio das ramificaes de galactose) especficas entre as diferentes espcies e entre populaes de mesma espcie crescidas em diferentes ambientes. Apesar das diferenas em estrutura fina, todos os xiloglucanos de sementes examinados apresentam proporo de monossacardeos muito prxima, preservando, desse modo, o total de ramificaes com galactose de forma independente da sua distribuio. J foram isoladas as quatro principais enzimas responsveis pela degradao de xiloglucano em Tropaeolum majus, sendo : uma endo- -1,4-glucanase especfica para xiloglucano ou xiloglucano endo-transglicosilase (XET);

- -xilosidase ou oligoxiloglucano exo-hidrolase especfica para oligossacardeos de

-glucosidase. No modelo proposto por Crombie et al. (1998) as quatro enzimas atacam o polmero de um modo sincronizado, produzindo galactose, glucose e xilose livres. Embora nenhuma evidncia direta indique ainda que os xiloglucanos de sementes tenham dupla funo, esta proposio pode ser feita com base no fato de que os xiloglucanos possuem propriedades hidrodinmicas muito semelhantes s encontradas em galactomananos, isto , os xiloglucanos teriam funes no controle da embebio de gua e xeroproteo. interessante observar que, as relaes entre estrutura e funo em xiloglucano esto nas mudanas de estrutura fina que so tambm relacionadas com o posicionamento das galactoses na molcula.

O grau de ramificao dos mananos define suas relaes estrutura-funo. Quanto menos ramificado, maior a indicao de que a funo biolgica est relacionada com a dureza e a proteo do embrio. Por outro lado, quanto maior o grau de ramificao, mais solvel o polissacardeo e maior a participao deste em funes como as relaes hdricas.

Mananos e galactomanos so molculas multifuncionais, desempenhando suas funes durante fases distintas do crescimento e desenvolvimento das plantas.

Mananos puros so artificialmente definidos como contendo mais de 90% de

no o restante estar ramificado com galactose. So estruturalmente relacionados aos galactomananos, apenas apresentando um grau menor de ramificao com galactose. Abaixo de 10% de ramificaes, os mananos tornam-se insolveis e precipitam rapidamente em soluo aquosa. Assim, os mananos so estruturalmente relacionados aos galactomananos, apenas apresentando um grau menor de ramificao 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. So encontrados em endospermas de sementes de espcies como Phoenix dactylifera, Phytelephas macrocarpa e Coffea arabica. Aparentemente tem outras funes alm de reserva, eles conferem dureza s sementes que os acumulam e isso pode ser associado com um sistema de proteo do embrio contra danos mecnicos. Sendo assim, os mananos exerceriam as funes de constritor e protetor mecnico do embrio e tambm de polissacardeos de reserva.

Galactomananos so compostos por uma cadeia linear de resduos de manose -1,4 qual resduos de galactose esto unidos

em endospermas de sementes de leguminosas. A razo manose:galactose e a distribuio dos resduos de galactose ao longo da cadeia de manose variam de espcie para espcie, sendo importante para estudos quimiotaxonomicos e evolutivos. As trs famlias de Leguminosae podem ser distinguidas utilizando-se este parmetro. A mobilizao de galactomananos foi estudada em leguminosas,

-galactosidase, endo- --manosidase) confirmando que a mobilizao do galactomanano

ocorre atravs da hidrlise. Em todos os casos estudados, o polissacardeo desmontado at seus monossacardeos constituintes (manose e galactose) ao mesmo tempo em que h produo de sacarose. Alm do papel de reserva, o galactomanano influencia no fluxo de gua devido a sua maior solubilidade nos primeiros estgios da germinao. Este polissacardeo absorve grande quantidade de gua e redistribui ao redor do embrio. O endosperma embebido protege o embrio contra perda de gua atravs de um efeito conhecido como tampo de gua durante perodos de seca ps-embebio.

5. FATORES ANTINUTRITIVOS DE NATUREZA GLUCDICA:

a. Linamarina: carboidratos cianognio encontrado em certas variedades

Mecanismo de detoxicao da planta:

CN + S2O3 = SCN

+ SO3 =

O tiocianato (SCN) impede a captao de iodo pela tireide, causando o bcio.

A intoxicao crnica com cianeto (CN), acarreta a Neuropatia Tropical, que se caracteriza

por alterao irreversveis das clulas nervosas, provocando falta de coordenao dos

movimentos e uma apatia generalizada. A ocorrncia de bcio no litoral nordeste brasileiro

pode ser atribudo ao elevado consumo de produtos de mandioca.

b. Fatores causadores de flatulncia: Muitos legumes ( feijo, soja, etc. ) apresenta os oligossacardios rafinose, estaquiose e verbascose, que escapam digesto por no

32

termos a enzima galactosidase, no sendo, pois, absorvidos ao nvel do intestino

delgado. As bactrias do intestino grosso metabolizam esses aucares produzindo CO2,

H2e abaixando o ph, So pois, responsveis pela flatulncia quando d ingesto de

legumes.

c. Glucosinolatos: Substncias encontradas nas crucferas, especialmente do gnero Brassica, que diminuem o valor biolgico dos alimentos. Manifestam atividades

bocgena, acarretando hipertrofia das tireides. So comumente encontradas em couve,

repolho, nabo, mostarda, colza, etc.

