Bioquímica Geral - Livro Completo para Estudo e Referência

BIOQUÍMICA GERAL BIOQUÍMICA GERAL JOÃO LUIZ COELHO RIBAS Autoria Universidade Positivo 2018 Rua Prof Pedro Viriato Parigot de Souza 5300 Campo Comprido CuritibaPR CEP 81280330 Todos os gráficos tabelas e esquemas são creditados à autoria salvo quando indicada a referência Informamos que é de inteira responsabilidade da autoria a emissão de conceitos Nenhuma parte desta publicação poderá ser reproduzida por qualquer meio ou forma sem autorização A violação dos direitos autorais é crime estabelecido pela Lei nº 961098 e punido pelo artigo 184 do Código Penal Imagens de íconescapa Shutterstock Dados Internacionais de Catalogação na Publicação CIP Biblioteca da Universidade Positivo Curitiba PR DADOS DO FORNECEDOR Análise de Qualidade Edição de Texto Design Instrucional Edição de Arte Diagramação Design Gráfico e Revisão Presidente da Divisão de Ensino Reitor Direção Acadêmica Gerente de Educação à Distância Coordenação de Metodologia e Tecnologia Autoria Supervisão Editorial Projeto Gráfico e Capa Prof Paulo Arns da Cunha Prof José Pio Martins Prof Roberto Di Benedetto Rodrigo Poletto Profa Roberta Galon Silva Prof João Luiz Coelho Ribas Felipe Guedes Antunes DP Content BIOQUÍMICA GERAL 2 Caro aluno A metodologia da Universidade Positivo tem por objetivo a aprendizagem e a comu nicação bidirecional entre os atores educacionais Para que os objetivos propostos se jam alcançados você conta com um percurso de aprendizagem que busca direcionar a construção de seu conhecimento por meio da leitura da contextualização prática e das atividades individuais e colaborativas A proposta pedagógica da Universidade Positivo é baseada em uma metodologia dia lógica de trabalho que objetiva valorizar suas experiências incentivar a construção e a reconstrução do conhecimento estimular a pesquisa oportunizar a refl exão teórica e aplicação consciente dos temas abordados Compreenda seu livro Metodologia BIOQUÍMICA GERAL 3 Compreenda seu livro Metodologia Com base nessa metodologia o livro apresenta a seguinte estrutura PERGUNTA NORTEADORA Ao fi nal do Contextualizando o cená rio consta uma pergunta que esti mulará sua refl exão sobre o cenário apresentado com foco no desenvol vimento da sua capacidade de análi se crítica TÓPICOS QUE SERÃO ESTUDADOS Descrição dos conteúdos que serão estudados no capítulo BOXES São caixas em destaque que podem apresentar uma citação indicações de leitura de fi lme apresentação de um contexto dicas curiosidades etc RECAPITULANDO É o fechamento do capítulo Visa sintetizar o que foi abordado reto mando os objetivos do capítulo a pergunta norteadora e fornecendo um direcionamento sobre os ques tionamentos feitos no decorrer do conteúdo PAUSA PARA REFLETIR São perguntas que o instigam a refl etir sobre algum ponto estudado no capítulo CONTEXTUALIZANDO O CENÁRIO Contextualização do tema que será estudado no capítulo como um cenário que o oriente a respeito do assunto relacionando teoria e prática OBJETIVOS DO CAPÍTULO Indicam o que se espera que você aprenda ao fi nal do estudo do ca pítulo baseados nas necessidades de aprendizagem do seu curso PROPOSTA DE ATIVIDADE Sugestão de atividade para que você desenvolva sua autonomia e siste matize o que aprendeu no capítulo REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS São todas as fontes utilizadas no capítulo incluindo as fontes mencio nadas nos boxes adequadas ao Projeto Pedagógico do curso BIOQUÍMICA GERAL 4 Boxes AFIRMAÇÃO Citações e afi rmativas pronunciadas por teóricos de relevância na área de estudo ASSISTA Indicação de fi lmes vídeos ou similares que trazem informações complementa res ou aprofundadas sobre o conteúdo estudado BIOGRAFIA Dados essenciais e pertinentes sobre a vida de uma determinada pessoa relevante para o estudo do conteúdo abordado CONTEXTO Dados que retratam onde e quando aconteceu determinado fato demonstrase a situação histórica do assunto CURIOSIDADE Informação que revela algo desconhecido e interessante sobre o assunto tratado DICA Um detalhe específi co da informação um breve conselho um alerta uma informação privilegiada sobre o conteúdo trabalhado ESCLARECIMENTO Explicação elucidação sobre uma palavra ou expressão específi ca da área de conhecimento trabalhada EXEMPLO Informação que retrata de forma objetiva determinado assunto BIOQUÍMICA GERAL 5 BIOQUÍMICA GERAL 6 Sumário Capítulo 1 Introdução à Bioquímica Objetivos do capítulo 18 Contextualizando o cenário 19 11 Bases biológicas e químicas da vida 20 111 Unidade química dos organismos vivos 20 112 Produção e consumo de energia 21 113 Transferência da informação biológica 22 12 Células 22 121 Dimensões celulares 23 122 Células procarióticas 24 123 Células eucarióticas 24 124 Parasitas das células 26 13 Biomoléculas 26 131 Composição química e ligações 27 132 Estrutura tridimensional 28 133 Reações químicas 29 134 Macromoléculas e suas subunidades 30 14 Água31 141 Sistemas aquosos propriedades e interações 31 142 Ionização da água e pH 32 143 Ácidos e bases 34 144 pH e tampões 36 Proposta de Atividade 38 Recapitulando 39 Referências bibliográfi cas 40 BIOQUÍMICA GERAL 7 Sumário Capítulo 2 Aminoácidos peptídeos e proteínas Objetivos do capítulo 41 Contextualizando o cenário 42 21 Aminoácidos 43 211 Introdução 43 212 Características estruturais44 213 Classifi cação 47 214 Propriedades 50 22 Peptídeos 52 221 Introdução 52 222 Ligações peptídicas 53 223 Nomenclatura 54 224 Propriedades 54 23 Proteínas 55 231 Introdução 55 232 Características e classifi cação 56 233 Estrutura tridimensional 57 234 Propriedades 59 24 Funções biológicas separação e caracterização de proteínas 59 241 Proteínas transportadoras 60 242 Proteínas estruturais e de armazenamento 60 243 Proteínas contráteis de defesa e reguladoras 60 244 Métodos de obtenção purifi cação e caracterização de proteínas 61 Proposta de Atividade 61 Recapitulando 61 Referências bibliográfi cas 63 BIOQUÍMICA GERAL 8 Capítulo 3 Enzimas Objetivos do capítulo 64 Contextualizando o cenário 65 31 Visão geral 66 311 Defi nição de enzimas 67 312 Propriedades gerais 67 313 Mecanismos da catálise enzimática 69 314 Classifi cação e nomenclatura 71 32 Cinética enzimática 73 321 Introdução 73 322 Fatores que afetam a velocidade das reações enzimáticas 74 323 Cinética de MichaelisMenten 77 324 Inibidores 77 33 Regulação da atividade enzimática 79 331 Introdução 79 332 Regulação alostérica 80 333 Regulação por modifi cação covalente 81 334 Ativação por clivagem proteolítica 82 Proposta de Atividade 82 Recapitulando 82 Referências bibliográfi cas 84 Sumário BIOQUÍMICA GERAL 9 Sumário Capítulo 4 Carboidratos e glicoconjugados Objetivos do capítulo 85 Contextualizando o cenário 86 41 Monossacarídeos e oligossacarídeos 87 411 Introdução aos carboidratos funções e classifi cação 87 412 Monossacarídeos características químicas e estrutura 88 413 Monossacarídeos ciclização propriedades redutoras e derivados 92 414 Oligossacarídeos propriedades estrutura e aplicação 95 42 Polissacarídeos 97 421 Introdução 97 422 Características classifi cação e propriedades 97 423 Polissacarídeos de armazenamento 98 424 Polissacarídeos estruturais 99 43 Glicoconjugados 101 431 Introdução 101 432 Proteoglicanos 101 433 Glicoproteínas 101 434 Glicolipídios 102 44 Carboidratos de interesse e fontes 102 441 Dissacarídeos 103 442 Homopolissacarídeos 103 443 Heteropolissacarídeos 104 444 Métodos de obtenção purifi cação e caracterização de carboidratos 104 Proposta de Atividade 105 Recapitulando 105 Referências bibliográfi cas 107 BIOQUÍMICA GERAL 10 Capítulo 5 Nucleotídeos e ácidos nucleicos Objetivos do capítulo 108 Contextualizando o cenário 109 51 Nucleotídeos 110 511 Introdução 110 512 Estrutura composição e nomenclatura 111 513 Propriedades e funções 112 514 Desoxirribonucleotídeos e ribonucleotídeos 113 52 Ácidos nucléicos 114 521 Introdução 114 522 Características estruturais 115 523 Química 116 524 Propriedades e funções 117 53 DNA 117 531 Introdução 118 532 Composição 119 533 Estrutura tridimensional 119 534 Propriedades e funções 122 54 RNA 123 541 Introdução 124 542 Classifi cação 125 543 Estrutura tridimensional 126 544 Propriedades e funções 127 Proposta de Atividade 127 Recapitulando 128 Referências bibliográfi cas 130 Sumário BIOQUÍMICA GERAL 11 Capítulo 6 Lipídios Objetivos do capítulo 131 Contextualizando o cenário 132 61 Lipídes gorduras ou lipídios 133 611 Introdução 134 612 Fontes de lipídios 134 613 Propriedades e funções 134 614 Estrutura química e classifi cação 135 62 Lipídios saponifi cáveis 136 621 Introdução 136 622 Triacilgliceróis 140 623 Ceras 142 624 Lipídios de membrana 143 63 Lipídios não saponifi cáveis 144 631 Introdução 144 632 Propriedades e importância 145 633 Esteróis e esteroides 145 634 Terpenos e terpenóides 147 64 Lipídios biologicamente ativos 148 641 Introdução 148 642 Mensageiros e sinais 149 643 Cofatores enzimáticos 151 644 Pigmentos 151 Proposta de Atividade 151 Recapitulando 151 Referências bibliográfi cas 154 Sumário BIOQUÍMICA GERAL 12 Capítulo 7 Membranas Biológicas e Transporte Objetivos do capítulo 155 Contextualizando o cenário 156 71 As membranas biológicas 158 711 Introdução 158 712 Composição 158 713 Arquitetura química 159 714 Funções 163 72 Bicamada lipídica 164 721 Modelo do mosaico fl uido 165 722 Distribuição dos fosfolipídios entre as monocamadas 166 723 Movimentação lipídica 167 724 Proteínas de membrana 168 73 Transporte através de membranas 169 731 Introdução 169 732 Transportadores 170 733 Transporte passivo 171 734 Transporte ativo 171 74 Exemplos de Transportadores 173 741 Aquaporinas 173 742 Transportadores de glicose 173 743 ATPases 175 744 Canais iônicos seletivos 178 Proposta de Atividade 179 Recapitulando 179 Referências bibliográfi cas 181 Sumário BIOQUÍMICA GERAL 13 Capítulo 8 Biossinalização Objetivos do capítulo 183 Contextualizando o cenário 184 81 Mecanismos moleculares de transdução de sinais 186 811 Introdução 186 812 Amplifi cação do sinal sensorial 187 813 Dessensibilização e adaptação 188 814 Integração da mensagem sensorial e envio ao cérebro 189 82 Transdutores de sinais 190 821 Canais iônicos 191 822 Receptores enzimáticos 193 823 Proteínas receptoras da membrana plasmática 194 824 Mensageiros secundários 197 83 Mecanismos regulatórios 199 831 Fosforilação 199 832 Regulação da transcrição por hormônios esteróides 199 833 Regulação do ciclo celular por proteínas quinases 200 834 Oncogenes genes supressores e apoptose 201 Proposta de Atividade 202 Recapitulando 202 Referências bibliográfi cas 205 Sumário BIOQUÍMICA GERAL 14 BIOQUÍMICA GERAL 15 APRESENTAÇÃO APRESENTAÇÃO A bioquímica é uma área sensacional Conhecendo os seus principais conceitos e apli cações conseguimos entender desde a origem da vida passando por sua manutenção em que englobamos o crescimento e desenvolvimento até o que potencialmente pode ocorrer com nosso corpo após a morte Com a bioquímica podemos passear pelas nossas estruturas subatômicas e mole culares considerando seus isômeros e as alterações na função que isso pode acarretar É com ela que entendemos a importância da água e do equilíbrio em nosso organismo que elucidamos as estruturas dos aminoácidos e a partir das ligações peptídicas e a formação das proteínas que verifi camos a necessidade de carboidratos e lipídeos para o correto funcionamento de nossas estruturas e por fi m que moléculas simples como o ATP podem trazer toda a complexidade que a vida exige Então faço um convite que tal descobrirmos juntos as maravilhas dos mecanismos de formação regulação e manutenção do nosso organismo e dar a bioquímica o seu lugar de destaque nas ciências da saúde demonstrando bioquimicamente a sua integração com as demais ciências da vida BIOQUÍMICA GERAL 16 Às quatro mulheres da minha vida Lucia Melissa Letícia e Beatriz O professor João Luiz Coelho Ribas é Dou tor em Farmacologia 2014 e mestre em Ciências Farmacêuticas 2007 pela Uni versidade Federal do Paraná É especialis ta em Magistério Superior pelo Instituto Brasileiro de PósGraduação e Extensão IBPEX 2006 E graduado em Farmácia com Habilitação em Análises Clínicas pela Universidade Estadual de Ponta Grossa 2004 Atuou como Analista Clínico Coor denador e Gestor da qualidade em labo ratório de Análises Clínicas Atua como Professor de Farmacologia bioquímica e imunologia clínica na Universidade Posi tivo além de ser orientador no Mestrado em Biotecnologia Industrial na área de concentração Biotecnologia em Saúde É Coordenador de cursos de pósgraduação EAD e Presencial Atua como Editor da Re vista Saúde e Desenvolvimento O autor BIOQUÍMICA GERAL 17 Objetivos do capítulo Compreender a lógica molecular da vida Identifi car como ocorre o armazenamento e a transmissão de informações para os próximos organismos Conhecer a complexidade da estrutura e das funções das células vivas Assimilar as formas de obtenção e transformação de energia pelas células Entender como elementos simples são transformados em diferentes biomoléculas com características químicas biológicas e estruturais diferenciadas Saber as bases químicas necessárias para compreensão de estruturas reações e transformações bioquímicas BASES BIOLÓGICAS E QUÍMICAS DA VIDA Unidade química dos organismos vivos Produção e consumo de energia Transferência da informação biológica BIOMOLÉCULAS Composição química e ligações Estrutura tridimensional Reações químicas Macromoléculas e suas subunidades CÉLULAS Dimensões celulares Células procarióticas Células eucarióticas Parasitas das células CÉLULAS Dimensões celulares Células procarióticas Células eucarióticas Parasitas das células CÉLULAS Dimensões celulares Células procarióticas Células eucarióticas Parasitas das células ÁGUA Sistemas aquosos propriedades e interações Ionização da água Ácidos e bases pH e tampões TÓPICOS DE ESTUDO BIOQUÍMICA GERAL 18 Somos formados por cerca de 10 trilhões de células Cada uma dessas células em seu ambiente interno onde a partir de inúmeras moléculas captadas ou produzidas por ela própria interagem de forma a manter a existência e o equilíbrio individual Essas células são infl uenciadas de forma decisiva pelo meio externo a elas mas ainda inte grado ao organismo Nesse organismo milhares de reações químicas estão ocorrendo a cada minuto essas reações são infl uenciadas até mesmo por moléculas simples como a água e reguladas a partir do pH e dos nossos tampões