El potencial teraputico de algunas verduras

Por el Dr. Hctor E. Solrzano del Ro

Coordinador de Medicina Ortomolecular del Centro de Estudios de Medicina

Integradora de la Universidad Autnoma de Guadalajara y Presidente de la Sociedad

Mdica de Investigaciones Enzimticas, A.C.

El indol-3-carbinol es un producto derivado de la glucobrasicina glucosinolato tambin

conocido como indol-3-glucosinolato. Los glucosinolatos se encuentran principalmente en los

vegetales crucferos (brcoli, col, col de Bruselas, coliflor, col rizada, nabos, etc.).

Entre las recomendaciones que se dan para seguir una buena dieta, est 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 lcera cancerosa en

las mamas, aplquese una hoja de col machacada y se pondr bien". Con el machacar una hoja

de col, el indol-3-glucosinolato se convertira 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; 9:261-272).

El propio I-3-C no es activo. Cuando el I-3-C entra en contacto con el cido gstrico 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 estrgenos.

Tambin puede tener efectos anti-aterognicos, antioxidantes y anticancergenos.

El I-3-C puede estimular a las enzimas naturales desintoxicantes de nuestro cuerpo.

Se ha demostrado que los metabolitos estrognicos 16 alfa-hidroxiestrona y 4-hidroxiestrona

son cancergenos y se cree que son responsables los posibles efectos cancergenos del

estrgeno. Por otro lado, se ha descubierto que el metabolito estrognico 2-hidroxiestrona es

protectora contra varios tipos de cncer, incluyendo el cncer de mam. Se ha demostrado que

el I-3-C aumenta la relacin de 2-hidroxiestrona a 16 alfa-hidroxiestrona y tambin inhibe la

4-hidroxilacin 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;

78:931-934).

Algunos estudios han demostrado que el I-3-C restaura la funcin del gen supresor p21,

retrasa la propagacin de clulas aberrantes de prstata y mama e induce la apoptosis de

clulas aberrantes.

Como ya lo mencion arriba, el I-3-C induce la sntesis de 2-hidroxiestrona. Se he descubierto

que la 2-hidroxiestrona inhibe la oxidacin de la lipoprotena de baja densidad. Esto nos indica

que el I-3-C tiene un efecto antioxidante indirecto. Parece que la 2-hidroxiestrona tambin

tiene la capacidad de inhibir la proliferacin del msculo liso. La inhibicin de la proliferacin

de msculo liso y la inhibicin de la oxidacin de LDL son importantes para los efectos anti-

aterognicos del I-3-C.

Algunas de nuestras investigaciones nos han demostrado que el I-3-C puede ser til para

inhibir la formacin 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 regresin 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; 78:123-9).

Hay un estudio que reporta por primera vez que el I-3-C ejerce efectos anticancerosos en las

clulas tumorales pancreticas in vitro. Se ha demostrado que el I-3-C inhibe el crecimiento de

varias lneas de clulas cancerosas ovricas lo mismo que sobre el cncer de mama y de

prstata.

El ensayo mencionado se enfoc en los efectos anticancergenos en varios biomarcadores

moleculares y celulares del cncer de pncreas. Se investigaron los efectos del I-3-C sobre la

proliferacin celular, la apoptosis, la expresin de la DT-diaforasa, la expresin de Cox-1 y 2,

la expresin de NFkappaB y sus efectos sobre la invasin 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 alrgico a sus

propias clulas y empieza a destruirlas. Los autoanticuerpos provocan una respuesta

inflamatoria crnica. Cuando los autoanticuerpos atacan, por ejemplo, a las articulaciones, se

presenta la artritis reumatoide. Se conocen aproximadamente 60 enfermedades autoinmunes.

Entre stas, encontramos a la esclerosis mltiple, la alopecia areata, el vitligo, la espondilitis

anquilosante, etc.

El tratamiento convencional se basa en la administracin 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. 1991;10(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 drsticamente la enfermedad renal

autoinmune. Despus de un ao, todos los animales que recibieron el complemento todava

estaban vivos, comparado con solamente el 30 % de los controles. Dos meses ms tarde, todos

los controles haban muerto, mientras que muchos de los ratones que recibieron el I-3-C

sobrevivieron otros 6 meses y unos pocos sobrevivieron durante ms de 20 meses; casi el 50

% ms que los ratones controles.

Se ha notado en forma interesante que la restriccin calrica podra 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 (MRL/I and BXSB) mice. Proc Soc Exp Biol Med. 1990

Jan;193(1):6-12). La restriccin calrica revierte la autoinmunidad y extiende el perodo de

vida.

Pues bien, se cree que el I-3-C puede imitar los efectos de la restriccin calrica y prolongar el

perodo de vida (Howitz KT, Bitterman KJ, Cohen HY, et al. Small molecule activators of

sirtuins extend Saccharomyces cerevisiae life span. Nature. 2003 Sep 11;425 (6954):191-6.

Epub 2003 Aug 24). El I-3-C y la restriccin calrica afectan a un proceso conocido como

metilacin (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 A/J mice. Cancer Res.

1990 May 1;50(9):2613-7). Puedo mencionar que la metilacin es una reaccin bioqumica

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 Jun;56(6):B268-76).

Las ltimas tendencias en la investigacin nutricional y oncolgica estn examinando cmo

ciertos compuestos fitoteraputicos 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 cncer. Entre otras cosas, estas substancias activan a los genes

tumorales supresores, a otros genes que destruyen a las clulas cancerosas y a los genes que

nos desintoxican de agentes qumicos. Tambin el I-3-C suprime genes que capacitan a las

clulas cancerosas a comunicarse con otras clulas. Esta capacidad para entrar en las clulas

cancerosas y activar o desactivar genes es una poderosa arma contra el crecimiento del cncer.

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 prevencin y tratamiento del cncer de mama,

cncer de colon y otros tipos de cncer. Tambin se usa oralmente para fibromialgia,

papilomatosis larngea, displasia cervical y en varias enfermedades autoinmunes como el

lupus eritematoso sistmico. Varios estudios demuestran que es til para equilibrar los niveles

hormonales, desintoxicar a los intestinos y el hgado y para apoyar al sistema inmunolgico

35

Couve-brcolo - potenciais efeitos anticancergenos Ana Sofia Rodrigues (1), Eduardo Rosa (2). (1)Escola Superior Agrria de Ponte de

Lima, Mosteiro de Refoios, 4990-706 Ponte de Lima, Portugal, (2) Universidade

Trs-os-Montes e Alto Douro, Dpt. Fitotcnia, Apartado 202, 5001-911 Vila Real,

Portugal.

Resumo

As plantas da famlia Brassicaceae, incluindo a couve-brcolo, apresentam um

grupo de compostos secundrios, os glucosinolatos, com reconhecidas

propriedades anticancergenas, especialmente os hidrolisados do glucosinolato

glucorafanina e dos glucosinolatos indlicos. Contudo, os potenciais benefcios na

sade dependem das concentraes destes compostos que por sua vez dependem

das variedades consumidas e das condies de crescimento da cultura.

Neste estudo, avaliou-se a variao do teor em glucosinolatos, nas inflorescncias

primrias e secundrias de onze cultivares de couve-brcolo, em duas estaes de

crescimento, Primavera-Vero e Vero-Inverno. Os teores em glucosinolatos

foram significativamente superiores no Vero-Inverno. Nesta estao os teores

mais elevados ocorreram nas inflorescncias secundrias. O grupo dos

glucosinolatos indlicos representou entre 19 e 77% dos totais. A glucorafanina foi

o glucosinolato que surgiu em maior concentrao (>500 moles.100 g-1 PS) em

todas as cultivares. Considerando o potencial efeito anticancergeno do

isotiocianato derivado da glucorafanina, sulforafano, a cultivar Shogun destaca-se

das outras por apresentar maiores teores desse glucosinolato.

3- Butenilglucosinolato (GLUCONAPINA)

39

2- Hidrxi 3- butenil glucosinolato (PROGOITRINA)

CH2 = CH CH CH2 NCS + HSO

4 + C6H12O6 ( - glicose)

OH

2- Hidrxi 3- butenil isotiocianato

5- Vinil oxazolidina 2- tiona

(5-vinil-2-tioxazolidina)

(GOITRINA)

40

Lipdios

1. CONCEITO

Os lipdios constituem, juntamente com os carboidratos e protenas outra classe de substncias

consideradas como alimento. Os seus representantes so compostos bastante heterogneos, das

mais variadas funes qumicas, que se caracterizam pela insolubilidade em gua e

solubilidade em solventes orgnicos (ter, acetona, lcool, clorofrmio, etc.). Essa natureza

hidrofbica conseqncia da natureza qumica da molcula, que possui extensas cadeias de

carbono e hidrognio, lembrando muito os hidrocarbonetos.

So considerados os mais energticos dos alimentos devido a essas cadeias hidrocarbonetadas,

apresentando o tomo de carbono em estgio bastante reduzido, isto , com baixo nmero de

oxidao, devido ao baixo teor de oxignio na molcula.