endógenos Assim sendo cabe nos pensar como a bioquímica interfere em nosso cotidiano e na manutenção de nosso organismo Contextualizando o cenário BIOQUÍMICA GERAL 19 Introdução à Bioquímica 1 Os fi lósofos por sua vez concluíram certa vez que os organismos vivos são dotados de uma força vital divina e misteriosa conhecida na épo ca como vitalismo Com o evoluir do conheci mento foise percebendo cientifi camente que essa força vital eram coleções de moléculas ina nimadas que interagem entre si para manter e perpetuar a vida animada exclusivamente pelas leis químicas que regem o universo Embora a vida seja fundamentalmente uni tária é importante reconhecer que pouquíssimas generalizações a respeito dos organismos vi vos se aplicam a todos eles A variação de aparência função e habitat por exemplo é acompa nhada por uma variação ampla de adaptações bioquímicas específi cas Vamos acompanhar esse delicioso conhecimento e reconhecer a maravilha que a vida é reve lada através dos olhos da bioquímica Bases biológicas e químicas da vida 11 Os organismos vivos são compostos por moléculas destituídas de vida Quando essas mo léculas são isoladas e examinadas individualmente elas obedecem a todas as leis químicas e físicas que descrevem o comportamento da matéria inanimada No entanto quando em con junto e dentro de um organismo vivo possuem atributos extraordinários e que fazem com que tenhamos a manutenção do que conhecemos como vida Isso se deve ao grau de complexidade que possuímos à nossa capacidade de extrair ener gia do meio ambiente à capacidade ímpar que possuímos para a autorreplicação e a automon tagem e à capacidade de interação característica essencial dos organismos vivos Unidade química dos organismos vivos 111 Primeiramente para iniciarmos nossos estudos precisamos compreender o que é a Bioquí mica ou em outras palavras a química da vida Precisamos ter em mente que a Bioquímica es tuda e descreve estruturas mecanismos e processos químicos que ocorrem nos organismos de modo a compreender a lógica molecular da vida e seus princípios de organização BIOQUÍMICA GERAL 20 Para a existência da vida existem características fundamentais tais quais A complexidade química e organização os organismos vivos têm estruturas celulares internas e variadas moléculas complexas Sistemas de transdução de energia os organismos vivos são capazes de retirar transfor mar e usar a energia que há no meio ambiente Autorreplicação e automontagem os organismos vivos apresentam capacidade de ori ginar novas células idênticas quando há disponibilidade dos meios necessários Interação com os arredores e entre os componentes nos diversos níveis moléculas or ganelas células órgãos São essas características que diferenciam um organismo vivo de um ser não vivo Produção e consumo de energia 112 As células e os organismos necessitam de energia para se manterem em funcionamento e se reproduzirem Para isso as células apresentam mecanismos para obter a energia solar ou retirála de alimentos com objetivo de utilizálas em diferentes processos A bioenergética estuda as trans formações e trocas de energia que permitem a sobrevivência dos organismos vivos A energia vem direta ou indiretamente da luz solar e as células que realizam fotossíntese como as das plantas absorvem a energia radiante solar Após a fotossíntese essas células produzem produtos ricos em energia como por exemplo o amido e a sacarose por meio da retirada de elétrons da água e da sua incorporação à molécula de CO2 com concomitante libe ração de oxigênio para a atmosfera Os organismos vivos que não realizam esse processo conseguem obter energia por meio de rea ções de oxidação dos produtos altamente energéticos formados com a fotossíntese transferindo elétrons para o O2 atmosférico e com síntese de água CO2 e outros metabólitos Dessa forma percebese que todos os organismos vivos trocam energia e matéria através do meio ambiente Muitas reações dos seres vivos necessitam de energia que pode ser obtida por meio do aco plamento com reações que produzem energia por meio do compartilhamento de intermediários químicos denominadas endergônicas já as reações que fornecem energia são denominadas exergônicas e o acoplamento entre ambas permite as trocas de energia nos sistemas vivos Nas células a ocorrência de reações químicas se deve à presença de enzimas compostos protéicos altamente específi cos e susceptíveis à regulação que aceleram a velocidade reacio nal permanecendo intactas ao fi nal da reação ou seja sem serem consumidas Normalmente as reações biológicas estão organizadas em vias com várias reações sequenciais nas quais um produto formado serve para a próxima reação BIOQUÍMICA GERAL 21 Quando a sequência de reações leva à degradação de nutrientes e compostos simples para extrair energia temse o catabolismo Caso contrário se houver uso de energia para produzir moléculas complexas a partir de precursores simples temse o anabo lismo Ambos constituem o metabolismo sendo o ATP o intermediário compartilhado entre eles PAUSA PARA REFLETIR Como o autoajuste e a autorregulação entre o catabolismo e o anabolismo permitem que as célu las mantenham equilíbrio para manutenção das células de uma forma econômica sem degrada ção ou síntese de produtos de forma desnecessária Transferência da informação biológica 113 Entre todas as propriedades das células e dos organismos vivos a capacidade de reprodu zirse de forma fi el por inúmeras gerações é a mais considerável sendo importante para defi nir individualmente cada espécie e mantêla por sucessivas gerações A informação genética está contida na molécula do DNA e do RNA na forma de sequências de nucleotídeos Assim com a expressão dessa informação é possível a transferência contí nua das características de cada espécie para as próximas gerações Células 12 As células são as unidades estruturais e funcionais dos organismos vivos e apresentam tamanho microscópico na casa dos micrômetros Esse tamanho varia de acordo com cada organismo sendo as células animais e vegetais maiores que as bacterianas Os organismos podem ser unicelulares ou multicelulares Os multicelulares apresentam muitos tipos de cé lulas distintas em tamanho formato e função entretanto as células das diferentes espécies apresentam certas características em comum tais quais Membrana plasmática limite externo da célula fl exível formada por uma bicamada lipí dica semipermeável a íons e moléculas bem como proteínas envolvidas no transporte recep ção de sinais extracelulares e enzimas Citoplasma é o conteúdo celular aquoso da célula citosol no qual estão organelas pro teínas RNA enzimas intermediários metabólicos e partículas em suspensão cofatores e íons inorgânicos BIOQUÍMICA GERAL 22 Núcleo ou nucleóide contém o material genético DNA e as proteínas associadas Se houver envelope nuclear membrana dupla temos organismos eucariotos mas se não hou ver temos os procariotos bactérias Dimensões celulares 121 A maioria das células devido ao seu tamanho somente são visíveis com o auxílio de instru mentos como o microscópico As células dos animais e das plantas geralmente têm um diâmetro de 5 a 100 µm e muitas bactérias têm comprimento de 1 a 2 µm Mas o que de fato pode agir para limitar as dimensões de uma célula O limite inferior pro vavelmente é determinado pelo número mínimo de cada tipo de biomolécula requerido pela célula As menores células têm diâmetro de 300 nm e volume de cerca de 1014 mL O limite superior provavelmente é determinado pela taxa de difusão das moléculas de soluto nos sistemas aquosos Por exemplo uma célula bacteriana que depende de reações de consumo de oxigênio para extração de energia deve obter oxigênio molecular por difusão a partir do am biente através de sua membrana plasmática A célula é tão pequena e a relação entre sua área de superfície e seu volume é tão grande que cada parte do seu citoplasma é facilmente alcan çada pelo O2 que se difunde para dentro dela Com o aumento do tamanho celular no entanto a relação áreavolume diminui até que o metabolismo consuma O2 mais rapidamente do que o que pode ser suprido por difusão Assim o metabolismo que requer O2 tornase impossível quando o tamanho da célula aumenta além de certo ponto estabelecendo um limite superior teórico para o tamanho das células O oxigênio é somente uma entre muitas espécies moleculares de baixo peso que pre cisam difundir de fora para várias regiões do seu interior e o mesmo argumento da razão áreavolume se aplica a cada uma delas Há exceções interessantes nessa generali zação de que a célula é pequena Por exemplo a alga verde Nitella possui células gigantes de vários centímetros de comprimento Para ga rantir a chegada de nutrientes de metabólitos e da informação genética para suas partes cada célula é vigorosamente agitada por cor rentes citoplasmáticas ativas BIOQUÍMICA GERAL 23 Células procarióticas 122 As células procarióticas foram as primeiras células vivas e são representadas pelas bacté rias Geralmente apresentam de 1 a 10 μm Seu citoplasma não apresenta organelas envoltas por membrana mas contém ribossomos e nutrientes Os ribossomos são complexos supra moleculares nos quais a síntese protéica acontece Nas células procarióticas as enzimas oxidativas estão ligadas à membrana plasmática Já o genoma está no nucleóide não envolto por membrana sendo composto de DNA com proteínas nãohistonas A divisão celular se dá por meio de fi ssão ou brotamento e a nutrição ocorre por meio da absor ção de nutrientes sendo alguns procariontes como as cianobactérias capazes de realizar fotossín tese devido à presença de clorofi la associada a extensões da membrana plasmática Além da membrana plasmática certas bac térias apresentam um envelope celular exter no que fornece rigidez ou proteção à célula Os fl agelos também podem estar presentes auxiliando na propulsão celular Células eucarióticas 123 As células eucarióticas estão presentes em protozoários vegetais fungos algas e animais e são maiores que as células procarióticas 5100 μm de diâmetro A principal diferença com os procariontes é a presença de um núcleo com estrutura interna complexa envolto por uma membrana dupla além de várias organelas adicionais limitadas por membrana Nas células eucarióticas estão presentes mitocôndrias cloroplastos certas algas e plantas retículo en doplasmático liso e rugoso complexo de Golgi vesículas de transporte endossomos e lisosso mos animais entre outros O genoma é composto de DNA complexado com proteínas histonas e nãohistonas em cro mossomos A divisão celular ocorre por mitose e a nutrição ocorre por meio da absorção e ingestão de nutrientes e também pela fotossíntese em algumas espécies O padrão metabó lico não é tão variado como nas células procarióticas e as enzimas oxidativas estão presentes nas mitocôndrias Além disso apresentam citoesqueleto complexo microtúbulos fi lamentos intermediários e de actina etc e são capazes de endocitose e fagocitose Podemos visualizar as diferenças entre as células procarióticas e eucarióticas na Fig 1 BIOQUÍMICA GERAL 24 Membrana externa Cápsula Membrana plasmática Flagelo Centrossoma Membrana plasmática Complexo de Golgi Peroxissoma Núcleo Nucléolo Cromatina Membrana nuclear Complexo de Golgi Tonoplasto Cloroplasto Mitocôndria Vacúolo central Membrana plasmática RE Liso Peroxissoma Ribossomas Centrossoma RE Rugoso Citosqueleto Microtúbulos Microfi lamentos Filamentos intermédios Microvilosidade Ribossomo Citosqueleto Microtúbulos Microfi lamentos Filamentos intermédios Núcleo Membrana nuclear Cromatina Nucléolo Retículo endoplasmático RE RE Rugoso RE Liso Lisossoma Mitocôndria Región nucleoide Ribosomas Pilosidad Flagelos A CÉLULA PROCARIÓTICA B CÉLULA EUCARIÓTICA ANIMAL C CÉLULA EUCARIÓTICA VEGETAL Plasmodesmos Figura 1 A Célula procariótica B Célula eucariótica animal C Célula eucariótica vegetal Parede celular Parede da célula adjacente BIOQUÍMICA GERAL 25 Parasitas das células 124 Os vírus são parasitas das células vivas e diferem em tamanho forma e complexidade estrutural e infectam células de bactérias denominados bacteriófagos ou fagos células vegetais e células animais para se replicar Os parasitas contêm DNA ou RNA como mate rial genético envolvido por um capsídeo protéico ou em alguns casos por um envelope membranoso Quando esses parasitas estão fora de uma célula hospedeira são partículas sem vida denominadas vírions mas quando o vírus ou o seu material genético penetra em uma célula ele se torna um parasita intracelular que desvia a maquinaria celular para formação de inúmeras partículas virais fi lhas As partículas virais fi lhas podem escapar através da membrana plasmática da célula hospedeira ou promover a lise celular para se rem liberadas causando a morte da célula hospedeira Biomoléculas 13 As biomoléculas são moléculas sintetiza das por seres vivos e que participam da es trutura e dos processos bioquímicos dos or ganismos Vitaminas carboidratos lipídeos e proteínas são constituídos por biomoléculas As características dessas moléculas são determinadas pelos grupos funcionais que se ligam ao esqueleto carbônico portanto a forma como se organizam os carbonos e os grupos funcionais defi nem a estrutura tridi mensional da molécula conferindolhe carac terísticas e funções específi cas ESCLARECIMENTO Muitos vírus são altamente patogênicos para humanos tais como HIV vírus da imunodefi ciência adquirida vírus ebola e hantavírus Doenças como herpes e herpes zóster hepatite infl uenza poliomielite e mononucleose infecciosa tam bém são causadas por vírus além de certos tipos de câncer como o HPV papilo mavírus humano imunodefi ciência adquirida vírus ebola e hantavírus Doenças como herpes e imunodefi ciência adquirida vírus ebola e hantavírus Doenças como herpes e Muitos vírus são altamente patogênicos para humanos tais como HIV vírus da imunodefi ciência adquirida vírus ebola e hantavírus Doenças como herpes e herpes zóster hepatite infl uenza poliomielite e mononucleose infecciosa tam bém são causadas por vírus além de certos tipos de câncer como o HPV papilo Muitos vírus são altamente patogênicos para humanos tais como HIV vírus da Muitos vírus são altamente patogênicos para humanos tais como HIV vírus da Muitos vírus são altamente patogênicos para humanos tais como HIV vírus da Muitos vírus são altamente patogênicos para humanos tais como HIV vírus da Muitos vírus são altamente patogênicos para humanos tais como HIV