Composio qumica elementar (%) K cal/g________

Classe C O H N____________________

Protena 53 23 7 16 4

Carboidratos 44 49 6 _ 4

Lipdios 76 11 12 _ 9___________

Constituem, portanto, uma excelente opo para a clula viva ou organismo qualquer, o

armazenamento de energia qumica na forma de lipdios.

Do ponto de vista estrutural os lipdios constituem as membranas de permeabilidade

diferencial como a membrana citoplasmtica e as membranas que revestem as organelas e

outras entidades de atividade bioqumica especializadas (como o retculo endoplasmtico, o

sistema lamelar dos cloroplastos, etc.). Alguns representantes dessa classe ainda

desempenham funes altamente especializadas como algumas vitaminas e a clorofila

(pigmento receptor da energia radiante no processo fotossinttico).

2. CLASSIFICAO

Segundo suas propriedades qumicas, os lipdios podem ser classificados em:

2.1 Lipdios neutros glicerdios monoglicerdios

ceras diglicerdios

triglicerdios

2.2 fosfatdios 2.3 esfingolipdios 2.4 glicolipdios 2.5 lipoprotenas 2.6 terpenides carotenides

esterides

41

3. TRIGLICERDIOS

Constituem a quase totalidade da frao lipdios de uma dieta alimentar ou uma reao

animal. tambm a forma pela qual os organismos animais ou vegetais armazenam parte

significativa da energia qumica.

Quimicamente so steres do glicerol e cidos graxos, produtos esses que so obtidos

mediante hidrlise dos triglicerdios.

As propriedades fsicoqumicas os triglicerdios so regidas pela natureza dos cidos graxos

integrantes, desde que o glicerol comum a todos eles.

3.1. Hidrlise dos triglicerdios: Existem 3 modalidades de se promover a hidrlise dos

triglicerdios:

1. hidrlise cida (reversvel) 2. hidrlise alcalina ou reao de saponificao (irreversvel). 3. hidrlise enzimtica (pela ao das lpases)

Da hidrlise alcalina resulta um sal sdico ou potssico (conforme se use NaOH ou

KOH para a hidrlise) do cido graxo, o qual denominado de sabo, com propriedade

detergente. Para que uma substncia manifeste propriedade detergente, a mesma deve

apresentar em sua molcula, uma poro hidrofbica (apolar) e outra hidroflica (polar). Os

detergentes, estabelecendo uma ponte, aproximando as molculas polares (gua) das

molculas apolares (gordura), promove a solubilizao ou emulsificao das gorduras e dos

leos.

3.2. cidos Graxos: So cidos carboxlicos que apresentam um radical R de natureza

graxa ou apolar: R COOH, onde R deve se apresentar com mais de 4 tomos de carbono em

estgio reduzido.

De um modo geral, aumentando-se o nmero de tomos de carbono na molcula,

aumenta-se o ponto de fuso do cido graxo (at 8 tomos de carbono os cidos carboxlicos

so lquidos; com 1 e 2 tomos de C, so volteis).

A presena da dupla ligao na cadeia do cido graxo diminui o ponto de fuso do

mesmo.

42

cidos graxos Estrutura Ponto de Fuso

Saturados

Lurico CH3(CH2)10COOH 44

Mirstico CH3(CH2)12COOH 54

Palmtico CH3(CH2)14COOH 63

Esterico CH3(CH2)16COOH 70

Araqudico CH3(CH2)18COOH 75

Benico CH3(CH2)20COOH 80

Lignocrico CH3(CH2)22COOH 84

No-saturados

Olico CH3(CH2)7CHCH(CH2)7COOH

Vaccnico CH3(CH2)5CHCH(CH2)9COOH

Ricinoleico CH3(CH2)5CHOHCH2CHCH(CH2)7COOH

Linoleico CH3(CH2)4(CHCHCH2)2(CH2)6COOH

Linolnico CH3CH2(CHCHCH2)3(CH2)6COOH

Araquidnico CH3(CH2)4(CHCHCH2)4(CH2)2COOH

Pouco comuns

-alaioesterico CH3(CH2)3CHCHCHCHCHCH

Taririco (CH2)7COOH

Isnico CH3(CH2)10CC(CH2)4COOH

CH2CH(CH2)4CCCC(CH2)7COOH

CH2

Lactobacilico

Vernlico

43

Os leos de origem vegetal so triglicerdios que apresentam elevada proporo de

cidos graxos poliinsaturados, que possuem baixo ponto de fuso, conferindo a esses

triglicerdios o estado lquido temperatura ambiente (20-25C). J as gorduras de origem

animal se apresentam no estado slido temperatura ambiente pelo fato de haver

predominncia de cidos graxos saturados.

Uma dieta rica leos vegetais aconselhvel s pessoas com distrbios cardiovasculares,

possuidoras de elevados teores de colesterol no sangue. Tais problemas so manifestados pela

arteriosclerose (endurecimento das artrias) e/ou ateroesclerose (diminuio da luz arterial).