vírus da imunodefi ciência adquirida vírus ebola e hantavírus Doenças como herpes e herpes zóster hepatite infl uenza poliomielite e mononucleose infecciosa tam imunodefi ciência adquirida vírus ebola e hantavírus Doenças como herpes e herpes zóster hepatite infl uenza poliomielite e mononucleose infecciosa tam herpes zóster hepatite infl uenza poliomielite e mononucleose infecciosa tam herpes zóster hepatite infl uenza poliomielite e mononucleose infecciosa tam bém são causadas por vírus além de certos tipos de câncer como o HPV papilo herpes zóster hepatite infl uenza poliomielite e mononucleose infecciosa tam bém são causadas por vírus além de certos tipos de câncer como o HPV papilo bém são causadas por vírus além de certos tipos de câncer como o HPV papilo bém são causadas por vírus além de certos tipos de câncer como o HPV papilo BIOQUÍMICA GERAL 26 Além disso as biomoléculas interagem de forma organizada e se um dos componentes sofre alguma alteração isso afetará os outros componentes relacionados criando uma com pensação ou uma reação coordenada Por exemplo se uma enzima for alterada toda uma cadeia de reações será afetada deixando de produzir proteínas necessárias ou produzindo proteínas com defeito o que condiciona o não exercício de sua função PAUSA PARA REFLETIR Tratandose de biomoléculas podemos considerar a água como uma das mais importantes Por que a água é uma das mais importantes biomoléculas contidas em nosso organismo Composição química e ligações 131 As biomoléculas são formadas principal mente por carbono que pode formar 4 li gações com outros átomos Essas ligações podem ser simples com hidrogênio e du plas ou simples com oxigênio e nitrogênio Os átomos de carbono podem também se ligar a outros átomos de carbono seja por ligações simples com até 4 carbonos ou por ligações duplas ou triplas sendo as ligações triplas raras nas biomoléculas As ligações são do tipo covalente fortes levando à formação de cadeias lineares ou ramifi cadas e estruturas cíclicas formadas de átomos de carbono esqueleto carbôni co Essas estruturas com esqueleto carbôni co são denominadas compostos orgânicos e englobam a maioria das biomoléculas Gru pos com outros átomos podem estar presen tes para dar propriedades específi cas à mo lécula e são chamados de grupos funcionais Os grupos funcionais comuns em biomoléculas são mostrados na Fig 2 Muitas biomolé culas contêm mais de um grupo funcional sendo polifuncionais BIOQUÍMICA GERAL 27 Figura 2 Grupos funcionais em biomoléculas Estrutura tridimensional 132 Os átomos que formam uma molécula assumem uma posição em três dimensões no espa ço e esse arranjo espacial é chamado de estrutura tridimensional Essa estrutura é extre mamente importante para a função biológica em conjunto com a estrutura química e grupos funcionais presentes ou seja a combinação entre confi guração e conformação da molécula é a estrutura tridimensional A confi guração molecular é o arranjo espacial de uma molécula devido à presença de liga ções duplas ao redor das quais não há liberdade de rotação ou de centros quirais ao redor dos quais os grupos substituintes estão arranjados em uma sequência específi ca Essa confi guração só pode ser mudada se houver rompimento de ligação Já a conformação molecular diz respeito ao arranjo espacial dos grupos substituintes que podem adotar posições distintas no espaço sem romper qualquer ligação devido à rotação ao redor das ligações Hidroxila álcool R O H Metila R C H H H Etila R C C H H H H H Carbonila aldeido R O C H Carboxila R O C OH Carbonila cetona R1 O C R2 Fenila R C C H H H H H C C C C Imidazol R C H HN CH N C Guanidina H H H R N N N C H Amino R N H H Amido O C R N H H Sulfi drila R S H Dissulfeto R1 S S R2 Fosforila R O P OH OH O Fosfoanidrido Êster R1 O O C R2 Anidrido dois ácidos carboxilicos R1 O O O C C R2 Anidrido muisto ácido carboxilico e ácido fosfórico ou fosfato de acila R O O OH O C P OH R1 P O O OH OH O O O P R2 Éter R1 O R2 Tioéster R1 S O C R2 BIOQUÍMICA GERAL 28 Quando moléculas apresentam a mesma fórmula molecular temos os isômeros que podem ser geométricos ou ópticos A isomeria geométrica consiste em isômeros cis e trans que se dife renciam quanto ao arranjo dos grupos substituintes em relação a uma dupla ligação que é rígida e não gira portanto eles não podem ser interconvertidos sem rompimento de ligações covalentes Já a isomeria óptica está relacionada à presença de centros quirais como no caso de um átomo de carbono com quatro substituintes diferentes carbono assimétrico ou quiral Muitas vezes as moléculas de carbono apresentam a ordem das ligações iguais mesma estrutura química mas com arranjo espacial diferente entre os átomos e são chamadas de estereoisô meros Se houver apenas um carbono assimétrico são possíveis dois estereoisômeros mas se houver 2 ou mais n carbonos assimétricos poderá haver 2n estereoisômeros Aqueles estereoisômeros que são imagens especulares no espelho um do outro cujo as imagens não se sobrepõem são chamados enantiômeros e apresentam as mesmas proprie dades químicas diferindo apenas quanto à interação com a luz planopolarizada Os estereoisômeros que não apresentam imagens especulares são os diastereoisômeros isômeros da mesma série que apresentam diferentes propriedades físicas e químicas e dife rentes atividades ópticas Portanto a estrutura tridimensional está relacionada à conformação e à confi guração mo lecular e como vimos podem existir várias moléculas que são semelhantes estruturalmente mas não quanto ao arranjo espacial e isso é importante nas interações com os sistemas bio lógicos que exigem complementaridade total estereoespecifi cidade Se houver mudança na posição espacial de um dos grupamentos funcionais a interação já não será mais possível Exemplos biológicos clássicos incluem enzimas com seus substratos hormônios com seus re ceptores ou ainda anticorpos com antígenos As interações nos sistemas biológicos podem ser do tipo Van der Waals dois dipolos se atraem fracamente aproximando dois átomos nãocarregados dipolodipolo polaridade no sentido mais eletronegativo pontes de hidrogênio atração eletrostática entre o oxigênio e hidrogênio iônicas atração e repulsão de acordo com carga negativa e positiva e hidrofóbi cas entre grupos não polares insolúveis em água Reações químicas 133 As ligações químicas nas moléculas apresentam uma força de ligação denominada energia de ligação calorias ou joules 1 cal 4184J Para que as reações químicas ocorram certas ligações são quebradas e outras formadas Dessa forma há sempre energia envolvida seja liberada ou consumida levando a variações na energia livre da reação BIOQUÍMICA GERAL 29 Nas células vivas cinco tipos de reações são as mais comuns São elas Oxidaçãoredução envolvem transferência de elétrons Na oxidação ocorre perda de elétrons e na redução ocorre ganho de elétrons Toda oxidação é acompanhada de redução e as reações de oxidação geralmente liberam energia Quebra e formação de ligações carbonocarbono as quebras dessas ligações podem ser homolíticas nas quais cada carbono mantém um dos elétrons da ligação ou heterolíticas nas quais apenas um dos carbonos mantém os dois elétrons da ligação carbânion Quando um determinado