Sabe-se que o colesterol no inferior da clula se encontra livre ao passo que fora dela (no

sangue, por exemplo) se encontra asterificado por cidos graxos. Dependendo da saturao do

cido graxo, o mesmo pode propiciar a disposio do ster do colesterol na parede interna das

artrias, diminuindo a luz das mesmas, causando os citados distrbios cardiovasculares.

ster do colesterol com c. graxo saturado

ster do colesterol com cido graxo poli-insaturado

45

A margarina, obtida pela hidrogenao cataltica do leos vegetais com a finalidade

de dar aos mesmos a consistncia slida da manteiga, no se constitui num

substituto adequado desta, quando se pretende evitar os inconvenientes da gordura

animal. Isto porque a caracterstica desejvel dos leos vegetais (presena de

cidos graxos poliinsaturados) alterada quando se efetua a hidrogenao dos

mesmos para se obter um produto de maior ponto de fuso

4. CRAS

Quimicamente so steres de cidos graxos de cadeia longa com alcoois monohidroxilados

tambm de cadeia longa (16 a 36 tomos de carbono)

A . cra de abelha (palmitado de miricila)

B. cra de carnuba (cerotato de miricila)

Devido natureza das cadeias tanto do cido graxo como do lcool, tais compostos

so bastante hidrofbicos, altamente insolveis em gua, razo pela qual plantas e

animais optaram por uma camada cerosa para proteo e impermeabilizao.

Assim certas plantas apresentam uma camada de cra (cutcula) para proteo da

epiderme; aves aquticas efetuam a impermeabilizao das penas com auxlio de

matria cerosa das glndulas cericgenas.

5. FOSFATDIOS

So derivados do cido fosfatdico. Um representante desse grupo a lecitina, que est

associada s membranas de permeabilidade diferencial, com funo ainda pouco conhecida,

talvez regendo o transporte de substncias atravs dessas membranas.

46

6. GLICOLIPDIOS

Citamos os galactolipdios e sulfolipdios, encontrados no tecido fotossintetizador das plantas.

Suas funes no so bem conhecidas.

7. LIPOPROTENAS

So associaes entre protenas e lipdios, especialmente fosfolipdios, que se arranjam

segundo a polaridade das molculas, sem envolvimento de ligao covalentes. As membranas

de permeabilidade diferencial (citoplasmtica e aquelas que revestem as organelas celulares,

bem como o retculo endoplasmtico e o sistema lamelar dos cloroplastos) so constitudos de

lipoprotenas.

8. TERPENIDES, CAROTENIDES E OUTROS COMPOSTOS DE NATUREZA LIPDICA

Como os lipdios congregam compostos da mais variada natureza qumica, encontramos

representantes desempenhando funes altamente especializadas, alm daquelas j

mencionadas (funes energtica e estrutural).

Assim, algumas vitaminas bem como pigmentos receptores de energia radiante no processo

fotossinttico, so exemplo de lipdios desempenhando outras funes.

AMINOACIDOS E PROTEINAS

AMINOCIDOS

1. CONCEITO

Como o nome indica, os aminocidos so compostos que carregam em suas molculas um

grupo amino (de carter bsico) e um grupo carboxlico (de carter cido). So eles as

entidades que constituem as protenas, e o conhecimento de suas estruturas se reveste de um

particular interesse pelas propriedades que conferem molcula protica que integram.

47

Ademais os aminocidos desempenham outras funes especficas, quer participando de

processos biolgicos (ciclo da uria, por exemplo) ou se constituindo em substrato para muitos

constituintes celulares.

Os aminocidos encontrados normalmente nas protenas so identificados com sendo - L-

aminocido. Alfa () porque o grupo amino (-NH2) se prende ao carbono de posio ,

adjacente carboxila (-COOH), e L devido a configurao do grupo amino, tendo como

referncia o D-gliceraldeido:

2. TITULAO DE AMINOCIDOS E EVIDNCIA DE SEU CARTER INICO

Os aminocidos, via de regra so solveis em gua e insolveis em solventes orgnicos

(clorofrmio, acetona, ter, lcool, etc.). Tal propriedade no coaduna com a estrutura geral

formulada (R-CHNH2-COOH). Como sabe, os cidos carboxlicos e as aminas orgnicas so

pouco ou quase insolveis em gua, especialmente os compostos de cadeia aliftica ou

aromtica com diversos tomos de carbono. Outra propriedade fsica interessante o alto

ponto fuso dos aminocidos, em situao oposta aos cidos carboxlicos e aminas que

apresentam baixo ponto de fuso e bem definido.

A real estrutura dos aminocidos pode ser visualizada em soluo considerando o seu

comportamento como eletrlito. Assim, um aminocido pelo fato de conter um grupo

carboxlico e um grupo amino, pode reagir tanto como uma base como um cido, sendo

considerado uma substncia anftera. Se o amino cido estiver dissolvido em um meio cido

ele se torna carregado positivamente (migra para o ctodo num campo eletrofortico); e se o

meio for alcalino ele se torna carregado negativamente:

Para se melhor compreender o carter inico dos aminocidos inicialmente necessrio

conhecer algumas caractersticas dos diversos grupos ionizveis. Para tal estudaremos as

ionizaes da carboxila de um cido e do grupo amino de uma amina orgnica.

2.1 Titulao da carboxila de um cido (actico): O cido actico se ioniza, liberando prton (H

+) conforme a equao:

A constante de dissociao (K) do cido actico :

Para esse valor de K, podemos afirmar que o cido actico um cido fraco, pois apenas uma

pequena frao das molculas que se ionizam prton.

48

Aplicando-se logartimos:

Quando o ph do meio for numericamente igual ao ph,

Teremos:

Portanto:

Isto as concentraes das formas protonizada e desprotonizada se equivalem.

Podemos concluir, portanto, que o ph de um grupo ionizvel corresponde a um valor de ph no

qual coexistem as formas protonizada e desprotonizada em idnticas concentraes. Em outras

palavras, o ph que corresponde semi-titulao ou semi-neutralizao do referido grupo

ionizvel.

Curva de titulao do cido actico:

2.2. Titulao do Grupo Amino (-NH2)

Seja a amina metilina que pode ceder prton conforme a equao:

49

Curva de Titulao da Metilamina:

2.3. Titulao de um amino cido neutro (alamina):

Formas Inicas

Carga eletrofortica +1

Curva de titulao da alamina:

Problema: Quais as formas inicas existentes, bem como as propores das mesmas para

alamina no pH fisiolgico (7.0)?

Resposta: a forma inica da alamina mais abundante no pH fisiolgico (7.0) a forma

=99, 81%, desprovida de carga eletrofortica:

2.4. Titulao de um minocido dicarboxlico: cido asprtico

50

Curva de Titulao do cido Asprtico:

3. Curva de titulao obtida quendo 20 ml de cido asprtico HCI0,1M so titulados com NaOH0,1M

Problema: Calcular as propores das formas inicas do cido asprtico existentes no pH

fisiolgico (Ph=7,0).

PH=Pk+log R

PH=7,0

PK=pK3=9,8 (o mais prximo de 7,0) do grupo -amino

R= cone. da forma protonizada em relao ao grupo amino= IV

coc. da forma protonizada em relao ao grupo amino III

Substituindo:

7 = 9,8 +log IV

III

7 = 9,8 + log R

log R = 7-9,8 = -2,8

log 1 = 2,8

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 + IV = 100%

630 . IV = 100%

IV = _100_ = 0,16 %

630

[III] = 629 X 0,16 (0,1587301)

[III] = 99,84 %

Resposta: A forma mais abundante (99,84%) a forma III, carregada negativamente.

2.5. Titulao de um aminocido bsico (lisina):

Problema: Qual e em que proporo se apresenta a forma inica mais abundante do

aminocido lisina no pH fisiolgico (7,0)?

PH = pK + log R

PH = 7,0

PK = Pk2 = 9,0 ( o mais prximo de 7,0; corresponde ao grupo -amino)

R = conc. da forma desprotonizada em relao ao grupo -amino = [III]

conc. da forma protonizada em relao ao grupo -amino [II]

Substituindo:

52

7,0 = 9,0 + log R

log R=7,0 9,0 = -2,0

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_ = 0,99%

101

Logo: [II] = 100 X 0,99 = 99%

Resposta: A forma inica mais abundante a forma II, na proporo de 99%

Resumindo o que se observou para os 3 aminocidos, temos:

Aminocido pI forma inica predominante no pH fisiolgico (7,0)

Neutro 7 sem carga eletrofortica

cido < 7 carregado negativamente

Bsico > 7 carregado positivamente

4. CLASSIFICAO DOS AMINOCIDOS

Os aminocidos so classificados segundo a natureza do radical R. vrios critrios de

classificao podem ser adotados. Assim quanto estrutura do radical R eles podem ser

classificados em:

a . aminocidos alifticos

b . aminocidos aromticos

c . aminocidos heterocclicos

53

Mais significativa, entretanto a classificao baseada na polaridade do radical R, uma vez

que ela enfatiza o papel funcional que cada aminocido desempenha na protena.Assim os 20

aminocidos comumente encontrados nas protenas so classificados em:

3.1. Aminocidos com Radical R no Polar ou Hidrofbico:

3.2. Aminocidos com Radical R Polar, sem Carga no pH Fisiolgico.

A maioria desses aminocidos tem um radical polar que pode participar de pontes de

hidrognio; alguns possuem o grupo hidroxila (-OH), outros a sulfidrila (-SH), enquanto

asparagina e glutamina possuem grupos amida. A glicina, embora desprovida de radical R,

considerada uma molcula polar pelo fato dos grupos amino e carboxila representar grande

parte da massa da molcula.