grupo rico em elétrons substitui o carbânion ocorre uma reação de substi tuição nucleofílica Rearranjo intramolecular ocorre redistribuição de elétrons internamente na molé cula originando isomerização transposição de duplas ligações e rearranjos de ligações duplas cistrans Transferência de grupos funcionais são reações que ativam por exemplo intermediá rios metabólicos por meio da ligação com um bom grupo de saída normalmente contendo fósforo para permitir a ocorrência da próxima reação da via Condensação subunidades são conectadas para formar grandes moléculas macromolé culas como no caso das proteínas ácidos nucléicos e polissacarídeos Macromoléculas e suas subunidades 134 As macromoléculas estão presentes nos seres vivos e são moléculas de alto peso molecu lar de dezenas de milhares até milhões formadas por cadeias de subunidades ligadas entre si como se fossem os elos de uma corrente DNA proteínas polissacarídeos etc As cadeias são os polímeros a corrente formados por unidades chamadas monômeros com estrutura sim ples os elos conectadas entre si As unidades monoméricas formam um polímero e a maio ria dos constituintes moleculares é constituída de átomos de carbono hidrogênio oxigênio e nitrogênio unidos por meio de ligações fortes entre si Para a síntese das macromoléculas há um gasto energético considerável Vejamos a parede celular das plantas que apresenta a celulose um carboidrato for mado de várias moléculas de glicose ligadas como principal constituinte A celulose é o polímero e as glicoses são as unidades monoméricas Já a membrana plasmática presente em nossas células é formada principalmente por lipídios e proteínas e essas proteínas são polímeros de aminoácidos conectados entre si No núcleo de nossas células se encontram os cromossomos carreando nosso material genético DNA e polímero formado por vários nucleotídeos conectados BIOQUÍMICA GERAL 30 Para formar nossas estruturas é necessário primeiro que as unidades monoméricas estejam ligadas para formar os polímeros e essas ligações são do tipo covalente Já interações entre as macromoléculas intermoleculares são as responsáveis pela estrutura tridimensional e pela for mação de complexos supramoleculares para formar unidades funcionais como os ribossomos A lógica molecular da vida mostra que todos os organismos vivos produzem moléculas par tindo dos mesmos monômeros A função biológica de uma macromolécula está relacionada à sua estrutura e a defi nição de gêneros e espécies depende da similaridade das macromolécu las que os constituem Água 14 A água é o componente mais abundante nos organismos vivos 70 É uma molécula angular não linear polar que interage com outras moléculas de água por meio de pontes de hidrogênio permitindo seu estado líquido em temperatura ambiente Sistemas aquosos propriedades e interações 141 A água é capaz de dissolver a maioria das biomoléculas que geralmente são polares per mitindo interações águasoluto ou carregadas eletricamente Os compostos são chamados hidrofílicos entretanto se determinado composto não possuir afi nidade ou interação com a água passa a ser hidrofóbico não polar com tendência a agregação em solução aquosa Compostos com grupos funcionais tais como ácidos carboxílicos ionizados COO aminas protonadas NH3 ésteres ou anidridos fosfóricos são facilmente dissolvidos em água pois as pontes de hidrogênio solutosoluto são substituídas por pontes de hidrogênio solutoágua Gases como CO2 e O2 são pouco solúveis em água e por isso são carreados por proteínas so lúveis em sistemas aquosos como em nosso sangue Além dos compostos hidrofílicos e hidrofóbicos existem compostos anfi páticos que pos suem regiões polares ou carregadas e regiões não polares ou seja uma porção é solúvel em água e outra não Em solução aquosa as porções polares interagem com a água e as porções não polares se agregam formando micelas que são estabilizadas por interações hidrofóbicas Quando um sistema aquoso apresenta solutos dissolvidos as propriedades coligativas pres são de vapor ponto de ebulição ponto de fusão e pressão osmótica da água são afetadas reduzindo a concentração efetiva desta no meio Outro ponto importante para se destacar referese ao movimento da água de uma região onde está presente em maior concentração efetiva para uma região de menor concentração BIOQUÍMICA GERAL 31 produzindo uma pressão osmótica quando separadas por uma membrana semipermeável Esse movimento da água impelido por diferenças na pressão osmótica é denominado os mose e é essencial na manutenção da vida celular água e membranas plasmáticas Soluções com mesma osmolaridade são denominadas isotônicas e não há movimento de água entre elas se estiverem separadas por membrana ou seja não entra nem sai água de uma célula Caso uma célula esteja em uma solução com maior osmolaridade hipertôni ca ela murcha por perda de água para a solução hipertônica se estiver em uma solução de menor osmolaridade hipotônica a célula incha por receber água e pode até se romper lise osmótica se não estiver protegida por uma parede rígida ou outros mecanismos de manu tenção de osmolaridade Convém aqui ressaltar que o efeito dos solutos na osmolaridade depende do número de partículas dissolvidas e não de suas massas Portanto uma macromolécula terá menor efeito na osmolaridade do que uma massa igual de seus monômeros Em termos práticos é por isso que armazenamos macromoléculas como o glicogênio em vez de suas subunidades monoméricas no caso a glicose Ionização da água e pH 142 A água pura além das propriedades já listadas como solvente ainda sofre pequena ionização em íons hidrogênio H e hidroxila OH no meio conforme a reação a seguir H2O H OH Essa é uma reação reversível descrita por uma constante de equilíbrio Keq que é defi nida em termos da concentração de reagente e produtos presentes no equilíbrio Keq H OH H2O A Keq apresenta valor fi xo e característico em uma temperatura específi ca A água pura a 25 ºC apresenta H2O 555M Ao se substituir esse valor na expressão anterior temos Keq H OH 555 Keq H OH Kw 555 Sendo que Kw referese a 555 Keq correspondendo ao produto iônico da água a 25C O valor conhecido de Keq da água a 25C é de 181016M e podemos substituílo na equação an terior obtendose o Kw BIOQUÍMICA GERAL 32 555 Keq Kw Kw 555 18 1016 10 1014 M2 Como também Kw H OH a 25C H OH 10 1014 M2 ou H OH 1107M 1107M Como na água pura as concentrações de H e OH são exatamente iguais temse pH neutro H OH pH neutro 70 H OH 1107M Caso H OH temse um pH ácido E se H OH temse um pH básico alcalino O Kw ou produto iônico da água entre as concentrações de 1 M de H e 1 M de OH serve como base para definir a H concentração de H relacionada ao pH do meio E também de OH livre na solução aquosa pH é o termo utilizado para definir potencial de hidrogênio ou seja a concentração de H livre na solução tanto que ele é definido como pH log 1 log H H pH log 1107 log 1 log 107 0 7 7 pH neutro Concomitantemente pOH é utilizado para determinar a alcalinidade da solução de maneira semelhante pOH log 1 log OH 7 pH neutro OH A soma de pH e pOH sempre resultará em 14 Seguindo cálculos semelhantes podese cal cular a concentração de H e OH nas mais variadas soluções e atribuir um valor