3.3. Aminocidos com Radical R Polar Carregados Negativamente no pH Fisiolgico

Nesta classe esto aminocidos dicarboxlicos

3.3. Aminocidos com Radical R Polar Carregado Positivamente no pH Fisiolgico

Trs aminocidos so includos nesta categoria: lisina (com grupo adicional E amino com

pK = 10,5, arginina com o grupo guanidnico de pK = 12,5 e a histidina com o grupo imidazol

com pK = 6,0)

54

Outros aminocidos alm desses podem ser encontrados. Assim L-hidroxilisina e L-

hidroxiprolina sao abundantes no colgeno apenas e por isso denominados de aminocidos

proticos raros.

Muitos aminocidos no so encontrados em protenas, mas ocorrem na forma livre. So os

aminocidos no proticos, que atualmente so em nmero de aproximadamente 200,

encontrados comumente no reino vegetal. Alguns desempenham funes conhecidas (como a

ornitina e citrulina que participam do ciclo da uria em plantas e animais, e a beta alanina

que faz parte da estrutura do cido pantotnico) enquanto a maioria no tem uma funo

fisiolgica definida. Alguns deles se mostram txicos para animais e humanos, como o cido

, - diaminobutrico, encontrado nas sementes da Lathirus sativus o qual causa o

Neurolatirismo (fraqueza muscular a paralizia dos membros inferiores).

Citrulina: encontrado pela 1 vez em Citrullus vulgaris melancia

PROTENAS

1. CONCEITO

So polmeros formados pela unio dos aminocidos, unidos que so pela ligao peptdica.

Tais polmeros apresentam peso molecular entre 10.000 a alguns milhes de Daltons.

A ligao peptdica aquela que se estabelece entre a carboxila (-COOH) de aminocido com

o grupo amino (-NH2) de outro aminocido:

55

A ligao peptdica de natureza covalente. Se une dois aminocidos teremos um dipeptdio;

se une trs, um tripeptdio, e assim por diante. As protenas podem ser consideradas

polipeptdios.

2. NVEIS ESTRUTURAIS BSICOS

A cadeia polipeptdica busca um estado de maior estabilidade termodinmica, que atingido

aps rearranjos levando a protena nveis estruturais complexos. Tais nveis podem ser

estendidas como as seguintes estruturas:

3. Estrutura primria: a seqncia de aminocidos na cadeia polipeptdica. mantida pela ligao peptdica.

Com os 21 aminocidos normalmente encontrado nas protenas podemos arranja-los formando

polipeptdios com 100 at alguns milhares de aminocidos. Tais arranjos permitem a formao

de um nmero extremamente grande de diferentes molculas proticas que possivelmente

possam existir.

2.2. Estrutura Secundria: a cadeia polipeptdica pode adquirir a forma de uma espiral

voltada direita, estrutura essa chamada de - hlice estabilizada por pontes de hidrognio

que se estabelece entre o grupo carbonilo (=C=O) de uma ligao peptdica com o grupo

imido (=NH) da 3 ligao peptdica na seqncia regular da cadeia. A estrutura secundria

tambm pode se manifestar na forma de folha pregueada.

2.3. Estrutura Terciria: diz respeito ao dobramento da cadeia polipeptdica sobre se mesma,

se enovelando e adquirindo uma chamada estrutura globular, mais compacta. A manuteno

de tal estrutura atribuda s diferentes reatividades dos radicais R dos aminocidos

componentes, e tal estrutura est intimamente relacionada com as propriedades catalticas das

protenas biologicamente ativas, como as enzimas.

Entre as ligaes envolvendo os radicais R, e responsveis pela estruturao terciria,

podemos observar:

a. ligaes ou interaes eletrostticas entre a carboxila dissociada (-COO-) e grupos protonizados (amino, guanidino ou amidazol).

b. pontes de hidrognio c. interao hidrofbica

56

d. interao dipolo dipolo com radicais de polarizao semelhantes) e. ligao ou ponte de dissulfeto (ligao covalente que se estabelece entre 2 tomos de S

de dois resduos de cistena).

Alguns tipos de ligaes no covalentes que estabilizam a estrutura protica:

a) interao eletrosttica; b) ligao de hidrognio entre resduos de tirosina e grupos carboxlicos nas cadeias laterais; c)interao hidrofbica de cadeias

laterais no polares causada pela mtua repulso de solventes; d) interao

dipolo dipolo; e) ligao de dissulfeto, uma ligao covalente [De acordo

com C. B. Anfinsen, The Molecular Basic of Evolution, John Wiley and Sons,

Nova Iorque, p. 102,1959].

Representao esquemtica das cadeias polipeptdicos de protenas bem definidas. C indica o

carboxilo de aminocido terminal; N grupo amino livre do aminocido terminal; os nmeros

em parnteses so os radicais de aminocidos; -S-, ligaes de dissulfeto.

2.4. Estrutura Quaternrias: apresentada por apenas algumas protenas, e quase sempre

biologicamente ativas; tal estruturao pode ser definida como o grau de polimerizao de

unidades proticas formando dmeros, trmeros, tetrmeros, etc. As foras que mantm a

estrutura quaternria so as mesmas responsveis pela manuteno da estrutura terciria. Em

alguns casos, ctions metlicos (Ca++

, K+, Mg

++, Mn

++, etc.) auxiliam a manuteno da

estrutura quaternria.

Assim a fosforilase a (tetrmero) formada pela unio de 4 subunidade proticas e

manifesta atividades cataltica. J na forma de dmero (fosforilase b) a mesma inativa.

Um tetrmero de unidades proticas ilustrado quaternria de uma protena globular complexa

3. DESNATURAO DAS PROTENAS

Vem a ser qualquer desarranjo nas estruturas secundrias, tercirias ou quaternria de uma

protena. As enzimas assim que desnaturadas perdem a atividade cataltica. Os agentes

57

desnaturantes das protenas so: cidos, bases, fora inica elevada, calor, solventes orgnicos

(apolares), agitao mecnica, etc.

4. HIDRLISE DAS PROTENAS

o rompimento das ligaes peptdicas, que mantm a estrutura primria, e pode ser efetuada

por cidos, bases ou enzimas (genericamente denominadas de proteases ou enzimas

proteolticas). Tal hidrlise liberta os aminocidos na forma livre, os quais podem ser

identificados e quantificados, conhecendo-se assim a composio aminoacdica das protenas.

5. FUNES BIOLGICAS DAS PROTENAS

Devido ao nmero incrvelmente elevado de diferentes molculas proticas que podem ser

fabricadas pelos organismos, cujas propriedades sero reflexo direto da seqncia de

aminocidos na cadeia polipeptdica, a natureza, aproveitando-se desta particularidade, atribui

inmeras funes para as protenas. Assim podemos identificar, classes de protenas de acordo

com suas funes biolgicas:

5.1. Enzimas: protenas com atividade catalticas, acelerando reaes no interior da clula. 5.2. Protenas de Transporte: A Hemoglobina transporta oxignio; lipoprotenas do

plasma transportam lipdios. A passagem de ons e outras substncias atravs das

membranas (de permeabilidade diferencial) auxiliada por protenas de transporte.

5.3. Protenas Nutritivas: ovoalbumina, casena, ferritina (armazenadora de ferro), etc. 5.4. Protenas Contrcteis: Actina, miosina, tubulina (dos ciliados e flagelados). 5.5. Protenas Estruturais: colgeno, elastina, fibroinas, queratina, etc. 5.6. Protenas de Defesa: imunoglobulinas (anticorpos), fibrinognio e trombina 5.7. Protenas Reguladoras: hormnios e repressores (regulam a sntese de enzimas).

6. CLASSIFICAO DAS PROTENAS

Diversos critrios podem ser adotadas para a classificao das protenas, todos eles algo

subjetivo:

6.1. Quanto composio

a. protenas simples - quando formadas apenas de aminocidos (albuminas globulinas) b. protenas conjugadas quando apresentam uma poro no protica (denominado de

grupo prosttico) prso cadeia polipeptdica:

protena conjugada grupo prosttico glicoprotena carboidrato

lipoprotena lipdios

nucleoprotena cido nuclico

metaloprotena metal

______________________________________________

58

6.2. Quanto conformao

a. protenas globulares aqueles cuja cadeia polipeptdica se dobrou consideravelmente, adquirindo a forma esfrica ou globular, geralmente com os

radicais polares dos aminocidos na superfcie externa e os apolares voltados para o

interior. Em conseqncia essas protenas globulares so solveis no sistemas aquosos

e se difundem facilmente. Enzimas, hormnios e anticorpos so exemplos de protenas

globulares e para a manifestao de suas atividades biolgicas a solubilidade uma

propriedade desejada.

b. Protena fibrosas essas protenas podem ser subdivididas em 3 classes segundo a estrutura detalhada das mesmas:

- - hlice de passo direito (queratina da pele, plo, unhas)

- folha - pregueada (seda) - hlice tripla (colgeno)

Tais protenas so altamente insolveis, caracterstica necessria para as suas funes

biolgicas.

7. FATORES ANTINUTRICIONAIS DE NATUREZA PEPTDICA

Os gros de algumas leguminosas, como feijo e soja, apresentam peptdios de baixo peso

molecular que possuem habilidade de inativar as enzimas digestivas - amilase e a tripsina.

Tais peptdios j identificados, so denominados de fator anti-amilase e fator anti-tripsina

e so responsveis, pelo menos em parte pelo efeito txico observado quando

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