que varia de 0 até 14 como mostra a Tabela 1 Observe que os valores de pH apresentam relação direta com as concentrações de H de uma solução aquosa e portanto não são aleatórios É importante observar que a escala de pH é expressa em logaritmo e que a variação de uma unidade equivale a uma diferença na concentração de H de aproximadamente dez vezes BIOQUÍMICA GERAL 33 H pH OH pOH 100 0 1014 14 101 1 1013 13 102 2 1012 12 103 3 1011 11 104 4 1010 10 105 5 109 9 106 6 108 8 107 7 107 7 108 8 106 6 109 9 105 5 1010 10 104 4 1011 11 103 3 1012 12 102 2 1013 13 101 1 1014 14 100 0 Tabela 1 Escala de pH e pOH CURIOSIDADE A água é o meio ideal para a maioria das reações bioquímicas e dissolução de ele mentos intra e extracelulares por isso ela é conhecida como um solvente univer sal além de ser o fator primário de defi nição das complexas estruturas espaciais das macromoléculas mentos intra e extracelulares por isso ela é conhecida como um solvente univer A água é o meio ideal para a maioria das reações bioquímicas e dissolução de ele mentos intra e extracelulares por isso ela é conhecida como um solvente univer mentos intra e extracelulares por isso ela é conhecida como um solvente univer sal além de ser o fator primário de defi nição das complexas estruturas espaciais A água é o meio ideal para a maioria das reações bioquímicas e dissolução de ele mentos intra e extracelulares por isso ela é conhecida como um solvente univer A água é o meio ideal para a maioria das reações bioquímicas e dissolução de ele mentos intra e extracelulares por isso ela é conhecida como um solvente univer sal além de ser o fator primário de defi nição das complexas estruturas espaciais A água é o meio ideal para a maioria das reações bioquímicas e dissolução de ele mentos intra e extracelulares por isso ela é conhecida como um solvente univer Ácidos e bases 143 A maioria das soluções aquosas incluindo os fl uidos dos seres vivos apresenta pH diferente de 7 ou seja não são soluções neutras com a mesma concentração de H e OH E a medida do pH é bastante comum pela sua importância em Bioquímica pois o pH afeta a estrutura tri dimensional das macromoléculas e sua atividade nos sistemas biológicos As variações de pH no sangue ou urina podem estar relacionadas a patologias Para medirmos o pH de determinada solução usamos certos corantes que mudam de cor de acordo com a concentração de H do meio Alguns exemplos clássicos são a fenolftaleína o alaranjado de metila e o vermelho de fenol Outra forma de se medir o pH é por meio de um equipamento denominado pHmetro Quando uma solução apresenta pH maior que 7 com predomínio de OH ela é alcalina básica como no caso de alvejantes e solução de bicarbonato de sódio Caso contrário se o BIOQUÍMICA GERAL 34 pH for menor que 7 com predomínio de H é uma solução ácida como no caso do vinagre suco de limão ou suco gástrico Observe alguns exemplos do pH de diferentes compostos na Fig 3 1014 14 Soda cáustica 109 9 Pasta de dente 104 4 Suco de tomate Pão branco 1013 13 Limpa forno 108 8 Bicarbonato Água do mar Sangue Maçã Amêndoas Cenoura Tomate Repolho 103 3 Suco de uva Suco de laranja Marisco Macarrão Queijo Pastel Refrigerante 1012 12 Água e sabão 107 7 Água pura 102 2 Suco de Limão Vinagre 1011 11 Amoníaco doméstico Água lonizada Água sanitária 106 6 Urina Leite Suco de frutas A maioria dos grãos Chá Ovos Peixe 101 1 Suco gástrico 1010 10 Leite de magnésia Aipo Alface Chá verde Azeite de Oliva Brócolis Espinafre 105 5 Chuva ácida Café Feijão cozido Açúcar Galinha Cerveja 1 0 Ácido de bateria Figura 3 pH de diferentes compostos Sabendose as definições iniciais podemos diferenciar bases e ácidos As bases possuem pH7 e os ácidos pH7 Ambos podem ser fortes e fracos Tanto bases como ácidos fortes estão completamente ionizados em soluções aquosas diluídas alterando significativamente o pH do meio Bases fortes incluem NaOH e KOH e são aquelas que liberam OH em sua totalidade no meio aumentando bastante o pH da solução Já os ácidos fortes liberam totalmente o H que está em sua estrutura reduzindo muito o pH do meio como no caso de HCl HNO3 e H2SO4 As bases fracas e os ácidos fracos não estão completamente ionizados quando dissolvidos liberam parcialmente OH ou H respectivamente ou seja dissociamse pouco e por isso o efeito se manifesta fracamente sobre o pH da solução aquosa Os ácidos e bases fracos são importantes nos sistemas biológicos no metabolismo e sua regulação Ácidos são doadores de prótons e bases são aceptoras de prótons Um doador de prótons e seu aceptor formam um par ácidobase conjugado representado pela equação HA H A BIOQUÍMICA GERAL 35 Onde HA é um ácido qualquer A é sua base conjugada H é o próton liberado Nesse caso a constante de equilíbrio é denominada constante de dissociação Ka Quanto mais forte o ácido maior sua Ka maior sua tendência em dissociar seu próton e menor é seu pKa log Ka O pKa é defi nido como o pH onde as concentrações do doador e do aceptor de prótons são iguais sendo um parâmetro fundamental quando se fala em tampões pH e tampões 144 Agora que já compreendemos o que é o pH de uma solução e como ele se relaciona com ácidos ou bases podemos partir para sua infl uência nas reações químicas na estrutura ce lular e no organismo A concentração de H pode interferir diretamente na ionização das moléculas incluindo as proteínas Essa diferença na ionização pode afetar a função das moléculas na célula no san gue e em diversas outras partes do corpo Por isso o controle da concentração de H ou seja do pH é fundamental para assegurar a estabilidade das moléculas possibilitar que as reações químicas aconteçam e manter a atividade enzimática além de algumas atividades biológicas como a atividade cardíaca a atividade pulmonar a do sistema nervoso e a de todos os tecidos Portanto é necessária a existência de tampões ou seja sistemas de ácidos e bases que pos sam liberar e segurar prótons evitando variações bruscas de pH NELSON COX 2014 O valor de pKa corresponde ao valor de pH quando a concentração de ácido e de base conjugada está exatamente igual Isso é importante para determinar a região de varia ção do pH de uma solução a chamada região de tamponamento Ela vai de 10 ponto acima até 10 ponto abaixo do valor de pKa do ácido Em termos práticos uma solução ácidobase dentro dessa região de tamponamento protege a solução contra variações drásticas de pH Para manter o pH dos compartimentos do organismo é necessário que o meio aquoso possua um ou mais tampões Os tampões são soluções que possuem um ácido fraco e base conjugada em proporções defi nidas e por isso conseguem manter o pH com poucas va riações Além disso quando está em sistema aquoso essa solução tende a resistir a peque nas adições de ácido ou base mantendo o pH mais estável BIOQUÍMICA GERAL 36 A análise da curva de titulação de uma solução tampão mostra que se o pH da solução estiver dentro dessa faixa pequenas adições de H ou OH têm pouco efeito sobre o pH em relação ao que acontece com a adição da mesma quantidade fora dessa zona O Gráfi co 1 apresenta a curva de titulação de uma solução tampão Perceba que ela tem um local relativamente plano Essa é a região de tamponamento que resulta do equilíbrio entre duas reações reversíveis e ocorre em uma solução com proporções que variam de 110 até 101 do doador e do aceptor de prótons EXEMPLO Um exemplo é o sistema tampão fosfato que para a ionização do ácido H2PO4 na base conjugada HPO4 2 apresenta um pKa de 686 o que signifi ca que esse tampão controla o pH desde 786 até 586 ou seja de 10 ponto acima até 10 ponto abaixo do pKa conforme indicado anteriormente Um exemplo é o sistema tampão fosfato que para a ionização do ácido H2PO apresenta um pKa de 686 o que signifi ca que esse tampão apresenta um pKa de 686 o que signifi ca que esse tampão controla o pH desde 786 até 586 ou seja de 10 ponto acima até 10 ponto abaixo Um exemplo é o sistema tampão fosfato que para a ionização do ácido H apresenta um pKa de 686 o que signifi ca que esse tampão apresenta um pKa de 686 o que signifi ca que esse tampão controla o pH desde 786 até 586 ou seja de 10 ponto acima até 10 ponto abaixo 4 na apresenta um pKa de 686 o que signifi ca que esse tampão apresenta um pKa de 686 o que signifi ca que esse tampão na apresenta um pKa de 686 o que signifi ca que esse tampão apresenta um pKa de 686 o que signifi ca que esse tampão controla o pH desde 786 até 586 ou seja de 10 ponto acima até 10 ponto abaixo Gráfi co 1 Curva de titulação da solução tampão acetato O Gráfi co 1 explica como uma solução tampão funciona quando o pH tende a baixar devido à produção excessiva de ácido a base segura prótons ocasionando uma alteração mínima no pH da mesma forma quando o pH tende a subir devido à eliminação excessiva de H o ácido libera prótons para baixar o pH também ocasionando uma alteração mínima É importante verifi car que para cada ácido HA e sua base conjugada A existe um pKa diferente e por consequência uma região na qual esse tampão é efetivo Além disso se um ácido possui mais do que um hidrogênio ionizável cada forma química apresenta um pKa dife Percentagem titulada OH Adicionado Equivalentes 01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 0 1 2 5 6 7 8 9 Região de tamponamento pH 576 pH 376 pH CH3COOH CH3COO CH3COO CH3COOH 50 0 100 pH pKa 476 Fonte NELSON COX 2014 Adaptado BIOQUÍMICA GERAL 37 rente A conservação do pH nos líquidos corporais é fundamental para a preservação da vida Para manter o pH fisiológico que na maioria dos seres vivos está em torno de 70 existem vários tipos de substâncias Grandes mamíferos não toleram variações no pH dos líquidos corporais em especial do sangue No ser humano por exemplo o pH sanguíneo pode variar apenas entre 735 e 745 Outro exemplo é o pH do sangue arterial dos cães que sofre variação entre 7451 e 7463 Para ter uma ideia melhor sobre os pHs em compartimentos corporais dos seres humanos analise a Tabela 2 e observe que quanto maior a concentração de H livre menor o pH Um excelente exemplo é o suco gástrico que contém ácido clorídrico HCl um ácido forte e que libera grande concentração de próton deixando a solução com pH ácido Concentração de H mmolL pH Suco gástrico 160 08 Urina 30 102 a 10 105 45 a 80 Líquido intersticial 45 105 735 Sangue pobre em O2 45 105 735 Sangue rico em O2 40 105 74 Tabela 2 pH e concentração de H em compartimentos corporais A manutenção do pH correto para cada compartimento corporal como o citosol da célula ou o lúmen do estômago é muito importante para a manutenção da homeostase do organis mo Por esse motivo cada compartimento possui um ou mais sistemas tampões Proposta de Atividade Agora é a hora de pôr em prática tudo o que você aprendeu nesse capítulo Elabore um mapa conceitual destacando as principais ideias abordadas ao longo do capítulo Ao produzir seu mapa conceitual considere as leituras básicas e complementares realizadas Fonte HALL 2011 Adaptado BIOQUÍMICA GERAL 38 Recapitulando Iniciamos nossos estudos mostrando que para a existência de um ser vivo é necessário que compostos químicos simples de diferentes naturezas e características sejam ligados e transformados em macromoléculas complexas organizadas em níveis supramoleculares que permitam a integração nos diversos níveis interação com os arredores e manutenção da vida A vida só é possível se um ser conseguir obter energia transformála por meio de reações químicas e usála em seus processos celulares Além disso a continuidade da sua existência é permitida por meio da transferência da sua informação genética Observamos que a água é fundamental para a vida e está diretamente envolvida em to dos os processos bioquímicos que governam sua manutenção Além de servir como solven te a água ainda sofre processo de ionização no meio em que se encontra sendo importante para a definição do pH concentração de H Esse conceito é bastante relevante pois temos compostos e fluidos biológicos com di ferentes pHs sejam ácidos ou bases e a interação entre esses compostos e os sistemas biológicos deve permitir a manutenção da estrutura das diferentes macromoléculas para seu funcionamento adequado Isso é possível em virtude dos sistemas tampões que evitam alterações bruscas no pH dos meios biológicos E dessa forma mantémse a vida E se referindo especificamente à água ela é considerada umas das mais importantes bio moléculas pois é responsável por 70 do peso total de uma célula Além de ser o principal constituinte da célula desempenha um papel fundamental na definição de suas estruturas e funções Muitas vezes a estrutura ou a função de uma biomolécula depende de suas ca racterísticas de afinidade com a água como por exemplo se a biomolécula é hidrofílica hidrofóbica ou anfipática Além disso o autoajuste e a autorregulação entre o catabolismo e anabolismo permitem o equilíbrio celular seja pela participação de enzimas ou pela participação hormonal levando a regulações de vias e à não degradação desnecessária de compostos que de uma forma ou outra serão reaproveitados pelas células em seu processo metabólico Tudo integrado na regulação bioquímica BIOQUÍMICA GERAL 39 Referências bibliográficas CAMPBELL M K Bioquímica 3 ed Porto Alegre Artmed 2000 CAMPBELL M K FARRELL S O Bioquímica Combo 5 ed São Paulo Thomson Cengage Lear ning 2007 DEVLIN T M Manual de Bioquímica com Correlações Clínicas 7 ed São Paulo Blucher 2011 DONN S M SINHA S K Neonatal Respiratory Care 2 ed Philadelphia Mosby Elsevier 2006 HALL J E Guyton Hall Tratado de Fisiologia Médica 12 ed Rio de Janeiro Elsevier 2011 HARVEY R A FERRIER D R Bioquímica ilustrada 5 ed Porto Alegre ArtMed 2012 HENEINE I F Biofísica Básica 2 ed São Paulo Atheneu 2010 KOEPPEN B M STANTON B A Berne Levy Fisiologia 6 ed Rio de Janeiro Elsevier 2009 MURRAY R K et al Bioquímica Ilustrada de Harper 29 ed Porto Alegre AMGH Artmed 2013 NELSON D L COX M M Princípios de Bioquímica de Lehninger 6 ed Porto Alegre Art med 2014 RODWELL V W et al Bioquímica ilustrada de Harper 30 ed Porto Alegre AMGH 2017 SADAVA D et al Vida a ciência da biologia 8 ed Porto Alegre Artmed 2009 SILVERTHORN D U Fisiologia Humana uma abordagem integrada 5 ed Porto Alegre Art med 2010 TOY E C et al Casos clínicos em bioquímica 3 ed Porto Alegre AMGH 2016 VOET D VOET J G Bioquímica 4 ed Porto Alegre ArtMed 2013 VOET D VOET J G PRATT C W Fundamentos de Bioquímica a vida em nível molecular 2 ed Porto Alegre Artmed 2008 BIOQUÍMICA GERAL 40